JP4806110B1

JP4806110B1 - 環境放射線測定装置

Info

Publication number: JP4806110B1
Application number: JP2011509803A
Authority: JP
Inventors: 茂行和田
Original assignee: Nuclear Services Co
Current assignee: Nuclear Services Co
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: JPWO2011158342A1; WO2011158342A1

Abstract

従来は不向きとされていた半導体放射線検出素子を用いて、自然放射線レベルから高線量レベルまでの広範囲の環境放射線を、高精度で測定することができ、しかも小型軽量化が可能で、製造コストを低減できるようにした環境放射線測定装置を提供する。
予め定めた基準点を中心として等距離に配設した複数の支持面を有する支持体と、前記支持体の各支持面に設けた１個または複数個の放射線検出用半導体素子と、前記各放射線検出用半導体素子に電気的に接続され、各放射線検出用半導体素子への放射線の入射に起因する計測値を、それぞれ、または複数分まとめて計測する計測手段と、前記計測手段の計測値と、メモリに記憶させた条件設定情報とに基づいて、出力情報を決定して出力するデータ処理手段とを備えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、環境放射線を測定する装置に関する。

環境放射線を測定する従来の放射線測定装置としては、例えば、放射線検出部を搭載する方向切替部の外周四辺に、正面から飛来する放射線に対して大きな感度をもつ複数のサブ検出器を、それぞれの正面が外側に向くように配置し、それらの計数値比から入射放射線の方向を特定し、ターンテーブルを回転させて、放射線検出部の正面をその方向に向かせるようにしたものがある(例えば特許文献１参照)。

また、放射線検出器を支持する本体部に、可回動型支持部材を取付け、この可回動型支持部材を上方に移動させて、本体部の最下部に取付けた車輪により、移動しうるようにしたものもある(例えば特許文献２参照)。

さらに、放射線検出手段として、半導体を用いたものは公知である(例えば特許文献３または４参照)。

特開２００５−２６５４７１号公報特開２００３−０５７３４７号公報国際公開ＷＯ２００２／０６３３４０パンフレット特開２００９−２４６０７３号公報

特許文献１に記載されている環境放射線量計は、構造が複雑な上に、操作に手間が掛かり、また、大型で、製造コストが高くつく。
特許文献２には、環境放射線量計の、搬送のための構成が記載されているだけで、放射線検出器の具体的な構造に関しては記載されていない。
また、特許文献３および４に記載されているような従来の半導体を用いた放射線検出器は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器に比較すると感度が悪く、環境放射線測定装置に使用するには不向きとされている。

本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑み、従来は不向きとされていた半導体放射線検出素子を用いて、自然放射線レベル(0.01μＧy/hのオーダ)から、高線量レベル(100mＧy/h)までの広範囲の環境放射線を、高精度で測定することができ、しかも小型軽量化が可能で、製造コストを低減できるようにした環境放射線測定装置を提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
(１) 予め定めた基準点を中心として等距離に配設した複数の支持面を有する支持体と、前記支持体の各支持面に取付けられた基板と、前記各基板に設けた１個または複数個の放射線検出用半導体素子と、前記各基板に設けられ、かつその基板に設けられた前記各放射線検出用半導体素子に電気的に接続され、各放射線検出用半導体素子への放射線の入射に起因する計測値を、個々に、または複数分まとめて計測するサブ計測手段と、前記各基板に設けられた前記サブ計測手段に接続したリード線と、前記支持体の一部に設けられ、かつ前記リード線を介してすべての前記サブ計測手段に接続され、それらの計測値を合算するメイン計測手段と、前記メイン計測手段の計測値と、メモリに記憶させた条件設定情報とに基づいて、出力情報を決定して出力するデータ処理手段とを備えるものとする。

このような構成とすると、個々の感度が悪い放射線検出用半導体素子であっても、複数個を、予め定めた基準点を中心として等距離に配設した複数の支持面に設けることにより、それらの半導体素子によって形成された空間内に入射する放射線を的確にキャッチすることができ、環境放射線を、広範囲の測定レンジに亘って、高精度で測定することができる。
また、複数の半導体素子を寄せ集めるとしても、個々の半導体素子は小型のため、測定装置全体としての小型軽量化が可能であり、製造コストを低減できるだけでなく、可搬性に優れ、放射線災害時等に緊急に設置可能である。
さらに、原子炉施設周辺に設置することにより、平常時および災害発生時の原子炉施設周辺の放射線環境を経時的に監視することができ、設備周辺住民の放射線被ばく線量の推定や災害原因の解明等に寄与することができる。
しかも、計測手段を、各支持面ごとの１個または複数個の放射線検出用半導体素子の計測値を計測するサブ計測手段と、すべてのサブ計測手段の計測値を合算するメイン計測手段とを備えるものとしてあるので、放射線検出用半導体素子に、非常に多くの放射線が入射したときに、誤って少なく計測することを可及的に減少することができる。

(２) 上記(１)項において、支持体を、少なくとも、前後左右の外側面に設けた４個の支持面と、上面に設けた１個の支持面とを有するものとする。

このような構成とすると、底面を除く全外周に放射線検出用半導体素子が配設された最も単純な構造の立体空間を形成することができ、構造を簡素化でき、製造コストを低減することができる。

(３) 上記(１)または(２)項において、放射線検出用半導体素子を設けた支持体の全支持面を覆い、予め定めエネルギーレベル以下の放射線の進入を阻止する放射線フィルタを、前記支持体に設ける。

このような構成とすると、エネルギーレベルの小さい放射線の検出を捨象し、平均化処理を図ることができる。

(４) 上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、データ処理手段に送信機を接続し、データ処理手段の出力データを送信機より送信しうるようにする。

このような構成とすると、環境放射線測定装置のデータを遠隔地において受信することができるので、複数の環境放射線測定装置を互いに離れた地点に設置して、広範囲の環境放射線を一箇所で集約して状態監視することができる。

本発明によると、従来は不向きとされていた半導体放射線検出素子を用いて、環境放射線を、広範囲の測定レンジに亘って、高精度で測定することができ、しかも小型軽量化が可能で、製造コストを低減できるようにした環境放射線測定装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を斜め前方より見た分解斜視図である。ケースと放射線フィルタとを中央で縦断して示す縦断正面図である。１枚の基板の正面図である。電気系統をブロックで示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、この環境放射線測定装置は、水平の円形とした台板１と、台板１上に複数のスペーサ２と固定ねじ３とをもって、台板１から上方に離間するようにして水平に支持された、台板１より小径の円形の支持板４と、この支持板４の上面中央に設けた直方体状の支持フレーム５とからなる支持体６を備えている。

支持フレーム５は、下端を支持板４上に固定ねじをもって固着した４本の支柱７と、各支柱７の上端同士を平面視正方形をなすように連結する４個の横杆８とをそなえている。なお、各支柱７の下部同士を、横杆８と同様の横杆(図示略)をもって互いに連結してもよい。

支持フレーム５の上面には、正方形の基板９が、また、支持フレーム５の前後左右の側面には、縦長の長方形の基板１０が、それぞれ四隅を固定ねじ１１をもってねじ止めすることにより取付けられている。

基板９の上面、および各基板１０における上端から上辺を一辺とする正方形部分(図３における２点鎖線参照)の外側面は、正立方体における底面を除く各面をなしている。
したがって、上記各面は、上記正立方体の中心Ｏを基準点と定めたとき、この基準点を中心として等距離に配設された支持面をなしている。

支持面である基板９の上面、および各基板１０における上記正方形部分の外側面には、４個の放射線検出用半導体素子(以下単に半導体素子という)１２が、縦横２個ずつの同一パターンでそれぞれ止着されている。

各半導体素子１２は、板状のシリコン半導体にアルミ蒸着などにより電極を形成したものである。この半導体素子１２に逆バイアス電圧を印加すると、半導体内部に空乏層が形成され、この領域に入射したγ放射線の相互作用により発生した電子と正孔を計数することにより線量が測定されるようになっている。

図３に示すように、各基板１０における上記正方形部分を除く下部には、各基板１０に止着した４個の半導体素子１２にプリント配線１３(またはリード線)をもって電気的に接続され、各々の半導体素子１２から、放射線の入射に対応して発生するパルス数をカウントする４個のカウンタ１４ａを備えるカウンタブロック１４が設けられている。

支持フレーム５の前面(または後面もしくは側面でもよい)における基板１０の下方には、補助基板１５が取付けられ、これに、基板９に設けた４個の半導体素子１２にリード線１６を介して電気的に接続され、その各々の半導体素子１２から、放射線の入射に対応して発生するパルス数をカウントする４個のカウンタ１４ａを備えるカウンタブロック１４が設けられている。

台板１の上面中央には、制御ボックス１７が着脱自在に設けられ、この制御ボックス１７内には、図４に示すように、各半導体素子１２の計測値をカウントする２０個すべてのカウンタ１４ａにリード線１８を介して接続され、それらのカウンタ１４ａの計測値を合算する作用をするＣＰＵ１９、各種の条件設定情報を記憶させておくためのメモリ２０、ＣＰＵ１９の計測値と、メモリ２０に記憶させた条件設定情報とに基づいて、出力情報を決定して出力するデータ処理手段２１、このデータ処理手段２１に接続され、データ処理手段２１の出力データを、電波に化体して送信する送信機２２、上記各電気、電子部品に給電する電源２３等が設けられている。

この実施形態においては、２０個のカウンタ１４ａが、１個ごとの半導体素子１２の計測値を計測するサブ計測手段をなし、ＣＰＵ１９が、すべてのサブ計測手段の計測値を合算するメイン計測手段をなし、そのサブ計測手段とメイン計測手段とによって、計測手段が形成されている。

メモリ２０に記憶させておく条件設定情報は、例えばカウント値、カウントする単位時間の長さ、放射線量率、機器固有の補正値等が含まれる。

図２に示すように、リード線１８は、支持板４の中央に穿設した上下方向の挿通孔２４を通して、各カウンタブロック１４から制御ボックス１７に導いている。

支持板４の中央には、支持フレーム５の平面視における対角線より大径の円形をなす上向き段部４ａが設けられており、この上向き段部４ａには、上端が上面板２５ａをもって閉塞された筒状の放射線フィルタ２５の下端部がきつめに外嵌されている。

この放射線フィルタ２５は、予め定めたエネルギーレベル(例えば５０ｋｅＶ)以下の放射線の進入を阻止するためのもので、例えば、銅によって形成されている。進入を阻止する放射線のエネルギーレベルを変更したい場合は、放射線フィルタ２５の厚さや材質を適宜変更すればよい。
また、この放射線フィルタ２５を省略して実施したり、次に説明する外装ケース２６と一体に設けたりすることもできる。

放射線フィルタ２５の外側は、さらに、上端が上面板２６ａをもって閉塞された筒状の外装ケース２６により覆われている。
この外装ケース２６は、下端に設けた拡径フランジ２６ｂを、固定ねじ２７をもって、台板１の外周縁に固定することにより、台板１に着脱可能として装着されている。

この環境放射線測定装置は、以上のような構成としてあるので、予め定めたエネルギーレベルより高い放射線が、放射線フィルタ２５を通過して、いずれかの半導体素子１２に入射すると、その半導体素子１２から、その放射線の入射に対応してパルスを発生し、そのパルスが、サブ計測手段である個々のカウンタ１４ａによりカウントされる。

各半導体素子１２に、計数回路の計数限界を超えた非常に多くの放射線が入射すると、本来計数すべき計数値より少ない値しかカウントしないおそれがある。そのため、高線量率(100mGy/h)に相当する放射線数が入射しても半導体素子が計数回路の計数限界に収まるよう半導体素子の大きさを抑えてある。このようにして誤って少なく計測することを可及的に減少させることができる。

各カウンタ１４ａでカウントされた計数は、メイン計測手段であるＣＰＵ１９においてすべて加算されて出力される。このときは、各計数は数値として合算されるので、カウンタ１４ａにおける上記のような誤計測のおそれはない。

ＣＰＵ１９の出力データは、データ処理手段２１において、メモリ２０に記憶させた条件設定情報に基づいて、データ処理され、出力データは、送信機２２により、電波に化体されて送信される。

電波に化体されて送信された上記出力データは、受信機により、遠隔地において受信することができる。
したがって、複数の環境放射線測定装置を互いに離れた地点に設置し、各環境放射線測定装置より送信された出力データを一箇所で受信することにより、広範囲の環境放射線を一箇所で集約して状態監視することができる。

以上から明らかなように、本発明によると、個々の感度が不十分な放射線検出用半導体素子であっても、複数個を、予め定めた基準点を中心として等距離に配設した複数の支持面に設けることにより、それらの半導体素子によって形成された空間内に入射する放射線を的確に捕捉することができ、環境放射線を、広範囲の測定レンジに亘って、高精度で測定することができる。

また、複数の半導体素子１２を寄せ集めるとしても、個々の半導体素子１２は小型でよいので、測定装置全体としての小型軽量化が可能であり、製造コストを低減できるだけでなく、可搬性に優れ、放射線災害時等に緊急に設置可能である。

さらに、原子炉施設周辺に設置することにより、平常時及び災害発生時の原子炉施設周辺の放射線環境を経時的に監視することができ、設備周辺住民の放射線被ばく線量の推定や災害原因の解明等に寄与することができる。

支持体６が、少なくとも前後左右の側面に設けた４個の支持面と、上面に設けた１個の支持面とを有するものとしてあるので、底面を除く全外周に半導体素子１２が配設された最も単純な構造の立体空間を形成することができ、構造を簡素化でき、製造コストを低減することができる。

放射線フィルタ２５を設けると、エネルギーレベルの小さい放射線の検出を捨象し、平均化処理を図ることができる。

本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、以下のような変形した態様での実施が可能である。
(１) 上記実施形態においては、支持体６における支持面を、前後左右の側面と上面との５面としてあるが、例えば、正八面体の各面、その他の正多面体の各面、またはミラーボールの各面とすることもできる。
(２) 上記実施形態においては、１個の支持面に４個の放射線検出用半導体素子１２を配設してあるが、各支持面に配設する半導体素子１２の数は、１個、または４個を除く複数個とすることができる。ただ、１個の支持面に配設する半導体素子１２の数は、少なくするのが望ましい。
(３) 上記実施形態においては、サブ計測手段である１個のカウンタ１４ａにより、１個の半導体素子１２の計測値を計数するようにしてあるが、たとえば、１個のカウンタ１４ａにより、１個の支持面に配設した４個の半導体素子１２の計測値をまとめて計測するようにしたり、複数の支持面に配設された複数の半導体素子１２の計測値をまとめて計測するようにしてもよい。
(４) 図２に２点鎖線で示すように、外装ケース２６の上面板２６ａ上、またはその他の部位に、太陽電池２８を設け、この太陽電池２８により、電源２３を充電するようにしてもよい。

１台板
２スペーサ
３固定ねじ
４支持板
４ａ上向き段部
５支持フレーム
６支持体
７支柱
８横杆
９、１０基板
１１固定ねじ
１２放射線検出用半導体素子
１３プリント配線
１４ＣＰＵ(サブ計測手段)
１５補助基板
１６リード線
１７制御ボックス
１８リード線
１９ＣＰＵ(メイン計測手段)
２０メモリ
２１データ処理手段
２２送信機
２３電源
２４挿通孔
２５放射線フィルタ
２５ａ上面板
２６外装ケース
２６ａ上面板
２６ｂ拡径フランジ
２７固定ねじ
２８太陽電池

Claims

予め定めた基準点を中心として等距離に配設した複数の支持面を有する支持体と、
前記支持体の各支持面に取付けられた基板と、
前記各基板に設けた１個または複数個の放射線検出用半導体素子と、
前記各基板に設けられ、かつその基板に設けられた前記各放射線検出用半導体素子に電気的に接続され、各放射線検出用半導体素子への放射線の入射に起因する計測値を、それぞれ、または複数分まとめて計測するサブ計測手段と、
前記各基板に設けられた前記サブ計測手段に接続したリード線と、
前記支持体の一部に設けられ、かつ前記リード線を介してすべての前記サブ計測手段に接続され、それらの計測値を合算するメイン計測手段と、
前記メイン計測手段の計測値と、メモリに記憶させた条件設定情報とに基づいて、出力情報を決定して出力するデータ処理手段
とを備えることを特徴とする環境放射線測定装置。
支持体を、少なくとも前後左右の側面に設けた４個の支持面と、上面に設けた１個の支持面とを有するものとした請求項１記載の環境放射線測定装置。
放射線検出用半導体素子を設けた支持体の全支持面を覆い、予め定めエネルギーレベル以下の放射線の進入を阻止する放射線フィルタを、前記支持体に設けた請求項１または２記載の環境放射線測定装置。
データ処理手段に送信機を接続し、データ処理手段の出力データを送信機より送信しうるようにした請求項１〜３のいずれかに記載の環境放射線測定装置。