JP4709515B2 - 放射性ダストモニタ - Google Patents

Description

本発明は空気中の放射性物質の濃度を連続的に測定監視して、放射性物質による空気汚染のモニタリングを行う放射性ダストモニタに関する。

原子力発電所、原子燃料取扱施設、あるいは病院などの放射性物質取扱施設においては、作業者の放射線防護の目的で、または施設内での放射性物質の漏洩の監視を行うために作業環境の放射線量を測定し、その結果を判定して放射線防護上の処置に結びつけるために各種の放射線モニタリング装置が設けられている。

この放射線モニタリング装置の中でも、濾紙を装着し、この濾紙によって空気中を浮遊するダストを捕獲し、このダストの放射線量を計測することにより放射性物質による空気汚染のモニタリングを行う放射性ダストモニタが従来より使用されている。

図６に従来の放射性ダストモニタの構造を示す。図６において、１は密封容器で形成されたサンプリング容器、２はサンプリング容器１内に支持部材３により支持固定された放射線検出器、
４は放射線検出器２の検出面２ａと適宜間隔を置いて対向するように設けられた濾紙で、サンプリング容器１内で上、下縁部を濾紙ホルダ５ａ、５ｂにはさまれるように押さえられ、支持固定されている。

６ａ、６ｂはサンプリング空気の導入、排出管で、濾紙４の検出器側においてサンプリング容器１内と連通するように導入管６ａが設けられ、濾紙４の他方の側においてサンプリング容器１内と連通するように排出管６ｂが設けられ、図示しない循環ポンプの作用により、周囲作業環境を浮遊するダストを含んだサンプリング空気を導入管６ａを通してサンプリング容器１内に導入する。

７はケーブルで、放射線検出器２と図示しない外部に設けられた制御装置とを接続し、放射線検出器２の検出信号を制御装置に伝送するとともに、制御装置から放射線検出器２に電力を供給する。

次に、このように構成された放射性ダストモニタの作用について説明する。
図示しない循環ポンプで作業環境中のサンプリング空気を導入管６ａを通してサンプリング容器１内に引き込み、矢印Ｘに示すようにサンプリング容器１内を流して強制的に濾紙４を通過させる。

サンプリング空気が濾紙４を通過する際、サンプリング空気に含まれるダストは濾紙４によって捕獲される。
濾紙４を通過したサンプリング空気は排出管６ｂを通って再びサンプリング容器１外の作業環境中に排出される。

濾紙４に捕獲されたダストは、濾紙４に対向して設けられた放射線検出器２によりその放射性物質の濃度が測定され、その検出信号はケーブル７を介して外部の制御回路に送られ、必要な信号処理が行なわれる。
処理された信号は、その検出結果と放射線量限度の値とを比較するなどして安全性を評価し、施設作業方法の改善など放射線防護のための必要な処置に結びつける。

以上のように、従来の放射性ダストモニタは、サンプリング空気中のダストを捕獲し、放射線量を測定し、放射線業務従事者の呼吸による放射性物質の取り込みを防止する目的に使用されている。

一方、原子力発電施設などにおいては、所内の配管及び継ぎ目からの微小な蒸気の漏洩などが起こる可能性があり、この漏洩蒸気に含まれる放射性ガス（Ｎ１３など）を高感度でモニタする要求がある。

ダストモニタで、放射性ガス（Ｎ１３など）を測定する方式としては、用途としてホスウッチ検出器であげられているものの（例えば特許文献１参照）、具体的なガスの測定方法については触れられている発明は見られない。

Ｎ１３に関連した測定については、例えば特許文献２のように除去する手法についてはあるものの、積極的に測定する手法は見られない。
また、Ｎ１３の放出する陽電子による５１１ｋｅＶの対消滅γ線を同時計数することも考えられるが、例えば特許文献３のようにラドン抑制のためのβ・γ弁別や、例えば特許文献４のような放射線測定装置と別の装置との出力のコインシデンスなどの発明しか見られず、Ｎ１３の陽電子による対消滅ガンマ線を積極的に利用する手法は見られない。
特開平５−３４１０４７号公報 特開平１１−３１１６７６号公報 特開平１１−６４５２９号公報 特開平７−３３３３４９号公報

このように、従来の放射性ダストモニタでは、ダストをサンプリング容器１内に導入し、濾紙４を使用して捕獲するようにしているので、サンプリング空気中に含まれるダストの捕獲は高感度で効率よく行え、ダストの放射性物質の放射線量の測定は確実に行えるが、サンプリング空気中に含まれるガス状の放射性物質に対しては感度よく検出することが難しかった。

本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、空気中に含まれるダスト状の放射性物質のみならず、空気中に含まれるガス状の放射性物質も高感度で、効率よく検出できる放射性ダストモニタを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明の放射性ダストモニタは、サンプリング空気が導入されるサンプリング容器と、前記サンプリング容器内に設けられ、前記サンプリング容器内に導入されたサンプリング空気が通過することによりサンプリング空気中のダストを捕獲する濾紙と、前記サンプリング容器内に設けられ、前記サンプリング容器内に導入されたサンプリング空気が通過することによりサンプリング空気中の放射性ガスを吸着するガス吸着材と、前記サンプリング容器内の前記濾紙の上流側の面側に設けられ、前記濾紙および前記ガス吸着材に捕獲、吸着されたダストと放射性ガスの放射線量を検出する放射線検出器とからなる放射性ダストモニタにおいて、前記ガス吸着材を前記濾紙の下流側の面に塗布又は貼り付けるとともに、前記放射線検出器として、透過力の弱い放射線を検出するシンチレータと、透過力の強い放射線を検出するシンチレータとを張り合わせた放射線検出器を用いることにより入射線種の弁別を可能としたことを特徴とする。

本発明の放射性ダストモニタによれば、空気中に含まれるダスト状の放射性物質のみならず、空気中に含まれるガス状の放射性物質も高感度で、効率よく検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、図６に示す従来の放射性ダストモニタと同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１は本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１において、１はサンプリング容器、２は放射線検出器、４は濾紙、６ａは導入管、６ｂは排出管である。
８は活性炭を使用したガス吸着材で、板状を成し、サンプリング容器１内で、濾紙４のサンプリング空気の流れの下流側に、濾紙４と適宜間隔を置いて支持部材９ａ、９ｂにより支持固定されている。

このような構成の放射性ダストモニタであると、導入管６ａからサンプリング容器１内に引き込まれたサンプリング空気は矢印Ｘに示すようにサンプリング容器１内を流れ、強制的に濾紙４とガス吸着材８を通過し、排出管６ｂから再び作業環境中に排出される。

サンプリング空気中に含まれる放射性ダストは濾紙４の表面に高確率で捕獲され、そこから放出される放射線は放射線検出器２により検出される。
この際、放射線検出器２と、濾紙４との間の距離を短くすることで、透過力の弱い放射能、例えばα線、β線についても減衰を充分に抑えた形で、放射線検出器２で検出することができる。

一方、ガス状の放射性物質は濾紙４では捕獲されにくいが、濾紙４を通過した後、濾紙４の下流側に設けられたガス吸着材８により吸着、捕獲され、放射線検出器２により放射性物質を検出される。

特にＮ１３の漏洩検知では、Ｎ１３から放出される陽電子の対消滅による５１１ｋｅＶのγ線を測定することになるが、この放射線は先に述べたα線、β線などと比べて透過力が強く、放射線検出器２までの空間の気体や濾紙４による減衰、さらにガス吸着材８自身による自己遮蔽などによる減衰は大きなものではなく、こうした濾紙４の下流側に配置されているにもかかわらず放射線検出器２で確率良く検出することができる。
このように本実施の形態による放射性ダストモニタによれば、通常の空気中の放射性ダストの検出のみならず、空気中の放射性ガスの検出も高感度で行い得る。

次に本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。図２において、８は前記第１の実施の形態で説明したのと同様のガス吸着材で、濾紙４のサンプリング空気の流れの下流側に向いた面に塗布されている。

本実施の形態によれば、ガス吸着材の板を支持部材を用いてサンプリング容器１内に支持固定する必要がなくなるので構造が簡単となり、組み立てが容易となる。
また、あらかじめガス吸着剤８を濾紙４に塗布しておけば組み立てがより一層容易となる。

さらに、ガス吸着材８を濾紙４のサンプリング空気の流れの上流側に向いた面側に塗った場合だと、吸着した放射性ダストが塗布した活性炭の下に移行することで活性炭により透過力の弱い放射線が遮蔽される放射性ダストの検出感度が低下するが、濾紙４の下流側の面に活性炭を塗布することで検出感度の低下を防ぐことができる。

次に本発明の第３の実施の形態について図３を参照して説明する。図３において、１０はペレット状に形成された複数枚のガス吸着材で、２枚の濾紙４ａ、４ｂの間に相互に間隔を置いてサンドイッチ状に挟み込まれ、濾紙ホルダ５ａ、５ｂによりサンプリング容器１内に支持固定されている。

本実施の形態によれば、ガス吸着材８がペレット状に形成され、相互に間隔を置いて２枚の濾紙４ａ、４ｂの間に挟み込まれているので、ガス吸着材でサンプリング空気の流路を全て塞ぐことがなく、ガス吸着材８による圧力損失を低減することができ、サンプリング空気吸引用の循環ポンプの容量を低減することができる。

次に本発明の第４の実施の形態について図４を参照して説明する。図４において、１０はペレット状に形成された複数枚のガス吸着材で、濾紙ホルダ５ａ、５ｂによりサンプリング容器１内に支持固定された濾紙４のサンプリング空気の流れの下流側に向いた面に相互に間隔を置いて貼り付けられている。

本実施の形態によれば、ガス吸着材の板を支持部材を用いてサンプリング容器１内に支持固定する必要がなくなるので構造が簡単となり、組み立てが容易となる。
また、ガス吸着材８がペレット状に形成され、相互に間隔を置いて取り付けられているので、ガス吸着材でサンプリング空気の流路を全てを塞ぐことがなく、ガス吸着材８による圧力損失を低減することができ、サンプリング空気吸引用の循環ポンプの容量を低減することができる。

次に本発明の第５の実施の形態について図５を参照して説明する。図５において、１１はサンプリング容器１内に設けられたγ線検出器で、前記第１の実施の形態におけるガス吸着材８のサンプリング空気の流れの下流側に設けられている。
１２は放射線検出器２とγ線検出器１１の出力の同時性を判定する同時性判定装置、１３は同時性判定装置１２の出力を計数する同時性計数装置である。

一般に、Ｎ１３のような陽電子放出核種は陽電子を放出し、その陽電子が対消滅することで、５１１ｋｅＶのγ線を２本、それぞれ反対方向に放出する。
そのため、陽電子の対消滅の位置からの立体角が放射線検出器２とγ線検出器１１とで同一であればγ線の入射にいたるまでの空気や物体による遮蔽の効果を無視すれば放射線検出器２において対消滅によるγ線が入射する際には、対向したγ線検出器１１にも対消滅によるもう一本のγ線が入射するため、この両者の同時計数は陽電子放出核種の存在量に強い相関を有する。

もし、立体角が両者の間で異なり、その間の遮蔽の効果を考えても、両方の検出器に放射線が入射し同時計数を起こす確率と陽電子核種の存在量とは強い相関を有している。
一方、外部から入射するバックグラウンドのγ線は両方の検出器に同時に入射する可能性は低い。

本実施の形態によれば、外部のバックグラウンドによる影響を低減して、陽電子放出核種である放射性ガスの測定を行うことができる。
また、従来の構成では、通常の放射性ダストの半減期は長く、Ｎ１３の場合半減期は９．９６分と短いので、半減期補正が難しかったが、本実施例によれば各々の計数値が分離測定できるので正確な半減期補正が可能となる。

次に本発明の第６の実施の形態について説明する。前記第１から第５の実施の形態で説明した放射線検出器２として、入射した放射線の線種を弁別することができる放射線検出器を用いることができる。

こうした検出器としては、例えば入射面側にZnS(Ag)層を、その奥にプラスチックシンチレータを張り合わせて光センサにカップリングしたフォスイッチ型の検出器等が挙げられる。

例えば、こうしたフォスイッチ型のセンサでは、ZnS(Ag)に放射線が相互作用したことによる出力波形と、プラスチックシンチレータに放射線が相互作用したことによる出力波形が異なることで、α線などの透過力の弱い放射線の入射がZnS(Ag)による出力波形成分をもち、β線などの若干透過力のある放射線やγ線などの透過力の大きい放射線の入射が主にプラスチックシンチレータによる出力波形成分を持つことになる。
この場合、濾紙４上に捕獲される放射性ダストのα線の成分は他の成分と分けることができる。

さらに、プラスチックシンチレータの厚さを適切に調整し、さらに光センサとの間に別の出力波形成分をもつ充分な厚さのシンチレータを置くことで、γ線の入射による波形が主にこの第３のシンチレータの出力波形成分をもつようにすることができる。

こうすれば、濾紙４上に捕獲される放射性ダストのα線成分、濾紙４上に補修される放射性ダストのβ線成分、濾紙４上に捕獲される放射性ダスト及び活性炭ガス吸着材８に捕獲される放射性ガスのγ線成分とを弁別することができる。

さらに、第５の実施の形態の同時計数において、このγ線成分とγ線検出器１１との同時性を取得することで、γ線成分のうち、Ｎ１３といった陽電子放出核種の量を弁別することができる。

本実施の形態によれば、捕獲された放射性ダスト及び放射性ガスの放射線の弁別を行い、放射線の線種ごとの空気中の放射性ダスト及び放射性ガスの濃度を求めることができる。

次に本発明の第７の実施の形態について説明する。
前記第５の実施の形態において、放射線検出器２及びγ線検出器１１として放射線のエネルギー情報を求めることができる放射線検出器を用いることができる。
このような構成をとることで、入射した放射線のエネルギースペクトルを得ることができる。

このような構成のもと、放射線検出器２と、γ線検出器５の、５１１ｋｅＶのγ線の入射に相当する範囲のみの出力同士の同時性判定を行うことで、陽電子放出核種である放射性ガスの測定を行うことができる高性能型ダストモニタを求めることができる。
なお、前記実施の形態の説明において、ガス吸着材として活性炭吸着剤を用いているが、活性炭吸着剤以外の他の吸着剤を使用しても良い。

本発明の第１の実施の形態による放射性ダストモニタを示す断面図。 本発明の第２の実施の形態による放射性ダストモニタを示す断面図。 本発明の第３の実施の形態による放射性ダストモニタを示す断面図。 本発明の第４の実施の形態による放射性ダストモニタを示す断面図。 本発明の第５の実施の形態による放射性ダストモニタを示す断面図。 従来の放射性ダストモニタを示す断面図。

符号の説明

１…サンプリング容器、２…放射線検出器、３…支持部材、４…濾紙、５ａ，５ｂ…濾紙ホルダ、６ａ…導入管、６ｂ…排出管、７…ケーブル、８…ガス吸着材、９ａ，９ｂ…支持部材、１０…ガス吸着材のペレット、１１…γ線検出器、１２…同時性判定装置、１３…同時性計数装置。

Claims (3)

1. サンプリング空気が導入されるサンプリング容器と、前記サンプリング容器内に設けられ、前記サンプリング容器内に導入されたサンプリング空気が通過することによりサンプリング空気中のダストを捕獲する濾紙と、前記サンプリング容器内に設けられ、前記サンプリング容器内に導入されたサンプリング空気が通過することによりサンプリング空気中の放射性ガスを吸着するガス吸着材と、前記サンプリング容器内の前記濾紙の上流側の面側に設けられ、前記濾紙および前記ガス吸着材に捕獲、吸着されたダストと放射性ガスの放射線量を検出する放射線検出器とからなる放射性ダストモニタにおいて、
   前記ガス吸着材を前記濾紙の下流側の面に塗布又は貼り付けるとともに、前記放射線検出器として、透過力の弱い放射線を検出するシンチレータと、透過力の強い放射線を検出するシンチレータとを張り合わせた放射線検出器を用いることにより入射線種の弁別を可能としたことを特徴とする放射性ダストモニタ。
2. 前記濾紙の下流側にγ線検出器を配置したことを特徴とする請求項１記載の放射性ダストモニタ。
3. 前記γ線検出器として、入射放射線のエネルギー弁別が可能な検出器を用いたことを特徴とする請求項２記載の放射性ダストモニタ。

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