(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に付着したトリチウムから放出されるβ線を非破壊で測定するトリチウム放出β線非破壊測定装置であって、
ケーシンクと、
このケーシング内に設けられ、β線を検出する検出面が、珪素酸化物である保護膜によって保護され、前記測定対象物に付着したトリチウムから放出されるβ線を前記検出面において検出し、電気信号に変換するフォトダイオードを備えた測定部と、
前記フォトダイオードによって変換された電気信号に、ノイズ信号が含まれている場合には、前記電気信号から前記ノイズ信号を除去する信号処理手段と、
前記測定部と前記測定対象物との間の空間の雰囲気をヘリウム雰囲気に置換するため前記空間にヘリウムを供給するヘリウムガス供給手段と、
前記ケーシングに設けられ、外部から光が前記検出面に入射することを阻止する遮光手段とを備え、
前記保護膜の厚みを、トリチウムから放出される平均エネルギーのβ線が前記保護膜内で飛程する飛程０．４μｍよりも薄くしたことを特徴とするトリチウム放出β線非破壊測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、
前記フォトダイオードを冷却する冷却手段を付加したことを特徴とするトリチウム放出β線非破壊測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、
前記冷却手段は、前記測定部が結露しない程度に前記測定部を冷却し、前記信号処理手段は、前記ノイズ信号を、その信号波形の立ち上がり時間に基づいて認識し、前記電気信号から前記熱振動ノイズ信号を除去するようにしたことを特徴とするトリチウム放出β線非破壊測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、
前記測定部は、アレイ状に配置された複数のフォトダイオードによって構成されてなることを特徴とするトリチウム放出β線非破壊測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、
前記保護膜は、０．１μｍ以下の厚みの珪素酸化物であることを特徴とするトリチウム放出β線非破壊測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非測定物に付着したトリチウム（Ｈ−３）から放出されるβ線を、非測定物を非破壊のまま測定するトリチウム放出β線非破壊測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トリチウム（Ｈ−３）は、β線を放出する放射性物質である。したがって、原子力発電所などの放射線管理区域から一般区域へと搬出される物品がトリチウムに汚染されているか否かを確認するためには、トリチウムから放出されるβ線を検出すればよい。
【０００３】
しかしながら、トリチウムから放出されるβ線は、表１に示すように平均で５．７（ｋｅＶ）、最大でも１８．６（ｋｅＶ）という低エネルギーのβ線である。このような低エネルギーのために、放出されたβ線は、媒質中の原子と衝突を繰り返すことによってそのエネルギーが容易に奪われるので、その飛程もまた小さい。平均エネルギーのβ線の場合、その飛程は、アルミニウム媒質中だと０．４（μｍ）、空気中だと０．８（ｍｍ）、ヘリウム（Ｈｅ）中だと５（ｍｍ）程度である。このように飛程がアルミニウム、空気、ヘリウムの順に長くなるのは以下のような理由による。
【０００４】
すなわち、β線の飛程は電子密度に依存し空気を構成している主成分である窒素および酸素等はアルミニウムよりも元素番号の小さい原子であり密度も小さいため、電子からなるβ線のエネルギーが奪われる割合が小さいからである。更にヘリウムは窒素および酸素よりも元素番号の小さい原子であり、β線のエネルギーが奪われる割合は更に小さくなるからである。
【０００５】
【表１】
0003564427.tif 000002
【０００６】
このようにトリチウムから放出されるβ線は、そのエネルギーが極めて低く、例えば空気中においても０．８（ｍｍ）程度しか飛程しないために、測定対象物に検出器をあてることによって直接的に測定することは難しく、以下に示すようなスミア法、あるいは破壊分析法による測定が一般的である。
【０００７】
スミア法とは、図６（ａ）に示すように、測定対象物５０の表面に付着した汚染物５１を拭き取って、拭き取った試料を用いて液体シンチレータの試料を作成し、液体シンチレータ測定器または２πガスフロー測定器を用いて測定している。
【０００８】
一方、破壊分析法とは、図６（ｂ）に示すように、測定対象物５０の一部をサンプルとして切り出す。そして、このサンプルを加熱することによってトリチウムを追い出し、追い出したトリチウムをトリチウム水として回収することによって、あるいはサンプルを直接酸等で溶解することによって液体シンチレータの試料を作成し、同様に液体シンチレータ測定器または２πガスフロー測定器を用いて測定している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のトリチウム放出β線の測定方法では、以下のような問題がある。
【００１０】
すなわち、スミア法では、上述したように測定対象物５０の表面に付着した汚染物５１を拭き取って、拭き取った試料より液体シンチレータ用の試料を作成しなければならない。また、破壊分析法では、測定対象物５０の一部を切り出して試料を作成しなければならない。
【００１１】
このため、スミア法、破壊分析法ともに、試料を作成するのに手間がかかり、測定結果を得るまでに時間を要するという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、試料の作成に手間を要することなく、トリチウムから放出される低エネルギーのβ線を、短時間で精度良く検出することが可能なトリチウム放出β線非破壊測定装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明では、測定対象物に付着したトリチウムから放出されるβ線を非破壊で測定するトリチウム放出β線非破壊測定装置であって、β線を検出する検出面が、珪素酸化物である保護膜によって保護され、前記測定対象物に付着したトリチウムから放出されるβ線を前記検出面において検出し、電気信号に変換するフォトダイオードを備えた測定部と、前記フォトダイオードによって変換された電気信号に、ノイズ信号が含まれている場合には、前記電気信号から前記ノイズ信号を除去する信号処理手段と、前記測定部と前記測定対象物との間の空間にヘリウムを供給することによって、この空間の雰囲気をヘリウム雰囲気に置換するヘリウムガス供給手段とを備え、保護膜の厚みを、トリチウムから放出される平均エネルギーのβ線が前記保護膜内で飛程する飛程０．４μｍよりも薄くする。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、前記フォトダイオードを冷却する冷却手段を付加する。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項２に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、冷却手段は、測定部が結露しない程度に測定部を冷却し、信号処理手段は、ノイズ信号を、その信号波形の立ち上がり時間に基づいて認識し、電気信号から前記熱振動ノイズ信号を除去する。
【００１８】
請求項４の発明では、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、測定部は、アレイ状に配置された複数のフォトダイオードを備える。
【００１９】
請求項５の発明では、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のトリチウム放出β線非破壊測定装置において、保護膜は、０．１μｍ以下の厚みの珪素酸化物とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
本発明の実施の形態を図１から図５を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係るトリチウム放出β線非破壊測定装置の全体構成の一例を示す概念図である。
【００２３】
すなわち、本発明の実施の形態に係るトリチウム放出β線非破壊測定装置１は、ケーシング２内に測定部３と、Ｈｅ導入用ノズル４と、冷却空気供給口５と、温度計６と、信号ケーブル７と、遮光ゴム９とを備えている。更に、ケーシング２外には、信号ケーブル７に接続された信号演算部８を備えている。
【００２４】
測定部３は、測定対象物１１に付着しているトリチウムから放出されるβ線を測定し、その測定に基づく電気信号を信号ケーブル７を介して信号演算部８に送信する。このような測定部３は、β線を検出すると電気信号を発するピンフォトダイオード１３を配置している。測定面の大きい測定対象物１１に対しては、図２に示すように、多数のピンフォトダイオード１３をアレイ状に配置すると効果的である。ピンフォトダイオード１３の表面は、表面保護のために図３に示すように珪素酸化物の保護膜１４で覆っている。トリチウムから放出されたβ線の珪素酸化物中における飛程は、アルミニウム中における飛程とほぼ同程度であるので、平均エネルギーのβ線の場合、約０．４（μｍ）程度である。この保護膜１４の厚みは０．１（μｍ）以下であり、トリチウムから放出されたβ線は、保護膜１４に到達した後に、この保護膜１４を透過し、ピンフォトダイオード１３に到達し、検知されるようにしている。ピンフォトダイオード１３は、トリチウムから放出されたβ線を検知すると、電気信号を発し、その電気信号を信号ケーブル７を介して信号演算部８に送信する。
【００２５】
Ｈｅ導入用ノズル４は、測定部３と測定対象物１１との間の空間にヘリウム（Ｈｅ）ガスを導入し、測定部３と測定対象物１１との間の空間のガス雰囲気をヘリウム雰囲気に置換する。表１に示すように、ヘリウム雰囲気では、トリチウムから放出されたβ線は、ヘリウム分子との衝突によってエネルギーが奪われる割合が小さいために空気雰囲気よりも長い距離を飛程する。したがって、Ｈｅ導入用ノズル４からヘリウムを導入し測定部３と測定対象物１１との間の空間のガス雰囲気を空気雰囲気からヘリウム雰囲気に置換することによって、トリチウムから放出されるβ線を測定部３に効率よく導くことを可能としている。
【００２６】
冷却空気供給口５は、供給口５ａと排出口５ｂとを備えており、供給口５ａから、測定部３の非測定対象物側（測定対象物１１に面していない面側）に冷却用空気を供給し、測定部３を冷却する。ピンフォトダイオード１３の信号は、図示しないプリアンプによって信号処理されるが、図４に示すように、ピンフォトダイオード１３からプリアンプの部分の熱振動によって立ち上がり時間の短い電気ノイズａ，ｂ，ｃが発生する。熱振動は低温であるほど少なくなるので、測定部３の温度は低い方が良い。しかしながら、測定部３を冷却しすぎると結露し、信号処理ができなくなるので、冷却空気供給口５は供給口５ａから冷却空気を供給し、測定部３が結露しない程度の温度（たとえば５℃程度）に保つ。また、冷却空気供給口５は、供給口５ａから供給された冷却空気、あるいはＨｅ導入用ノズル４から導入されたヘリウムガスによって置換された空気を、排出口５ｂからケーシング２外に排出する。
【００２７】
温度計６は、測定部３の非測定対象物側（測定対象物１１に面していない面側）の温度を測定する。この温度計６の測定結果を参照することによって、冷却空気供給口５から供給される冷却空気によって測定部３が所定温度に冷却されていることを確認可能としている。
【００２８】
遮光ゴム９は、遮光製のゴムで製造しており、その先端にアタッチメント１０を備えている。そして、このアタッチメント１０を測定対象物１１の表面に固定することによって、ケーシング２内外の空間雰囲気を隔離するとともに、ケーシング２内を、ケーシング２外の光から遮光する。これによって、ケーシング２外の光によるピンフォトダイオード１３の光によるノイズを阻止する。なお、アタッチメント１０は、例えばＯリングやはがせるテープなどを用い、交換可能としている。これによって、アタッチメント１０が万が一汚染した場合でも、交換することによってクロスコンタミを避けるようにしている。
【００２９】
信号演算部８は、ピンフォトダイオード１３がβ線を検知した場合に発する電気信号を、信号ケーブル７を介して受信する。しかしながら、この電気信号には、図４に示すように、ピンフォトダイオード１３がβ線を検知することに発した真の測定信号Ｒの他に、ピンフォトダイオード１３から図示しないプリアンプまでの部分で発せられる電気ノイズａ，ｂ，ｃも含まれている。信号演算部８は、このような電気信号に対して、後述するパルスセレクション法と呼ばれるデータ処理を施し、電気ノイズａ，ｂ，ｃを除去することによって、図５に示すような真の測定信号Ｒからなる電気信号を取得する。
【００３０】
パルスセレクション法とは、図４に示すような電気ノイズａ，ｂ、ｃを含む電気信号から、この電気ノイズａ，ｂ，ｃを除去し、図５に示すような真の測定信号Ｒからなる電気信号を取得することによって、精度の高い検出結果を得るものである。図４に示すように、電気ノイズａ，ｂ，ｃは立ち上がり時間の短い鋭いパルスである一方、測定信号Ｒは立ち上がりがゆるやかな波形のパルスである。このように、電気ノイズａ，ｂ，ｃと測定信号Ｒとはそのパルスの波形が異なるので、例えば、立ち上がり時間の大きいパルスのデータのみを採用し、立ち上がり時間の短いパルスのデータを採用しないようにすることによって、図５に示すように、電気ノイズａ，ｂ，ｃが除去された測定信号Ｒのみからなる電気信号を取得する。これによって、測定対象物１１に付着したトリチウムから発せられるβ線を、高精度で検出することを可能としている。
【００３１】
次に、以上のように構成した本発明の実施の形態に係るトリチウム放出β線非破壊測定装置の作用について説明する。
【００３２】
本発明の実施の形態に係るトリチウム放出β線非破壊測定装置１は、Ｈｅ導入用ノズル４によって、測定部３と測定対象物１１との間の空間にヘリウムガスが導入され、測定部３と測定対象物１１との間の空間のガス雰囲気がヘリウム雰囲気に置換される。トリチウムから放出されたβ線は、ヘリウム雰囲気では、空気雰囲気よりも長い距離を飛程するので、このように測定部３と測定対象物１１との間の空間のガス雰囲気が空気雰囲気からヘリウム雰囲気に置換されることによって、トリチウムから放出されるβ線が測定部３に効率よく到達する。
【００３３】
測定部３には、β線を検出すると電気信号を発するピンフォトダイオード１３が配置されている。このピンフォトダイオード１３は、適宜アレイ状に複数配置することによって、サイズの大きい測定対象物１１に対しても測定可能となる。ピンフォトダイオード１３は、０．１（μｍ）以下の厚みの珪素酸化物の保護膜１４によって覆われている。これによってピンフォトダイオード１３の健全性が保たれる。また、トリチウムから放出されたβ線の、珪素酸化物中における飛程は約０．４（μｍ）程度であるので、トリチウムから放出されたβ線は、保護膜１４に到達した後に、この保護膜１４を容易に透過するので、ピンフォトダイオード１３によって効率よく検知される。
【００３４】
なお、ピンフォトダイオード１３は、β線のみならず、光を受光することによっても感知し電気信号を発するが、本発明の実施の形態に係るトリチウム放出β線非破壊測定装置１は、遮光製の物質で製造され、その先端にアタッチメント１０が備えられた遮光ゴム９が設けられている。このアタッチメント１０を測定対象物１１の表面に固定することによって、ケーシング２内外の空間雰囲気が隔離されるとともに、ケーシング２内が、ケーシング２外の光から遮光される。これによって、ケーシング２外の光によるピンフォトダイオード１３の誤検知が阻止される。
【００３５】
この測定部３の非測定対象物側（測定対象物１１に面していない面側）は、冷却空気供給口５の供給口５ａから供給される冷却用空気によって冷却され、結露しない程度の低温（たとえば５℃程度）に保たれる。測定部３の非測定対象物側には温度計６が設けられており、測定部３が所定温度に冷却されていることが確認される。ピンフォトダイオード１３は、図示しないプリアンプによって信号処理されるが、図４に示すように、この部分での熱振動によって立ち上がり時間の短い電気ノイズａ，ｂ，ｃが発生する。測定部３が冷却されることによってこの熱振動は若干少なくなる。
【００３６】
ピンフォトダイオード１３が、トリチウムから放出されたβ線を検知することによって発した電気信号は、信号ケーブル７を介して信号演算部８に送信される。上述したように、ピンフォトダイオード１３は、冷却空気供給口５から供給される冷却空気に冷却されることによってプリアンプ等による熱振動が若干少なくなるが、信号演算部８に送信された電気信号には、図４に示すように、ある程度の電気ノイズａ，ｂ，ｃが含まれている。このような電気ノイズａ，ｂ，ｃが含まれる電気信号は、信号演算部８においてパルスセレクション法と呼ばれるデータ処理が施され、これら電気ノイズａ，ｂ，ｃが除去される。これによって、図５に示すような、β線の検出結果である測定信号Ｒが取得される。
【００３７】
上述したように、本発明の実施の形態に係るトリチウム放出β線非破壊測定装置においては、上記のような作用により、トリチウムから放出されたβ線を、測定部３に効率良く導くことができ、更にピンフォトダイオード１３によって効率よく検出することができる。このとき、測定部３を冷却空気によって冷却することによって、熱振動による電気ノイズをある程度抑えることができる。
【００３８】
更に、このようにある程度の電気ノイズを抑えた電気信号に対して、パルスセレクション法と呼ばれるデータ処理を施すことによって、電気ノイズａ，ｂ，ｃを除去することができるので、トリチウムから放出されたエネルギーの低いβ線であっても、それを効率良く検出することが可能となる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、試料の作成に手間を要することなく、トリチウムから放出される低エネルギーのβ線を、短時間で精度良く検出することが可能なトリチウム放出β線非破壊測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトリチウム放出β線非破壊測定装置の全体構成の一例を示す概念図
【図２】ピンフォトダイオードをアレイ状に配置した測定部の一例を示す斜視図
【図３】測定対象物に対して配置された測定部の一例を示す断面図
【図４】検出信号と電気ノイズとを含む電気信号波形の一例を示す模式図
【図５】検出信号からなる電気信号波形の一例を示す模式図
【図６】従来技術によるトリチウム放出β線の測定方法を説明するための模式図
【符号の説明】
１…β線非破壊測定装置
２…ケーシング
３…測定部
４…導入用ノズル
５…冷却空気供給口
５ａ…供給口
５ｂ…排出口
７…信号ケーブル
８…信号演算部
９…遮光ゴム
１０…アタッチメント
１１，５０…測定対象物
１３…ピンフォトダイオード
１４…保護膜
５１…汚染物
【図１】
0003564427.tif 000003
【図２】
0003564427.tif 000004
【図３】
0003564427.tif 000005
【図４】
0003564427.tif 000006
【図５】
0003564427.tif 000007
【図６】
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