JP4901773B2

JP4901773B2 - 放射線モニタ

Info

Publication number: JP4901773B2
Application number: JP2008021205A
Authority: JP
Inventors: 大志潮見; 健一茂木; 正一中西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: JP2009180660A

Description

この発明は、原子炉施設、使用済燃料再処理施設等における放射性物質の放出管理、あるいは漏洩検知に用いられる放射線モニタに関するものである。

原子炉施設、使用済燃料再処理施設等では、プロセス流体中に含まれる放射性物質の濃度を測定するために放射線モニタが使用されており、これに用いられる放射線検出器で代表的なものとしては、プラスチックシンチレーション検出器とタリウム活性化ヨウ化ナトリウム（以下、ＮａＩ（Ｔｌ）と記す。）シンチレーション検出器がある。

プラスチックシンチレーション検出器は、サンプルガスに含まれる放射性核種から放射されるβ線を検出する場合に適用されることが多く、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器は、サンプルガスに含まれる粒子状放射性核種をダストの形態でダスト捕集用濾紙に捕集し、粒子状放射性核種から放射されるγ線を検出する場合、あるいは、サンプルガスに含まれる放射性ヨウ素を活性炭カートリッジに捕集し、放射性ヨウ素から放射されるγ線を検出する場合に適用されることが多い。また、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器は、サンプル水に含まれる放射性核種から放射されるγ線を検出する場合にも適用されることが多い。

例えば、サンプルガスに含まれる放射性核種から放射される放射線を高感度で検出しようとする場含、１崩壊当たりの放射線放出率がγ線より大きいβ線を検出対象とし、サンプルガスを内包する試料容器の一部をプラスチックシンチレーション検出器のプラスチックシンチレータで構成し、β線が入射すると蛍光を発して放射線を検出するプラスチックシンチレータをサンプルガスに接するように配置してβ線を高効率で検出する。

また、サンプルガスに含まれる粒子状放射性核種をダスト捕集濾紙に捕集して検出する場合、捕集されたダスト及び濾紙の中でβ線が吸収されるために、透過性の良好なγ線を検出対象とし、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を使用し、γ線が入射すると蛍光を発して放射線を検出するＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータをダスト捕集濾紙に近接対面させるように配置する。また、ダスト捕集濾紙が吸湿して流量が大きく変動するのを防止するために、サンプルガスを加熱してサンプルガスの湿度を下げている。

また、サンプルガスに含まれる放射性ヨウ素を活性炭カートリッジに捕集して検出する場合、活性炭中でβ線が吸収されるために、透過性の良好なγ線を検出対象とし、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を使用し、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを活性炭カートリッジに近接対面させるように配置する。また、放射性ヨウ素を高効率で捕集するために、サンプルガスを加熱して湿度を下げている。

更に、サンプル水に含まれる放射性核種の放射線を測定する場合、サンプル水中でβ線が吸収されるため透過性の良好なγ線を検出対象とし、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を使用し、サンプル水を内包する試料容器に保護筒を侵漬してバウンダリーを構成し、該保護筒に放射線検出器を収納することによってサンプル水に接しないように保護し、サンプル水による熱衝撃で、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータが破損しないようにしている。

ところで、放射線検出器を構成するシンチレータ及び光電子増倍管はそれぞれ温度特性を持っている。シンチレータの温度特性は種類により特性の形が大きく異なり、代表的なプラスチックシンチレータは約−０．１％／℃で概ね直線的に変化する負の特性を有しており、代表的なＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータは１０〜２０℃にピークを有する山形の温度特性で２５℃以上は約−０．３％／℃で直線的に変化する負の温度特性を有している。また、光電子増倍管は概ね約−０．３％／℃の負の温度特性を持っている。

従来の放射線モニタにおいて、上記シンチレータの温度特性と上記光電子増倍管の温度特性を合成した放射線検出器の固有の温度特性に対して、この逆の温度特性をプリアンプのゲインに持たせることにより、検出器固有の温度特性を補償して指示の安定化を実現している（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５８−１８８９１０号公報

従来の放射線モニタは上記のように構成されているため、周囲から放射線検出器への熱伝達にムラが生じ、そのために定常的または過渡的な温度分布を生じ、放射線検出器を構成するシンチレータ、光電子増倍管、プリアンプに生じた温度差のために、シンチレータ、光電子増倍管に起因する放射線検出器固有の温度特性を、プリアンプの逆温度特性で補償する時に補償誤差が発生し、指示が不安定になる課題があった。

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、温度に対して高い安定性を有し、かつ信頼性の高い放射線モニタを提供することを目的とするものである。

この発明に係る放射線モニタは、サンプル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を検出する放射線検出器と、上記放射線検出器の放射線入射窓をバウンダリーとし、上記サンプルガスを内包して流す試料容器と、上記放射線検出器と上記試料容器を環境放射線から遮蔽して保持するサンプラと、上記放射線検出器から出力される放射線検出信号を入力して上記サンプルガスに含まれる気体状放射性核種の放射能濃度を測定する測定部と、上記サンプラの温度と上記試料容器に導入される上記サンプルガスの温度とを同じ温度になるように加熱する同一温度加熱手段と、上記放射線検出器に設けられ、上記放射線検出器の固有のゲイン温度特性を相殺する逆温度特性を有するプリアンプと、を備えたものである。

この発明に係る放射線モニタは、サンプラの温度とサンプルガスの温度を同じ温度になるように加熱する同一温度加熱手段を備えたので、放射線検出器の温度分布を抑制することができ、それにより、放射線検出器に固有のゲイン温度特性をプリアンプで好適な条件で補償でき、温度に対して高い安定性を有し、かつ信頼性の高い装置を得ることができる。

以下、この発明に係る放射線モニタの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る放射線モニタの構成図である。図１において、プラスチックシンチレーション検出器１は、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、プリアンプ１４、クッション材１５、及び検出器ケース１６から構成されており、サンプル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線を検出して放射線検出信号を出力する。検出器ケース１６は、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、プリアンプ１４、クッション材１５を内蔵固定し、電気的にシールドすると共に遮光する。

試料容器２は、プラスチックシンチレーション検出器１の放射線入射窓を構成するプラスチックシンチレータ１１、及びプラスチックシンチレータ１１を接着したライトガイド１２をバウンダリーとし、サンプルガスを内包して流す。なお、図中の実線矢印はサンプルガスの流れを示している。

サンプラ３は、プラスチックシンチレーション検出器１と試料容器２を環境放射線から遮蔽して保持するものであり、測定部４は、プラスチックシンチレーション検出器１から出力される放射線検出信号を入力してサンプルガスに含まれる気体状放射性核種の放射能濃度を測定するものである。

プラスチックシンチレーション検出器１を試料容器２に固定する箇所には、絶縁手段である例えばＯリング５が設けられており、このＯリング５によりプラスチックシンチレーション検出器１と試料容器２の間をシールすると共に電気的に絶縁している。また、プラスチックシンチレーション検出器１をサンプラ３に固定する箇所には、絶縁体６が設けられており、この絶縁体６によりプラスチックシンチレーション検出器１とサンプラ３の間を電気的に絶縁している。

また、サンプラ３の外表面にはサンプラ３の温度と試料容器２に導入されるサンプルガスの温度とを同じ温度になるように加熱する同一温度加熱装置７が設けられている。この同一温度加熱装置７は、サンプラ３を加熱する第１のヒータ７１、試料容器２にサンプルガスを導入する導入管７２、導入管７２の内部でサンプルガスを加熱する第２のヒータ７３、サンプラ３の周囲温度を検出する第１の温度センサ７４、サンプラ３の温度を検出する第２の温度センサ７５、導入管７２に入気されるサンプルガスの温度を検出する第３の温度センサ７６、導入管７２から排気されるサンプルガスの温度を測定する第４の温度センサ７７、温度制御装置７８、及び第１のヒータ７１を内包する断熱材７９から構成されている。

実施の形態１に係る放射線モニタは上記のように構成されており、次に動作について説明する。
温度制御装置７８は、第１〜第４の温度センサ７４〜７７により検出されるそれぞれの検出信号を入力することにより、サンプラ３の周囲温度Ｔ１と導入管７２に入気するサンプルガスの温度Ｔ２を比較し、どちらか高い方の温度以上の同じ温度になるようにサンプラ３の周囲温度Ｔ１と導入管７２に入気するサンプルガスの温度Ｔ２を制御することにより、サンプラ３の温度Ｔ３と導入管７２から排気されるサンプルガスの温度Ｔ４が等しくなるようにする。例えば、サンプラ３の周囲温度Ｔ１が、導入管７２に入気するサンプルガスの温度Ｔ２より低い場合は、サンプラ３の温度Ｔ３と導入管７２から排気されるサンプルガスの温度Ｔ４を、導入管７２に入気するサンプルガスの温度Ｔ２以上の同じ温度になるように制御する。

図２は、プラスチックシンチレーション検出器１のゲイン温度係数の補償について示すもので、ａはプラスチックシンチレータ１１と光電子増倍管１３のぞれぞれのゲイン温度係数を合成した検出器固有のゲイン温度係数、ｂはプリアンプ１４のゲイン温度係数、ｃはプラスチックシンチレーション検出器１の出力の温度特性で、検出器固有のゲイン温度係数ａをプリアンプ１４のゲイン温度係数ｂで補償してプラスチックシンチレーション検出器１の出力の温度特性ｃが一定になるように動作する。

プラスチックシンチレーション検出器１の検出器ケース１６は、プリアンプ１４の０Ｖ（図示せず）に接続されて電位を固定することにより電気的シールドとして機能し、更に、Ｏリング５で試料容器２から電気的に絶縁され、また、絶縁体６でサンプラ３から電気的に絶縁されて、同一温度加熱装置７のノイズがプリアンプ１４の０Ｖに進入するのを防止している。

上述のように、実施の形態１に係る放射線モニタは、プラスチックシンチレーション検出器１の温度を支配するサンプラ３の温度、及び試料容器２に導入されるサンプルガスの温度を、同一温度加熱装置７で同じ温度になるように加熱制御してプラスチックシンチレーション検出器１の温度分布を抑制するので、プラスチックシンチレーション検出器１に固有のゲイン温度特性をプリアンプ１４で好適な条件で補償でき、温度に対して高い安定性を有し、かつ信頼性の高い装置を得ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る放射線モニタについて説明する。実施の形態２は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器でサンプルガスに含まれる粒子状放射性核種または放射性ヨウ素から放射されるγ線を検出し、同一温度加熱装置でサンプラの温度とサンプルガスの温度を加熱制御することにより、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器の温度分布を抑制して、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器に固有のゲイン温度係数に対し、その逆のゲイン温度係数をプリアンプに持たせて補償するようにしたものである。

図３は、実施の形態２に係る放射線モニタの構成図である。図３において、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ８１、光電子増倍管８２、プリアンプ８３、及び検出器ケース８４から構成されており、サンプルガスに含まれる粒子状放射性核種または放射性ヨウ素を捕集する捕集装置９を備えている。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより、説明を省略する。

捕集装置９に捕集された粒子状放射性核種または放射性ヨウ素から放射されるγ線をＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８で検出し、同一温度加熱装置７でサンプラ３の温度と捕集装置９に導入されるサンプルガスの温度を、２５℃以上の同じ温度になるように加熱制御する。

図４は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８のゲイン温度係数の補償について示すもので、ｄはＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ８１と光電子増倍管８２のそれぞれのゲイン温度係数を合成した検出器固有のゲイン温度係数、ｅはプリアンプ８３のゲイン温度係数、ｆはＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８の出力の温度特性で、検出器固有のゲイン温度係数ｄをプリアンプ８３のゲイン温度係数ｅで補償して２５℃以上でＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８の出力の温度特性ｆが一定になるように動作する。

上述のように、実施の形態２に係る放射線モニタは、同一温度加熱装置７でサンプラ３の温度と捕集装置９に導入されるサンプルガスの温度を同じ温度になるように加熱制御してＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８の温度分布を抑制したので、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８に固有のゲイン温度特性をプリアンプ８３で好適な条件で補償でき、温度に対して高い安定性を有し、かつ信頼性の高い装置を得ることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る放射線モニタについて説明する。実施の形態３はＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器で熱容量の大きいサンプル水に含まれる粒子状放射性核種から放射されるγ線を検出するものである。

図５は、実施の形態３に係る放射線モニタの構成図である。図５において、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ８１、光電子増倍管８２、プリアンプ８３、検出器ケース８４、及び熱伝達遅延手段として機能する検出器断熱材８５を備えている。

試料容器２には、熱容量の大きいサンプル水が導入され、試料容器２には保護筒１０が設けられている。この保護筒１０はバウンダリーを構成してサンプル水に浸漬するように配置され、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８は保護筒１０に収納される。

ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８の温度は、熱容量の大きいサンプル水の温度に追従して変化するので、実施の形態１あるいは実施の形態２で説明した同一温度加熱装置は設置されず、検出器断熱材８５が、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８の全体を囲むように設置され、サンプル水からＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８への熱伝達を遅らせるように構成されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより、説明を省略する。

上述のように、実施の形態３に係る放射線モニタは、検出器断熱材８５を設置して熱容量の大きいサンプル水からＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８への熱伝達を遅らせるようにしたので、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ８１、光電子増倍管８２、プリアンプ８３の間に生じる過渡的な温度分布を大幅に抑制でき、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８に固有のゲイン温度特性を好適な条件で補償でき、温度に対して高い安定性を有し、かつ信頼性の高い装置を得ることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る放射線モニタについて説明する。実施の形態１または実施の形態２では、サンプラとサンプルガスを同−温度加熱装置で同じ温度になるように加熱抑制し、プラスチックシンチレーション検出器またはＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器の温度分布を抑制して、プラスチックシンチレーション検出器またはＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器に固有のゲイン温度係数に対し、その逆のゲイン温度係数をプリアンプに持たせて補償するように動作させる場合について説明したが、実施の形態４は、同一温度加熱装置の代わりに一定温度加熱装置を備え、サンプラの周囲温度を検出する温度センサ、導入管に入気されるサンプルガスの温度を検出する温度センサを省略し、プリアンプの温度補償機能をなくしたものである。

図６は、実施の形態４に係る放射線モニタの構成図である。図６において、一定温度加熱装置２０は、サンプラ３とサンプルガスを、一定温度になるように、例えば、周囲温度及びサンプルガス温度のどちらか高い方の仕様最大温度に加熱制御するものである。実施の形態４においては、一定温度加熱装置２０を備えることにより、サンプラ３の周囲温度を検出する温度センサ、導入管７２に入気されるサンプルガスの温度を検出する温度センサを省略し、プリアンプ１４の温度補償機能をなくしている。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより、説明を省略する。

上述のように、実施の形態４に係る放射線モニタは、一定温度加熱装置２０を備えることにより、サンプラ３の周囲温度を検出する温度センサ、導入管７２に入気されるサンプルガスの温度を検出する温度センサを省略でき、プリアンプ１４の温度補償機能をなくすことができので、部品数を削減した上で、温度に対して高い安定性を有し、かつ信頼性の高い装置を得ることができる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る放射線モニタについて説明する。図７は、放射線モニタに用いられる測定部のブロック構成図である。図７において、測定部４は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８からの信号パルスを増幅して出力するメインアンプ４１、メインアンプ４１の出カパルスを計数して工学値に変換して出力する測定回路４２、メインアンプ４１の出カパルスを入力し、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ８１（図５参照）の結晶（図示せず）及び光電子増倍管８２（図５参照）のガラス（図示せず）に含まれる天然の放射性核種カリウム４０（Ｋ−４０）から放射される１．４６ＭｅＶのγ線を指標にメインアンプ４１のゲインを自動制御するゲイン自動制御回路４３を備えている。このゲイン自動制御回路４３は、天然の放射性核種カリウム４０（Ｋ−４０）から放射されるγ線１．４６ＭｅＶの信号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４１のゲインを自動で制御するものである。

上述のように、実施の形態５に係る放射線モニタは、天然の放射性核種カリウム４０（Ｋ−４０）から放射されるγ線１．４６ＭｅＶの信号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４１のゲインを自動で制御するゲイン自動制御回路４３を備えたので、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器８の出力の温度依存性を抑制できると共に、長期的な経年変化も抑制した高い安定性を有する装置が提供できる。

以上のように、この発明に係る放射線モニタは、原子力発電所、核燃料再処理施設、核燃料施設、粒子線利用施設、放射性同位元素使用施設などで利用でき、温度に対して高い安定性を有し、かつ信頼性の高い装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る放射線モニタの構成図である。この発明の実施の形態１に係る放射線モニタのゲイン温度係数を示す図である。この発明の実施の形態２に係る放射線モニタの構成図である。この発明の実施の形態２に係る放射線モニタのゲイン温度係数を示す図である。この発明の実施の形態３に係る放射線モニタの構成図である。この発明の実施の形態４に係る放射線モニタの構成図である。この発明の実施の形態５に係る放射線モニタの構成を示す図である。

符号の説明

１プラスチックシンチレーション検出器
１１プラスチックシンチレータ
１２ライトガイド
１３光電子増倍管
１４プリアンプ
１５クッション材
１６検出器ケース
２試料容器
２１保護筒
３サンプラ
４測定部
４１メインアンプ
４２測定回路
４３ゲイン自動制御回路
５Ｏリング
６絶縁体
７同一温度加熱装置
７１第１のヒータ
７２導入管
７３第２のヒータ
７４第１の温度センサ
７５第２の温度センサ
７６第３の温度センサ
７７第４の温度センサ
７８温度制御器
７９断熱材
８ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器
８１ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ
８２光電子増倍管
８３プリアンプ
８４検出器ケース
８５検出器断熱材
９捕集装置
１０保護筒
２０一定温度加熱装置

Claims

サンプル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を検出する放射線検出器と、上記放射線検出器の放射線入射窓をバウンダリーとし、上記サンプルガスを内包して流す試料容器と、上記放射線検出器と上記試料容器を環境放射線から遮蔽して保持するサンプラと、上記放射線検出器から出力される放射線検出信号を入力して上記サンプルガスに含まれる気体状放射性核種の放射能濃度を測定する測定部と、上記サンプラの温度と上記試料容器に導入される上記サンプルガスの温度とを同じ温度になるように加熱する同一温度加熱手段と、上記放射線検出器に設けられ、上記放射線検出器の固有のゲイン温度特性を相殺する逆温度特性を有するプリアンプと、を備えたことを特徴とする放射線モニタ。
サンプルガスに含まれる粒子状放射性核種または放射性ヨウ素を捕集する捕集装置と、上記捕集装置に捕集された粒子状放射性核種または放射性ヨウ素から放射される放射線を検出する放射線検出器と、上記放射線検出器と上記捕集装置を環境放射線から遮蔽して保持するサンプラと、上記放射線検出器から出力される放射線検出信号を入力して上記サンプルガスに含まれる粒子状放射性核種または放射性ヨウ素の放射能濃度を測定する測定部と、上記サンプラの温度と上記捕集装置に導入される上記サンプルガスの温度とを同じ温度になるように加熱する同一温度加熱手段と、上記放射線検出器に設けられ、上記放射線検出器の固有のゲイン温度特性を相殺する逆温度特性を有するプリアンプと、を備えたことを特徴とする放射線モニタ。
上記サンプラの温度と上記サンプルガスの温度とを同じ温度になるように加熱する同一温度加熱手段と、上記放射線検出器に設けられ、上記放射線検出器の固有のゲイン温度特性を相殺する逆温度特性を有するプリアンプの代わりに、上記サンプラの温度及び上記サンプルガスの温度を一定温度に加熱する一定温度加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線モニタ。
上記測定部は、上記放射線検出器を構成する材料に含まれる天然のカリウム４０から放射される放射線を指標として放射線モニタの総合ゲインを制御し、上記放射線検出器が有する固有のゲイン温度特性を相殺することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の放射線モニタ。