JP6012171B2 - 放射線モニタ及び放射線量をモニタする方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所等における放射線モニタに係り、特に、広範囲での測定に好適な放射線モニタ及び放射線量をモニタする方法に関する。

従来、原子力発電所における放射線モニタは、シンチレーション検出器または半導体検出器を使用している。シンチレーション検出器は、放射線が入射すると発光するシンチレーション素子を用いており、検出器の設置位置に検出器用の高圧電源及び前置増幅器用の電源を供給する必要があった。半導体検出器においても、半導体素子にバイアス電圧を印加する必要があり、シンチレーション検出器と同様に前置増幅器が必要であることから、検出器の設置位置に高圧電源及び前置増幅器用の電源を供給する必要があった。それゆえ、検出器の設置位置に、高圧印加用及び前置増幅器用の電源ケーブル、及び信号ケーブルを敷設する必要があり、放射線強度分布を測定するために複数の検出器を設置した場合、多数本のケーブルを敷設する必要があった。

高圧印加用及び前置増幅器用の電源ケーブルを不要とする放射線計測装置としては、シンチレーション光を光ファイバで伝送して測定する装置が、特許文献１、特許文献２等に示されている。特許文献１は、シンチレーションファイバを用いるものであり、特許文献２は、複数のシンチレータを伝送用光ファイバの途中に設ける構成のものである。これらは、ファイバ両端のシンチレーション光到達時間差からシンチレーション位置を決定し、各位置での発光頻度から放射線強度分布を求めるものである。

シンチレーションファイバを用いる構成の装置は、シンチレーションファイバの光伝送損失が大きく、数１０ｍ以上の伝送が困難である。したがって、長い伝送距離（〜１００ｍ以上）を必要とする放射線強度分布を測定する装置の構築はできない。また、一つの伝送用光ファイバの途中に複数のシンチレータを設けた場合、シンチレータ内外の散乱等による散乱・反射成分の影響でシンチレーション光到達時間差によるシンチレーション位置の決定には、不確実性を伴う。

高圧印加用及び前置増幅器用の電源ケーブルを不要とする放射線計測装置としては、他に、光輝尽性ＯＳＬ（Optically Stimulated Luminescence）結晶と光ファイバを組合せた装置が、特許文献３及び特許文献４に示されている。特許文献３は、刺激光の入射から放射光の光電子変換素子への到達時までの時間から発光位置を特定するものであるが、シンチレータの場合と同様に、発光位置での散乱等による散乱・反射成分の影響で光到達時間差による発光位置の決定には、不確実性を伴う。特許文献４は、光ファイバの先端にＯＳＬ結晶を設けた光ファイバにレーザ光を照射し、ＯＳＬ結晶から放出するＯＳＬ光を光ファイバを介して受光計測する装置であるが、一つの検出器に対して光ファイバケーブルを二本使用する必要があることから、放射線強度分布を測定するために複数の検出器を設置した場合、多数本の光ファイバケーブルを敷設する必要があるという問題点がある。

特開平５−２４９２４７号公報 特開平６−２５８４４６号公報 特許第２８９１１９８号公報 特許第３５９１２７５号公報

本発明の目的は、原子力発電所における放射線モニタに係り、特に広範囲での測定に好適な放射線モニタを提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明に係る放射線モニタは、刺激又は発光波長が異なる放射線発光素子をそれぞれ有する複数の放射線モニタ用検出器が光学的に直列に接続された放射線モニタ用検出器の列と、前記列の一端に光学的に接続された、複数の波長の光を入射できる光源と、前記列の他の一端に光学的に接続された、波長毎の光の強度を測定する測定装置と、及び刺激及び発光波長の波長毎の光の強度から前記複数の放射線モニタ用検出器の中の特定された検出器における放射線の線量率を求める演算装置と、を有することを特徴とする放射線モニタ。

本発明に係る放射線量をモニタする方法は、刺激又は発光波長が異なる放射線発光素子をそれぞれ有する複数の放射線モニタ用検出器が光学的に直列に接続された放射線モニタ用検出器の列を用意するステップと、前記複数の放射線モニタ用検出器の中から、モニタする放射線モニタ用検出器に応じた刺激光を入射するステップと、前記刺激光の照射中に発光した発光波長の光の強度を測定するステップと、前記刺激光の前回の照射終了時刻から今回の照射開始時刻までの時間を測定するステップと、前記モニタする放射線モニタ用検出器について測定された前記光の強度と前記時間から、前記検出器における線量率を導出するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、多数本のケーブルを敷設する必要がなく、長い伝送距離を必要とする放射線強度分布を測定する際にも対応可能であるので、例えば原子力発電所における広範囲の放射線モニタを測定することができる。

本発明の実施例１の放射線モニタの構成を示す。 本発明の実施例２の放射線モニタの構成を示す。 本発明の実施例３の放射線モニタの構成を示す。 本発明の実施例４の放射線モニタの構成を示す。 本発明の実施例１から４に用いられる放射線モニタ用検出器の一例の構成を示す。 本発明の実施例１から４に用いられる放射線モニタ用検出器の他例の構成を示す。 本発明の実施例２、４に用いられる放射線モニタ用検出器の一例の構成を示す。 本発明の実施例２、４に用いられる放射線モニタ用検出器の他例の構成を示す。 本発明に係る計数率の時刻変化の一例を示す。 本発明の実施例５に係る線量率測定手順の一例を示す。 本発明の実施例５に係る線量率測定手順の他例を示す。 本発明の実施例５に係る波高値スペクトルの一例を示す。 本発明に係る検出素子の刺激波長と発光波長の一例を示す。

刺激又は発光波長の異なる放射線発光素子を用いた複数の放射線モニタ用検出器を、光ファイバを用いて光学的に直列に接続し、光学的に直列に接続した一端を複数の波長の光を入射できる光源と光学的に接続し、他の一端を波長毎の光の強度を測定する測定装置と光学的に接続する。

測定対象位置の検出器を選定し、検出器に応じた刺激波長の光を照射する。検出器に照射した刺激光によって、検出器では検出素子に応じた特定の波長の光を発光する。発光した光は、光ファイバを通して波長毎の光の強度を測定する測定装置に入射する。測定装置は、入射した光の波高値を弁別するための分光フィルタ又は分光器を有し、検出素子に応じた特定の波長の光に弁別される。弁別された光は、光電子増倍管、増幅器及び多チャンネル波高分析器により、強度を測定される。光電子増倍管の代わりに、アバランシェフォトダイオード等の光-電子変換素子を用いてもよい。

前回刺激光の照射を終了した時刻と、今回刺激光の照射を開始した時刻の差を測定時間とする。測定した光強度と、予め測定により求めた光強度と線量との関係のデータベース及び測定時間の情報を用いて線量率が導出する。検出器毎に線量率の測定を繰り返すことにより、線量率分布の時刻変化を導出する。高圧印加用及び前置増幅器用の電源ケーブルが不要で、複数の計測点を一本の光ケーブルで測定できることから、広範囲での測定に好適な放射線モニタを提供することができる。

以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を参照して説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の好適な一つの実施形態である実施例１の放射線モニタの構成を示す。実施例１の放射線モニタは、図１に示すように、光ファイバ1を用いて、刺激及び発光波長の異なる放射線モニタ用検出器2aを光学的に直列に接続している。図１３は、検出素子の刺激波長と発光波長の一例を示す。光学的に直列に接続した一端は、光スイッチ3と接続する。この光スイッチ3は、発光波長の異なる複数のレーザダイオード9とレーザダイオード9を駆動するレーザダイオードドライバ10に接続しており、データ収集制御用パソコン8の制御信号11によって、測定対象位置の放射線モニタ用検出器2aに刺激波長に対応する波長のレーザを放射線モニタ用検出器2aに照射するように制御する。

放射線モニタ用検出器2aに照射した刺激光によって、検出器内の検出素子から素子の発光波長に応じた特定の波長の光を発光する。これに対し、刺激波長は素子によって異なるように選択されているので、異なる刺激波長の検出素子が内部に設置してある放射線モニタ用検出器2aからは、発光されない。このように、刺激波長を選択することで、複数の放射線モニタ用検出器2aの中の任意の検出器を選択することができる。

刺激光によって生成した発光と刺激光は、光ファイバ1を通して、光学的に直列につないだ複数の放射線モニタ用検出器2aの他の一端に設置された光スイッチ3によって振り分けられ、分光フィルタ4に入射する。異なる波長の光を通す複数の分光フィルタ4を並列に設置し、光スイッチ3に送ったデータ収集制御用パソコン8の制御信号11によって、測定対象位置の放射線モニタ用検出器2aの発光波長に対応する波長のみを選択的に透過する分光フィルタ4に、刺激光と発光した光が導かれる。

分光フィルタ4では、刺激光は透過しないことから発光した光のみが光測定系に導かれる。発光した光は、光電子増倍管5によって電気信号に変換され、増幅器6によって信号増幅された後、多チャンネル波高分析器7により強度を測定され、光強度のデータ12としてデータ収集制御用パソコン8で収集される。

前回刺激光の照射を終了した時刻と、今回刺激光の照射を開始した時刻の情報は、データ収集制御用パソコン8内に保存されており、その差を測定時間とする。また、予め測定により求めた光強度と線量との関係のデータベースも、データ収集制御用パソコン8内に保存されている。測定した光の強度、測定時間及び予め測定により求めた光強度と線量との関係のデータベースを用いて線量率を導出する。検出器毎に、上記の線量率の測定を繰返すことで、線量率分布の時刻変化を導出できる。高圧印加用及び前置増幅器用の電源ケーブルが不要で、複数の計測点を一本の光ケーブルで測定できることから、広範囲での測定に好適な放射線モニタを提供することができる。

［実施例２］
図２は、本発明の好適な一つの別の実施形態である実施例２の放射線モニタの構成を示す。実施例２では、基本的な構成は実施例１と同様であるが、光ファイバ1を用いて、刺激及び発光波長の異なる放射線モニタ用検出器2aを光学的に直列に接続した一端に、光反射体を設けた放射線モニタ用検出器2bを設置し、光学的に直列に接続した他の一端は、光カプラ19と接続することで、異なる構成となっている。

光カプラ19によって分岐した一方を、光スイッチ3と接続する。光スイッチ3は、発光波長の異なる複数のレーザダイオード9とレーザダイオード9を駆動するレーザダイオードドライバ10に接続しており、データ収集制御用パソコン8の制御信号11によって、測定対象位置の放射線モニタ用検出器2a又は2bの刺激波長に対応する波長のレーザを放射線モニタ用検出器2a又は2bに照射するように制御する。

光カプラ19によって分岐したもう一方を通って、刺激光によって生成した発光と刺激光が光スイッチ3によって振り分けられたのち、分光フィルタ4に入射する。異なる波長の光を通す複数の分光フィルタ4を並列に設置しており、光スイッチ3に送ったデータ収集制御用パソコン8の制御信号11によって、測定対象位置の放射線モニタ用検出器2aの発光波長に対応する波長のみを選択的に透過する分光フィルタ4に刺激光と発光した光が導かれる。分光フィルタ4では、刺激光は透過しないことから発光した光のみが光測定系に導かれる。

発光した光は、光電子増倍管5によって電気信号に変換され、増幅器6によって信号増幅された後、多チャンネル波高分析器7により強度を測定され、光強度のデータ12としてデータ収集制御用パソコン8で収集される。前回刺激光の照射を終了した時刻と、今回刺激光の照射を開始した時刻の情報は、データ収集制御用パソコン8内に保存されており、その差を測定時間とする。また、予め測定により求めた光強度と線量との関係のデータベースも、データ収集制御用パソコン8内に保存されている。

測定した光の強度、測定時間及び予め測定により求めた光強度と線量との関係のデータベースを用いて線量率を導出する。検出器毎に、上記線量率の測定を繰返すことで、線量率分布の時刻変化を導出できる。高圧印加用及び前置増幅器用の電源ケーブルが不要で、複数の計測点を一本の光ケーブルで測定できることから、広範囲での測定に好適な放射線モニタを提供できる。

［実施例３］
図３は、本発明の好適な一つの別の実施形態である実施例３の放射線モニタの構成を示す。実施例３では、基本的な構成は実施例１と同様であるが、光スイッチ3と分光フィルタ4の替りに分光器20を設置し、データ収集制御用パソコン8の制御信号11によって、測定対象位置の放射線モニタ用検出器2aの発光波長に対応する波長のみを選択的に測定する。

［実施例４］
図４は、本発明の好適な一つの別の実施形態である実施例４の放射線モニタの構成を示す。実施例４では、基本的な構成は実施例３と同様であるが、光ファイバ1を用いて、刺激及び発光波長の異なる放射線モニタ用検出器2aを光学的に直列に接続した一端に、光反射体を設けた放射線モニタ用検出器2bを設置し、光学的に直列に接続した他の一端は、光カプラ19と接続することで異なる構成となっている。

図５及び図６は、上記の実施例１から４に用いられる放射線モニタ用検出器の一例の構成を示す。図５に示す放射線モニタ用検出器2aは、放射線モニタ用検出器ハウジング13、光レンズ14、検出素子15、検出素子固定用具16で構成される。光ファイバ1より入射した刺激光は、検出器内部に設置した光レンズ14で検出器内部の断面積程度の大きさに拡げられる。検出素子15は、検出素子固定用具16によって検出器内部に固定されており、その断面積は光の断面積と比較して十分小さい面積になっている。検出素子15に照射された刺激光によって、検出素子15が発光する。発光した光と検出素子部分以外を通った刺激光を、光レンズ14で縮小して光ファイバ1に入射する。

また、図６に示すように、放射線モニタ用検出器内部に光レンズ14を設置せず、光ファイバ1の接続位置を除いた場所に光反射体18を設置するようにしてもよい。

図７及び図８は、上記の実施例２、４に用いられる放射線モニタ用検出器２ｂの一例の構成を示す。図７に示された放射線モニタ用検出器2bは、放射線モニタ用検出器ハウジング13、光レンズ14、検出素子15、光反射体18で構成される。光ファイバ1より入射した刺激光は、検出器内部に設置した光レンズ14で検出器内部の断面積程度の大きさに拡げられる。検出素子15は、光反射体18の表面に固定されており、その断面積は光の断面積と比較して十分小さい面積になっている。

検出素子15に照射された刺激光によって、検出素子15が発光する。発光した光と検出素子部分以外を通った刺激光は、光が入射した反対側に設置した光反射体により反射され、光レンズ14で縮小して光ファイバ1に入射する。

図８に示すように、放射線モニタ用検出器内部に光レンズ14を設置せず、光ファイバ1の接続位置を除いた場所に光反射体18を設置するようにしてもよい。

［実施例５］
本発明に係る放射線量をモニタする方法について、その放射線線量率測定手順を、図９の計数率の時刻変化、図１０及び図１１の線量率測定手順、及び図１２の波高値スペクトルに基づいて説明する。放射線モニタ用検出器2a及び2bに対して、それぞれ検出器の刺激波長に応じた波長の光を照射して初期化する。初期化した時刻から測定開始となり、各検出器に対してそれぞれの刺激波長に対応する波長の光を照射するまでの時間が測定時間となる。刺激波長の光を照射している間が読出し時間であり、各検出器は発光波長に対応する光を発光することから、その波長の光の強度を測定する。

図１２は、多チャンネル波高分析器7で測定したスペクトルの一例を示す。波高値の低いところでの計数には、ノイズが含まれている可能性があることから、一定の波高値を下限値として下限値以上を計数する。図９は、下限値以上の計数率の時間変化の一例を示す。刺激波長の光を照射し、検出器を初期化し、初期化を終了した時刻から、刺激波長の光を次に照射開始するまでの時間を測定時間とする。測定時間の後に、刺激波長の光を照射する時間が読出し時間となる。

読出し時間中に、測定された光の計数の積分値を光の強度の測定値とする。この計数と線量が一対一で対応できることから、既知の線量と計数との関係のデータベースを予め作成しておき、測定時間と計数値から、既知の線量と計数との関係のデータベースを用いて線量率を導出する。検出器を設定し、設定した検出器に応じた刺激波長の光を照射し、測定を開始し、また、刺激波長の光を照射し、照射中に発光波長の光を計測し、測定時間と計数値から既知の線量と計数との関係のデータベースを用いて線量率を導出することを繰り返すことで、各位置での線量率の時間変化を測定することができ、線量率分布の時間変化を測定することができる。

1…光ファイバ、2a…放射線モニタ用検出器、2b…放射線モニタ用検出器、3…光スイッチ、4…分光フィルタ、5…光電子増倍管、6…増幅器、7…多チャンネル波高分析器、8…データ収集制御用パソコン、9…レーザダイオード、10…レーザダイオード用ドライバ、11…制御信号、12…データ、13…放射線モニタ用検出器のハウジング、14…光レンズ、15…検出素子、16…検出素子固定用具、17…刺激光及び検出素子からの発光、18…光反射体、19…光カプラ、20…分光器、21…アバランシェフォトダイオード

Claims (7)

1. 刺激又は発光波長が異なる放射線発光素子をそれぞれ有する複数の放射線モニタ用検出器が光ファイバで光学的に直列に接続された放射線モニタ用検出器の列と、
   前記列の一端に光学的に接続されて前記複数の放射線モニタ用検出器の中から、モニタする放射線モニタ用検出器に応じた刺激光を入射できる光源と、
   前記列の他の一端に光学的に接続されて前記刺激光の照射中に前記モニタする放射線モニタ用検出器で発光した発光波長の光の強度を測定する測定装置と、
   該測定装置で測定した前記発光波長の光の強度から前記複数の放射線モニタ用検出器の中の特定された検出器における放射線の線量率を求める演算装置と、を有し、
   前記測定装置は、前記刺激光の照射中に発光した発光波長の光の波高値及び該波高値における計数を測定し、一定の波高値以上の計数から前記発光波長の光の強度を定量し、
   前記測定装置は、前記刺激光の今回の照射開始時刻から照射終了時刻までの照射時間である読み出し時間中に測定された前記発光波長の光の波高値における計数の積分値を前記発光波長の光の強度の測定値とし、
   前記演算装置は、前記発光波長の光の波高値における計数の積分値を前回の照射終了時刻から今回の照射開始時刻までの測定時間で割ることにより計数率を算出し、該計数率に対する線量率のデータベースを参照して線量率を算出することを特徴とする放射線モニタ。
2. 刺激又は発光波長が異なる放射線発光素子をそれぞれ有する複数の放射線モニタ用検出器が光ファイバで光学的に直列に接続された放射線モニタ用検出器の列と、
   前記列の一端に光学的に接続された光反射体と、
   前記列の他の一端で光学的に分岐され、該分岐された一端に光学的に接続されて前記複数の放射線モニタ用検出器の中から、モニタする放射線モニタ用検出器に応じた刺激光を入射できる光源と、
   該分岐された他端に光学的に接続されて前記刺激光の照射中に前記モニタする放射線モニタ用検出器で発光した発光波長の光の強度を測定する測定装置と、
   該測定装置で測定した前記発光波長の光の強度から前記複数の放射線モニタ用検出器の中の特定された検出器における放射線の線量率を求める演算装置と、を有し、
   前記測定装置は、前記刺激光の照射中に発光した発光波長の光の波高値及び該波高値における計数を測定し、一定の波高値以上の計数から前記発光波長の光の強度を定量し、
   前記測定装置は、前記刺激光の今回の照射開始時刻から照射終了時刻までの照射時間である読み出し時間中に測定された前記発光波長の光の波高値における計数の積分値を前記発光波長の光の強度の測定値とし、
   前記演算装置は、前記発光波長の光の波高値における計数の積分値を前回の照射終了時刻から今回の照射開始時刻までの測定時間で割ることにより計数率を算出し、該計数率に対する線量率のデータベースを参照して線量率を算出することを特徴とする放射線モニタ。
3. 前記放射線モニタ用検出器が光レンズを備え、該光レンズは、前記光ファイバから入射される刺激光を拡大して前記放射線発光素子に照射し、あるいは前記放射線発光素子から発光された光を縮小して前記光ファイバに入射する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線モニタ。
4. 前記放射線モニタ用検出器に、前記光ファイバがそれぞれ光学的に接続された各側に、光反射体を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線モニタ。
5. 前記放射線モニタ用検出器の一つは、前記光ファイバから入射される刺激光を拡大する光レンズ、及び前記刺激光が入射する側の反対側に、光反射体を有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線モニタ。
6. 前記放射線モニタ用検出器の一つは、前記光ファイバが光学的に接続された側、及び該側と反対側に、それぞれ光反射体を有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線モニタ。
7. 刺激又は発光波長が異なる放射線発光素子をそれぞれ有する複数の放射線モニタ用検出器が光学的に直列に接続された放射線モニタ用検出器の列を用意するステップと、
   前記複数の放射線モニタ用検出器の中から、モニタする放射線モニタ用検出器に応じた刺激光を入射するステップと、
   前記刺激光の照射中に発光した発光波長の光の強度を測定するステップと、
   前記刺激光の前回の照射終了時刻から今回の照射開始時刻までの時間を測定するステップと、
   前記モニタする放射線モニタ用検出器について測定された前記発光波長の光の強度と前記時間から、前記検出器における線量率を導出するステップと、
   を含み、
   前記刺激光の照射中に発光した発光波長の光の強度を測定するステップでは、前記時間中に発光した発光波長の光の波高値及び該波高値における計数を測定し、一定の波高値以上の計数から前記発光波長の光の強度を定量し、
   前記検出器における線量率を導出するステップでは、前記刺激光の今回の照射開始時刻から照射終了時刻までの照射時間である読み出し時間中に測定された前記発光波長の光の波高値における計数の積分値を前記発光波長の光の強度の測定値とし、前記発光波長の光の波高値における計数の積分値を前回の照射終了時刻から今回の照射開始時刻までの測定時間で割ることにより計数率を算出し、該計数率に対する線量率のデータベースを参照して線量率を算出する
   ことを特徴とする放射線量をモニタする方法。

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