JP3591275B2 - 放射線強度計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線強度を計測する放射線強度計測装置に関し、特に放射線を受けたOSL[光輝尽性(OSL:Optically Sutimulated Luminescence)]結晶にレーザを照射し、二次的に発光する励起光を光ファイバで伝送して放射線強度を計測する放射線強度計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
放射線強度計測装置に関する従来の技術として、シンチレーション光を光ファイバにより伝送し、伝送された光から放射線強度を計測する計測装置が特開平6−258446号公報(以下、従来技術1と呼ぶ)に記載されている。この計測装置は、複数のシンチレータと、シンチレータにおけるシンチレーション光を波長変換する波長変換ファイバと、複数のシンチレータに連鎖状に連結され、かつ波長変換された光を伝送する伝送用ファイバからなる。この計測装置では、波長変換ファイバ両端のシンチレーション光到達時間差から放射線の入射位置を決定し、またその到達頻度から放射線の強度を決定している。
【0003】
また、放射線強度の計測を目的としたものではないが、温度分布を計測する方法(OTDR:Optical Time Domain Reflectrometry)として、遠隔に敷設した光ファイバにレーザ光を照射し、ファイバ内で散乱した反射光を計測することによって温度分布を計測することが「火力原子力発電Vol.48,No.8,p851(1995)」(以下、従来技術2と呼ぶ)に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術1は、波長変換ファイバ両端からの光より、時間波高変換器(TAC:Time−to−Amplitude Convertor)を用いて到達時間差を求め、放射線の入射位置を決定する。このため2系統の光検出系が必要になる。また、精密分析のTAC処理が必要になる、或いはシステム全体の構成が複雑になるという問題があった。更に、複数のシンチレータを連鎖状に連結する構成のため、シンチレーション光が他の波長変換ファイバにも伝送し、その波長変換ファイバを通過する際に大きな伝送損失を受けてしまう。以上のような理由から従来技術1では、放射線強度の測定点が10点以上でかつ長距離の放射線強度分布測定は困難であった。
【0005】
従来技術2は、光ファイバにレーザ光を照射する構成が本発明と類似するが、温度によって変化する光ファイバ内の散乱光成分(アンチストーク光とストーク光)の計測原理は放射線強度の検出には利用できない。
【0006】
また、上記問題点を解決する放射線強度の測定装置として、特願平8−240131号に記載された放射線強度測定装置がある。図9にその構成を示す。本装置は、OSL結晶(又はPSL(Photostimulated Luminescence)結晶)を用いた放射線強度分布測定装置で、OSL結晶1は、カップラ25で分岐連結された複数の光路長の異なる光ファイバ26の先端に設けられる。光ファイバ26にはOSL結晶励起用のレーザ光5がレーザ光源3から照射される。レーザ光5の影響によりOSL結晶1はOSL光6を発し、OSL光6は、光ファイバ26,カップラ25、及びハーフミラー24を介して分光フィルタ7に導かれる。分光フィルタ7を通過したOSL光6は、光電子増倍管8及びアンプ9により電気信号に変換され、その電気信号からOSL光の戻り時間差、更には放射線計測位置が求められる。また、光の強度から放射線強度(線量率)が求められる。
【0007】
しかしながら、上記の計測装置では次のような問題点が考えられる。この装置によれば、OSL結晶1から放出されるOSL光6は、光電子増倍管8に到達するまでに複数のカップラ25を経由することとなり、その伝送損失は極めて大きくなる。カップラ25を経由する光は、分岐比1:1の場合50%に減衰する。即ち、この装置構成ではOSL結晶1の数(測定点の数)だけカップラ25が必要であり、測定点の数が10点の場合には、(1/2)の10乗の光減衰(=1/1000)となる。また、照射するレーザ光5の光量も減衰するため、大容量の光源が必要となる。更にこの装置では、レーザ光5の照射時刻からOSL光6の戻り時間差で測定位置を認識するため、OSL光の広がりが時間分解能(位置分解能)を大きく損なう。その他、カップラ25そのもののコストが高く、測定点の数に比例して装置のコストが高くなるという問題も考えられる。
【0008】
本発明の目的は、安価で、かつ放射線強度測定点も多く、更に高感度な放射線強度分布計測装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の放射線強度計測装置は、複数組になって設けられた第1光ファイバ及び第2光ファイバと、第1光ファイバ及び第2光ファイバのそれぞれの組の先端に設けられた光輝尽性結晶と、レーザ光を放出するレーザ光源と、複数の第1光ファイバに対してレーザ光源から放出されたレーザ光を順に照射する光分配装置と、複数の光輝尽性結晶から放出される光輝尽性光を複数の第2光ファイバを介して受光する共通の受光部と、複数の各光輝尽性結晶の配置位置における放射線強度を求める演算装置とを備えたことにある。光輝尽性結晶に2本の光ファイバを設け、1本はレーザ光の伝送用とし、他方は光輝尽性結晶から放出される光の伝送用とすることにより、レーザ光の伝送光路や光輝尽性結晶から放出される光の伝送光路にカップラやハーフミラーといった障害物が全くなく、伝送損失を最低限に押さえることが可能になる。よって、高感度で高精度の計測が確実に行える。なお、光ファイバは直径150μm程度であり、1本から2本に変わっても敷設寸法上の問題は特に発生しない。また、放射線計測点の位置はレーザ光の照射光路と一対一に対応するため、TAC処理等の時間分析等も全く不要となる。
【0011】
複数の第1光ファイバに対してレーザ光源から放出されたレーザ光を順に照射する光分配装置を設けたことによって、複数の第1光ファイバ毎に独立にレーザ光源を設ける構成に比べて、計測システムを簡素で低コストにできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【0013】
図1は、本発明の好適な一実施例である放射線強度計測装置を示す。OSL結晶1は、ファイバ14及び15(ツインファイバ)の先端に設けられる。レーザ光源3と光路スキャン装置(ガルバノスキャンメータ)4によりファイバ14からレーザ光5を任意のファイバ14に照射する。レーザ光5はファイバ14を介してOSL結晶1に導かれる。レーザ光を受けたOSL結晶1はそれまでに受けた積算放射線量に比例したOSL光6を放出する。このOSL光6は、ファイバ15を介して分光フィルタ7に導かれる。分光フィルタ7は、S/N比を向上させるために、OSL光6の波長以外の光をカットする。分光フィルタ7を通過したOSL光6は、光電子増倍管8において電圧に変換される。この電圧はアンプ9で増幅された後、計測回路10及び演算装置11から成る計測系に入力され、計測系では入力に基づいて放射線の強度を求める。なお、本実施例の場合、レーザ光5を照射するファイバ14が放射線の測定点と1対1で対応しているため、レーザ照射の制御装置12により照射するファイバ14を指示し、そのファイバ14に対応する測定点の情報を演算装置に与えることによって、検出した放射線強度と測定点との対応を容易に決定できる。以上説明した各放射線強度の測定を、各測定点に対して行うことにより、放射線分布を求めることができる。求められた放射線分布は、表示装置13に表示する。
【0014】
本実施例によれば、レーザの照射光路やOSL光の伝送光路にカップラやハーフミラーといった障害物が全くなく、伝送損失を最低限に押さえることが可能になる。よって、高感度で高精度の計測が確実に行える。
【0015】
ここで、図2を用いてOSL結晶の発光原理を説明する。OSL結晶には
BaFBr(Eu),LaOBr(Tb),SrSなど各種の材料がある。ここではBaFBr(Eu)を例に発光原理を説明する。OSL結晶1に放射線20が入射すると結晶中に含まれる2価のEuが3価に変化し、その結果、Fセンタと呼ばれるカラーセンタ(Br−)が形成される。このカラーセンタの形成量が積算放射線量と比例関係を保つ。このカラーセンタに2次励起用のレーザ光5を照射すると3価のEuが励起状態の2価のEuに変化する。この励起状態のEuが安定状態に変遷する時に一定波長のOSL光6を放出する。2次励起用レーザ光及びOSL光の波長は各OSL結晶によって異なる。BaFBr(Eu)では励起用レーザ光が630nm、OSL光が400nm程度である。OSL光の計測では受光部に400nmの分光フィルタを設けてS/Nの向上を図る。
【0016】
図3に悪環境下の現場における、上記計測装置の適用例を示す。本装置では、エレクトロニクスを伴うレーザ光源3や演算装置11は制御室30等の環境条件の良い場所に設置し、電磁ノイズや湿度等の悪環境下になる現場31には、OSL結晶1と光ファイバ14,15だけを設置する。この配置により、電磁ノイズや湿度等によるレーザ光源3や演算装置11等への悪影響を防止することができる。
【0017】
図4に、前述のファイバ14,15を用いた構成と、カップラ25を用いた構成を示す。(a)はカップラ方式、(b)はツインファイバ方式である。(b)はOSL結晶1がファイバ14,15を介してレーザ光源3及び受光部8と接続する。(b)方式はファイバ長が2倍必要となるが、(a)方式のカップラ25及びカップラと光ファイバの接続コネクタ等の製作コストを比較すると十分な低コスト化が図れる。
【0018】
図5はファイバ14,15とOSL結晶1との接続方法を示す。ファイバ14,15の先端にはOSL結晶1を固定治具35,36で固定して設ける。(a)はOSL光の集光効率を向上するためにファイバ14,15の先端に角度(θ)を設けたものである。また、(b)は集光効率が若干低下するがストレートにファイバを配置したものである。(b)の構造は製作費を低く押さえられるのが特徴である。このツインファイバを用いる構成はカップラを用いる方式に比べ、4倍以上の高感度計測が可能になる。
【0019】
図6,図7はレーザ照射の独立光路制御方式とガルバノメータスキャン方式を示した。図6に示す独立光路制御方式では、一系統のファイバ14にレーザを照射するためには最低レーザダイオード22,コリメータ23,光スイッチ37が必要となる。一方、図7のスキャン方式では1台のレーザダイオード22をカルバノミラー40で光路を任意に切り替え、多chの光ファイバへ容易に照射できる。なおこの方式では、多くのファイバへ稠密にレーザ光を照射するために稠密にならべたファイバアレー42,X−Yステージ43等が必要となり、初期費用が高くなるが、ch数が多くなると相対的に低コストのシステムを実現できることになる。
【0020】
図8は各システム構成のコスト評価を行った結果である。(A)はカップラを用いた構成、(B)はツインファイバ方式で各チャンネルに独立にレーザ光源を用いる構成、(C)はツインファイバにレーザ光路スキャンを採用した構成である。この評価結果等も明らかなように(C)の構成はch数が多くなるほどその低コスト化の効果が大きくなることが分かる。数100chで比較すると1/4〜1/5の低コスト化が可能になる。
【0021】
以上の光路スキャンは一次元でのみ説明しているが、2段のガルバノスキャンを組み合わせて2次元のスキャン方式を採用すると、100chから1000chの大規模システムが容易に構築できる。
【0022】
以上説明した各実施例によれば、OSL結晶を用いた多ch放射線分布計測システムにおいてTAC処理を講じず、直接的な放射線計測点の認識が容易であり、4倍の高感度化と1/4以下の低コスト化を達成できる簡便で、経済的かつ実用的な放射線強度分布計測装置及びシステムを提供することができる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、安価で、かつ放射線強度測定点が多く、更に高感度の放射線強度分布計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な一実施例である放射線強度計測装置の構成図である。
【図2】OSL結晶の発光原理を示す図である。
【図3】放射線強度計測装置を現場に適用した場合の構成図である。
【図4】ツインファイバ方式とカップラを用いる方式の放射線強度計測装置の構成図である。
【図5】OSL結晶とツインファイバとの接続方式を示す図である。
【図6】独立光路制御方式でレーザを照射する場合の放射線強度計測装置の構成図である。
【図7】ガルバノメータスキャン方式でレーザを照射する場合の放射線強度計測装置の構成図である。
【図8】各システムのコスト評価を示す図である。
【図9】OSL結晶を採用した放射線強度計測装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…OSL結晶、3…レーザ光源、4…光路スキャン装置、5…レーザ光、6…OSL光、7…分光フィルタ、8…光電子増倍管(受光部)、9…アンプ、
10…計測回路、11…演算装置、12…制御装置、13…表示装置、14,
15…ファイバ、20…放射線、21…電源。
Claims (3)
- 複数組になって設けられた第1光ファイバ及び第2光ファイバと、
該第1光ファイバ及び第2光ファイバのそれぞれの組の先端に設けられた光輝尽性結晶と、
レーザ光を放出するレーザ光源と、
複数の前記第1光ファイバに対して前記レーザ光源から放出されたレーザ光を順に照射する光分配装置と、
複数の前記光輝尽性結晶から放出される光輝尽性光を複数の前記第2光ファイバを介して受光する共通の受光部と、
前記複数の各光輝尽性結晶の配置位置における放射線強度を求める演算装置とを備えたことを特徴とする放射線強度計測装置。 - 請求項1の放射線強度計測装置において、
前記演算装置によって求められた放射線強度から放射線強度分布を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする放射線強度計測装置。 - 請求項2の放射線強度計測装置において、
前記レーザ光源及び前記演算装置は、制御室に配置されることを特徴とする放
射線強度計測装置。
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