JP4838833B2

JP4838833B2 - 放射性ガスモニタ

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Publication number: JP4838833B2
Application number: JP2008243441A
Authority: JP
Inventors: 健一茂木; 正一中西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2028-09-23
Also published as: JP2010078319A

Description

本発明は、原子炉施設、使用済燃料再処理施設、放射性同位元素使用施設、粒子線使用施設等で用いられる、気体状放射性核種を含む試料ガスの放射能濃度を測定するための放射性ガスモニタに関する。

従来、放射性ガスモニタの放射線検出器においては、測定対象の気体状放射性核種を高感度で測定するために、1壊変当たりの放射線の放出割合が高いβ線を測定対象としている。このため、放射線検出器には、β線に対して感度が高く、且つ環境からのγ線に対して感度が低く、さらに放射線入射窓のβ線エネルギーの減衰ができるだけ小さいことが望まれる。また、放射線検出器のセンサとしては、加工性が良く、安価で容易に入手でき、且つ物理的に安定なプラスチックシンチレータが一般的に用いられている。

プラスチックシンチレータは、β線が入射すると蛍光を発する。光電子増倍管に入射した光は光電子に変換され、さらに１０^５〜１０^６程度に増幅されて電流パルスとして出力される。光電子増倍管から出力された電流パルスは、プリアンプにより電圧パルスに変換され、測定部に出力される。測定部は入力された電圧パルスを増幅し、所定の波高条件を満たす電圧パルスを計数し、計数率を出力する。

先行例である特許文献１では、プラスチックシンチレータにライトガイドを接着し、ライトガイドの光電子増倍管側の面に光を発するライトパルサを埋め込み、ライトパルサからのパルス光量と母体側のシンチレータからの信号パルス光量を変更可能とした放射線検出器が提示されている。この例では、測定対象となるエネルギー範囲に影響しないエネルギー位置に基準となる信号ピークを出力させ、この基準信号を利用してプラスチックシンチレータのドリフト補正を行っている。

また、ライトパルサの先行例として、特許文献２では、α線を放射するα線源と、α線源から放射されたα線のエネルギーを吸収して光に変換するシンチレータと、α線源とシンチレータを密閉した容器の光放出窓上に設けられた透過率調整用フィルタを備えた検出器校正用光源が提示されている。なお、ライトパルサ用シンチレータとしては、従来、潮解性がなく物理的に安定で加工性が良く、α線に対する発光効率が高いＣａＦ_２（Ｅｕ）シンチレータが使用され、ライトパルサ用α線源としては、入手し易いＡm−２４１が使用されている。
特開平６−２８９１４４号公報特開平８−２３３９４４号公報

上記の特許文献１及び特許文献２のようなライトパルサを備えた放射性ガスモニタでは、Ａm−２４１のα線をＣａＦ_２（Ｅｕ）シンチレータに照射して発生した光を光電子増倍管に入射させ、これにより発現する指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを制御していた。このため、放射線検出器の光電子増倍管、プリアンプ、及び測定部のゲイン変動については補正されるが、プラスチックシンチレータの経時劣化については補正されないという問題があった。また、プラスチックシンチレータとライトパルサ用シンチレータの温度特性の違いについても補正されないため、ライトパルサを用いることなくシステムゲインの安定化を行うことが可能な放射線ガスモニタが望まれていた。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、放射線検出器のシンチレータの経時劣化を含めたゲイン変動要因について補正することが可能な信頼性の高い放射線ガスモニタを提供することを目的とする。

本発明に係る放射線ガスモニタは、試料ガスが導入される試料容器と、試料容器の内部空間に接する放射線入射窓から入射した放射線を吸収し光に変換するシンチレータとこのシンチレータの発した光を電子に変換し増幅する光電子倍増管を有する放射線検出器と、試料容器に取り付けられた線源窓を介して放射線検出器に指標パルス用放射線を照射する指標パルス用線源と、試料容器、放射線検出器及び指標パルス用線源を保持し環境放射線から遮蔽するサンプラと、放射線検出器から出力される検出器信号パルスの計数率を測定すると共に、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動制御する測定部を備え、指標パルス用線源としてＳｒ−９０を備えたものである。

本発明によれば、指標パルス用線源としてＳｒ−９０を備え、試料容器に取り付けられた線源窓を介して放射線検出器に指標パルス用放射線を照射し、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動制御するようにしたので、シンチレータから測定部までのゲイン変動要因を補正することができ、信頼性の高い放射線ガスモニタを提供することができる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタの構成を示す概略図である。本実施の形態１に係る放射性ガスモニタは、試料ガスに含まれる気体状放射性核種から放射される主にβ線を測定対象としている（ただしβ線に比べて感度は低いがγ線も測定する）。放射線検出器１は、試料ガスが導入される試料容器２と対向して設けられ、放射線検出器１の放射線入射窓１０は試料容器２の内部空間に接し、試料容器２のバウンダリーを構成している。

放射線センサであるプラスチックシンチレータ１１は、放射線入射窓１０から入射した放射線を吸収し光に変換するもので、放射線を検出すると蛍光を発する。プラスチックシンチレータ１１に接合されたライトガイド１２は、クッション材１５により検出器ケース１６に固定され、プラスチックシンチレータ１１の発した光を光電子増倍管１３に伝達する。光電子増倍管１３は、プラスチックシンチレータ１１の発した光を電子に変換し、増幅して電流パルスを出力し、さらにプリアンプ１４は電流パルスを電圧パルスに変換する。また、プリアンプ１４には、放射線検出器１の温度特性を補正するためのサーミスタ（図示せず）が取り付けられている。

プラスチックシンチレータ１１の入射面側である放射線入射窓１０には、プラスチックシンチレータ１１からの蛍光をライトガイド１２側に反射させ、ライトガイド１２に集める反射膜１８が設けられている。反射膜１８は、薄いプラスチックシートに蒸着されたアルミニウム（Ａｌ）膜からなる。これらのプラスチックシンチレータ１１、ライトガイド１２、光電子増倍管１３及びプリアンプ１４は、検出器ケース１６により収納され遮光されると共に、電気的にシールドされている。また、放射線検出器１と試料容器２の間には、試料ガスをシールするためのOリング１７が配置されている。

放射線検出器１に対向して設けられた試料容器２には、線源窓４が取り付けられ、線源窓４の内部には指標パルス用線源５が収納、保護されている。本実施の形態１では、指標パルス用線源５としてＳｒ−９０を用いている。指標パルス用線源５は、線源窓４を介して放射線検出器１に指標パルス用放射線を照射する。さらに、放射線検出器１、試料容器２及び指標パルス用線源５等は鉛を含む材料からなるサンプラ３により保持され、環境放射線から遮蔽されている。

次に測定部６について説明する。メインアンプ６１は、放射線検出器１のプリアンプ１４から出力された電圧パルス（以下、検出器信号パルスと称す）を入力して増幅する。測定ユニット６２は、増幅された検出器信号パルスの計数率を測定し、その結果を放射能測定結果として表示する。また、測定ユニット６２は、指標パルス用線源５から照射される指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルを測定し、そのピーク位置が一定になるようにメインアンプ６１のゲインを自動制御する。なお、本実施の形態１ではメインアンプ６１のゲインを自動制御することによりシステムゲインを自動制御しているが、放射線検出器１に供給される高圧電源６３を自動制御するようにしてもよい。

次に、動作について説明する。試料容器２にはガス導入口２ａから試料ガスが導入され、ガス排出口２ｂから排出される。試料容器２に導入された試料ガスに含まれる気体状放射性核種から放射される放射線は、プラスチックシンチレータ１１で吸収され、光に変換される。この光は反射膜１８で反射されてライトガイド１２内を進み、光電子増倍管１３に入射する。光電子増倍管１３に入射した光は光電子に変換され、さらに１０^５〜１０^６程度に増幅されて電流パルスとして出力される。光電子増倍管１３により出力された電流パルスは、プリアンプ１４において電圧パルスに変換される。

放射線検出器１のプリアンプ１４から出力された検出器信号パルスは、測定部６のメインアンプ６１に入力され、増幅されて測定ユニット６２に入力される。測定ユニット６２は、入力された検出器信号パルスを計数し、工学値に変換する。その結果は、放射能測定結果としてモニタ表示部（図示せず）に表示される。さらに、測定ユニット６２は、指標パルス用線源５から照射される指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルを測定し、そのピーク位置が一定になるようにメインアンプ６１のゲインを自動制御する。

次に、本実施の形態１に係る放射性ガスモニタにおける指標パルスのスペクトルについて、図２を用いて説明する。図２において、横軸はエネルギー（MeV）、縦軸は計数率（カウント）を示している。本実施の形態１では、指標パルス用線源５としてＳｒ−９０を用いている。Ｓｒ−９０は崩壊して最大エネルギーの０.５４６MeVのβ線を放出してＹ−９０になる。Ｙ−９０はＳｒ−９０と放射平衡状態にあり、最大エネルギー２.２８MeVのβ線を放出する。Ｓｒ−９０のβ線は、その大部分のエネルギーを線源窓４で吸収されるため、放射線検出器１には、エネルギーが小さく且つ数が減った状態で届く。すなわち、放射線検出器1には、指標パルス用線源５からの指標パルス用放射線として、Ｙ−９０のβ線２.２８MeVがそのエネルギーの一部を線源窓４で吸収され、そこを透過したものが照射されている。

測定部６において測定される指標パルスのスペクトルは、プラスチックシンチレータ１１の厚さに応じた位置、例えば厚さ１mmのプラスチックシンチレータ１１では約０.４MeVの位置にスペクトルピークが現れる。測定ユニット６２は、指標パルスのスペクトルピーク位置が基準位置（図２中a）に対して低い位置（例えば図２中ｂ）、または高い位置（例えば図２中c）に現れた場合、これらが基準位置（図２中a）となるように、メインアンプ６１のゲインを自動制御する。

なお、バックグラウンドスペクトルである環境γ線は、サンプラ３により遮蔽されるため、そのスペクトルは主体が０.０５MeV以下である。指標パルス用線源５によるスペクトルのピークは、バックグラウンドスペクトルより高い位置に発現する。放射線検出器１に指標パルス用線源５から常にβ線が照射されるため、バックグラウンドスペクトルは、環境γ線スペクトル（図２中d）によるものに指標パルス線源５によるスペクトル（図２中e）が加算されたスペクトル（図２中f）となる。

すなわち、本実施の形態１に係る放射線ガスモニタの測定部６において得られるスペクトルｆは、指標パルス用線源５であるＹ−９０のスペクトルと環境γ線のスペクトルに、測定対象の放射線のスペクトルが重畳されたものとなっており、以下に示す式１により測定対象の放射線による計数率寄与を測定することができる。

環境放射線（γ線）による計数率寄与をＢＧ１、指標パルス用線源５からの指標パルス用放射線（β線）による計数率寄与をＢＧ２、測定対象の放射線（β線）による計数率寄与をＮ、全計数率（モニタ指示値）をＧとしたとき、測定対象の放射線（β線）による計数率寄与Ｎは、ＢＧ１とＢＧ２からの上昇分であり、式１で求められる。なお、ＢＧ１とＢＧ２は同程度とし、スペクトルの測定時間を長くすることでピーク位置のゆらぎを抑制する。
Ｎ＝Ｇ−（ＢＧ１＋ＢＧ２）（式１）

さらに、指標パルス用線源５による指標パルスのスペクトルピーク位置は、システムゲインのダイナミックレンジ（入出力の直線性が良好なレンジ範囲）に収まり、且つ環境γ線でスペクトルピーク位置が変動しないことが望ましい。このため、環境γ線のスペクトルと重ならない高い位置に指標パルスのスペクトルの鮮明なピークが発現するように、プラスチックシンチレータ１１の厚さと指標パルス用線源５のβ線のエネルギーが選定される。

本実施の形態１では、厚さ０.８〜１.３mmの板状のプラスチックシンチレータ１１を用い、また、指標パルス用放射線源５には、その厚さ相当のエネルギーを付与して透過するのに十分なエネルギーを有すると共に半減期の長いＳｒ−９０を用いている。厚さ０.８〜１.３mmのプラスチックシンチレータ１１では、付与されたエネルギーに相当する約０.３〜０.５MeVの位置に、指標パルスであるＹ−９０のβ線のスペクトルピークが発現する。一方、Ｓｒ−９０から放出されるβ線は、最大エネルギーが０.５４６MeVであり、その約１／３にピークを有する山状のエネルギー分布となる。

プラスチックシンチレータ１１の厚さを０.８mmよりも小さくすると、環境γ線に対する感度を低く抑えることができるが、指標パルスであるＹ−９０のβ線のスペクトルピークにＳｒ−９０のβ線のスペクトルピークが接近し、指標パルスのスペクトルピークが不鮮明になる。また、プラスチックシンチレータ１１の厚さを１.３mmよりも大きくすると、Ｓｒ−９０のβ線のスペクトルピークの接近は回避できるが、ピークカウントが少なくなり、指標パルスのスペクトルピークが不鮮明になる。

なお、プラスチックシンチレータ１１の厚さに対する吸収エネルギーは、構成する原子が同じであれば単位厚さ当たりの質量に依存する。一般的なプラスチックは比重が約１であり、構成原子が炭素と水素の場合、厚さに対する吸収エネルギーはほぼ同等である。また、プラスチックシンチレータ１１のβ線単位エネルギー当たりの発光量はメーカーによって異なるが、システムゲインを調整することにより発光量の違いは解消される。このため、プラスチックシンチレータ１１は、メーカーによらず厚さ０.８〜１.３mmのものを用いることができる。

また、本実施の形態１では、線源窓４を構成するプラスチック材の厚さを１８０〜２２０mg／cm^２とすることにより、Ｓｒ−９０のピークは０.１MeV以下となり、指標パルスであるＹ−９０のスペクトルピークが鮮明に発現する。線源窓４の厚さを２２０mg／cm^２よりも大きくするとＳｒ−９０のβ線のスペクトルピークを低エネルギー側にシフトさせ、指標パルスのスペクトルピークと離すことができるが、大きくしすぎるとピークカウントが少なくなり、指標パルスのスペクトルピークが不鮮明になる。

なお、本実施の形態１では放射線検出器１のシンチレータとしてプラスチックシンチレータ１１を用いたが、化学的、物理的に安定したＣａＦ（Ｅｕ）シンチレータ、またはＹＡＰ（Ｃｅ）シンチレータを使用してもよい。その場合のシンチレータの厚さは８０〜１３０mg／cm^２とすることが望ましい。これらのシンチレータを用いることにより、焼却炉煙突の酸性ガスを含む試料ガスまたは復水器空気抽出器の高pHの試料ガス等に対して耐食性を有する放射線検出器１が得られる。

以上のように、本実施の形態１に係る放射性ガスモニタは、指標パルス用線源５から放射線検出器１に指標パルス用放射線を常時照射し、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにメインアンプ６１のゲインを自動制御するようにした放射性ガスモニタであって、シンチレータとして厚さ０.８〜１.３mmのプラスチックシンチレータ１１を用い、指標パルス用線源５として高エネルギーβ線を放射するＳｒ−９０／Ｙ−９０を用い、さらに線源窓４として厚さ１８０〜２２０mg／cm^２のプラスチックを用いたものである。これにより、Ｙ−９０による指標パルスのスペクトルピークを、システムゲインのダイナミックレンジに収まり、且つ環境γ線のスペクトルに重ならない好適な位置に、鮮明に発現させることができる。

よって、環境γ線に影響されずに、プラスチックシンチレータ１１の経時劣化を含めた全てのゲイン変動要因についてリアルタイムに補正することができる、信頼性の高い放射線モニタを提供することができる。また、指標パルス用線源５として、入手が容易であり、β線のみを放出し、且つ半減期が２８.８年と長いＳｒ−９０を用いたので、指標パルス用線源５の遮蔽構造を簡易化及び軽量化できると共に、線源交換が不要で保守が容易な放射線ガスモニタが得られる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタの構成を示す概略図である。上記実施の形態1では、指標パルス用線源５が試料容器２に取り付けられた線源窓４に包囲され保護された構造（図１)を示したが、本実施の形態２における放射性ガスモニタは、指標パルス用線源５を搭載する線源ホルダ７と、線源ホルダ７を移動させる線源ホルダ駆動機構８を備えたものである。なお、図３中、図１と同一または相当部分には同一符号を付している。また、図３では、図１に示すガス導入口２ａとガス排出口２ｂを省略している。

本実施の形態２における放射性ガスモニタの動作について説明する。まず、通常測定時には、図３に示すように、指標パルス用線源５は線源窓４と対向して配置され、線源窓４を介して放射線検出器１に指標パルス用放射線を照射する。測定部６は、指標パルス用放射線を含む放射線の計数率を測定すると共に、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動制御する。

一方、点検時には、線源ホルダ駆動機構８により線源ホルダ７が移動され(図３では矢印Ａ方向に移動)、指標パルス用線源５は線源窓４と対向しない位置に配置される。これにより、放射線検出器１に対して指標パルス用放射線が遮蔽される。すなわち、点検時には、測定装置６は、指標パルス用放射線を含まない放射線の計数率を測定する。なお、線源ホルダ駆動機構８は測定ユニット６２により制御され遠隔操作される。

本実施の形態２では、測定部６は、通常測定時の検出器信号パルスの計数率がその初期値に対して所定範囲を超えた場合、ノイズ等による誤動作を含む異常があると診断し、システムゲインの自動更新をスキップする。本実施の形態２に係る放射性ガスモニタにおけるシステムゲイン更新の手順について図４を用いて説明する。

まず、ステップ１（Ｓ１）において、今回測定時間（演算周期）の通常計数率（今回）を読み込む。次に、ステップ２（Ｓ２）において通常計数率（今回）が所定範囲、例えば通常計数率（初期値）±３σを超える場合には、ステップ３（Ｓ３）に進み、システムゲインの自動更新をスキップしてＳ１に戻る。また、Ｓ２において通常計数率（今回）が通常計数率（初期値）±３σ以内の場合には、ステップ４（Ｓ４）に進み、システムゲインの更新を許可してＳ１に戻る。これにより、測定時間毎のシステムゲイン更新がノイズ等により誤動作することなく、信頼性の高い補正が行われる。

さらに、測定部６は、通常測定時と点検時にそれぞれ放射線検出器１から出力される検出器信号パルスの計数率の差を求め、その初期値からの変動を監視することにより放射線検出器１の健全性を診断する。通常測定時と点検時の計数率の差が所定範囲を超え、放射線検出器１の健全性に問題があると診断された場合、警報音やランプ点滅等により管理者に通報する。なお、ここでいう所定範囲とは特に限定するものではなく、放射性ガスモニタの用途や設置場所に応じて適宜決定することができる。

放射線検出器１の健全性を診断する際には、プラスチックシンチレータ１１の厚さ相当のβ線吸収エネルギーが光に変換された結果の発光量（指標ピーク位置）と、一定の条件下で指標パルス用線源を照射したときに得られる正味計数率との２つのパラメータを監視することにより、軽微な異常も見逃さずに診断することができる。例えばプラスチックシンチレータ１１に部分的にクラックが入った場合、指標パルスのスペクトルピーク位置の変化は小さいため判別しにくいが、計数率の低下により異常を検出できることがある。また、光電子増倍管１３のゲインが低下した場合には、指標パルスのスペクトルピーク位置と計数率の両方が低下するため、異常として検出され易い。

なお、正味計数率は、点検時の条件下において指標パルス用線源５を照射したときの計数率からバックグラウンド計数率を差し引いたもので、いずれもノイズをカットするためのディスクリレベル以上のパルスを計数する。上記実施の形態１では、正味計数率は測定できないが、プラスチックシンチレータ１１にクラック等が部分的に発生すると指標ピーク計数率が低下するので、測定部６の測定ユニット６２で測定したスペクトルから所定のウィンドウ内の指標ピーク計数率を求め、その変動を監視することにより、正味計数率の監視と同等の効果が得られる（実施の形態６参照）。

以上のように、本実施の形態２によれば、プラスチックシンチレータ１１の経時劣化を含めた全てのゲイン変動要因についてリアルタイムに補正することが可能である。また、点検において放射線検出器１の健全性を自動的に診断できるため、信頼性の高い放射線モニタを得ることができ、安定した精度よい放射線計測を実現することができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る放射性ガスモニタの構成を示す概略図である。本実施の形態３における放射性ガスモニタは、上記実施の形態２と同様に、指標パルス用線源５を搭載する線源ホルダ７と、線源ホルダ７を移動させる線源ホルダ駆動機構８を備えたものであるが、本実施の形態３では、点検時において指標パルス用線源５から放射線検出器１に指標パルス用放射線が照射されるようにしたものである。なお、図５中、図１と同一または相当部分には同一符号を付している。また、図５では、図１に示すガス導入口２ａとガス排出口２ｂを省略している。

本実施の形態３における放射性ガスモニタの動作について説明する。まず、通常測定時には、図５に示すように、指標パルス用線源５は線源窓４と対向しない位置に配置される。これにより、放射線検出器１に対して指標パルス用放射線が遮蔽される。すなわち、通常測定時には、測定部６は、指標パルス用放射線を含まない放射線の計数率を測定する。

一方、点検時には、線源ホルダ駆動機構８により線源ホルダ７が移動され(図５では矢印Ａ方向に移動)、指標パルス用線源５は線源窓４と対向して配置され、線源窓４を介して放射線検出器１に指標パルス用放射線を照射する。測定部６は、指標パルス用放射線を含む放射線の計数率を測定すると共に、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動制御する。なお、線源ホルダ駆動機構８は、測定ユニット６２により制御され遠隔操作される。

本実施の形態３では、測定部６は、点検時の検出器信号パルスの計数率がその初期値に対して所定範囲を超えた場合、ノイズ等による誤動作を含む異常があると診断し、システムゲインの自動更新をスキップする。本発明の実施の形態３に係る放射性ガスモニタにおけるシステムゲイン更新の手順について図６を用いて説明する。

まず、ステップ１１（Ｓ１１）において、今回点検時間の点検計数率（今回）を読み込む。次に、ステップ１２（Ｓ１２）において点検計数率（今回）が所定範囲、例えば点検計数率（初期値）±３σを超える場合には、ステップ１３（Ｓ１３）に進み、システムゲインの自動更新をスキップしてＳ１１に戻る。また、Ｓ１２において点検計数率（今回）が点検計数率（初期値）±３σ以内の場合には、ステップ１４（Ｓ１４）に進み、システムゲインの更新を許可してＳ１に戻る。これにより、点検時間毎のシステムゲイン更新がノイズ等により誤動作することなく、信頼性の高い補正が行われる。

さらに、測定部６は、通常測定時と点検時にそれぞれ放射線検出器１から出力される検出器信号パルスの計数率の差を求め、その初期値からの変動を監視することにより放射線検出器１の健全性を診断する。通常測定時と点検時の計数率の差が所定範囲を超え、放射線検出器１の健全性に問題があると診断された場合、警報音やランプ点滅等により管理者に通報する。ただし、ここでいう所定範囲とは特に限定するものではなく、放射性ガスモニタの用途や設置場所に応じて適宜決定することができる。なお、図６のＳ１３において、システムゲインの自動更新のスキップは、通常測定時と点検時の計数率の差が所定範囲を超えた条件で動作するようにしてもよい。この場合、通常測定時の計数率に影響されないでシステムゲインの自動制御を継続することができる。

以上のように、本実施の形態３によれば、点検において指標パルス用放射線のスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動更新するようにしたので、プラスチックシンチレータ１１の経時劣化を含めた全てのゲイン変動要因について補正することが可能である。また、点検において放射線検出器１の健全性を自動的に診断できるため、信頼性の高い放射線モニタを得ることができ、安定した精度よい放射線計測を実現することができる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係る放射性ガスモニタの構成を示す概略図である。本実施の形態４における放射性ガスモニタは、指標パルス用線源５と核種が同じで且つ指標パルス用線源５よりも放射能強度が大きい点検用線源９をさらに備え、この点検用線源９を指標パルス用線源５とともに線源ホルダ７に搭載したものである。なお、図７中、図１と同一または相当部分には同一符号を付している。また、図７では、図１に示すガス導入口２ａとガス排出口２ｂを省略している。

点検用線源９としては、遮蔽が容易なβ線源で半減期が長く、入手し易いことから、指標パルス用線源５と同じＳｒ−９０が用いられる。指標パルス用線源５よりも放射能強度を大きくする理由は、指標パルスのスペクトルピーク位置の自動制御インターバルの間で、短時間で放射線検出器１の健全性を診断するためである。指標パルス用線源５によるピーク計数率が、例えば１０cpmの時、４時間で指標ピーク位置を確認するようにした場合、２４００カウントが得られ、統計的誤差(１００%／カウントの二乗平均)は約２%となる。点検用線源９の強度を２４０倍とすると１０分間で指標ピーク位置を確認することができる。

放射性ガスモニタの設置場所においてモニタ指示値が上昇した場合、まず放射線検出器１の健全性を診断するが、点検時は欠測となるため短時間で済ませる必要がある。このような場合に、短時間で放射線検出器１の健全性を診断できる点検用線源９は有効である。なお、線源のコストはシステム全体の１%以下であるため、２つの線源を用意することによるコストの上昇は軽微である。

本実施の形態４における放射性ガスモニタの動作について説明する。通常測定時には、図７に示すように、指標パルス用線源５は線源窓４と対向して配置され、線源窓４を介して放射線検出器１に指標パルス用放射線を照射する。測定部６は、指標パルス用放射線を含む放射線の計数率を測定すると共に、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動制御する。

一方、点検時には、線源ホルダ駆動機構８により線源ホルダ７が移動され（図７では矢印Ａ方向に移動)、指標パルス用線源５は線源窓４と対向しない位置に配置され、放射線検出器１に対して指標パルス用放射線が遮蔽される。この時、点検用線源９は線源窓４と対向して配置され、線源窓４を介して放射線検出器１に点検用放射線を照射する。すなわち、点検時には、測定部６は、点検用放射線を含む放射線の計数率を測定する。なお、線源ホルダ駆動機構８は測定ユニット６２により制御され遠隔操作される。

本実施の形態４では、測定部６は、通常測定時の検出器信号パルスの計数率がその初期値に対して所定範囲を超えた場合、ノイズ等による誤動作を含む異常があると診断し、システムゲインの自動更新をスキップする。システムゲイン更新の手順についは、上記実施の形態２（図４）と同様であるので説明を省略する。さらに、測定部６は、上記実施の形態２と同様に、通常測定時と点検時それぞれの検出器信号パルスの計数率の差を求め、その初期値からの変動を監視することにより放射線検出器１の健全性を診断する。

本実施の形態４によれば、上記実施の形態２と同様の効果に加え、指標パルス用線源５と核種が同じで且つ指標パルス用線源５よりも放射能強度が大きい点検用線源９を備えることにより、信頼性の高い点検を短時間で行うことが可能となる。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５に係る放射性ガスモニタの構成を示す概略図である。本実施の形態５における放射性ガスモニタは、指標パルス用線源として、上記実施の形態４で用いた指標パルス用線源５と核種が同じで且つ指標パルス用線源５よりも放射能強度が大きい点検用線源９（Ｓｒ−９０）を用い、この点検用線源９と線源窓４の間を移動可能に設けられたコリメータ１９と、このコリメータ１９を移動させるコリメータ駆動機構２０を備えたものである。なお、図８中、図１と同一または相当部分には同一符号を付している。また、図８では、図１に示すガス導入口２ａとガス排出口２ｂを省略している。

本実施の形態５における放射性ガスモニタの動作について説明する。点検用線源９は、照射窓４と対向して配置され、固定されている。通常測定時には、図８（ａ）に示すように、点検用線源９と線源窓４の間にコリメータ１９が挿入され、点検用線源９はコリメータ１９と線源窓４を介して放射線検出器１に点検用放射線を照射する。測定部６は、コリメータ１９を挿入した状態における点検用放射線を含む放射線の計数率を測定すると共に、スペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動制御する。

一方、点検時には、コリメータ駆動機構２０により、コリメータ１９が図８（ａ）中の矢印Ａ方向に移動され、図８（ｂ）に示すように点検用線源９と線源窓４の間にコリメータ１９が挿入されていない状態で、点検用線源９は線源窓４を介して放射線検出器１に点検用放射線を照射する。測定部６は、コリメータ１９が挿入されていない状態における点検用放射線を含む放射線の計数率を測定する。

本実施の形態５では、測定部６は、通常測定時の検出器信号パルスの計数率がその初期値に対して所定範囲を超えた場合、ノイズ等による誤動作を含む異常があると診断し、システムゲインの自動更新をスキップする。システムゲイン更新の手順についは、上記実施の形態２（図４）と同様であるので説明を省略する。さらに、測定部６は、上記実施の形態２と同様に、通常測定時と点検時それぞれの検出器信号パルスの計数率の差を求め、その初期値からの変動を監視することにより放射線検出器１の健全性を診断する。

本実施の形態５によれば、上記実施の形態２と同様の効果に加え、点検用線源９と線源窓４の間を移動可能なコリメータ１９を備えることにより、１つの線源で上記実施の形態４と同様の効果が得られる。

実施の形態６．
上記実施の形態２〜５では、通常測定時と点検時それぞれの検出器信号パルスの計数率の差を求め、その初期値からの変動を監視することにより放射線検出器１の健全性を診断するようにしたが、本実施の形態６では、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルにおいて所定のウィンドウ内の指標ピーク計数率を求め、その計数率の変動をもとに放射線検出器１の健全性を診断し、システムゲインを自動制御するようにした放射性ガスモニタについて説明する。

図９は、指標パルス用放射線のスペクトルとウィンドウの関係を示している。図９に示すように、指標パルス用放射線のスペクトルにおいて、所定の測定時間毎にピーク位置ｐを含むｒ−ｓの範囲のウィンドウ内の計数率（指標ピーク計数率：図９中斜線部分）を求める。本実施の形態６では、測定部６は、ウィンドウ内の指標ピーク計数率が初期値に対して所定範囲を超えた場合、ノイズ等による誤動作を含む異常があると診断し、システムゲインの自動更新をスキップする。

本発明の実施の形態６に係る放射性ガスモニタにおけるシステムゲイン更新の手順について図１０を用いて説明する。まず、ステップ２１（Ｓ２１）において、今回測定時間のピーク計数率（今回）を読み込む。次に、ステップ２２（Ｓ２２）においてピーク計数率（今回）が所定範囲、例えばピーク計数率（初期値）±３σを超える場合には、ステップ２３（Ｓ２３）に進み、システムゲインの自動更新をスキップしてＳ２１に戻る。なお、Ｓ２２においてピーク計数率が所定範囲を超えた場合、放射線検出器１の健全性に問題があると診断し、Ｓ２３において警報音やランプ点滅等により管理者に通報する。

また、Ｓ２２においてピーク計数率（今回）がピーク計数率（初期値）±３σ以内の場合には、ステップ２４（Ｓ２４）に進み、システムゲインの更新を許可してＳ２１に戻る。これにより、測定時間毎のシステムゲイン更新がノイズ等により誤動作することなく、信頼性の高い補正が行われる。

以上のように、本実施の形態６によれば、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルにおいて、そのスペクトルピークを含む所定のウィンドウ内の計数率を求め、その変動を監視することにより、プラスチックシンチレータ１１の経時劣化を含めた全てのゲイン変動要因について補正することが可能であり、また、放射線検出器１の健全性を容易に診断することができる。

本発明に係る放射性ガスモニタは、原子炉施設、使用済燃料再処理施設、放射性同位元素使用施設、粒子線使用施設等の放出管理あるいは放射線管理に利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタを示す概略図である。本発明の実施の形態１に係る放射性ガスモニタにおける指標パルス用放射線のスペクトルを示す図である。本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタを示す概略図である。本発明の実施の形態２に係る放射性ガスモニタにおけるシステムゲイン更新の手順を示す図である。本発明の実施の形態３に係る放射性ガスモニタを示す概略図である。本発明の実施の形態３に係る放射性ガスモニタにおけるシステムゲイン更新の手順を示す図である。本発明の実施の形態４に係る放射性ガスモニタを示す概略図である。本発明の実施の形態５に係る放射性ガスモニタを示す概略図および部分拡大図である。本発明の実施の形態６に係る放射性ガスモニタにおける指標パルス用放射線のスペクトルとウィンドウの関係を示す図である。本発明の実施の形態６に係る放射性ガスモニタにおけるシステムゲイン更新の手順を示す図である。

符号の説明

１放射線検出器、２試料容器、２ａガス導入口、２ｂガス排出口、
３サンプラ、４線源窓、５指標パルス用線源、６測定部、７線源ホルダ、
８線源ホルダ駆動機構、９点検用線源、１０放射線入射窓、
１１プラスチックシンチレータ、１２ライトガイド、１３光電子倍増管、
１４プリアンプ、１５クッション材、１６検出器ケース、１７Ｏリング、
１８反射膜、１９コリメータ、２０コリメータ駆動機構、６１メインアンプ、
６２測定ユニット、６３高圧電源。

Claims

試料ガスが導入される試料容器、
前記試料容器の内部空間に接する放射線入射窓から入射した放射線を吸収し光に変換するシンチレータと、前記シンチレータの発した光を電子に変換し増幅する光電子倍増管を有する放射線検出器、
前記試料容器に取り付けられた線源窓を介して前記放射線検出器に指標パルス用放射線を照射する指標パルス用線源、
前記試料容器、前記放射線検出器及び前記指標パルス用線源を保持し環境放射線から遮蔽するサンプラ、
前記放射線検出器から出力される検出器信号パルスの計数率を測定すると共に、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルピーク位置が一定になるようにシステムゲインを自動制御する測定部を備え、
前記指標パルス用線源としてＳｒ−９０を備えたことを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項1に記載の放射性ガスモニタであって、前記シンチレータとして、プラスチックシンチレータを用いたことを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項２に記載の放射性ガスモニタであって、前記プラスチックシンチレータの厚さを０.８〜１.３mmとしたことを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項1に記載の放射性ガスモニタであって、前記シンチレータとして、ＣａＦ（Ｅｕ）シンチレータ、またはＹＡＰ（Ｃｅ）シンチレータを用いたことを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項４に記載の放射性ガスモニタであって、前記シンチレータの厚さを８０〜１３０mg／cm^２としたことを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１に記載の放射性ガスモニタであって、前記線源窓として、厚さ１８０〜２２０mg／cm^２のプラスチック材を用いたことを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタであって、前記指標パルス用線源を搭載する線源ホルダと、前記線源ホルダを移動させる線源ホルダ駆動機構をさらに備え、通常測定時には、前記指標パルス用線源は前記線源窓と対向して配置され、前記線源窓を介して前記放射線検出器に指標パルス用放射線を照射し、点検時には、前記線源ホルダ駆動機構により前記線源ホルダが移動され、前記指標パルス用線源は前記線源窓と対向しない位置に配置され、前記放射線検出器に対して指標パルス用放射線が遮蔽されることを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項７に記載の放射性ガスモニタであって、前記指標パルス用線源と核種が同じで且つ前記指標パルス用線源よりも放射能強度が大きい点検用線源を、前記指標パルス用線源とともに前記線源ホルダに搭載し、点検時には、前記点検用線源は前記線源窓と対向して配置され、前記線源窓を介して前記放射線検出器に点検用放射線を照射することを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタであって、前記指標パルス用線源と前記線源窓の間を移動可能に設けられたコリメータとこれを移動させるコリメータ駆動機構をさらに備え、通常測定時には、前記指標パルス用線源は、前記線源窓との間に前記コリメータが挿入された状態で前記放射線検出器に指標パルス用放射線を照射し、点検時には、前記コリメータ駆動機構により前記コリメータが移動され、前記指標パルス用線源は、前記線源窓との間に前記コリメータが挿入されていない状態で前記放射線検出器に指標パルス用放射線を照射することを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタであって、前記測定部は、通常測定時の検出器信号パルスの計数率がその初期値に対して所定範囲を超えた場合、システムゲインの自動更新をスキップすることを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタであって、前記測定部は、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルにおいて、そのスペクトルピークを含む所定のウィンドウ内の計数率を求め、前記計数率がその初期値に対して所定範囲を超えた場合、システムゲインの自動更新をスキップすることを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタであって、前記測定部は、指標パルス用放射線による指標パルスのスペクトルにおいて、そのスペクトルピークを含む所定のウィンドウ内の計数率を求め、その初期値からの変動を監視することにより前記放射線検出器の健全性を診断することを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１に記載の放射性ガスモニタであって、前記指標パルス用線源を搭載する線源ホルダと、前記線源ホルダを移動させる線源ホルダ駆動機構をさらに備え、通常測定時には、前記指標パルス用線源は前記線源窓と対向しない位置に配置され、前記放射線検出器に対して指標パルス用放射線が遮蔽され、点検時には、前記線源ホルダ駆動機構により前記線源ホルダが移動され、前記指標パルス用線源は前記線源窓と対向して配置され、前記線源窓を介して前記放射線検出器に指標パルス用放射線を照射することを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項１３に記載の放射性ガスモニタであって、前記測定部は、点検時の検出器信号パルスの計数率がその初期値に対して所定範囲を超えた場合、システムゲインの自動更新をスキップすることを特徴とする放射性ガスモニタ。
請求項７〜請求項９または請求項１３のいずれか一項に記載の放射性ガスモニタであって、前記測定部は、通常測定時と点検時の検出器信号パルスの計数率の差を求め、その初期値からの変動を監視することにより前記放射線検出器の健全性を診断することを特徴とする放射性ガスモニタ。