(57)【要約】【課題】キャリヤガスを再生して使用するようにして、キャリヤガスからラドン・トロン及びその娘核種を良好に遮断することができ、トリチウムを高感度に測定できる。また、吸着剤の交換作業をなくすことができる。【解決手段】サンプルガス中に水蒸気の形態で内包するトリチウムを測定するトリチウムモニタであって、測定点のガスをサンプルガスとしてサンプリングする入口弁１と、サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離装置５と、キャリヤガス中に放出された水蒸気を搬送してトリチウムを測定する測定用電離箱１０と、測定後のキャリヤガスから水蒸気を除去してキャリヤガスを再生するキャリヤガス再生装置７と、再生したキャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定する補償用電離箱１６と、再生したキャリヤガスを循環させて水蒸気分離装置５に導入するポンプ１１とを備えている。【選択図】図１
2006292507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定点のガスをサンプルガスとしてサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、
前記水蒸気を含む前記キャリヤガスを用いて、前記キャリヤガスに前記水蒸気の形態で含まれるトリチウムによるβ線を測定するトリチウム測定手段と、
前記トリチウムを測定した後のキャリヤガスから水蒸気を除去することによりキャリヤガスを再生するキャリヤガス再生手段と、
再生した前記キャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定するバックグラウンド測定手段と、
再生した前記キャリヤガスを循環させて前記水蒸気分離手段に導入するキャリヤガス循環手段と、
前記トリチウム測定手段での電離電流と前記バックグラウンド測定手段での電離電流との差分を取り、前記差分に基づいて前記トリチウムから放出される正味のβ線を測定する測定手段と
を備えたことを特徴とするトリチウムモニタ。
【請求項２】
前記キャリヤガス再生手段は、固体電界質膜と、固体電界質膜の両側に設けられた触媒電極と、前記触媒電極に電圧を印加する直流電源とを備え、
前記キャリヤガス中の水蒸気を酸素イオンと水素イオンに分解し、酸素イオンを酸素ガスにしてキャリヤガス中に放出し、キャリヤガス中に水素ガスが含まれる場合は水素ガスを水素イオンにイオン化し、キャリヤガス中の水蒸気を水素イオンに随伴させて分離除去する
ことを特徴とする請求項１に記載のトリチウムモニタ。
【請求項３】
前記キャリヤガス再生手段は、前記キャリヤガス中の水蒸気を吸着剤で吸着して除去する吸着手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のトリチウムモニタ。
【請求項４】
前記吸着手段は、前記吸着剤を複数備えて交互に使用することを特徴とする請求項３に記載のトリチウムモニタ。
【請求項５】
前記キャリヤガス再生手段は、前記キャリヤガスから除去した水蒸気を、前記水蒸気分離手段下流のサンプルガス中に放出する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のトリチウムモニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はトリチウムモニタに関し、特に、原子力炉施設、放射性同位元素使用施設、放射線発生装置使用施設等の建屋内の空気及び排気設備から放出されるガス状廃棄物（空気が主体）に含まれるトリチウムを連続測定するトリチウムモニタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、トリチウムモニタは、上記のような施設の建屋内の空気及び排気設備の排気空気をサンプリングし、サンプル空気中に水蒸気の形態で含まれるトリチウムを気体の状態で測定するものである。トリチウムから放射される放射線はβ線で、最大エネルギーが１８ｋｅＶと低エネルギーであるため、通気式電離箱に通して気体の状態で測定する必要がある。更に、天然放射性核種として環境中に存在するラドン・トロン及びその娘核種の放射線に比べて極端に低エネルギーであるため、高感度でトリチウムを測定しようとすると、前記核種のようなエネルギーの高い核種からトリチウムだけを分離して測定する必要がある。
【０００３】
従来のトリチウムモニタは、中空子膜の水蒸気選択透過の性質を利用してサンプル空気から水蒸気を分離し、分離した水蒸気を純度の高い窒素ガスをキャリヤガスとして通気式電離箱に導入することにより、トリチウムを他の放射性核種が混入しない状態で、かつ、気体の状態で効率良く測定している。しかし、キャリヤガスをボンベから供給する方法は、キャリヤガスを常時流しているため、その消費量が多くなり、ボンベ交換を頻繁に行う必要があることから、キャリヤガスの消費量削減のための方法あるいはボンベフリーが求められるようになった。
【０００４】
これを解決するために、装置周辺の空気を吸入してラドン・卜ロンとその娘核種及び水蒸気を吸着除去する手段を備えて、清浄空気をキャリヤガスとしてボンベフリーを実現したトリチウムモニタが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１８９５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来のボンベフリー型トリチウムモニタは、空気を取り入れて圧縮・移送するコンプレッサにおいて、空気を圧縮する時に微小水滴の帯電ミストが発生され、その一部が吸着剤をすり抜けて排出されてしまうという現象があり、また、ラドン・トロン及びその娘核種の一部が吸着剤から離脱して排出されてしまうという現象があった。
【０００７】
また、トリチウムから放射されるβ線の測定を行う測定用電離箱とバックグラウンドの測定を行う補償用電離箱の出力電流の差をとって正味の電流値を求め、その結果に基づきトリチウムの放射能を求める測定方法において、吸着剤を通過した微量の帯電ミスト及びラドン・トロンとその娘核種はバックグラウンド放射線測定値が増加して、相対的にトリチウムによる放射線量が減少して、トリチウムの高感度測定の障害となってしまうという問題点があった。また、ラドン・トロンとその娘核種及び水蒸気の吸着除去の目的で吸着剤を使用するため、吸着剤の交換作業という新たな保守作業が発生するという問題点があった。
【０００８】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、キャリヤガスからラドン・トロン及びその娘核種を良好に遮断することができ、トリチウムを高感度に測定できるとともに、吸着剤の交換作業をなくすことが可能なトリチウムモニタを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、測定点のガスをサンプルガスとしてサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、前記水蒸気を含む前記キャリヤガスを用いて、前記キャリヤガスに前記水蒸気の形態で含まれるトリチウムによるβ線を測定するトリチウム測定手段と、前記トリチウムを測定した後のキャリヤガスから水蒸気を除去することによりキャリヤガスを再生するキャリヤガス再生手段と、再生した前記キャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定するバックグラウンド測定手段と、再生した前記キャリヤガスを循環させて前記水蒸気分離手段に導入するキャリヤガス循環手段と、前記トリチウム測定手段での電離電流と前記バックグラウンド測定手段での電離電流との差分を取り、前記差分に基づいて前記トリチウムから放出される正味のβ線を測定する測定手段とを備えたトリチウムモニタである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、測定点のガスをサンプルガスとしてサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、前記水蒸気を含む前記キャリヤガスを用いて、前記キャリヤガスに前記水蒸気の形態で含まれるトリチウムによるβ線を測定するトリチウム測定手段と、前記トリチウムを測定した後のキャリヤガスから水蒸気を除去することによりキャリヤガスを再生するキャリヤガス再生手段と、再生した前記キャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定するバックグラウンド測定手段と、再生した前記キャリヤガスを循環させて前記水蒸気分離手段に導入するキャリヤガス循環手段と、前記トリチウム測定手段での電離電流と前記バックグラウンド測定手段での電離電流との差分を取り、前記差分に基づいて前記トリチウムから放出される正味のβ線を測定する測定手段とを備えたトリチウムモニタであるので、キャリヤガス中に放出された水蒸気を除去してキャリヤガスを再生して使用するようにしたため、キャリヤガスからラドン・トロン及びその娘核種を良好に遮断することができ、トリチウムを高感度に測定できる。また、吸着剤の交換作業をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るトリチウムモニタを図に基づいて説明する。測定点（図示せず）のガスは一般的には排気筒（図示せず）またはトリチウムを取り扱っている室内（図示せず）の空気である。図１は、実施の形態１に係わるトリチウムモニタの構成を示すものである。図１に示すように、この発明のトリチウムモニタには、測定点からサンプリングされたサンプル空気（サンプルガス）が吸入される入口弁１（サンプリング手段）と、サンプル空気からダスト等を除去する吸気フィルタ２と、サンプル空気の流量を測定するサンプル空気流量計３と、サンプル空気の露点（水蒸気密度）を測定するサンプル空気露点計４とが設けられている。さらに、露点が測定されたサンプル空気から水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離装置５（水蒸気分離手段）と、水蒸気と分離したサンプル空気の露点を測定する水蒸気分離装置出口露点計６と、露点が測定されたサンプル空気が導入されるとともに、後述する測定用電離箱１０から導入されるキャリヤガスから水蒸気を除去することによりキャリヤガスを再生するキャリヤガス再生装置７（キャリヤガス再生手段）とが設けられている。また、キャリヤガス再生装置７から排出されるサンプルガスを排出するためのポンプ８および出口弁９とが設けられている。
キャリヤガスは、水蒸気分離装置５で分離された水蒸気を搬送するためのもので、天然のラドン・トロンおよびその娘核種、更にその他の放射性核種を含まない、もしくは含んでいても測定に影響しないレベルであることが要求される。また、含まれる水蒸気密度についてもサンプル空気の１／１０以下が望ましい。
【００１２】
また、この発明のトリチウムモニタには、水蒸気分離装置５から放出された水蒸気をキャリヤガスとともに搬送して水蒸気の形態のトリチウムを測定する測定用電離箱１０（トリチウム測定手段）が設けられている。さらに、キャリヤガス再生装置７によって再生された後のキャリヤガスを循環させるためのポンプ１１（キャリヤガス循環手段）と、当該キャリヤガスを所定の流量に調整する流量調整弁１２と、圧力を測定する圧力計１３とが設けられている。さらに、ポンプ１１で発生した微細な塵埃を除去する細密フィルタ１４と、キャリヤガスの流量を測定するキャリヤガス流量計１５と、塵埃を除去した上記キャリヤガスを通気してバックグラウンド放射線を測定する補償用電離箱１６（バックグラウンド測定手段）とが設けられている。
【００１３】
また、キャリヤガスを収容しているキャリヤガスボンベ１７と、キャリヤガスボンベからキャリヤガスを放出させるための減圧弁１８と、開状態になってキャリヤガスを補充させるための電磁弁１９ａと、開状態になってキャリヤガスをサンプルガス中に放出する電磁弁１９ｂとが設けられている。また、さらに、測定部２０と、制御部２１とが設けられている。
【００１４】
次に、動作について説明する。測定点からサンプリングされたサンプル空気は入口弁１から吸入され、吸気フィルタ２でサンプル空気中に含まれる粒子状のダスト及び放射性物質が除去され、サンプル空気流量計３により流量が測定され、サンプル空気露点計４によりサンプル空気の露点が測定される。露点が測定されたサンプル空気は、水蒸気分離装置５に導入されてサンプル空気から水蒸気が分離され、乾燥したサンプル空気が排出される。水蒸気分離装置５から排出されたサンプル空気は、水蒸気分離装置出口露点計６で露点が測定されてキャリヤガス再生装置７に導入される。キャリヤガス再生装置７では、後述するキャリヤガスから除去された水蒸気が、当該サンプル空気中に放出される。キャリヤガス再生装置７から排出された水蒸気を含んでいるサンプル空気はポンプ８により出口弁９を経由して排出されて測定点（図示せず）に戻される。
【００１５】
一方、水蒸気分離装置５においてサンプル空気から分離された水蒸気は、補償用電離箱１６から導入されるキャリヤガス中に放出される。放出された水蒸気を含むキャリヤガスは、測定用電離箱１０に導入されて、水蒸気の形態のトリチウムから放射されるβ線が測定される。測定用電離箱１０から排出されたキャリヤガスは、キャリヤガス再生装置７で水蒸気が除去されてキャリヤガスが再生される。キャリヤガス再生装置７から排出されたキャリヤガスは、ポンプ１１で押し出され、流量調整弁１２で所定の流量に調整され、圧力計１３で圧力が測定され、細密フィルタ１４に導入される。細密フィルタ１４は、ポンプ１１で発生した微細な塵挨を除去する。細密フィルタ１４から排出されたキャリヤガスは、キャリヤガス流量計１５で流量が測定され、補償用電離箱１６に導入される。補償用電離箱１６は、キャリヤガス中に残留するトリチウムから放射されるβ線と環境γ線が合計されたバックグラウンド放射線を測定する。環境γ線は、装置周辺の地中及び大気中の天然の放射能から放出される、または、宇宙から到来する放射線（光子）で、測定のバックグラウンドの要因となる。
【００１６】
これらのキャリヤガスが流れる配管（図示せず）と前記各機器は閉ループを構成して、ポンプ１１によりキャリヤガスが循環する。すなわち、キャリヤガス再生装置７、ポンプ１１、流量調整弁１２、細密フィルタ１４、キャリヤガス流量計１５、補償用電離箱１６、水蒸気分離装置５および測定用電離箱１０は、キャリヤガスを循環させるための閉ループを構成しており、ポンプ１１はキャリヤガスを当該閉ループ内に循環させるためのキャリヤガス循環手段を構成している。測定用電離箱１０と補償用電離箱１６には互いに逆電圧が印加されるため、放射線を測定した結果の電離電流の方向は互いに逆方向になる。それぞれの電離電流＊Ｓ４と＊Ｓ７は測定部２０で両方の信号線を接続することにより、バックグラウンド放射線が除去され、トリチウムから放射されたβ線のみによる正味電離電流が測定部２０に入力され、それに基づきトリチウム濃度が演算され、結果が表示される。
【００１７】
サンプル空気流量計３、サンプル空気露点計４、水蒸気分離装置出口露点計６、圧力計１３、キャリヤガス流量計１５で測定されたそれぞれの測定値の、サンプル空気流量＊Ｓ１、サンプル空気露点＊Ｓ２、水蒸気分離装置出口露点＊Ｓ３、キャリヤガス圧力＊Ｓ５、キャリヤガス流量＊Ｓ６は、測定部２０に入力されて所定の演算処理が行われる。サンプル空気露点＊Ｓ２と水蒸気分離装置出口露点＊Ｓ３は、それぞれ水蒸気密度すなわちサンプル空気単位体積当たりの水分重量に変換される。サンプル空気水蒸気密度から水蒸気分離装置出口水蒸気密度を引き算し、その差をサンプル空気水蒸気密度で割り算した結果をｋ１とする。次に、サンプル空気流量をキャリヤガス流量で割り算してその結果をｋ２とする。キャリヤガス圧力を大気圧で割り算した結果をｋ３とする。記憶部２０に記憶されている係数ｋ４は、大気圧で校正された正味電離電流をトリチウム濃度で割り算した結果である。正味電離電流をｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４で順次割り算することによりトリチウム濃度が求められる。なお、水蒸気分離装置５における水蒸気分離の効率が概ね一定の場合は、サンプル空気露点計４及び水蒸気分離装置出口露点計６の設置を省略でき、更に、ポンプ流量が概ね一定とみなせる場合はサンプル空気流量計３及びキャリヤガス流量計１５の設置を省略できる。また、サンプル空気露点計４及び水蒸気分離装置出口露点計６については、温度計と湿度計に置き換えることができる。
【００１８】
制御部２１は、水蒸気分離装置５、キャリヤガス再生装置７、ポンプ８、ポンプ１１、電磁弁１９について、それぞれ制御信号＊Ｓ８、＊Ｓ１０、＊Ｓ９、＊Ｓ１１、＊Ｓ１２を出力して制御を行う。測定部２０において、キャリヤガス圧力計１３の測定値が所定の範囲から外れると、測定部２０は制御部２１に圧力低または圧力高の信号＊Ｓ１３を発信する。制御部２１は＊Ｓ１３として圧力低信号を受信すると、電磁弁１９ａを所定の時間だけ開にしてキャリヤガスボンベ１７からキャリヤガスを減圧弁１８で減圧して補充する。一方、制御部２１は、＊Ｓ１３として圧力高信号を受信すると電磁弁１９ｂを所定の時間だけ開にしてキャリヤガスをサンプルガス中に放出する。更に、制御部２１の操作でパージモードとすると、電磁弁１９ａと電磁弁１９ｂの両方が所定の時間だけ開になって、キャリヤガスの入れ替えを行うことができる。最初にキャリヤガス閉ループにキャリヤガスを充填する時と、運転途中でパージモードにする時以外、基本的にキャリヤガス供給は不用である。したがって、搭載するガスボンベは小容量のものでよく、もしくは、必要時に準備する運用も可能である。
【００１９】
図２（ａ）は水蒸気分離装置５の構成を示すもので、図２（ｂ）は、水蒸気分離装置５に設けられている中空子膜５２の構成を示すものである。図２（ａ）に示すように、円柱型の外筒５５の内部空間内には、軸方向に延びた円管状の中空子膜５２が複数本設けられている。また、外筒５５の円形の上面にはサンプル空気を吸入して中空子膜５２内に導入するサンプル空気入口５１が設けられ、外筒５５の円形の下面には導入された当該サンプル空気を排出するためのサンプル空気出口５３が設けられている。また、外筒５５の側面の下部にはキャリヤガスを吸入するためのキャリヤガス入口５４が設けられており、外筒５５の側面の上部には吸入されたキャリヤガスを排出するためのキャリヤガス出口５６が設けられている。図２において、サンプル空気入口５１から吸入されたサンプル空気は、中空子膜５２の内側を流れてサンプル空気出口５３から排出される。一方、キャリヤガスは、キャリヤガス入口５４から吸入されて中空子膜５２の外側かつ外筒５５の内側を流れ、キャリヤガス出口５６から排出される。後述するようにキャリヤガス再生装置で除湿されて、キャリヤガスは水蒸気密度がサンプル空気の１／１０以下に乾燥しているため、サンプル空気との水蒸気圧の差により、水蒸気は中空子膜５２の外部に移動し、サンプル空気から水蒸気が分離されてキャリヤガス中に排出される。キャリヤガス中に排出された水蒸気はキャリヤガスに搬送されてキャリヤガス出口５６から排出さる。中空子膜５２は選択的に水蒸気を透過させる性質を有しており、内部と外部の水蒸気の差圧に依存して水蒸気が分離されるため、サンプルガス中のラドン・トロンの娘核種、その他のガス状放射性物質に対してトリチウムを含む水蒸気を選択して分離することができる。
【００２０】
図３はキャリヤガス再生装置７の構成を示すものである。キャリヤガス再生装置７は、除湿室７２と、加湿室７４と、それらの間に介在している水素・水蒸気分離膜７３とから構成されている。この構成において、キャリヤガスは除湿室入口７１から除湿室７２に導入される。キャリヤガス中の水蒸気は水素・水蒸気分離膜７３で電気分解され、酸素ガスは除湿室７２に放出され、水素イオンは水蒸気を随伴して水素・水蒸気分離膜７３中を移動し、加湿室７４で水素イオンはサンプル空気中の酸素と結合して水蒸気となり、随伴してきた水蒸気とともに加湿室７４に放出される。除湿室７２に放出された酸素ガスはキャリヤガスとともに除湿室出口７５から排出される。加湿室入口７６から導入されたサンプル空気は、加湿室７４に放出された水蒸気を搬送して加湿室出口７７から排出される。したがって、キャリヤガス中には酸素ガスが蓄積されることになるが、キャリヤガスとして酸素ガスを使用すれば、キャリヤガスを再生してもキャリヤガスの組成は変化しない。そのため、キャリヤガスを再生しても、同じβ線のエネルギー量で生成されるイオン対数は一定となる。また、キャリヤガスの閉ループに若干のリークが発生しても酸素は常に生成供給されるので、運転中のキャリヤガス補給が不要となる。
【００２１】
図４は、図３に示した水素・水蒸気分離膜７３の詳細な構成を示すもので、図４に示すように、水素・水蒸気分離膜７３は、固体電界質膜７３１と、固体電界質膜７３１の両側に設けられた触媒電極である陽極７３２および陰極７３３と、直流電源７３４とから構成されている。水素・水蒸気分離膜７３においては、固体電界質膜７３１は、陽極７３２と陰極７３３に密着した構造となっている。電極である陽極７３２と陰極７３３は、多孔質の触媒作用を有する材料を使用しており、直流電源７３４で電極間に直流電圧（例えば、３Ｖ）を印加すると、陽極７３２は水蒸気を取り込んでその触媒作用で酸素イオンと水素イオンに分解し、酸素イオンは陽極７３２の表面で酸素ガスになり除湿室７２に放出される。水素イオンは水分子を随伴して固体電界質膜７３１の内部を直流電源７３４の電界作用で移動し、陰極７３３の表面でサンプル空気の酸素と結合して水蒸気となり、水素イオンに随伴してきた水蒸気とともに加湿室７４に放出される。固体電界質膜７３１としては、例えば固体高分子電界質膜が適している。この膜は、水素イオン伝導性を有する厚み２００μｍ程度の機能膜で、電極間に直流電圧３Ｖ程度を印加することにより上述のように動作する。
【００２２】
図５は固体高分子電界質膜から構成された固体電界質膜７３１の内部を水素イオンが水分子を随伴して移動するメカニズムを示すものである。図５の中央の図に示されている小さい○は、水素イオンのＨ＋を表す。水素イオンＨ＋は１個の水分子Ｈ２Ｏと結合すると、Ｈ３Ｏ＋という形になる。図５では、水素イオンＨ＋と水分子Ｈ２Ｏが結合していることを表している。水素イオンＨ＋と結合する水分子Ｈ２Ｏは１〜３個であり、水素イオンＨ＋は、水蒸気が存在する場では単独では存在しない。図５では、電界に沿って水素イオンＨ＋が、水素イオンＨ＋と水分子Ｈ２Ｏに場所を譲って移動していく様子を示している。固体高分子電界質膜はフッ素系の樹脂を主鎖に持ち、スルフォニル基ＳＯ３−を側鎖に持つ構造になっている。水素イオンＨ＋は水分子Ｈ２Ｏを随伴してスルフォニル基ＳＯ３−に沿って移動する。この膜は手で触っても害のない電気絶縁性の透明なフィルムである。なお、電極間に加える電圧は、３Ｖ程度と低く、万一漏電しても安全である。
【００２３】
水素・水蒸気分離膜７３において、一定の膜面積の上記固体高分子電界質膜を使用した場合、その除湿能力は、キャリヤガスの絶対湿度のみに比例し、水素・水蒸気分離膜７３の除湿能力は次式で与えられる。
【００２４】
Ｄ＝６×１０２×ｐ×Ｓ・・（１）
ここで、Ｄ：水蒸気分離装置の除湿能力（ｇ／ｈ），
ｐ：サンプル空気の水蒸気密度（ｇ／ｃｍ３），
Ｓ：水素・水蒸気分離膜の有効面積（ｃｍ２）
である。
【００２５】
したがって、水素・水蒸気分離膜７３の有効面積を適切に選択することにより必要な除湿能力を得ることができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態では、キャリヤガスから水蒸気を除去してキャリヤガスを再生するキャリヤガス再生装置７と、キャリヤガスを循環させるポンプ１１とを備えて、キャリヤガス中に放出された水蒸気を分離除去してキャリヤガスを再生して使用するようにしたので、キャリヤガスにトリチウム以外の放射能が混入することがなく、キャリヤガスからラドン・トロン及びその娘核種を本質的に良好に遮断することができ、トリチウムを高感度に測定できる。また、従来のようにキャリヤガスボンベを頻繁に交換することがなくなり、また吸着剤の交換作業もなくすことができる。
【００２７】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、水蒸気分離装置５の中空子膜５２でサンプル空気中の水蒸気を分離する場合について述べたが、本実施の形態２では水蒸気分離装置５として、実施の形態１における図３のキャリヤガス再生装置７と同じ構成のものを備え、図４の水素・水蒸気分離膜７３でサンプル空気中の水蒸気を分離するようにした。すなわち、本実施の形態におけるトリチウムモニタの構成は図１に示したものと基本的に全く同じであり、異なる点は、水蒸気分離装置５の構成が、図３に示したキャリヤガス再生装置７と同じ構成であることである。
【００２８】
本実施の形態における水蒸気分離装置５においては、図３に示すように、サンプル空気は除湿室入口７１から除湿室７２に導入される。サンプル空気中の水蒸気は水素・水蒸気分離膜７３で電気分解され、酸素ガスは除湿室７２に放出され、水素イオンは水蒸気を随伴して水素・水蒸気分離膜７３中を移動し、加湿室７４で水素イオンは水素ガスとなり、随伴してきた水蒸気とともに加湿室７４に放出される。除湿室７２に放出された酸素ガスはサンプルガスとともに除湿室出口７５から排出される。加湿室入口７６から導入されたキャリヤガスは、加湿室７４に放出された水素ガスと水蒸気を搬送して加湿室出口７７から排出される。水素・水蒸気分離膜７３の構成及び動作についても図４と同じである。固体電界質膜７３１として固体高分子電解質膜を使用した場合のその内部を水素イオンが水分子を随伴して移動するメカニズムについても図５と同じである。
【００２９】
なお、本実施の形態のように、水蒸気分離装置５にキャリヤガス再生装置７と同じ構成のものを備えた場合、水蒸気分離装置５からキャリヤガス中に水素ガスと水蒸気が排出され、キャリヤガス再生装置７では水素・水蒸気分離膜７３で水素ガスが水素イオンとなり、電気分解で生成した水素イオンと同じように電界方向に水素・水蒸気分離膜７３の内部を移動し、加湿室７４でサンプル空気中の酸素と結合して水蒸気となり放出される。水素・水蒸気分離膜７３の有効面積は、水蒸気分離装置５に対してキャリヤガス再生装置７を大きくし、再生したキャリヤガスに残留するトリチウムをできるだけ少なくするのが望ましい。
【００３０】
以上のように、本実施の形態２では、水蒸気分離装置５の水素・水蒸気分離膜７３によりサンプル空気の水蒸気を電気分解して水素イオンを生成させ、その水素イオンに水蒸気を随伴させて水素・水蒸気分離膜７３中を電界作用で移動させて分離するようにしたので、上記実施の形態１と同等の効果を奏する。更に、キャリヤガス中に放出された水素ガスは、キャリヤガス再生装置７の水素・水蒸気分離膜７３において容易に水素イオンとなり、電気分解で生成する水素イオン数に加算されるため、水素イオンに随伴して膜中を移動する水蒸気量が増大し、キャリヤガス再生の効率が高まるため、結果としてキャリヤガス再生装置７の水素・水蒸気分離膜７３の有効面積を削減でき、コスト低減になる。
【００３１】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１及び実施の形態２では、キャリヤガス再生装置７において水素・水蒸気分離膜７３によりキャリヤガス中の水素及び水蒸気を電気的に除去する場合について述べたが、本実施の形態３では吸着剤で除去するようにしたもので、２系統の吸着剤を交互に吸着と放出を切り換えることにより、連続してキャリヤガスを再生する。図６は、本実施の形態に係るトリチウムモニタの構成を示したものである。図１の構成と異なる点は、（１）測定用電離箱１０から排出されたキャリヤガスが流量調整弁１２およびポンプ１１を介して、キャリヤガス再生装置７Ａに導入されることと、（２）キャリヤガス再生装置７Ａにより再生された再生済みキャリヤガスが細密フィルタ１４に排出されることと、（３）キャリヤガスボンベ１７から減圧弁１８を介して微量のキャリヤガスがキャリヤガス再生装置７Ａに供給されることと、（４）キャリヤガス再生装置７Ａによって吸着された水素、水蒸気及び酸素ガスがポンプ８により排出されることである。他の構成は、図１と基本的に同じであるため、同一符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。
【００３２】
図７は、キャリヤガス再生装置７Ａの構成を示した図である。図７に示すように、キャリヤガス再生装置７Ａにおいては、第１の吸着槽７０３ａおよび第２の吸着槽７０３ｂが並列に設けられており、交互に吸着と放出を行い、吸着剤を再生して繰り返し使用できる構成になっている。これにより、頻繁なボンベ交換作業等の保守作業から解放されるとともに、吸着剤の保守作業も不要となり、保守性が各段に向上する。
【００３３】
以下、この発明の実施の形態３について図６及び図７により説明する。測定用電離箱１０から排出されたキャリヤガスはポンプ１１により４気圧程度に加圧されてキャリヤガス再生装置７Ａに導入される。キャリヤガスは加圧されることより飽和水蒸気圧を超える水蒸気が凝縮されて細かい水滴、すなわちミストが発生する。図７において、ミストセパレータ７０１は発生したミストを成長させてドレンとし、オートドレン７０２は生成したドレンを自動排出する。ミストを除去されたキャリヤガスは、第１の三方電磁弁７０４ａから第１の吸着槽７０３ａに導入されて水素ガス、水蒸気及び酸素ガスが吸着剤（図示せず）で除去され、第２の三方電磁弁７０４ｂから排出され、再生済みキャリヤガスとしてバッファタンク７０５に蓄えられる。バッファタンク７０５に蓄えられた再生済みキャリヤガスは、圧力計７０６で圧力が測定され、減圧弁７０７で大気圧近くに減圧されて循環ループに供給される。一方、第２の吸着槽７０３ｂは第３の三方電磁弁７０４ｃを経由して図６に示すポンプ８の入口配管に解放された減圧状態にあり、吸着された水素ガス、水蒸気及び酸素ガスは吸着剤から放出されてポンプ８により排出される。この時、サンプルガスの逆流を防止して水素ガス及び水蒸気の排気を助けるために、流量調整弁７０８で流量調整された微量のキャリヤガスが、第４の三方電磁弁７０４ｃ経由で供給される。
【００３４】
第１の吸着槽７０３ａと第２の吸着槽７０３ｂは、吸着と放出が交互に切り換えられるように第１の吸着槽７０３ａについては第１の三方電磁弁７０４ａと第２の三方電磁弁７０４ｂの流れ方向が、第２の吸着槽７０３ｂについては第３の三方電磁弁７０４ｃと第４の三方電磁弁７０４ｄの流れ方向が、それぞれ逆転するように切り換えられる。第１の吸着槽７０３ａ及び第２の吸着槽７０３ｂは、吸着剤として活性炭またはモレキュラシーブスを使用し、活性炭またはモレキュラシーブスの孔径を選択することにより、加圧時にはキャリヤガスから水素ガス、水蒸気及び酸素ガスは選択的に吸着される。キャリヤガスとして窒素ガスを選択すると、窒素ガスは水素ガス、水蒸気及び酸素ガスより分子径が大きいため、吸着剤を通過して再生使用できる。測定部２０において、キャリヤガス圧力計１３の測定値が所定の圧力より低下すると、測定部２０は制御部２１に圧力低の信号＊Ｓ１３を発信する。制御部２１は圧力低信号を受信すると、電磁弁１９ａを所定の時間だけ開にしてキャリヤガスボンベ１７からキャリヤガスを減圧弁１８ａで減圧して補充する。また、放出中の吸着槽にも微量のキャリヤガスが供給されてサンプルガスの逆流を防止する。更に、制御部２１の操作でパージモードとすると、電磁弁１９ａと電磁弁１９ｂの両方が所定の時間だけ開になって、キャリヤガスの入れ替えを行うことができる。したがって、搭載するガスボンベは小容量のものでよい。
【００３５】
以上のように、本実施の形態３では、キャリヤガス再生装置７Ａにおいて吸着剤を充填した２台の吸着槽を交互に切り換えて、水素ガス及び水蒸気の吸着を連続で行ってキャリヤガスを再生するようにしたので、従来に比べてキャリヤガスの消費量を大幅に削減できる。実施の形態１及び２に比べた場合、前記のように吸着剤の再生のためにキャリヤガスを微量に流してキャリヤガスを常時消費することになるが、吸着槽は安価な市販品を使用できるので、低価格の装置を提供できる。
なお、キャリヤガスの消費量は、従来の消費量の１／１０以下で、大幅に改善できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態１に係わるトリチウムモニタの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる水蒸気分離装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１及び２に係わるキャリヤガス再生装置の構成を示す図であるとともに、この発明の実施の形態２に係わる水蒸気分離装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係わる水素・水蒸気分離膜の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係わる固体高分子電解質膜の内部を水素イオンが水分子を随伴して移動するメカニズムを示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係わるトリチウムモニタの構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係わるキャリヤガス再生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  入口弁、２  吸気フィルタ、３  サンプル空気流量計、４  サンプル空気露点計、５  水蒸気分離装置、６  水蒸気分離装置出口露点計、７  キャリヤガス再生装置、８  ポンプ、９  出口弁、１０  測定用電離箱、１１  ポンプ、１２  流量調整弁、１３  圧力計、１４  細密フィルタ、１５  キャリヤガス流量計、１６  補償用電離箱、１７  キャリヤガスボンベ、１８  減圧弁、１９ａ，１９ｂ  電磁弁、２０  測定部、２１  制御部、５１  サンプル空気入口、５２  中空子膜、５３  サンプル空気出口、５４  キャリヤガス入口、５５  外筒、５６  キャリヤガス出口、７１  除湿室入口、７２  除湿室、７３  水素・水蒸気分離膜、７４  加湿室、７５  除湿室出口、７６  加湿室入口、７７加湿室出口、７０１  ミストセパレータ、７０２  オートドレン、７０３ａ  第１の吸着槽、７０３ｂ  第２の吸着槽、７０４ａ  第１の三方電磁弁、７０４ｂ  第２の三方電磁弁、７０４ｃ  第３の三方電磁弁、７０４ｄ  第４の三方電磁弁、７０５  バッファタンク、７０６  圧力計、７０７  減圧弁、７０８  流量調整弁、７３１  固体電界質膜、７３２  陽極、７３３  陰極、７３４  直流電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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