(57)【要約】【課題】原子力発電プラント用のプロセス計測機器が放射線の被曝の累積によって、故障、または測定精度の許容限界を超えた低下が起こしてはならない。プロセス計測機器の放射線の被曝による寿命を事前に、かつ簡便に知らせる方法を提供する。【解決手段】原子力発電プラントのプロセス量を計測するプロセス計測機器において、  前記プロセス量を計測するプロセス計測回路と、放射線被曝量を検出する放射線被曝量検出回路と、信号を変換処理する信号変換回路と、放射線被曝量を表示する被曝量表示回路と、を備え、前記プロセス計測回路が被曝した放射線量を前記放射線被曝量検出回路が検出し、該放射線被曝量検出回路の出力信号を前記信号変換回路によって前記放射線被曝量を表示する信号に変換処理し、該変換処理した信号により、前記被曝量表示回路が前記プロセス計測機器の放射線被曝量を表示する。【選択図】図１
2011137770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントのプロセス量を計測するプロセス計測機器において、
前記プロセス量を計測するプロセス計測回路と、
放射線被曝量を検出する放射線被曝量検出回路と、
信号を変換処理する信号変換回路と、
放射線被曝量を表示する被曝量表示回路と、を備え、
前記プロセス計測回路が被曝した放射線量を前記放射線被曝量検出回路が検出し、該放射線被曝量検出回路の出力信号を前記信号変換回路によって前記放射線被曝量を表示する信号に変換処理し、該変換処理した信号により、前記被曝量表示回路が前記プロセス計測機器の放射線被曝量を表示することを特徴とする放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器。
【請求項２】
被曝量が所定の閾値を超えると警報を出力する警報出力回路を、さらに備え、
前記プロセス計測回路が被曝した放射線量を前記放射線被曝量検出回路が検出し、該放射線被曝量検出回路の出力信号を前記信号変換回路によって変換処理し、該変換処理した信号により、前記警報出力回路が前記プロセス計測機器の放射線被曝量があらかじめ設定した所定の閾値を超えたときに警報を出力することを特徴とする請求項１に記載の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器。
【請求項３】
原子力発電プラントのプロセス量を計測するプロセス計測機器において、
デジタル処理回路を内蔵し、プロセス量を計測するプロセス計測回路と、
放射線被曝量を検出する放射線被曝量検出回路と、
信号を変換処理する信号変換回路と、
放射線被曝量を表示する被曝量表示回路と、を備え、
前記プロセス計測回路が被曝した放射線量を前記放射線被曝量検出回路が検出し、該放射線被曝量検出回路の出力信号を前記信号変換回路でデジタル信号に変換し、このデジタル信号を前記プロセス計測回路に内蔵されたデジタル処理回路によって前記放射線量の被曝量を表示する信号に変換処理し、該変換処理した信号により、前記被曝量表示回路が前記プロセス計測機器の放射線被曝量を表示することを特徴とする放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器。
【請求項４】
原子力発電プラントのプロセス量を計測するプロセス計測機器において、
デジタル処理回路を内蔵し、プロセス量を計測するプロセス計測回路と、
放射線被曝量を検出する放射線被曝量検出回路と、
信号を変換処理する信号変換回路と、
放射線被曝量を表示する被曝量表示回路と、
被曝量が所定の閾値を超えた状態を警報する警報出力回路と、を備え、
前記プロセス計測回路が被曝した放射線量を前記放射線被曝量検出回路が検出し、該放射線被曝量検出回路の出力信号を前記信号変換回路でデジタル信号に変換し、このデジタル信号を前記プロセス計測回路に内蔵されたデジタル処理回路によって前記放射線量の被曝量を表示する信号と被曝量が所定の閾値を超えた状態を警報する信号とに変換処理し、該変換処理した信号により、前記被曝量表示回路が前記プロセス計測機器の放射線被曝量を表示し、かつ前記警報出力回路が警報出力をすることを特徴とする放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器。
【請求項５】
前記放射線被曝量検出回路と前記プロセス計測回路に絶縁ゲート電界効果型トランジスタを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器。
【請求項６】
前記放射線被曝量検出回路と前記プロセス計測回路にバイポーラトランジスタを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線環境下で使用するプロセス計測機器の保全に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントを運転する際には、それに係る各種のプロセス量（圧力、温度、流量など）の計測を行う必要がある。これらをプロセス計測機器と一般的には称するが、これらの原子力発電プラント用のプロセス計測機器は放射線を被曝するものが多数ある。この放射線の被曝に対するプロセス計測機器の耐性が時代の変遷とともに変ってきた。従来のプロセス計測機器は、現在に比較すれば相対的に大きな素子形状のバイポーラ素子を主体として、比較的大きな電流を流すアナログ回路で構成されていたことが多く、放射線の影響を受けることは軽微であった。しかし、プロセス計測機器の高機能化、小型化とともに電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Insulator Semiconductor Field Effect Transistor、以下、ＭＯＳＦＥＴと略すこともある。なお、ＭＩＳＦＥＴ：Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistorとほぼ同義語である。）を用いたデジタルＩＣが多く使われるようになった。さらに時代とともにデジタルＩＣに使われているＭＯＳＦＥＴは高速化とともに素子形状が微細化され、ゲート酸化膜厚などが薄くなり、放射線の影響を非常に受けやすくなっている。このためプロセス計測機器の放射線への耐性がさらに低下していくことが予測されており、大きな問題となっている。
一方、原子力発電所の運転については各運転サイクルを長期化する方向にある。したがって、各プロセス計測機器の交換による予防保全時期の設定はますます短期化し、保全コストの増加が見込まれている。
なお、放射線の被曝量計測器としては特許文献１に開示されている。しかし、計測した場所およびその時点における被曝量の計測器であって、放射線の累積値は不明であり、かつ大型の機器であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０９８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子力発電プラント用のプロセス計測機器が放射線の被曝の累積によって、故障したり、あるいは測定精度の許容限界を超えた低下を起こしたりしてはならないという課題がある。
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、プロセス計測機器の放射線の被曝による計測機能の寿命を事前に、かつ簡便に知らせる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、原子力発電プラントのプロセス量を計測するプロセス計測機器において、前記プロセス量を計測するプロセス計測回路と、放射線被曝量を検出する放射線被曝量検出回路と、信号を変換処理する信号変換回路と、放射線被曝量を表示する被曝量表示回路と、を備え、前記プロセス計測回路が被曝した放射線量を前記放射線被曝量検出回路が検出し、該放射線被曝量検出回路の出力信号を前記信号変換回路によって前記放射線被曝量を表示する信号に変換処理し、該変換処理した信号により、前記被曝量表示回路が前記プロセス計測機器の放射線被曝量を表示する。
【０００６】
かかる構成により、前記プロセス計測回路の被曝状況を前記被曝量表示回路がリアルタイムで表示する。
【０００７】
また、原子力発電プラントのプロセス量を計測するプロセス計測機器において、デジタル処理回路を内蔵し、プロセス量を計測するプロセス計測回路と、放射線被曝量を検出する放射線被曝量検出回路と、信号を変換処理する信号変換回路と、放射線の被曝量を表示する被曝量表示回路と、被曝量が所定の閾値を超えた状態を警報する警報出力回路と、を備え、前記プロセス計測回路が被曝した放射線量を前記放射線被曝量検出回路が検出し、該放射線被曝量検出回路の出力信号を前記信号変換回路でデジタル信号に変換し、このデジタル信号を前記プロセス計測回路に内蔵されたデジタル処理回路によって前記放射線量の被曝量を表示する信号と被曝量が所定の閾値を超えた状態を警報する信号とに変換処理し、該変換処理した信号により、前記被曝量表示回路が前記プロセス計測機器の放射線被曝量を表示し、かつ前記警報出力回路が警報出力をする。
【０００８】
かかる構成により、前記プロセス計測回路の放射線被曝状況を前記被曝量表示回路が表示するとともに、前記警報出力回路が警報を出力する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プロセス計測機器の放射線の被曝による計測機能の寿命を事前に、かつ簡便に知らせる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の第１の概略の機能構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の第２の概略の機能構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の第３の概略の機能構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の第４の概略の機能構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の第５の概略の機能構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の第６の概略の機能構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器のプロセス計測回路の概略の機能構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の放射線被曝量検出回路の動作原理を示す第１の回路例の回路図である。
【図９】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の放射線被曝量検出回路の動作原理を示す第２の回路例の回路図である。
【図１０】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の放射線被曝量検出回路の動作原理を示す第３の回路例の回路図である。
【図１１】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の放射線被曝量検出回路の動作原理を示す第４の回路例の回路図である。
【図１２】本発明の実施形態である放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器の信号変換回路の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態（その１））
図１は本発明の第１の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。破線の内部が、本実施形態の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１である。放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１はプロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２、信号変換回路１３、被曝量表示回路１４を備えて構成されている。
プロセス計測回路１１は原子力発電プラントを運転する際における各種プロセス量（流量、圧力、温度など）を計測する回路である。放射線被曝量検出回路１２は放射線を被曝すると影響を受ける素子を回路に含んでおり、この放射線の被曝による回路特性の変化を電気信号として出力する。信号変換回路１３は放射線被曝量検出回路１２の出力信号を受けて、被曝量表示回路１４が被曝量に関する情報を表示できるように前記出力信号を信号変換処理する。被曝量表示回路１４は信号変換回路１３の出力信号を受けて被曝量に関する情報を表示する。
【００１２】
次に、放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１のより詳しい説明をするために、まず先に、それを構成するプロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２、信号変換回路１３、被曝量表示回路１４の詳細について順に述べる。その後、本発明の第１の実施形態の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１の全体について再度、説明する。
【００１３】
（プロセス計測回路）
原子力発電プラントを運転する際におけるプロセス計測は、一般的には次のように行われる。プロセスの物理量は、各種計測原理を基に検出素子を介して、電気量に変換される。電気量はアナログ−デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路、ＡＤＣ：Analog Digital Convertor、以下Ａ／Ｄ変換回路と略すこともある。）などでデジタル化処理が行われ、プロセッサなどのデジタル処理回路で演算処理され、その結果が出力される。
【００１４】
図７にプロセス計測回路１１の構成の一例を示す。物理量検出素子１１１は原子力発電プラントを運転する際における各種プロセス量（流量、圧力、温度など）を検出する素子である。物理量検出素子１１１で検出したプロセス量の物理情報は物理量検出回路１１２によって、電気信号に変換される。この電気信号はＡ／Ｄ変換回路１１６でアナログ信号の電気信号はデジタル信号の電気信号に変換され、デジタル処理回路１１３に送られる。デジタル処理回路１１３では、プロセス量の物理情報を所望の形態、例えばプロセス量のリアルタイム値や累積値や変化量等に演算処理して、アナログ出力回路１１４やデジタル出力回路１１５に信号を出力する。また、プロセス計測回路１１において、アナログ出力回路１１４のプロセス計測アナログ出力信号やデジタル出力回路１１５のプロセス計測デジタル出力信号１２２を表示する装置を設けて前記プロセス量を表示する場合もある。
なお、アナログ出力回路１１４のプロセス計測アナログ出力信号１２１はプロセス計測値において、電流は４〜２０ｍＡ、電圧は１〜５Ｖが標準となっている。
【００１５】
また、プロセス計測回路１１、さらには、そこに内蔵される物理量検出素子１１１、物理量検出回路１１２、デジタル処理回路１１３、アナログ出力回路１１４、デジタル出力回路１１５、Ａ／Ｄ変換回路１１６は、原子力発電プラントを運転する際における各種プロセス量を測定する環境下に設置されるため、放射線の被曝を受け、その影響により、故障することがある。突然にプロセス計測回路１１が故障すると、原子力発電プラントの運転に支障をきたすため、事前に対処すべく、この放射線の被曝による影響を検出するのが、放射線被曝量検出回路１２である。
【００１６】
（放射線被曝量検出回路）
まず、プロセス計測回路１１に用いられるデバイス素子である電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）やバイポーラトランジスタが放射線によってどのような影響を受け、回路の特性に変化を与えるかについて、述べる。
図８はＭＯＳＦＥＴを備えたオペアンプ（回路）２００の基本的な構造である。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０１のソースは正極の電源端子２１２に接続され、ゲートとドレインは互いに接続されて、抵抗素子２０９の第１端子に接続されている。抵抗素子２０９の第２端子は負極の電源端子２１１に接続されている。以上のＰ型ＭＯＳＦＥＴ２０１と抵抗素子２０９により、その接続点である抵抗素子２０９の第１端子からバイアス電圧が発生する。
【００１７】
Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０２のソースは正極の電源端子２１２に接続され、ゲートは抵抗素子２０９の第１端子に接続されている。このため、ゲートには前記バイアス電圧が加わるので、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０２は定電流で動作する。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０３のソースはＰ型ＭＯＳＦＥＴ２０２のドレインに接続され、ゲートは第１入力端子２１３に接続され、ドレインはＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０６のドレインに接続されている。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０６のソースは負極の電源端子２１１に接続され、ゲートとドレインは互いに接続されている。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０４のソースはＰ型ＭＯＳＦＥＴ２０２のドレインに接続され、ゲートは第２入力端子２１４に接続され、ドレインはＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０７のドレインに接続されている。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０７のソースは負極の電源端子２１１に接続され、ゲートはＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０６のゲートに接続されている。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０３とＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０６の直列回路と、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０４とＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０７の直列回路とは差動対をなしており、第１入力端子２１３と第２入力端子２１４の電位差がＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０７のドレインから出力される。
【００１８】
Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０５のソースは正極の電源端子２１２に接続され、ゲートは抵抗素子２０９の第１端子に接続され、ドレインはＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０８のドレインに接続されている。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０８のソースは負極の電源端子２１１に接続され、ゲートはＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０７のドレインに接続され、ドレインはオペアンプ２００としての出力端子２１５となっている。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０５とＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０８は、前記差動対の出力であるＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０７のドレインの出力信号を適正なバイアス電圧のもとに直すレベルシフト回路と、前記出力信号を増幅する増幅回路と、を兼ねた役目をしている。
【００１９】
以上のオペアンプが放射線で被曝をしたとする。放射線はアルファ線（α線）とベータ線（β線）とガンマ線（γ線）からなるが、原子力発電プラントにおいてプロセス計測回路に影響を与える可能性があるものはα線とγ線である。α線は陽子２個と中性子２個からなる粒子であり、電離作用が強いが、透過力は弱い。また、γ線は高いエネルギーを持った電磁波であるので透過力は強いが、電離作用は弱い。したがって、状況により、影響の仕方は一概にはいえないが、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタのデバイス素子の近傍の酸化膜などに電荷を生成し、蓄積されるとデバイス素子としての駆動能力や増幅率の低下、またリーク現象を引き起こすことが知られている。
【００２０】
図８において、ＭＯＳＦＥＴ２０１〜２０８が放射線を被曝して、駆動能力低下やリーク現象を起こしたとして、回路としての影響の仕方は異なる。
Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０３とＰ型ＭＯＳＦＥＴ２０４は対称の構成であり、差動対を形成しているので、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０３とＰ型ＭＯＳＦＥＴ２０４が同じように放射線を被曝して、それぞれが特性の変化をしても同じような影響であれば、特性変化は相殺されて、表面には現れてこない。同様にＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０６とＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０７は対称の構成であり、差動対を形成しているので、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２０６とＰ型ＭＯＳＦＥＴ２０７が同じように放射線を被曝して、それぞれが特性の変化をしても同じような影響であれば、特性変化は相殺されて、表面には現れてこない。
【００２１】
一方、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ２０１、２０２、２０５とＮ型ＭＯＳＦＥＴ２０８は放射線を被曝して、それぞれが特性の変化を受けると、その影響を相殺するものがないので、オペアンプ２００としての特性に変化がでる。どの程度の特性変化がでるかは回路の構成の仕方とデバイス素子としての材質や構造や占有面積あるいは周囲素子との関連などによって異なる。
なお、図８はオペアンプ２００が放射線を被曝した際の影響や動作を説明するために用いた回路であるが、放射線被曝量検出回路１２としても使用できる。
【００２２】
図９は最も簡単な部類の放射線被曝量検出回路１２の一例を示す回路図である。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０１と抵抗素子３０２からなっている。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０１のソースは正極の電源端子２１２に接続され、ゲートは入力端子３１４に接続され、ドレインは抵抗素子３０２の第１端子に接続されている。抵抗素子３０２の第２端子は負極の電源端子３１１に接続されている。Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０１のドレインと抵抗素子３０２の第１端子の接続点は放射線被曝量検出回路１２としての出力端子３１５となっている。また、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０１のゲートの入力端子３１４には所望の動作に必要な適切な電位が与えられる。
【００２３】
このとき、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０１が放射線を被曝したとすると、前記したように駆動能力の低下やリーク現象を起こす。その被曝の状況（被曝量、累積時間など）によって、放射線被曝量検出回路１２としての出力端子３１５の出力電位が変化する。したがって、出力端子３１５の出力信号を用いることによって、図９に示した回路は放射線被曝量検出回路１２として用いることができる。
なお、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０１のゲートである入力端子３１４の電位を変化させることによって、放射線被曝量検出回路１２としての感度を変えることもできる。また、入力端子３１４に負極の電位（３１１）や正極の電位（３１２）を与えることによって、放射線被曝量検出回路１２をオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）するスイッチとしても使用できる。
【００２４】
図１０はバイポーラトランジスタ４０１を用いた放射線被曝量検出回路１２である。ＮＰＮバイポーラトランジスタ４０１と抵抗素子４０２からなっている。ＮＰＮバイポーラトランジスタ４０１のエミッタは、負極の電源端子４１１に接続され、ベースは入力端子４１４に接続され、コレクタは抵抗素子４０２の第１端子に接続されている。抵抗素子４０２の第２端子は、正極の電源端子４１２に接続されている。ＮＰＮバイポーラトランジスタ４０１のコレクタと抵抗素子４０２の第１端子の接続点は放射線被曝量検出回路１２としての出力端子４１５となっている。また、ＮＰＮバイポーラトランジスタ４０１のベースの入力端子４１４には、所望の動作に必要な適切な電位が与えられる。
【００２５】
このとき、ＮＰＮバイポーラトランジスタ４０１が放射線を被曝したとすると、前記したように電流増幅率の低下やリーク現象を起こす。その被曝の状況（被曝量、累積時間など）によって、放射線被曝量検出回路１２としての出力端子４１５の出力電位が変化する。したがって、出力端子４１５の出力信号を用いることによって、図１０に示した回路は放射線被曝量検出回路１２として用いることができる。
なお、ＮＰＮバイポーラトランジスタ４０１のベースである入力端子４１４の電位を変化させることによって、放射線被曝量検出回路１２としての感度を調整することもできる。また、入力端子４１４に正極の電位（４１２）や負極の電位（４１１）を与えることによって、放射線被曝量検出回路１２をオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）するスイッチとしても使用できる。
【００２６】
図１１はバイポーラを用いたオペアンプ５０１が放射線の被曝によって起こる特性変化について実験したときの回路の概略の構成を示したものである。オペアンプ５０１の電源は、正極の電源端子５１２と負極の電源端子５１１とによって供給される。オペアンプ５０１の第１入力端子５１３には定電源回路からの定電圧信号が接続され、第２入力端子５１４は抵抗素子５０４の第１端子と抵抗素子５０５の第１端子の接続点に接続されている。なお、この接続点は第２出力端子５１４Ｂとなっている。抵抗素子５０４の第２端子は正極の電源端子５１２に接続され、抵抗素子５０５の第２端子は負極の電源端子５１１に接続されている。抵抗素子５０２の第１端子と抵抗素子５０３の第１端子は接続され、第１出力端子５１５となっている。抵抗素子５０２の第２端子は正極の電源端子５１２に接続され、抵抗素子５０３の第２端子は負極の電源端子５１１に接続されている。
【００２７】
なお、抵抗素子５０２、５０３、５０４、５０５は、第２出力端子５１４Ｂと第１出力端子５１５との間の電圧変化をみることによってオペアンプ５０１の第２入力端子５１４の電位変化を検出するものである。
実験ではオペアンプ５０１に放射線を被曝させたときに、第１出力端子５１５と第２出力端子５１４Ｂとの間に、時間の経過とともに電圧変化が観察された。オペアンプ５０１の中の構成はブラックボックスであるので、放射線による被曝がオペアンプ５０１の中のどのデバイスにどのように影響を与えたかは特定できないが、放射線の被曝とともにオペアンプ５０１の特性は変化した。
【００２８】
以上により、放射線被曝量検出回路１２に用いる素子としてはＭＯＳＦＥＴでもバイポーラトランジスタでもよい。ただし、好ましくはプロセス計測回路１１（図１）がＭＯＳＦＥＴを主体として用いていれば、放射線被曝量検出回路１２はＭＯＳＦＥＴを用いた方が実態を反映し、プロセス計測回路１１（図１）がバイポーラトランジスタを主体として用いていれば、放射線被曝量検出回路１２はバイポーラトランジスタを用いた方がよいと考えられる。
【００２９】
以上、図８〜図１１で放射線の被曝により電気回路の特性が変化する例を示したが、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタが１個でも影響を受けるので、通常の電気回路は基本的には、放射線の被曝により電気回路の特性が変化する。したがって、図８〜図１１に示した回路以外の様々な回路も放射線被曝量検出回路１２として用いることができる。
また、ＭＯＳＦＥＴとバイポーラトランジスタが放射線の被曝により、相対的に特性が大きく変化する素子として説明したが、抵抗素子やコンデンサなどのデバイス素子も放射線の被曝により、特性が変化する場合には、それらの影響も考慮する必要がある。
また、以上に述べた理由から、回路としても同じ放射線を被曝していても特性変化は回路毎に異なる。回路構成により、放射線の被曝の影響の大きいものと小さいものがある。したがって、放射線被曝量検出回路１２として使用する場合には、放射線被曝量と回路の特性変化との相関を事前に把握しておく必要がある。この相関特性を把握することによって、プロセス計測回路１１（図１）の耐放射線被曝限度を管理し、適切な対処が可能となる。
【００３０】
（信号変換回路）
図１２に信号変換回路１３の構成の一例を示す。Ａ／Ｄ変換回路６０６は放射線被曝量検出回路１２（図１）の出力信号が一般的にはアナログ量であるので、アナログ−デジタル変換機能によって、処理しやすいデジタル信号に変換する。このデジタル信号は論理回路６０７に入力し、その後の被曝量表示回路１４が表示しやすい信号に変換する。なお、論理回路６０７は前記した信号の変換をハードが固定された論理回路によって実現してもよいし、また、柔軟に機能変更ができるソフトによる信号処理で実現してもよい。ソフトの方が機能変更に対応しやすいが、ハードが固定された論理回路の方が回路規模が小さくなり、コストダウンと小型化につながる。また、デジタル信号を処理する機能が別の回路にある場合にはＡ／Ｄ変換回路６０６のみでもよい。また、Ａ／Ｄ変換回路６０６も一般的に知られている機能の高い本格的なアナログ−デジタル変換を行うものとは限らず、用途に応じては１ビットから２ビット程度の簡単なアナログ−デジタル変換機能の回路でもよい。
【００３１】
（被曝量表示回路）
被曝量表示回路１４（図１）は信号変換回路１３（図１）から出力された信号によって、放射線の被曝量を表示する信号を出力する。また、放射線被曝量機能付プロセス計測機器１（図１）に被曝量表示装置が搭載されているときには、信号変換回路１３（図１）から出力された信号によって前記被曝量表示装置で被曝量を表示する。この表示する被曝量は累積した被曝量を表示することが第一の目的であるが、変化量を演算、記憶して、ある一定期間（月、週、日、時間など）の被曝量を表示してもよい。
【００３２】
（第１の実施形態（その２））
以上、図１における本発明の第１の実施形態を構成する個々の機能ブロックについて説明したが、再度、図１を参照して全体の動作を説明する。
放射線被曝量機能付プロセス計測機器１の中には、原子力発電プラントを運転する際の各種プロセス量（流量、圧力、温度など）を測定するプロセス計測回路１１と、放射線被曝量検出回路１２が備えられている。したがって、プロセス計測回路１１が各種プロセス量を測定する際に被曝した放射線を、放射線被曝量検出回路１２もほぼ同量を被曝していると推定される。この放射線の被曝によって、プロセス計測回路１１の中のＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタに代表されるデバイス素子が劣化を起こし、特性変化が起きると、その変化は放射線被曝量検出回路１２の中のＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタに代表されるデバイス素子にもほぼ同様に起こり、放射線被曝量検出回路１２として、特性変化が起きて、その変化が検出される。放射線被曝量検出回路１２はその特性変化を通して放射線の被曝量を信号処理回路１３と被曝量表示回路１４とによって表示する。あるいは被曝量表示出力信号１２３によって放射線被曝量機能付プロセス計測機器１の外部の装置（不図示）で放射線被曝量を表示してもよい。
【００３３】
被曝量表示回路１４の表示する放射線の被曝量は、放射線被曝量検出回路１２が受けたものであるが、放射線被曝量検出回路１２とプロセス計測回路１１は同じ放射線被曝量機能付プロセス計測機器１の中にあるので、プロセス計測回路１１も同じような放射線の被曝量を受けたものと想定される。したがって、被曝量表示回路１４の表示をもってプロセス計測回路１１の放射線の被曝量を判断する。この表示が所定の放射線を被曝し、それ以上、被曝量を蓄積すれば、プロセス計測回路１１が故障、あるいは許容される測定誤差を逸脱する段階に達したと、原子力発電プラントの管理者が判断した場合には、この管理者はプロセス計測回路１１を故障前に交換することができる。この放射線被曝量検出回路１２の検出と、信号処理回路１３による信号変換と、被曝量表示回路１４の表示とによる一連の機能の補助動作によって、原子力発電プラントの継続した安定運転が可能となる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。破線の内部が、本発明の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１である。放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１は、プロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２、信号変換回路１３、警報出力回路１５を備えて構成されている。
プロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２にいては、図１に示した第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。信号変換回路１３は放射線被曝量検出回路１２の信号をアナログ−デシダル変換することは同様であるが、その後のデジタル信号を警報出力回路１５が動作するような信号変換をする点で相違する。警報出力回路１５は信号変換回路１３の出力信号を受けて累積した放射能の被曝量に関する警告情報を警報出力信号１２４として出力する。
【００３５】
また、放射線被曝量機能付プロセス計測機器１に警報装置が搭載されているときには、前記警報出力回路１５の警報出力信号１２４により、警報装置（不図示）が警報を発する。この警報は累積した放射能がプロセス計測回路１１にとって故障を起こす危険な状況の警告を意味する場合もあるし、また故障を起こす危険な状況には至っていないが、短期的に放射線の被曝量が所定の値よりも多くなった場合などの警告を意味する場合もある。
この警告によって、原子力発電プラントの管理者が判断した場合には、放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１、もしくはプロセス計測回路１１を原子力発電プラントの管理者が故障前に交換することができる。この放射線被曝量検出回路１２の検出と、信号処理回路１３による信号変換と、警報出力回路１５の警告とによる一連の機能の補助動作によって、原子力発電プラントの継続した安定運転が可能となる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。破線の内部が、本発明の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１である。放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１は、プロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２、信号変換回路１３、被曝量表示回路１４、警報出力回路１５を備えて構成されている。
プロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２、被曝量表示回路１４にいては図１に示した第１の実施形態と同様であり、警報出力回路１５については図２に示した第２の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。図３における信号変換回路１３は放射線被曝量検出回路１２の信号をアナログ−デシダル変換することは同様であるが、その後のデジタル信号を被曝量表示回路１４と警報出力回路１５が共に動作するように信号変換する点で相違する。
【００３７】
したがって、図３においては、被曝量表示回路１４と警報出力回路１５は信号変換回路１３の出力信号を受けて、それぞれ、累積した放射能の被曝量に関する表示信号である被曝量表示出力信号１２３と、警告情報を出力である警報出力信号１２４を出力する。また、放射線被曝量機能付プロセス計測機器１に被曝量表示装置と警報装置が搭載されているときには、前記被曝量表示回路１４の被曝量表示出力信号１２３により、被曝量表示装置（不図示）が表示をし、前記警報出力回路１５の警報出力信号１２４により、警報装置（不図示）が警報を発する。この表示と警告によって、原子力発電プラントの管理者が判断した場合には、放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１、もしくはプロセス計測回路１１を原子力発電プラントの管理者が故障前に交換することができる。この放射線被曝量検出回路１２の検出と、信号処理回路１３による信号変換と、被曝量表示回路１４の表示と、警報出力回路１５の警告とによる一連の機能の補助動作によって、原子力発電プラントの継続した、より安定した運転が可能となる。
【００３８】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。破線の内部が、本発明の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１である。放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１はプロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２、信号変換回路１３、被曝量表示回路１４、警報出力回路１５を備えて構成されている。
以上の構成は図３に示した第３の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。ただ、図３と異なるのは、図４の被曝量表示回路１４と警報出力回路１５が一体化して被曝量表示機能と警報出力機能を有する被曝量表示警報回路１６となっていることである。このように被曝量表示機能と警報出力機能が一体化したものが原子力発電プラントの管理上は都合のよいことが多い。
【００３９】
（第５の実施形態）
図５は本発明の第５の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。破線の内部が、本発明の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１である。放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１はプロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２、信号変換回路１３、被曝量表示回路１４、警報出力回路１５を備えて構成されている。
プロセス計測回路１１、放射線被曝量検出回路１２については、図３に示した第３の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図５における信号変換回路１３は放射線被曝量検出回路１２の信号をアナログ−デシダル変換することは同様であるが、その後のデジタル信号をプロセス計測回路１１の中のデジタル処理回路１１３（図７）に供給している点で相違する。
【００４０】
プロセス計測回路１１に備えられたデジタル処理回路１１３は、図３に示した信号変換回路１３に内蔵された論理回路６０７（図１２）の機能よりも高い機能を有しているのが一般的であるので、より高機能で信号変換の演算処理をする。この演算結果で図５における被曝量表示回路１４と警報出力回路１５とを駆動する。この結果、被曝量表示回路１４と警報出力回路１５の機能をより高く、かつプログラムの変更で柔軟に機能変更に対応できる。
また、図５における信号変換回路１３は、放射線被曝量検出回路１２の信号をアナログ−デシダル変換するだけの機能となるので、回路規模は小型化でき、かつコストダウンが可能となる。
【００４１】
（第６の実施形態）
図６は本発明の第６の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。破線の内部が、本発明の放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１である。放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器１はプロセス計測回路１１、信号変換機能付の放射線被曝量検出回路１７、被曝量表示回路１４、警報出力回路１５を備えて構成されている。
プロセス計測回路１１、被曝量表示回路１４、警報出力回路１５については図５に示した第５の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図６における信号変換機能付の放射線被曝量検出回路１７は図５における放射線被曝量検出回路１２に簡単なアナログ−デシダル変換する回路（図１２のＡ／Ｄ変換回路６０６にほぼ相当）を含めたものである。これによって、図５における信号変換回路１３を省略したものである。全体の機能としては図５の回路と同等の機能となり、プロセス計測回路１１以外の回路の構成が簡略化されるので、回路規模の小型化と、コストダウンが可能となる。
【００４２】
（その他の実施形態）
以上においては、原子力発電プラントにおける各種プロセス量（流量、圧力、温度など）の測定を例にとって説明したが、原子力発電プラント以外の原子力利用の設備のプロセス計測機器においても、適用できる。
【００４３】
また、計測機器としたが、機器の目的が計測ではなくとも、原子力関連の設備で放射線の影響で寿命が短縮される機器には本発明を適用できる。
【００４４】
また、被曝量表示回路１４は、累積した被曝量を表示するとしたが、同時に測定機器の推奨交換時期を表示してもよい。
【００４５】
また、デバイス素子として、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とバイポーラトランジスタを例にあげたが、計測器に使用しているデバイスが他の素子であれば、放射線被曝量検出回路のデバイスもそれに対応した素子を用いることが望ましい。例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）、あるいはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリ素子、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）などの強誘電体メモリ素子なども対象となる。
【００４６】
また、プロセス計測回路１１において、様々なデバイス素子が回路構成として含まれ、どのデバイス素子が放射線の被曝に対して、最も影響を受けやすいかが、事前に不明の場合には、放射線被曝量検出回路１２のデバイス構成が異なる２種類以上の放射線被曝量検出回路１２を複数個、備えてもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施形態によれば、被曝によるデジタル計測機器の劣化を定量的に監視評価できるため、適切な状態監視による保全を実現することができる。
また、警報を出力することにより、より確実な監視が行える。
また、これにより、原子力発電所で使用する計測機器に対して高信頼化、高経済性が図れる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
原子力関連のプラント、設備、機器などにおいて、放射線の影響で計測器などの機器の寿命が短縮されるものについて、広く利用、採用される可能性がある。
【符号の説明】
【００４９】
１  放射線被曝量計測機能付プロセス計測機器
１１  プロセス計測回路
１２、１７  放射線被曝量検出回路
１３  信号変換回路
１４  被曝量表示回路
１５  警報出力回路
１６  被曝量表示警報出力回路
１１１  物理量検出素子
１１２  物理量検出回路
１１３  デジタル処理回路
１１４  アナログ出力回路
１１５  デジタル出力回路
１１６  Ａ／Ｄ変換回路
１２１  プロセス計測アナログ出力信号
１２２  プロセス計測デジタル出力信号
１２３  被曝量表示出力信号
１２４  警報出力信号
２００、５０１  オペアンプ
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、３０１  Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ
２０６、２０７  Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
２０９、３０２、４０２、５０２、５０３、５０４、５０５  抵抗素子
２１１、３１１、４１１、５１１  負極の電源端子
２１２、３１２、４１２、５１２  正極の電源端子
２１３、２１４、３１４、４１４、５１３、５１４  入力端子
２１５、３１５、４１５、５１５、５１４Ｂ  出力端子
４１４  バイポーラ素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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