JP5170600B1 - 水素濃度計 - Google Patents
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Abstract
【課題】放射線量が高い場所でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる水素濃度計であって、水素濃度計を駆動させるための駆動用電源を必要とせず、且つ水素濃度計の周囲環境が高温となった場合でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる水素濃度計を提供する。
【解決手段】本願発明に係る水素濃度計１００は、気体中の水素濃度を測定する水素濃度計であって、第１の金属で形成された第１の電極１と、第１の金属とは仕事関数の異なる第２の金属で形成された、第１の電極１に対向して配置された第２の電極２とを備え、第１の電極１または第２の電極２は、中性子の照射により生成された反跳陽子によって、第１の電極１と第２の電極２との間で生成された荷電粒子を検出する電極であることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本願発明に係る水素濃度計１００は、気体中の水素濃度を測定する水素濃度計であって、第１の金属で形成された第１の電極１と、第１の金属とは仕事関数の異なる第２の金属で形成された、第１の電極１に対向して配置された第２の電極２とを備え、第１の電極１または第２の電極２は、中性子の照射により生成された反跳陽子によって、第１の電極１と第２の電極２との間で生成された荷電粒子を検出する電極であることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、水素濃度計に関し、特に過酷環境下においても使用可能な水素濃度計に関する。
過酷環境下である原子炉内における、監視対象気体の水素濃度の測定方法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
上記原子炉内のような過酷環境下での使用を予定している水素濃度計には、水素濃度計本体と、水素濃度計本体を駆動させるための電源である駆動用電源とを備えたものがある。この種の水素濃度計は、その駆動用電源を喪失した場合には監視対象気体の水素濃度の測定が不可能になる場合がある。
また、上記水素濃度計には、水素濃度計の内部に例えばプラスチックを備えたものがある。プラスチックの耐熱性は、一般的に用いられる汎用プラスチック（例えばＰＭＭＡ；メタクリル樹脂）で約６０℃〜１００℃である。このため、汎用プラスチックを内部に備えた水素濃度計は、水素濃度計の周囲温度が高温（例えば５００℃程度）になった場合にはプラスチックが軟化または融解して水素濃度の測定が不可能になる場合がある。
以上のように、従来技術に係る水素濃度計は、過酷環境下において監視対象気体の水素濃度を測定できない場合がある。
以上のように、従来技術に係る水素濃度計は、過酷環境下において監視対象気体の水素濃度を測定できない場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放射線量が高い場所でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる水素濃度計であって、水素濃度計を駆動させるための駆動用電源を必要とせず、且つ水素濃度計の周囲環境が高温となった場合でも水素濃度を測定することができる水素濃度計を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る水素濃度計は、気体中の水素濃度を測定する水素濃度計であって、第１の金属で形成された第１の電極と、前記第１の金属とは仕事関数の異なる第２の金属で形成された、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、を備え、前記第１の電極または前記第２の電極は、中性子の照射により生成された反跳陽子によって、前記第１の電極と前記第２の電極との間で電離生成された荷電粒子を検出する電極であることを特徴とするものである。
この水素濃度計は、反跳陽子によって電離生成された荷電粒子の量（電荷量）から水素濃度を測定するものである。つまり、本水素濃度計は、反跳陽子が有する電離能（気体を電離させる能力）を利用して水素濃度を測定するものである。よって、放射線量が高い場所でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
また、この水素濃度計では、第１の電極と第２の電極との間に発生する接触電位差を利用して、荷電粒子の量を測定している。このため、本水素濃度計は、駆動用電源を用いることなく監視対象気体の水素濃度を測定する構成とすることも可能である。
また、この水素濃度計は、主たる構成部品が金属で形成された一対の電極であり、軟化点・融点の低い部材（例えば、融点が５００℃よりも低い部材）等で構成せざるを得ない部品を備えていない水素濃度計とすることも容易である。このような構成とすれば、本水素濃度計は、仮に水素濃度計の周囲温度が高温（例えば５００℃以上、電極に用いる金属によっては１０００℃以上）になった場合でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
また、この水素濃度計では、第１の電極と第２の電極との間に発生する接触電位差を利用して、荷電粒子の量を測定している。このため、本水素濃度計は、駆動用電源を用いることなく監視対象気体の水素濃度を測定する構成とすることも可能である。
また、この水素濃度計は、主たる構成部品が金属で形成された一対の電極であり、軟化点・融点の低い部材（例えば、融点が５００℃よりも低い部材）等で構成せざるを得ない部品を備えていない水素濃度計とすることも容易である。このような構成とすれば、本水素濃度計は、仮に水素濃度計の周囲温度が高温（例えば５００℃以上、電極に用いる金属によっては１０００℃以上）になった場合でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
また、上記の水素濃度計において、前記第１の電極と前記第２の電極との間を、前記第１の電極と前記第２の電極との延在方向に沿って前記中性子が通過するように中性子源を備えたこととしてもよい。
この水素濃度計であれば、第１の電極と第２の電極との間を、第１の電極と第２の電極の延在方向に沿って中性子が通過するように中性子源を備えている。このため、中性子源を備えなかった場合と比較して、第１の電極と第２の電極との間を通過する中性子の量を増加させることができ、反跳陽子の量を増加させることができる。よって、この水素濃度計であれば、監視対象気体の水素濃度をより高感度に計測することができる。
この水素濃度計であれば、第１の電極と第２の電極との間を、第１の電極と第２の電極の延在方向に沿って中性子が通過するように中性子源を備えている。このため、中性子源を備えなかった場合と比較して、第１の電極と第２の電極との間を通過する中性子の量を増加させることができ、反跳陽子の量を増加させることができる。よって、この水素濃度計であれば、監視対象気体の水素濃度をより高感度に計測することができる。
また、上記の水素濃度計において、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加したこととしてもよい。
この水素濃度計であれば、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加したので、電極間に電圧を印加しなかった場合と比較して、反跳陽子によって生成された荷電粒子を第１の電極または第２の電極で効率よく捕捉することができる。よって、この水素濃度計であれば、監視対象気体の水素濃度をより高感度に計測することができる。
この水素濃度計であれば、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加したので、電極間に電圧を印加しなかった場合と比較して、反跳陽子によって生成された荷電粒子を第１の電極または第２の電極で効率よく捕捉することができる。よって、この水素濃度計であれば、監視対象気体の水素濃度をより高感度に計測することができる。
本発明に係る水素濃度計は、反跳陽子によって生成された荷電粒子の量（電荷量）から水素濃度を測定するものである。よって、放射線量率が高い場所でも監視対象気体の水素濃度を測定することもできる。
また、この水素濃度計では、第１の電極と第２の電極との間に発生する接触電位差を利用して荷電粒子の量を測定している。このため、本水素濃度計は、駆動用電源を用いることなく監視対象気体の水素濃度を測定することもできる。
また、この水素濃度計は、主たる構成部品が金属で形成された一対の電極であり、軟化点・融点の低い部材等で構成せざるを得ない部品を備えていない水素濃度計とすることも容易である。このため、本水素濃度計は、仮に水素濃度計の周囲温度が高温になった場合でも監視対象気体の水素濃度を測定することもできる。
また、この水素濃度計では、第１の電極と第２の電極との間に発生する接触電位差を利用して荷電粒子の量を測定している。このため、本水素濃度計は、駆動用電源を用いることなく監視対象気体の水素濃度を測定することもできる。
また、この水素濃度計は、主たる構成部品が金属で形成された一対の電極であり、軟化点・融点の低い部材等で構成せざるを得ない部品を備えていない水素濃度計とすることも容易である。このため、本水素濃度計は、仮に水素濃度計の周囲温度が高温になった場合でも監視対象気体の水素濃度を測定することもできる。
≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水素濃度計１００の概略図である。以下、図１を参照しつつ、本実施形態に係る水素濃度計１００の構造、動作及び効果について説明する。
<構造>
本実施形態に係る水素濃度計１００は、第１の電極１と、第１の電極１に対向して配置された第２の電極２と、を備えている。そして、第１の電極１と第２の電極２とは、抵抗３を介して電気的に接続されている。また、水素濃度計１００は、抵抗３に並列に接続された電圧計４を備えている。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水素濃度計１００の概略図である。以下、図１を参照しつつ、本実施形態に係る水素濃度計１００の構造、動作及び効果について説明する。
<構造>
本実施形態に係る水素濃度計１００は、第１の電極１と、第１の電極１に対向して配置された第２の電極２と、を備えている。そして、第１の電極１と第２の電極２とは、抵抗３を介して電気的に接続されている。また、水素濃度計１００は、抵抗３に並列に接続された電圧計４を備えている。
第１の電極１及び第２の電極２は、例えばそれぞれ平板状の電極であり、対向して配置された第１の電極１と第２の電極２との間には空間がある。第１の電極１と第２の電極２との間の空間は、開放された空間となっている。そして、この空間には、水素濃度計１００周辺の空気（監視対象気体）の流れを妨害するものは設置されておらず、空気は第１の電極１と第２の電極２との間を自由に流れることができる。
第１の電極１は第１の金属で形成されており、第２の電極２は第１の金属とは仕事関数の異なる第２の金属で形成されている。ここで、第１の金属と第２の金属とは、仕事関数の差（接触電位差）が大きくなるように選択されることが好ましいが、仕事関数が異なっていればよい。
第１の電極１は第１の金属で形成されており、第２の電極２は第１の金属とは仕事関数の異なる第２の金属で形成されている。ここで、第１の金属と第２の金属とは、仕事関数の差（接触電位差）が大きくなるように選択されることが好ましいが、仕事関数が異なっていればよい。
第１の電極１を形成する第１の金属には、例えばＬｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩＮ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔ、Ｄｓのいずれか１種の金属、または上述の金属を複数組合せた合金を用いることができる。
また、第２の電極２を形成する第２の金属には、例えばＬｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩＮ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔ、Ｄｓのいずれか１種の金属、または上述の金属を複数組合せた合金を用いることができる。
抵抗３及び電圧計４は、例えば公知の抵抗及び電圧計を用いることができる。よって、ここではその説明を省略する。
抵抗３及び電圧計４は、例えば公知の抵抗及び電圧計を用いることができる。よって、ここではその説明を省略する。
<動作>
以下、本実施形態に係る水素濃度計１００を用いた水素濃度の測定方法について説明する。
本実施形態に係る水素濃度計１００は、中性子５と陽子（水素の原子核）６との弾性散乱によって生成された反跳陽子７が有する電離能を用いることで監視対象気体の水素濃度を決定するものである。よって、水素濃度計１００は、水素濃度計１００の周囲に中性子５が一定量存在している環境下（例えば、原子炉内、放射線量の高い場所、中性子源が使用可能な場所等）で使用されることを前提としている。
以下、本実施形態に係る水素濃度計１００を用いた水素濃度の測定方法について説明する。
本実施形態に係る水素濃度計１００は、中性子５と陽子（水素の原子核）６との弾性散乱によって生成された反跳陽子７が有する電離能を用いることで監視対象気体の水素濃度を決定するものである。よって、水素濃度計１００は、水素濃度計１００の周囲に中性子５が一定量存在している環境下（例えば、原子炉内、放射線量の高い場所、中性子源が使用可能な場所等）で使用されることを前提としている。
まず、対向して配置された第１の電極１と第２の電極２との間に存在する監視対象気体に、一定量の水素が含まれていた場合を想定する。水素を構成する陽子６は、中性子源（例えば放射性同位体であるＣｆ−２５２やＡｍ−２４２＋Ｂｅ等）（図示せず）から放出される中性子５によって弾性散乱されて反跳陽子７となる。陽子６に照射される中性子５の量を一定と仮定すると（ノーマライズすると）、反跳陽子７の量は第１の電極１と第２の電極２との間に存在する水素の量（つまり、監視対象気体中における水素濃度）に比例した量となる。
上述した反跳陽子７が生成される際には、陽子６は中性子５から高い効率で運動エネルギーを貰い受ける。これは、陽子６は、例えば酸素の原子核や窒素の原子核等と比較して質量が小さいからである。中性子５から高い効率で運動エネルギーを貰い受けた反跳陽子７は、第１の電極１と第２の電極２との間に存在する監視対象気体（監視対象気体を構成する分子、原子の種類は問わない）を容易に電離させ、荷電粒子８を生成させる。
反跳陽子７の生成量は、上述のように監視対象気体の水素濃度に比例した量であるため、生成された荷電粒子８の量も監視対象気体の水素濃度に比例した量となる。
反跳陽子７の生成量は、上述のように監視対象気体の水素濃度に比例した量であるため、生成された荷電粒子８の量も監視対象気体の水素濃度に比例した量となる。
本実施形態では、生成された荷電粒子８を第１の電極１と第２の電極２との間に生じた接触電位差を利用して検出する。上述のように第１の電極１と第２の電極２は、それぞれ仕事関数が異なる金属で形成されている。仕事関数の異なる２種の金属を例えば金属配線を用いて電気的に接続した場合には、第１の電極１と第２の電極２と間には接触電位による電位差が生じる。この電位差を利用することにより、反跳陽子７によって生成された荷電粒子８を第１の電極１または第２の電極２で検出することができる。そして、検出した荷電粒子８の量（つまり、電荷量）を、第１の電極１と第２の電極２との間に生じる起電力として電圧計４で測定する。
このようにして実際に測定された電圧値（反跳陽子７の電離能と相関する量）を、予め測定しておいた換算表と対比させることで、監視対象気体の水素濃度（第１の電極１と第２の電極２との間の水素濃度）を決定することができる。
なお、本実施形態では、第１の電極１と第２の電極２とが平板状の電極である場合について説明したが、これに限定されるものではない。第１の電極１及び第２の電極２の形状は、水素濃度計１００を設置する場所の形状に対応させて変形させることができる。例えば、建屋の天井に水素濃度計１００を設置する場合には、例えば建屋の天井の形状に対応させて、第１の電極１及び第２の電極２の形状を変形させてもよい。また、例えば原子炉内に水素濃度計１００を設置する場合には、原子炉内の形状に対応させて、第１の電極１及び第２の電極２の形状を変形させてもよい。
なお、本実施形態では、第１の電極１と第２の電極２とが平板状の電極である場合について説明したが、これに限定されるものではない。第１の電極１及び第２の電極２の形状は、水素濃度計１００を設置する場所の形状に対応させて変形させることができる。例えば、建屋の天井に水素濃度計１００を設置する場合には、例えば建屋の天井の形状に対応させて、第１の電極１及び第２の電極２の形状を変形させてもよい。また、例えば原子炉内に水素濃度計１００を設置する場合には、原子炉内の形状に対応させて、第１の電極１及び第２の電極２の形状を変形させてもよい。
また、本実施形態では、第１の電極または第２の電極を金属または合金で形成した場合について説明したがこれに限定されるものではない。第１の電極または第２の電極を、上述の金属や合金に代えて、例えば導電性を有した無機材料または導電性を有した有機材料で形成してもよい。導電性の無機材料とは、例えば導電性を有したコンクリートである。また、導電性の有機材料とは、例えば導電性を有した樹脂材料である。
<効果>
以上のように、本実施形態に係る水素濃度計１００は、第１の電極１または第２の電極２で検出した、反跳陽子７によって生成された荷電粒子８の量から水素濃度を測定するものである。つまり、本水素濃度計１００は、反跳陽子７が有する電離能（気体を電離させる能力）を利用して監視対象気体の水素濃度を測定するものである。よって、水素濃度計１００であれば、放射線量が高い場所でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
また、この水素濃度計１００では、第１の電極１と第２の電極２との間に発生する接触電位差を利用して、反跳陽子７によって生成された荷電粒子８の量（つまり、電荷量）を測定している。このため、本水素濃度計１００であれば、駆動用電源を用いることなく監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
以上のように、本実施形態に係る水素濃度計１００は、第１の電極１または第２の電極２で検出した、反跳陽子７によって生成された荷電粒子８の量から水素濃度を測定するものである。つまり、本水素濃度計１００は、反跳陽子７が有する電離能（気体を電離させる能力）を利用して監視対象気体の水素濃度を測定するものである。よって、水素濃度計１００であれば、放射線量が高い場所でも監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
また、この水素濃度計１００では、第１の電極１と第２の電極２との間に発生する接触電位差を利用して、反跳陽子７によって生成された荷電粒子８の量（つまり、電荷量）を測定している。このため、本水素濃度計１００であれば、駆動用電源を用いることなく監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
また、この水素濃度計１００は、主たる構成部品が金属で形成された一対の電極１、２であり、軟化点・融点の低い部材等で構成せざるを得ない部品を備えていない水素濃度計とすることも容易である。このため、本水素濃度計１００であれば、仮に水素濃度計１００の周囲温度が高温（例えば５００℃以上、電極に用いる金属によっては１０００℃以上）になった場合でも水素濃度を測定することができる。
このように、本実施形態に係る水素濃度計１００であれば、過酷環境下（例えば、原子炉内等）や人の立ち入れない場所（例えば、放射線量率の高い場所）等であっても監視対象気体の水素濃度を測定することができる。なお、例えば原子炉建屋等に本実施形態に係る水素濃度計１００を設置する場合には、原子炉建屋内であって、原子炉建屋の天井付近に設置することが好ましい。
このように、本実施形態に係る水素濃度計１００であれば、過酷環境下（例えば、原子炉内等）や人の立ち入れない場所（例えば、放射線量率の高い場所）等であっても監視対象気体の水素濃度を測定することができる。なお、例えば原子炉建屋等に本実施形態に係る水素濃度計１００を設置する場合には、原子炉建屋内であって、原子炉建屋の天井付近に設置することが好ましい。
≪第２の実施形態≫
図２は、本発明の第２の実施形態に係る水素濃度計２００の概略図である。図２に示すように、本実施形態に係る水素濃度計２００は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と概ね同じ構造をしている。しかしながら、水素濃度計２００は、第１の電極１と第２の電極２との間を中性子５が通過するように中性子源９が配置されている点で水素濃度計１００の構造とは異なっている。そこで、本実施形態においては、この異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図２では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。また、図２では、反跳陽子７及び荷電粒子８の記載を省略しているが、第１の実施形態の場合と同様に、本実施形態においても中性子５によって反跳陽子７は生成され、その反跳陽子７によって荷電粒子８は生成されているものとする。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る水素濃度計２００の概略図である。図２に示すように、本実施形態に係る水素濃度計２００は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と概ね同じ構造をしている。しかしながら、水素濃度計２００は、第１の電極１と第２の電極２との間を中性子５が通過するように中性子源９が配置されている点で水素濃度計１００の構造とは異なっている。そこで、本実施形態においては、この異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図２では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。また、図２では、反跳陽子７及び荷電粒子８の記載を省略しているが、第１の実施形態の場合と同様に、本実施形態においても中性子５によって反跳陽子７は生成され、その反跳陽子７によって荷電粒子８は生成されているものとする。
中性子源９は、第１の電極１と第２の電極２との間を、第１の電極１と第２の電極２の延在方向に沿って中性子５が通過するように配置されている。なお、第１の電極１と第２の電極２との間を、第１の電極１と第２の電極２との延在方向に沿って中性子５が通過することができれば、中性子源９の設置位置は問わない。また、上述の中性子源９には、例えば放射性同位体であるＣｆ−２５２やＡｍ−２４２＋Ｂｅ（エネルギーが最大で数ＭｅＶ程度）、Ｄ（ｐ、ｎ）という核反応を利用して中性子（エネルギーが１４ＭｅＶ程度）を発生させる陽子加速器（例えばリニアニック）等を用いることができる。なお、中性子源９として放射性同位体を用いる場合には、放射性同位体を電極１、２の一部に埋め込んで用いてもよいし、電極表面の一部に被覆・塗装して用いてもよい。また、電極１、２の電気伝導度を低下させなければ、放射性同位体を電極表面の全面に被覆・塗装して用いてもよい。
以上のように、本実施形態に係る水素濃度計２００であれば、中性子源９を備えなかった場合と比較して、第１の電極１と第２の電極２との間を、第１の電極１と第２の電極２の延在方向に沿って通過する中性子５の量を増加させることができる。このため、第１の電極１と第２の電極２との間で反跳陽子７の量を増加させることができ、荷電粒子８の量を増加させることができる。よって、水素濃度計２００であれば、監視対象気体の水素濃度をより高感度に計測することができる。
≪第３の実施形態≫
図３は、本発明の第３の実施形態に係る水素濃度計３００の概略図である。図３に示すように、本実施形態に係る水素濃度計３００は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と概ね同じ構造をしている。しかしながら、水素濃度計３００は、第１の電極１と第２の電極２とにそれぞれ電圧を印加できる構造となっている点で水素濃度計１００の構造とは異なっている。そこで、本実施形態においては、この異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図３では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る水素濃度計３００の概略図である。図３に示すように、本実施形態に係る水素濃度計３００は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と概ね同じ構造をしている。しかしながら、水素濃度計３００は、第１の電極１と第２の電極２とにそれぞれ電圧を印加できる構造となっている点で水素濃度計１００の構造とは異なっている。そこで、本実施形態においては、この異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図３では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。
第１の電極１には金属配線１０ａが接続されており、その金属配線１０ａを通して第１の電極１に電圧が印加できる構造となっている。また、第１の電極１の場合と同様に、第２の電極２には金属配線１０ｂが接続されており、その金属配線１０ｂを通して第２の電極２に電圧が印加できる構造となっている。
第１の電極１に接続された金属配線１０ａは、第２の電極２に接続された金属配線１０ｂと同じ種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。
図３には、第１の電極１には＋電位が印加され、第２の電極２には−電位が印加されているが、この逆であってもよい。つまり、第１の電極１には−電位が印加され、第２の電極２には＋電位が印加されてもよい。なお、上述の電極１、２に印加する電圧は、印加電圧の変動に対する出力の安定性を重視しないでいいなら、幾らでも構わないが、そうでないときは「V-I特性における“飽和領域”にあるように設定すること」が望ましく、その領域は実験的に容易に定められる。数ボルトから数十ボルトを選ぶことが多いが、この限りではない。
第１の電極１に接続された金属配線１０ａは、第２の電極２に接続された金属配線１０ｂと同じ種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。
図３には、第１の電極１には＋電位が印加され、第２の電極２には−電位が印加されているが、この逆であってもよい。つまり、第１の電極１には−電位が印加され、第２の電極２には＋電位が印加されてもよい。なお、上述の電極１、２に印加する電圧は、印加電圧の変動に対する出力の安定性を重視しないでいいなら、幾らでも構わないが、そうでないときは「V-I特性における“飽和領域”にあるように設定すること」が望ましく、その領域は実験的に容易に定められる。数ボルトから数十ボルトを選ぶことが多いが、この限りではない。
以上のように、本実施形態に係る水素濃度計３００であれば、第１の電極１と第２の電極２との間に電圧を印加するので、電極１、２間に電圧を印加しなかった場合と比較して、反跳陽子７によって生成された荷電粒子８を第１の電極１または第２の電極２で効率よく捕捉することができる。よって、水素濃度計３００であれば、監視対象気体の水素濃度をより高感度に計測することができる。
≪第４の実施形態≫
図４は、本発明の第４の実施形態に係る水素濃度計４００の概略図である。図４に示すように、本実施形態に係る水素濃度計４００は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と概ね同じ構造をしている。しかしながら、水素濃度計４００は、第１の電極１及び第２の電極２の表面が金属薄膜１１で覆われている点で水素濃度計１００の構造とは異なっている。そこで、本実施形態においては、この異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図４では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。
第１の電極１の第２の電極２と対向する面１ａは第１の金属薄膜１１ａで覆われている。また、第２の電極２の第１の電極１と対向する面２ａは第２の金属薄膜１１ｂで覆われている。ここで、第１の金属薄膜１１ａに用いられる金属と第２の金属薄膜１１ｂに用いられる金属は、仕事関数の差（接触電位差）が大きくなるように選択されることが好ましいが、仕事関数が異なっていればよい。
図４は、本発明の第４の実施形態に係る水素濃度計４００の概略図である。図４に示すように、本実施形態に係る水素濃度計４００は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と概ね同じ構造をしている。しかしながら、水素濃度計４００は、第１の電極１及び第２の電極２の表面が金属薄膜１１で覆われている点で水素濃度計１００の構造とは異なっている。そこで、本実施形態においては、この異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図４では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。
第１の電極１の第２の電極２と対向する面１ａは第１の金属薄膜１１ａで覆われている。また、第２の電極２の第１の電極１と対向する面２ａは第２の金属薄膜１１ｂで覆われている。ここで、第１の金属薄膜１１ａに用いられる金属と第２の金属薄膜１１ｂに用いられる金属は、仕事関数の差（接触電位差）が大きくなるように選択されることが好ましいが、仕事関数が異なっていればよい。
第１の金属薄膜１１ａには、例えばＬｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩＮ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔ、Ｄｓのいずれか１種の金属、または上述の金属を複数組合せた合金を用いることができる。
また、第２の金属薄膜１１ｂには、例えばＬｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、ＩＮ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔ、Ｄｓのいずれか１種の金属、または上述の金属を複数組合せた合金を用いることができる。
本実施形態であっても、第１の電極１（第１の金属薄膜１１ａ）と第２の電極２（第２の金属薄膜１１ｂ）との間に接触電位差を発生させることができる。よって、本実施形態であれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
本実施形態であっても、第１の電極１（第１の金属薄膜１１ａ）と第２の電極２（第２の金属薄膜１１ｂ）との間に接触電位差を発生させることができる。よって、本実施形態であれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
≪第５の実施形態≫
図５は、本発明の第５の実施形態に係る水素濃度計５００の概略図である。図５に示すように、本実施形態に係る水素濃度計５００は、２つの隣接した格納容器Ａ、Ｂを備えている。そして、格納容器Ａ、Ｂには、第１の実施形態に係る水素濃度計１００がそれぞれ配置されている。そこで、本実施形態では、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図５では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。
水素濃度計５００は、図５に示すように隣接した２つの格納容器Ａ、Ｂを備えている。図面右側の格納容器Ａの内部空間は閉鎖空間である。この閉鎖空間内は、窒素と酸素のみで満たされており、水素は存在していない。一方、図面左側の格納容器Ｂの内部空間は開放空間である。例えば、格納容器Ｂには、紙面手前側と紙面奥側とにそれぞれ開口部（図示せず）が設けられており、紙面手前側から紙面奥側に向かって、例えば水素を含んだ監視対象気体が通過できるようになっている。
図５は、本発明の第５の実施形態に係る水素濃度計５００の概略図である。図５に示すように、本実施形態に係る水素濃度計５００は、２つの隣接した格納容器Ａ、Ｂを備えている。そして、格納容器Ａ、Ｂには、第１の実施形態に係る水素濃度計１００がそれぞれ配置されている。そこで、本実施形態では、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と異なる部分についてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。なお、図５では、図１において説明した構成部分と同一の要素については、同一の符号を付している。
水素濃度計５００は、図５に示すように隣接した２つの格納容器Ａ、Ｂを備えている。図面右側の格納容器Ａの内部空間は閉鎖空間である。この閉鎖空間内は、窒素と酸素のみで満たされており、水素は存在していない。一方、図面左側の格納容器Ｂの内部空間は開放空間である。例えば、格納容器Ｂには、紙面手前側と紙面奥側とにそれぞれ開口部（図示せず）が設けられており、紙面手前側から紙面奥側に向かって、例えば水素を含んだ監視対象気体が通過できるようになっている。
格納容器Ａ、Ｂ内には、それぞれ一対の電極１、２が水素濃度計１００と同様に配置されている。また、格納容器Ａ、Ｂを間仕切る壁（仕切り壁）１２には、中性子源９が配置されている。そして、この中性子源９は、格納容器Ａ、Ｂ内に等量の中性子を放出している。この放出された中性子が反跳陽子７を生成し、この反跳陽子７が荷電粒子８を生成する機構は、第１の実施形態において説明しているので、ここではその説明を省略する。また、図５においても、反跳陽子７及び荷電粒子８の記載を省略する。
本実施形態に係る水素濃度計５００であれば、格納容器Ａ内に配置された一対の電極１、２間の起電力を、基準となる起電力（以下、「基準起電力」ともいう。）とすることができる。この基準起電力と、格納容器Ｂ内に配置された一対の電極１、２間の起電力とを比較することで、監視対象気体の水素濃度をより正確に測定することができる。
本実施形態に係る水素濃度計５００であれば、格納容器Ａ内に配置された一対の電極１、２間の起電力を、基準となる起電力（以下、「基準起電力」ともいう。）とすることができる。この基準起電力と、格納容器Ｂ内に配置された一対の電極１、２間の起電力とを比較することで、監視対象気体の水素濃度をより正確に測定することができる。
なお、本実施形態では、格納容器Ａ、Ｂ内に等量の中性子が放出されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、格納容器Ａ側に向かって放出される中性子５を遮蔽し、格納容器Ｂ側に向かってのみ中性子５が放出される場合であっても、上述の実施形態と同様の作用効果を奏する。なお、放出された中性子５を遮蔽する場合には、例えば中性子の通過を防止する部材を用いる。
＜変形例＞
上述の実施形態の変形例に係る水素濃度計は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と、第３の実施形態に係る水素濃度計３００とを併用した水素濃度計である（図示せず）。本変形例に係る水素濃度計を例えば原子炉建屋の天井付近に設置する。本変形例に係る水素濃度計であれば、放射線量の低い場合には、比較的高い感度を有する水素濃度計３００を用いて、監視対象気体の水素濃度を測定することができる。また、水素濃度計周辺の環境が高温・高放射線量となり水素濃度計３００が使用できなくなった場合には、水素濃度計１００を用いて監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
以上のように、本変形例に係る水素濃度計であれば、通常の測定環境下でも監視対象気体の水素濃度を測定できるし、過酷な測定環境下でも監視対象気体の水素濃度を測定できる。
上述の実施形態の変形例に係る水素濃度計は、第１の実施形態に係る水素濃度計１００と、第３の実施形態に係る水素濃度計３００とを併用した水素濃度計である（図示せず）。本変形例に係る水素濃度計を例えば原子炉建屋の天井付近に設置する。本変形例に係る水素濃度計であれば、放射線量の低い場合には、比較的高い感度を有する水素濃度計３００を用いて、監視対象気体の水素濃度を測定することができる。また、水素濃度計周辺の環境が高温・高放射線量となり水素濃度計３００が使用できなくなった場合には、水素濃度計１００を用いて監視対象気体の水素濃度を測定することができる。
以上のように、本変形例に係る水素濃度計であれば、通常の測定環境下でも監視対象気体の水素濃度を測定できるし、過酷な測定環境下でも監視対象気体の水素濃度を測定できる。
１ 第１の電極
１ａ 面
２ 第２の電極
２ａ 面
３ 抵抗
４ 電圧計
５ 中性子
６ 陽子
７ 反跳陽子
８ 荷電粒子
９ 中性子源
１０ａ 金属配線
１０ｂ 金属配線
１１ 金属薄膜
１１ａ 第１の金属薄膜
１１ｂ 第２の金属薄膜
１２ 仕切り壁
１００ 水素濃度計
２００ 水素濃度計
３００ 水素濃度計
４００ 水素濃度計
５００ 水素濃度計
Ａ 格納容器
Ｂ 格納容器
１ａ 面
２ 第２の電極
２ａ 面
３ 抵抗
４ 電圧計
５ 中性子
６ 陽子
７ 反跳陽子
８ 荷電粒子
９ 中性子源
１０ａ 金属配線
１０ｂ 金属配線
１１ 金属薄膜
１１ａ 第１の金属薄膜
１１ｂ 第２の金属薄膜
１２ 仕切り壁
１００ 水素濃度計
２００ 水素濃度計
３００ 水素濃度計
４００ 水素濃度計
５００ 水素濃度計
Ａ 格納容器
Ｂ 格納容器
Claims (3)
- 気体中の水素濃度を測定する水素濃度計であって、
第１の金属で形成された第１の電極と、
前記第１の金属とは仕事関数の異なる第２の金属で形成された、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極または前記第２の電極は、中性子の照射により生成された反跳陽子によって、前記第１の電極と前記第２の電極との間で電離生成された荷電粒子を検出する電極であることを特徴とする水素濃度計。 - 前記第１の電極と前記第２の電極との間を、前記第１の電極と前記第２の電極との延在方向に沿って前記中性子が通過するように中性子源を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水素濃度計。
- 前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素濃度計。
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