(57)【要約】【課題】吸着剤の交換作業のないクリーンなキャリヤガスを生成できるトリチウムモニタを得る。【解決手段】測定点のガスを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サンプルガスから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、トリチウムモニタの周辺空気を取り込んでキャリヤガスを生成するキャリヤガス生成装置９と、キャリヤガスに含まれるイオン及び帯電微粒子を捕集するイオントラップ１０と、イオントラップ１０からキャリヤガス中に離脱するダストを除去するダストフィルタ１１と、ダストを除去した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１３と、水蒸気分離装置５によりサンプルガスから分離された水蒸気をキャリヤガスで搬送して、当該水蒸気に含まれるトリチウムを測定する測定用電離箱１４とを備えている。【選択図】図１
2006126123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定点のガスをサンプリングして水蒸気の形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、
上記測定点のガスをサンプリングするサンプリング手段と、
上記サンプリング手段によってサンプリングされたサンプルガス中の水蒸気を上記サンプルガスから分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、
上記トリチウムモニタの周辺空気からキャリヤガスを生成するキャリヤガス生成手段と、
上記キャリヤガスに含まれるイオン及び帯電微粒子を捕集する帯電物質捕集手段と、
上記帯電物質捕集手段から上記キャリヤガス中に離脱するダストを除去するダスト捕集手段と、
上記ダスト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バックグラウンド測定手段と、
上記水蒸気分離手段により上記サンプルガスから分離された水蒸気を、上記バックグラウンド測定手段から排出される上記キャリヤガスで搬送して、上記水蒸気に含まれるトリチウムを測定するトリチウム測定手段と
を備えたことを特徴とするトリチウムモニタ。
【請求項２】
上記キャリヤガス生成手段は、複数の吸着槽を並列に備えて交互に吸着と離脱を行い、上記吸着槽が吸着剤として活性炭モレキュラシーブスを使用することにより、水蒸気とラドン・トロンの両方を同時に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】
上記水蒸気分離手段は、固体電界質膜と、上記固体電界質膜の両側に設けられた触媒電極と、上記触媒電極に電圧をする印加する直流電源とを有していることを特徴とする請求項１または２に記載のトリチウムモニタ。
【請求項４】
上記サンプリング手段によってサンプリングされた上記サンプルガスの水蒸気密度を測定するサンプルガス水蒸気密度測定手段と、
上記水蒸気分離手段によって上記サンプルガスから分離された水蒸気と上記バックグラウンド放射線が測定されたキャリヤガスとの混合ガスの水蒸気密度を測定するキャリヤガス水蒸気密度測定手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のトリチウムモニタ。
【請求項５】
上記帯電物質捕集手段は、対向して設けられた電極と、上記電極に貼り付けた絶縁シートとを有し、
上記イオン及び上記帯電微粒子を上記絶縁シート上に捕集して粒子径を成長させ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。
【請求項６】
上記水蒸気分離手段から排出されたサンプルガスが、上記キャリヤガス生成手段に導入されてキャリヤガスに生成されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし５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から放出されるガス状廃棄物中のトリチウムを、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】
従来のトリチウムモニタとしては、トリチウムサンプラとトリチウム測定装置としての液体シンチレーションカウンタを融合させ、トリチウムのサンプリングとトリチウムの測定プロセスの自動化を図ったものがあり、サンプルガス中の水蒸気を冷却凝縮して水の形でトリチウムを採取し、採取した水と液体シンチレータを混合して水に含まれるトリチウムのβ線とシンチレータが反応したときに発する蛍光を検出し、それに基づく信号パルスを計数するという一連の工程を自動化している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、この装置では、採取した水に自然界に存在する放射性同位元素が混入してしまうため、トリチウムが放出する放射線よりもエネルギーが高い放射線を数多く測定することになり、このことがトリチウムモニタの測定感度の障害になっている。この障害を除去するために、自然界に存在する放射性同位元素を除去する機能を備えたものが提案されており、サンプルガス中の水蒸気を自然環境中に存在するラドン・トロンから中空糸膜で分離し、分離した水蒸気をキャリヤガス中に放出し、その水蒸気を含むキャリヤガスを電離箱に導入し、キャリヤガスを循環させて水蒸気を蓄積しながらトリチウムを連続測定している。同様に、サンプルガス中の水蒸気を高温に加熱された水素イオン導電性セラミックスで分解し、生成した水素イオンをサンプルガスから分離して水素としてキャリヤガス中に放出し、その水素を含むキャリヤガスを電離箱に導入し、キャリヤガスを循環させて水素を蓄積しながらトリチウムを連続測定している。いずれもキャリガスとして窒素ガスを使用しており、窒素ガスはボンベから供給している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、窒素ガスをボンベから供給すると、ボンベを頻繁に交換する作業が発生する。そのため、これを解決するために、吸着剤を使用して空気から水蒸気とラドン・トロンを除去する機能を備え、ボンベレス化を実現した装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−７５８６３号公報
【特許文献２】特開２００４−１５１０４８号公報
【特許文献３】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】
特許文献３に記載されているような従来の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し、その一部が吸着剤をすり抜けて排出され、また、ラドン・トロンの娘核種の一部が吸着剤から離脱して排出されてしまい、測定対象核種を搬送するキャリヤガス中に混入してしまうという問題点があった。このようにして、排出されてしまった帯電ミストやラドン・トロンの娘核種から放射される放射線は、測定対象核種の放射線を測定する場合に、バックグラウンドの放射線として混入してしまう結果となる。
【０００７】
測定対象核種によっては、測定対象核種から放射される放射線のエネルギーよりも、ラドン・トロンの娘核種から放射される放射線のエネルギーの方が大きいこともある。そのため、測定対象核種のトリチウム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があるものの、この際に、帯電ミスト及びラドン・トロンの娘核種はバックグラウンド放射線測定値の増加の原因となり、測定値の揺らぎが増大するため、トリチウムの測定感度の障害となっている。このため、帯電ミスト及びラドン・トロンの娘核種を出来る限り除去することが望ましいが、従来のトリチウムモニタにおいては、上述したように、吸着剤をすり抜けて排出されてしまうため、結果として、トリチウムを高感度で測定することができないという問題点があった。
【０００８】
また、ボンベレス化の結果として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。
【０００９】
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、保守作業を軽減しながら、かつ、バックグラウンド放射線の原因となる帯電物質やダストを除去して、トリチウムを精度良く測定するための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】
【００１０】
この発明は、測定点のガスをサンプリングして水蒸気の形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、上記測定点のガスをサンプリングするサンプリング手段と、上記サンプリング手段によってサンプリングされたサンプルガス中の水蒸気を上記サンプルガスから分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、上記トリチウムモニタの周辺空気からキャリヤガスを生成するキャリヤガス生成手段と、上記キャリヤガスに含まれるイオン及び帯電微粒子を捕集する帯電物質捕集手段と、上記帯電物質捕集手段から上記キャリヤガス中に離脱するダストを除去するダスト捕集手段と、上記ダスト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バックグラウンド測定手段と、上記水蒸気分離手段により上記サンプルガスから分離された水蒸気を、上記バックグラウンド測定手段から排出される上記キャリヤガスで搬送して、上記水蒸気に含まれるトリチウムを測定するトリチウム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】
【００１１】
この発明は、測定点のガスをサンプリングして水蒸気の形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、上記測定点のガスをサンプリングするサンプリング手段と、上記サンプリング手段によってサンプリングされたサンプルガス中の水蒸気を上記サンプルガスから分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、上記トリチウムモニタの周辺空気からキャリヤガスを生成するキャリヤガス生成手段と、上記キャリヤガスに含まれるイオン及び帯電微粒子を捕集する帯電物質捕集手段と、上記帯電物質捕集手段から上記キャリヤガス中に離脱するダストを除去するダスト捕集手段と、上記ダスト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バックグラウンド測定手段と、上記水蒸気分離手段により上記サンプルガスから分離された水蒸気を、上記バックグラウンド測定手段から排出される上記キャリヤガスで搬送して、上記水蒸気に含まれるトリチウムを測定するトリチウム測定手段とを備えたトリチウムモニタである。これにより、周辺空気からキャリヤガスを生成するキャリヤガス生成手段を備えたので、吸着剤の交換作業等の保守作業が不要となる。また、上記キャリヤガスに含まれるイオン及び帯電微粒子を捕集する帯電物質捕集手段と、上記帯電物質捕集手段から離脱して上記キャリヤガス中に放出されるダストを除去するダスト捕集手段とを備えているので、帯電物質やダストを含まないクリーンなキャリヤガスを生成できるので、トリチウムを精度よく測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。この発明に係るトリチウムモニタによって測定する測定点のガスは、例えば、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。また、この発明に係るトリチウムモニタは、測定点のガスをサンプリングして水蒸気の形で内包するトリチウムを測定するものである。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、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（サンプルガス水蒸気密度測定手段）とが設けられている。
【００１３】
また、実施の形態１に係るトリチウムモニタには、さらに、キャリヤガス生成用にトリチウムモニタの周辺空気を吸入する周辺空気入口フィルタ７と、吸入した周辺空気を加圧するコンプレッサ８と、当該周辺空気からキャリヤガスを生成するキャリヤガス生成装置９（キャリヤガス生成手段）と、キャリヤガスに含まれるイオン及び帯電微粒子を捕集するイオントラップ１０（帯電物質捕集手段）と、イオントラップ１０から時間経過とともに離脱してキャリヤガス中にダストとなって放出される帯電微粒子を除去するダストフィルタ１１（ダスト捕集手段）と、キャリヤガスの流量を測定するキャリヤガス流量計１２と、ダスト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１３（バックグラウンド測定手段）とが設けられている。さらに、水蒸気分離装置５（水蒸気分離手段）が設けられており、水蒸気分離装置５には、サンプル空気露点計４により露点が測定されたサンプル空気と、ダストが除去され補償用電離箱１３によりバックグラウンド放射線が測定されたキャリヤガスとが、別々に導入される。水蒸気分離装置５は、入口弁１によってサンプリングされたサンプル空気中の水蒸気をサンプル空気から分離してキャリヤガス中に放出する。また、水蒸気分離装置５には、水蒸気が分離された後のサンプル空気が導入されるポンプ１６と、当該水蒸気を搬送しているキャリヤガスが導入される測定用電離箱１４とが並列に接続されている。測定用電離箱１４（トリチウム測定手段）は、水蒸気分離装置５によりサンプルガスから分離された水蒸気を、補償用電離箱１３によりバックグラウンド放射線が測定されたキャリヤガスで搬送して、当該水蒸気に含まれるトリチウムを測定する。測定用電離箱１４には、水蒸気とキャリヤガスとの混合ガスの露点（水蒸気密度）を測定するキャリヤガス露点計１５（キャリヤガス水蒸気密度測定手段）が接続されている。キャリヤガス露点計１５から排出されるキャリヤガスと、ポンプ１６から排出されるサンプル空気とは下流にて合流されて出口弁１７からサンプリングしてきた排気筒またはトリチウムを取り扱っている室内へ排出される構成になっている。
【００１４】
また、実施の形態１に係るトリチウムモニタには、図１に示すように、さらに、測定部１８と、制御部１９とが設けられている。測定部１８には、サンプル空気流量計３、サンプル空気露点計４、キャリヤガス流量計１２、補償用電離箱１３、測定用電離箱１４、および、キャリヤガス露点計１５からの出力が入力される。また、制御部１９は、コンプレッサ８、キャリヤガス生成装置９、および、ポンプ１６の動作の制御を行う。
【００１５】
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水蒸気分離装置５から排出される。水蒸気分離装置５から排出されたサンプル空気は、ポンプ１６から出口弁１７に移送されて、出口弁１７からサンプリングしてきた排気筒またはトリチウムを取り扱っている室内へ戻される。
【００１６】
一方、周辺空気入口フィルタ７からはトリチウムモニタ周辺の空気が吸入され、コンプレッサ８で加圧され、キャリヤガス生成装置９に導入されてキャリヤガスが生成される。生成されたキャリヤガスは、イオントラップ１０に導入されてそこに含まれる帯電ミスト及びプラスに帯電したラドン・トロンの娘核種が捕集される。イオントラップ１０で捕集された帯電ミストは、時間経過とともに蒸発して水蒸気になり、イオントラップ１０から離脱してキャリヤガス中に放出される。捕集されたラドン・トロンの娘核種は、他の粒子状物質に付着して粒子径が徐々に成長してダストとなり、最終的にイオントラップ１０を離脱してキャリヤガス中に放出される。キャリヤガス中に放出されたダストは、ダストフィルタ１１で除去される。ダストを除去されたキャリヤガスは、キャリヤガス流量計１２で流量が測定され、補償用電離箱１３で残留放射能から放出される放射線と環境から進入する放射線を合わせたバックグラウンド放射線が測定され、水蒸気分離装置５に導入される。水蒸気分離装置５に導入されたキャリヤガスは、水蒸気分離装置５においてサンプルガスから分離された水蒸気を搬出して測定用電離箱１４に導入する。測定用電離箱１４は、水蒸気に含まれるトリチウムから放出される放射線と、バックグラウンド放射線が合計された放射線が測定される。測定用電離箱１４から排出されたキャリヤガスは、キャリヤガス露点計１５で露点が測定され、サンプル空気と合流し、出口弁１７を経由してサンプリングしてきた排気筒またはトリチウムを取り扱っている室内へ排出される。
【００１７】
補償用電離箱１３及び測定用電離箱１４には、互いに逆電圧が印加され、両方の電離電流の差、すなわち、バックグラウンド放射線が除去され、トリチウムから放出された放射線のみによる出力が測定部１８に入力され、それに基づきトリチウム濃度が演算される。サンプル空気露点計４及びキャリヤガス露点計１５で測定された露点は測定部１８に入力され、それぞれサンプル空気水蒸気密度及びキャリヤガス水蒸気密度、すなわち、サンプル空気単位体積当たりのそれぞれの水分重量に変換され、前記トリチウム濃度に、サンプル空気水蒸気密度とキャリヤガス水蒸気密度の比を掛け算することにより、水蒸気分離装置５の水蒸気分離効率に係わる補償演算が行われ、サンプル空気のトリチウム濃度として表示される。なお、水蒸気分離効率が概ね一定であれば、水蒸気分離効率に係わる補償係数は定数として設定できるので、高精度の測定が必要でない場合、サンプル空気露点計４及びキャリヤガス露点計１５はなくてもよい。
【００１８】
図２は水蒸気分離装置５の構成を示すもので、図２（ａ）において、サンプル空気入口５３から吸入された空気は、中空糸膜５１の内側を流れてサンプル空気出口５４から排出される。一方、キャリヤガスは、キャリヤガス入口５５から吸入されて中空糸膜５１の外側かつ外筒５２の内側を流れ、キャリヤガス出口５６から排出される。キャリヤガスは極度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、水蒸気は中空糸膜５１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から排出される。中空糸膜５１は、図２（ｂ）に示すように、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分離することができる。
【００１９】
周辺空気入口フィルタ７は、トリチウムモニタの周囲から吸入された空気から粒子状物質を除去し、コンプレッサ８は粒子状物質が除去された空気を４気圧程度に加圧する。４気圧程度に加圧された空気では、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３はキャリヤガス生成装置９の構成を示すものである。図に示されるように、複数の吸着槽が並列に設けられている。図３においては、２つの吸着槽が設けられている例について示しているが、この場合に限らず、必要に応じた任意の個数を設けるようにしてもよい。図３において、ミストセパレータ９１は、コンプレッサ８で発生したミストをドレンに成長させて除去し、オートドレン９２はドレンを自動的に排出する。ミストを除去された空気は、第１の三方電磁弁９４ａから第１の吸着槽９３ａを通って第２の三方電磁弁９４ｂから排出され、キャリヤガスとしてバッファータンク９５に蓄えられる。バッファータンク９５に蓄えられたキャリヤガスは、圧力計９６で圧力が測定され、減圧弁９７で大気圧近くに減圧されてキャリヤガスとなる。キャリヤガスとして供給する流量は、流量調整弁９８で調整され、余分なキャリヤガスは第３の三方電磁弁９４ｃを経由し、吸着したガスを減圧して離脱再生中の第２の吸着槽９３ｂに導入され、離脱したガスを搬送して第３の三方電磁弁９４ｄを経由して、トリチウムモニタ周辺の大気中に排出される。第１の吸着槽９３ａと第２の吸着槽９３ｂは、吸着と離脱が交互に切り替わるように、第１の吸着槽９３ａについては第１の三方電磁弁９４ａと第２の三方電磁弁９４ｂの流れ方向と、第２の吸着槽９３ｂについては第３の三方電磁弁９４ｃと第４の三方電磁弁９４ｄの流れ方向が、それぞれ逆転して切り換えられる。なお、第１の吸着槽９３ａ及び第２の吸着槽９３ｂは、吸着剤として活性炭モレキュラシーブスを使用し、活性炭モレキュラシーブスの孔径を選択することにより、例えば、加圧時にサンプル空気から窒素ガスを選択的に通過させ、酸素、炭酸ガス及びトリチウム測定の障害になる水蒸気及びラドン・トロンを同時に吸着させてキャリヤガスとしての窒素を生成し、大気圧時には吸着した前記ガスを解放する。このように、キャリヤガス生成装置９として、複数の吸着槽９３ａ，９３ｂを並列に備えて交互に吸着と離脱を行うようにしたので、吸着剤を再生して繰り返し使用することができる。
【００２０】
図４はイオントラップ１０の構成を示すもので、陰極１０１は、例えば上下を端板で塞いだ円筒状の金属容器であり、陽極１０２はその容器の中心に配置された金属棒で、陽極絶縁物１０３は陰極１０１に陽極１０２を絶縁して固定する。キャリヤガスは、円筒状の金属容器の形状をした陰極１０１に設けられたイオントラップ入口１０４から吸入され、同じく陰極１０１に設けられたイオントラップ出口１０５から排出する。陰極絶縁物１０６は、陰極１０１を配管（図示せず）から電気的に絶縁するためのものである。直流電源１０７は、陽極１０２と陰極１０１間に高電圧を供給する直流電源である。キャリヤガスに含まれる帯電ミストは電界作用で、陽イオンは陰極１０１に、陰イオンは陽極１０２に吸引され、放電して電極に付着し、その後は蒸発して水蒸気になり、サンプル空気中に離脱する。プラスに帯電したラドン・トロンの娘核種は、同様に電界作用で陰極１０１に吸引され、放電して陰極１０１に付着し、既に電極に付着している粒子状物質、及び、その後に電極に捕集される粒子状物質により粒子径が徐々に成長し、最終的に陰極１０１から離脱してサンプル空気中に放出される。
【００２１】
以上のように、本実施の形態では、キャリヤガス生成装置９として、複数の吸着槽９３ａ，９３ｂを並列に備えて交互に吸着と離脱を行い、吸着剤を再生して繰り返し使用できるようにしたので、キャリヤガス用ボンベが不要になり、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、保守性が格段に向上する。また、キャリヤガスに含まれるイオン及び帯電微粒子を捕集して粒子径を成長させるイオントラップ１０と、粒子径が大きくなりイオントラップ１０から離脱するダストを捕集して除去するダストフィルタ１１とにより、キャリヤガス生成装置９から漏れ出たラドン・トロンのプラスに帯電した娘核種イオン及び帯電ミストを除去し、キャリヤガスを障害核種フリー、障害イオンフリーのクリーンガスに改善できるので、測定用電離箱１４と補償用電離箱１３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において、トリチウムを高感度に測定することができる。
【００２２】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２に係るトリチウムモニタを図に基づいて説明する。図５は実施の形態２に係わるトリチウムモニタの構成を示すもので、図５が図１と異なる箇所は、図１の水蒸気分離装置５が水素・水蒸気分離装置６に置き代わったことと、キャリヤガス露点計１５がなく水素・水蒸気分離装置排気露点計２０が設けられていることとの２箇所である。他の構成については、図１と同様であるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。なお、本実施の形態においては、測定部１８には、サンプル空気流量計３、サンプル空気露点計４、キャリヤガス流量計１２、補償用電離箱１３、測定用電離箱１４、および、水素・水蒸気分離装置排気露点計２０からの出力が入力される。また、制御部１９は、コンプレッサ８、キャリヤガス生成装置９、ポンプ１６、および、水素・水蒸気分離装置６の動作の制御を行う。
【００２３】
図５において、水素・水蒸気分離装置６はサンプルガス中の水蒸気を電気分解し、酸素はサンプルガスに戻し、水素と水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する。水素・水蒸気分離装置排気露点計２０は、水素・水蒸気分離装置６から排出される除湿されて乾燥したサンプル空気の露点を測定する。サンプル空気露点計４及び水素・水蒸気分離装置排気露点計２０で測定された露点、サンプル空気流量計３及びキャリヤガス流量計１２で測定された流量は測定部１８に入力され、それぞれの露点はサンプル空気水蒸気密度及び水素・水蒸気分離装置排気水蒸気密度、すなわち、サンプル空気単位体積当たりのそれぞれ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素・水蒸気分離装置排気水蒸気密度を引き算して除湿された水蒸気密度を求め、トリチウム濃度に、サンプル空気水蒸気密度と除湿された水蒸気密度の比を掛け算し、それにキャリヤガス流量とサンプル空気流量の比を掛け算することにより、水蒸気分離装置５の水蒸気分離効率に係わる補償演算、更に、流量の違いによる補償演算が行われ、サンプル空気のトリチウム濃度として表示される。
【００２４】
図６は、水素・水蒸気分離装置６の構成を示すもので、サンプル空気はサンプル空気入口６１からサンプル空気室６２に導入され、水素・水蒸気分離膜６３で水蒸気が電気分解されて水素と水蒸気が分離され、キャリヤガス室６４のキャリヤガス中に放出される。除湿されて乾燥したサンプルガスは、サンプルガス出口６５から排出される。キャリヤガスはキャリヤガス入口６６から導入されて、分離した水素と水蒸気を搬出してキャリヤガス出口６７から排出される。水素・水蒸気分離膜６３はサンプル空気室６２とキャリヤガス室６４の境界に配置され、各面がそれぞれサンプルガスとキャリヤガスとに接触するように配置される。
【００２５】
図７は水素・水蒸気分離膜６３の構成を示すもので、固体電界質膜６３１と、固体電界質膜６３１の両側に設けられた触媒電極である陽極６３２および陰極６３３と、直流電源６３４とから構成されており、固体電界質膜６３１は、陽極６３２と陰極６３３に密着した構造となっている。電極の陽極６３２と陰極６３３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６３４で電極間に直流電圧を印加すると、陽極６３２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６３２の表面で酸素ガスになりサンプルガス中に放出される。水素イオンは水分子を随伴して固体電界質膜６３１の内部を直流電源６３４の電界作用で移動し、陰極６３３の表面から水素ガスとなりキャリヤガス中に放出される。このとき随伴した水蒸気もキャリヤガス中に放出される。固体電界質膜６３１としては、例えば固体高分子電界質膜がある。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記のように動作する。
【００２６】
図８は固体高分子電界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もので、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。水素イオンは水分子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。
【００２７】
水素・水蒸気分離膜６３において、一定の膜面積のものを使用した場合、その除湿能力は、サンプル空気の絶対湿度のみに比例し、水素・水蒸気分離装置６の除湿能力は次式で与えられる。
【００２８】
Ｄ＝６×１０２×ｐ×Ｓ‥（１）
ここで、Ｄ：水素・水素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：水素分離膜の有効面積（ｃｍ２）とする。
【００２９】
したがって、サンプル空気露点計４でサンプル空気の露点を測定し、その結果に基づき測定部１８で水蒸気密度を求めることにより、上記（１）式から水素・水蒸気分離装置６の除湿能力が求められる。水素・水蒸気分離装置６の除湿能力をキャリヤガス流量で割り算することにより、キャリヤガスの水蒸気密度が求められる。本実施の形態２の場合は、水蒸気の一部が水素に分解されるので、実施の形態１のようにしてサンプル空気とキャリヤガスの露点の測定結果から水蒸気密度の比を求めることはできないが、その代わりに水素・水蒸気分離膜６３の除湿能力がサンプル空気の水蒸気密度に比例する性質を利用して、サンプル空気露点とキャリヤガス流量からキャリヤガスの水蒸気密度を間接的に求めることもでき、この方法によれば水素・水蒸気分離装置排気露点計２０をなくすことができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態１では中空糸膜５１によりサンプル空気から水蒸気を分離する場合について述べたが、図７に示すように水素・水蒸気分離膜６３を設け、それ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６３中を電界作用で移動させて分離するようにしたので、分離に要する応答時間を速くすることができる。
【００３１】
なお、固体電界質膜としてここでは固体高分子電界質膜の例で説明したが、同等の機能を有するものであれば同様に適用できるのはいうまでもない。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、水素・水蒸気分離装置６の水素・水蒸気分離膜６３が、固体電界質膜６３１と、固体電界質膜６３１の両側に設けられた触媒電極である陽極６３２および陰極６３３と、陽極６３２および陰極６３３に電圧をする印加する直流電源６３４とを有しているので、これら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６３中を電界作用で移動させて分離するようにしたので、分離に要する応答時間を速くすることができる。
【００３３】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１では、陰極１０１が円筒で、その円筒の同軸中心に陽極１０２を配置した形状のイオントラップ１０の場合について述べたが、本実施の形態３においては、図９に示すような箱型のイオントラップ１０ａを用いている。他の構成については、図１と同じであるため、ここでは、図１を参照することとし、詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態３においては、図９に示すように、金属箱１０８の対向する２面に陰極１０１ａと陽極１０２ａを、それぞれ陰極絶縁パッキン１０６ａ、陽極絶縁パッキン１０３ａを介して金属箱１０８に固定し、陰極１０１ａと陽極１０２ａに、例えばマイラーシートのような薄い絶縁シート１０９を取り外しが容易な糊で貼り付けて箱型のイオントラップ１０ａを構成した。これにより、プラスに帯電したラドン・トロンの娘核種は電界作用で陰極１０１ａに貼り付けられた絶縁シート１０９上に未放電の状態で付着するため、付着している時間が長くなり、粒子径の成長が不十分な状態、すなわちダストフィルタ１１のメッシュより小さいうちに離脱するものが少なくなり、ダストフィルタ１１におけるラドン・トロンの娘核種の除去効率が高くなり、よりクリーンなキャリヤガスが得られる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、帯電物質捕集手段であるイオントラップ１０ａが、対向して設けられた電極として陰極１０１ａおよび陽極１０２ａを備え、また、これらの陰極１０１ａおよび陽極１０２ａに貼り付けた絶縁シート１０９を備えて、キャリヤガスに含まれるイオンや帯電微粒子を絶縁シート１０９上に捕集するようにしたので、絶縁シート１０９上に未放電の状態で付着するため、付着している時間が長くなり、粒子径の成長が不十分な状態、すなわち、ダストフィルタ１１のメッシュより小さいうちに離脱するものが少なくなり、ダストフィルタ１１におけるラドン・トロンの娘核種の除去効率が高くなり、よりクリーンなキャリヤガスを得ることができる。
【００３６】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、水蒸気分離装置５のサンプル空気の排気はポンプ１６に導入され、コンプレッサ８でトリチウムモニタの周辺空気を吸入する場合について述べたが、本実施の形態においては、図１０に示すように、水蒸気分離装置５から排出されるサンプル空気をコンプレッサ８に導入するようにし、キャリヤガス生成装置９から排出したガスをキャリヤガス露点計１５の下流に排気するようにした。これにより、ポンプ１６と周辺空気入口フィルタ７とが不要となるため、図１０においては設けられていない。他の構成については、図１と同じであるため、ここでは説明を省略する。なお、本実施の形態においては、制御部１９は、コンプレッサ８とキャリヤガス生成装置９とを制御する。
【００３７】
このように、本実施の形態においては、水蒸気分離装置５の下流に、キャリヤガス生成装置９のサンプルガスの流れが直列になるようにコンプレッサ８を接続し、コンプレッサ８がキャリヤガス生成装置９の空気を圧縮することを利用して、入口弁１はサンプル空気のサンプリングを行う。
【００３８】
以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、水蒸気分離装置５から排出されたサンプルガスが、キャリヤガス生成装置９に導入されてキャリヤガスに生成されるようにし、入口弁１のサンプル空気をサンプリングするポンプをキャリヤガス生成装置９の空気を圧縮して移送するコンプレッサ８に機能統合したので、ポンプ１６と周辺空気入口フィルタ７とをなくすことができたため、コストを低減することができる。
【００３９】
なお、水蒸気分離装置５を水素・水蒸気分離装置６に置き換えた実施の形態２および３についても、本実施の形態の構成を適用して同様の簡素化を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わるトリチウムモニタにおける水蒸気分離装置および中空子膜の構成を示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係わるトリチウムモニタにおけるキャリヤガス生成装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係わるトリチウムモニタにおけるイオントラップの構成を示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係わるトリチウムモニタの構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係わるトリチウムモニタにおける水素・水蒸気分離装置の構成を示した説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係わるトリチウムモニタにおける水素・水蒸気分離膜の構成を示した説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係わるトリチウムモニタにける固体高分子電界質膜内の水素イオンと水分子の動きを示した説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係わるトリチウムモニタにおけるイオントラップの構成を示した説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係わるトリチウムモニタの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
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  水素・水蒸気分離装置、７  周辺空気入口フィルタ、８  コンプレッサ、９  キャリヤガス生成装置、１０，１０ａ  イオントラップ、１１  ダストフィルタ、１２  キャリヤガス流量計、１３  補償用電離箱、１４  測定用電離箱、１５  キャリヤガス露点計、１６  ポンプ、１７  出口弁、１８  測定部、１９  制御部、２０  水素・水蒸気分離装置排気露点計、５１  中空糸膜、５２  外筒、５３  サンプル空気入口、５４  サンプル空気出口、５５  キャリヤガス入口、５６  キャリヤガス出口、６１  サンプル空気入口、６２  サンプル空気室、６３  水素・水蒸気分離膜、６４  キャリヤガス室、６５  サンプル空気出口、６６  キャリヤガス入口、６７  キャリヤガス出口、９１  ミストセパレータ、９２  オートドレン、９３ａ  第１の吸着槽、９３ｂ  第２の吸着槽、９４ａ  第１の三方電磁弁、９４ｂ  第２の三方電磁弁、９４ｃ  第３の三方電磁弁、９４ｄ  第４の三方電磁弁、９５  バッファータンク、９６  圧力計、９７  減圧弁、９８  流量調整弁、６３１  固体電界質膜、６３２  陽極、６３３  陰極、６３４  直流電源、１０１，１０１ａ  陰極、１０２，１０２ａ  陽極、１０３  陽極絶縁物、１０３ａ  陽極絶縁パッキン、１０４  イオントラップ入口、１０５  イオントラップ出口、１０６  陰極絶縁物、１０６ａ  陰極絶縁パッキン、１０７  直流電源、１０８  金属箱、１０９  絶縁シート。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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