JPH10123070A

JPH10123070A - 水素含有量分析装置

Info

Publication number: JPH10123070A
Application number: JP27328096A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Tamura; 俊幸田村; Takuji Fukazawa; 拓司深澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】高放射性で、材料の種類や密度が不明な被測定
試料に含まれる水素を定量できる（ｎ・γ法）による水
素含有量分析装置を提供する。【解決手段】被測定試料１を中性子減速体系２内に収納
し、中性子減速体系２内に中性子源３を配置する。中性
子減速体系２に対向してγ線遮蔽体７で包囲したγ線コ
リメータ５とγ線検出器４を配置する。被測定試料１は
回転スキャンさせる。γ線コリメータ５が見込む方向の
中性子減速体２ｃには水素を含む材料を使用しない。着
目ピークは2.22ＭｅＶである。γ線コリメータ５にγ線
フィルタ６を入れ、低エネルギーγ線を減衰させる。γ
線検出器４はアンチコンプトン型として高エネルギーγ
線のコンプトンやエスケープピークを除く。Ｚｒのγ
線、Ｆｅのγ線計数を使用して材質（中性子吸収）を識
別、補正する。パルス中性子照射法で、Ｓ／Ｎ比を高め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線計測を利用
した水素含有量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉燃料の再処理で発生する放射性金
属廃棄物を長期間安定に保管するために金属製密封容器
に密封する場合、放射性金属廃棄物に水分や有機物が混
入していると、それらの放射線分解や金属の酸化反応に
より水素ガスが発生し、密封容器の内圧が上昇する可能
性がある。

【０００３】したがって、密封容器内には水分や有機物
などの水素を含む物質の混入を避けなければならない
し、また品質管理のため、密封された放射性金属廃棄物
に有機物などが混入していないことを確認する必要があ
る。

【０００４】従来、この確認は作業員が密封前の放射性
金属廃棄物に紙、布、プラスチックスなどが混入してい
ないことを目視で検査することにより行っていた。しか
し、目視での検査は確実性と定量性が乏しく、また特
に、検査対象の金属廃棄物が放射性の場合には、多大の
労力を要するという欠点がある。

【０００５】従来から、金属構成物に有機物や火薬など
の水素や炭素などの軽元素で構成される物体が入ってい
るか否かを非破壊で検査する技術として、中性子ラジオ
グラフィー法が利用されている。

【０００６】しかし、中性子ラジオグラフィー法は、大
型で密度の大きい金属構成物に少量の水素が混入してい
る場合には水素の定量は困難である。特に、被測定試料
の金属の種類（元素）やその密度（濃度）が一定でな
く、その情報が不明である場合には、少量の水素を定量
することはほとんど不可能である。

【０００７】被測定試料に中性子を照射し、被測定試料
の元素が中性子を吸収したときに発生する元素固有のエ
ネルギーのγ線を検出して被測定試料中の元素を分析す
る中性子捕獲γ線測定方法は非破壊の元素分析法の例と
して知られている。

【０００８】例えば特開平３−150490号公報には中性子
捕獲γ線測定法を用いて検査対象物（旅行かばん）内の
爆発物（窒素を含む化合物）を窒素の捕獲γ線（エネル
ギー10.8ＭｅＶ）を計測して爆発物を検出するための分
析装置が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分析装置では被測定試料自体が強いγ線を放出する放射
性金属廃棄物中に含まれる少量の水素を定量することは
できない。そこで、被測定試料自体が強いγ線を放出す
る放射性大型の金属廃棄物であっても、その中に含まれ
る水素を定量することができる水素含有量分析装置が要
望される課題がある。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、被測定試料自体が放射性で、大型で密度が高
く、その材質金属の種類（元素）が必ずしも明らかでな
い金属廃棄物であっても、その中に含まれる水素を非破
壊的に定量することができる水素含有量分析装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定試料に
中性子を照射し、被測定試料中の元素が中性子を吸収し
たときに発生する元素固有のエネルギーのγ線を検出し
て被測定試料中の元素を分析する中性子捕獲γ線測定法
による放射線計測を利用した装置を主体としている。

【００１２】請求項１に対応する水素含有量分析装置
は、被測定試料に中性子を照射した場合、水素原子核が
熱中性子を捕獲（吸収）した瞬間に放出する水素固有の
エネルギー2.22ＭｅＶのγ線を弁別して測定することに
より水素含有量を定量するように構成されている。

【００１３】この分析装置では、被測定試料を取り囲む
ように中性子減速材で箱状の体系を構成し、これにより
被測定試料への熱中性子の照射の効率を高め、分析感度
を高める効果を得ている。水素の中性子捕獲効率（断面
積）は高速中性子よりも減速された熱中性子の方が大き
いので、減速材で取り囲むことが効果がある。

【００１４】中性子の減速効果は物質によって異なり、
水素が最も減速効果が大きいので、ポリエチレンなど水
素を含む物質を減速体に使用することが照射熱中性子束
を高める上で望ましいが、減速材の水素の発生する2.22
ＭｅＶの捕獲γ線は測定の妨害（バックグランド）にな
るので、この分析装置では減速体の一部にγ線コリメー
タを設ける。

【００１５】γ線検出器はこのγ線コリメータを介して
減速体内の被測定試料を見込むように減速体の外に設け
られている。そして、γ線検出器からγ線コリメータの
見込み視野内にない位置の減速体は水素を含む材質で構
成することを可能にし、γ線検出器がγ線コリメータを
介して見込む視野内にある減速体は水素を含まない材質
で作られている。

【００１６】また、γ線検出器の周囲はγ線遮蔽体で取
り囲まれており、被測定試料や周囲の減速体の中性子捕
獲反応などで発生するγ線の散乱線など測定の妨害（バ
ックグランド）になるγ線がγ線検出器に入射するのを
遮蔽している。γ線コリメータは放射性の被測定試料自
体が放出するγ線の強度が大きい場合に、γ線検出器へ
のγ線の入射率を制限する働きがある。

【００１７】γ線コリメータを介してγ線検出器が見込
むのは被測定試料の一部となるので、被測定試料の表面
がスキャンされるように駆動する試料駆動機構を備え、
被測定試料が円柱の場合には円柱の全側面を均等の時間
検出器が見込むようにスキャンし、被測定試料に混在す
る水素を含む物質の偏在による定量精度の低下を少なく
している。

【００１８】中性子源は、減速体内においてγ線検出器
からコリメータの見込み視野内にない位置に設けられて
いるので、中性子源で発生するγ線が直接検出器に入射
せず、妨害γ線を少なくする効果がある。

【００１９】γ線検出器の信号を処理するスペクトル処
理装置は2.22ＭｅＶのエネルギーのγ線を弁別してその
計数値または計数率を表示する機能を持ち、水素量に関
連する数値を提示する。2.22ＭｅＶのエネルギーのγ線
の計数率から水素含有量を算出するのは、予め水素含有
率が既知の廃棄物試料を測定して求めておいた校正曲線
（計数率と水素量との関係式）を用いて行う。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１から図３により本発明の請求
項１〜３に対応する水素含有量分析装置の第１の実施の
形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の水
素含有量分析装置のγ線検出器４を含む高さでの水平断
面図である。また、図２は同じくγ線検出器４と被測定
試料１の中心軸を含む垂直断面図である。図３はγ線検
出器４と、このγ線検出器４からの信号を処理し水素の
中性子捕獲γ線の計数率を表示するスペクトル処理装置
24の回路構成を示すブロック図である。

【００２１】図１および図２において符号１は円柱形の
被測定試料（以下試料と記す）で、この試料１は内部が
略直方体の空間（測定キャビティー２ｅ）を形成する中
性子減速材で形成された箱である中性子減速体系２内に
配置される。測定キャビティー２ｅ内には中性子源３が
設置される。

【００２２】中性子減速体系２は減速体開口部２ａ，グ
ラファイト製対向面減速体２ｂ，ポリエチレン製側面減
速体２ｃ，ボロン入りスチレン製中性子遮蔽体２ｄおよ
び内部空間の測定キャビティー２ｅから構成されてい
る。

【００２３】中性子源３で発生した高速中性子は中性子
減速体系２内で減速され、多くは熱中性子となって試料
１に浸透する。浸透した熱中性子の一部は、試料１中に
水素が含まれていれば水素原子核に捕獲され、捕獲反応
に伴ってエネルギー2.22ＭｅＶのγ線を発生させる。

【００２４】水素の中性子捕獲断面積は高速中性子より
も熱中性子に対して大きいので減速材を用いて中性子を
減速・熱中性子化することが有効であり、中性子減速材
は中性子反射体でもあるので、試料１を中性子減速材で
取り囲むことにより効率よく試料に照射できる効果があ
る。

【００２５】γ線検出器４は減速体系２外のγ線遮蔽体
７内に配置されγ線コリメータ５の開口部５ａと、減速
体系２の一部に作られた減速体開口部２ａとを通して試
料１の一部を見込む。γ線コリメータ５を含め、γ線検
出器４はγ線遮蔽体６で取り囲まれているので、減速体
系２で中性子が捕獲（吸収）されたときに発生するγ線
や中性子源３で発生するγ線などバックグランドになる
γ線がγ線検出器４に入射することはない。

【００２６】γ線検出器４はγ線コリメータ５の開口部
５ａを通して試料の一部のみを見込むように構成されて
いるので、試料１の放射性濃度が大きくγ線発生率が大
きくてもγ線検出器４に入射するγ線は制限され、γ線
検出器４およびγ線検出器４につながる図３に示すスペ
クトル処理装置の信号処理回路が飽和したり計測不能に
陥ることがないという効果がある。

【００２７】コリメータ開口部５ａの断面積は、試料１
の予想されるγ線発生率の大きさによって設計を変える
ことができる。また図２に示す試料駆動機構８は、駆動
機構昇降台８ａと試料回転台８ｂとからなり、円柱形の
試料１を円柱軸回りの回転動作と円柱軸方向（上下方
向）への平行移動動作を行うことができる。

【００２８】この動作により、試料１の円柱側面の全体
が時間的に均一にγ線検出器４に対向させることができ
るので、試料１内での水素含有物質の偏在による定量誤
差を少なくする効果を生み出している。

【００２９】図３において、γ線検出器４に接続する信
号処理回路、つまりスペクトル処理装置24は検出された
γ線のうちエネルギーが2.22ＭｅＶ近傍の信号だけを弁
別して抽出し計数する機能を持っている。

【００３０】スペクトル処理装置24は、前置増幅器９，
増幅器10，波高分析器11，データ処理計算機12が順次直
列接続し、データ処理計算機12にデータ表示器13および
操作入力器14が並列接続されたものから構成されてい
る。

【００３１】図１および図２に示す構造とスペクトル処
理装置24により、試料１に含まれる鉄やジルコニウムな
ど水素以外の元素の中性子捕獲で発生したγ線の影響を
直接には受けない。また、試料１自体の放射能で発生す
るγ線も計数しない。

【００３２】中性子減速体系２のうち、γ線検出器４と
対向する部分、すなわち、γ線コリメータ５を通してγ
線検出器４が見込む対向面減速体２ｂは水素を含まない
物質、例えばグラファイトで形成されているので、そこ
では2.22ＭｅＶのγ線は発生せず、したがって試料に含
まれる水素以外の水素で発生するγ線がγ線検出器４に
入射して妨害することはない。

【００３３】中性子源３には、密封のＲＩ線源でもある
カリフォルニウム 252を使用する。これにより中性子発
生率が大きい割に取り扱いが比較的容易で半減期も比較
的長く保守の負担が少ないという効果がある。

【００３４】γ線検出器４にはゲルマニウム半導体検出
器を使用する。これによりγ線のエネルギー分解能が高
いので、水素以外の元素の中性子捕獲γ線や試料自体の
放射能に起因するγ線などが混在する場合でも水素の捕
獲γ線である2.22ＭｅＶのエネルギーピークだけを弁別
する効果がある。

【００３５】次に図４により請求項４に対応する水素含
有量分析装置の第２の実施の形態を説明する。図４中、
図１と同一部分には同一符号を付してその要部のみを示
している。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点
は、γ線コリメータ５の開口部５ａの水平幅（Ｗｈ）が
次のように形成されていることである。

【００３６】すなわち、γ線検出器４がγ線コリメータ
５を通して見込む試料１の表面の実効的な幅（Ｗｅ）の
全円周（２π・Ｒ）に対する比（Ｗｅ／（２π・Ｒ））
が、試料１の物質の半径を通過する間に2.22ＭｅＶのエ
ネルギーのγ線が減弱する率（Ｇ）に等しいか、または
その１／３倍以上ないし３倍以内とする。

【００３７】（１／３）・Ｇ＜｛Ｗｅ／（２π・Ｒ）｝＜３・ＧＧ＝ｅｘｐ（−λ・Ｒ）ここで、Ｒは試料１の半径であり、λは、2.22ＭｅＶの
エネルギーのγ線に対する試料１の平均的な減弱係数で
ある。

【００３８】試料１の中で発生したγ線は試料１の表面
から外へ出るまでに試料１自体の物質により吸収・遮蔽
され、減弱する。従って、静止している試料１でγ線検
出器４に面している表面近くで発生したγ線は減弱しな
いが、中心付近で発生したγ線はＧに相当する率で減弱
する。

【００３９】このため、一般には水素を含む物質が試料
１の中のどこにあるかによって感度が変動し、大きな定
量誤差を生ずる。しかし、試料１を回転し、コリメータ
の幅をＧ＝Ｗｅ／（２π・Ｒ）となるように決定すれ
ば、中心と表面の感度が同一になり偏在による定量誤差
を小さくできる効果がある。

【００４０】次に、請求項５に対応する発明を説明す
る。請求項５の発明は、図１および図２におけるγ線コ
リメータ５と試料１との間にγ線検出器４の見込む視野
を制限しない前置コリメータ（図示せず）を設け、γ線
コリメータ５と前置コリメータとの間にγ線透過率調整
用フィルタ６を設ける。このフィルタ６は鉛で形成さ
れ、厚さが１cmから５cmであるか、または0.66ＭｅＶの
エネルギーのγ線の減弱率が鉛厚さ１cmから５cmに等し
くなる物体からなっている。

【００４１】原子炉燃料の再処理で発生する放射性金属
廃棄物を試料とした場合、試料自体から放出されるγ線
のエネルギーは、大部分が2.22ＭｅＶより小さく、2.22
ＭｅＶのγ線より物質透過率が小さい。従って、鉛など
低エネルギーのγ線に対する遮蔽効果の大きい重金属の
フィルタを試料と検出器の間に挿入することにより、2.
22ＭｅＶ以外のγ線に対する2.22ＭｅＶのγ線のＳ／Ｎ
比を高める効果が得られる。

【００４２】再処理廃棄物では特にＣｓ−137 の汚染が
主要である場合が多く、Ｃｓ−137の放出するγ線のエ
ネルギーは0.66ＭｅＶであり、鉛の厚さ５cmで約１／43
0 に減弱させることができ、一方2.22ＭｅＶのγ線の減
弱率は約１／11であり十分なＳ／Ｎ比の改善が可能とな
る。

【００４３】次に図５により図３と対比しながら本発明
の請求項６に対応する第３の実施の形態を説明する。本
実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は図３に示し
たγ線検出器４を主検出器として第１のγ線検出器と
し、この第１のγ線検出器４の外側に副検出器として第
２のγ線検出器４ａを設けるとともに、第２のγ線検出
器４ａに第２の前置増幅器９ａと第２の増幅器10ａを接
続している。

【００４４】この実施の形態では図５から明らかなよう
にγ線検出器は、γ線コリメータ５を通して試料１から
のγ線が直接入射する第１のγ線検出器４と、この第１
のγ線検出器４を取り囲み試料からのγ線が直接入射し
ないよう配置された第２のγ線検出器４ａとで構成され
る。

【００４５】また、本実施の形態ではスペクトル処理装
置24の信号処理回路に、タイミング発生器15と反同時ゲ
ート回路（アンチコインシデンス回路）16を接続して、
第１のγ線検出器４と第２のγ線検出器４ａが同時にγ
線検出信号を発生した場合には第１のγ線検出器４の信
号を波高分析回路11に出さないようになっている。これ
により、高いエネルギーのγ線の部分エスケープ信号が
2.22ＭｅＶピーク付近に混入する割合を減少させ水素の
定量下限を下げる効果が得られる。

【００４６】次に請求項７および８に対応する発明を説
明する。請求項７の発明は、前記スペクトル処理装置24
は、γ線エネルギーが０ＭｅＶから７ＭｅＶないし10Ｍ
ｅＶまでの範囲のピークの計数率を算出し、各ピークの
発生元素と水素の存在比率を算出し、水素以外の元素に
よる中性子吸収率を算出し、試料に照射される実効的な
中性子束密度を算出することにより、試料自体による中
性子吸収による水素への照射中性子束の変動を補正する
処理プログラムを備えている。

【００４７】請求項８の発明は、スペクトル処理装置に
備わる処理プログラムは、γ線エネルギーが9.30ＭｅＶ
または7.64ＭｅＶまたは5.92ＭｅＶまたは1.73ＭｅＶの
ピークの計数率から鉄（Ｆｅ）の含有率を算出し、γ線
エネルギーが6.30ＭｅＶまたは5.26ＭｅＶまたは2.69Ｍ
ｅＶのピークの計数率からジルコニウム（Ｚｒ）の含有
率を算出し、γ線エネルギーが7.72ＭｅＶまたは4.70Ｍ
ｅＶまたは2.96ＭｅＶまたは1.78ＭｅＶのピークの計数
率からアルミニウム（Ａｌ）の含有率を算出し、γ線エ
ネルギーが9.72ＭｅＶまたは3.88ＭｅＶのピークの計数
率からクロム（Ｃｒ）の含有率を算出し、γ線エネルギ
ーが9.00ＭｅＶまたは8.53ＭｅＶまたは6.84ＭｅＶのピ
ークの計数率からニッケル（Ｎｉ）の含有率を算出する
ことにある。

【００４８】原子炉燃料の再処理で発生する放射性金属
廃棄物を試料とした場合、その廃棄物の主成分が不明な
場合がある。金属廃棄物はステンレス鋼（ＳＵＳ）、
鉄、ジルカロイ（主成分Ｚｒ）の場合が多いが、ＳＵＳ
とＺｒでは熱中性子捕獲断面積が異なり、同じ中性子照
射条件でも廃棄物中の熱中性子束が異なり、水素への照
射熱中性子束が異なってしまう。

【００４９】請求項７の装置では、γ線検出器４とスペ
クトル処理装置24でＺｒとＳＵＳの成分であるＦｅ，Ｃ
ｒ，Ｎｉなどの中性子捕獲反応で放出されるγ線をそれ
ぞれ弁別してそれらの元素の含有率を算出するので、試
料の中性子吸収効果を算出して水素への照射熱中性子束
を推定することができ、金属廃棄物の組成の変動による
2.22ＭｅＶγ線発生効率の変動を補正し、水素の定量精
度を高める効果が得られる。

【００５０】次に図６により請求項９の発明に対応する
第４の実施の形態を説明する。本実施の形態は中性子減
速体系２内に配置される中性子源３を駆動する中性子源
駆動機構に関するもので、中性子源３が中性子減速体系
２内に配置されて試料１に中性子を照射している状態
と、中性子源３を中性子減速体系２から引き出し中性子
減速体系２外の遮蔽体に収納している状態を得ることが
設定できるように構成している。

【００５１】すなわち、中性子源駆動機構は収納時遮蔽
体17とワイヤ巻取機構18とワイヤ19とで構成され、中性
子源３はワイヤ19に接続されている。ワイヤ19の出し入
れにより、中性子減速体系２内に中性子源３を配置して
試料１に中性子を照射している照射時中性子源位置20
と、中性子源３が収納時中性子源位置21にある状態を設
定することができる。

【００５２】これらの状態で測定したγ線スペクトル
を、スペクトル処理装置に備えた処理プログラムにより
中性子源が照射時中性子源位置20にある状態で測定した
γ線スペクトルから差し引いて、試料１自体の放射能に
起因するγ線の2.22ＭｅＶγ線計数への影響を除外でき
る効果がある。

【００５３】次に請求項１０に対応する発明の実施の形
態を説明する。請求項１０の水素含有量分析装置は、図
４に示すコリメータ開口水平幅Ｗｈを変更できるコリメ
ータ幅駆動機構を設け、前記試料駆動機構に重量計を設
けたことにある。この実施の形態では試料の重量から平
均密度を算出し、この密度から減弱係数λを算出し、試
料の半径長さＲでの2.22ＭｅＶγ線の減弱率Ｇを算出す
る。

【００５４】この減弱率ＧからＧ＝Ｗｅ／２π・Ｒの関
係により実効コリメータ幅Ｗｅを算出し、さらにコリメ
ータと試料の幾何学的関係からコリメータ幅Ｗｈを算出
し、コリメータ幅駆動機構によりコリメータ幅を前記算
出された値に設定する制御機構を備えている。

【００５５】算出されたＷｈの値にコリメータ幅を設定
するので、試料毎に重量（密度）が変動しても、それぞ
れの試料に適切なコリメータ幅が選定され、試料中の水
素の偏在による誤差を少なくする効果がある。

【００５６】次に図７により請求項１１の発明に係る第
５の実施の形態を説明する。原子炉燃料の再処理で発生
する放射性廃棄物を試料とした場合、廃棄物がＰｕやＡ
ｍなどのα放射性物質で汚染されていることがあり、廃
棄物のα放射能を測定検査する必要がある。容器に収納
された廃棄物のα放射能は直接には測定できないので、
Ｐｕなどの核種の自発核分裂などで放出される中性子を
測定してα放射能量を測定する方法（パッシブ中性子
法）がしばしば適用される。

【００５７】本実施の形態は図７に示したように、中性
子源３を格納した状態（図６の９ｂ位置）で側面減速体
２ｃ内に中性子検出器22を設置したことにある。中性子
検出器22で中性子を測定し中性子検出器ケーブル23によ
り測定信号を導出する。

【００５８】本実施の形態によりパッシブ中性子法によ
る測定が可能になり、１台の装置で水素含有量の測定と
α放射能量（またはＰｕ含有量）の測定が可能になる効
果がある。また、中性子検出器により試料自体が放出す
る中性子の発生率を測定できるので、水素含有量の測定
において試料自体が放出する中性子の影響を算定するこ
とが可能になる効果がある。

【００５９】なお、本発明の実施の形態においては、中
性子減速体系２の構成材料である対向面減速体２ｂにつ
いては水素を含まない材料で製作する。この材料として
グラファイトが適切であるが、その他の材料、たとえば
ベリリウムでもよい。

【００６０】また、2.22ＭｅＶのγ線が十分減弱する程
度の厚さの鉛などのγ線遮蔽体を前面に設置した後方に
ポリエチレンなどの水素を含む材料で作られた減速体を
設置することは可能である。グラファイトを材料とした
対向面減速体２ｂの後方に中性子遮蔽体を設置する場合
には、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）を材料とすれば、炭素の捕
獲γ線以外のエネルギーの高いγ線が発生しないという
効果が得られる。

【００６１】図１、図２に示した実施の形態では、中性
子減速体系２は試料１全体を取り囲む箱状の形状である
が、中性子減速体系２は必ずしも箱状である必要はな
い。γ線検出器４とγ線コリメータ５と中性子源３を含
む水平面の近傍の４側面が中性子減速体で囲まれるが、
上下方向の底面が開放になっている中性子減速体系も構
成可能である。

【００６２】なお図１、図２には図示していないが、試
料全体を取り囲む箱状の中性子減速体系では、点状面ま
たは１側面が扉になっていて、試料１はその扉を開いて
出し入れする。

【００６３】図２においては、図示しない上下駆動ガイ
ド機構により駆動機構昇降台８ａが試料１の高さ相当の
距離を昇降する。試料１の高さ方向のスキャンは試料１
の昇降によらなくても実現することができる。例えば、
γ線検出器４とγ線コリメータ５を含めたγ線検出部を
上下駆動する。

【００６４】この場合には、箱状の中性子減速体系では
減速体系の側面に縦長の減速体開口部２ａが形成され
る。また、上下方向の底面が開放になっている中性子減
速体系では、γ線検出部と中性子減速体系が一体となっ
て上下に昇降駆動される。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、次に述べる効果があ
る。 (1) 水素が熱中性子を捕獲したとき発生する2.22ＭｅＶ
のエネルギーのγ線を弁別して計数するので、試料の他
の成分元素の捕獲γ線や放射性の試料自体が放出するγ
線のある中で水素の定量が可能である。

【００６６】(2) 中性子減速体で取り囲まれた被測定試
料の一部のみをγ線コリメータの開口部を通してγ線検
出器が見込むように構成されているので、試料以外で発
生するγ線が検出器に入射せず、γ線検出器へのγ線入
射率を適切な値にできるとともにＳ／Ｎ比の高い水素の
捕獲γ線測定ができる効果がある。

【００６７】特に、コリメータを介してγ線検出器と対
向する面の中性子減速体には水素を含まない材料が使わ
れているので、試料に含有される水素以外の水素がγ線
検出器の視野に入ることはなく、Ｓ／Ｎ比を高く保て
る。

【００６８】(3) 試料駆動機構が備わっていて試料の表
面全体がγ線コリメータの見込み視野内を均一にスキャ
ンされ、またγ線コリメータの開口幅が、試料自体によ
るγ線の遮蔽効果を補償するようなされるよう大きさに
設定されているため、試料中で水素が偏在（局在）して
いることによる定量誤差を小さくする効果がある。

【００６９】(4) 試料の主成分であるＺｒやＦｅ，Ｃ
ｒ，Ｎｉなどの中性子捕獲反応で放出されるγ線をスペ
クトル処理装置でそれぞれ弁別してそれらの元素の含有
率を算出し、試料中の水素への照射熱中性子束を推定す
るので、金属廃棄物の組成の変動による水素の定量誤差
を小さくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水素含有量分析装置の第１の実施
の形態を示す水平断面図。

【図２】図１における検出器と試料中心軸を含む垂直断
面図。

【図３】図１および図２におけるγ線検出器からの信号
を処理し、計数率を表示するスペクトル処理装置を示す
ブロック図。

【図４】本発明に係る水素含有量分析装置の第２の実施
の形態における要部を示す水平断面図。

【図５】本発明に係る水素含有量分析装置の第３の実施
の形態における要部を一部断面で示すブロック図。

【図６】本発明に係る水素含有量分析装置の第４の実施
の形態における中性子源駆動機構を示す鳥瞰図。

【図７】本発明に係る水素含有量分析装置の第５の実施
の形態における要部を示す水平断面図。

【符号の説明】

１…被測定試料、２…中性子減速体系、２ａ…減速体開
口部、２ｂ…対向面減速体、２ｃ…側面減速体、２ｄ…
中性子遮蔽体、２ｅ…測定キャビティー、３…中性子
源、４…γ線検出器、４ａ…副γ線検出器、５…γ線コ
リメータ、５ａ…コリメータ開口部、６…γ線フィル
タ、７…γ線遮蔽体、８…試料駆動機構、８ａ…駆動機
構昇降台、８ｂ…試料回転台、９…前置増幅器、９ａ…
第２の前置増幅器、10…増幅器、10ａ…第２の増幅器、
11…波高分析器、12…データ処理計算機、13…データ表
示器、14…操作・入力器、15…タイミング発生器、16…
反同時ゲート回路、17…収納時遮蔽体、18…ワイヤ巻取
機構、19…ワイヤ、20…照射時中性子源位置、21…収納
時中性子源位置、22…中性子検出器、23…中性子検出器
ケーブル、24…スペクトル処理装置、Ｒ…試料半径、Ｗ
ｈ…コリメータ開口部水平幅、Ｗｅ…実効コリメータ
幅。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定試料に中性子を照射し、γ線検出
器により中性子捕獲γ線を測定して前記被測定試料に含
まれる元素を分析定量する水素含有量分析装置におい
て、前記被測定試料を取り囲む中性子減速体と、この減
速体の一部に設けたγ線コリメータと、前記γ線検出器
を取り囲むγ線遮蔽体と、前記γ線コリメータを介して
前記γ線検出器が見込む前記被測定試料の表面がスキャ
ンされるように駆動する試料駆動機構と、前記減速体内
において前記γ線検出器からγ線コリメータの見込み視
野内にない位置に設けられた中性子源とを具備し、前記
γ線検出器の信号を処理するスペクトル処理装置は2.22
ＭｅＶのエネルギーのγ線を弁別してその計数値または
計数率を表示する機能を持ち、前記γ線検出器がγ線コ
リメータを介して見込む視野内にある前記減速体は水素
を含まない材質で形成されてなることを特徴とする水素
含有量分析装置。
【請求項２】前記中性子源は密封されたカリフォルニ
ウム252 （Ｃｆ− 252）であることを特徴とする請求項
１記載の水素含有量分析装置。
【請求項３】前記γ線検出器はゲルマニウム半導体検
出器であることを特徴とする請求項１記載の水素含有量
分析装置。
【請求項４】前記γ線コリメータの幅は、前記γ線検
出器が前記γ線コリメータを通して見込む試料の表面の
幅の全円周に対する比が、前記被測定試料の物質の半径
を通過する間に2.22ＭｅＶのエネルギーのγ線が減弱す
る率に等しいか、またはその１／３倍以上ないし３倍以
内になるように形成されてなることを特徴とする請求項
１記載の水素含有量分析装置。
【請求項５】前記γ線コリメータと前記被測定試料の
間に前記γ線検出器の見込む視野を制限しない前置コリ
メータを設け、前記γ線コリメータと前記前置コリメー
タとの間にγ線透過率調整用フィルタを設け、このフィ
ルタは厚さが１cmから５cmの鉛で形成されるか、または
0.66ＭｅＶのエネルギーのγ線の減弱率が鉛厚さ１cmな
いし５cmに等しくなる物体からなることを特徴とする請
求項１記載の水素含有量分析装置。
【請求項６】前記γ線検出器は前記γ線コリメータを通
して前記被測定試料からのγ線が直接入射する第１のγ
線検出器と、この第１のγ線検出器を取り囲み、前記被
測定試料からのγ線が直接入射しないよう配置された第
２のγ線検出器とからなり、前記スペクトル処理装置は
前記第１のγ線検出器と第２のγ線検出器が同時にγ線
検出信号を発生した場合には、前記第１の検出器の信号
を処理・計数しないアンチコイシデンス回路を備えてい
ることを特徴とする請求項１記載の水素含有量分析装
置。
【請求項７】前記スペクトル処理装置は、γ線エネルギ
ーが０ＭｅＶから７ＭｅＶないし10ＭｅＶまでの範囲の
ピークの計数率を算出し、各ピークの発生元素と水素の
存在比率を算出し、水素以外の元素による中性子吸収率
を算出し、試料に照射される実効的な中性子束密度を算
出することにより、試料自体による中性子吸収による水
素への照射中性子束の変動を補正する処理プログラムを
備えていることを特徴とする請求項１記載の水素含有量
分析装置。
【請求項８】前記スペクトル処理装置に備わる処理プロ
グラムは、γ線エネルギーが9.30ＭｅＶまたは7.64Ｍｅ
Ｖまたは5.92ＭｅＶまたは1.73ＭｅＶのピークの計数率
から鉄（Ｆｅ）の含有率を算出し、γ線エネルギーが6.
30ＭｅＶまたは5.26ＭｅＶまたは2.69ＭｅＶのピークの
計数率からジルコニウム（Ｚｒ）の含有率を算出し、γ
線エネルギーが7.72ＭｅＶまたは4.70ＭｅＶまたは2.96
ＭｅＶまたは1.78ＭｅＶのピークの計数率からアルミニ
ウム（Ａｌ）の含有率を算出し、γ線エネルギーが9.72
ＭｅＶまたは3.88ＭｅＶのピークの計数率からクロム
（Ｃｒ）の含有率を算出し、γ線エネルギーが9.00Ｍｅ
Ｖまたは8.53ＭｅＶまたは6.84ＭｅＶのピークの計数率
からニッケル（Ｎｉ）の含有率を算出することを特徴と
する請求項１記載の水素含有量分析装置。
【請求項９】前記中性子源を中性子減速体系内に配置し
て前記被測定試料に中性子を照射する状態と、前記中性
子源を前記中性子減速体系から引き出して前記中性子減
速体系外に設置した遮蔽体に収納する状態を任意に設定
できる中性子源駆動機構を設けてなることを特徴とする
請求項１記載の水素含有量分析装置。
【請求項１０】前記γ線コリメータには幅を変更できる
コリメータ幅駆動機構を設けるとともに、前記試料駆動
機構に重量計を設け、前記被測定試料の重量から平均の
密度を算出し、この密度から前記被測定試料半径長さで
の2.22ＭｅＶγ線の減弱率を算出し、この減弱率から前
記γ線コリメータ幅を算出し、このγ線コリメータ幅を
前記算出された値に設定する制御機構を備えてなること
を特徴とする請求項１記載の水素含有量分析装置。
【請求項１１】前記被測定試料を取り囲む中性子減速体
の少なくとも１側面の減速体に中性子検出器を設置して
なることを特徴とする請求項１記載の水素含有量分析装
置。