JP5170600B1 - 水素濃度計 - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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