(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数組になって設けられた第１光ファイバ及び第２光ファイバと、
該第１光ファイバ及び第２光ファイバのそれぞれの組の先端に設けられた光輝尽性結晶と、
レーザ光を放出するレーザ光源と、
複数の前記第１光ファイバに対して前記レーザ光源から放出されたレーザ光を順に照射する光分配装置と、
複数の前記光輝尽性結晶から放出される光輝尽性光を複数の前記第２光ファイバを介して受光する共通の受光部と、
前記複数の各光輝尽性結晶の配置位置における放射線強度を求める演算装置とを備えたことを特徴とする放射線強度計測装置。
【請求項２】
請求項１の放射線強度計測装置において、
前記演算装置によって求められた放射線強度から放射線強度分布を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする放射線強度計測装置。
【請求項３】
請求項２の放射線強度計測装置において、
前記レーザ光源及び前記演算装置は、制御室に配置されることを特徴とする放
射線強度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線強度を計測する放射線強度計測装置に関し、特に放射線を受けたＯＳＬ［光輝尽性（ＯＳＬ：Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｓｕｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）］結晶にレーザを照射し、二次的に発光する励起光を光ファイバで伝送して放射線強度を計測する放射線強度計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線強度計測装置に関する従来の技術として、シンチレーション光を光ファイバにより伝送し、伝送された光から放射線強度を計測する計測装置が特開平６−２５８４４６号公報（以下、従来技術１と呼ぶ）に記載されている。この計測装置は、複数のシンチレータと、シンチレータにおけるシンチレーション光を波長変換する波長変換ファイバと、複数のシンチレータに連鎖状に連結され、かつ波長変換された光を伝送する伝送用ファイバからなる。この計測装置では、波長変換ファイバ両端のシンチレーション光到達時間差から放射線の入射位置を決定し、またその到達頻度から放射線の強度を決定している。
【０００３】
また、放射線強度の計測を目的としたものではないが、温度分布を計測する方法（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）として、遠隔に敷設した光ファイバにレーザ光を照射し、ファイバ内で散乱した反射光を計測することによって温度分布を計測することが「火力原子力発電Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．８，ｐ８５１（１９９５）」（以下、従来技術２と呼ぶ）に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１は、波長変換ファイバ両端からの光より、時間波高変換器（ＴＡＣ：Ｔｉｍｅ−ｔｏ−Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）を用いて到達時間差を求め、放射線の入射位置を決定する。このため２系統の光検出系が必要になる。また、精密分析のＴＡＣ処理が必要になる、或いはシステム全体の構成が複雑になるという問題があった。更に、複数のシンチレータを連鎖状に連結する構成のため、シンチレーション光が他の波長変換ファイバにも伝送し、その波長変換ファイバを通過する際に大きな伝送損失を受けてしまう。以上のような理由から従来技術１では、放射線強度の測定点が１０点以上でかつ長距離の放射線強度分布測定は困難であった。
【０００５】
従来技術２は、光ファイバにレーザ光を照射する構成が本発明と類似するが、温度によって変化する光ファイバ内の散乱光成分（アンチストーク光とストーク光）の計測原理は放射線強度の検出には利用できない。
【０００６】
また、上記問題点を解決する放射線強度の測定装置として、特願平８−２４０１３１号に記載された放射線強度測定装置がある。図９にその構成を示す。本装置は、ＯＳＬ結晶（又はＰＳＬ（Ｐｈｏｔｏｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）結晶）を用いた放射線強度分布測定装置で、ＯＳＬ結晶１は、カップラ２５で分岐連結された複数の光路長の異なる光ファイバ２６の先端に設けられる。光ファイバ２６にはＯＳＬ結晶励起用のレーザ光５がレーザ光源３から照射される。レーザ光５の影響によりＯＳＬ結晶１はＯＳＬ光６を発し、ＯＳＬ光６は、光ファイバ２６，カップラ２５、及びハーフミラー２４を介して分光フィルタ７に導かれる。分光フィルタ７を通過したＯＳＬ光６は、光電子増倍管８及びアンプ９により電気信号に変換され、その電気信号からＯＳＬ光の戻り時間差、更には放射線計測位置が求められる。また、光の強度から放射線強度（線量率）が求められる。
【０００７】
しかしながら、上記の計測装置では次のような問題点が考えられる。この装置によれば、ＯＳＬ結晶１から放出されるＯＳＬ光６は、光電子増倍管８に到達するまでに複数のカップラ２５を経由することとなり、その伝送損失は極めて大きくなる。カップラ２５を経由する光は、分岐比１：１の場合５０％に減衰する。即ち、この装置構成ではＯＳＬ結晶１の数（測定点の数）だけカップラ２５が必要であり、測定点の数が１０点の場合には、（１／２）の１０乗の光減衰（＝１／１０００）となる。また、照射するレーザ光５の光量も減衰するため、大容量の光源が必要となる。更にこの装置では、レーザ光５の照射時刻からＯＳＬ光６の戻り時間差で測定位置を認識するため、ＯＳＬ光の広がりが時間分解能（位置分解能）を大きく損なう。その他、カップラ２５そのもののコストが高く、測定点の数に比例して装置のコストが高くなるという問題も考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、安価で、かつ放射線強度測定点も多く、更に高感度な放射線強度分布計測装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の放射線強度計測装置は、複数組になって設けられた第１光ファイバ及び第２光ファイバと、第１光ファイバ及び第２光ファイバのそれぞれの組の先端に設けられた光輝尽性結晶と、レーザ光を放出するレーザ光源と、複数の第１光ファイバに対してレーザ光源から放出されたレーザ光を順に照射する光分配装置と、複数の光輝尽性結晶から放出される光輝尽性光を複数の第２光ファイバを介して受光する共通の受光部と、複数の各光輝尽性結晶の配置位置における放射線強度を求める演算装置とを備えたことにある。光輝尽性結晶に２本の光ファイバを設け、１本はレーザ光の伝送用とし、他方は光輝尽性結晶から放出される光の伝送用とすることにより、レーザ光の伝送光路や光輝尽性結晶から放出される光の伝送光路にカップラやハーフミラーといった障害物が全くなく、伝送損失を最低限に押さえることが可能になる。よって、高感度で高精度の計測が確実に行える。なお、光ファイバは直径１５０μｍ程度であり、１本から２本に変わっても敷設寸法上の問題は特に発生しない。また、放射線計測点の位置はレーザ光の照射光路と一対一に対応するため、ＴＡＣ処理等の時間分析等も全く不要となる。
【００１１】
複数の第１光ファイバに対してレーザ光源から放出されたレーザ光を順に照射する光分配装置を設けたことによって、複数の第１光ファイバ毎に独立にレーザ光源を設ける構成に比べて、計測システムを簡素で低コストにできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の好適な一実施例である放射線強度計測装置を示す。ＯＳＬ結晶１は、ファイバ１４及び１５（ツインファイバ）の先端に設けられる。レーザ光源３と光路スキャン装置（ガルバノスキャンメータ）４によりファイバ１４からレーザ光５を任意のファイバ１４に照射する。レーザ光５はファイバ１４を介してＯＳＬ結晶１に導かれる。レーザ光を受けたＯＳＬ結晶１はそれまでに受けた積算放射線量に比例したＯＳＬ光６を放出する。このＯＳＬ光６は、ファイバ１５を介して分光フィルタ７に導かれる。分光フィルタ７は、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、ＯＳＬ光６の波長以外の光をカットする。分光フィルタ７を通過したＯＳＬ光６は、光電子増倍管８において電圧に変換される。この電圧はアンプ９で増幅された後、計測回路１０及び演算装置１１から成る計測系に入力され、計測系では入力に基づいて放射線の強度を求める。なお、本実施例の場合、レーザ光５を照射するファイバ１４が放射線の測定点と１対１で対応しているため、レーザ照射の制御装置１２により照射するファイバ１４を指示し、そのファイバ１４に対応する測定点の情報を演算装置に与えることによって、検出した放射線強度と測定点との対応を容易に決定できる。以上説明した各放射線強度の測定を、各測定点に対して行うことにより、放射線分布を求めることができる。求められた放射線分布は、表示装置１３に表示する。
【００１４】
本実施例によれば、レーザの照射光路やＯＳＬ光の伝送光路にカップラやハーフミラーといった障害物が全くなく、伝送損失を最低限に押さえることが可能になる。よって、高感度で高精度の計測が確実に行える。
【００１５】
ここで、図２を用いてＯＳＬ結晶の発光原理を説明する。ＯＳＬ結晶には
ＢａＦＢｒ（Ｅｕ），ＬａＯＢｒ（Ｔｂ），ＳｒＳなど各種の材料がある。ここではＢａＦＢｒ（Ｅｕ）を例に発光原理を説明する。ＯＳＬ結晶１に放射線２０が入射すると結晶中に含まれる２価のＥｕが３価に変化し、その結果、Ｆセンタと呼ばれるカラーセンタ（Ｂｒ−）が形成される。このカラーセンタの形成量が積算放射線量と比例関係を保つ。このカラーセンタに２次励起用のレーザ光５を照射すると３価のＥｕが励起状態の２価のＥｕに変化する。この励起状態のＥｕが安定状態に変遷する時に一定波長のＯＳＬ光６を放出する。２次励起用レーザ光及びＯＳＬ光の波長は各ＯＳＬ結晶によって異なる。ＢａＦＢｒ（Ｅｕ）では励起用レーザ光が６３０ｎｍ、ＯＳＬ光が４００ｎｍ程度である。ＯＳＬ光の計測では受光部に４００ｎｍの分光フィルタを設けてＳ／Ｎの向上を図る。
【００１６】
図３に悪環境下の現場における、上記計測装置の適用例を示す。本装置では、エレクトロニクスを伴うレーザ光源３や演算装置１１は制御室３０等の環境条件の良い場所に設置し、電磁ノイズや湿度等の悪環境下になる現場３１には、ＯＳＬ結晶１と光ファイバ１４，１５だけを設置する。この配置により、電磁ノイズや湿度等によるレーザ光源３や演算装置１１等への悪影響を防止することができる。
【００１７】
図４に、前述のファイバ１４，１５を用いた構成と、カップラ２５を用いた構成を示す。（ａ）はカップラ方式、（ｂ）はツインファイバ方式である。（ｂ）はＯＳＬ結晶１がファイバ１４，１５を介してレーザ光源３及び受光部８と接続する。（ｂ）方式はファイバ長が２倍必要となるが、（ａ）方式のカップラ２５及びカップラと光ファイバの接続コネクタ等の製作コストを比較すると十分な低コスト化が図れる。
【００１８】
図５はファイバ１４，１５とＯＳＬ結晶１との接続方法を示す。ファイバ１４，１５の先端にはＯＳＬ結晶１を固定治具３５，３６で固定して設ける。（ａ）はＯＳＬ光の集光効率を向上するためにファイバ１４，１５の先端に角度（θ）を設けたものである。また、（ｂ）は集光効率が若干低下するがストレートにファイバを配置したものである。（ｂ）の構造は製作費を低く押さえられるのが特徴である。このツインファイバを用いる構成はカップラを用いる方式に比べ、４倍以上の高感度計測が可能になる。
【００１９】
図６，図７はレーザ照射の独立光路制御方式とガルバノメータスキャン方式を示した。図６に示す独立光路制御方式では、一系統のファイバ１４にレーザを照射するためには最低レーザダイオード２２，コリメータ２３，光スイッチ３７が必要となる。一方、図７のスキャン方式では１台のレーザダイオード２２をカルバノミラー４０で光路を任意に切り替え、多ｃｈの光ファイバへ容易に照射できる。なおこの方式では、多くのファイバへ稠密にレーザ光を照射するために稠密にならべたファイバアレー４２，Ｘ−Ｙステージ４３等が必要となり、初期費用が高くなるが、ｃｈ数が多くなると相対的に低コストのシステムを実現できることになる。
【００２０】
図８は各システム構成のコスト評価を行った結果である。（Ａ）はカップラを用いた構成、（Ｂ）はツインファイバ方式で各チャンネルに独立にレーザ光源を用いる構成、（Ｃ）はツインファイバにレーザ光路スキャンを採用した構成である。この評価結果等も明らかなように（Ｃ）の構成はｃｈ数が多くなるほどその低コスト化の効果が大きくなることが分かる。数１００ｃｈで比較すると１／４〜１／５の低コスト化が可能になる。
【００２１】
以上の光路スキャンは一次元でのみ説明しているが、２段のガルバノスキャンを組み合わせて２次元のスキャン方式を採用すると、１００ｃｈから１０００ｃｈの大規模システムが容易に構築できる。
【００２２】
以上説明した各実施例によれば、ＯＳＬ結晶を用いた多ｃｈ放射線分布計測システムにおいてＴＡＣ処理を講じず、直接的な放射線計測点の認識が容易であり、４倍の高感度化と１／４以下の低コスト化を達成できる簡便で、経済的かつ実用的な放射線強度分布計測装置及びシステムを提供することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、安価で、かつ放射線強度測定点が多く、更に高感度の放射線強度分布計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である放射線強度計測装置の構成図である。
【図２】ＯＳＬ結晶の発光原理を示す図である。
【図３】放射線強度計測装置を現場に適用した場合の構成図である。
【図４】ツインファイバ方式とカップラを用いる方式の放射線強度計測装置の構成図である。
【図５】ＯＳＬ結晶とツインファイバとの接続方式を示す図である。
【図６】独立光路制御方式でレーザを照射する場合の放射線強度計測装置の構成図である。
【図７】ガルバノメータスキャン方式でレーザを照射する場合の放射線強度計測装置の構成図である。
【図８】各システムのコスト評価を示す図である。
【図９】ＯＳＬ結晶を採用した放射線強度計測装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ＯＳＬ結晶、３…レーザ光源、４…光路スキャン装置、５…レーザ光、６…ＯＳＬ光、７…分光フィルタ、８…光電子増倍管（受光部）、９…アンプ、
１０…計測回路、１１…演算装置、１２…制御装置、１３…表示装置、１４，
１５…ファイバ、２０…放射線、２１…電源。
【図１】
0003591275.tif 000002
【図２】
0003591275.tif 000003
【図３】
0003591275.tif 000004
【図４】
0003591275.tif 000005
【図５】
0003591275.tif 000006
【図６】
0003591275.tif 000007
【図７】
0003591275.tif 000008
【図８】
0003591275.tif 000009
【図９】
0003591275.tif 000010