(57)【要約】【課題】センサ素子の劣化を抑制可能な水素センサを提供する。【解決手段】水素センサ２０は、センサ素子である金属ワイヤ２２と、金属ワイヤ２２の電気抵抗を測定可能な測定器３０とを有する。センサ素子としての金属ワイヤ２２は、Ｐｄを主成分とし、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有する水素吸蔵合金で構成されている。センサ素子は、吸蔵される水素の量が増大するに従って電気抵抗が増大する。【選択図】図２
2018071975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスの濃度を測定する水素センサであって、
Ｐｄを主成分とし、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有する水素吸蔵合金で構成されたセンサ素子と、
当該センサ素子の電気抵抗を測定可能な測定器と、
を有することを特徴とする水素センサ。
【請求項２】
前記測定器は、前記センサ素子の温度を取得可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の水素センサ。
【請求項３】
前記センサ素子は、コイル状に巻回されている金属ワイヤである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素センサ。
【請求項４】
電気絶縁体で構成されており、略筒状又は略円柱状をなしており、且つ外周面を有する芯部材を、さらに備え、
前記金属ワイヤは、当該外周面上に巻回されている
ことを特徴とする請求項３に記載の水素センサ。
【請求項５】
前記芯部材は、略筒状をなしており、内周面を有するものであり、
前記測定器は、当該内周面上にある測温点の温度を取得する
ことを特徴とする請求項４に記載の水素センサ。
【請求項６】
電気絶縁体で構成されており、板状をなしている基板を、さらに備え、
前記センサ素子は、当該基板上に形成されており、屈曲した線状に延びている金属薄膜である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素センサ。
【請求項７】
前記金属薄膜は、前記基板上において矩形の波形状に延びている
ことを特徴とする請求項６に記載の水素センサ。
【請求項８】
Ｐｄを主成分とし、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有する水素吸蔵合金で構成されていることを特徴とするセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水素ガスの濃度を測定する水素センサ及びセンサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等においては、通常、事故が生じた場合に備えて、原子炉圧力容器を格納する格納容器内の放射線や、格納容器内の雰囲気中の水素（以下、水素ガスと記す）の濃度を測定することが求められている。
【０００３】
水素を含む格納容器内のガスは、一般的に、サンプリング装置により格納容器外にサンプルとして採取される。当該ガスは、冷却や除湿が行われ、さらに、圧力等の調整が行われた後、水素分析計に通されて水素ガスの濃度が測定される。水素ガスの濃度が測定された後、サンプルとして採取されたガスは、ポンプ等により所定の吐出圧で格納容器内に戻される。
【０００４】
このように格納容器内からガスを採取し、温度や圧力等を調整して水素分析計に通す手法は、当該ガスの調整に手間がかかるという問題がある。また、ガスの温度や圧力の調整に失敗すると、水素ガスの濃度が正しく測定されないという問題が生じる。
【０００５】
また、格納容器内の雰囲気中の水素ガスの濃度を測定する手法には、水素吸蔵合金で構成されたセンサ素子に水素を吸収させ、当該センサ素子（水素吸蔵合金）の電気抵抗の変化量を計測するものがある。当該手法においては、Ｐｄ（パラジウム）を主成分とする水素吸蔵合金を用いてセンサ素子を構成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６２９６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
センサ素子にＰｄを主成分とする水素吸蔵合金を用いた場合、Ｐｄは、常温において５００Ｐａ以上の水素の圧力（分圧）に曝されると、水素化物相（hydride phase）が生成されて、水素固溶体相から水素化物相に相変化することが知られている。水素化物相への相変化が生じると、水素吸蔵合金の可逆性が失われて、当該水素吸蔵合金中の水素の割合（以下、水素含有量と記す）を正確に測定することができなくなるという課題が生じる。場合によっては、センサ素子が劣化して使用できなくなる。
【０００８】
センサ素子の劣化を防止するためには、水素化物相が生成される圧力を、測定上限圧力に比べて高いものにして、水素化物相の生成を抑制する必要がある。水素化物相が生成される圧力は、温度及びセンサ素子の水素含有量と相関がある。例えば、温度が高くなると、水素化物相が生成される圧力も高くなる。
【０００９】
このような性質を利用して、ヒータ及び温度調節器によりセンサ素子の温度を管理しながら水素ガスの濃度を測定することにより、水素化物相の生成を抑制する技術が提案されているが、当該手法では、ヒータや温度調節器に加えて、センサ素子を昇温させるための電力も必要となる。
【００１０】
また、水素化物相が生成される圧力は、センサ素子を構成する水素吸蔵合金の組成とも相関がある。例えば、合金がすべて水素化された状態において、単位合金量あたりに含まれる水素の割合である「水素吸蔵量」が低い元素が添加された水素吸蔵合金を用いることにより、水素化物相が生成される圧力を、より高いものにすることも可能である。例えば、Ｐｄ（パラジウム）を主成分とし、Ａｇ（銀）を添加元素として含有する水素吸蔵合金でセンサ素子を構成することが提案されている。
【００１１】
しかし、Ａｇを添加元素として含有する水素吸蔵合金は、水素を吸蔵していない状態での電気抵抗値が高いため、水素ガスの濃度の測定精度が低下してしまうという課題が生じる。また、Ａｇは、ヨウ素、水蒸気、酸素等と反応し易いため、添加元素としてＡｇを含有する水素吸蔵合金で構成されたセンサ素子は、劣化し易いという問題がある。特に、水素センサが格納容器内に設けられている場合、事故時において当該格納容器内の雰囲気には、ヨウ素や水蒸気が含まれている場合があり、Ａｇを含有するセンサ素子が、このような雰囲気に曝されると劣化してしまうという課題が生じる。
【００１２】
本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、センサ素子の劣化と電力消費を抑制可能な水素センサ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】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の水素センサは、水素ガスの濃度を測定する水素センサであって、Ｐｄを主成分とし、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有する水素吸蔵合金で構成されたセンサ素子と、当該センサ素子の電気抵抗を測定可能な測定器と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の実施形態のセンサ素子は、Ｐｄを主成分とし、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有する水素吸蔵合金で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、センサ素子の劣化を抑制することができ、且つヒータ等によりセンサ素子を昇温させることなく精度良く雰囲気中の水素分圧を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１及び第２の実施形態の水素センサが設置される環境を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態の水素センサの構成を示す模式図である。
【図３】パラジウムに種々の元素を添加した場合の電気抵抗率の変化を説明するグラフである。
【図４】第１の実施形態のセンサ素子を構成する水素吸蔵合金中の水素の割合である水素含有量と、当該センサ素子が曝される雰囲気の水素分圧との関係を説明するグラフである。
【図５】第２の実施形態の水素センサの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
まず、本実施形態の水素センサの構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態の水素センサが設置される環境を示す模式図である。図２は、本実施形態の水素センサの構成を示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、原子力発電所内にある原子力施設１は、原子炉及びその関連設備を収容する原子炉建屋５を有している。原子炉建屋５内には、原子炉を格納する格納容器１０が設けられている。格納容器１０内の雰囲気には、事故時において、水蒸気やヨウ素に加えて、水素ガスが含まれる場合がある。本実施形態の水素センサ２０は、当該格納容器１０内に配置されており、当該格納容器１０内の雰囲気中の水素ガスの濃度を測定するものである。なお、格納容器１０外であって且つ原子炉建屋５内に配置されている水素センサ２０Ｂについては、後述する。
【００２０】
水素センサ２０は、図２に示すように、センサ素子としての金属製のワイヤ（以下、金属ワイヤと記す）２２と、当該金属ワイヤ２２が外側に巻回される部材（以下、芯部材と記す）２４と、金属ワイヤ（センサ素子）２２の電気抵抗を測定可能な測定器３０とを有している。
【００２１】
金属ワイヤ２２は、水素吸蔵合金で構成されており、より具体的には、Ｐｄ（パラジウム）を主成分とし、Ａｕ（金）又はＰｔ（プラチナ）を添加元素として含有するパラジウム合金として構成されている。なお、本実施形態において、水素吸蔵合金は、添加元素としてＰｔを含有するパラジウム合金である。なお、水素吸蔵合金の組成と含有率の詳細については、後述する。
【００２２】
本実施形態において、金属ワイヤ２２は、長さが２ｍ以上１０ｍ以下であることが好ましい。また、金属ワイヤ２２は、直径が２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。本実施形態において、金属ワイヤ２２の長さは、２ｍであり、直径は、５０μｍである。このように構成された金属ワイヤ２２は、水素ガスの測定精度を比較的高いものにしつつ、破断が生じにくいものにすることができる。
【００２３】
芯部材２４は、電気絶縁体で構成されており、具体的には、セラミックスで構成されている。本実施形態において、芯部材２４を構成するセラミックスには、アルミナが用いられている。なお、芯部材２４は、電気絶縁体であれば良く、ガラスを用いて構成することもできる。
【００２４】
本実施形態の芯部材２４は、略筒状をなしており、内周面２４ａと外周面２４ｃとを有している。外周面２４ｃには、金属ワイヤ２２を受ける溝（図示せず）が形成されている。当該溝は、芯部材２４の軸心を中心として螺旋状に延びている。金属ワイヤ２２は、当該溝に沿って当該外周面２４ｃに巻き付けられる。
【００２５】
本実施形態のセンサ素子である金属ワイヤ２２は、当該外周面２４ｃの溝上にコイル状（螺旋状）に巻回されている。これにより、金属ワイヤ２２同士が接触することを防止することができる。なお、本実施形態において、芯部材２４は、略筒状をなしているものとしたが、本発明に係る芯部材は、この態様に限定されるものではない、芯部材は、金属ワイヤ２２が巻回される外周面２４ｃを有していれば良く、例えば、略円柱状をなしているものとしても良い。
【００２６】
また、金属ワイヤ２２は、リード線２６と結合されている。当該リード線２６は、電気抵抗がなるべく低い材料で構成されている。本実施形態のセンサ素子としての金属ワイヤ２２は、リード線２６を介して測定器３０と電気的に接続されている。なお、金属ワイヤ２２とリード線２６との結合部を図に符号２５で示す。
【００２７】
金属ワイヤ２２とリード線２６は、溶接（welding）等の結合強度が高く且つ電気抵抗の変化が小さい結合方法が用いられ、特に、ろう付け（brazing）のように耐熱性や耐久性が比較的高い方法により結合されることが好ましい。なお、金属ワイヤ２２とリード線２６との結合には、ろう付け以外の他の溶接方法や、導電性接着剤を用いた接着等、様々な結合方法を用いることができる。
【００２８】
測定器３０は、センサ素子としての金属ワイヤ２２の電気抵抗を測定する機能（以下、抵抗測定部と記す）３２を有している。抵抗測定部３２の機能は、ホイートストンブリッジ等の回路を用いて実現することができる。また、抵抗測定部３２は、四端子測定法や二端子測定法などの電気抵抗測定手法を用いて金属ワイヤ２２の電気抵抗値を求めることができる。
【００２９】
金属ワイヤ（水素吸蔵合金）２２は、金属水素化物を形成しない程度に低濃度の水素が固溶している水素固溶体相である場合（すなわち、水素化物相が生じない場合）、当該水素吸蔵合金に水素が吸蔵されて金属の格子間に水素が取り込まれるに従って、電気抵抗率ρ及び電気抵抗値Ｒが増大する。
【００３０】
金属ワイヤ２２の電気抵抗値Ｒは、金属ワイヤ（水素吸蔵合金）２２の電気抵抗率ρと、金属ワイヤ２２の長さＬと、金属ワイヤ２２の断面積Ｓに基いて、以下の式（１）により求めることができる。
Ｒ＝（ρＬ）／Ｓ      ・・・（１）
【００３１】
電気抵抗値Ｒを精度良く求めるためには、長さＬが小さく、断面積Ｓが大きいことが好ましい。金属ワイヤ２２の長さ及び直径が上述した範囲内であれば、当該金属ワイヤ２２を用いることにより、良好な精度で水素ガスの濃度を測定することが可能となる。
【００３２】
また、電気抵抗値Ｒを精度良く求めるためには、水素を吸蔵していない状態における水素吸蔵合金の電気抵抗率ρが小さいことも好ましい。金属ワイヤ（センサ素子）２２を構成する水素吸蔵合金の組成と、その電気抵抗率については、後述する。
【００３３】
また、本実施形態の水素センサ２０は、センサ素子又はセンサ素子近傍の温度を測定するための温度センサ２８を有している。温度センサ２８は、例えば、熱電対で構成することができる。本実施形態において、温度センサ２８のうち測温点（図示せず）は、芯部材２４の内周面２４ａ上に配置されている。当該温度センサ２８により、芯部材２４及びこれに隣接する金属ワイヤ２２の温度を測定することが可能である。温度センサ２８は、測定器３０に電気的に接続されており、金属ワイヤ２２の温度に係る情報（例えば、熱電対の熱起電力）を測定器３０に送出している。
【００３４】
本実施形態の測定器３０は、温度センサ２８により測定された温度を取得する機能（以下、温度取得部と記す）３４を有している。温度取得部３４は、金属ワイヤ２２及び芯部材２４の温度に係る信号を取得する。本実施形態において、測定器３０の温度取得部３４は、芯部材２４の内周面２４ａ上にある測温点の温度を取得する。
【００３５】
また、本実施形態の測定器３０は、金属ワイヤ２２が曝されている雰囲気中の水素ガスの圧力（以下、水素分圧と記す）を算出する機能（以下、水素分圧算出部と記す）３６を有している。水素分圧算出部３６は、抵抗測定部３２により測定された金属ワイヤ２２の電気抵抗値と、温度取得部３４により取得された金属ワイヤ２２の温度に基いて、当該金属ワイヤ２２が曝されている雰囲気中の水素分圧を算出することが可能である。
【００３６】
より詳細には、水素分圧ＰＨ２と、当該水素分圧ＰＨ２で水素が吸蔵された金属ワイヤ２２の電気抵抗値Ｒと、金属ワイヤ２２（及び芯部材２４）の温度Ｔとの相関関係は、予め実験等により求められている。加えて、水素が全く吸蔵されていない状態の金属ワイヤ２２の電気抵抗値Ｒ０も、予め実験等により求められている。水素分圧算出部３６は、これらの値と、抵抗測定部３２により測定された電気抵抗値Ｒ、及び温度取得部３４により取得された温度Ｔに基いて、金属ワイヤ２２が曝されている雰囲気の水素分圧ＰＨ２を算出する。
【００３７】
水素分圧算出部３６により算出された水素分圧ＰＨ２と、金属ワイヤ２２が曝されている雰囲気全体の圧力、すなわち全圧（total pressure）Ｐに基いて、当該雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を算出することができる。測定器３０は、圧力センサ等から全圧Ｐを取得し、当該全圧Ｐと水素分圧ＰＨ２に基いて水素ガスの濃度を算出する機能を有することも好適である。なお、当該雰囲気における湿度は、水素分圧ＰＨ２と、電気抵抗値Ｒ，Ｒ０との相関関係にほとんど影響を与えない。このため、当該湿度を求めなくとも、雰囲気の全圧Ｐ及び水素分圧ＰＨ２に基いて、良好な精度で雰囲気中の水素ガスの濃度を求めることができる。
【００３８】
（センサ素子を構成する水素吸蔵合金の組成）
次に、センサ素子（本実施形態においては、金属ワイヤ２２）を構成する水素吸蔵合金の組成について、図１、図２、図３を用いて説明する。図３は、パラジウムに種々の元素を添加した場合の電気抵抗率の変化を説明するグラフである。なお、以下の説明において添加元素の含有率は、質量％で示されている。
【００３９】
図３には、Ｐｄ（パラジウム）を主成分とし、添加元素を所定の割合で含有する合金の電気抵抗率が示されており、パラジウム合金に添加される添加元素には、例えば、Ａｕ（金）、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｇ（銀）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｃｕ（銅）、及びＲｕ（ルテニウム）がある。なお、これら添加元素をそれぞれ含有するパラジウム合金には、水素が吸蔵されていない状態を示している。添加元素の含有率ゼロ％は、純パラジウムを示している。
【００４０】
図３に示すように、パラジウム合金は、添加元素の種類にかかわらず、添加元素の含有率が高くなるに従って電気抵抗率が高くなることが示されている。水素を吸蔵していない状態での水素吸蔵合金の電気抵抗値が高いと、水素吸蔵に対する電気抵抗率の変化、すなわち水素吸蔵に対する感度が低いものとなる。水素ガスの濃度の測定精度を良好なものにするためには、センサ素子としての水素吸蔵合金は、水素を吸蔵していない状態において電気抵抗率がなるべく低いことが好ましい。
【００４１】
そこで、本実施形態のセンサ素子を構成する水素吸蔵合金（パラジウム合金）は、添加元素としてＡｕ又はＰｔのうち少なくとも一方を含有している。図３に示す各種の添加元素のうち、Ａｕ及びＰｔは、同一の含有率であっても、他の元素（Ａｇ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｒｕ）に比べて、特に電気抵抗率が低いものとなっている。なお、図３に示す電気抵抗率は、水素が全く吸蔵されていない状態の水素吸蔵合金の電気抵抗率である。
【００４２】
また、本実施形態のセンサ素子は、図１に示すように格納容器１０内に設けられるものであり、雰囲気中の水素ガスの濃度を測定する際に、当該雰囲気に含まれるヨウ素や水蒸気に曝される。上述した添加元素のうち、Ａｇは、Ａｕ及びＰｔに比べて酸素やヨウ素と反応しやすく、例えば、水素吸蔵合金の添加元素にＡｇが含まれている場合、Ａｇが雰囲気中のヨウ素等と反応（いわゆる被毒）してセンサ素子が劣化してしまう。
【００４３】
これに対して、本実施形態のセンサ素子において、水素ガスの濃度を測定するためのセンサ素子を構成する水素吸蔵合金は、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有するパラジウム合金であるものとした。なお、当該パラジウム合金は、残部（balance）として、不可避的不純物（unavoidable impurities）を含んでいるものとしても良い。Ａｕ及びＰｔは、Ａｇ等に比べて酸素やヨウ素と反応しにくいものであり、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有するパラジウム合金は、被毒しにくいものとなる。
【００４４】
本実施形態の水素センサ２０は、Ｐｄを主成分とし、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有する水素吸蔵合金で構成されたセンサ素子（金属ワイヤ２２）と、センサ素子の電気抵抗を測定可能な測定器３０とを有するものとした。常温においてヒータ等によりセンサ素子を昇温させることなく、雰囲気中の水素分圧を良好に測定することができる。測定対象の雰囲気中にヨウ素や水蒸気が含まれていてもセンサ素子の劣化を抑制することができる。
【００４５】
（センサ素子を構成する水素吸蔵合金における添加元素Ａｕ／Ｐｔの含有率）
上述した水素吸蔵合金（パラジウム合金）の添加元素であるＡｕ又はＰｔの含有率について、図１、図２及び図４を用いて説明する。図４は、本実施形態のセンサ素子を構成する水素吸蔵合金中の水素の割合である水素含有量と、当該センサ素子が曝される雰囲気における水素分圧との関係を説明するグラフである。
【００４６】
図１及び図２に示す本実施形態の水素センサ２０は、格納容器１０内に配置されており、測定する水素分圧の上限値（以下、測定分圧上限値と記す）は、１．０ ＭＰａに設定されている。このような水素センサ２０においては、センサ素子（金属ワイヤ２２）を構成する水素吸蔵合金において水素化物相が生成される圧力（以下、水素化物生成圧力と記す）を、測定分圧上限値である１．０ ＭＰａ以上にする必要がある。
【００４７】
図４に実線Ａで示すように、センサ素子（金属ワイヤ２２）をパラジウムのみ（純パラジウム）で構成した場合、水素化物生成圧力（図４の一点鎖線参照）は、約４００Ｐａとなり、上述した測定分圧上限値を上回ることはできない。なお、図４において、センサ素子（水素吸蔵合金）の温度は、２０℃、いわゆる常温である。
【００４８】
一方、本実施形態のセンサ素子（金属ワイヤ２２）は、添加元素としてＡｕ又はＰｔを３２％（質量％）含有するパラジウム合金（水素吸蔵合金）で構成されている。このように構成された水素吸蔵合金は、センサ素子の温度が常温（２０℃）である場合、図４に実線Ｂで示すように水素化物生成圧力（図４の二点鎖線参照）が、１．１ＭＰａとなり、上述した測定分圧上限値（１．０ ＭＰａ、図４に破線で示す）を上回る。
【００４９】
これにより、本実施形態の水素センサ２０は、測定分圧上限値以下において使用するかぎり、センサ素子である金属ワイヤ２２に水素化物相が生成されることを抑制することができる。本実施形態の水素センサ２０によれば、水素化物相の生成に起因するセンサ素子の劣化を抑制することができる。本実施形態のセンサ素子２０によれば、ヒータ等によりセンサ素子の温度を昇温することなく、水素化物生成圧力を、測定分圧上限値（１．０ ＭＰａ）以上にすることができ、水素センサ２０において消費される電力を抑制することができる。
【００５０】
なお、上述したように、測定分圧上限値が１．０ ＭＰａである場合においても、添加元素としてのＡｕ又はＰｔの含有量は、３５％（質量％）以下であることが好ましい。添加元素の含有量が３５％を超えると、水素が全く吸蔵されていない状態のセンサ素子（金属ワイヤ２２）の電気抵抗値Ｒ０が大きくなり、水素吸蔵に対する電気抵抗率の変化（水素吸蔵に対する感度）が低いものとなるからである。
【００５１】
（変形例：水素センサが大気圧の環境下に設けられる場合）
なお、本実施形態において水素センサ２０は、格納容器１０内に設けられるものとしたが、本発明に係る水素センサが配置される場所は、これに限定されるものではない。例えば、図１に示す変形例の水素センサ２０Ｂのように、格納容器１０外であって原子炉建屋５内に配置されるものとしても良い。当該変形例において、水素センサ２０Ｂは、いわゆる特別重要建屋内に配置されている。
【００５２】
当該水素センサ２０Ｂは、大気圧（約０．１ ＭＰａ）の環境下に配置されるものであり、測定分圧上限値は、０．０１ ＭＰａに設定されている（図４に点線で示す）。すなわち、当該水素センサ２０Ｂは、大気圧の雰囲気中の水素を、分圧で１０％まで測定できるように構成されている。このような水素センサ２０Ｂにおいては、センサ素子（金属ワイヤ２２）の水素化物生成圧力を、測定分圧上限値である０．０１ ＭＰａ以上にする必要がある。
【００５３】
そこで、変形例の水素センサ２０Ｂにおいて、センサ素子（金属ワイヤ２２）は、添加元素Ａｕ又はＰｔを１０．６％（質量％）含有するパラジウム合金（水素吸蔵合金）で構成されている。このように構成された水素吸蔵合金は、センサ素子の温度が常温（２０℃）である場合、水素化物生成圧力を、測定分圧上限値（０．０１ ＭＰａ）を超えるものにすることができ、水素化物相の生成に起因する劣化を抑制することができる。本変形例の水素センサ２０Ｂによれば、大気圧環境下において精度良く水素ガスの濃度を測定することが可能となる。
【００５４】
なお、添加元素であるＡｕ又はＰｔの含有率は、上述の例に限定されるものではない。水素センサを構成するセンサ素子（水素吸蔵合金）は、大気圧環境下において使用されるものである場合、Ａｕ又はＰｔを添加元素として１０％（質量％）以上含有するパラジウム合金であれば良い。また、格納容器１０内において使用されるもの、すなわち測定分圧上限値が１．０ ＭＰａである場合には、Ａｕ又はＰｔを添加元素として３５％以下含有するパラジウム合金であることが、測定精度の点から好適である。
【００５５】
〔第２の実施形態〕
本実施形態のセンサ素子の構造について図５を用いて説明する。図５は、第２の実施形態の水素センサの構成を示す模式図である。本実施形態においては、センサ素子の構造が、第１の実施形態と異なっており、以下に詳細を説明する。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、説明を省略する。
【００５６】
図５に示すように、本実施形態の水素センサ２０Ｃは、電気絶縁体で構成されており、平らな板状をなしている基板２１を有している。当該基板２１上には、センサ素子として金属製の薄膜（以下、金属薄膜と記す）２３を有している。金属薄膜２３は、屈曲した線状に所定のパターンで延びている。金属薄膜２３の両端は、それぞれリード線２６を介して、金属薄膜２３（センサ素子）の電気抵抗を測定可能な測定器３０と電気的に接続されている。なお、金属薄膜２３とリード線２６との結合部を図に符号２５Ｃで示す。
【００５７】
本実施形態において、金属薄膜２３は、矩形の波形状（いわゆる矩形パルス状）のパターンで基板２１上に形成されている。金属薄膜２３の厚さは、数十ナノメートルである。このような金属薄膜２３は、化学気相蒸着法やスパッタ法等で基板２１上に形成することが可能である。
【００５８】
金属薄膜２３は、第１の実施形態と同様に、Ｐｄを主成分とし、Ａｕ又はＰｔを添加元素として含有する水素吸蔵合金（パラジウム合金）で構成されている。金属薄膜２３は、水素ガスを含んだ雰囲気中において、水素を吸蔵するに従って、その電気抵抗が増大する。
【００５９】
本実施形態の水素センサ２０Ｃによっても、第１の実施形態と同様に、常温においてヒータ等によりセンサ素子を昇温させることなく、雰囲気中の水素分圧を良好に測定することができる。測定対象の雰囲気中にヨウ素や水蒸気が含まれていても、センサ素子の劣化を抑制することができる。
【００６０】
〔他の実施形態〕
以上に説明した各実施形態において、センサ素子は、金属ワイヤ２２（図２参照）や金属薄膜２３（図５参照）であるものとしたが、本発明に係るセンサ素子は、これらの態様に限定されるものではない。センサ素子は、水素を吸蔵するに従って電気抵抗が増大し、当該電気抵抗を測定するのに適した形状であれば、様々な形状のものを用いることができる。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１：原子力施設、５：原子炉建屋、１０：格納容器、２０，２０Ｂ，２０Ｃ：水素センサ、２１：基板、２２：金属ワイヤ（センサ素子）、２３：金属薄膜（センサ素子）、２４：芯部材、２４ａ：内周面、２４ｃ：外周面、２６：リード線、２８：温度センサ、３０：測定器、３２：抵抗測定部、３４：温度取得部、３６：水素分圧算出部
【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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