JP4536668B2

JP4536668B2 - 放射性ガスモニタ

Info

Publication number: JP4536668B2
Application number: JP2006046336A
Authority: JP
Inventors: 健一茂木; 正一中西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP2007225416A

Description

この発明は、放射性ガスモニタ、特に、測定点からサンプルガスをサンプリングにより収集して通気式電離箱に導入し、この電離箱でサンプルガスに含まれるガス状放射性核種から放射される放射線を検出して出力される微小な電流信号を電圧信号に変換し、放射線量または放射能量を測定する放射性ガスモニタに関し、バックグラウンド核種のラドン・トロンの影響を抑制し、測定対象の放射線を高感度かつ高精度で測定するための放射性ガスモニタに関するものである。

原子力発電所，核燃料再処理施設，粒子線利用施設等の放射性ガスモニタは、通常の放射線レベルから事故を想定した放射線レベルまで広い測定範囲をカバーするため、放射線検出器として通気式電離箱を搭載したものが使用されている。
この種の放射性ガスモニタの測定対象放射線はβ線で、バックグラウンド放射線は天然放射性核種としてサンプルガス中に存在するラドン・トロンから放射されるα線および環境γ線である。特にラドン・トロンから放射されるα線はエネルギーが数ＭｅＶと大きく、測定対象のβ線の平均的エネルギーより１桁以上大きい。測定対象のβ線を高感度で測定するために、従来の放射性ガスモニタは、電離箱から出力される微小な電流信号に重畳されるラドン・トロンのα線に起因するパルス状の電流成分をパルス信号として抽出し、このパルス信号を計数するα線計数手段と、電離箱の出力信号に基づく放射線測定値を補正する補正手段を備え、ラドン・トロンの影響を補償した電離箱式放射性ガスモニタが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−１１６８４４号公報

従来の放射性ガスモニタは、上記のような構成で個々のα線が電離箱の出力に与える影響を一定とみなしてα線計数に基づき電離箱出力の補償を行っているが、実際のラドン・トロンのα線のエネルギーは、ラドンが５．４９ＭｅＶに対してトロンが６．２９ＭｅＶと異なり、パルスの波高値に違いがある。更に、電離箱内で崩壊する場所によりパルス波高値がばらつくため、正確な補償を行おうとすると長時間にわたりラドン・トロンを計数して補償値を平均化する必要があり、リアルタイムの補償が課題であった。

この発明は、高精度で応答の速い放射性ガスモニタを得ようとするものである。

この発明に係る放射性ガスモニタは、サンプルガスを電離箱内に取り込み、電離箱の出力信号から放射線測定値を求める放射性ガスモニタにおいて、前記電離箱から出力される電離電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換手段と、前記電圧信号に重畳されるパルス状の変化をアナログパルスとして抽出し、前記アナログパルスの波高値を測定する波高値測定手段とを備え、前記波高値測定手段からの波高値データに基づき前記電離箱の出力信号による放射線測定値に対してα線の影響を補償する測定値補償手段を設けたものである。

この発明によれば、高精度で応答の速い放射性ガスモニタを得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１における放射性ガスモニタを図１および図２に基づいて説明する。図１は実施の形態１における放射性ガスモニタの構成を示すブロック図である。図２は実施の形態１における放射性ガスモニタの動作を示す線図である。

図１において、ポンプ１は、測定点（図示せず）からサンプルガスをサンプリングにより収集し、サンプルガス中のダストをダストフィルタ２で除去してから電離箱３に導入する。電離箱３は、サンプルガスが流れる容器３１と、この容器３１の中心に配置された集電極３２と、この集電極３２を容器３１に絶縁固定する絶縁体３３で構成される。
負極性の高電位（ＨＶ）を印加された容器３１と零電位（０Ｖ）部位に接続された集電極３２の間にサンプルガスが導入されると、サンプルガスに含まれる放射性核種から放射される放射線によりサンプルガスが電離してイオン対が生成され、電離電流ｉが出力される。電流／電圧変換回路４は、電離箱３からの電離電流ｉを入力し、オペアンプ４１に接続された抵抗値Ｒの負帰還抵抗４２により、（１）式のように電離電流ｉに比例した電圧信号Ｖに変換する。
Ｖ＝ｉＲ…（１）式

微分回路５は、電流／電圧変換回路４からの電圧信号Ｖを入力して微分することにより、この電圧信号Ｖに重畳されるラドン・トロンのα線に起因するパルス状の変化を抽出してアナログパルスを出力する。波高値測定回路６は、微分回路５からのアナログパルスを入力してその波高値Ｈを測定する。

測定ユニット７は、電流／電圧変換回路４からの電圧信号Ｖおよび波高値測定回路６からの波高値データＨを入力し、所定の測定時間Ｔについて、この電圧信号Ｖの平均値Ｖ_ａｖを求めるとともにこの波高値データＨの積算値ΣＨを求める。
電圧信号平均値Ｖ_ａｖに含まれるラドン・トロンのα線寄与分は、波高値データ積算値ΣＨに所定の定数ｋ_１を掛け算して求めることができるので、正味の電圧信号平均値Ｖ_ａｖ（正味）は（２）式により求めることができる。
従って、正味の放射線測定値Ｍ（正味）は、（３）式のように正味の電圧信号平均値Ｖ_ａｖ（正味）に校正定数ｋ_２を掛け算して求めることができ、ラドン・トロンの影響を補償した正味の放射線測定値Ｍ（正味）を出力するとともに表示する。なお、ｋ_１は実験的に定数として求めることができ、ｋ_２は線源校正により求めることができる。
Ｖ_ａｖ（正味）＝Ｖ_ａｖ−ｋ_１×ΣＨ…（２）式
Ｍ（正味）＝ｋ_２×Ｖ_ａｖ（正味）…（３）式

測定ユニット７に設けられた測定値算出回路７１は、電流／電圧変換回路４からの電圧信号Ｖにより、所定の測定時間Ｔについて、電圧信号Ｖの平均値Ｖ_ａｖを求める。
測定ユニット７に設けられた測定値補償回路７２は、波高値測定回路６からの波高値データＨにより、所定の測定時間Ｔについて、波高値データＨの積算値ΣＨを求める。この測定値補償回路７２は、波高値データＨの積算値ΣＨに所定の定数ｋ_１を乗算し電圧信号平均値Ｖ_ａｖに含まれるラドン・トロンのα線寄与分に相当する補償出力ｋ_１×ΣＨとして、測定値算出回路７１に入力する。
測定値算出回路７１は、電圧信号Ｖの平均値Ｖ_ａｖと測定値補償回路７２からの補償出力ｋ_１×ΣＨに基づき、前記（２）式にしたがって電圧信号平均値Ｖ_ａｖ（正味）を算出し、この電圧信号平均値Ｖ_ａｖ（正味）に校正定数ｋ_２を乗算し前記（３）式にしたがって正味の放射線測定値Ｍ（正味）を算出する。この放射線測定値Ｍ（正味）は、測定値算出回路７１の出力すなわち測定ユニット７の測定出力として導出される。

図２は、この発明の実施の形態１に係わる放射性ガスモニタの動作を概念的に説明するもので、（ａ）は電離箱３から出力される電離電流、（ｂ）は電流／電圧変換回路４から出力される電圧信号、（ｃ）は微分回路５から出力されるアナログパルス、（ｄ）は測定ユニット７から出力される正味の放射線測定値Ｍ（正味）を示す。（ｄ）に示す正味の放射線測定値Ｍ（正味）では、電離電流および電圧信号で見られるラドン・トロンのα線の影響が補償されている。

電離箱３の内部でラドン・トロンが崩壊してα線が放射されると、通常の１０^−１４Ａオーダのバックグラウンド電流に加算されてα線に起因するパルス状の電流が、１×１０^４ｃｍ^３の容積を有する電離箱の場合、通常は１分に４パルス程度の頻度で重畳され、換気停止または降雨等でサンプリング点のラドン・トロンが増加すると、重畳頻度は数倍に増加する。このパルス電流は、電流／電圧変換器４で電圧信号に重畳したパルスに変換され、微分回路５で抽出されて例えば１Ｖ程度のアナログパルスに変換され、このアナログパルスの波高値に基づき放射線測定値は補償される。従来は、検出感度を１桁以上改善し、補償精度５％を以下とするのに、測定時間は５分程度必要としたが、αパルスの波高値データに基づき放射線測定値を補償することにより、従来と同等の検出感度および補償精度を維持し、リアルタイムでラドン・トロン補償が可能となる。

以上のように、この実施の形態１では、電離箱３から出力される微小な電流信号に重畳されるラドン・トロンのα線に起因するパルス状の電流成分をアナログパルス信号として抽出し、このアナログパルス信号の波高値を測定し、この波高値に基づきラドン・トロンによる影響を推定して電離箱３の出力信号に基づく放射線測定値を補償するようにしたので、リアルタイムの補償が可能となり、高精度で応答の速い放射性ガスモニタが実現できる。

（１Ａ）この発明による実施の形態１によれば、サンプルガスを電離箱３内に取り込み、電離箱３の出力信号から放射線測定値を求める放射性ガスモニタにおいて、前記電離箱３から出力される電離電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路４からなる電流／電圧変換手段と、前記電流／電圧変換手段によって変換された前記電圧信号に重畳されるパルス状の変化を微分回路５によりアナログパルスとして抽出し、前記アナログパルスの波高値を測定する波高値測定回路６からなる波高値測定手段と、前記電流／電圧変換回路４からなる電流／電圧変換手段の電圧信号出力に基づき放射線測定値を求める測定値算出回路７１からなる測定値算出手段と、前記波高値測定回路６からなる波高値測定手段からの波高値データに基づき前記測定値算出回路７１からなる測定値算出手段の測定値に対してα線の影響を補償する測定値補償回路７２からなる測定値補償手段と、を備えたので、電流／電圧変換手段の電圧信号出力による測定値算出手段の測定値に対して波高値測定手段からの波高値データに基づきα線の影響を補償することにより、高精度で応答の速い放射性ガスモニタを得ることができる。
すなわち、電流／電圧変換手段の電圧信号出力による測定値算出手段の測定値に対して電離箱３から出力される微小な電流信号に重畳されるラドン・トロンのα線に起因するパルス状の電流成分をアナログパルス信号として抽出し、このアナログパルス信号の波高値を測定し、この波高値に基づきラドン・トロンによる影響を補償するようにしたので、リアルタイムの補償が可能となり、高精度で応答の速い放射性ガスモニタが実現できる。

（１Ｂ）この発明による実施の形態１によれば、前記（１Ａ）項における構成において、前記電流／電圧変換手段として、前記電離箱から出力される電離電流を電流に比例した電圧に変換する電流／電圧変換回路４を備えたので、波高値測定手段からの波高値データに基づき電離箱から出力される電離電流を電流に比例した電圧に変換する電流／電圧変換回路４を用いた電流／電圧変換手段の電圧信号出力による測定値算出手段の測定値に対してα線の影響を補償することにより、高精度で応答の速い放射性ガスモニタを得ることができる。
すなわち、電離箱３から出力される微小な電流信号に重畳されるラドン・トロンのα線に起因するパルス状の電流成分をアナログパルス信号として抽出し、このアナログパルス信号の波高値を測定し、この波高値に基づき電離箱から出力される電離電流を電流に比例した電圧に変換する電流／電圧変換回路４を用いた電流／電圧変換手段の電圧信号出力による測定値算出手段の測定値に対してラドン・トロンによる影響を補償するようにしたので、リアルタイムの補償が可能となり、高精度で応答の速い放射性ガスモニタが実現できる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２における放射性ガスモニタを図３に基づいて説明する。図３は実施の形態２における放射性ガスモニタの構成を示すブロック図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成につていは、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

上記した実施の形態１では、電離箱３からの電離電流を電流／電圧変換回路４に入力して電流に比例した電圧信号に変換したが、この実施の形態２では、図３に示すように上記電流／電圧変換回路４の代わりに振動容量型電流／電圧変換回路８を備え、振動容量８１は上記電離箱３から出力される電離電流を入力し、制御回路８２が定周期で振動容量８１の静電容量を変化させることにより、電流に比例した振幅の交流電圧を出力し、整流回路８３はこの交流電圧を増幅し、整流して電圧信号を出力するようにしたので、入力インピーダンスが１０^１５Ω以上ときわめて高い振動容量型電流／電圧変換器８により、実施の形態１よりも１桁程度低い１０^−１５Ａ以下のバックグラウンド電流の変化を測定できるため、高精度かつ高感度で応答の速い放射性ガスモニタが実現できる。

（２Ａ）この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１の前記（１Ｂ）項における構成において、前記電流／電圧変換手段として、前記電離箱３から出力される電離電流を入力し、定周期などの所定の周期で静電容量を変化させて電流に比例した振幅の正弦波電圧に変換し、この正弦波を整流して電流に比例した電圧を出力する振動容量型電流／電圧変換回路８を備えたので、高精度かつ高感度で応答の速い放射性ガスモニタを得ることができる。
すなわち、電離箱から出力される微小な電流信号に重畳されるラドン・トロンのα線に起因するパルス状の電流成分を振動容量型電流／電圧変換回路８を用いてアナログパルス信号として抽出し、このアナログパルス信号の波高値を測定し、この波高値に基づきラドン・トロンによる影響を補償するようにしたので、リアルタイムの補償が可能となり、高精度かつ高感度で応答の速い放射性ガスモニタが実現できる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３における放射性ガスモニタを図４および図５に基づいて説明する。図４は実施の形態３における放射性ガスモニタの構成を示すブロック図である。図５は実施の形態３における放射性ガスモニタの動作を示す線図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成につていは、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

上記の実施の形態１では、電離箱３からの電離電流ｉを電流／電圧変換回路４に入力して電離電流ｉに比例した電圧信号Ｖに変換したが、この実施の形態３では、図４に示すように上記電流／電圧変換回路４の代わりに電荷積分回路９と比較回路１０を備え、上記電荷積分回路９は、上記電離箱３から出力される電離電流ｉを入力し、オペアンプ９１に接続された静電容量Ｃの積分コンデンサ９２で積分して電荷の形態で蓄積し、（４）式のように蓄積された電荷量Ｑに比例した電圧信号Ｖに変換する。
Ｖ＝Ｑ／Ｃ…（４）式

上記比較回路１０は、上記電荷積分回路９からの電圧信号Ｖを入力し、コンパレータ１０１はこの電圧信号Ｖが所定の値に到達するとワンショットパルスを出力するとともにリレーコイル１０２を動作させ、上記電荷積分回路９の積分コンデンサ９２に蓄積された電荷を接点１０３で放電してリセットする。微分回路５は、電荷積分回路９からの電圧信号Ｖを入力して微分することにより、この電圧信号Ｖに重畳されるパルス状の変化を抽出してアナログパルスを出力する。波高値測定回路６は、微分回路５からのアナログパルスを入力してその波高値Ｈを測定する。

測定ユニット７は、比較回路１０からのワンショットパルスおよび波高値測定回路６からの波高値データＨを入力し、所定の測定時間Ｔについて、このワンショットパルスの計数率ｎを求めるとともにこの波高値データの積算値ΣＨを求める。当該計数率ｎに含まれるラドン・トロンのα線寄与分は、上記波高値データの積算値ΣＨに所定の定数ｋ_３を掛け算して求めることができ、正味の計数率ｎ（正味）は（５）式により求めることができる。従って、正味の放射線測定値Ｍ（正味）は、（６）式のように正味の計数率ｎ（正味）に校正定数ｋ_４を掛け算して求めることができ、ラドン・トロンの影響を補償した正味の放射線測定値Ｍ（正味）を出力するとともに表示する。なお、ｋ_３は実験的に定数として求めることができ、ｋ_４は線源校正により求めることができる。
ｎ（正味）＝ｎ−ｋ_３×ΣＨ…（５）式
Ｍ＝ｋ_４×ｎ（正味）…（６）式

測定ユニット７に設けられた測定値算出回路７１は、比較回路１０からのワンショットパルスにより、所定の測定時間Ｔについて、このワンショットパルスの計数率ｎを求める。
測定ユニット７に設けられた測定値補償回路７２は、波高値測定回路６からの波高値データＨにより、所定の測定時間Ｔについて、波高値データＨの積算値ΣＨを求める。この測定値補償回路７２は、波高値データＨの積算値ΣＨに所定の定数ｋ_３を乗算しワンショットパルスの計数率ｎに含まれるラドン・トロンのα線寄与分に相当する補償出力ｋ_３×ΣＨとして、測定値算出回路７１に入力する。
測定値算出回路７１は、ワンショットパルスの計数率ｎと測定値補償回路７２からの補償出力ｋ_３×ΣＨに基づき、前記（５）式にしたがって計数率ｎ（正味）を算出し、この計数率ｎ（正味）に校正定数ｋ_４を乗算し前記（６）式にしたがって正味の放射線測定値Ｍ（正味）を算出する。この放射線測定値Ｍ（正味）は、測定値算出回路７１の出力すなわち測定ユニット７の測定出力として導出される。

図５は、この発明の実施の形態３に係わる放射性ガスモニタの動作を概念的に説明するもので、（ｄ）は電離箱３から出力される電離電流、（ｅ）は電荷積分回路９から出力される電圧信号、（ｆ）は微分回路５から出力されるアナログパルス、（ｇ）は比較回路１０から出力されるワンショットパルス、（ｈ）は測定ユニット７から出力される正味の放射線測定値Ｍ（正味）を示す。正味の放射線測定値Ｍ（正味）では、電離電流および電圧信号で見られるラドン・トロンのα線の影響が補償されている。
電荷積分回路９と比較回路１０を備えて、電離箱３から出力される電離電流を電荷の形態で蓄積して電圧信号に変換することにより、実施の形態１よりも１桁程度低い１０^−１５Ａ以下のバックグラウンド電流の変化を測定できるようにし、更に、電圧信号をワンショットパルス列に変換して計数率として測定できるようにしたので、高精度かつ高感度かつワイドレンジで応答の速い放射性ガスモニタが実現できる。

（３Ａ）この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１の前記（１Ａ）項における構成において、前記電流／電圧変換手段として、前記電離箱３から出力される電離電流を積分して電荷の形態で蓄積し、蓄積された電荷量に比例した電圧信号に変換する電荷積分回路９を備えるとともに、前記測定値算出手段として、前記電荷積分回路からの電圧信号が所定の値に到達するとワンショットパルスを出力し前記電荷積分回路９に蓄積された電荷を放電してリセットする比較回路１０からのワンショットパルスの計数率により放射線測定値を求める測定値算出回路７１を備えたので、高精度かつ高感度でありしかもワイドレンジで応答の速い放射性ガスモニタを得ることができる。
すなわち、電離箱３から出力される微小な電流信号に重畳されるラドン・トロンのα線に起因するパルス状の電流成分を電荷積分回路９と微分回路５とを用いてアナログパルス信号として抽出し、このアナログパルス信号の波高値を測定し、この波高値に基づきラドン・トロンによる影響を補償するようにしたので、リアルタイムの補償が可能となり、高精度かつ高感度でありしかもワイドレンジで応答の速い放射性ガスモニタが実現できる。

この発明による実施の形態１に係わる放射性ガスモニタの構成を示すブロック図である。この発明による実施の形態１に係わる放射性ガスモニタの動作を説明する線図である。この発明による実施の形態２に係わる放射性ガスモニタの構成を示すブロック図である。この発明による実施の形態３に係わる放射性ガスモニタの構成を示すブロック図である。この発明による実施の形態３に係わる放射性ガスモニタの動作を説明する線図である。

符号の説明

１ポンプ、２ダストフィルタ、３電離箱、３１容器、３２集電極、３３絶縁体、４電流／電圧変換回路、４１オペアンプ、４２負帰還抵抗、５微分回路、６波高測定回路、７測定ユニット、７１測定値算出回路、７２測定値補償回路、８振動容量型電流／電圧変換回路、８１振動容量、８２制御回路、８３整流回路、９電荷積分回路、９１オペアンプ、９２積分コンデンサ、１０比較回路、１０１コンパレータ、１０２リレーコイル、１０３接点。

Claims

サンプルガスを電離箱内に取り込み、電離箱の出力信号から放射線測定値を求める放射性ガスモニタにおいて、前記電離箱から出力される電離電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換手段と、前記電圧信号に重畳されるパルス状の変化をアナログパルスとして抽出し、前記アナログパルスの波高値を測定する波高値測定手段とを備え、前記電離箱の出力信号による放射線測定値に対して前記波高値測定手段からの波高値データに基づきα線の影響を補償する測定値補償手段を設けたことを特徴とする放射性ガスモニタ。
前記電離箱から出力される電離電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換手段と、前記電圧信号に重畳されるパルス状の変化をアナログパルスとして抽出し、前記アナログパルスの波高値を測定する波高値測定手段と、前記電流／電圧変換手段の電圧信号出力に基づき放射線測定値を求める測定値算出手段と、前記測定値算出手段の測定値に対して前記波高値測定手段からの波高値データに基づきα線の影響を補償する測定値補償手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放射性ガスモニタ。
前記電流／電圧変換手段として、前記電離箱から出力される電離電流を電流に比例した電圧に変換する電流／電圧変換回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射性ガスモニタ。
前記電流／電圧変換手段として、前記電離箱から出力される電離電流を入力し、所定の周期で静電容量を変化させて電流に比例した振幅の正弦波電圧に変換し、前記正弦波を整流して電流に比例した電圧を出力する振動容量型電流／電圧変換回路を備えたことを特徴とする請求項３に記載の放射性ガスモニタ。
前記電流／電圧変換手段として、前記電離箱から出力される電離電流を積分して電荷の形態で蓄積し、蓄積された電荷量に比例した電圧信号に変換する電荷積分回路を備えるとともに、前記測定値算出手段として、前記電荷積分回路からの電圧信号が所定の値に到達するとワンショットパルスを出力し前記電荷積分回路に蓄積された電荷を放電してリセットする比較回路から出力されるワンショットパルスの計数率によって放射線測定値を求める測定値算出回路を備えたことを特徴とする請求項２に記載の放射性ガスモニタ。