JPS6058835B2 - 放射線測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放射線測定装置、特に気体あるいは液体等の
流体試料中の放射性物質の放射能濃度を測定条件の変動
あるいは測定部への放射性物質吸着。

に伴う測定値変動を補正演算して正確な放射能濃度を測
定することのできる放射線測定装置に関する〔従来の技
術〕 放射性物質を含む気体あるいは液体等の流体試２料中
の放射能濃度を測定するために、種々の測定器が用いら
れており、特に放射性気体の測定に対してはシンチレー
タを用いた測定器が用いられ、通常の測定状態にあつて
は良好な測定結果を示 す。

しかしながら、このような従来のシンチレータ検出器
ては、液体試料、特に放射性気体の圧力が著しく変動す
る場合には、放射能濃度が一定でも放射能量が変動し、
そのうえ放射能濃度が変動する場合には測定値は両変化
の影響を受け、正確な測定を行うことが困難である。

また、測定部に連続的に供給される流体試料を測定する
際には、測定部に放射性物質の吸着が起こり、この結果
、測Ｊ定値が著しく増加し、微量測定が困難となる欠点
があつた。従つて、従来装置では、流体試料中の放射性
物質の放射能濃度を連続的に正確に測定することがほと
んど不可能であり、しかも将来高濃度の放射性気体の測
定が行われる場合には、各種の放射線利用分野において
、前述した測定値変動が大きな問題となる。 前述の流
体試料としては、低エネルギβ線放射性気体てあるΞ重
水素（以下トリチウムという）等が挙けられる。

トリチウムガスはｌｙが約４１の容量を有し、その放射
線量は約１万キューリ、すなわち、１秒当たりのβ線崩
壊数が３．７×１０″’という膨大な放射線量を有し、
産業上の利用価値が高い一方で、安全面からその保守管
理を確実に行う必要があり、常にその放射線量が確実に
測定把握されなければならない。しカルながら、その
トリチウムはその圧力が常に一定でなく、真空に近い希
薄状態でも使用される場合があり、検出された測定値が
圧力変動に起因する変化量を含み、正確な測定が困難と
なつていた。また、その放射能濃度が高い場合には、測
定部への吸着汚染を生じ、測定に障害を来す。更に、放
射能濃度測定に際しては、放射線の吸収を考慮しなけれ
ばならず、例えばトリチウムの場合、最大エネルギが約
１８ｋｅ■のβ線であり、空気中の最大飛程は僅か５Ｔ
Ｗ１程度てあるのて、放射能濃度測定に際して気体によ
るβ線の吸収を無視することができず、放射線測定装置
にも、このβ線吸収を考慮した構成が必要とされる。

以上のように、流体試料中の放射性物質の放射能濃度を
連続的に測定する際には、種々の変動要因が介在し、こ
のために従来装置では、実時間による連続測定がほとん
ど不可能であつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものて、その目
的は、測定流体の圧力変化、流体の濃度変化、放射性物
質の吸着等から生じる各種変動要因を補正しながら、連
続的に濃度変化のある放射性流体試料の放射能濃度を実
時間で連続的に測定することのできる放射線測定装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕上記問題点を
解決するために、本発明は放射性物質を含む流体試料が
導かれる流路を形成する測定容器と、該測定容器中に流
体試料の流路に沿つ−て配設された複数のシンチレータ
と、各シンチレータの周囲に流体試料の流路とほぼ同軸
に設けられた放射線遮蔽管であつて測定放射線の最大飛
程距離に対応させて異なる管径に設定された複数の放射
線遮蔽管と、を含み、各シンチレータから効一率の異な
る測定値を検出し、これらの測定値から流体試料中の放
射性物質の放射能濃度を補正演算して求めることを特徴
とする。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説．明する
。

第１図には、本発明に係る放射線測定装置の好適な実施
例の要部が示され、連続的に流入するトリチウムガスの
放射能濃度が測定される。

トリチウムガスが連続的に導かれる流路を形成する測定
・容器１０は円筒形状から成り、その一端から高濃度ト
リチウムガスが導入され、また他端から測定済みのトリ
チウムガスが導出される。測定容器１０はそれ自体放射
性物質の吸着が少ない例えば銅、金、モリブデンあるい
はこれらの合金が好適であり、放射性物質の吸着が大き
いニッケル等は避けることが好ましい。そして測定容器
１０の内部には流体試料の流路に沿つて配設された複数
のシンチレータ１２−１，１２−２，１２−３，１２−
４が設けられ、実施例においては、各シンチレータ１２
はその発光導出面が光伝送路１４の光入射面に固定され
ており、光導体、光透過ファイバあるいは真空光導・管
から成る光伝送路１４が測定容器１０の側壁に固定され
ている。

また光伝送路１４の先端にシンチレータ１２を固定する
ことにより、各シンチレータ１２は測定容器１０のほぼ
中心軸に沿つて固定支持される。各シンチレータ１２は
例えばプラスチックシンチレータＣａＦ２（Ｅｕ）、Ｃ
ＳＩ（ｎ）等から成り、測定容器１０に導かれた流体試
料中の放射性物質の放射能濃度に応じた発光を生起し、
この発光が光伝送路１４を介して外部に設けられた図示
しない光電変換部に供給される。本発明において特徴的
なことは、測定流体の圧力（あるいは濃度）の変化に追
従した補正、また吸着による検出部の汚染の影響に対す
る補正をするため、複数のシンチレータにそれぞれ管径
の異なる放射線遮蔽管を設けたことであり、かつこの放
射線遮蔽管の管径を測定放射線、例えばトリチウムのβ
線の最大飛程距離に対応させて設定することである。

実施例では、各シンチレータ１２の周囲に流体試料の流
路とほぼ同軸に放射線遮蔽管１６が設けられており、シ
ンチレータ１２−１では放射線遮蔽管として測定容器１
０を兼用し、シンチレータ１２−２，１２−３，１２−
４には順に放射線遮蔽管１６−１，１６−２，１６−３
を配置している。従つて、各シンチレータ１２にて測定
される放射線は、各放射線遮蔽管１６内の放射線のみて
あり、放射線遮蔽管１６の外側に存在する放射性物質か
ら放出される放射線は完全に遮蔽されている。

そして、実施例ではこの放射線遮蔽管１６及び測定容器
１０の管径をトリチウムの最大飛程に対応させて設定し
ており、シンチレータ１２−１に対する放射線遮蔽管と
しての測定容器１０の内半径はトリチウムの最大飛程の
２倍程度に設定される。

また、各シンチレータ１２−２，１２−３，１２−４に
対向する各放射線遮蔽管１６−１，１６−２，１６−３
の内半径は、それぞれ測定容器１０の内半径の３１４，
２１４，１１４に設定されている。従つて、放射線遮蔽
管１６内の放射線であつてもシンチレータ１２から最大
飛程距離以上にある放射性物質からの放射線は測定され
ることがない。

このことは、同一の放射能濃度を有する放射性気体であ
つても、気体圧力（あるいは気体濃度）が異なれば各シ
ンチレータ１２で検出される放射線量は異なつた値とな
り、各シンチレータ１２で効率の異なる測定値が得られ
ることを意味する。また、シンチレータ１２から異なる
距離に配置された放射線遮蔽管１６によつて放射性物質
の吸着量を求めることができる。すなわち、それぞれの
放射線遮蔽管１６によつてその内壁に吸着した放射性物
質から放出される放射線の到達量が異なつてくる。

例えば現在１気圧の放射性気体（トリチウム含有）を測
定する場−合に、放射線遮蔽管１６−１と１６−３とを
考えると、放射線遮蔽管１６−１に吸着したトリチウム
の放射線は測定容器半径の１１２の距離しか到達しない
ので、シンチレータ１２−２では測定されず、一方放射
線遮蔽管１６−３に吸着したトリチウムの放射線はシン
チレータ１２−４にて測定され、後述する演算式にて単
位面積当りの吸着量を算出することができる。このよう
に、実施例では管径の異なる４個の放射線遮蔽管１６が
配置された４個のシンチレータ１２から効率の異なる測
定値が得られ、これら４個の測定値を用いて測定流体の
圧力変化、流体の濃度変化、放射性物質の吸着等から生
じる各種変動要因を除去した正確な測定値を補正演算す
ることが可能となり、この放射線遮蔽管の数を殖やすこ
とにより、更に多くの変動要因を除去して正確な放射線
の測定を行うことができる。

ここで、実施例では各シンチレータ１２は同一の構造と
同一の感度を有するものが用いられているが、シンチレ
ータの数（同時に放射線遮蔽管の数）は補正演算に必要
とする変動要因の数以上の任意数に設定することがよい
。

本発明の実施例は以上の構成から成り、以下に各シンチ
レータから得られる効率の異なる複数の測定値から各種
変動要因を除去して正確な放射能濃度が求められること
を説明する。

一般的にシンチレータ１２から得られる測定値Ｎ，は次
式にて示される。

ここで、Ｎは測定容器１０内に連続的に導入される流体
試料中のトリチウムガスの真の濃度、Ｆ，（ｐ）はシン
チレータ１２と各遮蔽管１６との間に存在する測定気体
の圧力の関数としての効率（後方散乱等も含む）てある
。

次に、ＡＳ，ｆ，（ｐ）は放射線遮蔽管１６のトリチウ
ムガス吸着汚染による変動成分であり、この変動成分は
遮蔽管（シンチレータ１２−１に対しては測定容器１０
）に吸着されたトリチウムガスによる放射線がシンチレ
ータに入射した量で定まる。

従つて、この変動成分は汚染密度ＡＩ：ニ．遮蔽管１６
（遮蔽管がある場合）もしくは測定容器１０（遮蔽管が
ない場合）の内壁面積Ｓｉそして遮蔽管１６とシンチレ
ータ１２の間のトリチウムガス吸収Ｆ，（ｐ）との相乗
積から求められる。更に、ｂはシンチレータ１２の汚染
による増加成分であり、実施例においては、４個のシン
チレータ１２は同一形状から成るので、その値は同一値
となることが理解される。

以上のように、各シンチレータ１２から得られる測定値
には、それぞれ放射能濃度、流体圧力（流体濃度）と検
出部の汚染による変動要因を含んでおり、前述した式の
Ｆ，（ｐ）及びＦ，（ｐ）、Ａ，ｂから、真の放射濃度
Ｎを正確に求めること・ができる。

実施例ては、流体圧力は他の測定手段によつて予め求め
られ、Ｆｉ（ｐ）及びＦ，（ｐ）は圧力ｐが決定される
ことによつて求められる定数となる。実施例においては
以下に示す４個の測定値が得・られる。

゛ここで、測定値Ｎｌ，ｌｌ２，ｎ３，ｒＬｌは順にシ
ンチレータ１２−４，１２−３，１２−２，１２−１に
よつて求められたものであつて、またＳｌ，Ｓ２，Ｓ３
は放射線遮蔽管１６−３，１６−２，１６−１の内壁面
積、Ｓ４はシンチレータ１２−１の長さに相当する測定
容器１０の幅の内壁面積であり、装置によつて決定され
る既知の値である。

また、測定流体の圧力は別の検出手段にて求められので
、この圧力ｐをＦ１（ｐ）・・・・・Ｆ，（ｐ），ｆ１
（ｐ）・・・・・Ｆ４（ｐ）に代人することにより、こ
れらの値が定数として求められる。

例えば、測定流体の圧力が１気圧であるとすると、各シ
ンチレータ１２で得られる測定値は以下のようになる。
また、測定流体の圧力が１１２気圧の場合には、以下の
ようになる。上記式からも理解されるように、演算式の
第２項目は放射線遮蔽管１６の内側に吸着されたトリチ
ウムからの影響を示すものであり、１気圧ではトリチウ
ムの最大飛程が測定容器１０の半径の半分の距離にも満
たないため、放射線遮蔽管１６の内壁に吸着したトリチ
ウムを検出できるものはシンチレータ１２−４に限られ
、また測定流体の圧力が１ノ汽圧の場合にはトリチウム
の最大飛程が２倍になると考えると、吸着したトリチウ
ムの放射線を検出するのはシンチレータ１２−２，１２
一３，１２−４のみに限られる。

そして、演算式の第２項目の気体によるトリチウムガス
の吸収Ｆ，．（ｐ），Ｆ２（ｐ），Ｆ３（ｐ）と、第１
項目の圧力の関数としての効率Ｆ１（ｐ），Ｆ２（ｐ）
，Ｆ３（ｐ），Ｆ４（ｐ）とに圧力ｐ＝１１２を代人す
ることによつてその値が求められるので、前述した各式
では、Ｎ，ａ，ｂの３つの値が未知数となる。従つて、
１気．圧の場合、１１汽圧の場合の両者とも４個の方程
式の内、３個の方程式を選んで連立方程式を立てて演算
すれば、最終的に真の測定値Ｎを求めることができる。
このように、４つのシンチレータにて４個の測一定値が
得られるが、異なる放射線遮蔽管１６を有するシンチレ
ータ１２に基づく３個の測定値があれば十分である。

従つて、実施例では各シンチレータ１２で得られる４個
の測定値の内異常な測定値が得られた場合に、これを除
外して残りの測定値にて演算を行うことができ、正確な
測定値演算のための選択の余地を持たせ得るという利点
を有する。このようにして３個の測定値から真の値Ｎが
求められるが、この演算は連立方程式を電子計算機等に
て容易に求めることができ、実時間で連続的な放射能測
定が可能となる。

この結果、放射性流体試料の圧力（あるいは濃度の変化
）及び放射性”物質の吸着による測定の変動要因を除去
して正確な放射能測定を行うことができる。以上説明し
たように、実施例では放射線遮蔽管１６とシンチレータ
１２との距離を測定する放射線の最大飛程距離に対応さ
せて設定しており、これによつて異なる圧力の流体中に
存在する放射能を正確に求めることができ、圧力の変化
に追従した測定値を得ることが可能となる。

また、放射線遮蔽管の内壁面積が異なることにより測定
容器の放射線の吸着による汚染状態を検出することがで
き、放射性物質の吸着による測定誤差を補正てきる。更
に、シンチレータ１２の表面に吸着する放射性物質の汚
染の増加に対しても、その汚染の吸着は各シンチレータ
１２−１〜１２−４の全てにおいてほぼ同一として取り
扱われ、連立方程式の演算によつてこの汚染が増えたと
してもその増加した汚染に対応した補正が行われ、汚染
による影響が除去される。

次に、気体の場合の圧力の関数としての効率Ｆ，（ｐ）
と放射線遮蔽管１６の管径との関係を説明する。

第２図に示されるように、シンチレータ１２の半径をＲ
ｄＮ遮蔽管１６の半径をＲ５とし、その差（Ｒｓ−Ｒｄ
）がＲｄより小さいとき、効率Ｆｉ（ｐ）は次式により
概算される。

ηｓ：シンチレータの計数効率と幾何学的効率ｐ：１気
圧の測定気体の質量吸収係数ρ：密度 上式に示されるように、効率Ｆｉ（ｐ）は、シンチレー
タ１２及び放射線遮蔽管１６の半径から異なる圧力に対
して定められる関数として求められ、第３図に示される
ような曲線で表わされるものとなる。

従つて、管径の異なる遮蔽管により圧力に対する効率が
変化することとなり、複数の遮蔽管から圧力変化により
生する測定値の変動要因を除去することが可能となる。
また、本発明では、前述した流体圧力の関数としての効
率Ｆ，（ｐ）と流体圧力の影響を受けるトリチウムガス
の吸収Ｆ，（ｐ）を流体濃度の関数に置き換えることが
でき、両者を流体濃度に関する効率Ｇ（ｃ）と流体濃度
の影響を受けるトリチウムガスの吸収Ｇ，（ｃ）に置き
換え、予め検知した測定流体の濃度を代人することによ
り流体濃度と放射性物質の吸着による変動要因を測定し
て正確な放射能濃度を求めることができる。

この場合、濃度の高い被測定流体によつて放射性吸着が
著しい場合等に特に有効である。更に、流体圧力、流体
の濃度についても放射線遮蔽管１６の数を適当な数に増
やして異なる処理を施すことによりほぼ正確に求めるこ
ともでき、これらの値に基づいて前述したように各種変
動要因を補正することも可能となる。

また放射線遮蔽管１６の数を増やして、測定流体中の放
射能濃度に対して効率の異なる測定値を数多く求めるこ
とによつて更に測定誤差を小さくすることは当然に可能
てあり、これは放射線遮蔽管１６の数に対応した変動要
因の測定式によつて達成される。このようにして得られ
たシンチレータ１２の測定値は光伝送路１４にて図示し
ない光電変換部へ供給され、光電子増倍管その他により
光電変換され増幅された後、電気的パルスとして計測さ
れ、この計測値が演算処理される。なお、図示した実施
例においては、測定容器１０及び遮蔽管１６は円筒形状
から成るが、本発明において、これらを平面あるいは球
面とすることも可能てあり、また実施例における流体試
料としてはトリチウムガスが例示されているが、他の任
意の放射性気体あるいは放射性流体に対して本発明を適
用することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、各シンチレータ
の周囲に流体試料の流路とほぼ同軸に設けられた放射線
遮蔽管であつて、測定放射線の最大飛程距離に対応させ
て異なる管径に設定された複数の放射線遮蔽管を設けた
ので、各シンチレータからは効率の異なる複数の測定値
が得られ、測定流体圧力の変化、流体濃度、放射性物質
の吸着等から生ずる変動要因を除去して正確な放射能濃
度を実時間て連続的に測定することが可能となる。

そして、特に高濃度の放射性流体試料の濃度測定に有益
てあり、各種産業分野の放射線測定に広範囲に利用する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る放射線測定装置の好適な実施例を
示す断面図、第２図はシンチレータの半径と放射線遮蔽
管の半径との関係を示す説明図、第３図は効率と放射線
遮蔽管との関係を示す説明図である。 １０・・・・・・測定容器、１２−１，１２−２，１２
−３，１２−４・・・・・・シンチレータ、１４・・・
・・光伝送路、１６−１，１６−２，１６−３・・・・
・・放射線遮蔽管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射性物質を含む流体試料が導かれる流路を形成す
   る測定容器と、該測定容器中に流体試料の流路に沿つて
   配設された複数のシンチレータと、各シンチレータの周
   囲に流体試料の流路とほぼ同軸に設けられた放射線遮蔽
   管であつて測定放射線の最大飛程距離に対応させて異な
   る管径に設定された複数の放射線遮蔽管と、を含み、各
   シンチレータから効率の異なる測定値を検出し、これら
   の測定値から流体試料中の放射性物質の放射能濃度を補
   正演算して求めることを特徴とする放射線測定装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、少なくとも
   １個の放射線遮蔽管は測定容器にて兼用されていること
   を特徴とする放射線測定装置。