JP4659612B2

JP4659612B2 - 水モニタ

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Publication number: JP4659612B2
Application number: JP2005378782A
Authority: JP
Inventors: 正一中西; 健一茂木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007178336A

Description

この発明は、原子力発電所等の放射線関連施設において設置される放射線監視設備のうち、水モニタに関するものである。水モニタは、排水等の水中に含まれるトリチウム（三重水素）から放出される低エネルギーベータ線を測定し、トリチウム濃度を評価する目的で設けられるモニタである。

従来のトリチウム濃度計測の代表的な方式としては、液体シンチレータ方式がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、プラスチックシンチレータの表面に付着した測定試料の低エネルギー放射線を光に変換して計測する固体シンチレータ方式がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−２１８７８号公報特開平８−７５８６３号公報

従来の液体シンチレータ方式による水モニタは、計測する試料に液体シンチレータを直接混ぜて発光させるため、発光効率が良いが、測定後は、有機液体である液体シンチレータの廃液処理をしなくてはなないという環境問題が生じていた。さらに、１回の計測に数グラムの試料しか測定できないため、測定サンプリング率が低いという測定効率の問題もあった。そのため、液体シンチレータ方式は、原子力発電所等のプラント施設のように大量の試料をスクリーニングする場合には不向きであった。さらに、液体シンチレータが有機液体であるために、試料内で発光した光が消光するクエンチングの問題があり、このクエンチングを補正するために対策を講じる必要があった。

また、固体シンチレータを用いた従来の水モニタでは、無色透明な液体試料を用いるため、クエンチングの問題がなく、また廃液処理の問題もないが、計測効率として幾何学的効率を向上させることが課題である。一方、固体シンチレータとしてプラスチックシンチレータを用いており、プラスチックの主要構成原子である水素と測定試料のトリチウムとが同位体であることから、同位体交換反応が生じ、検出器が汚染されるという問題もあった。
この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、廃液処理、クエンチング対策等の問題を解消するとともに、固体シンチレータ特有の問題と言える幾何学的効率を向上させ、同位体交換反応による汚染がなく、トリチウム濃度を連続して測定できる水モニタを提供することを目的とする。

この発明に係わる水モニタは、被測定試料を導入するサンプリング部、上記サンプリング部の外側を取り囲むように２体が対向配置され、上記被測定試料から放出されるベータ線をシンチレーション光として検出し、上記シンチレーション光を電気信号よりなるベータ線検出情報に変換する第一、第二の検出部、上記第一、第二の検出部からそれぞれ出力された上記ベータ線検出情報を入力してトリチウム濃度情報に変換し、記録する測定部とを備え、上記第一、第二の検出部は、上記サンプリング部に近接して配置され、ベータ線入射を受けてシンチレーション光を発光する固体シンチレータ、上記シンチレーション光を導くライトガイド、上記ライトガイドによって導かれた上記シンチレーション光を検出し電気信号に変換する光電子増倍管によってそれぞれ構成されるものであり、上記固体シンチレータを、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータによって構成するとともに、上記第一または第二の検出部を構成する上記固体シンチレータのうちいずれか一方において発光した上記シンチレーション光を、上記第一および第二の検出部を構成する両方の上記光電子増倍管において検出し、上記サンプリング部は、１枚の透明な平板よりなる試料導入板を構成として含み、上記試料導入板の一面または両面に、上部から上記被測定試料を吹き掛け、上記試料導入板の表面にウォーターカーテンを形成する要領で、上記サンプリング部に上記被測定試料を導入するものである。

さらに、この発明に係わる水モニタは、複数枚の透明な平板の端部を互い近接させて多角形筒状の試料導入板を構成するとともに、上記試料導入板の表面に、上部から被測定試料を吹き掛け、ウォーターカーテンを形成する要領で、上記被測定試料を導入するサンプリング部、上記試料導入板を構成する平板のそれぞれの外表面に向って近接して配置され、上記被測定試料から放出されるベータ線をシンチレーション光として検出し、上記シンチレーション光を電気信号よりなるベータ線検出情報に変換し、上記ベータ線検出情報をそれぞれ出力する複数の検出部、上記複数の検出部からそれぞれ出力された上記ベータ線検出情報を入力してトリチウム濃度情報に変換し、記録する測定部とを備え、上記複数の検出部は、上記試料導入板を構成する平板の表面に向って近接して配置され、ベータ線入射を受けてシンチレーション光を発する固体シンチレータ、上記シンチレーション光を導くライトガイド、上記ライトガイドによって導かれた上記シンチレーション光を検出し電気信号に変換する光電子増倍管によって構成され、上記固体シンチレータを、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータによって構成するとともに、上記複数の検出部を構成する上記固体シンチレータのうちいずれか一方において発光した上記シンチレーション光を、上記複数の検出部を構成する全ての上記光電子増倍管において検出するものである。

また、この発明に係わる水モニタは、立てた状態で配置される平板状の固体シンチレータ、上記固体シンチレータの表面に、上部から被測定試料を吹き掛ける試料導入装置、上記被測定試料から放出されるベータ線を受け、上記固体シンチレータにおいて発光するシンチレーション光を検出し、上記シンチレーション光を電気信号よりなるベータ線検出情報に変換する機能を持ち、上記固体シンチレータを取り囲むように配置される複数の検出部、複数の上記検出部からそれぞれ出力された上記ベータ線検出情報を入力してトリチウム濃度情報に変換し、記録する測定部を備え、上記固体シンチレータを、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータによって構成するとともに、上記固体シンチレータにおいて発光した上記シンチレーション光を、全ての上記検出部において検出するものである。

この発明の水モニタによれば、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータを用いるため、同位体変換反応による汚染の問題がなく、液体シンチレータを用いないため、廃液処理を必要とせず、またクエンチングの問題を解消できる。さらに、放射線に起因して発生したシンチレーション光を、サンプリング部を挟んで対向配置された２体の検出部において同時に検出することができるため、幾何学的効率向上の効果が得られるとともに、ノイズを除去することができ、正確にトリチウム濃度を検出することができる。

また、この発明の水モニタによれば、サンプリング容器内の中心に、１枚の平板状の固体シンチレータを配置し、その固体シンチレータを中心として２つの検出部を対称的に配置でき、両方の検出部へ向うシンチレーション光の伝搬経路を同様の経路とできるため、結果として得られる出力波形が同じ形となり、データの比較が容易となる。また、固体シンチレータは、１枚設ければ良く、構成部材が少ない。

さらに、この発明の水モニタによれば、複数の平板によって多角形筒形の試料導入板を構成し、その表面に被測定試料を吹き掛けて試料の導入を行い、トリチウム濃度計測を行うため、連続して被測定試料を試料導入板に吹き掛けることで、連続的なトリチウム濃度計測、監視を行え、容器に試料を貯留する方式よりも、より多くの被測定試料に対してトリチウム濃度計測を実施できる。

また、この発明の水モニタによれば、立てた状態で配置される平板状の固体シンチレータを試料導入板として用い、その固体シンチレータの表面に被測定試料を吹き掛けて試料導入を行うため、被測定試料を貯留する容器や、試料導入板を必要とせず、構成部材を少なくできるとともに、より大量の被測定試料に対して連続的にトリチウム濃度計測を行うことが可能である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、水モニタの基本構成を示す図であり、この水モニタは、被測定試料を導入するサンプリング部５と、サンプリング部５の外側を取り囲むように対向配置され、被測定試料から放出される放射線（ベータ線）をシンチレーション光として検出し、そのシンチレーション光を電気信号よりなるベータ線検出情報に変換して、後段に出力する第一の検出部１ａ、第二の検出部１ｂと、これら第一の検出部１ａ、第二の検出部１ｂからそれぞれ出力されたベータ線検出情報を入力してトリチウム濃度情報に変換し、記録する測定部１３とを備えている。

図１に示すように、第一の検出部１ａと第二の検出部１ｂは、サンプリング部５を挟むように、その厚みを介して対向配置された状態となる。サンプリング部５に近接配置される第一の検出部１ａは、放射線入射を受けてシンチレーション光を発光する平板状の固体シンチレータ２ａと、その固体シンチレータ２ａに接着され、シンチレーション光を集光し、後段側に導くライトガイド６ａと、そのライトガイド６ａの後段に配置され、シンチレーション光を検出し電気信号（ベータ線検出情報に相当する。）に変換する光電子増倍管７ａによって構成されている。第二の検出部１ｂも、上述した第一の検出部１ａと同様の構成であり、固体シンチレータ２ｂ、ライトガイド６ｂ、光電子増倍管７ｂを構成要素として含む。

なお、固体シンチレータ２ａ、２ｂは、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータによって構成されており、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２（Ｅｕ）：ＣａＦ_２に少量のＥｕ（ユーロピウム）を包含している。）、ビズマスジャーマネイト（ＢＧＯ）、ビスマスシリコン複合酸化物（ＢＳＯ）、イットリウム・アルミニウム複合酸化物（ＹＡＰ（Ｃｅ）：ＹＡＰに少量のＣｅ（セリウム）を含有している。）等を用いることができる。これらの固体シンチレータは、水素原子を含んでおらず、トリチウムと同位体変換反応を起こすことがない。

被測定試料である液体（トリチウム水）を導入するサンプリング部５は、図３に、その斜視図を示すように、被測定試料を溜めるサンプリング容器３によって主に構成される。サンプリング容器３は、所定の厚さを有し、一平面に沿って広がる外部形状であり、その外部形状を反映した内部空間を持っている。また、その外部形状が短い円柱状であり、被検出面３ａ、３ｂとなる円形の平面（両端面）が、横方向（固体シンチレータ２ａ、２ｂの方向）を向くように配置されている。このサンプリング容器３は、その被検出面３ａ、３ｂの形状を、検出器の形状に合わせて円形としているが、検出器の形状に対応させて、別の形状とすることも可能である。

また、サンプリング容器３を構成する素材としては、例えば、強固で無色透明な石英ガラス等を用いることができるが、^４０Ｋを含むような物質は、同位体交換反応を生じるおそれがあるため不適であり、いずれにしても、放射能自己汚染がないものを材質として用いる。さらに、サンプリング部５は、サンプリング容器３の上部から被測定試料を導入する吸水口４ａと、サンプリング容器３の下部から被測定試料を排出する排水口４ｂを備えている。

また、図１に示すように、検出部１ａ、１ｂと、測定部１３とは、それぞれ電気信号ケーブル９ａ、９ｂで繋がれており、光電子増倍管７ａ、７ｂからそれぞれ出力されるベータ線検出情報が、電気信号ケーブル９ａ、９ｂを介して測定部１３側に入力される。この測定部１３は、第一の検出器１ａ、第二の検出器１ｂの、２つの系統の出力信号をそれぞれ増幅する前置増幅器１０ａ、１０ｂと、これら前置増幅器１０ａ、１０ｂの出力信号を入力し、前置増幅器１０ａと前置増幅器１０ｂの出力信号を同時に計数する時のみ同じ電気信号を出力するアンドロジック回路である同時計数回路１１と、その同時計数回路１１の出力信号を計測し、上述したベータ線検出情報をトリチウム濃度情報に変換し、記録する機能を持つ計測記録装置１２から主に構成されている。
なお、図１に示すように、サンプリング容器３と、第一の検出部１ａ、第二の検出部１ｂは、鉛容器８によって覆われる状態とする。この鉛容器８によって、その外部からの放射線（ガンマ線）を遮断し、被測定試料に含まれる放射線核種から放出される放射線（ベータ線）のみを検出できるようにする。鉛容器８の厚さは、約１０ｃｍ程度必要とされる。

次に、この実施の形態１の水モニタについて、その詳細な動作を説明する。
被測定試料となる放射線放出核種を含む液体（トリチウム水（図示せず。））を吸水口４ａから取り入れ、サンプリング容器３に一定時間貯留して放射線放出核種から放出される放射線（ベータ線）を測定し、測定を終了すると、被測定試料を排水口４ｂから排出する。
図２に、シンチレーション光の伝搬の様子を模式図として示す。被測定試料がサンプリング容器３に貯留されている間に、試料中に含まれる放射線放出核種２０から放射線（ベータ線）２１が放出される。この放射線２１は、一方の固体シンチレータ２ａに入射し、その固体シンチレータ２ａ内でシンチレーション光２２ａ、２２ｂと呼ばれる光を発光する。なお、図２では、説明の簡単化のために、シンチレーション光２２ａ、２２ｂが、矢印の２方向（図面に向って左右方向）に向うことを例示しているが、実際は、この２方向だけではなく、発光点から周囲全体に光が伝搬され広がる特性を持っている。このシンチレーション光２２ａは、ライトガイド６ａを通って、光電子増倍管７ａに至る。その一方で、反対側に伝搬されるシンチレーション光２２ｂは、他方の固体シンチレータ２ｂを通過し、他方のライドガイド６ｂを通って、他方の光電子増倍管７ｂに至る。

光電子増倍管７ａ、７ｂでは、シンチレーション光２２ａ、２２ｂをそれぞれ電子に変換し、シンチレーション光を電子に変換し、電子の数量を増幅し、その増幅された電子の集まりは一般の電気信号回路で検出可能なパルス信号（ベータ線検出情報）となる。このパルス信号には、放射線のエネルギーに比例した波高値を持つ特徴がある。光電子増倍管７ａ、７ｂの出力パルス信号（ベータ線検出情報）は電気信号ケーブル９ａ、９ｂを通ってそれぞれ前置増幅器１０ａ、１０ｂに至り、さらに信号増幅される。

前置増幅器１０ａ、１０ｂからそれぞれ出力される２系統の出力信号は、いずれも同時計数回路１１に入力される。同時計数回路１１は、２系統の検出部の出力信号が、同時に入力された場合に出力するアンドゲートである。同時計数回路１１では、放射線放出が起こり、２系統の光電子増倍管７ａ、７ｂが同時にシンチレーション光を検知した場合にのみ真の計測データと認識させるために導入するもので、１系統の検出部（第一の検出部１ａまたは第二の検出部１ｂ。）のみが計数する事象を光電子増倍管７ａまたは７ｂ等において生じたノイズとみなして無視する。

同時計数回路１１の出力信号は、後段の計測記録装置１２に入力される。この計測記録装置１２は、ディスクリ回路、計数回路、演算回路、記録手段等により構成され、測定対象の放射線放出核種濃度（トリチウム濃度情報に相当する情報。）を蓄積、記録、表示する。図１に示す測定部１３は、上述の前置増幅器１０ａ、１０ｂ、同時計数回路１１、計数記録装置１２によって構成されるものとする。

図１および図２に示した例では、シンチレーション光を検出する検出部（第一の検出部１ａ、第二の検出部１ｂをそれぞれ１系統とみなす。両方で２系統。）を２系統としたが、３系統以上設けても良く、その場合は、ノイズカットの効果をより向上させることが可能である。
このように構成した水モニタは、第一の検出部１ａまたは第二の検出部１ｂを構成する固体シンチレータ２ａまたは２ｂのうちいずれか一方において発光したシンチレーション光を、第一の検出部１ａおよび第二の検出部１ｂを構成する両方の光電子増倍管７ａおよび７ｂにおいて検出することが可能となる。

図１および図２に示した水モニタにおいて、一方の固体シンチレータ２ａで発光したシンチレーション光２２ａ、２２ｂを、２系統の検出部（１ａ、１ｂ。）で感度良く検出するためには、２枚の平板状の固体シンチレータ２ａ、２ｂを、サンプリング容器３の両側面にそれぞれ密着または近接するように配置した上で、固体シンチレータ２ａ、２ｂ間の距離をより近づける配置とする必要があり、サンプリング容器３の厚みをできるだけ薄く構成することが有効である。ただし、被測定試料の液体２３に対し、圧力損失（サンプリング容器３の厚みを薄くするにともなって、流路が狭くなり、容器内の試料が流れにくくなるという損失。）増大等の影響を鑑み、トリチウム水の流れに支障がない範囲において薄くするものとする。

上述したとおり、固体シンチレータ２ａ、２ｂを、互いに近接して設置すると、光電子増倍管７ａまたは７ｂのノイズを同時計数回路１１にて除去する効果には差し支えないが、宇宙線等の外部ガンマ線によって発光するシンチレーション光も２系統の検出部で同時に検出してしまうため、外部ガンマ線の影響を除去する機能は失われると云える。２つの検出部で同時に外部ガンマ線を検出しないためには、２つの固体シンチレータ２ａ―２ｂ間の距離を大きくとる必要があるが、本発明ではできる限り近づけたために、外部ガンマ線が二つの固体シンチレータ２ａ、２ｂを同時に通過する確率も高く、また、外部ガンマ線が一方の固体シンチレータだけに入射した場合でも、同様に、そのシンチレーション光を２系統の検出部において同時に検出してしまう。このため鉛容器８の厚さをできる限り大きくする必要があるとともに、測定対象の放射線のエネルギー帯を限定するなどして、計数対象から除去する対応が必要となる。

具体的な対策としては、この水モニタは、トリチウム水を被測定試料としており、そのトリチウムから放出されるベータ線の最大エネルギーは１８ｋｅＶ程度であることから、ベータ線の最大エネルギーより大きいエネルギーを持つ放射線に関する出力パルスを、計測記録装置１２において除去するように設定することで、外部ガンマ線の影響を補正できる。

以上説明したように、２系統の検出部を、被測定試料を挟んで対向配置させ、サンプリング容器３の被検出面３ａを覆う状態とし、互いに近接配置させることで、一方の固体シンチレータ２ａまたは２ｂにおいて発光したシンチレーション光でも、両方の系統の光電子増倍管において検出可能であり、また、従来の固体シンチレーション方式に比べても、発光位置と光電子増倍管との距離をより短くでき、幾何学的効率（シンチレーション光が発光した際に、全放射方向（：１００％）にシンチレーション光が伝搬するが、そのうち何％のシンチレーション光を光電子増倍管に入射させられるかを示す値。）を向上させることができる。

また、固体シンチレータ２ａ、２ｂと、光電子増倍管７ａ、７ｂが一体であるため、検出器自身がシンチレーション光の遮蔽となる弊害がない。さらに、被測定試料となる排水が、無色透明の液体であるため、液体シンチレーション方式と比較しても、液体シンチレーション方式に特有のクエンチング等の消光現象からの影響を可能な限り取り去ることができるという効果もある。
また、固体シンチレータ２ａ、２ｂを、プラスチックシンチレータ（水素原子を含む。）以外の固体シンチレータ（トリチウムとの同位体変換反応がないものを選定して用いる。）とすることで同位体交換反応の問題を解消することができ、固体シンチレータ２ａ、２ｂが汚染させることがない。
なお、液体シンチレータを用いないため、測定後の試料は、他の廃液と同様に処分でき、廃液処理の問題を解消できることは言うまでもない。

実施の形態２.
次に、この発明の実施の形態２による水モニタについて図４〜図６を用いて説明する。先述の実施の形態１では、２つの固体シンチレータ２ａおよび２ｂを、サンプリング容器３を挟んで互いに対向配置させ、近接させる例について述べたが、この実施の形態２では、図４に示すように、サンプリング容器３内に、この容器の中心を通って、容器の広がる一平面に沿って、容器内部空間を二分するように平板状の固体シンチレータ２ｃを１つ挿入配置した水モニタについて説明する。

図４に示すように、この実施の形態２では、サンプリング容器３の一方の側面（被検出面）に向って、ライトガイド６ｃが近接配置され、その後段には光電子増倍管７ｃが配置され、これらライトガイド６ｃと光電子増倍管７ｃによって第一の検出部１ｃが構成される。サンプリング容器３の、他方の側面（被検出面）側にも、同様に、ライトガイド６ｄと光電子増倍管７ｄによって第二の検出部１ｄが構成される。他の構成は、実施の形態１の場合と同様である。

サンプリング容器３は、実施の形態１の場合と同様の、非常に薄い容器を用いる。従って、固体シンチレータ２ｃの厚さは、サンプリング容器３の内部空間の幅よりも、さらに薄く形成する必要がある。図５（ａ）に、図４のａ―ａ断面図を示すように、サンプリング容器３内に被測定試料となる液体２３が導入されると、固体シンチレータ２ｃの表面を伝って液体２３が流れ落ち、導入量が多いと、容器内の所定の水位まで液体２３が満たされた状態となる。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ−ｂ断面図である。

次に、サンプリング容器３への試料導入時の、液体２３の流れ方について、その模式図を図６に示して説明する。吸水口４ａから水滴を滴下させる要領でサンプリング容器３内に液体２３を導入する。容器内の固体シンチレータ２ｃの上部に到達した液体２３は、固体シンチレータ２ｃの表面（図６の例では、両面。）を伝って固体シンチレータ２ｃの下部まで流れる。この固体シンチレータ２ｃの表面を滴り落ちる間に発光し、トリチウム濃度が測定される。測定後は、排水口４ｂ側へ続く配管を通って排水口４ｂから外部へ排出される。図６では、液体２３を雫型に模して示しているが、実際には、液体２３は、固体シンチレータ２ｃの表面を所定の膜厚を構成するように流れ落ちる。
なお、サンプリング容器３への被測定試料の導入方法としては、一定量の試料を溜めて測定し、その後排出する方法、または、連続して試料を導入する一方で、同時に連続して排出する方法のいずれかの方法を適用することができる。

この実施の形態２の場合、一つの固体シンチレータ２ｃにおいて放射線の入射によって発光したシンチレーション光は、固体シンチレータ２ｃを中心として対称に配置させた第一の検出部１ｃおよび第二の検出部１ｄの、両方の検出部で同時に検出される。この実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、サンプリング容器３の厚さを、被測定試料である液体２３の流れに支障がない範囲において薄く構成しており、また、二つの検出部を、サンプリング容器３を挟むように対向配置させるため、固体シンチレータ２ｃにおいて生じるシンチレーション光を効率良く検知でき、幾何学的効率も保持できる。

上述の実施の形態１と、この実施の形態２との相違点は、放射線が固体シンチレータに入射し、シンチレーション光が発生する点から、光電子増倍管に至るまでの物質境界面の数である。実施の形態２の場合は、被測定試料である液体２３から放出された放射線が固体シンチレータ２ｃに入射すると、放射線（ベータ線）のエネルギーが小さいため、固体シンチレータ２ｃの表面近傍でシンチレーション光が発生する。シンチレーション光は、その発生点から、固体シンチレータ２ｃの両面に向って放出される。固体シンチレータ２ｃの両面で第１の境界面を通過し、サンプリング容器３内の液体２３を通過して、サンプリング容器３とライトガイド６ｃまたは６ｄの間の、第二の境界面を通過し、さらにライトガイド６ｃまたは６ｄと光電子増倍管７ｃまたは７ｄの間の第三の境界面を通過する。このように、実施の形態２では、シンチレーション光が通過する境界面は３箇所であり、シンチレーション光は３回の屈折を受けることになる。

一方、実施の形態１では、固体シンチレータ２ａでシンチレーション光２２ａ、２２ｂが発生した場合に、第一の検出器１ａ側に向うシンチレーション光２２ａは、光電子増倍管７ａに至るまでに２回の屈折を受け、第二の検出器１ｂ側に向うシンチレーション光２２ｂは、光電子増倍管７ｂに至るまでに４回の屈折を受ける。一方、サンプリング容器３を通過するシンチレーション光２２ｂは、サンプリング容器３内の被測定試料となる液体を通過しなくてはならず、その屈折回数が２回多くなってしまい、光電子増倍管７ａ、７ｂにおいて検出するデータに差が生じてしまう。

この実施の形態２では、２つの光電子増倍管７ｃ、７ｄに向って放出されるシンチレーション光は、その光の伝搬経路がほとんど同じとなり（固体シンチレータ２ｃ内での発光位置に依存した経路差は生じ得る。）、同回数の屈折を受けるので、同時係数回路１１に入力される２系統のパルスは同形となり、その対比処理をし易くなり、理想的な計数が実施できる。また、固体シンチレータ２ｃが１つでよいのでコスト低減につながるという効果がある。

いずれにしても、実施の形態１および実施の形態２においては、サンプリング容器３の厚さに比して、固体シンチレータ２ａ、２ｂ、２ｃの有感面積を広く取るように構成しており、この限りにおいては、実施の形態１と実施の形態２は同等の効果を奏するものと云える。

実施の形態３.
上述の実施の形態１および２では、サンプリング部５を構成するサンプリング容器３内に被測定試料を導入して、トリチウム濃度の計測を実施する例について述べたが、この実施の形態３では、図７に示すように、サンプリング容器３の代わりに一枚の透明な平板よりなる試料導入板（自己汚染のない透明板。サンプリング容器３と同様の素材により構成する。）３０を立てた状態で配置し、試料導入板３０の上部から噴霧器（試料導入装置）３１で被測定試料となる液体２３を噴霧し、試料導入板３０の表面に流し、液体２３よりなるウォーターカーテンを形成する要領で被測定試料を導入するものとし、その試料導入板３０の両面側に、１系統づつ、合計２系統の検出部（第一の検出部１ａと第二の検出部１ｂ。）を配置する場合について説明する。

放射線放出核種を含む液体２３を噴霧器３１より噴出させ、噴出された液体２３がすべて試料導入板３０の一面または両面の上部に吹き掛けられるようにする。噴霧された液体２３は、試料導入板３０の表面に一様な厚さのウォーターカーテンを形成する状態となり、下方に流れる。このように、実施の形態３では、試料導入板３０の表面に、被測定試料（液体２３）からなるウォーターカーテンを形成する要領で試料の導入を行う。サンプリング部５を構成する試料導入板３０の両側面に近接するように、第一の検出部１ａと第二の検出部１ｂを対向配置させ、流れる液体２３から放出される放射線（ベータ線）を捉えて計数する。光電子増倍管７ａ、７ｂからの出力信号は、図示しない後段の測定部１３で計数される。

この実施の形態３の水モニタは、第一の検出部１ａおよび第二の検出部１ｂ以下の計測系にて放射線測定を行っている間、液体２３が試料導入板３０の表面を連続的に流れ落ちるように構成しているため、トリチウム濃度の連続監視が可能となる。このため、サンプル抽出式の水モニタではなし得なかった、すべての測定対象水を監視できるという能力を備える。測定対象水に濃度のムラがあれば、サンプル式は測定すべき部分を抽出できない可能性もあり、高濃度放射性物質を放出してしまうことにつながる。しかし、この実施の形態３に示したような多くの試料をスクリーニングさせる試料導入方法によって、サンプル式での問題を解決し、抽出ムラに起因する危険を回避できるという効果がある。

実施の形態４.
次に、この発明の実施の形態４について図８を用いて説明する。上述の実施の形態３では、サンプリング部５を構成するのは、１枚の透明な自己汚染のない平板（試料導入板３０）であったが、この実施の形態４では、図８に示すように、４枚の自己汚染のない透明な平板３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを、その端部を互いに近接させて、全体として多角形筒形となるように配置して試料導入板（多角形筒形）３３を構成する。サンプリング部５に試料を導入する際には、その表面（内面、外面のいずれか、若しくは両面。図８では内面に導入。）に、上部から被測定試料である液体２３を吹き掛け、ウォーターカーテンを形成する要領で導入する。

また、試料導入板（多角形筒形）３３を構成する平板３０ａ〜３０ｄのそれぞれの外表面に向って、近接して検出部１が１つづつ配置される。図８の例では、試料導入板３３が４枚の平板よりなるため、４つの検出部１が配置されている。検出部１は、上述した第一の検出部１ａまたは第二の検出部１ｂと同様の構成であり、固体シンチレータ２、ライトガイド６、光電子増倍管７によって構成されるものとする。その他の構成は、上述した実施の形態１〜３と同様である。

このように、４つの検出部１でサンプリング部５を取り囲むように構成することで、一つの固体シンチレータ２において、シンチレーション光を発した場合に、全て（４つ）の検出部１で、そのシンチレーション光を検出することが可能となる。
また、全ての光電子増倍管７においてノイズが同時に発生する確率は低いことから、同時に、全ての検出部１から出力があった場合には、放射線情報であると判断でき、いずれかの検出部１において出力がなかった場合にはノイズと判断できるため、同時計数回路１１の同時計数機能により有意にノイズを除去することができ、ノイズ除去効率を高めることができる。

この実施の形態４による水モニタは、被測定試料となる液体２３を、複数（４つ）の検出部１で取り囲んでいるため、幾何学的効率が良い。なお、複数の光電子増倍管７の位置が互いに離れているため、外部ガンマ線が複数の検出部１を同時に通過する確率は非常に低くなるが、１つの固体シンチレータ２において発せられたシンチレーション光は、全ての検出部１にて検出される構成のため、外部ガンマ線に起因するノイズ除去は、鉛容器８を設置すること、または計測対象とするエネルギー帯を限定することによって行うものとする。

実施の形態５.
上述の実施の形態３では、ウォーターカーテンを自己汚染のない透明な平板よりなる試料導入板３０の表面に形成する場合について述べたが、この実施の形態５では、図９に示すように、試料導入板３０を固体シンチレータ２ｄによって構成することについて示す。サンプリング部５を噴霧器３１と平板状の固体シンチレータ２ｄによって構成し、立てた状態の固体シンチレータ２ｄの表面に、ウォーターカーテンを形成する要領で、被測定試料となる液体２３を吹き掛けて、サンプリング部５への試料の導入を行う。このような構成とすることで、上述の実施の形態３と同様の連続監視モニタを得ることができる。
なお、この実施の形態５では、図９に示すように、第一の検出部１ｃ、第二の検出部１ｄは、実施の形態２の場合と同様で、固体シンチレータを含まず、ライトガイド６ｃ、６ｄ、光電子増倍管７ｃ、７ｄよりなる構成となり、また、固体シンチレータ２ｄが、試料導入板の役割も果たすため、別途、試料導入板やサンプリング容器を用意する必要がなく、より少ない部材で、水モニタを構成することが可能となる。
なお、図９では、固体シンチレータ２ｄの平面形状を長方形としているが、ライトガイドの形状を反映させて、円形平板とすることも可能であることは言うまでもない。

実施の形態６.
上述の実施の形態４と実施の形態５とを組み合わせた技術を、実施の形態６として示す。図１０に示すように、サンプリング部５を、複数の平板状の固体シンチレータ２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈを多角形筒形に組み合わせた試料導入板２５と、噴霧器３１によって構成し、ライトガイド６および光電子増倍管７よりなる複数（４つ）の検出部４０を、全ての固体シンチレータ２ｅ〜２ｈの外表面を取り囲むように、それぞれ向きを変えて配置する。
図１０のような水モニタは、実施の形態４において示した多角形筒形の試料導入板３３を用いる場合と同様に、より多くの試料を連続して計測することに適しており、光電子増倍管において生じるノイズ除去の点においても優れている。さらに、実施の形態５と同様に、固体シンチレータ２ｅ〜２ｈが、試料導入板の役割も果たすため、別途、サンプリング容器や試料導入板を用意する必要がなく、より少ない部材で、水モニタを構成することが可能となる。
なお、固体シンチレータ２ｅ〜２ｈの平面形状は、実施の形態５と同様に、別な形状とすることができる。

実施の形態７.
上述の実施の形態１では、サンプリング容器３に被測定試料である液体２３を貯留して計測するという例について述べたが、この実施の形態７では、サンプリング容器３に、気泡を発生させる機構を導入した場合について説明する。図１１は、サンプリング部５を示す斜視図である。図１１に示すように、サンプリング容器３内に気泡５１を発生させるエアーポンプ（気泡発生装置）５０が、サンプリング部５に接続されて備えられている。このエアーポンプ５０は、サンプリング容器３下部に配置されるエアー排出部５０ａと、それに繋がるエアーポンプ本体５０ｂから構成される。エアーは、外部から循環させる方式、内部で循環させる方式のいずれでも良く、設置環境、使用条件等に合わせて選定する。なお、水モニタのその他の構成については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

エアーポンプ５０を設ける効果は、次の通りである。
被測定試料は、トリチウム水であり、このトリチウム水から放出される放射線（ベータ線）は、エネルギーが非常に低いため、水によってその伝搬が止まってしまうという特性を持っている。そのため、試料を流動させない状態では、固体シンチレータ２ａ（２ｂ）に近接したトリチウムのみしか計測ができなかった。計測効率を向上させるためには、固体シンチレータ２ａ（２ｂ）の近傍以外に位置するトリチウムも計測する必要があり、また、試料中のトリチウム濃度が、サンプリング容器３の中央において高くなるように分布するなど、分布ムラがあると、放射能濃度測定が不能となってしまうという問題も潜んでいた。そこで、この実施の形態７で示すように、エアーポンプ５０を用いて、サンプリング容器３内に気泡５１を送り込み、放射線が気泡５１内部を通過する機会を与え、放射線の飛程距離を平均的に長くし、計数効率を向上させる。また、気泡５１を送り込むことによって、サンプリング容器３内で液体（図示せず。）を流動させることができ、このエアーポンプ５０は、液体攪拌器としても機能させることができ、トリチウム濃度の均一化を図り、分布ムラを解消することができる。

実施の形態８.
次に、この発明の実施の形態８について図１２を用いて説明する。図１２に示すとおり、この実施の形態８の水モニタは、被測定試料を導入する吸水口４ａの上流に不純物除去装置６０を備えている。この不純物除去装置６０は、ストレーナ（濾過器）６１および中空糸膜（微多孔膜）６２を構成要素として含んでいる。
放射線施設から排出されたサンプリング液は、この不純物除去装置６０に導入されると、ストレーナ６１によって異物を除去される。その後、中空糸膜６２によって、トリチウムを含む水が高純度で取り出され、それ以外は廃液として排出される。このように濾過され、取り出されたトリチウム水は、被測定試料の液体２３として水モニタ本体側の吸水口４ａから取り込まれ、サンプリング部５へ導入されて、トリチウム濃度の計測がなされる。

不純物除去装置６０を設置すると、異物がサンプリング容器３に混入しなくなり、また、水垢、油膜等が付着しなくなるため、メンテナンスの点で優れている。また、異物が混入しないことから、サンプリング容器３として、より薄型のものを用いることが可能となり、その分だけトリチウム濃度検出精度を向上させることが可能である。
なお、不純物除去装置６０として、ストレーナ６１のみを設けた構造としても良く、その場合でも異物除去が可能であり、メンテナンス性を向上させることができ、サンプリング容器３の薄型化が可能となる。

また、さらに中空糸膜６２を設置することによる利点は、トリチウム水の高純度化以外に、被測定試料となる液体２３を純水化することができることにある。これにより、液体２３の粘度も小さくできるため、サンプリング容器３の内側表面または平板よりなる試料導入板３０表面など、液体２３が接する表面に対して、均一に液体２３を広げて薄膜状とできるため、サンプリング率（サンプリング容器３に採取した液体２３に対する放射線の計測が可能な位置にある液体の体積比。）を一定化させることができる。
サンプリング率の一定化により、採取した液体２３の流量に一定の割合を乗じた量が測定に係る液体２３の体積であると簡単に算出できるようになり、計測処理の簡単化、測定部１３（図示しない。）に含まれる制御装置の高速化の効果が得られる。

この発明の実施の形態１に係わる水モニタの構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係わるシンチレーション光の伝搬を示す図である。この発明の実施の形態１に係わるサンプリング部を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係わる水モニタの構成を示す図である。図４中のａ−ａ断面、および図５中のｂ−ｂ断面を示す図である。この発明の実施の形態２に係わる被測定試料の流れを模式的に示す図である。この発明の実施の形態３に係わる水モニタの要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態４に係わる水モニタの要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態５に係わる水モニタの要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態６に係わる水モニタの要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態７に係わるサンプリング部を示す要部斜視図である。この発明の実施の形態８に係わる不純物除去装置を備えた水モニタの要部を示す図である。

符号の説明

１、４０検出部１ａ、１ｃ第一の検出部
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ固体シンチレータ
３サンプリング容器３ａ、３ｂ被検出面
４ａ吸水口４ｂ排水口
５サンプリング部６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄライトガイド
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ光電子増倍管
８鉛容器９ａ第一の電気信号ケーブル
９ｂ第二の電気信号ケーブル１０ａ第一の前置増幅器
１０ｂ第二の前置増幅器１１同時計数回路
１２計測記録装置１３測定部
２０放射線放出核種２１放射線（ベータ線）
２２ａ、２２ｂシンチレーション光
２３液体２５、３３試料導入板（多角形筒形）
３０試料導入板（平板）３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ平板
３１噴霧器５０エアーポンプ
５０ａエアー排出部５０ｂエアーポンプ本体
５１気泡６０不純物除去装置
６１ストレーナ６２中空糸膜。

Claims

被測定試料を導入するサンプリング部、上記サンプリング部の外側を取り囲むように２体が対向配置され、上記被測定試料から放出されるベータ線をシンチレーション光として検出し、上記シンチレーション光を電気信号よりなるベータ線検出情報に変換する第一、第二の検出部、上記第一、第二の検出部からそれぞれ出力された上記ベータ線検出情報を入力してトリチウム濃度情報に変換し、記録する測定部とを備え、上記第一、第二の検出部は、上記サンプリング部に近接して配置され、ベータ線入射を受けてシンチレーション光を発光する固体シンチレータ、上記シンチレーション光を導くライトガイド、上記ライトガイドによって導かれた上記シンチレーション光を検出し電気信号に変換する光電子増倍管によってそれぞれ構成されるものであり、上記固体シンチレータを、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータによって構成するとともに、上記第一または第二の検出部を構成する上記固体シンチレータのうちいずれか一方において発光した上記シンチレーション光を、上記第一および第二の検出部を構成する両方の上記光電子増倍管において検出し、上記サンプリング部は、１枚の透明な平板よりなる試料導入板を構成として含み、上記試料導入板の一面または両面に、上部から上記被測定試料を吹き掛け、上記試料導入板の表面にウォーターカーテンを形成する要領で、上記サンプリング部に上記被測定試料を導入することを特徴とする水モニタ。
複数枚の透明な平板の端部を互い近接させて多角形筒状の試料導入板を構成するとともに、上記試料導入板の表面に、上部から被測定試料を吹き掛け、ウォーターカーテンを形成する要領で、上記被測定試料を導入するサンプリング部、上記試料導入板を構成する平板のそれぞれの外表面に向って近接して配置され、上記被測定試料から放出されるベータ線をシンチレーション光として検出し、上記シンチレーション光を電気信号よりなるベータ線検出情報に変換し、上記ベータ線検出情報をそれぞれ出力する複数の検出部、上記複数の検出部からそれぞれ出力された上記ベータ線検出情報を入力してトリチウム濃度情報に変換し、記録する測定部とを備え、上記複数の検出部は、上記試料導入板を構成する平板の表面に向って近接して配置され、ベータ線入射を受けてシンチレーション光を発する固体シンチレータ、上記シンチレーション光を導くライトガイド、上記ライトガイドによって導かれた上記シンチレーション光を検出し電気信号に変換する光電子増倍管によって構成され、上記固体シンチレータを、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータによって構成するとともに、上記複数の検出部を構成する上記固体シンチレータのうちいずれか一方において発光した上記シンチレーション光を、上記複数の検出部を構成する全ての上記光電子増倍管において検出することを特徴とする水モニタ。
立てた状態で配置される平板状の固体シンチレータ、上記固体シンチレータの表面に、上部から被測定試料を吹き掛ける試料導入装置、上記被測定試料から放出されるベータ線を受け、上記固体シンチレータにおいて発光するシンチレーション光を検出し、上記シンチレーション光を電気信号よりなるベータ線検出情報に変換する機能を持ち、上記固体シンチレータを取り囲むように配置される複数の検出部、複数の上記検出部からそれぞれ出力された上記ベータ線検出情報を入力してトリチウム濃度情報に変換し、記録する測定部を備え、上記固体シンチレータを、プラスチックシンチレータ以外の固体シンチレータによって構成するとともに、上記固体シンチレータにおいて発光した上記シンチレーション光を、全ての上記検出部において検出することを特徴とする水モニタ。
上記サンプリング部に上記被測定試料を導入する吸水口の上流に不純物除去装置を設け、上記サンプリング部に導入する被測定試料の濾過を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の水モニタ。