JP4395054B2

JP4395054B2 - 放射線測定装置及び放射性廃棄物検査方法

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Publication number: JP4395054B2
Application number: JP2004336104A
Authority: JP
Inventors: 明憲岩本
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006145391A

Description

本発明は放射線測定装置及び放射性廃棄物検査方法に関し、特に、中空部材の内面から放出される放射線を測定する装置及び方法に関する。

放射線取扱施設、特に原子力発電所の解体に伴い、様々な放射性廃棄物が大量に生じる。放射性廃棄物の廃棄に当たっては汚染検査が必要である。放射性廃棄物の外面については、通常の表面汚染計などを利用して汚染検査を行えるが、内部が空洞の放射性廃棄物について、そのままの状態でその内面の汚染検査を行うのは難しい。すなわち、内部に放射線測定装置を挿入すること自体ができず、あるいは、挿入できたとしても内面全体について汚染検査を行うのは難しい。そこで、従来、そのような放射性廃棄物については、それを切り開いて板状に加工して表面汚染計を用いて汚染検査を行う必要があった。なお、放射性廃棄物以外の構造物についてもその内面からの放射線の測定を行う場合に上記同様の問題を指摘できる。

下記特許文献１には、気体中に存在するラドン、トロンからのα線を検出する円筒形状の電離箱が開示されている。その電離箱は、内面に導電性コーティングが施されたα線透過容器と、その内部に配置された集電極と、を有する。しかし、特許文献１には中空構造物の内部においてその内面からのα線を検出するための構成については記載されていない。下記特許文献２には、放射線廃棄物である配管の内部において放射線（β線、γ線）の測定を行う装置が記載されている。配管は導電性部材であり、それは適当な長さに切断される。配管の内部には集電極としての陽極線が配設され、配管の両端にはカバーが取り付けられる。その上で、配管内に存在するエアを追い出すためにガスが配管に充填され、その状態で、配管と陽極線との間に電圧が印加され、配管内において電離箱方式で放射線が検出される。

特開平６−２５８４５０号公報特開２００４−７７４０６号公報

上記の特許文献２に記載された装置では、配管内において放射線の測定を行えるが、針金のような陽極線を保持するスペーサを配管内に設置する必要があり、また配管の両端にカバーを取り付けなければならないなどの問題がある。また、非金属配管には適用できないという問題がある。なお、特許文献２にはα線の検出については記載されていない。

本発明の目的は、中空構造物の内部において放射線の測定を簡便に行えるようにすることにある。

本発明の他の目的は、放射性廃棄物の内面を簡単にかつ感度良く検査できるようにすることにある。

（１）本発明は、対象物の内部に挿入されて対象物の内面から放出されるα線を検出する検出ユニットと、前記検出ユニットを保持する保持部と、を有する電離箱型の検出部と、前記対象物の内部にガスを導入するガス導入機構と、を含み、前記検出ユニットは、複数のα線通過孔が形成された周囲電極と、前記周囲電極内に挿通された集電極と、を有し、前記対象物の内部に前記ガスを導入した状態で、前記対象物の内部においてα線が測定されることを特徴とする。

上記構成によれば、中空の対象物の内部に検出ユニットが挿入され、対象物の内部にガス（パージガス、電離用ガス）が流された状態において、対象物の内面から放出されるα線による電離作用により生じた荷電粒子が検出ユニットによって検出される。その際、周囲電極は、複数のα線通過孔を有するため、検出ユニット内部へα線を導入することができる。中空の対象物に検出ユニットをそのまま挿入してα線の測定を行えるので、対象物を切り開くことなどは不要である。ガスフロー状態でα線の測定を行えるので、大気中に存在するα線放出核種（ラドン、トロン）の影響を排除、軽減できる。

対象物は放射性廃棄物としての中空物であるのが望ましいが、それ以外の物に対する検査にも上記構成を用いることができる。ガスとして不活性ガスを用いるのが望ましく、そのガスによって対象物が有する開口からその内部に存在した大気が追い出される。対象物内においてガスを充満させる流れを形成するため、対象物がその両端に開口を有するパイプ状の部材であれば、一方の開口側を開放とし、他方の開口を閉じてそこからガスを導入するのが望ましい。その場合、対象物の内部にガスをほぼ充満させることができれば、他方の開口を完全にシールする必要はなく、少々ガスが漏れ出てもよい。もちろん、他方の開口を完全にシールしてもよい。そのような完全あるいは不完全なシール作用を保持部それ自体あるいはその表面によって行わせることもできる。周囲電極はα線を十分に通過させることが可能な多数の開口を有する材料で構成されるのが望ましい。保持部側に、集電極への電気的な接続構造、及び、周囲電極への電気的な接続構造を設けるのが望ましい。

望ましくは、前記周囲電極は、円筒形状を有するメッシュ状の導電材料によって構成される。望ましくは、前記保持部は、前記ガス導入機構から供給されるガスを前記対象物の内部へ放出するガス放出口を有する。この構成によれば、ガス放出口を独立して設置する必要がないので簡便であり、またガス導入を確実に行える。

望ましくは、前記保持部に対して前記周囲電極が着脱自在に装着される。望ましくは、前記周囲電極として互いに大きさが異なる複数の周囲電極が設けられ、前記各周囲電極の端部には第１係合部が設けられ、前記保持部には周囲電極装着用の複数の第２係合部が設けられ、前記複数の周囲電極の中から前記対象物に応じて特定の周囲電極を選択することが可能であり、前記特定の周囲電極の第１係合部が前記複数の第２係合部の中から選択された特定の第２係合部に着脱自在に装着される。望ましくは、前記周囲電極として互いに大きさが異なる複数の周囲電極が設けられ、前記各周囲電極の端部には第１係合部が設けられ、前記保持部には前記複数の周囲電極間で共通の第２係合部が設けられ、前記複数の周囲電極の中から前記対象物に応じて特定の周囲電極を選択することが可能であり、前記特定の周囲電極の第１係合部が前記共通の第２係合部に着脱自在に装着される。望ましくは、前記集電極として互いに大きさが異なる複数の集電極が設けられ、前記各集電極の端部には第３係合部が設けられ、前記保持部には集電極装着用の第４係合部が設けられ、前記複数の集電極の中から前記対象物に応じて特定の集電極を選択することが可能であり、前記特定の集電極の第３係合部が前記第４係合部に着脱自在に装着される。複数の周囲電極及び複数の集電極の選択使用によって様々な対象物を検査対象にでき、しかも放射線の検出感度を向上できる。複数の周囲電極がそれぞれ有する第１係合部を同一形状とし、保持部に第１係合部に係合する共通の第２係合部を設ければ、周囲電極の種類によらずに周囲電極を保持部に装着でき、また保持部の構造を簡易化できる。

（２）また、本発明は、放射性廃棄物としての配管の内部に円筒形状を有する検出ユニットを挿入する工程と、前記放射性廃棄物の内部へガスを継続的に導入し、前記配管の内部から大気を排除するガスフロー状態を形成する工程と、前記ガスフロー状態において、前記検出ユニットを構成する集電極及びメッシュ状周囲電極の間に電圧を印加して、前記検出ユニットに進入した放射線の電離作用により生じた荷電粒子を前記集電極で捕集して電気信号として取り出す工程と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、放射性廃棄物としての配管の内部に検出ユニットが導入され、ガスフロー状態において、放射線廃棄物の内部において放射線の測定が行われる。よって、配管を切り開いて検査する必要がなくなる。必要に応じて、配管を検出ユニットの長さを考慮して適当な長さに切断するのが望ましい。検出ユニットを配管内部において移動させて放射線の検出を行うことも可能である。ガスフロー方式を採用しているので、配管内部を完全な密閉空間にする必要がなく、また大気中の検出妨害物質を排除できるので感度を高められる。対象となる配管は金属配管であってもよいし、非金属配管であってもよい。

望ましくは、互いに異なる大きさをもった複数の周囲電極の中から前記配管の大きさに応じて特定の周囲電極が選択され、互いに異なる大きさをもった複数の集電極の中から前記配管の大きさに応じて特定の集電極が選択され、前記特定の周囲電極及び前記特定の集電極からなる検出ユニットが前記配管の内部に挿入される。

以上説明したように、本発明によれば、中空構造物の内部において放射線の測定を簡便に行える。本発明によれば、放射性廃棄物の内面を簡単にかつ感度良く検査できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る放射線測定装置の好適な実施形態が示されており、図１は放射線測定装置の概念図である。この放射線測定装置は、本実施形態において、配管、特に放射性廃棄物としての配管の内面について放射性汚染を検査するための装置である。

図１において、配管１０は左右方向に伸張したパイプ状の部材である。その両端１０Ａ，１０Ｂは開口である。配管１０は、金属部材であってもよいし、非金属部材であってもよい。後述する検出ユニットの大きさに合わせて、適当な長さに切断された配管を検査対象とするのが望ましい。ただし、後に、図２〜図４に示す実施形態においては、各種のサイズをもった検出ユニットを構成することができ、様々な長さ及びサイズの配管１０を検査対象とすることが可能である。

検出部１２は、検出ユニット１３と保持部１８とを有する。検出ユニット１３は、周囲電極１４と集電極１６とを有している。周囲電極１４は、図示されるように円筒形状をもったメッシュ状の金属部材で構成されている。その一端側は開口とされており、その一端側が保持部１８に連結されている。ちなみに、周囲電極１４の他端側は閉じており、上記のようにメッシュ用部材によってその側面が構成されている。集電極１６は、周囲電極１４の中心軸に沿って配置された棒状の電極部材である。周囲電極１４及び集電極１６の両者とも金属部材で構成されている。周囲電極１４と集電極１６との間においては電気的な絶縁性が確保されている。ここで、周囲電極１４及び集電極１６を導電性物質が塗布された樹脂部材又は導線性物質を混合して成形した樹脂部材で構成するようにしてもよい。

保持部１８は、検出ユニット１３の一端側に設けられ、検出ユニット１３を保持する機能を有している。保持部１８は、周囲電極１４を着脱可能に装着させる構造及び集電極１６を着脱可能に装着させる構造を有しているが、図１においてそれらの構造については図示省略されている。保持部１８には、ガス放出口２０が設けられており、そのガス放出口２０からパージガスとしての窒素ガスを検出ユニット１３内部すなわち配管１０内部へ導入することができる。この窒素ガスによって配管１０の内部に存在していた大気が外部に追い出されることになる。大気中にはラドンやトロンなどのα線放出核種が存在しており、配管１０の内面の表面汚染検査にあたってそれらの核種からのα線が妨害要因となるが、パージガスの導入によってそのような要因を除外することが可能である。

保持部１８は、図１に示す例において、配管１０の直径よりもやや小さな直径を有しており、それが開口１０Ｂを塞ぐようにセットされた状態では配管１０と保持部１８との間に若干の隙間が存在している。窒素ガスを配管１０の内部に導入した場合、開口１０Ａから符号１００で示されるように窒素ガスが外部へ放出されることになり、また符号１０２で示されるように開口１０Ｂの隙間から窒素ガスが漏れ出ることになるが、配管１０内における大気をほぼ完全に追い出すことができる限りにおいて、上記のような隙間が存在していても構わない。すなわち、本実施形態の構成においては、配管１０の両端について完全なシールを行うことは不要である。もちろん、キャップとしての保持部１８が存在する側については完全なシールを行ってもよい。

保持部１８には集電極１６への電気的な接続構造及び周囲電極１４への電気的な接続構造が設けられているが、それらについては図１において図示省略されている。周囲電極１４と集電極１６との間には電源２６によって直流の高電圧が印加される。すなわち検出部１２はいわゆる電離箱型の検出器として機能する。保持部１８の内部にはエレクトロメータ回路が設けられている。そのエレクトロメータ回路は集電極１６によって捕集された電荷を電気的なパルス信号として出力する回路である。

配管１０の内部においてガスフロー状態を形成するために、ガス導入機構が設けられている。ガス導入機構は、ガスボンベ２４、パイプ２３、バルブ２２、ガス放出口２０などによって構成されている。すなわち、ガス放出口２０とガスボンベ２４との間にはパイプ２３が設けられ、そのパイプ２３上にはバルブ２２が設けられている。ガスボンベ２４内には窒素ガスが充填されており、そこから放出された窒素ガスがパイプ２３を通過し、更にガス放出口２０を通過して配管１０の内部へ導入される。その場合においてガスの流量はバルブ２２によって調整することが可能である。必要に応じてガスを流通させるためのポンプを設けるようにしてもよい。また配管１０における開口１０Ａ側に吸引ポンプを設けるようにしてもよい。バルブ２２の調整はユーザーによって行われているが、もちろんその調整を電気的な制御で行うようにしてもよい。窒素ガスに代えて他の不活性ガスを用いることも可能である。

計数部３０は、エレクトロメータ回路から出力される電気信号を処理する電子回路であり、一定の波高値をもったパルスのみを弁別する弁別回路、弁別されたパルス信号を計数する計数回路、などを有している。本実施形態においては検出される放射線がα線であるが、α線のパルスの波高値はβ線あるいはγ線による波高値よりもかなり高いため、しきい値を用いて信号を容易に弁別することが可能である。ただし、本発明の構成をβ線やγ線の検出に応用することも可能である。計数部３０によって線量あるいは線量率が求められ、そのような測定結果が表示部３２に数値により表示される。必要に応じてグラフ表示などを行うようにしてもよい。

次に、図１に示す構成の使用例について説明する。まず、配管１０が適当な長さに切断され、その配管１０に対して検出部１２が挿入される。そして、ガス導入機構によって配管１０の内部に窒素ガスが導入され、ガスフロー状態が形成される。その状態において、集電極１６と集電極１４との間に電圧が印加される。配管１０の内面から放出されたα線は、網状の周囲電極１４におけるいずれかの開口を通過し、検出ユニット１３の内部に進入する。すると、そのα線がガスに対する電離作用を発揮し、それによって荷電粒子が生じる。その荷電粒子は電場の作用により集電極１６に集められ、これによって生じた電荷がエレクトロメータ回路において処理されることになる。

したがって、上記構成によれば、配管１０を切り開くことなく適当に切断するだけでその内面の放射性汚染を簡便に検査できるという利点がある。また配管１０が非金属部材で構成されている場合であっても、その内面について放射性汚染の検査を行えるという利点がある。更に配管１０の両端について厳密なシールは不要であり、またガスフローによって検出感度を高めて高精度の測定を行えるという利点がある。上記構成においては、周囲電極１４がメッシュ状の部材によって構成されていたが、複数のα線通過開口を有する部材であれば他の部材を利用することもできる。α線の空気中の飛程が非常に小さいことから、できる限り配管１０の内面に近接するように周囲電極１４を設置するのが望ましく、このために後述するような複数のサイズをもった周囲電極１４の中から所望のサイズの周囲電極を選択利用するのが望ましい。

図１に示す構成では、保持部１８にガス放出口２０が設けられており、すなわち検出部１２を配置した状態において窒素ガスを配管１０の内部へ簡便に導入することが可能である。なお、配管１０に対して検出部１２を配置する場合、検出部１２と配管１０との位置関係を保持する治具などを利用してもよい。また非常に長い配管に対してその内面の表面汚染を測定する場合、検出部１２を配管に沿って移動走査させる機構を設け、検出部１２を移動させながら汚染検査を行うことも可能である。配管１０が金属部材で構成される場合、配管１０に対して周囲電極１４が接触し、両者間が電気的に接続されても構わない。ただし、安全性を確保するため、配管１０を絶縁性をもった部材で支持するのが望ましい。配管を横だおし状態ではなく起立状態で検査することもできる。

次に、図２〜図６を用いて他の構成例について説明する。図２〜図４に示されるように、複数種類の周囲電極と複数種類の集電極とが用意され、周囲電極及び集電極のいずれについても測定対象となる配管にしたがって適当なものが選択使用される。

すなわち、図２〜図４に示されるように、各種の配管４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに応じて、適切なサイズをもった検出ユニット４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが構成されており、図２の例においては細くかつ長い周囲電極４４Ａが利用されており、図３の例においては太くかつ長い周囲電極４４Ｂが利用されており、図４の例においては細くかつ短い周囲電極４４Ｃが利用されている。それらに併せて、図２及び図３の例においては長い集電極４６Ａが利用されており、図４の例においては短い集電極４６Ｂが利用されている。

図２〜図４のいずれの構成例においても共通した保持部４８が利用されている。その保持部４８は上述したようにガス放出口５０を有している。ガス放出口５０は集電極４６Ａ，４６Ｂの取付部分の近傍に設置されており、細い周囲電極４４Ａ，４４Ｃが利用される場合であっても、その内部に窒素ガスを導入することが可能である。保持部４８の一方面５２は、シール面として機能しており、配管４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの一方側開口がその面５２によって隠蔽される。ただし、そのシール作用は完全なものでなくてもよい。

図５には、検出ユニット４１Ｂにおける断面が示されている。保持部４８には、図２〜図４では図示省略されていた複数の溝部５４，５６が形成されており、それらの複数の溝部５４，５６は、周囲電極グループが有する複数の直径に対応した直径を有している。図５に示す例では、大きな直径をもった周囲電極４４Ｂが選択され、それが溝部５４内に嵌め込まれて装着されている。小さな直径をもった周囲電極が選択される場合、溝部５６内にその周囲電極の端部が差し込まれることになる。

図６には保持部に対する集電極及び周囲電極の接続関係が概念的に示されている。保持部４８にはその中心に挿入孔７０が形成されており、その挿入孔７０の内部はねじ部を構成している。集電極４６Ａの端部にはねじ部６２が形成されており、そのねじ部６２が挿入孔７０に対して螺合する。これによって両者が着脱自在に連結される。このことは他の集電極４６Ｂについても同様である。

一方、容器電極４４Ａの端部にはねじ部６０が形成されており、そのねじ部６０は溝部５６に形成されたねじ部と係合する。図３に示した大きな直径を有する周囲電極４４Ｂにも同様のねじ部が形成され、そのねじ部は溝部５４に形成されたねじ部に係合する。

容器電極及び集電極に形成されたねじ部が、それが挿入される溝部に形成されたねじ部に係合した状態においては、電気的な接続も図られており、すなわち機械的な結合と電気的な接続とが同時に行われる。

図２〜図６に示した構成例では、３種類の周囲電極と２種類の集電極とが示されていたが、もちろんより多くの種類をもって周囲電極及び集電極を構成してもよい。保持部に対する周囲電極及び集電極の装着構造については上記のものには限られず、両者が着脱可能な限りにおいて各種の構造を採用することが可能である。いずれにしても、対象物の太さや長さなどに応じて検出ユニットを構成する周囲電極及び集電極を選択することにより、対象物に適合した形態をもった検出ユニットを構成して放射線の検出感度を高めることが可能である。

図７には、別の構成例が示されている。保持部７０には、共通係合部として機能する１つの溝部５６のみが形成されている。保持部７０は、図６に示した構成例と同様に、シール面５２、係合部としての挿入孔７０及びガス放出口５０を有している。この保持部７０における溝部５６は、周囲電極の種類によらずに共通利用される。一方、周囲電極４４Ｄには、その保持部７０側の端部に係合部としてのねじ部６０が形成されている。ねじ部６０は上記の溝部５６に螺合するものであるが、他のサイズの周囲電極（例えば図６に示した周囲電極４４Ａ）にも、ねじ部６０と同一形状のねじ部が形成されている。このように周囲電極側のねじ部を規格化してそれらを選択的に共通の溝部５６に係合すれば、様々なサイズをもった周囲電極を構成しても、保持部７２をそのまま共通利用することが可能となる。また、そのような構成によれば、保持部７０の構造を簡易化できる。この図７に示す構成例でも、集電極４６Ａにはねじ部６２が形成され、そのねじ部６２が挿入孔７０に着脱自在に係合する。サイズが異なる複数の集電極には互いに同じ形状をもったねじ部が設けられており、また挿入孔７０も共用されており、集電極の着脱構造に関しても規格化が図られている。図７に示す構成において、集電極４４Ｄは、円筒形状をもった本体とねじ部６０とで構成されるが、本体の保持部側のリング状側面については多数の開口を有しない単純平板としてもよいし、本体の全体をメッシュ状の導電部材で構成してもよい。

本発明に係る放射線測定装置の概念図である。検出ユニットの第１例を示す図である。検出ユニットの第２例を示す図である。検出ユニットの第３例を示す図である。図３に示した検出ユニットの断面図である。図２に示した検出ユニットの着脱構造を説明するための図である。規格化された着脱構造を有する構成例を示す図である。

符号の説明

１０配管、１２検出部、１４周囲電極、１６集電極、１８保持部、２０ガス放出口。

Claims

対象物の内部に挿入されて対象物の内面から放出されるα線を検出する検出ユニットと、前記検出ユニットを保持する保持部と、を有する電離箱型の検出部と、
前記対象物の内部にガスを導入するガス導入機構と、
を含み、
前記検出ユニットは、
複数のα線通過孔が形成された周囲電極と、
前記周囲電極内に挿通された集電極と、
を有し、
前記対象物の内部に前記ガスを導入した状態で、前記対象物の内部においてα線が測定されることを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記周囲電極は、円筒形状を有するメッシュ状の導電材料によって構成されたことを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記保持部は、前記ガス導入機構から供給されるガスを前記対象物の内部へ放出するガス放出口を有することを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記保持部に対して前記周囲電極が着脱自在に装着されることを特徴とする放射線測定装置。
請求項４記載の装置において、
前記周囲電極として互いに大きさが異なる複数の周囲電極が設けられ、
前記各周囲電極の端部には第１係合部が設けられ、
前記保持部には周囲電極装着用の複数の第２係合部が設けられ、
前記複数の周囲電極の中から前記対象物に応じて１つの特定の周囲電極を選択することが可能であり、
前記選択された１つの特定の周囲電極の第１係合部が前記複数の第２係合部の中から選択された１つの特定の第２係合部に着脱自在に装着されることを特徴とする放射線測定装置。
請求項４記載の装置において、
前記周囲電極として互いに大きさが異なる複数の周囲電極が設けられ、
前記各周囲電極の端部には第１係合部が設けられ、
前記保持部には前記複数の周囲電極間で共通利用される第２係合部が設けられ、
前記複数の周囲電極の中から前記対象物に応じて１つの特定の周囲電極を選択することが可能であり、
前記選択された１つの特定の周囲電極の第１係合部が前記共通利用される第２係合部に着脱自在に装着されることを特徴とする放射線測定装置。
請求項５又は６記載の装置において、
前記集電極として互いに大きさが異なる複数の集電極が設けられ、
前記各集電極の端部には第３係合部が設けられ、
前記保持部には集電極装着用の第４係合部が設けられ、
前記複数の集電極の中から前記対象物に応じて１つの特定の集電極を選択することが可能であり、
前記選択された１つの特定の集電極の第３係合部が前記第４係合部に着脱自在に装着されることを特徴とする放射線測定装置。
放射性廃棄物としての配管の内部に円筒形状を有する検出ユニットを挿入する工程と、
前記放射性廃棄物の内部へガスを継続的に導入し、前記配管の内部から大気を排除するガスフロー状態を形成する工程と、
前記ガスフロー状態において、前記検出ユニットを構成する集電極及びメッシュ状周囲電極の間に電圧を印加して、前記検出ユニットに進入した放射線の電離作用により生じた荷電粒子を前記集電極で捕集して電気信号として取り出す工程と、
を含むことを特徴とする放射性廃棄物検査方法。
請求項８記載の方法において、
互いに異なる大きさをもった複数の周囲電極の中から前記配管の大きさに応じて特定の周囲電極が選択され、
互いに異なる大きさをもった複数の集電極の中から前記配管の大きさに応じて特定の集電極が選択され、
前記特定の周囲電極及び前記特定の集電極からなる検出ユニットが前記配管の内部に挿入されることを特徴とする放射性廃棄物検査方法。