JPH0462031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は原子炉など、放射線を発生する装置
に於て、漏洩放射線を検出するための装置に関す
る。

原子炉に於ては、大量の放射線が漏洩する惧れ
があるので、常時、放射線漏れを監視しなければ
ならない。

医療設備、研究設備にあつても、治療用、診断
用に放射線を使つたり、放射性物質を利用した
り、或は実験用に放射線を用いたりする。

放射線は、人体に様々な悪影響を及ぼすから、
極めて有害である。

しかし、人間の五官には全く感じないので、放
射線漏洩の危検性は倍加する。

放射線は、アルフア線、ベータ線、ガンマ線、
中性子線などがある。

アルフア線、ベータ線は荷電粒子であつて、一
般に飛程が短かい。漏洩放射線という点で、あま
り問題にならない。

漏洩の問題が深刻なのは、ガンマ線や中性子線
である。これらは荷電粒子でなく、他の原子など
と相互作用する確率が低いため、容易に減衰せず
遠方まで飛んでゆくからである。

ガンマ線に対する中性子線の人体に対する相対
的な危険率をRBE（生物学的効果比）という。こ
の値は確定しているわけではなく、１〜25の値が
仮定されて被曝量などが計算される。

ガンマ線の被曝によつて、ガンや白血病が誘発
される、と言われている。被曝の量とガンなどが
誘発される確率は比例するわけではない。低線量
被曝であつても発ガンの頻度を高めることがあ
る。

従つてガンマ線の漏洩は少しくらいならあつて
も差支えない、というものではなく、全くないの
が望ましいのである。中性子線も同様である。

(イ) 従来技術とその問題点 放射線の測定装置として、ガイガーミユラー計
数管が古くから用いられている。

円筒形の容器の中に電極を設け、気体を充墳
し、電極間に高電圧を加えておく。放射線が容器
内に入ると、気体がイオン化され電極間にイオン
電流が流れるから、これを増幅して放射線の強さ
を知る。気体電離を利用した検出器である。

気体利用検出器にかえて、ガンマ線、Ｘ線など
の検出には、ゲルマニウム、シリコンなど半導体
を用いた固体検出器が用いられるようになつてき
た。高電圧が不要で、電気回路が単純で、しかも
素子そのものが小型で取扱いに便利だからであ
る。又検出感度も高い。

小型で、高感度であるのは、センサとして理想
的である。しかし、反面、高価であつて数多く使
用する、という事は難しい。

従来、漏洩放射線の検出には、このような小型
の検出器を用いていた。原子炉、医療用機器など
放射線の発生する装置の周囲に、離散的に放射線
検出器を設置し、これらにより、放射線漏れの有
無を監視していた。

しかし、原子炉の周囲にくまなく検出器を並べ
るわけではない。このため、放射線漏れが生じた
箇所に、かならずしも検出器が設置してあるとは
限らない。

ガンマ線のように直進性の強い放射線の場合
は、狭い範囲の外壁の隙間からでも漏れ出ること
ができる。このような細いガンマ線ビームは、二
次Ｘ線、二次ガンマ線を出さない限り、検出器に
かからない事の方が多い、と考えられる。

ガンマ線、中性子線の漏洩の可能性の高い箇所
は知れているとしても、実際にどの部位でガンマ
線などが漏れるかは、予め知る事ができない。

検出器の数を増せば良いのであるが、高価であ
るから、それにも限界がある。

検出器を大型化するのもひとつの可能性であ
る。しかし、大口径のゲルマニウム単結晶を引上
げるのは難しいし、ウエハプロセスも難しいもの
になり、大型化することも困難である。

(ウ) 発明の目的 本発明は、原子炉などの漏洩放射線を広い範囲
にわたつて検出することのできる、安価で、簡単
な構成の放射線被曝量検出器を与えることを目的
とする。

(エ) 光フアイバのガンマ線照射による損失増加 光フアイバは、石英系、多成分ガラス系、プラ
スチツク系のフアイバに大別できる。

石英（ガラス）系の光フアイバは、最も伝送損
失が低いので、長距離伝送に向いている。

石英系の光フアイバは、コア、クラツドが石英
ガラスに不純物を添加したものよりなり、この外
側をシリコン樹脂で一次被覆し、さらにナイロン
などで二次被覆したものである。

コアとクラツドの材質の組合わせによつて、石
英系の光フアイバにも２種類ある。

ひとつは、コアが純石英と、TiO₃、GeO₂、
P₂O₅などのドーパントよりなり、クラツドが石
英よりなるようなフアイバである。これはコーニ
ング社などの光フアイバである。

石英は極めて屈折率の低い透明媒質であり、こ
れより屈折率の低い媒質に適当なものがなかつた
ので、これをクラツドにしている。石英にTi，
Ge、Ｐの酸化物を僅かに混合すれば、屈折率が
増加する。そこで、石英にこれら酸化物をドープ
した媒質をコアとしている。

いまひとつの光フアイバは、コアが純石英で、
クラツドが石英にB₂O₃を添加した材料を用いる
ものである。

石英に添加した場合、石英の屈折率を下げるこ
とのできる添加物として、B₂O₃が適しているこ
とが発見され、これによつて製造されたフアイバ
である。

石英より、屈折率の低いガラスとして、フツ
素、塩素などを含むハロゲン化物含有ガラスが知
られている。純石英をコアとし、ハロゲン含有ガ
ラスをクラツドとする光フアイバも提案されてい
る。しかし、これはＦ、ClとSiの結合に難があつ
て、必ずしも、実用的に使用できる光フアイバに
はなつていない。伝送損失も大きい。

コアにGeO₂をドープした石英光フアイバは、
ガンマ線の照射によつて、伝送損失が増加する、
という事が知られている。

コアにB₂O₃をドープした石英系光フアイバは、
中性子線の照射により、伝送損失が増加する、と
いう事も推定されている。

これらの光フアイバを使えば、ガンマ線、中性
子線の有無を検出する分布形の検出器ができるは
ずである。発光素子と受光素子と光フアイバを組
合わせて、伝送損失を測定すれば良いのである。

しかし、発光素子の光量は必ずしも一定してい
るわけではなく、受光素子の出力を測定するだけ
では、定量的な被曝量の測定はできない。

さらに、光フアイバに曲げや引張り力が加わつ
たりしたために、伝送損失が変化したりする事も
ある。このような要因と、放射線被曝とを区別す
る必要がある。

ある種の光フアイバは、ガンマ線照射によつ
て、特定の波長の光の損失が増え、他の波長の光
の損失は変らない、といつたような性質を持つて
いる。つまり、波長伝送損失特性がガンマ線によ
つて変化するのである。全ての波長の光に対し
て、伝送損失が一様に増加するのではない。

第２図はコアが純石英で、クラツドがフツ素を
ドープした石英、これにシリコン樹脂、ナイロン
を一次、二次被覆した光フアイバの、波長に対す
る伝送損失を測定した結果を示すグラフである。
コア径は50μｍφ、クラツド径が125μmφのマル
チモードフアイバである。横軸は光フアイバの中
を透過する光の波長（μｍ）である。縦軸は伝送
損失（dB／Km）である。縦軸は対数目盛で表示
してある。

実線はガンマ線照射前の伝送損失のグラフであ
る。破線はガンマ線照射終了後10日経過した時の
伝送損失のグラフである。

ガンマ線は10⁵Rad／Ｈの強さのものを１時間
照射した。つまり照射線量は0.1MRadである。

ここで、1Radは、対象物１ｇに、100エルグの
放射線エネルギーが吸収されたという量を表わ
す。0.1MRadであるから、１ｇあたり１ジユー
ルのエネルギーが吸収された、という事である。

この光フアイバは、光の波長が0.9μｍ以上であ
れば、ガンマ線照射によつて、殆ど伝送損失は増
えず、波長が0.8μｍ以下の光に対しガンマ線照射
により伝送損失が増加する。このような、不均一
な特性を持つている。ガンマ線に対する感受性
は、0.9μｍ以上の波長の光に対しては殆ど０で、
0.8μｍ以下の波長の光に対し、波長が短かくなる
ほど増大する、という事が言える。

このように、ガンマ線照射による光フアイバ伝
送損失に、強い波長依存性があるので、例えば波
長の異なる２つの光の伝送損失を比較することに
よつて、ガンマ線被曝の有無、ガンマ線の被曝量
などを知ることができる。

(オ) 発明の構成 第１図は本発明の放射線被曝量検出器の概略構
成図である。

１は原子炉容器や医療用、実験用の放射線発生
装置を意味する。ここでは単に円柱形に図示した
が、形状、寸法は任意である。この周囲に前述し
たような、波長により被曝特性の異なる光フアイ
バを巻きつけ、光フアイバコイル２とする。

光フアイバコイル２の一端には、光コネクタ４
が取付けられ、ここへ、発光素子３の光が入射す
るようになつている。発光素子３は十分広い発光
波長帯域を持つものでなければならない。例えば
白熱電球などがよい。

発光素子３から発生した多様な波長の光は、光
フアイバコイル２の中を通り抜けて、他端に取付
けた光コネクタ５から出射する。出射光は、多様
な波長の光を含んでいる。これをビームスプリツ
タ６で２本の光束に分ける。

この光を、特定の波長を持つ２本の光にする。
このため、例えば、透過光と反射光に対し第１フ
イルタ７、第２フイルタ８を置いて所望の波長の
光を選択的に取り出す。

２つの波長の異なる光を取出せばよいのである
が、これはガンマ線照射によつて、伝送損失が著
しく変わるものと、変わらないものの２種類の光
であれば、どのような組合せであつても差支えな
い。

例えば、第１フイルタ７は0.6μｍ程度の波長の
光のみを通すフイルタとし、第２フイルタ８は、
例えば1.05μｍ程度の光のみを通すフイルタとす
る。

それぞれの光は、第１受光素子９、第２受光素
子１０に入射する。各受光素子９，１０の出力
は、第１増幅器１１、第２増幅器１２によつて増
幅される。これは、それぞれの波長の光の受光量
に比例した出力P₁，P₂を与える。

これが半定回路１３に入力される。

(カ) 作用 原子炉容器１から放射線の漏れがない場合は、
0.6μｍの光の強度P₁も1.05μｍの光の強度P₂もほ
ぼ一定で安定している。

発光素子３のパワー変動があつて、P₁，P₂が
変動したとしても、その比P₁／P₂は一定である。

原子炉容器１に何らかの欠陥が起こり、放射線
が外部へ漏洩したとする。この場合光フアイバコ
イル２が放射線に被曝する。

光フアイバの波長対透過率特性が第２図に示し
たように変化する。この例では、0.6μｍの波長の
光の減衰量が大きく、1.05μｍの波長の光の減衰
量は変らない。つまり、P₂は変らないが、P₁が
減少する。判定回路１３は比P₁／P₂の減退の度
合から、ガンマ線のトータルの被曝量を算出す
る。

判定回路１３は、ガンマ線被曝があつた事と、
被曝の度合を検出できるが、十分な感度がとれな
い場合は、被曝の有無を判定するだけにしても良
い。

(キ) 他の構成 受光素子側では、この例に於て、ビームスプリ
ツタ６とフイルタ７，８を使つている。しかし、
異なる透過特性を有する２以上の波長の異なる光
を検出すれば良いのであるから、他の構成も考え
られる。

例えば、プリズムなどの分光器と、分光された
光をフオトダイオードアレイによつて検出するよ
うにしても良い。また分光器の周りを、フオトダ
イオードが移動するようにして、各波長の光強度
を継時的に測定するようにしても良い。

波長ごとに、光の伝送損失が分れば、より詳し
く、ガンマ線被曝による伝送損失の変化が分るの
で、より定量的なガンマ線被曝量を求めることが
できる。

さらに、受光素子をひとつにして、発光素子の
方で発光波長をスキヤンさせて、それぞれの波長
の光の伝送損失を測定するようにする事もでき
る。

(キ) 効果 (1) 原子炉など放射線を発生する装置の、全体を
広く覆うことのできる分布型の検出器を与え
る。従つて、この装置の全ての部分での放射線
漏れを検出できる。離散的に小さな検出器を設
置するのと違つて、漏洩の見落しがない。

(2) 構造が簡単で安価である。

１本の光フアイバと、発光源、分光器、受光素
子などで検出器を鹸成できるからである。

(3) フエイルセーフ構成をとる事ができる。もし
も光フアイバが断線すると、検出器として機能
しないが、断線すると受光素子に光が全く入射
されなくなるから、断線である事が分る。断線
か放射線被曝かが区別できないとしても、何ら
かの異常が起つた事は分る。異常事態を見落す
という事がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光フアイバによる放射線被曝
量検出器の構成図。第２図はクラツドにフツ素を
ドープした石英光フアイバのガンマ線照射前と後
10日に於ける光の波長に対する伝送損失を示すグ
ラフ。横軸は光の波長（μｍ）、縦軸は伝送損失
（dB／Km）である。実線はガンマ線照射前、破線
は照射後の伝送損失を示している。 １……原子炉容器、２……光フアイバコイル、
３……発光素子、４，５…光コネクタ、６……ビ
ームスプリツタ、７，８……フイルタ、９，１０
…受光素子、１１，１２……増幅器、１３……判
定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放射線を発生する装置の周囲に巻き回わされ
   る放射線被曝により光の伝送損失の分光特性が変
   化する光フアイバと、少なくとも２波長以上の光
   を発光でき前記光フアイバにこれらの光を入射さ
   せる発光素子と、光フアイバの他端から出射され
   た光を受光し少なくとも２種類以上の波長の光に
   対応する受光強度を検出する１又は２以上の受光
   素子と、受光素子から２以上の波長の光に対する
   光強度出力を得て光フアイバの伝送損失の分光特
   性の変化から、光フアイバの放射線被曝を検出す
   ることとした判定回路とよりなる事を特徴とする
   光フアイバによる放射線被曝量検出器。