JP2010271153A

JP2010271153A - 放射線モニタ

Info

Publication number: JP2010271153A
Application number: JP2009122668A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tadokoro; 孝広田所; Hiroshi Kitaguchi; 博司北口; Katsunobu Ueno; 克宜上野; Akihisa Kaihara; 明久海原; Toru Shibuya; 徹渋谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】バグソースを使用しないで、かつ、放射線に対する検出器の直接的な応答により、検出器の動作を確認できる放射線モニタを提供する。
【解決手段】放射線モニタは、天然に存在する放射性物質を含む放射線検出素子と、放射線検出素子からの光を電気信号に変換する光電子増倍管と、光電子増倍管によって出力された電気信号よりピークが現れる波高値を弁別する波高弁別器と、を有する。放射線検出素子は、自身に含まれる天然に存在する放射線物質からの放射線に起因した光と、外部からの放射線に起因した光を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所のエリアモニタ等に使用される放射線モニタに関わり、特に、放射線モニタの健全性確認に関する。

従来、原子力発電所等のエリアモニタ等に使用される放射線モニタでは、動作の健全性を確認するために、バグソースと呼ばれる微弱な放射性物質を放射線検出器近傍に設置している。しかしながら、バグソースは放射線源であるため、取扱いに様々な制限があり、不便である。

特許文献１には、バグソースを使用しない放射線モニタとして、自然界由来の放射線による計数の揺らぎを利用することで動作の健全性を確認する方法が記載されている。特許文献２には、バグソースの代わりに、発光ダイオードで発生させた光を放射線検出器に入射させることで、動作の健全性を確認する方法が記載されている。また、特許文献３には、少ない放射線量のバグソースで動作の健全性を確認するために、バグソースを放射線検出素子の近傍に設置する構造の放射線モニタが記載されている。

特開平６−２１４０３９号公報特開平２−１２８１８４号公報特願２００６−２２７９６

特許文献１に記載された方法は、揺らぎ検出のために特殊な検出系が必要になる。また、この方法では、放射線検出器外部の自然放射線による計数を利用するため、計数率が少なく動作の健全性確認に時間がかかる。特許文献２に記載された方法は、発光ダイオードで発生させた光子による放射線検出器の応答を放射線による応答の代替として利用する。そのため、放射線に対する動作の健全性を直接的に確認することができない。特許文献３に記載された方法も、放射線検出素子の外部に設置した放射線源を利用する。そのため、取扱いに様々な制限を受ける。

本発明の目的は、バグソースを使用しないで、かつ、放射線に対する検出器の直接的な応答により、検出器の動作を確認できる放射線モニタを提供することにある。

本発明によると、放射線モニタは、天然に存在する放射性物質を含む放射線検出素子と、放射線検出素子からの光を電気信号に変換する光電子増倍管と、光電子増倍管によって出力された電気信号よりピークが現れる波高値を弁別する波高弁別器と、を有する。

放射線検出素子は、自身に含まれる天然に存在する放射線物質からの放射線に起因した光と、外部からの放射線に起因した光を発生する。

本発明によれば、バグソースを用いることなく、放射線に対する動作の健全性の確認ができる取扱いが簡便な放射線モニタを提供できる。

本発明の放射線モニタの第１の例の構成図である。本発明の放射線モニタの放射線検出素子及び光電子増倍管の構成例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。本発明の放射線モニタの第２の例の構成図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。本発明の放射線モニタによって得られた波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す図である。

図１を参照して本発明の放射線モニタの構成例を説明する。本例の放射線モニタは、放射性物質を含む放射線検出素子１、放射線検出素子からの光を電気信号に変換する光電子増倍管２、光電子増倍管からの電気信号を増幅する増幅器３、ピークが現れる波高値を弁別する波高弁別器４、１つまたは複数の波高領域中の計数をカウントするカウンター５、各カウンターからの各領域の計数を計数率に変換する計数率計６、及び、各領域の計数率を表示するモニタ７を有する。

放射線検出素子１は、放射線物質によって構成される。この放射性物質は、自身から発生するアルファ線またはガンマ線により、そのエネルギーに応じた強度の光を発生する。また、この放射線物質は、外部からガンマ線等の放射線９が入射した場合も、入射した放射線のエネルギーに応じた強度の光を発生する。このような放射線物質として、臭化ランタン（ＬａＢｒ_３（Ｃｅ））、珪酸ルテチウム（Ｌｕ_２ＳｉＯ_５（Ｃｅ））等がある。臭化ランタンに含まれるランタンには、質量数が１３７と１３８の二種類が天然に存在する。質量数が１３８のランタン１３８は、エネルギー０．７９ＭｅＶと１．４４ＭｅＶのγ線を放出する放射性物質である。また、臭化ランタンの製造過程で、ポロニウム２１４等のアルファ線放出核種が自然に含まれる。珪酸ルテチウムに含まれるルテチウムには、質量数が１７５と１７６の二種類が天然に存在する。質量数が１７６のルテチウム１７６は、エネルギー０．０８ＭｅＶ、０．２０ＭｅＶ、及び、０．３１ＭｅＶのγ線を放出する放射性物質である。

放射線検出素子１は、外部からの放射線９又は内部にて放射された放射線に起因して、光を発生する。この光は、光電子増倍管２によって、電気信号に変換され、増幅器３によって増幅され、波高弁別器４に送られる。波高弁別器４は、増幅器からの信号を、波高値領域毎に弁別する。波高値は、アルファ線またはガンマ線のエネルギーに応じた値にピークを有する。カウンター５は、所定の幅の波高値領域毎に、計数をカウントし、波高値領域毎に計数率を算出する。計数率は、単位時間当たりの計数である。この波高値領域毎の計数率の時間変化のグラフは、モニタ７に表示される。本例では、波高値領域毎に計数率を算出するため、図３に示す波高値スペクトルを求める必要がない。

ユーザは、モニタ７に表示された波高値領域毎の計数率の時間変化のグラフから、放射線モニタが正常に作動しているか否かを判定することができる。

図２を参照して放射線検出素子１及び光電子増倍管２の構造の例を説明する。光電子増倍管２は、円筒形のガラス管２０６を有し、その内部は真空排気されている。ガラス管２０６内には、光を電子に変換する光電陰極２０２、光電子を収束させる収束電極２０３、二次電子を放出する複数の金属板２０４、二次電子を受け入れる陽極２０５を有する。光電子増倍管２の光電陰極２０２側の端面には窓２０１が形成されている。この窓２０１を覆うように、円柱形の放射線検出素子１が装着されている。

放射線検出素子１は、上述のように、臭化ランタン（ＬａＢｒ_３（Ｃｅ））、珪酸ルテチウム（Ｌｕ_２ＳｉＯ_５（Ｃｅ））等の放射線物質からなる。

放射線検出素子１及び光電子増倍管２の外面は、光を遮蔽する遮蔽膜によって覆われている。しかしながら、外部からの放射線９は、この遮蔽膜を通過する。

放射線検出素子１は、外部からの放射線９又は内部にて放射された放射線に起因して、光を発生する。この光は、光電子増倍管２の端面の窓２０１を介して光電陰極２０２によって受光され、電子に変換される。この電子が、最初の金属板２０４に衝突すると二次電子が発生する。この二次電子が次の金属板２０４に衝突すると更に二次電子が発生する。こうして、複数の金属板２０４によって次々と二次電子が発生し、最後に、陽極２０５に到達する。

図３に、放射線検出素子１が発生する光の波高値スペクトルの一例を示す。横軸は波高値、縦軸は計数である。波高値は、放射線のエネルギーに比例する。波高値が大きいほど、放射線のエネルギーが大きい。計数は、光電子増倍管２が検出した光電子の計数値であり、放射線の強度を表す。放射線検出素子の外部からの放射線９は、放射線のエネルギーに応じて、波高値スペクトル内にピークを形成する。そのピークが現れる波高値領域を領域ａ１、領域ａ２、及び、領域ａ３とする。また、放射線検出素子の内部に含まれる放射性物質からの放射線も、放射線のエネルギーに応じて、波高値スペクトル内にピークを形成する。そのピークが現れる波高値領域を領域ｂ１、領域ｂ２、及び、領域ｃとする。波高値領域の幅は予め設定されている。波高弁別器４によって、これらのピークが現れる波高値領域が分別される。

ここで、放射線検出素子１として、臭化ランタン（ＬａＢｒ_３（Ｃｅ））を用いた場合を説明する。領域ｂ1及びｂ２は、ガンマ線によるピークの領域である。臭化ランタンに自然に含まれるランタン１３８からのガンマ線のエネルギーは、０．７９ＭｅＶ、及び、１．４４ＭｅＶである。従って、ピークの領域ｂ1及びｂ２は、外部放射線に起因するピークと同程度の波高値領域に現れる。領域ｃは、アルファ線によるピークの領域である。臭化ランタンの製造過程で自然に含まれるポロニウム２１４からのアルファ線のエネルギーは、７．７ＭｅＶと非常に高い。従って、ピークの領域ｃは、外部放射線に起因するピークと比較して高い波高値領域に現れる。

図３に示した波高値スペクトルは単位時間毎に求めることができる。それより、波高値スペクトルの時間変化を得ることができる。波高値スペクトルの時間変化の例を以下に説明する。

図４に波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の一例を示す。横軸は時間、縦軸は計数率である。計数率は、単位時間当たりの計数である。外部からの放射線９に対応する領域ａ１、領域ａ２、及び、ａ３領域と、放射線検出素子１の内部からの放射線に対応する領域ｂ１、領域ｂ２、領域ｃのいずれの領域においても、計数率は一定である。従って、放射線モニタが正常に機能していると判定できる。

図５に波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す。横軸は時間、縦軸は計数率である。領域ａ１と領域ｂ１の計数率が時刻ｔ１において瞬間的に増加したが、他の領域の計数率は一定である。これは、領域ａ１にピークを有する外部放射線の強度が、時刻ｔ１において強くなり、この外部放射線のコンプトン散乱分が領域ｂ１に加算されたと考えられる。従って、放射線モニタが領域ａ１にピークを有する外部放射線の強度が強くなったことを正常に検出した、と判定できる。

図６に波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す。横軸は時間、縦軸は計数率である。領域ａ１と領域ｂ１の計数率が時刻ｔ２から除々に増加しているが、他の領域の計数率は一定である。これは、図５の場合と同様に、領域ａ１にピークを有する外部放射線が時刻ｔ２から、除々に強度が強くなっていると考えられる。従って、放射線モニタが領域ａ１にピークを有する外部放射線の強度が強くなったことを正常に検出した、と判定できる。

図７に、波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す。横軸は時間、縦軸は計数率である。全領域の計数率が時刻ｔ３においてゼロになっている。これは、放射線モニタが時刻ｔ３にて故障を起こした、と判定できる。

図８に、波高値スペクトルの各領域の計数率の時間変化の他の一例を示す。全領域の計数率が時刻ｔ４から増加している。外部放射線の強度が強くなっても、放射線検出素子１に含まれる天然の放射性物質からのアルファ線による領域ｃの計数率は変化しないことが知られている。従って、時刻ｔ４にて放射線モニタに故障が生じたと判定できる。

以上のように、各波高値領域の計数率の時間変化のグラフから、放射線モニタが正常に測定しているか、又は、故障が起きたかを確認できる。

図９を参照して本発明の放射線モニタの他の構成例を説明する。本例の放射線モニタは、放射性物質を含む放射線検出素子１、放射線検出素子からの光を電気信号に変換する光電子増倍管２、光電子増倍管からの電気信号を増幅する増幅器３、増幅した信号の波高値を弁別する波高弁別器４、波高弁別器で弁別された波高値スペクトルの各ピークにおける正味の計数率を算出するピーク計数率測定器８、及び、各ピークの正味の計数率を表示するモニタ７を有する。

ピーク計数率測定器８は、図３に示した波高値スペクトルにおいて、各ピークの正味計数率を算出する。正味計数率は、各ピークよりバックグラウンドを引き算し、残余のピーク部（山形の部分）の面積の単位時間当たりの値である。本例では、波高値スペクトルからピークの面積を求めるため、図１０に示す波高値スペクトルを求める必要がある。

図１０に、放射線検出素子１が発生する光の波高値スペクトルの他の一例を示す。横軸は波高値、縦軸は計数である。放射線検出素子の外部からの放射線９は、放射線のエネルギーに応じて、波高値スペクトル内にピークを形成する。そのピークをピークｄ１、ピークｄ２、及び、ピークｄ３とする。また、放射線検出素子の内部に含まれる放射性物質からの放射線も、放射線のエネルギーに応じて、波高値スペクトル内にピークを形成する。そのピークをピークｅ１、ピークｅ２、及び、ピークｅ３とする。波高弁別器４によって、これらのピークが分別される。

ここで、放射線検出素子１として、珪酸ルテチウム（Ｌｕ_２ＳｉＯ_５（Ｃｅ））を用いた場合を説明する。ピークｅ１、ピークｅ２、及び、ピークｅ３は、ガンマ線によるピークである。珪酸ルテチウムに自然に含まれるルテチウム１７６からのガンマ線のエネルギーは、エネルギー０．０８ＭｅＶ、０．２０ＭｅＶ、及び、０．３１ＭｅＶである。従って、ピークｅ１、ピークｅ２、及び、ピークｅ３は、外部放射線に起因するピークと同程度の波高値領域に現れる。

図１１に波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の一例を示す。外部からの放射線９に対応するピークｄ１、ピークｄ２、及び、ピークｄ３と、放射線検出素子１の内部からの放射線に対応するピークｅ１、ピークｅ２、及び、ピークｅ３のいずれのピークにおいても正味の計数率は一定である。従って、放射線モニタは、正常に機能していると判断できる。

図１２に波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す。ピークｄ１の正味の計数率は、時刻ｔ５において瞬間的に増加しているが、他のピークの正味の計数率は一定である。これは、ピークｄ１を有する外部放射線の強度が時刻ｔ５において強くなったと考えられる。従って、放射線モニタが正常に機能している、と判定できる。

図１３に波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す。ピークｄ１の計数率が、時刻ｔ６から除々に増加しているが、他のピークの計数率は一定である。これは、ピークｄ１を有する外部放射線の強度が時刻ｔ６から、除々に強くなっていると考えられる。従って、放射線モニタは正常に機能している、と判定できる。

図１４に、波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す。全ピークの計数率が時刻ｔ７においてゼロになっている。これは、時刻ｔ７にて放射線モニタに故障が生じた、と判定できる。

図１５に、波高値スペクトルの各ピークの正味の計数率の時間変化の他の一例を示す。全ピークの計数率が、時刻ｔ８から増加している。ピークｅ１、ピークｅ２、及び、ピークｅ３は、放射線検出素子の内部に自然に存在する放射性物質からの放射線によるピークである。これらのピークｅ１、ピークｅ２、及び、ピークｅ３の正味の計数率は、正常時には変化しないことが知られている。従って、時刻ｔ８にて、放射線モニタに故障が生じたと判断できる。

以上のように、各ピークの正味の計数率の時間変化のグラフから、放射線モニタが正常に測定しているか、又は、故障が起きたかを確認できる。
以上のように、本例によると、正常測定と検出器故障の確認ができる。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１…放射線検出素子、２…光電子増倍管、３…増幅器、４…波高弁別器、５…カウンター、６…計数率計、７…動作確認モニタ、８…ピーク計数率測定器、９…外部放射線

Claims

天然に存在する放射性物質を含む放射線検出素子と、前記放射線検出素子からの光を電気信号に変換する光電子増倍管と、前記光電子増倍管によって出力された電気信号よりピークが現れる波高値を弁別する波高弁別器と、前記波高弁別器によって弁別された波高値に基づいて生成された、波高値のピークの計数率の時間変化を表すグラフを表示するモニタと、を有し、前記放射線検出素子は、自身に含まれる天然に存在する放射線物質からの放射線に起因した光と、外部からの放射線に起因した光を発生することを特徴とする放射線モニタ。
請求項１記載の放射線モニタにおいて、前記波高弁別器によって弁別された波高値に基づいて、所定の幅の波高領域毎に波高値の計数をカウントするカウンターと、該カウンターからの波高領域毎の計数を計数率に変換する計数率計と、を有し、前記モニタは、波高領域毎の波高値の計数率の時間変化を表すグラフを表示することを特徴とする放射線モニタ。
請求項１記載の放射線モニタにおいて、前記波高弁別器によって弁別された波高値に基づいて、波高値のピーク毎に正味の計数率を算出するピーク計数率測定器と、を有し、前記モニタは、波高値のピーク毎の正味の計数率の時間変化を表すグラフを表示することを特徴とする放射線モニタ。
請求項１記載の放射線モニタにおいて、前記放射線検出素子は前記光電子増倍管の端面に装着され、該前記光電子増倍管の端面には、前記放射線検出素子によって発生した光が通過するための窓が形成されていることを特徴とする放射線モニタ。
請求項１記載の放射線モニタにおいて、前記放射線検出素子及び前記光電子増倍管の外面は、光を遮断するが放射線を通す遮蔽膜によって覆われていることを特徴とする放射線モニタ。
請求項１記載の放射線モニタにおいて、前記放射線検出素子は、アルファ線とガンマ線の少なくとも一方を放射する放射性物質を含むことを特徴とする放射線モニタ。
請求項１記載の放射線モニタにおいて、前記放射線検出素子は、臭化ランタン（ＬａＢｒ_３（Ｃｅ））、又は、珪酸ルテチウム（Ｌｕ_２ＳｉＯ_５（Ｃｅ））によって形成されていることを特徴とする放射線モニタ。
天然に存在する放射性物質を含む放射線検出素子を光電子増倍管の端面に装着することと、
前記光電子増倍管によって前記放射線検出素子からの光を電気信号に変換することと、
前記光電子増倍管からの波高値スペクトルより、ピークが現れる波高値の計数率の時間変化を表すグラフを生成することと、
前記グラフをモニタによって表示することと、
を有し、
前記放射線検出素子は、自身に含まれる天然に存在する放射線物質からの放射線に起因した光と、外部からの放射線に起因した光を発生することを特徴とする放射線モニタ方法。
請求項８記載の放射線モニタ方法において、前記グラフは、波高領域毎の波高値の計数率の時間変化を表すグラフであることを特徴とする放射線モニタ方法。
請求項８記載の放射線モニタ方法において、前記グラフは、波高値のピーク毎の正味の計数率の時間変化を表すグラフであることを特徴とする放射線モニタ方法。
請求項８記載の放射線モニタ方法において、前記放射線検出素子は、アルファ線とガンマ線の少なくとも一方を放射する放射性物質を含むことを特徴とする放射線モニタ方法。
請求項８記載の放射線モニタ方法において、前記放射線検出素子は、臭化ランタン（ＬａＢｒ_３（Ｃｅ））、又は、珪酸ルテチウム（Ｌｕ_２ＳｉＯ_５（Ｃｅ））によって形成されていることを特徴とする放射線モニタ方法。
天然に存在する放射性物質を含む放射線検出素子と、前記放射線検出素子からの光を電気信号に変換する光電子増倍管と、前記光電子増倍管によって出力された電気信号よりピークが現れる波高値を弁別する波高弁別器と、前記波高弁別器によって弁別された波高値に基づいて、所定の幅の波高領域毎に波高値の計数をカウントするカウンターと、該カウンターからの波高領域毎の計数を計数率に変換する計数率計と、前記波高領域毎の波高値の計数率の時間変化を表すグラフを表示するモニタと、を有し、前記放射線検出素子は、自身に含まれる天然に存在する放射線物質からの放射線に起因した光と、外部からの放射線に起因した光を発生することを特徴とする放射線モニタ。
天然に存在する放射性物質を含む放射線検出素子と、前記放射線検出素子からの光を電気信号に変換する光電子増倍管と、前記光電子増倍管によって出力された電気信号よりピークが現れる波高値を弁別する波高弁別器と、前記波高弁別器によって弁別された波高値に基づいて、波高値のピーク毎に正味の計数率を算出するピーク計数率測定器と、前記波高値のピーク毎の正味の計数率の時間変化を表すグラフを表示するモニタと、を有し、前記放射線検出素子は、自身に含まれる天然に存在する放射線物質からの放射線に起因した光と、外部からの放射線に起因した光を発生することを特徴とする放射線モニタ。