JP4534049B2 - 密閉容器内温度測定モニタ - Google Patents
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Incineration Of Waste (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉容器内温度測定モニタに係わり、特に原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内において計測線を容易に挿入できない環境の温度を測定する密閉容器内温度測定モニタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内の温度測定のためには、計測線のついた熱電対を挿入していた。原子炉などは、厳密な械密性が要求されるため、計測線の挿入を行うには、特殊なシーリング技術が必要であり、費用が多くかかるという問題点があった。そのため、温度計測は、最小限に押さえられ必要な温度計測も十分にできないこともある（特開平１０−１０４３６０号、特開平１１−３８１４７号公報）。
【０００３】
このため、計測線なしで密閉容器内の温度を測定する装置が求められていた。そこで、この種の温度を計測線なしで測定するにあたっては、下記のような計測技術が提案されている。
【０００４】
（１）照射スエリングにより伸びる記録板と、バイメタル形式で振れる記録計とを用いることによって記録板に傷痕を残すように構成したもの（特開平５−１０００７６号公報）。
【０００５】
（２）容器や配管の外部管壁に接して送信変換器と、これに対向する受信変換器とを取付け、両変換器はそれぞれケーブルを介してパルス発生器/前置増幅器に接続し、これを経時時間測定、音速計算及び温度計算を行なう信号処理器に接続して構成したもの（特開平７−２６０５９７号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの温度測定技術においては、この種の温度を測定するにあたって測定装置の測定精度や構成の煩雑さなどから未だ満足できるものに至ってはいないという難点があった。
【０００７】
本発明は上述した難点に鑑みなされたもので、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内において計測線を容易に挿入できない環境の温度を容易に測定する密閉容器内温度測定モニタを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の密閉容器内温度測定モニタは、表面処理を施した軟化温度の各々異なる複数のモニタチップを所定の配列に並べたモニタセンサと、モニタセンサを保持するホルダーとを備え、ホルダーを被温度測定物である密閉容器内に設置した密閉容器内温度測定モニタであって、モニタセンサのモニタチップは、少なくとも隣接するモニタチップ同士の軟化温度が異なる配列とされている。更に、少なくとも１つのモニタチップはガラス材料から形成され、本発明の密閉容器内温度測定モニタは、前記複数のモニタチップの光学的な表面平滑度の違いにより温度を示すことを特徴とする。
【０００９】
モニタセンサのモニタチップは、モニタチップの軟化温度の高低順に配列されている。
【００１０】
モニタチップは、表面を粗く研磨したものである。
【００１１】
モニタチップは、同一の表面粗さに研磨されている。
【００１２】
モニタチップは、少なくとも温度モニタ中に、溶融によりホルダーより離脱しない材料から選択されている。
【００１３】
モニタチップは、軟化最高温度による表面軟化状態を保持する機能を持つ。
【００１４】
モニタチップは、放射線照射環境において、材料特性が不可変である。
【００１５】
ホルダーは、少なくとも放射線照射において、破損しない材質である。
【００１６】
密閉容器内にモニタセンサを搭載したホルダーを複数設置する場合には、各モニタセンサのモニタチップは同一仕様とされる。
【００１７】
複数のモニタチップには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンの樹脂からなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料から形成されたモニタチップが含まれる、
【００１８】
ガラス材料は、As-Se-I系ガラス、As-S-Tl系ガラス、As-Se-Ge系ガラス、PbF2-SnF2-P2O5系ガラス、TeO2-Tl2O-PbO系ガラス、P2O5-PbO-ZnO系ガラス、B2O3-PbO-ZnO系ガラス、SiO2-PbO系ガラス、SiO2-B2O3-PbO系ガラス、Na2O-Al2O3-SiO2系ガラス、SiO2-Al2O3-B2O3系ガラスからなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料から成る。
【００１９】
この密閉容器内温度測定モニタにおいて、複数のモニタチップを含むモニタセンサを使用して密閉容器内の履歴温度を測定するにあたり、複数のモニタチップを含むモニタセンサは、温度測定前は表面散乱のため、不透明となっている。密閉容器内で、モニタセンサが或る温度に保持されると、軟化温度がその温度以下のモニタチップは、軟化現象により表面が滑らかで透明になる。しかしながら、軟化温度がその温度以上のモニタチップは軟化しないため、粗い表面で不透明のままである。
【００２０】
したがって、モニタチップの表面粗さの境界を光学測定器で順次スキャンして検出することにより、モニタチップが保たれていた最高温度が測定できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の密閉容器内温度測定モニタにおける好ましい実施の形態例を図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１において、本発明の密閉容器内温度測定モニタＭは、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器１（図３）内の温度を測定するのに適している。この密閉容器内温度測定モニタＭは、表面処理を施した軟化温度の異なるモニタチップ４を所定の配列に複数並べたモニタセンサ６と、モニタセンサ６を保持するホルダー８とを備えている。
【００２３】
モニタセンサ６をホルダー８に保持した密閉容器内温度測定モニタＭにおいて、このモニタセンサ６を保持したホルダー８は被温度測定物である密閉容器１内に設置して使用される。
【００２４】
図示の例において、ホルダー８は、モニタチップ４を収納する溝１０ａ、１０ｂと、モニタチップ４を露出する窓１２ａ、１２ｂが設けられた上ケース１４ａ、下ケース１４ｂから成る。モニタチップ４をホルダー８に収納するには、モニタチップ４をホルダー８の上ケース１４ａ、下ケース１４ｂ間における溝１０ａ、１０ｂに嵌合し、固定具１６で上ケース１４ａ、下ケース１４ｂを固定すれば、モニタチップ４は窓１２ａ、１２ｂから露出して密閉容器内温度測定モニタＭのモニタセンサ６が作成される。
【００２５】
ホルダー８は、少なくとも放射線照射において、破損しない材質で作成され、例えば金属製または石英ガラスで形成することができる。金属製ホルダーでは作製、取扱いが容易である利点がある反面、材質により放射化する難点がある。石英ガラス製ホルダーでは放射化の影響がない利点があるが、取扱いが困難、割れる可能性があるという難点がある。
【００２６】
モニタセンサ６のモニタチップ４は、少なくとも隣接するモニタチップ４同士の軟化温度が異なる配列とされている。
【００２７】
１つの形態例において、モニタセンサ６のモニタチップ４は、モニタチップ４の軟化温度の高低順に配列されている（図１）。
【００２８】
モニタチップ４は、表面を粗く研磨したものである。好ましくは、モニタチップ４は、同一の表面粗さに研磨されている。
【００２９】
また、モニタチップ４は、少なくとも温度モニタ中に、溶融によりホルダー８より離脱しない材料から選択されている。
【００３０】
さらに、モニタチップ４は、軟化最高温度による表面軟化状態を保持する機能を持つ。
【００３１】
また、モニタチップ４は、放射線照射環境において、材料特性が不可変である。
【００３２】
密閉容器１内にモニタセンサ６を搭載したホルダー８を複数設置する場合には、各モニタセンサ６のモニタチップ４は同一仕様とされる。即ち、実際には、原子炉密閉容器内に同一仕様のモニタセンサ６を２０から３０個複数箇所に配置して測定することが多い。モニタチップ４は、軟化温度が異なれば、材質が異なるので基本的に全てのモニタチップを同一研磨面にする必要はないが、モニタセンサ６を複数個密閉容器１内に配置する場合は、同一仕様とするのが好ましい。
【００３３】
これらの条件を満足して密閉容器内温度測定モニタＭに適するモニタセンサ６のモニタチップ４としては、ガラスや熱可塑性樹脂など、熱による軟化現象を示す物質はすべて使用することができる。
【００３４】
特に、モニタセンサ６のモニタチップ４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンの樹脂からなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料で形成することができる。
【００３５】
また、モニタチップ４は、As-Se-I系ガラス、As-S-Tl系ガラス、As-Se-Ge系ガラス、PbF２-SnF２-P２O５系ガラス、TeO２-Tl２O-PbO系ガラス、P２O５-PbO-ZnO系ガラス、B２O３-PbO-ZnO系ガラス、SiO２-PbO系ガラス、SiO２-B２O３-PbO系ガラス、Na２O-Al２O３-SiO２系ガラス、SiO２-Al２O３-B２O３系ガラスからなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料で形成することができる。
【００３６】
表１、図２に、これらのモニタチップ４として使用することができる材料の例と、使用温度範囲を示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
上述したように本発明の軟化温度の異なる複数のモニタセンサ６を含む密閉容器内温度測定モニタＭは、密閉容器１（図３）である原子炉圧力容器内の温度測定に用いられる。密閉容器内温度測定モニタＭは、保護容器１６である照射試験体に入れられ、温度測定部１８である炉心に保持される。密閉容器１の原子炉の運転が終了した後、密閉容器内温度測定モニタＭを含む保護容器１６は密閉容器１から取り出され、原子炉設備内の水路２０を通過し、照射後試験設備２２に送られる。そこで所定の測定を行なうことにより、原子炉内の経過温度が測定される。
【００３９】
これらの複数のモニタチップ４を含むモニタセンサ６を使用して密閉容器１内の履歴温度を測定するにあたり、その密閉容器内温度測定装置は、複数のモニタチップ４の何れかが密閉容器１内の履歴温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動する表面平滑度の変化を光学的に測定して履歴温度を測定する光学測定器２４を備えている（図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。
【００４０】
この光学測定器２４は、密閉容器１内の温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動するそれぞれのモニタチップ４の表面平滑度の変化を、光源３２からスポットビームをモニタチップ４に入射し、その透過率により表面平滑度を検出器３４で光学的に測定して温度を測定する透過率測定器２６で構成してもよい（図４（ａ））。
【００４１】
また、光学測定器２４は、密閉容器１内の温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動するそれぞれのモニタチップ４の表面平滑度の変化を、光源３６からスポットビームをモニタチップ４に入射し、その反射光の広がりに応じた表面散乱反射率により表面平滑度を検出器３８に入射する光強度で光学的に測定して温度を測定する表面散乱反射率測定器２８で構成してもよい（図４（ｂ））。
【００４２】
さらに、光学測定器２４は、密閉容器１内の温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動するそれぞれのモニタチップの表面平滑度の変化を、光源４０からスポットビームをモニタチップ４に入射し、そのランダム偏光を検出器４２で測光することにより光学的に測定して温度を測定する偏光測定器３０で構成してもよい（図４（ｃ））。この反射光の偏光測定では、直線偏光を入射し、反射光の偏光状態測定する。滑らかな面での反射光は直線偏光のままであるが、粗い面での反射光はランダム偏光となる。偏光成分の比によって、表面粗さを評価する。
【００４３】
なお、モニタチップの表面平滑度を検出するには、上記の方法が考えられるが、実際の検出には、上記の方法を複合させて測定すると、確度が向上するものと考えられる。
【００４４】
この密閉容器内温度測定モニタＭにおいて、複数のモニタチップ４を含むモニタセンサ６を使用して密閉容器１内の履歴温度を測定するにあたり、複数のモニタチップ４を含むモニタセンサ６は、温度測定前は表面散乱のため、不透明となっている（図５（ａ））。密閉容器１内で、モニタセンサ６が或る温度Ａに保持されたとすると、軟化温度がＡ以下のモニタチップ４は、軟化現象により表面が滑らかで透明になる（図５（ｂ））。しかし、軟化温度がＡ以上のモニタチップ４は軟化しないため、粗い表面で不透明のままである。
【００４５】
したがって、モニタチップ４の表面粗さの境界を光学測定器２４で順次スキャンして検出することにより、モニタチップ４が保たれていた温度が測定できる。
【００４６】
【実施例１】
モニタチップとして表２に示すSiO2-PbO系ガラスの表面を研磨紙（320番）で粗面に仕上げ、温度勾配炉内で加熱した。雰囲気は空気で加熱時間は16hである。その後、図４（ａ）に示すHe-Neレーザー(λ=633nm)とパワーメーターで透過率を測定した。結果を図６に示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
それぞれの加熱温度に対して、透過率が変化しており、10℃の温度差で顕著な違いが見られる。また、比較的良い再現性も得られている。
【００４９】
また、同様の実験をHe雰囲気、N2雰囲気中で行ったところ、空気中での実験とほぼ同じ結果を得ている。
【００５０】
図７に、図６に示すSiO2-PbO系ガラスの透過率５０％の温度と透過率がピ−クを示す温度をプロットした。透過率５０％の温度と透過率がピ−クを示す温度は、ほぼ直線関係（リニア）にあることがわかる。つまり、ガラス組成を一定の割合で変化させれば、透過率ピ−ク温度、透過率５０％温度も直線関係に変化するモニタチップが得られる。
【００５１】
図８に軟化温度の組成依存性を示す。軟化温度が組成に対して直線関係にあることがわかる。この直線関係により、図７に示す直線関係は理解できる。
【００５２】
これらにおいて測定に用いたモニタチップの厚さは１ｍｍである。
【００５３】
表２に示すSiO2-PbO系ガラスのうち試料番号Ｂについて、表面粗さまたは表面平滑度の変化を触針式粗さ計により測定した。結果を図９に示す（縦軸は表面粗さ（単位×１０3Å）、横軸は測定距離（単位μｍ）を表す）。最初の粗い表面が軟化により平滑になり、その後、結晶化により凹凸が発生するのがわかる。
【００５４】
なお、３０SiO2-７０PbO、６０P2O5-４０PbO、３０B2O3-７０PbOの各ガラスについて軟化温度を測定したところ、それぞれ３８８℃、３４９℃、３２９℃であった。
【００５５】
【実施例２】
表３に示す熱可塑性樹脂である低密度ポリエチレン（LDPE ）、直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）、高密度ポリエチレン（HDPE）の各ポリエチレンをモニタチップとした場合の透過率と温度の関係を図１０のグラフに示す。この場合も、ガラスを用いたモニタチップのときと同様に、加熱温度により、透過率が変わることが確かめられた。
【００５６】
【表３】
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の密閉容器内温度測定モニタは、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内において計測線を容易に挿入できない環境の温度を測定するのに有効である。本発明の密閉容器内温度測定モニタによれば、計測線なしで密閉容器内の最高温度が記録され、その温度を測定することができる。また、本発明の密閉容器内温度測定モニタによれば、軟化現象を光学的に透過率、反射率、散乱などで測定するため、測定が容易で、小型であり、狭い場所にも設置でき、モニタチップの選択により、測定温度範囲、分解能が自由に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉容器内温度測定モニタの一実施例を示す斜視図。
【図２】本発明の密閉容器内温度測定モニタにおいて複数のモニタセンサとして使用することができる材料の例と使用温度範囲を示す図。
【図３】本発明の密閉容器内温度測定モニタが密閉容器である原子炉内で使用される状況を示す説明図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサに含まれる複数のモニタセンサを使用する密閉容器内温度測定装置の実施例を示す説明図。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサに含まれる複数のモニタセンサの加熱前後を示す説明図。
【図６】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサでSiO2-PbO系ガラスをモニタチップとして使用した加熱温度と透過率を示すグラフ。
【図７】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサとしてSiO2-PbO系ガラスによる透過率ピ−ク温度、透過率５０％温度をパラメータとしたSiO2組成と温度を示すグラフ。
【図８】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサとしてSiO2-PbO系ガラスによるSiO2組成と軟化温度を示すグラフ。
【図９】本発明の表２に示すSiO2-PbO系ガラスのうち試料番号Ｂについて、表面粗さの変化を触針式粗さ計により測定した表面粗さと測定距離を示すグラフ。
【図１０】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサでポリエチレンをモニタチップとして使用した加熱温度と透過率を示すグラフ。
【符号の説明】
Ｍ・・・・・密閉容器内温度測定モニタ
１・・・・・密閉容器
４・・・・・モニタチップ
６・・・・・モニタセンサ
８・・・・・ホルダー
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉容器内温度測定モニタに係わり、特に原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内において計測線を容易に挿入できない環境の温度を測定する密閉容器内温度測定モニタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内の温度測定のためには、計測線のついた熱電対を挿入していた。原子炉などは、厳密な械密性が要求されるため、計測線の挿入を行うには、特殊なシーリング技術が必要であり、費用が多くかかるという問題点があった。そのため、温度計測は、最小限に押さえられ必要な温度計測も十分にできないこともある（特開平１０−１０４３６０号、特開平１１−３８１４７号公報）。
【０００３】
このため、計測線なしで密閉容器内の温度を測定する装置が求められていた。そこで、この種の温度を計測線なしで測定するにあたっては、下記のような計測技術が提案されている。
【０００４】
（１）照射スエリングにより伸びる記録板と、バイメタル形式で振れる記録計とを用いることによって記録板に傷痕を残すように構成したもの（特開平５−１０００７６号公報）。
【０００５】
（２）容器や配管の外部管壁に接して送信変換器と、これに対向する受信変換器とを取付け、両変換器はそれぞれケーブルを介してパルス発生器/前置増幅器に接続し、これを経時時間測定、音速計算及び温度計算を行なう信号処理器に接続して構成したもの（特開平７−２６０５９７号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの温度測定技術においては、この種の温度を測定するにあたって測定装置の測定精度や構成の煩雑さなどから未だ満足できるものに至ってはいないという難点があった。
【０００７】
本発明は上述した難点に鑑みなされたもので、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内において計測線を容易に挿入できない環境の温度を容易に測定する密閉容器内温度測定モニタを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の密閉容器内温度測定モニタは、表面処理を施した軟化温度の各々異なる複数のモニタチップを所定の配列に並べたモニタセンサと、モニタセンサを保持するホルダーとを備え、ホルダーを被温度測定物である密閉容器内に設置した密閉容器内温度測定モニタであって、モニタセンサのモニタチップは、少なくとも隣接するモニタチップ同士の軟化温度が異なる配列とされている。更に、少なくとも１つのモニタチップはガラス材料から形成され、本発明の密閉容器内温度測定モニタは、前記複数のモニタチップの光学的な表面平滑度の違いにより温度を示すことを特徴とする。
【０００９】
モニタセンサのモニタチップは、モニタチップの軟化温度の高低順に配列されている。
【００１０】
モニタチップは、表面を粗く研磨したものである。
【００１１】
モニタチップは、同一の表面粗さに研磨されている。
【００１２】
モニタチップは、少なくとも温度モニタ中に、溶融によりホルダーより離脱しない材料から選択されている。
【００１３】
モニタチップは、軟化最高温度による表面軟化状態を保持する機能を持つ。
【００１４】
モニタチップは、放射線照射環境において、材料特性が不可変である。
【００１５】
ホルダーは、少なくとも放射線照射において、破損しない材質である。
【００１６】
密閉容器内にモニタセンサを搭載したホルダーを複数設置する場合には、各モニタセンサのモニタチップは同一仕様とされる。
【００１７】
複数のモニタチップには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンの樹脂からなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料から形成されたモニタチップが含まれる、
【００１８】
ガラス材料は、As-Se-I系ガラス、As-S-Tl系ガラス、As-Se-Ge系ガラス、PbF2-SnF2-P2O5系ガラス、TeO2-Tl2O-PbO系ガラス、P2O5-PbO-ZnO系ガラス、B2O3-PbO-ZnO系ガラス、SiO2-PbO系ガラス、SiO2-B2O3-PbO系ガラス、Na2O-Al2O3-SiO2系ガラス、SiO2-Al2O3-B2O3系ガラスからなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料から成る。
【００１９】
この密閉容器内温度測定モニタにおいて、複数のモニタチップを含むモニタセンサを使用して密閉容器内の履歴温度を測定するにあたり、複数のモニタチップを含むモニタセンサは、温度測定前は表面散乱のため、不透明となっている。密閉容器内で、モニタセンサが或る温度に保持されると、軟化温度がその温度以下のモニタチップは、軟化現象により表面が滑らかで透明になる。しかしながら、軟化温度がその温度以上のモニタチップは軟化しないため、粗い表面で不透明のままである。
【００２０】
したがって、モニタチップの表面粗さの境界を光学測定器で順次スキャンして検出することにより、モニタチップが保たれていた最高温度が測定できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の密閉容器内温度測定モニタにおける好ましい実施の形態例を図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１において、本発明の密閉容器内温度測定モニタＭは、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器１（図３）内の温度を測定するのに適している。この密閉容器内温度測定モニタＭは、表面処理を施した軟化温度の異なるモニタチップ４を所定の配列に複数並べたモニタセンサ６と、モニタセンサ６を保持するホルダー８とを備えている。
【００２３】
モニタセンサ６をホルダー８に保持した密閉容器内温度測定モニタＭにおいて、このモニタセンサ６を保持したホルダー８は被温度測定物である密閉容器１内に設置して使用される。
【００２４】
図示の例において、ホルダー８は、モニタチップ４を収納する溝１０ａ、１０ｂと、モニタチップ４を露出する窓１２ａ、１２ｂが設けられた上ケース１４ａ、下ケース１４ｂから成る。モニタチップ４をホルダー８に収納するには、モニタチップ４をホルダー８の上ケース１４ａ、下ケース１４ｂ間における溝１０ａ、１０ｂに嵌合し、固定具１６で上ケース１４ａ、下ケース１４ｂを固定すれば、モニタチップ４は窓１２ａ、１２ｂから露出して密閉容器内温度測定モニタＭのモニタセンサ６が作成される。
【００２５】
ホルダー８は、少なくとも放射線照射において、破損しない材質で作成され、例えば金属製または石英ガラスで形成することができる。金属製ホルダーでは作製、取扱いが容易である利点がある反面、材質により放射化する難点がある。石英ガラス製ホルダーでは放射化の影響がない利点があるが、取扱いが困難、割れる可能性があるという難点がある。
【００２６】
モニタセンサ６のモニタチップ４は、少なくとも隣接するモニタチップ４同士の軟化温度が異なる配列とされている。
【００２７】
１つの形態例において、モニタセンサ６のモニタチップ４は、モニタチップ４の軟化温度の高低順に配列されている（図１）。
【００２８】
モニタチップ４は、表面を粗く研磨したものである。好ましくは、モニタチップ４は、同一の表面粗さに研磨されている。
【００２９】
また、モニタチップ４は、少なくとも温度モニタ中に、溶融によりホルダー８より離脱しない材料から選択されている。
【００３０】
さらに、モニタチップ４は、軟化最高温度による表面軟化状態を保持する機能を持つ。
【００３１】
また、モニタチップ４は、放射線照射環境において、材料特性が不可変である。
【００３２】
密閉容器１内にモニタセンサ６を搭載したホルダー８を複数設置する場合には、各モニタセンサ６のモニタチップ４は同一仕様とされる。即ち、実際には、原子炉密閉容器内に同一仕様のモニタセンサ６を２０から３０個複数箇所に配置して測定することが多い。モニタチップ４は、軟化温度が異なれば、材質が異なるので基本的に全てのモニタチップを同一研磨面にする必要はないが、モニタセンサ６を複数個密閉容器１内に配置する場合は、同一仕様とするのが好ましい。
【００３３】
これらの条件を満足して密閉容器内温度測定モニタＭに適するモニタセンサ６のモニタチップ４としては、ガラスや熱可塑性樹脂など、熱による軟化現象を示す物質はすべて使用することができる。
【００３４】
特に、モニタセンサ６のモニタチップ４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンの樹脂からなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料で形成することができる。
【００３５】
また、モニタチップ４は、As-Se-I系ガラス、As-S-Tl系ガラス、As-Se-Ge系ガラス、PbF２-SnF２-P２O５系ガラス、TeO２-Tl２O-PbO系ガラス、P２O５-PbO-ZnO系ガラス、B２O３-PbO-ZnO系ガラス、SiO２-PbO系ガラス、SiO２-B２O３-PbO系ガラス、Na２O-Al２O３-SiO２系ガラス、SiO２-Al２O３-B２O３系ガラスからなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料で形成することができる。
【００３６】
表１、図２に、これらのモニタチップ４として使用することができる材料の例と、使用温度範囲を示す。
【００３７】
【表１】
上述したように本発明の軟化温度の異なる複数のモニタセンサ６を含む密閉容器内温度測定モニタＭは、密閉容器１（図３）である原子炉圧力容器内の温度測定に用いられる。密閉容器内温度測定モニタＭは、保護容器１６である照射試験体に入れられ、温度測定部１８である炉心に保持される。密閉容器１の原子炉の運転が終了した後、密閉容器内温度測定モニタＭを含む保護容器１６は密閉容器１から取り出され、原子炉設備内の水路２０を通過し、照射後試験設備２２に送られる。そこで所定の測定を行なうことにより、原子炉内の経過温度が測定される。
【００３９】
これらの複数のモニタチップ４を含むモニタセンサ６を使用して密閉容器１内の履歴温度を測定するにあたり、その密閉容器内温度測定装置は、複数のモニタチップ４の何れかが密閉容器１内の履歴温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動する表面平滑度の変化を光学的に測定して履歴温度を測定する光学測定器２４を備えている（図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。
【００４０】
この光学測定器２４は、密閉容器１内の温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動するそれぞれのモニタチップ４の表面平滑度の変化を、光源３２からスポットビームをモニタチップ４に入射し、その透過率により表面平滑度を検出器３４で光学的に測定して温度を測定する透過率測定器２６で構成してもよい（図４（ａ））。
【００４１】
また、光学測定器２４は、密閉容器１内の温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動するそれぞれのモニタチップ４の表面平滑度の変化を、光源３６からスポットビームをモニタチップ４に入射し、その反射光の広がりに応じた表面散乱反射率により表面平滑度を検出器３８に入射する光強度で光学的に測定して温度を測定する表面散乱反射率測定器２８で構成してもよい（図４（ｂ））。
【００４２】
さらに、光学測定器２４は、密閉容器１内の温度により軟化温度の前後の経歴に応じて変動するそれぞれのモニタチップの表面平滑度の変化を、光源４０からスポットビームをモニタチップ４に入射し、そのランダム偏光を検出器４２で測光することにより光学的に測定して温度を測定する偏光測定器３０で構成してもよい（図４（ｃ））。この反射光の偏光測定では、直線偏光を入射し、反射光の偏光状態測定する。滑らかな面での反射光は直線偏光のままであるが、粗い面での反射光はランダム偏光となる。偏光成分の比によって、表面粗さを評価する。
【００４３】
なお、モニタチップの表面平滑度を検出するには、上記の方法が考えられるが、実際の検出には、上記の方法を複合させて測定すると、確度が向上するものと考えられる。
【００４４】
この密閉容器内温度測定モニタＭにおいて、複数のモニタチップ４を含むモニタセンサ６を使用して密閉容器１内の履歴温度を測定するにあたり、複数のモニタチップ４を含むモニタセンサ６は、温度測定前は表面散乱のため、不透明となっている（図５（ａ））。密閉容器１内で、モニタセンサ６が或る温度Ａに保持されたとすると、軟化温度がＡ以下のモニタチップ４は、軟化現象により表面が滑らかで透明になる（図５（ｂ））。しかし、軟化温度がＡ以上のモニタチップ４は軟化しないため、粗い表面で不透明のままである。
【００４５】
したがって、モニタチップ４の表面粗さの境界を光学測定器２４で順次スキャンして検出することにより、モニタチップ４が保たれていた温度が測定できる。
【００４６】
【実施例１】
モニタチップとして表２に示すSiO2-PbO系ガラスの表面を研磨紙（320番）で粗面に仕上げ、温度勾配炉内で加熱した。雰囲気は空気で加熱時間は16hである。その後、図４（ａ）に示すHe-Neレーザー(λ=633nm)とパワーメーターで透過率を測定した。結果を図６に示す。
【００４７】
【表２】
それぞれの加熱温度に対して、透過率が変化しており、10℃の温度差で顕著な違いが見られる。また、比較的良い再現性も得られている。
【００４９】
また、同様の実験をHe雰囲気、N2雰囲気中で行ったところ、空気中での実験とほぼ同じ結果を得ている。
【００５０】
図７に、図６に示すSiO2-PbO系ガラスの透過率５０％の温度と透過率がピ−クを示す温度をプロットした。透過率５０％の温度と透過率がピ−クを示す温度は、ほぼ直線関係（リニア）にあることがわかる。つまり、ガラス組成を一定の割合で変化させれば、透過率ピ−ク温度、透過率５０％温度も直線関係に変化するモニタチップが得られる。
【００５１】
図８に軟化温度の組成依存性を示す。軟化温度が組成に対して直線関係にあることがわかる。この直線関係により、図７に示す直線関係は理解できる。
【００５２】
これらにおいて測定に用いたモニタチップの厚さは１ｍｍである。
【００５３】
表２に示すSiO2-PbO系ガラスのうち試料番号Ｂについて、表面粗さまたは表面平滑度の変化を触針式粗さ計により測定した。結果を図９に示す（縦軸は表面粗さ（単位×１０3Å）、横軸は測定距離（単位μｍ）を表す）。最初の粗い表面が軟化により平滑になり、その後、結晶化により凹凸が発生するのがわかる。
【００５４】
なお、３０SiO2-７０PbO、６０P2O5-４０PbO、３０B2O3-７０PbOの各ガラスについて軟化温度を測定したところ、それぞれ３８８℃、３４９℃、３２９℃であった。
【００５５】
【実施例２】
表３に示す熱可塑性樹脂である低密度ポリエチレン（LDPE ）、直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）、高密度ポリエチレン（HDPE）の各ポリエチレンをモニタチップとした場合の透過率と温度の関係を図１０のグラフに示す。この場合も、ガラスを用いたモニタチップのときと同様に、加熱温度により、透過率が変わることが確かめられた。
【００５６】
【表３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の密閉容器内温度測定モニタは、原子炉、真空容器、焼却炉などの密閉容器内において計測線を容易に挿入できない環境の温度を測定するのに有効である。本発明の密閉容器内温度測定モニタによれば、計測線なしで密閉容器内の最高温度が記録され、その温度を測定することができる。また、本発明の密閉容器内温度測定モニタによれば、軟化現象を光学的に透過率、反射率、散乱などで測定するため、測定が容易で、小型であり、狭い場所にも設置でき、モニタチップの選択により、測定温度範囲、分解能が自由に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉容器内温度測定モニタの一実施例を示す斜視図。
【図２】本発明の密閉容器内温度測定モニタにおいて複数のモニタセンサとして使用することができる材料の例と使用温度範囲を示す図。
【図３】本発明の密閉容器内温度測定モニタが密閉容器である原子炉内で使用される状況を示す説明図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサに含まれる複数のモニタセンサを使用する密閉容器内温度測定装置の実施例を示す説明図。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサに含まれる複数のモニタセンサの加熱前後を示す説明図。
【図６】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサでSiO2-PbO系ガラスをモニタチップとして使用した加熱温度と透過率を示すグラフ。
【図７】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサとしてSiO2-PbO系ガラスによる透過率ピ−ク温度、透過率５０％温度をパラメータとしたSiO2組成と温度を示すグラフ。
【図８】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサとしてSiO2-PbO系ガラスによるSiO2組成と軟化温度を示すグラフ。
【図９】本発明の表２に示すSiO2-PbO系ガラスのうち試料番号Ｂについて、表面粗さの変化を触針式粗さ計により測定した表面粗さと測定距離を示すグラフ。
【図１０】本発明の密閉容器内温度測定モニタの複数のモニタセンサでポリエチレンをモニタチップとして使用した加熱温度と透過率を示すグラフ。
【符号の説明】
Ｍ・・・・・密閉容器内温度測定モニタ
１・・・・・密閉容器
４・・・・・モニタチップ
６・・・・・モニタセンサ
８・・・・・ホルダー
Claims (11)
- 表面処理を施した軟化温度の各々異なる複数のモニタチップを所定の配列に並べたモニタセンサと、前記モニタセンサを保持するホルダーとを備え、前記ホルダーを被温度測定物である密閉容器内に設置した密閉容器内温度測定モニタであって、前記モニタセンサのモニタチップは、少なくとも隣接するモニタチップ同士の軟化温度が異なる配列とされ、
少なくとも１つのモニタチップはガラス材料から形成され、
前記複数のモニタチップの光学的な表面平滑度の違いにより温度を示すことを特徴とする密閉容器内温度測定モニタ。 - 前記モニタセンサのモニタチップは、前記モニタチップの軟化温度の高低順に配列されていることを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記モニタチップは、表面を粗く研磨したことを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記モニタチップは、同一の表面粗さに研磨されていることを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記モニタチップは、少なくとも温度モニタ中に、溶融により前記ホルダーより離脱しない材料から選択されていることを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記モニタチップは、軟化最高温度による表面軟化状態を保持する機能を持つことを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記モニタチップは、放射線照射環境において、材料特性が不可変であることを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記ホルダーは、少なくとも放射線照射において、破損しない材質であることを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記密閉容器内にモニタセンサを搭載したホルダーを複数設置する場合には、各モニタセンサのモニタチップは同一仕様とされることを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記複数のモニタチップには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンの樹脂からなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料から形成されたモニタチップが含まれる、ことを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
- 前記ガラス材料は、As-Se-I系ガラス、As-S-Tl系ガラス、As-Se-Ge系ガラス、PbF2-SnF2-P2O5系ガラス、TeO2-Tl2O-PbO系ガラス、P2O5-PbO-ZnO系ガラス、B2O3-PbO-ZnO系ガラス、SiO2-PbO系ガラス、SiO2-B2O3-PbO系ガラス、Na2O-Al2O3-SiO2系ガラス、SiO2-Al2O3-B2O3系ガラスからなる群から選ばれた軟化温度の異なる１つ以上の材料から成ることを特徴とする請求項１記載の密閉容器内温度測定モニタ。
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