JP5450267B2

JP5450267B2 - 放射線測定装置

Info

Publication number: JP5450267B2
Application number: JP2010128430A
Authority: JP
Inventors: 健一茂木; 正一中西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: JP2011252873A

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射線管理に用いられる半導体センサを有する放射線測定装置に関する。

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各種施設の放射線管理では、従来から半導体センサを使用した放射線測定装置が使用されている。

このような半導体センサを使用した放射線測定装置は、半導体センサから出力される電流パルス信号の１パルス当たりの電荷量は、ノイズと信号の識別境界レベルで１０^−１５クーロンオーダと極めて微小である。そのために、外部から侵入する電磁誘導ノイズ（例えば、携帯電話や蛍光灯のアーク放電等の電磁波）の影響を受けると、放射線以外の要因によって誤った測定値を出力することになるため、このような電磁誘導ノイズを有効に除去する必要がある。

そこで、従来技術では、放射線を検出する半導体センサおよびこの半導体センサが検出した検出信号を増幅する前置増幅器とを備えた検出部と、この検出部で得られる検出信号を入力して計数率を測定する測定部と、検出部から測定部に検出信号を伝送する同軸ケーブルを内包した検出器ケーブルと、測定部による測定結果を表示したり結果に基づいて警報を出力する指示警報箱とを備えた放射線測定装置において、電磁誘導ノイズを有効に除去するために、次の対策を講じている。

すなわち、検出部を構成する半導体センサと前置増幅器とを共に導電性のセンサケース内に収納するとともに、さらにこれらの半導体センサ、前置増幅器、およびセンサケースを導電性の検出器カバーで覆って電気的に遮蔽している。そして、センサケースを当該センサケースを支持する架台から電気的に絶縁した状態で検出信号伝送用の同軸ケーブルのシールド（外部導体）に接続し、さらにこの同軸ケーブルを指示警報箱内を経由して検出器ケーブルに内包された同軸ケーブルのシールドに接続してノイズレベルの低い測定部で接地している。また、検出器カバーや架台は指示警報箱の導電性の外ケースに電気的に接続し、この指示警報箱の外ケースを放射線検出現場にて接地している（例えば、下記の特許文献１等参照）。

特開２００９−１７４９５６号公報

このように特許文献１記載の従来の放射線測定装置は、検出部となる半導体センサと前置増幅器をセンサケース内に収め、さらにこれを導電性の検出器カバー内に収納してシールドしているものの、指示警報箱の外ケースや検出器カバーを他設備の接地と共用されることが多い放射線検出現場にて接地しているため、現場接地線から混入したノイズが、指示警報箱の外ケースおよびセンサケースとの間の浮遊容量を介して検出器ケーブルに内包されている検出信号伝送用の同軸ケーブルのシールドや電源ケーブルの０Ｖ線に静電結合して、最終的に前置増幅器にノイズが侵入することがあった。また、検出信号伝送用の同軸ケーブルを内包する検出器ケーブルの最外層は何等シールドされていないため、携帯電話や蛍光灯のアーク放電等の空中伝播ノイズが検出器ケーブルに内包されている同軸ケーブルを経由して半導体センサに侵入することがあった。

このように、従来技術では、現場接地線からのノイズ侵入や信号伝送における空中伝播ノイズ侵入を防止する対策が未だ不十分でノイズの影響を受け易く、半導体センサから出力される微小な電流パルス信号の検出精度を高めるのが難しいという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、耐ノイズ性を強化した信頼性の高い放射線測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、放射線を検出する検出部と、この検出部から出力される検出信号を入力して計数率を測定する測定部と、上記測定部による測定結果を表示したり測定結果に基づいて警報を出力する指示警報箱と、上記検出部から上記測定部に検出信号を伝送する同軸ケーブルを内包した検出器ケーブルとを備え、上記指示警報箱に上記検出部が設置されており、また上記検出部は、放射線検出用の半導体センサ、この半導体センサが検出した信号を増幅する前置増幅器、これらを収納する導電性のセンサケース、これらを支持する架台、およびこれらを覆う導電性の検出器カバーを有する放射線測定装置において、次の構成を採用している。

すなわち、本発明では、上記検出器カバーおよび上記架台を上記指示警報箱から絶縁するとともに、上記検出器ケーブルには最外殻シールド層を設ける一方、上記検出器カバーを上記架台に、この架台を上記検出器ケーブルに内包された接地線にそれぞれ電気的に接続し、これにより上記検出信号に対する第１アウタシールドを形成し、また、上記指示警報箱を上記検出器ケーブルの最外殻シールド層に電気的に接続し、これにより上記検出信号に対する第２アウタシールドを形成し、また、上記センサケースを上記架台と絶縁した状態で上記前置増幅器の検出信号のリターンであるコモン端子を経由して上記検出器ケーブルに内包される上記同軸ケーブルのシールドに電気的に接続し、これにより上記検出信号に対するインナシールドを形成し、上記第１アウタシールドを構成する上記接地線と、上記第２アウタシールドを構成する最外殻シールド層と、上記インナシールドを構成する同軸ケーブルのシールドとを共に上記測定部にて１点接地することで、検出信号をノイズから電磁シールドにより保護することを特徴としている。

本発明によれば、第１、第２のアウタシールドとインナシールドとによる電磁シールドで検出信号を囲繞して各シールドをノイズレベルの低い測定部において１点接地しているので、現場接地から指示警報箱を経由して半導体センサにノイズが侵入したり、携帯電話や蛍光灯のアーク放電等の空中伝播ノイズが検出器ケーブルの最外殻シールド層や検出器ケーブルに内包された検出信号伝送用の同軸ケーブルを経由して半導体センサに侵入するのを確実に遮断することができる。そのため、検出部で得られる検出信号の耐ノイズ性が向上し、信頼性の高い放射線測定装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１における放射線測定装置の構成図である。本発明の実施の形態２における放射線測定装置の要部構成図である。本発明の実施の形態３における放射線測定装置の要部構成図である。本発明の実施の形態４における放射線測定装置において、検出器ケーブルの最外殻シールド層の接続状態を示す説明図である。本発明の実施の形態５における放射線測定装置において、検出器カバーの構成を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における放射線測定装置の構成図である。

この実施の形態１の放射線測定装置は、放射線を検出する検出部１と、この検出部１から出力される検出信号を入力して計数率を測定する測定部４と、検出部１から測定部４に検出信号を伝送する後述の同軸ケーブル３１を内包した検出器ケーブル３と、測定部４による測定結果を表示したり結果に基づいて警報を出力する指示警報箱２とを備える。そして、検出部１は指示警報箱２の上に設置されている。

検出部１は、半導体センサ１１、前置増幅器１２、これらを収納するセンサケース１３、これらを支持する架台１７、さらにソレノイド１４やシャッター１５、およびこれらを覆う検出器カバー１８を有する。

ここに、半導体センサ１１は、放射線を検出して電流パルス信号を出力する。前置増幅器１２はこの電流パルス信号を電圧パルス信号（以下、単に検出信号という）に変換増幅して信号出力端子１２１から出力し、コモン端子１２２からリターンさせる。半導体センサ１１および前置増幅器１２を動作させるための電源は、プラス電圧端子１２３、マイナス電圧端子１２４、０Ｖ端子１２５から供給される。

センサケース１３は、放射線を透過する例えばアルミニュウム等の薄肉の導電性の材料からなり、半導体センサ１１と前置増幅器１２を内包して電気的に遮蔽している。また、架台１７は、例えば鋼鉄製などの導電性金属からなるもので、センサケース１３、ソレノイド１４、シャッター１５、および半導体センサ１１の動作チェック用のチェック線源１６を支持している。

ソレノイド１４は、半導体センサ１１の動作確認のためのチェック時に測定部４からの制御信号に応じて常時閉のシャッター１５を開にし、チェック線源１６から放出される放射線をセンサケース１３に開口された照射穴１３１を通して半導体センサ１１に照射する。

検出器カバー１８は、放射線を透過する例えばプラスチック製のケース本体１８１の内面に導電層１８２を設けて構成されており、上記の半導体センサ１１、前置増幅器１２、センサケース１３、架台１７、ソレノイド１４、シャッター１５等を覆って電気的に遮蔽している。

指示警報箱２は、鋼鉄製などの導電性の外ケース２１に、例えば測定部４で測定された放射線量を表示する指示計２２や、放射線量高警報を報知するランプ２３やブサー２４が取り付けられるとともに、検出器ケーブル３を接続するコネクタ２１１が設けられている。

一方、測定部４は、検出部１から検出器ケーブル３を介して入力される検出信号に基づいて計数率を測定して放射線量に変換する。そして、放射線量の測定結果や放射線量が所定のレベルを超えた場合の放射線量高警報信号を検出器ケーブル３を介して指示警報箱２に出力する。また、測定部４は、検出部１に対して検出器ケーブル３を介して制御信号を出力することでソレノイド１４を駆動する。

検出器ケーブル３は、その一端側が指示警報箱２に設けられたコネクタ２１１に、他端側が測定部４に設けられたコネクタ４１にそれぞれ接続されており、検出部１から測定部４に検出信号を伝送する同軸ケーブル３１、測定部４から半導体センサ１１および前置増幅器１２を動作させるためのＤＣ電源を供給するＤＣ電源ケーブル３２、ソレノイド１４に制御信号を伝送する制御信号ケーブル３３、指示警報箱２に測定された放射線量を示す放射線量信号を伝送する放射線量信号ケーブル３４、および放射線量高警報信号を伝送する警報信号ケーブル３５を備えており、これらの各ケーブル３１〜３５が最外殻シールド層３６に内包されて複合ケーブルとして構成されている。

次に、上記構成の放射線測定装置における各部の電気的な接続関係について具体的に説明する。

前置増幅器１は、その信号出力端子１２１が同軸ケーブル２５の内部導体（以下、芯線という）２５１に、コモン端子１２２が同軸ケーブル２５の外部導体（以下、シールドという）２５２にそれぞれ接続されている。そして、この同軸ケーブル２５は、指示警報箱２の内部を通過し、コネクタ２１１を経由して検出器ケーブル３に内包される同軸ケーブル３１の芯線３１１とシールド３１２にそれぞれ接続されている。

センサケース１３は、架台１７との間に介在された絶縁板１９１によって架台１７と電気的に絶縁された状態で、図中の符号Ｂで示す箇所で前置増幅器１２のコモン端子１２２に接続されている。そして、このコモン端子１２２は、上記のように同軸ケーブル２５のシールド２５１に接続されるとともに、図中の符号Ａで示す箇所でＤＣ電源の０Ｖ端子１２５に接続されている。

そして、センサケース１３、指示警報箱２内に設けられた同軸ケーブル２５のシールド２５２、および検出器ケーブル３内の同軸ケーブル３１のシールド３１２によって、検出信号に対するインナシールドＸが形成されている。

一方、検出器カバー１８の導電層１８２と架台１７とは絶縁板１９２によって指示警報箱２から絶縁された状態で、図中の符号Ｃで示す箇所において検出器カバー１８の内面側の導電層１８２が架台１７に、また、図中の符号Ｄで示す箇所において架台１７が指示警報箱２の外ケース２１にそれぞれ電気的に接続され、さらに、この外ケース２１は、図中の符号Ｅで示す箇所において検出器ケーブル３の最外殻シールド層３６に電気的に接続されており、これによって検出信号に対するアウタシールドＹが形成されている。

そして、インナシールドＸを構成する同軸ケーブル３１のシールド３１２とアウタシールドＹを構成する最外殻シールド層３６とを共にノイズレベルの低い測定部４において符号Ｆで示す箇所で１点接地することで、検出信号を２重の電磁シールドによりノイズから保護している。

以上のように、この実施の形態１では、アウタシールドＹとインナシールドＸとによる２重の電磁シールドで検出信号を囲繞してノイズレベルの低い測定部４において１点接地しているので、従来問題となっていた現場接地から指示警報箱２や検出器カバー１８を経由して半導体センサ１１にノイズが侵入したり、検出器ケーブル３の検出信号伝送用の同軸ケーブル３１に携帯電話や蛍光灯のアーク放電等の空中伝播ノイズが侵入するのを確実に遮断することができる。その結果、前置増幅器１２から出力される検出信号の耐ノイズ性は従来の１０倍以上に強化することができ、信頼性の高い放射線測定装置を提供できる。

なお、制御信号ケーブル２９，３３、および警報信号ケーブル２８，３５が商用周波数のＡＣ電源に接続されている場合には、図示してないが、それぞれツイスト線をシールドに内包したシールド線を使用して測定部４でシールドを１点接地するのが望ましいのは言うまでもない。また、ＤＣ電源ケーブル２６，３２についても同様に、図示してないが必要に応じてツイスト線をシールドに内包したシールド線を使用して測定部４でシールドを１点接地してもよい。

実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２における放射線測定装置の要部構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

上記の実施の形態１では、検出器カバー１８の導電層１８２を架台１７に、この架台１７を指示警報箱２の外ケース２１にそれぞれ電気的に接続し、さらにこの外ケース２１を検出器ケーブル３の最外殻シールド層３６に接続して検出信号に対するアウタシールドＹを構成している。

これに対して、この実施の形態２では、図２に示すように、検出器カバー１８の導電層１８２と架台１７とを絶縁板１９２によって指示警報箱２の外ケース２１から絶縁した状態で、図中の符号Ｃで示す箇所で検出器カバー１８の導電層１８２を架台１７に、またこの架台１７を検出器ケーブル３に内包された接地線３９にそれぞれ電気的に接続し、これにより検出信号に対する第１アウタシールドＹ１を形成している。また、指示警報箱２の外ケース２１を検出器ケーブル３の最外殻シールド層３６に電気的に接続し、これにより検出信号に対する第２アウタシールドＹ２を形成している。

そして、第１アウタシールドＹ１を構成する接地線３９と第２アウタシールドＹ２を構成する最外殻シールド層３６とを共に検出器ケーブル３を介してノイズレベルの低い測定部４において１点接地することで、検出信号を電磁シールドによりノイズから保護している。

以上のように、この実施の形態２では、アウタシールドＹとして、第１アウタシールドＹ１と第２アウタシールドＹ２とに区分して形成し、各シールドＹ１，Ｙ２をそれぞれノイズレベルの低い測定部４で接地しているので、検出器ケーブル３の最外殻シールド層３６に誘導されたノイズが、指示警報箱２の外ケース２１から浮遊容量を介してセンサケース１３に、さらにセンサケース１３から半導体センサ１１に結合して侵入するのを確実に防止することができ、実施の形態１の場合よりもさらに耐ノイズ性が向上する。
その他の構成および作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３における放射線測定装置の要部構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３では、センサケース１３に開口されたチェック線源１６の照射穴１３１の外周部または内周部に、例えばアルミニュウム等でできた薄肉の金属シート１３２を導電性接着剤で固定して当該照射穴１３１を塞いでいる。

以上のように、この実施の形態３では、架台１７から半導体センサ１１に結合して侵入するノイズを金属シート１３２で抑制することができるので、実施の形態１の場合よりもさらに耐ノイズ性が向上する。
その他の構成および作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４における放射線測定装置において、検出器ケーブルの最外殻シールド層の接続状態を示す説明図である。

この実施の形態４では、指示警報箱２のコネクタ２１１において、外ケース２１と検出器ケーブル３の最外殻シールド層３６との間を図中の符号Ｇで示す箇所において２点で接続している。また、図示していないが、測定部４側のコネクタ４１についても、検出器ケーブル３の最外殻シールド層３６を同様に２点で接続している。

このようにすれば、指示警報箱２のコネクタ２１１や測定部４のコネクタ４１の接続箇所の接触不良でアウタシールドＹの電磁シールド効果が不安定になるのを一層確実に防止できるので、信頼性の高い放射線測定装置を提供できる。
その他の構成および作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態５．
図５は本発明の実施の形態５における放射線測定装置において、検出器カバーの構成を示す断面図である。

上記の実施の形態１では、検出器カバー１８は、プラスチック製のケース本体１８１の内面に導電層１８２を設け、図１の符号Ｃで示す箇所で導電層１８２を架台１７に電気的に接続している。

これに対して、この実施の形態５では、図５に示すように、検出器カバー１８として、炭素繊維１８３１をプラスチック含浸剤１８３２で固めたＣＦＲＰ（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）製のものを使用し、この検出部カバー１８の炭素繊維１８３１に接地用のリード線１８４を導電性接着剤１８５で接着して外部に引き出し、このリード線１８４を架台１７に電気的に接続している。

これにより、この実施の形態５では、ＣＦＲＰ製の検出器カバー１８が空間を伝播する高周波ノイズに対して良好な遮蔽特性を有することから、高周波電磁ノイズに対して耐ノイズ性の良好な放射線測定装置を提供することができる。

なお、上記の各実施の形態１〜５では、放射線測定装置が指示警報箱２を備えた場合を示したが、指示警報箱２が省かれた構成のものもある。その場合には、検出器カバー１８を密閉状態にするとともに、その導電層１８２または炭素繊維１８３１からのリード線１８４を直接に検出器ケーブル３の最外殻シールド層３６に電気的に接続し、また、検出器ケーブル３内の放射線量信号ケーブル３４や警報信号ケーブル３６が省略される。その他の構成は実施の形態１〜５の場合と同様である。

また、本発明は、上記の実施の形態１〜５の個々について適用する場合に限定されるものではなく、実施の形態１〜５の構成態様を適宜組み合わせることも可能である。さらに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各種の変形を加えることも可能である。

１検出部、１１半導体センサ、１２前置増幅器、１２１信号出力端子、
１２２コモン端子、１２５０Ｖ端子、１３センサケース、１３１照射穴、
１３２金属シート、１６チェック線源、１７架台、１８検出器カバー、
１８３１炭素繊維、１８３２プラスチック含浸剤、１８４リード線、
１８５導電性接着剤、１９１，１９２絶縁板、２指示警報箱、２１外ケース、
２１１コネクタ、３検出器ケーブル、３１同軸ケーブル、
３１１芯線（内部導体）、３１２シールド（外部導体）、３６最外殻シールド層、Ｘインナシールド、Ｙアウタシールド、Ｙ１第１アウタシールド、
Ｙ２第２アウタシールド、３９接地線、４測定部、４１コネクタ。

Claims

放射線を検出する検出部と、この検出部から出力される検出信号を入力して計数率を測定する測定部と、上記測定部による測定結果を表示したり測定結果に基づいて警報を出力する指示警報箱と、上記検出部から上記測定部に検出信号を伝送する同軸ケーブルを内包した検出器ケーブルとを備え、上記指示警報箱に上記検出部が設置されており、また上記検出部は、放射線検出用の半導体センサ、この半導体センサが検出した信号を増幅する前置増幅器、これらを収納する導電性のセンサケース、これらを支持する架台、およびこれらを覆う導電性の検出器カバーを有する放射線測定装置において、
上記検出器カバーおよび上記架台を上記指示警報箱から絶縁するとともに、上記検出器ケーブルには最外殻シールド層を設ける一方、上記検出器カバーを上記架台に、この架台を上記検出器ケーブルに内包された接地線にそれぞれ電気的に接続し、これにより上記検出信号に対する第１アウタシールドを形成し、また、上記指示警報箱を上記検出器ケーブルの最外殻シールド層に電気的に接続し、これにより上記検出信号に対する第２アウタシールドを形成し、また、上記センサケースを上記架台と絶縁した状態で上記前置増幅器の検出信号のリターンであるコモン端子を経由して上記検出器ケーブルに内包される上記同軸ケーブルのシールドに電気的に接続し、これにより上記検出信号に対するインナシールドを形成し、上記第１アウタシールドを構成する上記接地線と、上記第２アウタシールドを構成する最外殻シールド層と、上記インナシールドを構成する同軸ケーブルのシールドとを共に上記測定部にて１点接地することで、検出信号をノイズから電磁シールドにより保護することを特徴とする放射線測定装置。
上記センサケースに開口されたチェック線源の照射穴を導電性接着剤で固定された薄い金属シートでカバーしていることを特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
上記指示警報箱と上記検出器ケーブルの最外殻シールド層との間、および上記測定部と上記検出器ケーブルの最外殻シールド層との間の少なくとも一方側を２点以上で電気的に接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線測定装置。
上記検出器カバーは、炭素繊維をプラスチック含浸剤で固めたＣＦＲＰ（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）製のものであって、上記炭素繊維に接地用のリード線を導電性接着剤で接着して外部に引き出されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放射線測定装置。