JP2015190819A - 放射性ガスモニタ - Google Patents

Abstract

【課題】過酷事故に対応した高濃度レンジから平常時モニタによる低濃度レンジを含むワイドレンジで欠測なく測定可能な放射性ガスモニタを得る。【解決手段】遮蔽体１４は、検出管１１の中心軸と直交する中心軸を有する検出器設置用穴１４１を有している。要求される全測定レンジのうち低濃度側の測定レンジが割り当てられる柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１は、検出器設置用穴１４１の内部に配置される。高濃度側の測定レンジが割り当てられる電離箱１３は、検出管１１と平行に並べて配置される。柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジと電離箱１３の測定レンジは互いにオーバーラップするように調整される。【選択図】図１

Description

本発明は、原子力施設の排気筒等に設置され、平常時モニタの測定濃度レンジ上限から過酷事故に対応した測定濃度レンジ上限まで測定可能な放射性ガスモニタに関する。

原子力施設の排気筒には、発電用軽水型原子炉施設における放出放射性物質の測定に関する指針に基づく平常時ガスモニタの他に、発電用軽水型原子炉施設における事故時の放射線計測に関する審査指針に基づき、原子炉冷却材喪失事故の際に放射性物質の環境への放出量の規模を推定するために事故時ガスモニタが設置されており、事故時ガスモニタは、測定濃度レンジ上限値が３．７×１０^６Ｂｑ／ｃｍ^３を満たすように設計されている。また、測定下限値は、平常時ガスモニタの測定レンジ上限と適度にオーバーラップさせている。しかし、近年は原子炉冷却材喪失事故より過酷な事故を想定し、従来の事故時ガスモニタより温度条件が厳しく、高濃度側にレンジを大幅に拡大した過酷事故時ガスモニタが求められている。

高濃度側にレンジを拡大する手法の先行例として、特許文献１には、容量の異なる二つの試料容器を備え、容積の大きな容器を低濃度測定容器とし、容積の小さな容器を高濃度測定容器とした放射性ガスモニタが示されている。この例では、遮蔽体の内部に、高濃度測定容器、コリメータ、低濃度測定容器、および放射線検出器がこの順に配列され、所定の放射線測定値において第１試料容器と第２試料容器の通流を電磁弁により自動的に切り替えるようにしている。

また、特許文献２には、１つの試料容器と放射線検出器の間に放射線検出器と同等の内径の可動コリメータを配置した放射能濃度測定装置が示されている。この例では、低濃度レンジ測定時は、可動コリメータを放射線検出器に近接させて測定の障害にならないようにし、高濃度レンジ測定時は、可動コリメータを試料容器に近接させて、放射線検出器に入射する単位時間当たりの放射線の数を絞るようにしている。

特開２００１−１５３９５６号公報 特開２００５−９８９０号公報

特許文献１に示された試料容器切り替え方式では、容積の大きな低濃度測定容器から容積の小さな高濃度測定容器に通流を切り替える際に、高濃度測定容器と放射線検出器との間に配置されている低濃度測定容器のパージを行うため、その時間は欠測になるという問題があった。

また、特許文献２に提示された可動コリメータ方式では、測定レンジを広くするために可動コリメータの移動距離を大きくする必要があり、遮蔽体が大きくなる。さらに、可動コリメータが移動している間は測定結果が不安定になり、短時間応答が要求される高濃度レンジでの安定性と応答性に問題があった。また、可動コリメータを移動させるため機構が複雑になるという問題や、測定精度を上げるために可動コリメータの停止位置等の精密性が要求され、製造コストが高くなるという問題があった。

さらに、近年では、過酷事故に対応するため、測定濃度レンジ上限値が１×１０^１１Ｂｑ／ｃｍ^３を満たす放射性ガスモニタが求められているが、前述の試料容器切り替え方式や可動コリメータ方式では対応が難しい。すなわち、試料容器切り替え方式では高濃度測定容器を非常に小さな寸法にする必要があり、可動コリメータ方式ではコリメータを非常に小さな寸法にする必要があるため、いずれも製造が困難で実現性がない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、過酷事故に対応した高濃度レンジから平常時モニタによる低濃度レンジを含むワイドレンジで測定可能であると共に、測定レンジ切り替え時の欠測がなく安定性と応答性が良好であり、さらに遮蔽体の小型化が可能な放射性ガスモニタを提供することを目的とする。

本発明に係る放射性ガスモニタは、試料ガスに含まれる放射性核種から放出される放射線を検出する検出部と、検出部からの信号を処理し放射能濃度に対応する工学値を出力する測定部とを備え、検出部は、試料ガスを通流させる検出管と、要求される全測定レンジのうち低濃度側の測定レンジが割り当てられる第１検出器と、要求される全測定レンジのうち高濃度側の測定レンジが割り当てられる第２検出器と、検出管、第１検出器、および第２検出器を環境放射線から遮蔽する遮蔽体とを有し、測定部は、第１検出器からの信号を処理する第１測定部と、第２検出部からの信号を処理する第２測定部を有し、遮蔽体は、検出管の中心軸と直交する中心軸を有する検出器設置用穴を少なくとも１つ有し、第１検出器および第２検出器のうち少なくとも第１検出器は検出器設置用穴の内部に配置されると共に、第１検出器の測定レンジと第２検出器の測定レンジが互いにオーバーラップするように検出管の内径および検出管と第１検出器との相対位置が決定されるものである。

本発明に係る放射性ガスモニタによれば、遮蔽体に設けられた検出器設置用穴の内部に少なくとも第１検出器を配置し、第１検出器の測定レンジと第２検出器の測定レンジが互いにオーバーラップするようにしたので、過酷事故に対応した高濃度レンジから平常時モニタによる低濃度レンジを含むワイドレンジで測定可能であると共に、測定レンジ切り替え時の欠測がなく安定性と応答性が良好であり、さらに遮蔽体の小型化により低コスト化が可能である。

本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタを横から見た断面図である。 本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタを上から見た断面図である。 本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタの低レンジ測定部を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタの高レンジ測定部を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタにおける検出管内径と感度の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタにおける測定レンジの配分を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタを横から見た断面図である。 本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタを上から見た断面図である。 本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタのファイバー状シンチレーション検出器を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタの高レンジ測定部を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る放射性ガスモニタのコリメータを示す図である。 本発明の実施の形態４に係る放射性ガスモニタを示す図である。 本発明の実施の形態５に係る放射性ガスモニタの低レンジ測定部における演算の流れを示す図である。 本発明の実施の形態５に係る放射性ガスモニタの高レンジ測定部における演算の流れを示す図である。 本発明の実施の形態６に係る放射性ガスモニタを示す図である。 本発明の実施の形態６に係る放射性ガスモニタを示す図である。 本発明の実施の形態６に係る放射性ガスモニタにおける温度補償テーブルを示す図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタについて、図面に基づいて説明する。図１および図２は、本実施の形態１に係る放射性ガスモニタを示しており、図１は横から見た断面図、図２は上から見た断面図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。

本実施の形態１に係る放射性ガスモニタは、主な構成要素として、試料ガスに含まれる放射性核種から放出される放射線を検出する検出部１と、検出部１からの信号を処理し放射能濃度に対応する工学値を出力する測定部を備え、測定部は、第１測定部である低レンジ測定部２と、第２測定部である高レンジ測定部３を有している。

検出部１は、試料ガスを通流させる検出管１１と、要求される全測定レンジのうち低濃度側の測定レンジが割り当てられる第１検出器である柱状シンチレーション検出器１２と、要求される全測定レンジのうち高濃度側の測定レンジが割り当てられる第２検出器である円筒状電離箱１３（以下、電離箱１３と略す）と、これらを環境放射線から遮蔽する遮蔽体１４を備えている。

遮蔽体１４は、検出管１１の中心軸と直交する中心軸を有する検出器設置用穴１４１を有している。柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１は、検出器設置用穴１４１の内部に配置される。一方、電離箱１３は、検出管１１と平行に並べて配置される。柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジと電離箱１３の測定レンジが互いにオーバーラップするように、検出管１１の内径および柱状シンチレーション検出器１２と検出管１１の相対位置が決定される。

また、遮蔽体１４は、保守の際にスライド可能な検出器保守用遮蔽体１４２と電離箱保守用遮蔽体１４３を有している。柱状シンチレーション検出器１２を取り出す際には、検出器保守用遮蔽体１４２をスライドさせる。同様に、電離箱１３を取り出す際には、電離箱保守用遮蔽体１４３をスライドさせる。なお、遮蔽体１の構造はこれに限定されるものではなく、例えば電離箱保守用遮蔽体１４３を上部に設けても良い。

試料ガスは、排気筒からサンプリング装置を経由して吸気ノズル１５に導入され、再びサンプリング装置を経由して排気ノズル１６から排気筒に排出される。導入される試料ガスは、排気筒のサンプリング点においては高温（例えば２００℃）であるが、周囲温度が例えば１００℃であれば途中の配管において１５０℃程度まで冷却される。

柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１は、検出管１１内の試料ガスに含まれる放射性核種から放出されたγ線のエネルギーを吸収し、そのエネルギーに比例した光量の蛍光を発する。さらに、その蛍光を電子に変換して増倍し、光量に比例した電荷量の電流パルスを出力する。

放射線センサ１２１には、蛍光を電子に変換して増倍するためにバイアスとして、低レンジ測定部２から複合シールドケーブル５に内包された同軸ケーブル、前置増幅器１２３、および検出器ケーブル１２２を経由して高電圧が印加される。

また、検出器ケーブル１２２は、放射線センサ１２１から出力された電流パルスを高電圧に重畳させて前置増幅器１２３に入力する。前置増幅器１２３は、高電圧に重畳した電流パルスをコンデンサで抽出し、そのアナログ電流パルスをアナログ電圧パルスに変換すると共に、複合シールドケーブル５に内包された同軸ケーブルの特性インピ―ダンスに整合させて低レンジ測定部２へ伝送する。

柱状シンチレーション検出器１２として、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を用いた場合、１５０℃の環境下で使用できる放射線センサ１２１を容易に入手することができる。この放射線センサ１２１は、試料ガスの最大温度１５０℃と周囲温度の最大温度１００℃の中間の温度領域で使用されるので、温度に対する補償機能を備えることにより安定に動作する。

一方、電離箱１３は、検出管１１内の試料ガスに含まれる放射性核種から放出されたγ線が入射することにより、電離箱１３内のガスが電離され、生成された電荷が電極に集められて微小な直流電流信号を出力する。電離箱１３には、内部で生成された電荷を電極に集めるためにバイアスとして、高レンジ測定部３からＨＶ印加用の三同軸ケーブル６ｂを経由して高電圧が印加される。

また、電離箱１３から出力された直流電流信号は、信号電流出力用の三同軸ケーブル６ａにより高レンジ測定部３に入力される。電離箱１３から出力される直流電流信号は温度特性が良好なので、温度に対する補償機能なしで最大２００℃の環境下でも安定に動作する。信号電流出力用の三同軸ケーブル６ａおよびＨＶ印加用の三同軸ケーブル６ｂも、１５０℃において安定に使用できるため、周囲温度の最大温度１００℃は余裕をもった使用条件である。

柱状シンチレーション検出器１２からの信号を処理する低レンジ測定部２について、図３を用いて説明する。パルス増幅器２１は、前置増幅器１２３から複合シールドケーブル５に内包された同軸ケーブルを経由して伝送されてきたアナログ電圧パルスを増幅すると共に、重畳する高周波ノイズを除去する。

波高弁別器２２は、パルス増幅器２１により増幅された電圧パルスを入力し、設定された電圧レベルを満たす波高値のものに対してデジタルパルスを出力し、それ以外の波高値のものをノイズとみなして除去する。

レートメータ部２３は、波高弁別器２２からデジタルパルスを入力し、例えば、標準偏差が一定になるように時定数処理して計数率を求め、その計数率を工学値として出力する。必要に応じて、計数率に定数を乗じて線量当量率等の工学値を出力してもよい。

表示および操作部２４は、レートメータ部２３から出力された工学値を表示すると共に、タッチパネル等で必要な設定を行う。高圧電源２５は高電圧を発生し、複合シールドケーブル５に内包された同軸ケーブルと前置増幅器１２３を介して放射線センサ１２１に供給する。

なお、前置増幅器１２３には、半導体部品が使用されているが、部品の種類が限定されており高温仕様のものがある。この高温仕様の前置増幅器１２３を選定し、遮蔽体１４の外に設置することにより、周囲温度の最大温度１００℃の使用条件において検出器ケーブル１２２と共に安定に動作する。

次に、電離箱１３から出力された直流電流信号を処理する高レンジ測定部３について、図４を用いて説明する。対数増幅器３１は、電離箱１３から三同軸ケーブル６ａを経由して伝送された直流電流を入力し、その直流電流の対数に比例する直流電圧に変換する。

Ａ／Ｄ変換器３２は、対数増幅器３１から出力された直流電圧を入力しデジタルデータに変換する。レートメータ部３３は、対数増幅器３１からデジタルデータを入力して電流値に変換し、その電流値を工学値、例えば線量当量率として出力する。また、電流値のままで出力してもよい。

表示および操作部３４は、レートメータ部３３から出力された工学値を表示すると共に、タッチパネル等で必要な設定を行う。高圧電源２５は、高電圧を発生し、三同軸ケーブル６ｂを介して電離箱１３に供給する。

なお、対数増幅器３１は、トランジスタのベース／エミッタ間の電圧が電流の対数に比例することを利用して入力に対する出力の対数変換を行うものであり、周囲温度の影響を受けて測定誤差が生じる。このため、対数増幅器３１は、最大温度１００℃となる検出部１には設置されず、温度環境の良好な高レンジ測定部３に設置される。

電離箱１３の出力は直流電流であり、且つ伝送路としての三同軸ケーブル６ａは二重シールド付であり耐ノイズ性に優れているため、３００ｍ程度のケーブル長を容易に伝送することができる。

柱状シンチレーション検出器１２の測定下限値は、バックグラウンドからの有意な上昇として定義される計数率、一般的にはバックグラウンド計数率の標準偏差の３倍で定義され、その計数率（単位：ｃｐｍ）に検出器校正定数｛単位：（Ｂｑ／ｃｍ^３）／ｃｐｍ｝を乗じて求められる。

また、柱状シンチレーション検出器１２の測定上限値は、アナログパルスがパイルアップする確率が高くなりその影響が無視できない領域に至る直前の許容精度で定義された上限計数率（単位：ｃｐｍ）に、検出器校正定数｛単位：（Ｂｑ／ｃｍ^３）／ｃｐｍ｝を乗じて求められる。

放射性ガスモニタの定期点検において、柱状シンチレーション検出器１２は、原子炉施設で保有している標準線源を照射することにより、単体校正を行って健全性を確認する。一方、電離箱１３は、標準線源を照射して有意な出力を得ようとすると大きな強度の線源が必要となり現実的でない。このため、電離箱１３の内部に強度の小さなα線源を内蔵させ、その常時照射によるライブゼロ電流が、初期値（出荷値）から有意に変化していないことをもって健全性を確認する。

従って、電離箱１３の測定下限値は、ライブゼロ電流からの有意な上昇として定義された電流、一般的にはバックグラウンド電流の標準偏差の３倍で定義され、その電流（単位：Ａ）に型式校正として得られている検出器校正定数｛単位：（Ｂｑ／ｃｍ^３）／Ａ｝を乗じて求められる。

また、電離箱１３の直流電流出力の飽和電流値は、電離箱１３に印加する高電圧値（ＨＶ値）の２乗に比例する。このため、電離箱１３の測定上限値は、ＨＶ値を一定にして動作させる場合は当該ＨＶ値の飽和電流値に対して余裕をもった電流値を電離箱１３の測定上限値として定義する。そうすることにより、電離箱１３は良好なプラトー特性の領域で安定に動作する。電離箱１３の測定上限値は、その飽和電流値（単位：Ａ）に検出器校正定数｛単位：（Ｂｑ／ｃｍ^３）／Ａ｝を乗じて求められる。

本実施の形態１に係る放射性ガスモニタに要求される測定レンジは、発電用軽水型原子炉施設における放出放射性物質の測定に関する指針が規定する平常時ガスモニタが担当する上限濃度に対して半デカード程度オーバーラップさせたところから、過酷事故で要求される測定上限濃度１×１０^１１Ｂｑ／ｃｍ^３までである。

すなわち、上記測定指針対応の平常時ガスモニタの測定レンジ（例えば２×１０^−３〜１×１０^２Ｂｑ／ｃｍ^３）から、過酷事故用排気筒ガスモニタの測定上限１×１０^１１Ｂｑ／ｃｍ^３までの測定レンジ（例えば２×１０^１〜１×１０^１１Ｂｑ／ｃｍ^３）の全測定レンジを切れ目なく満たす必要がある。

測定可能な濃度上限の逆数は検出器の感度に対応するので、それを便宜的に感度と定義すると、柱状シンチレーション検出器１２は、感度が電離箱１３に対して数デカード高い。このため柱状シンチレーション検出器１２と電離箱１３は、低レンジから高レンジまでをカバーするのに好適な組み合わせである。ただし、検出管１１を中心に、その周囲に柱状シンチレーション検出器１２と電離箱１３を単純に配置すると、測定レンジの上限値または下限値のいずれか、あるいは両方がレンジ不足になる。

そこで、本実施の形態１では、まず要求される高濃度側の測定レンジを電離箱１３が満たすように、検出管１１の内径と適合する感度の電離箱１３を選定する。次に、要求される低濃度側の測定レンジを柱状シンチレーション検出器１２が満たすように、柱状シンチレーション検出器１２の寸法を検出管１１の内径に適合するように決定すると共に、柱状シンチレーション検出器１２に入射する放射線を調整する。なお、柱状シンチレーション検出器１２は、電離箱１３の感度に対して４〜５倍程度（４倍程度が好適）の感度になる寸法のものを選定する。

調整の具体的な手段として、本実施の形態１では、遮蔽体１４に検出器設置用穴１４１を設け、その内部に柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１を配置する。さらに、検出器設置用穴１４１の内部から検出管１１を見通す窓１４１１に対して、放射線センサ１２１と検出管１１の相対位置を調整し、放射線センサ１２１に入射する放射線量を調整する。

検出管１１を窓１４１１に近づけると柱状シンチレーション検出器１２からの検出管１１の見通しが悪くなり入射する放射線量が減少する。反対に、検出管１１を窓１４１１から遠ざけると入射する放射線量が増加する。この相対位置の調整により、電離箱１３と柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジのオーバーラップを最適化する。

本実施の形態１において、電離箱１３と柱状シンチレーション検出器１２に測定レンジを配分するための具体的手順について、図５を用いて説明する。なお、以下の説明における電離箱１３は、一般的に入手が容易な線量当量率測定レンジ５×１０^−５〜１×１０^１Ｓｖ／ｈのもので代表する。また、柱状シンチレーション検出器１２としてはＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を用い、その計数率測定レンジは一般的な１×１０^１〜１×１０^７ｃｐｍとする。

まず、パラメータとして電離箱１３の長さの２倍程度で一定長の検出管１１の内径（ｍｍ）を横軸とし、計算または実測で求めた検出部１の柱状シンチレーション検出器１２の感度ｃｐｍ／（Ｂｑ／ｃｍ^３）と、電離箱１３の感度（Ｓｖ／ｈ）／（Ｂｑ／ｃｍ^３）を縦軸として、図５に示すグラフＳを作成する。

グラフＳから電離箱１３の測定レンジ上限線量当量率（１×１０^１Ｓｖ／ｈ）が、要求される測定濃度上限（１×１０^１１Ｂｑ／ｃｍ^３）に対応するとした場合の感度１×１０^−１０（Ｓｖ／ｈ）／（Ｂｑ／ｃｍ^３）に対して、感度に若干の余裕を確保した感度ＡとグラフＳの交点から、検出管１１の内径Ｄと、感度Ａに対応する感度Ｂを仮決定する。

続いて、電離箱１３の測定レンジ上限線量当量率を感度Ａで除して、電離箱上限濃度Ｃ４を仮決定する。さらに、電離箱１３の測定レンジ下限線量当量率（５×１０^−５Ｓｖ／ｈ）を感度Ａで除して電離箱下限濃度Ｃ３を仮決定する。

次に、柱状シンチレーション検出器１２の測定上限計数率（１×１０^７ｃｐｍ）を感度Ｂで除して柱状シンチレーション検出器上限濃度Ｃ２を求める。なお、例えば事故時の周囲放射線の上昇で柱状シンチレーション検出器１２のバックグラウンドが１０ｃｐｍ上昇し、１０ｃｐｍがバックグラウンド計数率の標準偏差の３倍に相当する場合、１０ｃｐｍを感度Ｂで除して、柱状シンチレーション検出器下限濃度Ｃ１を求める。

柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１のヘッドが例えば窓１４１１の面位置において、Ｃ１が要求下限濃度を満たしているがＣ２＜Ｃ３である場合、電離箱１３の測定レンジと柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジはオーバーラップしてない。このような場合、ヘッドを窓１４１１の奥側に下げて微調整し、例えば０．３デカード程度オーバーラップするように仮決定する。

また、Ｃ２＞Ｃ３で適度にオーバーラップしているが、Ｃ１が要求下限濃度よりも大きくレンジ不足の場合、検出管１１を窓１４１１に近づけて柱状シンチレーション検出器１２の視野を広げる。さらに、場合によっては、柱状シンチレーション検出器１２のヘッドを窓１４１１から若干飛び出すように微調整し、例えば０．３デカード程度オーバーラップするように仮決定する。

以上のような調整により、柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジと電離箱１３の測定レンジがいずれも要求レンジを満たし、且つそれぞれの測定レンジが適度にオーバーラップしていることを確認して、仮決定を最終決定とする。

図６は、上記の方法で微調整したレンジ配分を示す図であり、横軸は試料ガス濃度（Ｂｑ／ｃｍ^３）、縦軸は総合実力レンジを示している。図６中、ａ〜ｃは柱状シンチレーション検出器１２に割り当てられた低濃度側の測定レンジ（Ｒ１）、ｂ〜ｄは電離箱１３に割り当てられた高濃度側の測定レンジ（Ｒ２）であり、ｓはそれぞれの測定レンジＲ１、Ｒ２のオーバーラップを示している。

以上のように、本実施の形態１に係る放射性ガスモニタによれば、遮蔽体１４に検出器設置用穴１４１を設け、柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１を検出器設置用穴１４１の内部に配置して、電離箱１３の測定レンジと柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジが互いにオーバーラップするようにしたので、平常時モニタに対応した測定濃度レンジの上限値から過酷事故に対応した測定濃度レンジの上限値までのワイドレンジで測定可能である。

また、測定レンジ切り替え時の欠測がないため、安定性と応答性が良好である。さらに、遮蔽体１４に検出器設置用穴１４１を設けることにより、検出部１全体として遮蔽体１４を小型化することができ、低コスト化が可能である。

実施の形態２．
図７および図８は、本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタを示し、図７は横から見た断面図、図８は上から見た断面図である。なお、図７中、図１と同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

上記実施の形態１では、要求される全測定レンジのうち高濃度側の測定レンジが割り当てられる第２検出器として電離箱１３を用いたが、本実施の形態２では、ファイバー状シンチレーション検出器１７を用いたものである。高レンジ測定部４は、ファイバー状シンチレーション検出器１７からの信号を処理する。

ファイバー状シンチレーション検出器１７は、柱状シンチレーション検出器１２と同様に、放射線を検出すると蛍光を発し、その蛍光を電子に変換して電流パルスを出力する放射線センサ１７１と、電流パルスをアナログ電圧パルスに変換する前置増幅器１７３と、前置増幅器１７３に放射線センサ１７１からの電流パルスを入力する検出器ケーブル１７２を備えている。

図９は、ファイバー状シンチレーション検出器１７の放射線センサ１７１を示している。放射線センサ１７１は、事前の実験に基づき決められた長さに切断されたシンチレーションファイバー１７１１をライトガイド１７１２に差し込んで光学的に接合し、さらにライトガイド１７１２に光電子増倍管１７１３を光学的に接合したものである。

シンチレーションファイバー１７１１は、検出管１１内の試料ガスに含まれる放射性核種から放出されたγ線のエネルギーを吸収し、そのエネルギーに比例した光量の蛍光を発する。シンチレーションファイバー１７１１として、例えばガラスシンチレーションファイバーは、１５０℃の環境下で使用可能であり、且つ０．５ｍｍ以下の細径のものが容易に入手可能である。

光電子増倍管１７１３はその蛍光を電子に変換して増倍し、光量に比例した電荷量の電流パルスを出力する。分配回路１７１４は、高レンジ測定部４の高圧電源４５から供給された高電圧を分割し、光電子増倍管１７１３を動作させるためにバイアスとして分配する。

ファイバー状シンチレーション検出器１７からの信号を処理する高レンジ測定部４について、図１０を用いて説明する。パルス増幅器４１は、前置増幅器１７３から複合シールドケーブル７に内包された同軸ケーブルを経由して伝送されてきたアナログ電圧パルスを増幅すると共に、重畳する高周波ノイズを除去する。

波高弁別器４２は、パルス増幅器４１により増幅された電圧パルスを入力し、設定された電圧レベルを満たす波高値のものに対してデジタルパルスを出力し、それ以外の波高値のものをノイズとみなして除去する。

レートメータ部４３は、波高弁別器４２からデジタルパルスを入力し、例えば、標準偏差が一定になるように時定数処理して計数率を求め、その計数率を工学値として出力する。必要に応じて、計数率に定数を乗じて線量当量率等の工学値を出力してもよい。

表示および操作部４４は、レートメータ部４３から出力された工学値を表示すると共に、タッチパネル等で必要な設定を行う。高圧電源４５は高電圧を発生し、複合シールドケーブル７に内包された同軸ケーブルおよび前置増幅器１７３を介して放射線センサ１７１に供給する。

本実施の形態２では、図７に示すように、遮蔽体１４は、検出管１１を挟んで対向配置された２つの検出器設置用穴１４１、１４４を有している。検出器設置用穴１４１の内部には、柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１が配置され、他方の検出器設置用穴１４４の内部には、ファイバー状シンチレーション検出器１７の放射線センサ１７１が配置される。

なお、検出器設置用穴１４１、１４４の中心軸は、検出管１１の中心軸と直交している。また、遮蔽体１４は、保守の際にスライド可能な検出器保守用遮蔽体１４５を有している。ファイバー状シンチレーション検出器１７を取り出す際には、検出器保守用遮蔽体１４５をスライドさせる。

本実施の形態２では、柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジとファイバー状シンチレーション検出器１７の測定レンジが互いにオーバーラップするように、検出管１１の内径および柱状シンチレーション検出器１２と検出管１１の相対位置が決定される。ファイバー状シンチレーション検出器１７の放射線センサ１７１のヘッドは、検出器設置用穴１４４の内部から検出管１１を見通す窓１４４１に近づけて配置される。

また、柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１のヘッドは、上記実施の形態１と比較して有感面積で４デカード程度小さくし、さらに検出管１１に対する見通しを約１デカード小さくする。これにより、上記実施の形態１の電離箱１３をファイバー状シンチレーション検出器１７に置き換えることができる。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、検出部１全体として遮蔽体１４をさらに小型化することが可能であり、さらなるコスト低減が図られる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る放射性ガスモニタは、上記実施の形態１または実施の形態２と同様の放射性ガスモニタにおいて、遮蔽体１４に設けられた検出器設置用穴１４１、１４４の内部に、放射線センサ１２１、１７１への放射線の入射を絞るコリメータ１４６を設けたものである。その他の構成については上記実施の形態１または実施の形態２と同様であるので、図１を流用して説明する。

例えば柱状シンチレーション検出器１２の測定レンジを適合させる際に、放射線センサ１２１のヘッド、窓１４１１、および検出管１１の距離だけで調整しようとすると、遮蔽体１４の内部に広い空間が必要となる。

そこで、本実施の形態３では、図１１に示すように、検出器設置用穴１４１の検出管１１を見通す窓１４１１付近にコリメータ１４６を設けることにより、放射線の入射を絞るようにしている。なお、図１１では、内部に柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１が配置された検出器設置用穴１４１を示しているが、検出器設置用穴１４４（図７参照）についても同様にコリメータを設けることができる。

本実施の形態３によれば、上記実施の形態１および実施の形態２と同様の効果が得られると共に、遮蔽体１４の内部空間を広げずに、より好適に測定レンジを適合させることができるため、遮蔽体１４をさらに小型化することが可能である。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、上記実施の形態１から実施の形態３に係わる放射性ガスモニタの検出部１において、検出管１１を通流する試料ガスの温度を検出する試料ガス温度センサ１１２と、検出管１１を通流する試料ガスの圧力を検出する試料ガス圧力センサ１１３を備えたものである。

図１２は、本実施の形態３に係る放射性ガスモニタを示している。なお、図１２中、図１〜図４と同一、相当部分には同一符号を付している。試料ガス温度センサ１１２は、例えば測温抵抗体であり、吸気ノズル１５の表面に取り付けられ、その上から断熱材１１１が設けられ周囲から熱遮断されている。

なお、試料ガス温度センサ１１２を、放射線測定を妨げない角度と位置で検出管１１に接触させて取り付けても良い。この場合、断熱材１１１は不要となる。また、試料ガス圧力センサ１１３は、吸気ノズル１５から分岐した箇所に取り付けられる。

低レンジ測定部２は、試料ガス温度センサ１１２からの温度信号、および試料ガス圧力センサ１１３からの圧力信号をレートメータ部２３に入力し、これらの信号に基づいて試料ガス温度および圧力を算出し出力する。

さらに、低レンジ測定部２で求めた試料ガス温度および圧力は、高レンジ測定部３のレートメータ部３３に入力され、必要に応じて表示および操作部２４、３４に出力される。なお、図１２では、上記実施の形態１における高レンジ測定部３（図４参照）を示しているが、上記実施の形態２における高レンジ測定部４（図１０参照）についても同様である。

本実施の形態４によれば、上記実施の形態１から実施の形態３と同様の効果が得られると共に、放射能濃度に対応する工学値をマニュアルで基準の温度および圧力における値に換算するための情報を得ることができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５では、上記実施の形態４に係る放射性ガスモニタにおいて、低レンジ測定部２および高レンジ測定部３、４に、試料ガス温度および圧力に基づいて、放射能濃度に対応する工学値を基準の温度および圧力における値に自動で換算して出力する機能を備えたものである。

図１３および図１４は、本実施の形態５に係る放射性ガスモニタの低レンジ測定部２および高レンジ測定部３における演算の流れを示している。なお、図１４では、上記実施の形態１における高レンジ測定部３（図４参照）を示しているが、上記実施の形態２における高レンジ測定部４（図１０参照）についても同様である。

低レンジ測定部２および高レンジ測定部３はそれぞれ、レートメータ部２３、３３に試料ガス温度補正機能と試料ガス圧力補正機能を備えている。試料ガス温度補正機能は、入力された試料ガス温度に基づいて工学値を基準の温度に換算する。試料ガス圧力補正機能は、温度補正された工学値を、試料ガス圧力に基づいて基準の圧力に換算する。表示および操作部２４、３４には、温度補正および圧力補正された工学値として例えば計数率または線量当量率が表示される。

本実施の形態５によれば、上記実施の形態１から実施の形態４と同様の効果が得られると共に、放射能濃度に対応する工学値を自動的に温度補正および圧力補正して出力するようにしたので、運用が簡便になる効果を奏する。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６では、上記実施の形態１または実施の形態２に係わる放射性ガスモニタにおいて、柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１に、検出器温度センサ１２４を取り付けたものである。また、上記実施の形態２に係わる放射性ガスモニタにおいて、ファイバー状シンチレーション検出器１７の放射線センサ１７１に、検出器温度センサ１７４を取り付けたものである。

低レンジ測定部２のレートメータ部２３には、図１５に示すように、柱状シンチレーション検出器１２の放射線センサ１２１に取り付けられた検出器温度センサ１２４から温度信号が入力される。レートメータ部２３は、この温度信号に基づいて、放射能濃度に対応する工学値の温度補償を行う。

また、高レンジ測定部４のレートメータ部４３には、図１６に示すように、ファイバー状シンチレーション検出器１７の放射線センサ１７１に取り付けられた検出器温度センサ１７４から温度信号が入力される。

各レートメータ部２３、４３では、入力された温度信号に基づいて温度を算出し、さらに図１７に示すような温度補償テーブルを参照して、それぞれの温度に対応するゲイン補償計数により、放射能濃度に対応する工学値の温度補償を行う。

本実施の形態６によれば、上記実施の形態１および実施の形態２と同様の効果に加え、さらに、測定時の温度の影響を低減することが可能であり、測定精度が向上する。なお、本実施の形態６と上記実施の形態３〜５を組み合わせることも可能である。本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

また、上記実施の形態１から実施の形態６では、第１検出器として柱状シンチレーション検出器１２を用い、第２検出器として電離箱１３またはファイバー状シンチレーション検出器１７を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明は、原子力施設の排気筒に設置され、過酷事故に対応した高濃度レンジを含むワイドレンジで放射能濃度を測定可能な放射性ガスモニタとして利用することができる。

１ 検出部、２ 低レンジ測定部、３、４ 高レンジ測定部、
５、７ 複合シールドケーブル、６ａ、６ｂ 三同軸ケーブル、１１ 検出管、
１２ 柱状シンチレーション検出器、１３ 電離箱、１４ 遮蔽体、１５ 吸気ノズル、１６ 排気ノズル、１７ ファイバー状シンチレーション検出器、
２１、４１ パルス増幅器、２２、４２ 波高弁別器、
２３、３３、４３ レートメータ部、２４、３４、４４ 表示および操作部、
２５、３５、４５ 高圧電源、３１ 対数増幅器、３２ Ａ／Ｄ変換器、
１１１ 断熱材、１１２ 試料ガス温度センサ、１１３、試料ガス圧力センサ、
１２１、１７１ 放射線センサ、１２２、１７２ 検出器ケーブル、
１２３、１７３ 前置増幅器、１２４、１７４ 検出器温度センサ、
１４１、１４４ 検出器設置用穴、１４２、１４５ 検出器保守用遮蔽体、
１４３ 電離箱保守用遮蔽体、１４６ コリメータ、１４１１、１４４１ 窓、
１７１１ シンチレーションファイバー、１７１２ ライトガイド、
１７１３ 光電子増倍管、１７１４ 分配回路、１７１５ コネクタ。

Claims (12)

1. 試料ガスに含まれる放射性核種から放出される放射線を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し放射能濃度に対応する工学値を出力する測定部とを備え、
   前記検出部は、試料ガスを通流させる検出管と、要求される全測定レンジのうち低濃度側の測定レンジが割り当てられる第１検出器と、要求される全測定レンジのうち高濃度側の測定レンジが割り当てられる第２検出器と、前記検出管、前記第１検出器、および前記第２検出器を環境放射線から遮蔽する遮蔽体とを有し、
   前記測定部は、前記第１検出器からの信号を処理する第１測定部と、前記第２検出器からの信号を処理する第２測定部を有し、
   前記遮蔽体は、前記検出管の中心軸と直交する中心軸を有する検出器設置用穴を少なくとも１つ有し、前記第１検出器および前記第２検出器のうち少なくとも前記第１検出器は前記検出器設置用穴の内部に配置されると共に、前記第１検出器の測定レンジと前記第２検出器の測定レンジが互いにオーバーラップするように、前記検出管の内径および前記検出管と前記第１検出器との相対位置が決定されることを特徴とする放射性ガスモニタ。
2. 前記遮蔽体は、１つの前記検出器設置用穴を有し、前記第１検出器として用いられる柱状シンチレーション検出器の放射線センサを前記検出器設置用穴の内部に配置すると共に、前記第２検出器として用いられる円筒状電離箱を前記検出管と平行に並べて配置したことを特徴とする請求項１記載の放射性ガスモニタ。
3. 前記第２測定部は、前記円筒状電離箱から出力された直流電流を入力し、その直流電流の対数に比例する電圧に変換して出力する対数増幅器を備えたことを特徴とする請求項２記載の放射性ガスモニタ。
4. 前記遮蔽体は、前記検出管を挟んで対向配置された２つの前記検出器設置用穴を有し、前記第１検出器として用いられる柱状シンチレーション検出器の放射線センサを一方の前記検出器設置用穴の内部に配置すると共に、前記第２検出器として用いられるファイバー状シンチレーション検出器の放射線センサを他方の前記検出器設置用穴に配置したことを特徴とする請求項１記載の放射性ガスモニタ。
5. 前記柱状シンチレーション検出器は、前記放射線センサから出力された電流パルスをアナログ電圧パルスに変換する前置増幅器を有し、前記前置増幅器は、前記遮蔽体の外部に設置されることを特徴とする請求項２または請求項４に記載の放射性ガスモニタ。
6. 前記ファイバー状シンチレーション検出器の前記放射線センサは、所定の長さに切断されたシンチレーションファイバーと光学的に接合されたライトガイドと、前記ライトガイドと光学的に接合された光電子増倍管を有することを特徴とする請求項４記載の放射性ガスモニタ。
7. 前記ファイバー状シンチレーション検出器は、前記放射線センサから出力された電流パルスをアナログ電圧パルスに変換する前置増幅器を有し、前記前置増幅器は、前記遮蔽体の外部に設置されることを特徴とする請求項４記載の放射性ガスモニタ。
8. 前記検出器設置用穴の内部に、その検出器設置用穴の内部に配置された前記放射線センサへの放射線の入射を絞るコリメータを設けたことを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタ。
9. 前記検出部は、前記検出管を通流する試料ガスの温度を検出する試料ガス温度センサと、前記検出管を通流する試料ガスの圧力を検出する試料ガス圧力センサを備え、前記測定
   部は、前記試料ガス温度センサから入力した温度信号および前記試料ガス圧力センサから入力した圧力信号に基づいて、試料ガス温度および試料ガス圧力を求めることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタ。
10. 前記測定部は、試料ガス温度および試料ガス圧力に基づいて、放射能濃度に対応する工学値を所定の温度および圧力に換算して出力することを特徴とする請求項９記載の放射性ガスモニタ。
11. 前記柱状シンチレーション検出器は、その放射線センサに検出器温度センサが取り付けられ、前記第１測定部は、前記検出器温度センサから入力した温度信号に基づいて、放射能濃度に対応する工学値の温度補償を行うことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の放射性ガスモニタ。
12. 前記ファイバー状シンチレーション検出器は、その放射線センサに検出器温度センサが取り付けられ、前記第２測定部は、前記検出器温度センサから入力した温度信号に基づいて、放射能濃度に対応する工学値の温度補償を行うことを特徴とする請求項４記載の放射性ガスモニタ。

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