JP5276629B2

JP5276629B2 - 放射性ガス測定装置

Info

Publication number: JP5276629B2
Application number: JP2010147328A
Authority: JP
Inventors: 健一茂木; 正樹田口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP2012013424A

Description

本発明は、プロセスから試料ガスをサンプリングして試料ガス中の放射性物質の放射能を測定する放射性ガス測定装置に関する。

従来の放射性ガスモニタは、検出部を構成する試料容器にバウンダリーとしての入射膜が設置され、その入射膜に放射線検出器のシンチレータが向い合うように配置され、フィルタで塵埃を除去された外気が入射膜とシンチレータの間を流れ、放射線検出器と試料容器出口の間に設けられた流量調整弁で外気の流量が調整され、試料容器出口で試料ガスと外気が合流するように構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２−１３３３７８号公報

従来の放射性ガスモニタは、以上のように構成されているので、試料ガスが高温かつ腐食性ガスを含む場合、ポンプ停止時に試料ガスが放射線検出器内に逆流拡散し、腐食性ガスで放射線検出器が腐食して放射線検出器の検出効率が低下するという問題があった。
また、ポンプ運転中は、入射膜（入射窓）の試料側とシンチレータ側の圧力が異なるために入射膜が圧力で撓んで試料容器の実効容積が変化し、さらに、シンチレータが放射線を検出して発する蛍光の反射率が変化するという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ポンプ停止時に腐食性ガスが放射線検出器内に逆流拡散するのを防止し、運転中の入射膜の撓みを防止して、測定対象の放射線を安定して測定できる信頼性の高い放射性ガス測定装置を提供することを目的とする。

この発明に係わる放射性ガス測定装置は、放射性物質処理施設から排出される試料ガスを取り込み移送する試料ガス取り込み移送部、上記試料ガス中の放射性物質から放出される放射線を検出する放射線検出部、上記放射線検出部から出力された検出信号を入力し、上記試料ガスの放射線量を測定する放射線測定部、上記放射線検出部から上記試料ガスを排出する試料ガス排出部を備え、上記放射線検出部は、上記試料ガスが導入される試料容器、上記試料容器に設けられた開口部を塞ぐシート状部材であり、上記試料容器に導入された上記試料ガスの圧力が一方の面にかかる入射窓、上記入射窓の他方の面側に、上記入射窓と所定の間隔を隔てて対向配置されたシンチレータ、上記放射線に対応して上記シンチレータにて発する蛍光を集光し、上記検出信号を出力する放射線検出器、外気を取り込み、上記シンチレータと上記入射窓の他方の面との間の空隙部に移送する外気取り込み移送部、上記外気取り込み移送部に設けられ、上記空隙部に導入された上記外気の上記入射窓の他方の面にかかる圧力が、上記入射窓の一方の面にかかる上記試料ガスの圧力に近づくように、上記外気の流量を調節する流量調節部、上記空隙部に導入された上記外気を上記試料ガス排出部に移送する配管部、上記配管部に設けられ、上記試料ガスの逆流を防止する電磁弁を含むものである。

この発明の放射性ガス測定装置によれば、外気取り込み移送部に外気の流量を調節する流量調節部と、外気を試料ガスに合流させるために移送する配管部に電磁弁を設けたため、外気および試料ガスの流れの制御性を向上させることができ、試料ガスが、放射線検出器側に配管部を経由して逆流しないように調整することが可能であるとともに、入射窓の両面にかかる圧力の差がなくなるように外気の流量を流量調節部において調節できるため、運転中の入射膜の撓みを防止して、測定対象の放射線を安定して測定できるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１による放射性ガス測定装置の構成概略図である。本発明の放射線検出部を示す側断面図である。本発明の実施の形態１の入射窓の断面図である。本発明の実施の形態２の入射窓の断面図である。本発明の実施の形態３の試料ガスフィルタの断面図である。本発明の実施の形態４のスチールウールユニットの断面図である。

実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態１について、図１〜図３を用いて説明する。
図１は、この発明の放射性ガス測定装置（放射性ガスモニタ）の構成図であり、この放射性ガス測定装置は、主に源流点の雑固体焼却設備の排気筒（図示せず）、または復水器排気管（図示せず）等の放射性物質処理施設から、試料ガスを取り込むとともに放射線計測のための精製を行い、後段の放射線検出部２まで移送する試料ガス取り込み移送部（サンプリング部）１と、サンプリングされた試料ガス中の気体状放射性物質から放出される放射線を検出して検出信号を出力する放射線検出部２と、検出信号を計測して放射線量を測定する放射線測定部３と、試料ガスを排出する試料ガス排出部４によって構成されている。

図１に示すように、試料ガスは、まず、試料ガス取り込み移送部１にて、吸気配管１１を経由して吸気弁１２から導入される。次に、冷却装置１３による冷却で、試料ガスの温度を下げることにより、試料ガスの水蒸気が凝縮して水が生成され、その水に腐食性ガスを溶解させて水溶液の形で除去し、水溶液はオートドレン１３ａから排出される。このように、冷却装置１３からは腐食性ガスが除去された試料ガスが後段へ排出される。ただし、上記のような試料ガスからの腐食性ガスの除去処理を経ても、処理状態によっては腐食性ガスが残留する場合がある。続いて、試料ガスフィルタ１４により試料ガスに含まれる粒子状物質が除去され、流量計１５で流量が測定され、圧力計１６で圧力が測定される。

次に、試料ガスは放射線検出部２に移送される。ここで、図２に試料ガス導入ラインを示すように、放射線検出部２においては、試料ガスは、入口ノズル２１から導入され、試料容器２２を通って出口ノズル２３から排出される。その後、図１に示すように、試料ガスは、試料ガス排出部４に移送される。すなわち、ポンプ１７により試料ガスは排気弁１８から排気配管１９を経由して外部へ排気される。

図２のように、放射線検出部２は、入口ノズル２１から試料ガスが導入される試料容器２２、試料容器２２に設けられた開口部を塞ぐシート状部材であり、試料容器２２に導入された試料ガスの圧力が一方の面（図中の下面）にかかる入射窓２４、入射窓２４の他方の面（図中の上面）側に、入射窓２４と所定の間隔を隔てて対向配置されたシンチレータ２５、放射線に対応してシンチレータ２５にて発する蛍光を集光し、検出信号を出力する放射線検出器２６、外気を取り込み、シンチレータ２５と入射窓２４の他方の面との間の空隙部に移送する外気取り込み移送部２７、外気取り込み移送部２７に設けられ、空隙部
に導入された外気の入射窓の他方の面にかかる圧力が、入射窓の一方の面にかかる試料ガスの圧力に近づくように、外気流路の入口部分で、外気の流量を調節する（絞る）流量調節部２８、空隙部に導入された外気を試料ガス排出部４に移送する配管部３０、配管部３０に設けられ、試料ガスの逆流を防止する電磁弁３１を備えている。また、外気取り込み移送部２７には、外気取り込み口に塵埃を除去するための外気用フィルタ２９が配置され、配管部３０は、試料ガスを後段へ排出する出口ノズル２３に繋げられ、また遮蔽体３２によって放射線検出器２６等の構成部材が囲まれた構成となっている。

ここで、シンチレータ２５としては、入手し易く安価なプラスチックシンチレータが一般的であるが、試料ガスの温度が５０℃を超える場合は、ＣａＦ_２（Ｅｕ）シンチレータ、ＹＡＰ（Ｃｅ）シンチレータ等を使用する。特にＹＡＰ（Ｃｅ）シンチレータは、温度特性が良好で、かつ発光減衰時間が短いため、高温用に好適であるとともに、高計数率の測定に適している。
なお、一般的に、シンチレータは、放射線検出器の構成の一部材であると位置付けられることが多いが、本発明においては、放射線検出器２６は、シンチレータ２５以外の構成を指すものとし、シンチレータ２５と区別して説明している。

入射窓２４を構成するシート状部材としては、プラスチック製で、薄くとも強度を有するマイラーシートが好適であり、図３に示すように、２枚のシートを重ね合わせたものを入射窓２４として用いる。図中上層側で、外気に一面が晒される両面金属蒸着プラスチックシート４２（第二のシートに相当する）としては、マイラーシート４２ａの両面にアルミニウムの金属蒸着膜４２ｂを積層したものが市販されており入手しやすく安価である。両面にアルミニウム層を蒸着させた両面金属蒸着プラスチックシート４２は、蒸着欠損位置が両面で一致する確率は極めて小さいため、片面蒸着のものに比べて遮光信頼性が向上する。
なお、図中下層側で、試料ガスに一面が晒されるプラスチックシート４１（第一のシートに相当する）は、両面金属蒸着プラスチックシート４２より厚みが大きいピンホールのないマイラーシートを使用することが望ましい。

外気用フィルタ２９および流量調節部２８は、放射線検出器２６に直付けして簡素な接続にすることが望ましいが、放射線検出器２６に取り付けることが困難な場合は、検出部の外壁となる遮蔽体３２に取り付けることもできる。
流量調節部２８は、次のような絞り機構部によって構成できる。例えば、放射線検出器２６に外気用フィルタ２９を嵌め込んだ（ねじ込んだ）状態に取り付け、その外気用フィルタ２９から、シンチレータ２５と入射窓２４の間隙（空隙部）に通じる連絡路（外気導入ライン）において、外気の流通路となる管の内径（穴径）で圧損を発生させることにより絞り機構部を構成しても良い。また、上記の絞り機構部以外の構成で、外気流量を調節しても良いことは言うまでもない。

次に、入射窓２４および外気導入ラインの一部となる配管部３０の動作について説明する。入射窓２４のプラスチックシート４１は、試料容器２２のバウンダリーとして機能し、冷却装置１３から排出された試料ガスに残留する腐食性ガスから放射線検出器２６を防護する。腐食性ガスとしては、例えば、雑固体焼却路設備の煙突からの排気をサンプリングした場合は、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ＨＣｌ等であり、復水器排気管からサンプリングした場合は、アンモニア等である。
入射窓２４の両面金属蒸着プラスチックシート４２は、シンチレータ２５が放射線に反応して発した蛍光を反射して光電子増倍管（図示せず）に集光する。

外気導入ライン（外気取り込み移送部２７から放射線検出器２６内を通過して配管部３０および電磁弁３１に到る経路）においては、外気用フィルタ２９で粒子状物質を除去し、例えば、外気と試料ガスの流量比が、１／１０程度となるように流量調節部２８および電磁弁３１によって外気流量の調節を行うことにより、放射線検出器２６の入射窓２４の両面の圧力は、ほぼ同じ圧力となる。配管部３０に設けられた電磁弁３１はポンプ運転中は開状態、ポンプ停止中は閉状態となるように動作して試料ガスの逆流を防止する。

以上のように、外気導入ラインにおいて、外気用フィルタ２９に続いて外気入口部に流量調節部２８を配置し、試料ガスに対する外気の流量比を所定の値以下に制限することで、外気の圧力を、試料ガスの圧力に近づけるように外気流量の調節を行うことができ、さらに、放射線検出器２６下流に試料ガスの逆流を防止する電磁弁３１を設けたため、外気および試料ガスの流れの制御性を向上させることができる。これによって、測定装置運転中の入射窓２４の撓みを防止し、試料容器２２の実効容積を安定化させられるとともに、シンチレータ２５が放射線を検出して発する蛍光の反射効率を安定化でき、測定誤差を低減できる。放射線測定停止中の試料ガスの逆流を防止によって、冷却装置１３から排出された試料ガスに残留する腐食性ガスに起因した放射線検出器２６の劣化を防止でき、放射性ガス測定装置（放射性ガスモニタ）の信頼性を高めることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、入射窓２４のバウンダリーとなるプラスチックシート（第一のシート）４１をマイラーシートで構成する場合について述べた。この実施の形態２では、図４に示すように、プラスチックシート４１に代えて、片面金属蒸着プラスチックシート４３（第一のシートに相当）で入射窓２４を構成している。片面金属蒸着プラスチックシート４３は、試料ガスに晒される側（図中下面側）にマイラーシート４３ａが配置され、両面金属蒸着プラスチックシート（第二のシート）４２と重ね合わせられる側のマイラーシート４３ａの表面（片面）に金属蒸着膜４３ｂが成膜されてなり、金属蒸着膜４３ｂが、マイラーシート４３ａと第二のシート４２に挟まれ、入射窓２４の表面に露出しないように配置されている。そのため、金属蒸着膜４３ｂと両面金属蒸着プラスチックシート４２の蒸着欠損位置が一致する確率が極めて小さくなり、遮光信頼性が向上し、放射線量測定精度を向上させることができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、図５に示すように、試料ガスフィルタ（フィルタ）１４は、フィルタケース１４ａと、フィルタケース１４ａに装着して粒子状物質を除去するフィルタエレメント１４ｂと、フィルタケース１４ａを加熱するヒータ１４ｃを含む構成である。フィルタケース１４ａにヒータ１４ｃを設けて一般的に物質表面で湿気が蓄積されない湿度４０％以下になるように、フィルタエレメント１４ｂを加熱するように構成したため、冬季で外気の温度が低い場合に生じる問題点、つまり、冷却装置１３から排出された試料ガスの温度が戻らずに、湿気がフィルタエレメント１４ｂに蓄積して圧損が大きくなることがなくなり、また、フィルタに蓄積された湿気に揮発性物質が固形化して圧損が増加するという問題を解消でき、ポンプ負荷を軽減できるとともに、フィルタ交換頻度を低減することが可能となる。

実施の形態４．
この実施の形態４では、図６に示すように、試料ガスが焼却炉煙突の排ガスである場合に、図４に示すように、冷却装置１３の前段（上流）に、筒状部材１０ａに鉄繊維１０ｂを充填したスチールウールユニット１０を設けたため、酸露点以下かつ水露点以上の温度において、試料ガスに含まれる酸性ガスＳＯｘ、ＮＯｘ、ＨＣｌで鉄繊維１０ｂを腐食させ、酸化物を生成させて上記の酸性ガスを除去するとともに、タール状物質を除去することができる。これによって、冷却装置１３から排出される酸性水溶液の酸強度が低減されるため、排水管の腐食を抑制できるとともに、冷却装置１３内部にタール状物質が付着することに起因した冷却性能低下を抑制することが可能となる。

１試料ガス取り込み移送部（サンプリング部）
２放射線検出部３放射線測定部
４試料ガス排出部１０スチールウールユニット
１０ａ筒状部材１０ｂ鉄繊維
１１吸気配管１２吸気弁
１３冷却装置１３ａオートドレン
１４試料ガスフィルタ１４ａフィルタケース
１４ｂフィルタエレメント１４ｃヒータ
１５流量計１６圧力計
１７ポンプ１８排気弁
１９排気配管２１入口ノズル
２２試料容器２３出口ノズル
２４、２４１入射窓２５シンチレータ
２６放射線検出器２７外気取り込み移送部
２８流量調節部２９外気用フィルタ
３０配管部３１電磁弁
３２遮蔽体
４１プラスチックシート（第一のシート）
４２両面金属蒸着プラスチックシート（第二のシート）
４２ａ、４３ａマイラーシート４２ｂ、４３ｂ金属蒸着膜
４３片面金属蒸着プラスチックシート（第一のシート）。

Claims

放射性物質処理施設から排出される試料ガスを取り込み移送する試料ガス取り込み移送部、上記試料ガス中の放射性物質から放出される放射線を検出する放射線検出部、上記放射線検出部から出力された検出信号を入力し、上記試料ガスの放射線量を測定する放射線測定部、上記放射線検出部から上記試料ガスを排出する試料ガス排出部を備え、上記放射線検出部は、上記試料ガスが導入される試料容器、上記試料容器に設けられた開口部を塞ぐシート状部材であり、上記試料容器に導入された上記試料ガスの圧力が一方の面にかかる入射窓、上記入射窓の他方の面側に、上記入射窓と所定の間隔を隔てて対向配置されたシンチレータ、上記放射線に対応して上記シンチレータにて発する蛍光を集光し、上記検出信号を出力する放射線検出器、外気を取り込み、上記シンチレータと上記入射窓の他方の面との間の空隙部に移送する外気取り込み移送部、上記外気取り込み移送部に設けられ、上記空隙部に導入された上記外気の上記入射窓の他方の面にかかる圧力が、上記入射窓の一方の面にかかる上記試料ガスの圧力に近づくように、上記外気の流量を調節する流量調節部、上記空隙部に導入された上記外気を上記試料ガス排出部に移送する配管部、上記配管部に設けられ、上記試料ガスの逆流を防止する電磁弁を含むことを特徴とする放射性ガス測定装置。
上記試料ガス取り込み移送部は、上記試料ガスを冷却する冷却部を備えたことを特徴とする請求項１記載の放射性ガス測定装置。
上記入射窓は、プラスチック製の第一のシートに、両面に金属蒸着膜が形成されたプラスチック製の第二のシートが重ね合わされた多層構造のものであり、上記第一のシートが上記試料容器側に、上記第二のシートが上記シンチレータ側に配置されたことを特徴とする請求項１記載の放射性ガス測定装置。
上記第一のシートは、上記第二のシートが重ねられる側の表面に、金属蒸着膜が形成されたものであることを特徴とする請求項３記載の放射性ガス測定装置。
上記外気取り込み移送部は、上記外気から塵埃を除去するフィルタが設けられるとともに、上記フィルタを加熱するヒータを備えたことを特徴とする請求項１記載の放射線ガス測定装置。
上記試料ガスが、焼却炉煙突から取り込まれた排気ガスである場合、上記外気取り込み移送部に、鉄繊維を充填したスチールウールユニットを設け、上記スチールウールユニットにてタール状物質を除去した上記試料ガスを、上記冷却部に供給することを特徴とする請求項２記載の放射性ガス測定装置。