JP2016065846A

JP2016065846A - 計測装置

Info

Publication number: JP2016065846A
Application number: JP2014196244A
Authority: JP
Inventors: 藤井　隆; Takashi Fujii; 隆藤井; 修三江藤; Shuzo Eto
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: JP6372884B2

Abstract

【課題】幅狭の空間に進行して移動しつつ空間的に連続的な計測・測定を行うことができるようにする。【解決手段】本体２と、当該本体２に固定されて取り付けられる計測部１０と、本体２のキャニスタ３０側に備えられてキャニスタ３０と本体２との間の距離を一定に保ちながらキャニスタ３０に対して本体２を移動させ得る対象物側移動機構（３，４）と、本体２のキャニスタ３０とは反対側に備えられて本体２をキャニスタ３０側に押し付ける向きに付勢しながらキャニスタ３０とは反対側の構造物に対して本体２を移動させ得る付勢側移動機構（５，６）とを有するようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、計測装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、幅狭の空間に進入して測定対象物に対して行う種々の検査や計測・測定に用いて好適な計測装置に関する。

使用済核燃料を円筒型の金属製密封容器（キャニスタ）に収容して密封した上で当該キャニスタをコンクリート容器に格納して安全に使用済核燃料を貯蔵する方式はコンクリートキャスクと呼ばれる。

この貯蔵方式に用いられるコンクリート容器には除熱のための通気穴が複数設けられているので外部電源を持たずに自然冷却を行う機能を有するものの、外気に含まれる海塩粒子などがキャニスタ表面に付着する場合がある。このため、数十年に亙る長期間貯蔵が継続された場合に、キャニスタ表面の孔食やそれに伴う応力腐食割れが生じることが懸念される。応力腐食割れが生じることにより、キャニスタの表面からき裂が成長する。万が一、き裂がキャニスタを貫通した場合、キャニスタ内部に充填されているヘリウムガスや放射性ガスが漏洩する。このような可能性を可能な限り除去するためには、キャニスタの健全性を定期的に検査することが重要である。

キャニスタを検査する従来の方法としては、例えば、金属表面に付着している物質（付着微量成分）の濃度を測定する方法であり、検査対象であるキャニスタの表面（金属表面）にパルス状のレーザー光を照射して付着物質をアブレーションし、その後アブレーションによってプラズマ化された物質からの発光を計測して分光することにより、金属表面に付着している物質（付着微量成分）を特定すると共にその濃度を求める金属表面付着成分の濃度計測方法がある（特許文献１）。

特開２０１３−１９０４１１号

しかしながら、特許文献１の計測方法では固定点（言い換えると、或る一箇所）における計測手法は明らかにされているものの、実機においては多数の箇所における計測が必要であり、このため、特許文献１に開示されている内容のみによって十分な計測が行われて確証ある検査を行い得るとは言い難い。

また、測定感度を向上させるためには多数の受光信号を積算してＳ／Ｎ比を向上させる必要があるが、金属表面に付着している物質は一回のレーザー照射によって消失してしまうので、多数の受光信号を積算するためには金属表面に関して移動しながら（言い換えると、測定点を変えながら）計測を行う必要がある。

そこで、本発明は、幅狭の空間に進行して移動しつつ空間的に連続的な計測・測定を行うことができる計測装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の計測装置は、本体と、当該本体に固定されて取り付けられる計測部と、本体の測定対象物側に備えられて測定対象物と本体との間の距離を一定に保ちながら測定対象物に対して本体を移動させ得る対象物側移動機構と、本体の測定対象物とは反対側に備えられて本体を測定対象物側に押し付ける向きに付勢しながら測定対象物とは反対側の構造物に対して本体を移動させ得る付勢側移動機構とを有するようにしている。

したがって、この計測装置によると、測定対象物とは反対側の構造物に付勢側移動機構が当接し、当該付勢側移動機構による付勢力が本体を介して対象物側移動機構に働き、結果的に、対象物側移動機構が測定対象物の表面に押し付けられる。

また、本発明の計測装置は、計測部に、光ファイバにより、または、一つ若しくは複数の光学素子によって光路を変化させながら空間を伝送させる仕組みにより、測定に用いられるレーザー光が伝送されて供給されるようにしても良い。

また、本発明の計測装置は、計測部に、レーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を行うための、レーザーから出射されたレーザー光が測定対象物に照射されるようにレーザー光を伝送する光学系、及び、レーザー光の照射によるアブレーションによってプラズマ化された物質からの発光を伝送する光学系が内蔵されるようにしても良い。

また、本発明の計測装置は、対象物側移動機構が長さが一定で伸縮しない複数の固定長軸及び当該固定長軸に支持される車輪によって構成されると共に付勢側移動機構が弾性伸縮する複数の伸縮軸及び当該伸縮軸に支持される車輪によって構成されるようにしても良い。

また、本発明の計測装置は、測定対象物がコンクリート容器に格納されている金属製密封容器であるキャニスタであると共に、測定対象物とは反対側の構造物がコンクリート容器の周壁であるようにしても良い。

本発明の計測装置によれば、対象物側移動機構が測定対象物の表面に押し付けられるので、計測装置が順次移動して検査や計測・測定を行う場所毎に測定対象物とは反対側の構造物と測定対象物との間隔が変化しても、測定対象物と本体との間の距離は一定に保たれ、したがって、本体に固定される計測部（当該計測部に固定されたり収容されたりする例えば探触子や種々の計測・測定器具を含む）と測定対象物との離隔距離・相対距離を一定に保つことができ、計測・測定条件を一定にして計測・測定精度を向上させることが可能になると共に、測定対象物に必要以上に強く押し付けられることによる例えば探触子や種々の計測・測定器具の破損を防ぐことが可能になる。

また、本発明の計測装置は、レーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を行うための光学系が計測部に内蔵されるようにした場合には、計測装置が順次移動して測定を行う場所毎に光学系と測定対象物との離隔距離・相対距離が一定に保たれた状態でレーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を行うことができるので、レーザー光の焦点と測定対象物との位置関係が変化することなくレーザー光の照射が適切に行われてレーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を良好に行うこと、すなわち、良好な精度が確保された測定を行うことが可能になる。

本発明の計測装置の実施形態の一例を示す概略構成図である（コンクリート容器は縦断面として表す）。実施形態の計測装置の概略構造を示す側面図である（キャニスタの周壁，コンクリート容器の本体の周壁，及び計測部の収容ケースは縦断面として表す）。実施形態の計測装置の概略構造を示す平面図（言い換えると、キャニスタ側の面）である。実施形態の計測装置の概略構造を示す裏面図（言い換えると、コンクリート容器側の面）である。実施形態におけるキャニスタとコンクリート容器との概略構造を示す図である。（Ａ）は斜視図である。（Ｂ）は立面図であり、コンクリート容器を縦断面として表した図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１から図５に、本発明の計測装置の実施形態の一例を示す。

なお、図１乃至図５は、本発明の構成を説明するためのあくまでも概略構造図であり、各部の構造は簡略化してあって詳細な構造を厳密に示すものではなく、また、各部の寸法の相対的な関係も厳密なものではない。具体的には例えば、キャニスタ３０の細部の構造やコンクリート容器３１に設けられる除熱のための通気穴等の細部の構造の図示は省略している。

（１）測定対象物
本実施形態では、使用済核燃料が入れられて通常はコンクリート容器３１内に格納されて貯蔵されている円筒型の金属製密封容器であるキャニスタ３０（図５）の検査として当該キャニスタ３０の表面に対して測定を行う場合を例に挙げて説明する。

本実施形態のコンクリート容器３１は、円筒状の周壁及び当該周壁の下端を閉塞する底部を有する本体３１ａと、当該本体３１ａの上端開口部に着脱可能に取り付けられる上蓋３１ｂとを有する。

なお、本発明が適用され得る測定対象物は、コンクリート容器に格納されて貯蔵されているキャニスタに限定されるものではなく、他の貯蔵容器に格納されているキャニスタであっても構わないし、他の容器に格納されている他の物であっても構わない。一般化して言うと、本発明の計測装置は、測定対象としての表面を有すると共に当該表面と対向する構造物が存在して前記表面と前記構造物との間に幅狭の空間（言い換えると、隙間）が存在している場合に適用され得る。

（２）計測装置の全体構成
本発明の計測装置は、少なくとも一方が測定対象物の表面によって区画される幅狭の空間に進入して前記測定対象物に対して種々の検査や計測・測定を行うものである。

本実施形態の計測装置１は、コンクリート容器３１の本体３１ａの周壁の内周面３１ｃとキャニスタ３０の側周面３０ａ（言い換えると、外周面）との間の空間に進入してキャニスタ３０の側周面３０ａを対象として測定を行う。

本実施形態の計測装置１は、本体２と、当該本体２に固定されて取り付けられる計測部１０と、本体２のキャニスタ３０側に備えられてキャニスタ３０と本体２との間の距離を一定に保ちながらキャニスタ３０に対して本体２を移動させ得る対象物側移動機構としての、固定長軸３及び当該固定長軸３に支持される対象物側車輪４と、本体２のキャニスタ３０とは反対側（本実施形態では、コンクリート容器３１の本体３１ａの周壁側である）に備えられて本体２をキャニスタ３０側に押し付ける向きに付勢しながらキャニスタ３０とは反対側の構造物（本実施形態では、コンクリート容器３１の本体３１ａの周壁）に対して本体２を移動させ得る付勢側移動機構としての、伸長付勢されて弾性伸縮する伸縮軸５及び当該伸縮軸５に支持される付勢側車輪６とを有する。

本体２は、測定対象物側の移動機構（即ち、対象物側移動機構）及びこれと反対側の移動機構（即ち、付勢側移動機構）が備え付けられると共に、計測部１０を保持するものである。

本実施形態では、本体２は直方体状に形成されると共に、本体２の、キャニスタ３０とコンクリート容器３１との間に配置された姿勢における上端に計測部１０が固定されて取り付けられる。

本体２の、測定対象物であるキャニスタ３０側に、四本の固定長軸３が取り付けられる。これら固定長軸３は、長さが一定であって伸縮しない。なお、固定長軸３の本数は、本体２の姿勢を安定させることができるのであれば、四本に限定されるものではなく、三本以下であっても良いし、五本以上であっても良い。

固定長軸３それぞれの先端には、全方向回転可能であるように対象物側車輪４が取り付けられる。対象物側車輪４としては、具体的には例えば、全方向に対して進行可能であるように回転するキャスタが用いられ得る。なお、一本の固定長軸に、例えば軸心方向直交放射状に延びる複数本の枝足が用いられるなどして、複数の対象物側車輪４が取り付けられるようにしても良い。

なお、対象物側移動機構は、キャニスタ３０と本体２との間の距離を一定に保ちながらキャニスタ３０に対して本体２を移動させ得るものであれば、固定長軸３と車輪４とからなる構成に限定されるものではない。具体的には例えば、対象物側移動機構は、両端に車輪を備える車軸が本体２によって直接支持されて固定長軸３を有しないように構成されるようにしても良いし、摺動可能且つ変形しない素材によって形成されて本体２に取り付けられた半球体によって構成されるようにしても良い。

また、本体２の、測定対象物であるキャニスタ３０とは反対側、即ちコンクリート容器３１の本体３１ａの周壁側に、四本の伸縮軸５が取り付けられる。なお、伸縮軸５の本数は、本体２の姿勢を安定させることができるのであれば、四本に限定されるものではなく、三本以下であっても良いし、五本以上であっても良い。

伸縮軸５は、軸心方向に伸縮可能に、且つ、計測装置１がキャニスタ３０とコンクリート容器３１の本体３１ａの周壁との間に配置された状態において軸全体長さとして常時伸長しようとするように（言い換えると、伸長付勢されるように）構成される。すなわち、伸縮軸５は伸長付勢されて弾性伸縮するように構成され、これにより、本体２はキャニスタ３０に押し付けられる向きに常時付勢される。

なお、固定長軸３の長さと伸縮軸５の長さとは、本体２がキャニスタ３０に押し付けられる向きに常時付勢され得るように、コンクリート容器３１の本体３１ａの周壁の内周面３１ｃとその中に収容されているキャニスタ３０の側周面３０ａとの間隔に合わせて適宜調整される。

伸縮軸５が弾性伸縮可能であるようにする仕組みは、特定のものには限定されない。具体的には例えば、外側ロッドと、当該外側ロッドに挿し込まれる内側ロッドと、これら外側ロッドと内側ロッドとの間に介在するように外側ロッドの内側に配設される圧縮コイルばねとによって構成される仕組みが考えられる。あるいは、伸縮軸５としてガススプリングが用いられるようにしても良い。

伸縮軸５それぞれの先端には、全方向回転可能であるように付勢側車輪６が取り付けられる。付勢側車輪６としては、具体的には例えば、全方向に対して進行可能であるように回転するキャスタが用いられ得る。なお、一本の伸縮軸に、例えば軸心方向直交放射状に延びる複数本の枝足が用いられるなどして、複数の付勢側車輪６が取り付けられるようにしても良い。

なお、付勢側移動機構は、本体２をキャニスタ３０に押し付ける向きに付勢しながらキャニスタ３０とは反対側の構造物（本実施形態では、コンクリート容器３１の本体３１ａの周壁）に対して本体２を移動させ得るものであれば、伸縮軸５と車輪６とからなる構成に限定されるものではない。具体的には例えば、付勢側移動機構は、摺動可能且つ弾性変形する素材によって形成されて本体２に取り付けられた半球体によって構成されるようにしも良い。

そして、計測装置１の上述の構成により、コンクリート容器３１の本体３１ａの周壁の内周面３１ｃに付勢側車輪６が当接して伸縮軸５による付勢力が本体２を介して固定長軸３に働き、結果的に、対象物側車輪４がキャニスタ３０の側周面３０ａに押し付けられる。

これにより、計測装置１が順次移動して検査や計測・測定を行う場所毎にキャニスタ３０の側周面３０ａとコンクリート容器３１の本体３１ａの周壁の内周面３１ｃとの間隔が変化しても、コンクリート容器３１の内周面３１ｃと計測装置１の本体２との間の距離を変化させることによってキャニスタ３０の側周面３０ａと計測装置１の本体２との間の距離は一定に維持され、したがって、本体２に固定される計測部１０とキャニスタ３０の側周面３０ａとの離隔距離・相対距離が一定に維持される。

したがって、例えば探触子や種々の計測・測定器具が用いられて非接触型の検査や計測・測定が行われる場合には非接触型の探触子・器具によって行われる検査等の始終において検査等の条件を一定にするために測定対象物の表面と非接触型の探触子・器具との離隔距離を一定に保つという要求に応えることが可能になり、また、例えば探触子や種々の計測・測定器具が用いられて接触型の検査や計測・測定が行われる場合には測定対象物の表面に接触型の探触子・器具が当接する強度を一定にして接触型の探触子・器具が破損しないようにするために測定対象物の表面に対する接触型の探触子・器具の相対距離を一定に保つという要求に応えることが可能になる。

（３）昇降装置
昇降装置８は、計測装置１を、少なくとも一方が測定対象物の表面によって区画される幅狭の空間（隙間）において昇降させるものである。

昇降装置８は、計測装置１を昇降させ得る仕組みであれば、特定の仕組みに限定されるものではなく、計測装置１が進入する幅狭の空間（隙間）を区画する測定対象物等（本実施形態であれば、キャニスタ３０やコンクリート容器３１）の構造なども考慮されて適当なものが適宜選択される。

昇降装置８としては、具体的には例えば、ワイヤロープを用いた巻き取り式クレーンやガイドレールを用いた駆動装置などが用いられ得る。

本実施形態では、昇降装置８として、ワイヤロープ７を用いた巻き取り式クレーンがコンクリート容器３１の上蓋３１ｂの上面に設置される。なお、ワイヤロープ７の先端（下端）は、計測部１０の上端において計測装置１に接続される。

本実施形態では、また、ワイヤロープ７を貫通させるため、コンクリート容器３１の上蓋３１ｂの、当該上蓋３１ｂの上面に設置された昇降装置８の近傍位置に貫通口３２が設けられる。

なお、計測装置１は、コンクリート容器３１の上蓋３１ｂを取り外して本体３１ａ内に入れられるようにしても良いし、上蓋３１ｂの貫通口３２から本体３１ａ内に入れられるようにしても良い。計測装置１が貫通口３２から入れられる場合には、貫通口３２は計測装置１が通過可能な大きさに形成される。

コンクリート容器３１の上蓋３１ｂの上面に設置された昇降装置８としての巻き取り式クレーンにより、計測装置１は、キャニスタ３０の側周面３０ａに沿って昇降する（即ち、鉛直方向に移動する）。

計測装置１は、また、コンクリート容器３１の本体３１ａから取り外し可能であって当該本体３１ａに対して回転可能である上蓋３１ｂを回転させることにより、昇降装置８と共にキャニスタ３０の側周面３０ａの周りを回転移動する（即ち、水平方向に移動する）。

このような、計測装置１の、昇降装置８による昇降（鉛直方向移動）とコンクリート容器３１の上蓋３１ｂの回転による水平方向移動とにより、即ち、計測装置１を吊り下げるワイヤロープ７を鉛直方向及び水平方向に動かすことにより、計測装置１は、キャニスタ３０の側周面３０ａの全面に亙って対象物側移動機構及び付勢側移動機構を介して移動可能になると共に所望の位置に静止可能になる。

ただし、計測装置１を移動させる方法・仕組みは、例えば上述のように巻き取り式クレーンのような昇降装置８を利用するためのワイヤロープ７による鉛直方向及び水平方向への牽引に限られるものではない。例えば、対象物側車輪４や付勢側車輪６を回転駆動させるモータとこれら対象物側車輪４や付勢側車輪６の向きを変えるモータとが本体２に設けられ、無線通信若しくは有線通信による遠隔操作によって対象物側車輪４や付勢側車輪６の回転駆動と向きとが制御されて計測装置１が所望の位置まで移動させられると共に当該位置に静止させられるようにしても良い。

（４）計測装置の計測部及び関連する構成
計測装置１の計測部１０は、測定対象物に対して種々の検査や計測・測定を行うために当該測定対象物に接近させる必要がある機器などを収容したり固定したりするものである。

本実施形態では、計測部１０を備える計測装置１がコンクリート容器３１の本体３１ａの周壁の内周面３１ｃと前記本体３１ａ内に収容されているキャニスタ３０の側周面３０ａとの間の空間に進入し、計測部１０を介してキャニスタ３０の検査等として当該キャニスタ３０の側周面３０ａに付着している物質（付着微量成分；例えば塩分など）の濃度をレーザー誘起ブレイクダウン分光法によって測定する。

このため、本実施形態では、計測部１０に、レーザー誘起ブレイクダウン分光法によって測定を行うための仕組みのうちの一部であって測定対象物のキャニスタ３０に接近させる必要がある機器が収容される。

本実施形態の計測部１０は、測定対象物に接近させる必要がある機器などを囲って収容する筐体としての収容ケース１１を備える。なお、本発明の計測装置１の計測部１０としては筐体を備えることは必須の要件ではなく、測定対象物に接近させる機器などを囲う必要がない場合には筐体の代わりに前記機器などを固定するためのステージ・板体や枠体を備えるようにしても良い。

本実施形態では、収容ケース１１は、高放射線・高温による光学機器の損傷をできる限り低減するために密閉構造とされ、また、鉄などの高原子番号の素材とアクリルなどの低原子番号の素材とを組み合わせた構造にされることが考えられる。

収容ケース１１には、レーザー光の照射及び発光の計測のため、測定対象物と対向する位置に貫通口が設けられ、当該貫通口に石英窓板１１ａが取り付けられる。

キャニスタ３０の側周面３０ａに付着している物質（付着微量成分）の濃度を測定するため、本実施形態では、キャニスタ３０の側周面３０ａにパルス状のレーザー光を照射して付着物質をアブレーションし、その後アブレーションによってプラズマ化された物質からの発光を受光して分光することにより、キャニスタ３０の側周面３０ａに付着している物質（付着微量成分）を特定すると共にその濃度を求める。

このため、本実施形態の微量成分を測定する仕組みは、キャニスタ３０の側周面３０ａにパルス状のレーザー光を照射して付着物質をアブレーションすると共にプラズマ化するに十分なピークパワーのレーザー１２と、プラズマ化された物質からの発光を取り込んで波長毎に分解する分光器２１と、当該分光器２１を経て分光されたプラズマ化された物質からの発光を受光して発光スペクトルを得るゲート機能を有する受光素子２２と、レーザー１２によるレーザー光の照射と受光素子２２のゲート開放開始との間の時間差を制御するタイミングコントローラ２３と、受光素子２２からの電気信号（受光信号）を取り込んで保存すると共に当該電気信号（受光信号）に含まれる所定の値を解析するなどしてスペクトル強度分布を分析する各種解析プログラムなどが実装された解析装置２４と、レーザー光伝送用の光学系と発光伝送用の光学系とを含む計測部１０とで構成される。

なお、レーザー誘起ブレイクダウン分光法自体は周知の技術であるので、当該方法を用いるための構成のうち本発明として特有でない構成（言い換えると、当該方法に係る周知の仕組みが適用され得る構成）に関してはここでは詳細については省略する。

そして、コンクリート容器３１に収容されているキャニスタ３０の側周面３０ａに付着している物質（付着微量成分）の濃度の測定が行われる場合には、本発明が適用されることにより、レーザー１２，分光器２１及び受光素子２２，タイミングコントローラ２３，並びに解析装置２４がコンクリート容器３１の外部に配置され、コンクリート容器３１の外部のレーザー１２から出射されたレーザー光が供給用光ファイバ１９及びコンクリート容器３１内に進入した計測装置１の計測部１０を介してキャニスタ３０の側周面３０ａに照射されて付着物質がアブレーションすると共にプラズマ化し、そのときの発光が計測部１０及び受光用光ファイバ２０を介してコンクリート容器３１の外部の分光器２１に導かれて分光されると共に受光素子２２によって発光スペクトルが得られ、当該発光スペクトルに基づいて解析装置２４によってキャニスタ３０の側周面３０ａに付着している物質（付着微量成分）が特定されると共にその濃度が求められる。

レーザー１２としては、測定対象物の表面、即ち本実施形態では金属製のキャニスタ３０の側周面３０ａにレーザー光１３を照射して付着物質をアブレーションすると共にプラズマ化するに十分なピークパワーのレーザー、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザー，ファイバーレーザー，チタンサファイアレーザー，ガラスレーザー，ＣＯ_２レーザー，エキシマレーザーなどのパルスレーザーの類が用いられる。なお、パルスレーザーであれば、ナノ秒レーザーでも良いし、超短パルスレーザー（具体的には、パルス幅が１ psec 以下）でも良い。

なお、本発明におけるレーザー１２の仕様（また、当該レーザー１２から照射されるレーザー光１３の条件）は、測定対象物などに合わせて適切なものが適宜選択され得る。

分光器２１は取り込んだ光をスペクトルに分解するものであり、受光素子２２は分光器２１によって分解された光を取り込んでスペクトル強度分布（すなわち、波長依存性を有する発光強度の分布）を測定するものである。

分光器２１としては、例えば、回折格子によって波長情報を空間情報に変換する分光器や、或いは、バンドパスフィルターが用いられ得る。

分光器２１としてバンドパスフィルターが用いられる場合には、測定対象の付着物質（付着微量成分）が一つ又は少数に限られている場合、その発光線の波長と近傍のバックグラウンドの波長とのそれぞれの波長に合わせたバンドパスフィルターが用意され、それぞれのバンドパスフィルターを通過した後の光強度が測定されることによってバックグラウンドに対する発光の強度、即ち測定対象物質の発光線強度が測定される。この場合、バックグラウンド測定用バンドパスフィルターとして二つ以上の波長のバンドパスフィルターが用いられることにより、測定の信頼性の向上が図られる。そして、バンドパスフィルターが用いられて分光が行われるようにすることにより、装置構成が大幅に簡素化されると共に製作コストが大幅に低減する。

ゲート機能を有する受光素子２２としては、例えば、ＩＣＣＤ（Ｉntensified Ｃharge Ｃoupled Ｄevice の略）カメラや光電子増倍管が用いられ得る。

ＩＣＣＤカメラは、回折格子を有する分光器によって空間情報に変換された波長毎の強度分布（スペクトル）を一度に取得することが可能であり、したがって多数の物質の発光スペクトルを同時に取得することが可能であり、多数の物質の計測を一度に行うことができる点などにおいて本発明における受光素子２２として好ましい。

しかしながら受光素子２２はＩＣＣＤカメラに限定されるものではなく、例えばＣＣＤ（Ｃharge Ｃoupled Ｄevice の略）カメラや線形フォトダイオードなどの線形受光素子が受光素子２２として用いられるようにしても良い。この場合も、回折格子を有する分光器と同時に用いられることにより、多数の物質を一度に計測することが可能である。

また、受光素子２２として、光電子増倍管やフォトダイオードなどの単一受光素子が用いられるようにしても良い。この場合には波長毎の強度分布（スペクトル）を一度に取得することはできないので多数の物質の計測を同時に行うことはできないものの、単一又は少数の物質のみを測定すれば良い場合や多数の物質の計測であっても各物質を同時に測定しなくても良い場合などには用いられ得る。

例えば、単一又は少数の物質のみを測定すれば良い場合、単一受光素子がバンドパスフィルターと共に用いられ、測定対象物質の発光波長とその近傍のバックグラウンド波長とが一点若しくは複数点同時に測定される。これによって装置構成が大幅に簡素化されると共に製作コストが低減する。

また、多数の物質の計測であっても各物質を同時に測定しなくても良い場合には、単一受光素子が例えば回折格子を有する分光器と共に用いられ、回折格子を回転させながら波長毎の強度分布（スペクトル）が測定される。この仕組みは、時間に対して変動の少ない現象を測定する場合に有効である。

受光素子２２には、当該受光素子２２から出力される受光信号に基づいてスペクトル強度分布を分析する処理を行う各種解析プログラムなどが実装された解析装置２４が接続される。

そして、受光素子２２によって取得された周波数毎の発光強度の情報が当該解析装置２４に入力され、この発光強度に関するデータが保存されると共に解析されて発光スペクトルとしてディスプレイに表示されたり、周波数毎の発光強度の情報から測定対象物の表面の付着物質の有無が判断されたり、さらには当該付着物質に関する微量成分の濃度等が測定されたりする。

解析装置２４は、記憶部２４ａを備え、測定対象物の表面（測定対象物と同一の素材によって形成された物の表面）に既知の濃度の微量成分（測定対象とされた物質を少なくとも含む）を付着させてレーザー光を照射したときに発生するプラズマの発光のスペクトル強度分布などが予め記憶されたり、予め準備（言い換えると、設定）された検量線が記憶されて当該検量線と参照データの発光強度との比較或いは検量線の参照によって目的物質・原子の濃度変化などが検出されたりすることが好ましい。

なお、発光スペクトルが保存されたり解析されたりする必要がない場合には、解析装置２４は必要とされず、例えば受光素子２２としてのＩＣＣＤカメラに付属しているモニターディスプレイに発光スペクトルが表示されるようにしても良い。

タイミングコントローラ２３は、レーザー１２によるレーザー光の照射と受光素子２２のゲート開放開始との間の時間差を制御するものである。

レーザー１２によるレーザー光の照射から受光素子２２のゲート開放開始までの時間差は、特定の値に限定されるものではなく、レーザー１２によって照射されるレーザー光のピークパワーなども考慮されて適当な時間に適宜設定される。

例えば、本発明におけるレーザー１２によって照射されるレーザー光のピークパワーはそれほど大きいものではないので、白色光ノイズは弱いものの、受光素子２２のゲート開放開始が早いと白色光ノイズが輝線強度に比べて強いので計測することができず、一方で、受光素子２２のゲート開放開始が遅いと輝線強度が減衰するので感度が十分に出ないという問題が想定される。そこで、レーザー１２によるレーザー光の照射と受光素子２２のゲート開放開始との時間差は、具体的には例えば０．５〜１０ μｓ程度の範囲に調整されることが好ましい。

計測部１０の収容ケース１１には、レーザー光伝送用の光学系と発光伝送用の光学系とが内蔵される。

レーザー光伝送用の光学系は、本実施形態では、集光用レンズ１４と、レーザー光１３の波長のみを反射してレーザー光１３をキャニスタ３０の側周面３０ａに照射する波長選択型ミラー１５とが含まれるものとして構成される。

発光伝送用の光学系は、本実施形態では、波長選択型ミラー１５の背後に配置されて当該波長選択型ミラー１５を透過した、キャニスタ３０の側周面３０ａに付着している物質のアブレーションによって生じたプラズマの発光１６を反射させる、波長に依存しない全反射ミラー１７と、プラズマ発光を受光用光ファイバ２０の端面（フェルール２０ａの端面）に集光するための発光集光用レンズ１８とが含まれるものとして構成される。

これらレーザー光伝送用の光学系と発光伝送用の光学系とが収容ケース１１の内部に備えられることにより、計測部１０（収容ケース１１）を介してレーザー光１３とプラズマの発光１６とが伝搬される。

ここで、計測部１０に対しては、コンクリート容器３１の外部に配置されたレーザー１２から供給用光ファイバ１９によってレーザー光１３が伝送されて供給される。なお、供給用光ファイバ１９の収容ケース１１内に挿し込まれる側の端部（出射端）は、収容ケース１１内において、当該収容ケース１１に固定されて取り付けられたフェルール１９ａを介して集光用レンズ１４に向けられて所定の位置に固定される。

また、プラズマ化された物質からの発光１６は、計測部１０から、コンクリート容器３１の外部に配置された分光器２１に受光用光ファイバ２０によって伝送される。なお、受光用光ファイバ２０の収容ケース１１内に挿し込まれる側の端部（受光端）は、収容ケース１１内において、当該収容ケース１１に固定されて取り付けられたフェルール２０ａを介して発光集光用レンズ１８に向けられて所定の位置に固定される。

なお、供給用光ファイバ１９と受光用光ファイバ２０とは、バンドルファイバが用いられて一体のものとして構成されるようにしても良い。また、レーザー光１３とプラズマの発光１６とが同軸に設定される、言い換えると、レーザー光１３とプラズマの発光１６との光路が同じになるようにしても良い。これらの場合、レーザー光１３を伝送する一本の供給用光ファイバ１９の周囲にプラズマの発光１６を受光する複数本の受光用光ファイバ２０が配置されたバンドルファイバが用いられるようにしても良い。また、一本の光ファイバを用いて、レーザー光１３とプラズマの発光１６を伝送させても良い。

（５）計測装置の動作
上述した計測装置１による、本実施形態における測定対象物であるキャニスタ３０の側周面３０ａに付着している物質（付着微量成分）の濃度の測定に係る動作を以下に説明する。

昇降装置８による昇降（鉛直方向移動）とコンクリート容器３１の上蓋３１ｂの回転による水平方向移動とにより、計測装置１が、キャニスタ３０の側周面３０ａの所定の位置に移動させられて静止させられる。

続いて、レーザー１２からレーザー光１３が出射され、当該レーザー光１３が供給用光ファイバ１９を介して計測部１０（収容ケース１１）に導光されてフェルール１９ａから出射される。

そして、フェルール１９ａから出射されたレーザー光１３が、キャニスタ３０の側周面３０ａ上に集光するように集光用レンズ１４によって集光された上で波長選択型ミラー１５によって反射されてキャニスタ３０の側周面３０ａに対して垂直に照射される。

この照射により、側周面３０ａに付着している物質がアブレーションすると共にアブレーションによってプラズマ化して発光する。

そして、付着物質がプラズマ化することによる発光１６が、波長選択型ミラー１５を通過した後に全反射ミラー１７によって反射されてから発光集光用レンズ１８によって受光用光ファイバ２０の端面（フェルール２０ａの端面）に集光された上でフェルール２０ａにより保持される受光用光ファイバ２０に入射し、当該受光用光ファイバ２０によって伝送されて分光器２１によって分光された上で受光素子２２によって受光される。

続いて、受光素子２２によって取得された周波数毎の発光強度の情報が解析装置２４に入力され、周波数毎の発光強度の情報から測定対象物の表面の付着物質の有無が判断され、また、当該付着物質に関する微量成分の濃度が測定される。

ここで、例えば、８３７．５９ nm の塩素の発光線，５１７．２６ nm のマグネシウムの発光線，５１８．３６ nm のマグネシウムの発光線，及び８３３．３１ nm の塩素の発光線は塩分の存在を示唆するものであり、いずれかの発光線が用いられることによって塩分の存在の有無が判断されると共に、これら発光線の発光強度と塩分濃度とは比例関係にあることから塩分の濃度が求められる。

そして、他の物質（成分）についても、各物質に対応する周波数の発光線に着目し、発光線の発光強度と物質の濃度との関係から物質の濃度が求められる。

続いて、必要に応じ、昇降装置８による昇降（鉛直方向移動）とコンクリート容器３１の上蓋３１ｂの回転による水平方向移動とによって計測装置１がキャニスタ３０の側周面３０ａの別の位置に移動させられて静止させられ、上述と同様のレーザー光１３の照射及びプラズマ化による発光１６の受光並びに付着物質の有無の判断及び濃度の測定が行われる。

さらに必要に応じてキャニスタ３０の側周面３０ａの所定の範囲に亙って同様の動作が繰り返される。

このとき、対象物側移動機構及び付勢側移動機構の働きにより、計測装置１が順次移動して検査や計測・測定を行う場所毎にキャニスタ３０の側周面３０ａとコンクリート容器３１の本体３１ａの周壁の内周面３１ｃとの間隔が変化しても、コンクリート容器３１の内周面３１ｃと計測装置１の本体２との間の距離を変化させることによってキャニスタ３０の側周面３０ａと計測装置１の本体２との間の距離は一定に維持され、したがって、本体２に固定される計測部１０とキャニスタ３０の側周面３０ａとの離隔距離・相対距離が一定に維持されるので、レーザー光１３の焦点とキャニスタ３０の側周面３０ａとの位置関係が変化することなくレーザー光１３の照射が適切に行われてレーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定が良好に行われる。

以上のように構成された計測装置１によれば、測定対象物であるキャニスタ３０とは反対側の構造物であるコンクリート容器３１の本体３１ａの内周面３１ｃに付勢側移動機構としての付勢側車輪６が当接し、当該付勢側車輪６による付勢力が本体２を介して対象物側移動機構としての対象物側車輪４に働き、結果的に、対象物側車輪４が測定対象物であるキャニスタ３０の側周面３０ａに押し付けられるので、計測装置１が順次移動して検査や計測・測定を行う場所毎にコンクリート容器３１の本体３１ａの内周面３１ｃとキャニスタ３０の側周面３０ａとの間隔が変化しても、キャニスタ３０の側周面３０ａと本体２との間の距離は一定に保たれ、したがって、本体２に固定される計測部１０とキャニスタ３０の側周面３０ａとの離隔距離・相対距離を一定に保つことができ、計測・測定条件を一定にして計測・測定精度を向上させることが可能になる。

また、以上のように構成された計測装置１によって上述の実施形態のようにレーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を行う場合には特に、計測装置１が順次移動して測定を行う場所毎に本体２に固定される計測部１０とキャニスタ３０の側周面３０ａとの離隔距離・相対距離が一定に保たれた状態でレーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を行うことができるので、レーザー光１３の焦点とキャニスタ３０の側周面３０ａとの位置関係が変化することなくレーザー光１３の照射が適切に行われてレーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を良好に行うこと、すなわち、良好な精度が確保された測定を行うことが可能になる。さらに、測定条件を一定に保ちながら移動しつつ空間的に連続的な測定を行うことが可能になると共に、順次移動した場所毎の受光信号を積算することによって測定感度を向上させることが可能になる。

なお、上述の形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。

例えば、上述の実施形態ではレーザー誘起ブレイクダウン分光法を行うに際してシングルパルス方式であることを前提として説明したが、これに限られず、ダブルパルス方式とすることも可能である。例えば、同軸に配置された二つのレーザー光の間で焦点位置をずらしたり、或いは、第二のレーザー光を測定対象物の表面に対して斜交させることによって照射面の大きさを変えたりすることで、ピークパワー上限値以下となるようにレーザー光のエネルギーと照射面の面積とを調整することによっても同様の効果を得ることができる。さらに、２回目のレーザー光の照射のレーザーエネルギーを下げることによっても同様の効果が得られる。具体的には、２回目も追加熱用として付着物質をアブレーションさせる場合は、１回目も２回目も同じ強さ、或いは１回目に対して２回目が弱いというピークパワーの配分によっても、測定対象物の表面の損傷を招くことなくプラズマが生成されて測定感度を向上させることができる。

また、上述の実施形態ではレーザー誘起ブレイクダウン分光法によって測定を行うために計測部１０に内蔵されるレーザー光伝送用の光学系が集光用レンズ１４及び波長選択型ミラー１５を有すると共に発光伝送用の光学系が全反射ミラー１７及び発光集光用レンズ１８を有するようにしているが、レーザー光伝送用の光学系や発光伝送用の光学系の構成はこれらに限られるものではなく、例えば供給用光ファイバ１９の出射端や受光用光ファイバ２０の受光端が測定対象物の表面に向けられる（言い換えると、光ファイバ１９，２０の端面が測定対象物の表面に対向する）場合などには波長選択型ミラー１５や全反射ミラー１７を有しないようにしても良い。なおこの場合には、一本の供給用光ファイバ１９の周囲に複数本の受光用光ファイバ２０が配置されたバンドルファイバが用いられるようにしても良い。

また、上述の実施形態ではレーザー１２から出射されたレーザー光が供給用光ファイバ１９によって計測部１０に供給されるようにしているが、レーザー１２から計測部１０にレーザー光を供給するためのレーザー光の伝送の仕組みはこれに限られるものではなく、レーザー光は、供給用光ファイバ１９を通さずに、一つ若しくは複数のミラー，レンズ，プリズム，またはフィルタなどの光学素子によって光路を変化させながら空間を伝送させることによって計測部１０に供給されるようにしても良い。また、その場合、キャニスタ３０とコンクリート容器３１の本体３１ａとの間の幅狭の空間内をレーザー光が通過する時には、伸縮可能なダクト等の内部にレーザー光を通過させ、温度によるレーザー光軸のゆらぎ等の影響を抑えるようにしても良い。

また、上述の実施形態では計測部１０にはレーザー誘起ブレイクダウン分光法によって測定を行うための仕組みのうちの一部としての機器が収容されるようにしているが、本発明の計測装置１によって行われる検査や計測・測定は、上述の実施形態におけるレーザー誘起ブレイクダウン分光法の具体的な態様に限られるものではなく、さらに言えばレーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定に限られるものではなく、したがって計測部１０に収容される機器なども上述の実施形態におけるものに限られるものではない。すなわち、計測部１０には、種々の非接触型の検査や計測・測定が行われる場合には非接触型の探触子や計測・測定器具が収容されるようにしても良く、或いは、種々の接触型の検査や計測・測定が行われる場合には接触型の探触子や計測・測定器具が収容されるようにしても良い。

１計測装置
２本体
３固定長軸
４対象物側車輪
５伸縮軸
６付勢側車輪
３０キャニスタ
３１コンクリート容器

Claims

本体と、当該本体に固定されて取り付けられる計測部と、前記本体の測定対象物側に備えられて前記測定対象物と前記本体との間の距離を一定に保ちながら前記測定対象物に対して前記本体を移動させ得る対象物側移動機構と、前記本体の前記測定対象物とは反対側に備えられて前記本体を前記測定対象物側に押し付ける向きに付勢しながら前記測定対象物とは反対側の構造物に対して前記本体を移動させ得る付勢側移動機構とを有することを特徴とする計測装置。
前記計測部に、レーザー誘起ブレイクダウン分光法による測定を行うための、レーザーから出射されたレーザー光が前記測定対象物に照射されるように前記レーザー光を伝送する光学系、及び、前記レーザー光の照射によるアブレーションによってプラズマ化された物質からの発光を伝送する光学系が内蔵されることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
前記計測部に、光ファイバにより、または、一つ若しくは複数の光学素子によって光路を変化させながら空間を伝送させる仕組みにより、測定に用いられるレーザー光が伝送されて供給されることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
前記対象物側移動機構が長さが一定で伸縮しない複数の固定長軸及び当該固定長軸に支持される車輪によって構成されると共に前記付勢側移動機構が弾性伸縮する複数の伸縮軸及び当該伸縮軸に支持される車輪によって構成されることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
前記測定対象物がコンクリート容器に格納されている金属製密封容器であるキャニスタであると共に、前記測定対象物とは反対側の構造物がコンクリート容器の周壁であることを特徴とする請求項１記載の計測装置。