JP4703329B2

JP4703329B2 - 放射線検出器

Info

Publication number: JP4703329B2
Application number: JP2005270340A
Authority: JP
Inventors: 雅人石井; 好夫北; 芳三前川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: JP2007078636A

Description

本発明は、放射性物質を取扱う場所に設置されて臨界事故検出のために使用される放射線検出器に関する。

臨界警報装置は、臨界事故が発生した場合に放出される放射線を検知し、区域作業者に対して警報等により臨界事故の発生を知らせて速やかな退避を促し、外部から区域への接近を防止することにより作業員等の被曝を可能な限り低減することを目的としている。このように重要な位置づけであるために、臨界事象を確実に捉えることが必要であり、警報の影響が大きいため、ノイズなど別の要因による誤警報を極力避ける必要があり、高い信頼性が要求されている。従来、臨界の検知は発生するガンマ線の強度が所定の値以上になったことにより行われている。下記特許文献１にも示されているように、検出器を３本一組として、その内の２本以上の検出器が所定の値以上の数値を示した時に警報が発報されるようになっている。

図１２に従来の臨界警報装置の構成を示す。放射線検出器１は３台一組となっている。３台の放射線検出器１の各信号は３つの信号に分岐され３台の２／３論理回路２に接続される。２／３論理回路２は、３台の放射線検出器１の内２台以上の検出器が所定のレベル以上の信号となった場合に出力を出す。警報発生ユニット３は、３台の２／３論理回路２の出力を内部の２／３論理回路４で信号処理し、３系統の内２つ以上で信号が出た場合に臨界信号をホーンブロア６および回転灯７に出力し区域作業者に退避を促し、外部から区域への接近を防止する。放射線検出器１および２／３論理回路２が３台あるのは、１台が故障しても残りの２台で機能を維持し、また２台以上の信号を必要条件として、ノイズまたは故障などによる誤警報を防止するためである。

図１３に放射線検出器１の従来の構成を示す。検出部はプラスチックシンチレータ８と光電子増倍管９からなり、外部からのガンマ線がプラスチックシンチレータ８で光に変換され、光電子増倍管９で光電子増倍され電気信号に変換される。電電気信号は出力部を構成するＯＰアンプ１０で電流―電圧変換され、次段の比較器１１で所定の値以上のレベルになった場合に検出器信号が出力される。
特開平５−２６４７３７号公報

従来、臨界警報装置のバックグランド信号として頻度は低いが波高値の高い信号が測定されており、波高値が高くなるほど頻度が低くなる傾向がある。このバックグランド信号の原因としては宇宙線が考えられている。宇宙線の場合、半径数ｍの領域に強度の高い部分を持つカスケード現象があり、放射線検出器１が比較的短距離に配置されている場合には、３台中１台または２台の検出器で臨界レベルの信号が検出される可能性がある。３台中１台の場合は、検出器の故障または外来ノイズ環境の変化などの可能性があり必要により検出器の交換、環境ノイズ調査などが必要となる。３台の放射線検出器の内２台以上の検出器で臨界レベルの信号が出た場合は、臨界条件が成立し、誤警報の発報となり、大きな問題となる。

臨界事象は、放射性物質が所定の密度を超えて一ヶ所に集まった場合に発生する。臨界状態になった場合、発熱などの効果で物質が散逸し臨界が停止する。当該物質が散逸するには、慣性などにより所定の時間を要する。所定の時間としては、臨界事象の場合、１〜３ｍｓと言われている（最小継続時間）。一方、宇宙線の場合、高エネルギーの一次宇宙線が大気中のＮ，Ｏなどの原子と相互作用し、カスケード現象を発生し、地上に二次宇宙線として到達し、放射線検出器で検出される。このため、宇宙線による信号の時間幅は、短く、１０^−９ｓ程度と言われている。

臨界事象による信号と宇宙線事象による信号の関係を図１４に示す。光電子増倍管９の出力信号は宇宙線の場合、波高値の高い短パルスとなり、臨界事象の場合には長パルスで波高値の低い信号となる。次段のＯＰアンプ１０の出力信号では、回路の時定数の関係から光電子増倍管９の信号波形が積分される。臨界事象として検知される宇宙線事象の波形の場合、面積がほぼ等しく、図１４に示すように積分された波形はほぼ同じ波形となっている。ＯＰアンプ１０の出力が一定値を超えた場合、比較器１１から、事象の区別なく臨界信号が出力されるため宇宙線事象でも臨界警報の誤警報が出る可能性がある。

本発明は、臨界事象と宇宙線入射を弁別して宇宙線による誤警報を防止することのできる臨界警報装置用の放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明の放射線検出器は、放射線を検出して検出信号を発生する検出部と、臨界の信号を出力する出力部と、前記検出部と前記出力部との間に直列に接続されたスイッチと、前記検出部から分岐した検出信号が比較器を介して入力される遅延回路と、前記遅延回路からの出力信号に基づきｏｎ／ｏｆｆ信号を前記スイッチに送信するタイマーとを備え、前記スイッチは常時ｏｆｆであり、前記タイマーは前記遅延回路で所定時間遅延された信号が入力されると、その時点から所定期間前記スイッチをｏｎにする信号を前記スイッチに送信する放射線検出器であって、前記所定時間は宇宙線の信号の時間幅より長く臨界の信号の最小継続時間より短い時間であり、前記所定期間は前記所定時間よりも長い時間であることを特徴とする。
また、本発明の放射線検出器は、放射線を検出して検出信号を発生する検出部と、前記検出信号を所定時間遅延させる遅延回路と、臨界の信号を出力する出力部と、前記遅延回路と前記出力部との間に直列に接続されたスイッチと、前記検出部から分岐した検出信号が比較器を介して入力されるとともにｏｎ／ｏｆｆ信号を前記スイッチに送信するタイマーとを備え、前記スイッチは常時ｏｎであり、前記タイマーは前記比較器から信号が入力されると、その時点から所定期間前記スイッチをｏｆｆにする信号を前記スイッチに送信する放射線検出器であって、前記所定時間は宇宙線の信号の時間幅より長く臨界の信号の最小継続時間より短い時間であり、前記所定期間は前記所定時間よりも長い時間であることを特徴とする。

本発明によれば、臨界事象と宇宙線入射を弁別して宇宙線による誤警報を防止することのできる臨界警報装置用の放射線検出器を提供することができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の第１の実施例の放射線検出器は、図１に示すように、プラスチックシンチレータ８および光電子増倍管９からなる検出部と、この検出部に接続された高速ＯＰアンプ１２とスイッチ１３と比較器１４と遅延回路１５とタイマー１６からなる演算回路と、この演算回路に接続されたＯＰアンプ１０と比較器１１からなる出力部を備えている。プラスチックシンチレータ８の光信号を光電子増倍管９で電気信号に変換し高速ＯＰアンプ１２で電流−電圧変換する。高速ＯＰアンプ１２の出力を分岐し一方はスイッチ１３に、もう一方は比較器１４で図２に示すように信号処理する。更に遅延回路１５で所定の時間ΔＴ_２だけ時間を遅らせ、次段のタイマー１６でΔＴ_２後に信号を出力する。スイッチ１３はタイマー１６の信号を起点として所定の時間ΔＴ_３だけＯＮになる。

ΔＴ_３は、臨界事象の最小継続時間１〜３ｍｓの数倍程度である。ΔＴ_２は、高速ＯＰアンプ１２の宇宙線信号出力の時間幅の２倍程度の幅とする。宇宙線の場合、信号の幅ΔＴ_０（図１４に図示）がΔＴ_０＜＜ΔＴ_２であり、高速ＯＰアンプ１２の出力があるときはスイッチ１３がｏｆｆであり、ＯＰアンプ１０には信号入力はないため、警報信号は出力されない。

一方通常の臨界事故の場合、図３の示すように、光電子増倍管９の出力信号および高速ＯＰアンプ１２の出力信号の時間幅ΔＴ_４は、ΔＴ_４＞＞ΔＴ_２であるので、ＯＰアンプ１０には信号入力があり臨界信号が出力される。図３のＯＰアンプ１０の出力信号の破線は従来の場合のＯＰアンプ１０の出力を示す。わずかに波高値が低くなり、信号の時間遅れがあるが、臨界事象の時間スケール（ｍｓ）に比較して非常に短いため、臨界警報機能を損なうことはない。

図４に、本実施の形態の第２の実施例を示す。前記第１の実施例（図１）では、スイッチ１３は回路に直列に接続され、常時ｏｆｆ、イベント発生時にｏｎとなる動作をするが、この第２の実施例では、スイッチ１３は回路に並列に接続され常時ｏｎ、イベント発生時ｏｆｆとなる。ｏｎ状態で信号を遮断し、ｏｆｆ状態で信号を通過させる。動作は第１の実施例の図２，図３と同じである。

図５に本実施の形態の第３の実施例を示す。第１の実施の形態の場合、宇宙線事象に係わる短パルス信号の影響を演算回路により自動的に除去しており、除去した事実が記録に残らない。この第３の実施例では比較器１４によって接点出力１７を発生し宇宙線事象の発生を出力する。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の第１の実施例の放射線検出器は、図６に示すように、プラスチックシンチレータ８と光電子増倍管９からなる検出部の出力側に高速ＯＰアンプ１２とクリップ回路１８からなる演算回路とＯＰアンプ１０と比較器１１からなる出力部を順次接続した構成である。

宇宙線事象の場合の動作は、図７に示すように、高速ＯＰアンプ１２の出力端に回路に並列に接続したクリップ回路１８で、所定の波高値（クリップ電圧）以上の信号をクリップする。クリップされた信号は短パルスでしかも波高値が低くなり、波形の面積が小さいため、ＯＰアンプ１０で積分された出力信号は、波高値が所定のレベル（比較器１１の参照電圧）以下となり出力部信号は発生しない。

臨界事象の場合の動作は、図８に示すように、光電子増倍管９の出力および高速ＯＰアンプ１２の出力信号の波高値が低いため、クリップ回路１８を経ても大部分の信号が生き残る。そのうえ波形の面積が大きいため、ＯＰアンプ１０出力は、比較器１１の所定のレベル（参照電圧）以上となり臨界警報信号が発生する。

本実施の形態の第２の実施例の放射線検出器の構成を図９に示す。第１の実施例（図６）の場合、クリップ回路１８により、宇宙線事象による信号は自動的に削除されるため、記録に残らないが、この第２の実施例では、クリップ回路１８が動作した信号により接点出力１９を出すので記録を残すことができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の放射線検出器の構成を図１０に示す。本発明の放射線検出器は、プラスチックシンチレータ８および光電子増倍管９からなる検出部に接続された高速ＯＰアンプ１２と遅延回路１５とスイッチ１３と比較器１４とタイマー１６からなる演算回路とＯＰアンプ１０と比較器１１からなる出力部を備えている。

動作は図１１に示すように、高速ＯＰアンプ１２の出力を比較器１４で、通常の臨界事象信号の波高値より高い電圧を参照電圧として信号処理する。タイマー１６は、比較器１４の出力信号を起点としてΔＴ_３（＝ΔＴ_２＋宇宙線事象信号の時間幅の約２倍）の間だけ信号を出力する。スイッチ１３は、その間だけ開状態となる。一方、高速ＯＰアンプ１２の出力信号は、遅延回路１５でΔＴ_２だけ遅延されており、ΔＴ_２＜ΔＴ_３の関係から、遅延回路１５出力がある間はスイッチ１３が開となっておりＯＰアンプ１０への入力はゼロとなる。通常の臨界事象信号の場合、比較器１４の参照電圧が波高値より高く、比較器１４は信号を出力せず、スイッチ１３は閉のままであり、正常に信号が伝送され臨界警報信号が出力される。このようにしてパルス幅が短く波高値の高い宇宙線事象信号のみが除去される。

本発明の第１の実施形態の第１実施例の放射線検出器の構成を示す回路図。本発明の第１の実施形態の第１実施例の放射線検出器の宇宙線事象の場合の動作を示す波形図。本発明の第１の実施形態の第１実施例の放射線検出器の臨界事象の場合の動作を示す波形図。本発明の第１の実施形態の第２実施例の放射線検出器の構成を示す回路図。本発明の第１の実施形態の第３実施例の放射線検出器の構成を示す回路図。本発明の第１の実施形態の第１実施例の放射線検出器の構成を示す回路図。本発明の第２の実施形態の第１実施例の放射線検出器の宇宙線事象の場合の動作を示す波形図。本発明の第２の実施形態の第１実施例の放射線検出器の宇宙線事象の場合の動作を示す波形図。本発明の第２の実施形態の第２実施例の放射線検出器の構成を示す回路図。本発明の第３の実施形態の放射線検出器の構成を示す回路図。本発明の第３の実施形態の放射線検出器の宇宙線事象の場合の動作を示す波形図。従来の臨界警報装置の構成を示すブロック図。従来の放射線検出器の構成を示す回路図。従来の放射線検出器の宇宙線事象の場合の動作を示す波形図。

符号の説明

１…放射線検出器、２，４…２／３論理回路、３…警報発生ユニット、５…ＯＲ回路、６…ホーンブロア警報器、７…回転灯警報器、８…プラスチックシンチレータ、９…光電子増倍管、１０…ＯＰアンプ、１１，１４…比較器、１２…高速ＯＰアンプ、１３…スイッチ、１５…遅延回路、１６…タイマー、１７，１９…接点出力、１８…クリップ回路。

Claims

放射線を検出して検出信号を発生する検出部と、臨界の信号を出力する出力部と、前記検出部と前記出力部との間に直列に接続されたスイッチと、前記検出部から分岐した検出信号が比較器を介して入力される遅延回路と、前記遅延回路からの出力信号に基づきｏｎ／ｏｆｆ信号を前記スイッチに送信するタイマーとを備え、
前記スイッチは常時ｏｆｆであり、前記タイマーは前記遅延回路で所定時間遅延された信号が入力されると、その時点から所定期間前記スイッチをｏｎにする信号を前記スイッチに送信する放射線検出器であって、
前記所定時間は宇宙線の信号の時間幅より長く臨界の信号の最小継続時間より短い時間であり、前記所定期間は前記所定時間よりも長い時間であることを特徴とする放射線検出器。
放射線を検出して検出信号を発生する検出部と、前記検出信号を所定時間遅延させる遅延回路と、臨界の信号を出力する出力部と、前記遅延回路と前記出力部との間に直列に接続されたスイッチと、前記検出部から分岐した検出信号が比較器を介して入力されるとともにｏｎ／ｏｆｆ信号を前記スイッチに送信するタイマーとを備え、
前記スイッチは常時ｏｎであり、前記タイマーは前記比較器から信号が入力されると、その時点から所定期間前記スイッチをｏｆｆにする信号を前記スイッチに送信する放射線検出器であって、
前記所定時間は宇宙線の信号の時間幅より長く臨界の信号の最小継続時間より短い時間であり、前記所定期間は前記所定時間よりも長い時間であることを特徴とする放射線検出器。