JP5356999B2

JP5356999B2 - 放射線検出器

Info

Publication number: JP5356999B2
Application number: JP2009287607A
Authority: JP
Inventors: 健一茂木; 正一中西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP2011128053A

Description

この発明は、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、粒子線使用施設等の放出管理あるいは放射線管理に用いられる放射性ガスモニタにおいて、試料ガスに含まれる気体状放射性物質の放射能を検出する放射線検出器に関するものである。

従来の、試料ガス中に含まれる気体状放射性物質の放射能を検出するために用いられる放射線検出器は、例えば放射性希ガスの放射能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、β線に対して感度を高くかつ環境からのγ線に対して感度を低くするのが望ましく、このためにセンサは大面積で薄く加工できることが要求される。
この要求を実現するセンサとして、加工性が良く、安価で容易に入手できか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。
光電子増倍管は、プラスチックシンチレータに比べて高価のため、プラスチックシンチレータより口径が小さいものが選択され、口径の違いを吸収してプラスチックシンチレータで発した光を光電子増倍管に効率良く伝達するためにライトガイドを間に介在させている。
ライトガイドは、アクリルを機械加工し、側面に酸化チタン微粉を含む反射材を塗布して光反射層を形成し、放射線入射面側がプラスチックシンチレータに接着剤で光学接合される。一方、光電子増倍管は、ガラス製で熱膨張率がライトガイドと大きく違うため、高粘度のシリコンオイルでライトガイドに光学接合される。（特許文献１参照）

ライトガイドは、検出器ケース内にクッションで固定され、プラスチックシンチレータを含む放射線入射面側が圧力バウンダリーになっているため、ポンプの動作に起因する試料ガスの脈動で、ライトガイドとクッションの境界面の摩擦により静電気が発生して蓄積する。また、ポンプの起動／停止等で試料ガスに大きな圧力変動が発生すると、短時間に多量の静電気が発生する。
蓄積された静電気は、空気絶縁の限界を超えると放電する。
ライトガイド側面の光反射層は、厚すぎると剥がれ易くなるので、適切な厚みに管理されている。そのため光反射層厚では、静電気の放電光の一部が透過して光電子増倍管に伝達され、ノイズとなって指示が突変する障害を発生することがある。

そのため、ライトガイドとクッションの境界面は、静電気が放電に至る電圧まで蓄積されないように、クッションには炭素を多量に含む黒色のニトリルゴムが使用されている。
一般に、体積抵抗率が10¹⁰Ω・cm以下のゴム体は、摩擦で生成された静電気が速やかに中和するため、電荷は光を伴う放電まで蓄積されない。ニトリルゴムは、体積抵抗率が10¹⁰Ω・cmと低いものを容易に入手できるため、放電に至る前に静電気が逐次中和され、放電を防止できる。
クッションとしては、検出器ケースとライトガイドの間に押し込んで固定するように、ニトリルゴムを型に流し込んで成型したもの、または袋状のニトリルゴムにポッティング材を流し込んで固化したものが使用される。ニトリルゴムは黒色のため、ニトリルゴムとポッティング材の間で静電気放電が発生しても遮光するため障害にならない。

また、シリコンオイルの代わりにライトガイドと光電子増倍管を静電気が蓄積しにくい透明ゲル状結合材で密着して接合させた放射線検出器も提案されている。面積の小さい場合に一般的に使用されている透明硬化性接合剤が広い面積に使用した場合に割れを発生し易い弱点を、透明ゲル状結合剤を使用することで解決しようとするものである。（特許文
献２参照）

特公平１−３２４７４号公報特開２００９−２００４６号公報

従来の放射線検出器は、以上のように構成されており、通常の取り扱いでは、放射線検出器を短時間傾けてもシリコンオイルが漏れることはないが、航空機輸送における離着陸時または車輸送で車が傾斜地に長時間停車し、傾いた状態になるとシリコンオイルが漏れることがあった。漏れたシリコンオイルは、ライトガイドとクッションの間に侵入して、ライトガイド側面とそれを固定するクッション材の間に付着すると、シリコンオイルは体積抵抗率が10¹⁴Ω・cmと高いため、このシリコンオイルが原因で運用中に試料ガス脈動に伴う摩擦により静電気が蓄積されて放電が発生する恐れがあった。
そして、発生した強い放電光の極一部は、ライトガイド側面の光反射層を通してライトガイド内に侵入し光電子増倍管に伝達され、ノイズとなって指示が突変して検出器を誤動作させる問題があった。
また、シリコンオイルの代わりに透明ゲル状結合剤を使用したものは、接着力が弱いため温度変化で接合面に隙間が発生し、光伝達が変化する問題があった。

この発明に係わる放射線検出器は、入射する放射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、このシンチレータに接着剤で光学結合されて上記光を伝達するライトガイドと、このライトガイドから伝達された光を電子に変換する光電子増倍管と、この光電子増倍管を上記ライトガイドに光学結合する光結合オイルと、上記ライトガイドと一体成形され上記光電子増倍管を包囲して上記光結合オイルの流出を防止するオイルフェンスと、上記光電子増倍管に電圧を印加すると共に信号の電流パルスを抽出して出力するソケットと、このソケットから出力された電流パルスを電圧パルスに変換する前置増幅器と、上記光電子増倍管が外部の磁界から影響を受けないように遮蔽する磁気シールドと、この磁気シールド、上記シンチレータ、上記ライトガイド、上記光電子増倍管、上記ソケット、上記前置増幅器などの部材を収納する検出器ケースと、この検出器ケースに上記ライトガイドを固定するクッションを備え、上記オイルフェンスに、このオイルフェンスの高さを嵩上げする延長フェンスを設けると共に、この延長フェンスは、嵩上げ高さの調節可能なねじ機構により上記オイルフェンスに取り付けたものである。

この発明に係わる放射線検出器は、上記ライトガイドに一体でオイルフェンスを形成し、上記オイルフェンスに延長フェンスを設けてフェンスの高さを嵩上げしたので、放射線検出器を例えば輸送時に長時間傾けてもシリコンオイルがオイルフェンスを越えて漏れることがなくなるため、漏れたシリコンオイルがライトガイド側面とクッションの間に侵入して発生する静電気放電を防止でき、信頼性の高い放射線検出器を提供できる。
また、シリコンオイルの代わりにライトガイドと光電子増倍管を静電気が蓄積しにくいゲル状結合剤で光学結合し、検出器ケースの内側にねじ込みリングを設け、該ねじ込みリングでソケットを押さえ込むことにより、透明ゲル状結合剤をライトガイドと光電子増倍管に密着させるようにしたので、接合面に隙間が発生して光伝達が変化することがなく、信頼性の高い放射線検出器を提供できると共に、シリコンオイルを使用した場合に必要な光電子増倍管取り付け前後のシリコンオイルの脱泡作業をなくすことができ、組立費を大幅に低減できる効果がある。

この発明の実施の形態１に係わる放射線検出器の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係わる放射線検出器の構成を簡略化して示した断面図である。この発明の実施の形態３に係わる放射線検出器の構成を簡略化して示した断面図である。この発明の実施の形態４に係わる放射線検出器の構成を簡略化して示した断面図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図1は、実施の形態１による放射線検出器の構成を示す断面図である。
図１において、プラスチックシンチレータ１は、入射した放射線のエネルギーを吸収して光に変換する。略円錐台をしたライトガイド２は、光を伝達する光伝達ブロック201と
、その光伝達ブロック201の側面に密着して(重ねて)設けられた光反射層202と、首の部位に光伝達ブロックと一体で加工されたオイルフェンス203から構成されている。
そして、光伝達ブロック201の面積の大きい面は、プラスチックシンチレータ１に光学接
着剤３で光学接合され、プラスチックシンチレータ１の光を光伝達ブロック201に直進さ
せて、または光反射層202で反射させて伝達する。光反射層202は、透明接着剤に酸化チタン微粉を練りこんだもので、乾燥すると白色の層を形成し、酸化チタン微粉で光が反射される。
光電子増倍管４は、ライトガイド２にシリコンオイル（光結合オイル）５で光接合され、ライトガイド２から伝達される光を電子に変換して増倍し、ソケット６は、光電子増倍管４に高圧電源を分割して印加すると共に信号の電流パルスを抽出し、前置増幅器７は、電流パルスを電圧パルスに変換して出力する。

ライトガイド２において、光電子増倍管４側の首の部位は、オイルフェンス203として
一体で削り加工され、光電子増倍管４を包囲してシリコンオイル５の流出を防止する。
オイルフェンス203の外側には、ネジ部203ａが設けられ、このネジ部203ａに穴明きキ
ャップ形状の延長フェンス８のねじ部８ａがねじ込まれる。
磁気シールド９は、外部の磁界の影響を受けないように光電子増倍管４を遮蔽する。
検出器ケース10は、組み込まれたプラスチックシンチレータ１、ライトガイド２、光学接着剤３、光電子増倍管４、シリコンオイル５、ソケット６、前置増幅器７、延長フェンス８、磁気シールド９を収納して、外部から光の侵入を遮断すると共に、外部の電磁ノイズの影響を受けないように光電子増倍管４、ソケット６、前置増幅器７を遮蔽する。
磁気シールド９は、検出器ケース10の内側に設けられたねじ込みリング13に取り付けられる。なお、前置増幅器７は、検出器ケース10には収納せず、検出器ケース10の外部に電磁シールドを施して配置してもよい。
また、放射線検出器を別置の電磁シールド内に収納して使用する場合は、磁気シールド９を省略してもよい。

ライトガイド２は、Oリング11で封止されて検出器ケース10に取り付けられる。
ライトガイド２は、検出器ケース10との間にクッション12がはめ込まれて固定されており、測定対象ガスに対して圧力バウンダリー（圧力境界）として機能する。
測定対象ガスの圧力は、プラスチックシンチレータ１を介してライトガイド２に伝達され、ライトガイド２からクッション12へ伝達されて最終的に検出器ケース10が受け止める。
ライトガイド２の材質としては、一般的にアクリルが使用され、加工性に優れているた
め容易にオイルフェンス203を一体で加工でき、延長フェンス8もアクリルを加工して容易に製作できる。

オイルフェンス203にシリコンオイル５を注入し、シリコンオイル５に混入した気泡を
脱泡処理した後で、ライトガイド２と光電子増倍管４をシリコンオイル５で光学結合し、結合時に巻き込んだ微量の気泡を脱泡処理し、さらに、オイルフェンス203外側のネジ部203ａに、延長フェンス８のねじ部８ａをねじ込むことによりオイルフェンスの嵩上げが行われる。また、延長フェンス８は、後述のようにその高さを調節する必要があるため、上述のねじ機構203ａ、ねじ部８ａによりその高さが調節可能な構造になっている。
オイルフェンス203の高さは、脱泡したシリコンオイル５の層の上に斜めに光電子増倍
管４を接し、空気を巻き込まないように徐々に接合させる作業の障害にならないように決定する。また、延長フェンス８の高さ（長さ）は、航空機が離着陸する際、航空機輸送の離陸角度および着陸角度でシリコンオイル５が流出しないように決定（設定）する。

ポンプ(図示せず)を起動および停止することにより測定対象ガスに発生した圧力変動や放射線検出器が設置された場所の振動は、ライトガイド２に伝達されて、クッション12との間に摩擦を生じるが、クッション12の材質はニトリルゴムで、体積抵抗率が10¹⁰Ω・cm以下と低いため静電気が蓄積されないので静電気放電の障害は発生しない。更に、延長フェンス８によりシリコンオイル５の流出が防止されるので、ライトガイド２の光反射層202とクッション７の接触面は健全な状態が維持される。
また、シリコンオイル５は、高粘性のために、ポンプに起因する試料ガスの圧力変動及び脈動でライトガイド２が微振動しても、ライトガイド２及び光電子増倍管４からのシリコンオイルの剥離は発生しない。

以上のように、ライトガイド２に一体でオイルフェンス203を形成し、オイルフェンス203にねじ込み構造の延長フェンス８を設けてオイルフェンスの高さを嵩上げしたので、輸送時に放射線検出器が長時間傾いた状態になっても、シリコンオイル５はフェンス外に漏れることがなくなるため、濡れたシリコンオイル５に起因する静電気放電を防止でき、信頼性の高い放射線検出器を提供できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、延長フェンス８の上部は開放された構造であるが、実施の形態２は、図２に示すように、光電子増倍管４の径が変わる曲線箇所（傾斜外周面）との隙間を静電気が蓄積しにくい、例えばニトリルゴム製のパッキン１４でシールしてシリコンオイル５を密封したものである。
このように、光電子増倍管４を挿通させた穴開きキャップ状延長フェンス８の穴縁部と、光電子増倍管の外周面間の隙間に、パッキン１４を介在させてシリコンオイル５を密封したので、開放の場合に微量だが経年的にシリコンオイルが蒸発し、光電子増倍管の周辺部材に付着することで発生する静電気放電も防止できるので、長期に亘り信頼性の高い放射線検出器を提供できる。

実施の形態３．
実施の形態１では、ライトガイド２と光電子増倍管４をシリコンオイル５で光学結合したが、実施の形態３における放射線検出器は、図３に示すように、入射する放射線のエネルギーを吸収して光に変換するシンチレータ１と、このシンチレータに接着剤で光学結合されて上記光を直進または反射させて伝達するライトガイド２と、このライトガイドから伝達された光を電子に変換する光電子増倍管４と、この光電子増倍管とライトガイド２とを光学結合する静電気が蓄積しにくい性状の透明ゲル状結合剤１５、この透明ゲル状結合剤の流出を防止するフェンス部２０４、光電子増倍管４に高圧電源を分割して印加すると共に信号の電流パルスを抽出して出力するソケット６と、このソケットから出力された電
流パルスを電圧パルスに変換する前置増幅器７と、光電子増倍管４が外部の磁界から影響を受けないように遮蔽する磁気シールド９と、この磁気シールド、シンチレータ１、ライトガイド２、光電子増倍管４、ソケット６、前置増幅器7などの部材を収納する検出器ケ
ース１０と、この検出器ケースにライトガイド２を固定するクッション１２を備え、検出器ケース１０の内側にねじ込みリング１３を設け、このねじ込みリングでソケット６を、バネ１６を介して押さえ込むことにより、透明ゲル状結合剤１５をライトガイド２と光電子増倍管４とに密着させたものである。

このように、ライトガイド２と光電子増倍管４を透明ゲル状結合剤15で光学結合し、検出器ケース１０とねじ込みリング13とのねじ機構１３ａでソケット６を押さえ込み、経年的な緩みをバネ16で吸収して透明ゲル状結合剤15をライトガイド２と光電子増倍管４に密着させるようにしたので、長期に亘り信頼性の高い放射線検出器を提供できると共に、シリコンオイルを使用した場合に必要であった脱泡作業をなくすことができるため、放射線検出器の組立費を大幅に低減できる効果がある。

実施の形態４．
実施の形態３では、ソケット６を介して透明ゲル状結合剤15を押さえ込むようにしたが、実施の形態４では、図４に示すように、実施の形態３と同様にねじ込みリング１３によって、バネ１８、磁気シールド９、およびパッキン（磁気シールドの内側に設けられ静電気が蓄積しにくい材質の押さえゴム）を介して光電子増倍管４の径が変わる曲線箇所（傾斜外周面）を押圧し、さらに光電子増倍管４を押さえ込むことにより、透明ゲル状結合剤１５をライトガイド２と光電子増倍管４とに密着させたものである。なお、図３と同一構成部分については、説明を省略する。
この実施の形態４の場合、光電子増倍管４の曲線箇所（傾斜外周面）の機械的強度が大きいことから、かつ、支えの接触面積を広く確保できることから、長期に亘り信頼性の高い放射線検出器を提供できると共に、耐震強度を増加することができる効果がある。

１プラスチックシンチレータ
２ライトガイド
２０１光伝達ブロック
２０２光反射層
２０３オイルフェンス
２０４フェンス部
３光学接着剤４光電子増倍管
５シリコンオイル６ソケット
７前置増幅器８延長フェンス
９磁気シールド１０検出器ケース
１１ Oリング１２クッション
１３ねじ込みリング１４パッキン
１５透明ゲル状結合剤１６バネ
１７パッキン（押さえゴム）１８バネ。

Claims

入射する放射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、このシンチレータに接着剤で光学結合されて上記光を伝達するライトガイドと、このライトガイドから伝達された光を電子に変換する光電子増倍管と、この光電子増倍管を上記ライトガイドに光学結合する光結合オイルと、上記ライトガイドと一体成形され上記光電子増倍管を包囲して上記光結合オイルの流出を防止するオイルフェンスと、上記光電子増倍管に電圧を印加すると共に信号の電流パルスを抽出して出力するソケットと、このソケットから出力された電流パルスを電圧パルスに変換する前置増幅器と、上記光電子増倍管が外部の磁界から影響を受けないように遮蔽する磁気シールドと、この磁気シールド、上記シンチレータ、上記ライトガイド、上記光電子増倍管、上記ソケット、上記前置増幅器などの部材を収納する検出器ケースと、この検出器ケースに上記ライトガイドを固定するクッションを備え、
上記オイルフェンスに、このオイルフェンスの高さを嵩上げする延長フェンスを設けると共に、この延長フェンスは、嵩上げ高さの調節可能なねじ機構により上記オイルフェンスに取り付けたことを特徴とする放射線検出器。
上記光電子増倍管を挿通させた上記延長フェンスの上部開口縁部と、上記光電子増倍管の外周面間の隙間に、パッキンを介在させ、このパッキンにより、上記光結合オイルを密封したことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。