(57)【要約】【課題】発光ダイオードの光を照射中はテストモードとなり、テストモード中は放射線検出器の連続測定が中断した、いわゆる欠測となっていた。【解決手段】環境放射線を半導体センサーで検出して電圧パルスを出力する検出部と、検出部から入力された電圧パルスに基づいて環境放射線を測定する測定部とを備えたエリアモニタにおいて、検出部は半導体センサーに対して診断用放射線を照射するとともに診断用放射線のスペクトルピーク位置が測定領域のエネルギーより高くなるように核種が選定された診断用線源を備え、測定部は検出部から入力された電圧パルスの波高スペクトルを測定して診断用線源の波高スペクトルのピーク位置を監視するスペクトル分析手段を備え、システムゲインの健全性を確認するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境放射線を半導体センサーで検出して電圧パルスを出力する検出部と、前記検出部から入力された前記電圧パルスに基づいて前記環境放射線を測定する測定部とを備えたエリアモニタにおいて、
前記検出部は、前記半導体センサーに対して診断用放射線を照射するとともに前記診断用放射線のスペクトルピーク位置が測定領域のエネルギーより高くなるように核種が選定された診断用線源を備え、
前記測定部は、前記検出部から入力された前記電圧パルスの波高スペクトルを測定して前記診断用線源の波高スペクトルのピーク位置を監視するスペクトル分析手段を備え、システムゲインの健全性を確認するようにしたこと
を特徴とするエリアモニタ。
【請求項２】
前記診断用線源は、前記半導体センサーを格納する電磁遮蔽ケースに取り付けられたことを特徴とする請求項１記載のエリアモニタ。
【請求項３】
前記検出部は、前記電磁遮蔽ケースの前記半導体センサーと対向する位置に設けた照射窓と、この照射窓と対向する位置に設けられ、点検時に前記半導体センサーに対して点検用放射線を照射する点検用線源と、前記照射窓と前記点検用線源との間に配置され、点検時に前記点検用線源から前記点検用放射線が照射可能なように可動されるシャッターとを備え、前記半導体センサーに対し、通常は前記診断用線源から放出される診断用放射線を照射してシステムゲインの健全性を確認し、点検時は前記シャッターを可動させて前記照射窓を通して、前記点検用線源から放出される点検用放射線も照射し、点検時計数率から通常時計数率の差を求めて前記半導体センサーの健全性を確認するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエリアモニタ。
【請求項４】
前記診断用線源は、前記照射窓と対向する前記シャッター上に配置されたことを特徴とする請求項３記載のエリアモニタ。
【請求項５】
前記診断用線源は、Am-241を使用したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエリアモニタ。
【請求項６】
前記点検用線源は、Sr-90を使用したことを特徴とする請求項３または４に記載のエリアモニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子力発電所、核燃料サイクル施設、放射線利用施設、あるいは放射線からの防護を必要とする大学、病院、研究所等において使用され、放射線検出器に半導体センサーを用いたエリアモニタに関するものであり、特にその健全性の診断に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所等において、放射線検出器に半導体センサーを用いたエリアモニタが使用されている。その半導体センサーとしては、入手の容易なＰＩＮフォトダイオードが使用される。このような半導体センサーを使用したエリアモニタの健全性を監視するため、半導体センサーの近傍に微弱な放射線源を常時設置しておき、環境放射線下では測定下限以下である指示をライブゼロレベルまで押し上げ、ライブゼロレベルが所定のレベル以下に低下したら警報を発信するようにしたものがある。
【０００３】
また、以上のような線源を用いないで遠隔から検出部の動作確認を行うため、放射線源の代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用し、点検時に、遠隔操作により発光ダイオードを点滅させ、その光パルスを半導体センサーに照射し、その正味計数率の変化及び光パルスにより生成された出力パルスの波高値の変化を確認することにより、エリアモニタの健全性を監視する方法も提案されている。例えば、ドライバにより発光ダイオードを駆動させて光パルスを発生させ、この発光ダイオードからの光パルスを直接、または半導体式放射線検出器の有感波長帯域内で減衰度の低いライトガイド等を介して、半導体式放射線検出器のセンサー面に入射させると、センサーを構成している半導体ダイオードに逆バイアス電圧が印加されてその内部に空乏層が形成されていれば、その光パルスに対応した電荷パルスが半導体式放射線検出器の出力として出力される。
【０００４】
半導体式放射線検出器から出力された電荷パルス信号は、ノイズを弁別して除去するための波高弁別レベルより高いレベルにピークを生じ、このピーク位置を監視することによりセンサー電源を含めて半導体式放射線検出器の健全性を監視している。(特許文献１、２参照)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１２８１８４号公報
【特許文献２】特開２００６−２３４６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の半導体センサーを用いたエリアモニタにおいて、微弱な放射線源を常時設置してライブゼロレベルからの指示低下を監視するものでは、オンラインで監視することが可能であるが、ゆらぎによる誤警報を防止するために、ライブゼロレベルから離して、例えば、ライブゼロレベルが測定下限の１．５〜２倍で、警報設定レベルが測定下限に設定されるために監視メッシュが粗いという課題があった。
【０００７】
また、放射線源の代わりに発光ダイオードを使用し、その光パルスを半導体式放射線検出器に照射することによりエリアモニタの健全性を確認する場合、発光ダイオードから光パルスを照射中は指示が上昇するためテストモードとなり、テストモード中は半導体式放射線検出器の連続測定が中断した、いわゆる欠測となる。その結果、欠測なしでのオンライン診断ができないという課題があった。
【０００８】
また、発光ダイオードの光量が温度特性および経時変化により変化するため、点検精度が不安定となる課題があった。これは特に検出部の設置環境の温度が大きく変化する可能性のある場所で常時設置して連続的に使用するような用途においては顕著なものとなっていた。
【０００９】
また、発光ダイオード等の発光素子の光は半導体センサーの有感部の表層で止まるのに対して、測定対象の環境放射線は有感部の内部にまで到達するという違いがある。したがって、半導体センサー全体の結晶とか、素子の中の深部に欠陥が生じている場合には検出しきれない状態となり、半導体センサーの有感部全域を包含した健全性確認に不確実性が残るという課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、半導体センサーの健全性をオンラインで正確に確認することができるエリアモニタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係わるエリアモニタは、環境放射線を半導体センサーで検出して電圧パルスを出力する検出部と、前記検出部から入力された前記電圧パルスに基づいて前記環境放射線を測定する測定部とを備えたエリアモニタにおいて、検出部は、半導体センサーに対して診断用放射線を照射するとともに診断用放射線のスペクトルピーク位置が測定領域のエネルギーより高くなるように核種が選定された診断用線源を備え、測定部は、検出部から入力された電圧パルスの波高スペクトルを測定して診断用線源の波高スペクトルのピーク位置を監視するスペクトル分析手段を備え、システムゲインの健全性を確認するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係わるエリアモニタは、検出部に、半導体センサーに対して診断用放射線を照射するとともに診断用放射線のスペクトルピーク位置が測定領域のエネルギーより高くなるように核種が選定された診断用線源を配置し、半導体センサーに常時診断用放射線を照射し、測定部にスペクトル分析手段を設けて、検出部から入力された電圧パルスの波高スペクトルを測定して診断用線源の波高スペクトルのピーク位置をオンラインで監視するようにしたので、欠測なしで半導体センサーの健全性の診断を行うことができ、安定した高精度の診断が可能となり、信頼性の高い装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係わるエリアモニタの構成を示す概略断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる波高スペクトルを示す特性図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係わるエリアモニタの構成を示す概略断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係わる波高スペクトルを示す特性図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係わるエリアモニタの構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係わるエリアモニタの構成を示す断面図である。図１において、１は環境放射線を検出して電圧パルスを出力する検出部、２は検出部１から入力された電圧パルスに基づいて放射線を測定する測定部である。検出部１は、装置全体を物理的に保護する保護ケース３と、この保護ケース３に内臓され、基台４上に電気的絶縁材５を介して固定された電磁遮蔽ケース６と、この電磁遮蔽ケース６内に配置され、環境放射線（γ線）を検出して電流パルス信号を出力する半導体センサー７と、半導体センサー７から出力された電流パルス信号を入力し、電圧パルス信号に変換するとともに増幅して出力するプリアンプ８とから基本的に構成される。
【００１５】
９は半導体センサー７に対して診断用放射線を照射するとともに診断用放射線のスペクトルピーク位置が測定領域のエネルギーより高くかつ下限に近くなるように核種が選定された診断用線源であり、電磁遮蔽ケース６内の環境放射線の入射側と反対の内面に配置されている。この診断用線源９としては、厚さ０．１ｍｍのＰｔ基板にアメリシウムのＡｍ−２４１を電着した線源が市販されており容易に入手可能である。また、Ａｍ−２４１のクリアランスレベルは１×１０４Ｂｑであり、半導体センサー７の近傍に診断用線源９を配置すれば、線源強度はクリアランスレベル未満で十分である。
【００１６】
測定部２は、プリアンプ８から出力された電圧パルス信号を入力し、メインアンプ２１で増幅して出力される。波高弁別器２２はメインアンプ２１で増幅された電圧パルス信号を入力し、設定された波高弁別条件を満たす場合にデジタルパルスを出力する。計数器２３は波高弁別器２２から出力されたデジタルパルスを計数し、その計数値データを出力する。レートメータ２４は計数器２３から出力された計数値データを入力して計数率を求め、その計数率に基づき放射線量を求めて出力するとともに、その放射線量と警報設定値とを比較して放射線量異常警報を出力する。Ａ／Ｄ変換器２５はメインアンプ２１で増幅された電圧パルス信号を入力してその波高値を測定して波高値データを出力する。コントローラ２６はスペクトル分析手段を構成し、波高値データを入力してスペクトルデータとし、そのスペクトルデータを分析して診断用放射線の光電吸収に対応したスペクトルピーク位置を求め、その位置が許容範囲を逸脱した場合にピーク位置異常警報を発信し、その警報を含め、スペクトルデータ、レートメータ２４から入力した放射線量データ及び放射線量異常警報発信データを表示器２７に表示するようになっている。なお、計数器２３としては、一般的なカウンタを使用してもよく、また図示しないが、デジタルパルスをアップダウンカウンタのアップ入力に、アップダウンカウンタの出力を周波数に変換して所定の時定数でダウン入力に負帰還させるバランス型カウンタとして構成してもよい。
【００１７】
次に動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係わる診断用線源９から診断用放射線を照射した時の波高スペクトルを示す特性図であり、診断用線源９としてアメリシウムのＡｍ−２４１を使用した場合の半導体センサー７から出力される電圧パルスの波高スペクトルを示し、ａは、環境放射線と半導体センサー７の固有ノイズが合計されたスペクトルで、ｂは、Ａｍ−２４１のγ線60keVのスペクトルと上記ａのスペクトルが合計されたものである。例えば、半導体センサー７に、Ａｍ−２４１のエネルギー60keVのγ線を常時照射されると、コントローラ２６におけるスペクトルはａからｂになる。ディスクリレベルｃを例えば50keVとすると、図２の斜線面積ｄに相当する積算カウント分が増加することにより、照射前すなわち環境放射線下で測定下限の例えば１０ｃｐｍであった指示を、測定下限以上のライブゼロレベル、例えば２０ｃｐｍまで押し上げるとともに、γ線60keVにピークｅが発現する。このピークｅの位置は、半導体センサー７が放射線のエネルギーを電荷量に変換したゲイン、その電荷量をプリアンプ８が電圧パルスの波高値に変換したゲイン、その電圧パルスの波高値をメインアンプ２１が増幅したゲインの全てを総合したシステムゲインを表現している。
【００１８】
以上のように、上記実施の形態１では、検出部１に半導体センサー７に対して診断用放射線を照射するとともに診断用放射線のスペクトルピーク位置が測定領域のエネルギーより高くかつ下限に近くなるように核種が選定された診断用線源９を配置し、半導体センサー７に診断用放射線を常時照射し、測定部２にスペクトル分析手段としてのコントローラ２６を設けて、検出部１から入力された電圧パルスの波高スペクトルを測定して診断用線源９の波高スペクトルのピーク位置をオンラインで監視するようにしたので、欠測なしで半導体センサーの健全性の診断を行うことができ、安定した高精度の診断が可能となる。また、診断結果に異常があれば、表示器２７に警報表示するようにしているので、測定結果としての放射線量指示値及び放射線量異常警報の信頼性をリアルタイムで把握できるため、信頼性の高い装置を得ることができると共に、システムゲインの変動に対して迅速に保守対応できる効果を奏する。
【００１９】
また、診断用線源９に半減期が４３２年と長いＡｍ−２４１を使用したので、オンラインでシステムの診断を行うことができると共に、半減期が長く、放出するγ線のエネルギーが変化せず、崩壊が温度に依存しないため、高精度で診断できる効果を奏する。
【００２０】
更に、上述した従来の発光ダイオードによる光の照射では、半導体センサーの有感部の深層部の診断が不十分あるいは診断不可能であるのに対して、この実施の形態１においては、半導体センサー７の有感部の内部にまで到達するため、半導体センサー７の有感部全域を包含した健全性を確認することができる効果を奏する。
【００２１】
また、診断用線源９を常時照射するので、時間をかけてスペクトルを測定できるため、Ａｍ−２４１の強度を、入手が容易で安価なクリアランスレベル未満のものとすることができる効果を奏する。
【００２２】
実施の形態２.
なお、上述した実施の形態１においては、診断用線源９を備えて半導体センサー７に診断用放射線を常時照射する場合について述べたが、この発明の実施の形態２においては、点検用線源も検出部１に搭載したものである。図３は、実施の形態２に係わるエリアモニタの構成を示す断面図である。図３において、１〜９は上述した実施の形態１の構成と同様である。なお、この実施の形態２における診断用線源９は、電磁遮蔽ケース６内の環境放射線入射側の内面に配置されている。１０は診断用線源９と対向する電磁遮蔽ケース６内の環境放射線入射側の反対側内面に半導体センサー７と対向する位置に設けられた照射窓であり、薄いアルミ蒸着プラスチックシートが導電性接着剤で貼られている。電磁遮蔽ケース６と保護ケース３は、半導体センサー７が測定するγ線のエネルギーレスポンスが平坦になるように材質と厚みが選定されているが、診断用線源９の厚さ０．１ｍｍのＰｔ基板が追加されることにより、測定対象γ線の低エネルギー側のレスポンスが若干低下することになるので、診断用線源９を取り付ける箇所の電磁遮蔽ケース６の厚みを薄くして相殺するようにしている。
【００２３】
１１はこの照射窓１０と対向する位置に設けられ、点検時に半導体センサー７に対して点検用放射線を照射する点検用線源、１２は点検用線源１１を支持する支持体、１３は照射窓１０と点検用線源１１との間に配置され、点検時に点検用線源１１から点検用放射線が照射可能なように可動されるシャッターであり、点検時以外は図３に示すように点検用線源１１からの点検用放射線を遮蔽する位置に閉じられた状態となっている。１４はシャッター１３を例えば上下方向に可動する駆動機構であり、点検時にはシャッター１３を下方向に可動して点検用線源１１から点検用放射線の照射が可能な状態に開かれる。
【００２４】
半導体センサー７に対し、通常時は、シャッター１３を閉じた状態とし、診断用線源９から放出される診断用放射線を照射してシステムゲインの健全性を確認する。点検時は、測定部２のレートメータ２４をテストモードにしてテスト中警報を発信することにより駆動機構１４の駆動操作が許可された状態とし、駆動機構１４を動作させることによりシャッター１３を下方向に可動して点検用線源１１から点検用放射線の照射が可能な状態に開いた状態とし、照射窓１０を通して、点検用線源１１から放出される点検用放射線も照射し、点検時計数率から通常時計数率の差を求めて半導体センサー７の健全性を確認するようになっている。
【００２５】
点検用線源１１から放出される点検用放射線は、例えばストロンチウムのＳｒ−９０が使用され、そのＳｒ−９０と放射平衡にあるイットリウムのＹ−９０からそれぞれβ線546keV、β線2282keVが放出される。Ｓｒ−９０から放出されたβ線546keVは、半導体センサー７の裏面基板（図示せず）で遮蔽されてセンサー素子（図示せず）には到達しないが、Ｙ−９０から放出されたβ線2282keVは、センサー素子でエネルギーを吸収されながら一部のものはセンサー素子を通過する。半導体センサー７にはプラス電極（図示せず）とマイナス電極（図示せず）があり、それら電極が印加され、電極に挟まれたセンサー素子は電圧に応じての有感厚すなわち空乏層が変化し、空乏層で放射線のエネルギーを吸収した結果として電子と正孔が生成され、それぞれプラス電極とマイナス電極に集められて電流パルスとなる。
【００２６】
図４はこの発明の実施の形態２に係わる点検時の波高スペクトルを示す特性図であり、図４において、ｃはディスクリレベルであり、例えば50keVとしている。ｆは、環境放射線と半導体センサー７の固有ノイズが合計されたスペクトルに、診断用線源９によるAm-241のγ線60keVのスペクトルが合計されたものであり、ｇは、それに更に点検用線源１１の点検用β線のスペクトルが合計されたものである。斜線部ｈは、点検時スペクトルから通常時スペクトルを、波高弁別レベル以上について引き算した計数の積算値である。
【００２７】
以上のように、この実施の形態２においては、半導体センサー７に対し、通常は、診断用線源９から放出される診断用放射線を照射してシステムゲインの健全性を確認し、点検時は、駆動機構１４を動作させてシャッター１３を下方向に可動させて開いた状態とし、点検用線源１１から放出される点検用放射線も照射し、正味計数率を求めて半導体センサー７の健全性を確認するようにしたので、常時、検出部１と測定部２を総合したシステムの健全性を監視することができ、信頼性の高い装置を提供できるとともに、点検時の正味計数率の変化を管理することにより、測定エネルギーをカバーまたは測定エネルギーに入り込んだ状態で、半導体センサー７に対してより精度の高い劣化診断ができる効果を奏する。
【００２８】
ところで、この実施の形態２において、点検時に、シャッター１３を駆動機構１４により下方向に可動して点検用線源１１から点検用放射線が照射可能な状態に開くようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、シャッター１３を駆動機構１４によりその駆動機構１４のある点を支点として回転可動して点検用線源１１から点検用放射線が照射可能な状態に開くようにしてもよい。
【００２９】
実施の形態３.
なお、上述した実施の形態２おいては、診断用線源９が電磁遮蔽ケース６内の環境放射線入射側の内面に配置されている場合について述べたが、診断用線源９をシャッター１３の半導体センサー７側、すなわち、照射窓１０と対向するシャッター１３面上に取り付けたものであり、半導体センサー７に対し、通常は、診断用線源９から放出される診断用放射線を照射してシステムゲインの健全性を確認し、点検時は、駆動機構１４を動作させてシャッター１３を下方向に可動させて開いた状態とし、点検用線源１１から放出される点検用放射線も照射し、正味計数率を求めて半導体センサー７の健全性を確認するようにしたので、常時、検出部１と測定部２を総合したシステムの健全性を監視することができ、信頼性の高い装置を提供できるとともに、点検時の正味計数率の変化を管理することにより、測定エネルギーをカバーまたは測定エネルギーに入り込んだ状態で、半導体センサー７に対してより精度の高い劣化診断ができる効果を奏する。また、測定対象となる環境放射線に対する障害物もなくなるため、さらに精度の高い測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明は、原子力発電所、核燃料サイクル施設、放射線利用施設、あるいは放射線からの防護を必要とする大学、病院、研究所等において使用され、放射線検出器に半導体センサーを用いたエリアモニタの高信頼性の実現に好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１  検出部                            ２  測定部
６  電磁遮蔽ケース                    ７  半導体センサー
９  診断用線源                        １０  照射窓
１１  点検用線源                      １３  シャッター
【図１】
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【図２】
2010164523.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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