(57)【要約】【課題】電離箱に接続されるケーブルや電流検出器を削減して構成の簡略化、コストの低減を可能にしつつ、放射線による電離電流のみを高精度に検出可能とした電離箱式放射線検出装置を提供する。【解決手段】高圧電極３０１及び信号電極３０２が内蔵されて電離ガスが封入される電離箱３００と、ＭＩケーブルであって高圧電極３０１に接続された電源用ケーブル１００及び信号電極３０２に接続された信号用ケーブル２００と、高圧電極３０１と信号電極３０２との間に高電圧を印加するための電源部４００と、信号用ケーブル２００に接続されて信号出力電流を測定し、所定の演算を行う信号処理部５００と、を備え、信号処理部５００は、電源部４００により印加電圧の極性を反転させた各状態で第１，第２の信号出力電流を測定し、これらの差電流と電流感度とを用いて放射線の線量率を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧電極及び信号電極が内蔵され、かつ、電離ガスが封入されると共に放射線が照射される電離箱と、
前記電離箱の外部に配置された無機絶縁ケーブルであって、前記高圧電極に接続された電源用ケーブル、及び、前記信号電極に接続された信号用ケーブルと、
前記電源用ケーブル及び前記信号用ケーブルを介して前記高圧電極と前記信号電極との間に高電圧を印加するための電源部と、
前記信号用ケーブルに接続されて信号出力電流を測定し、所定の演算を行う信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記電源部により前記高圧電極と前記信号電極との間に印加される高電圧の極性を反転させたそれぞれの状態で第１，第２の信号出力電流を測定し、
前記第１，第２の信号出力電流の差電流と前記電離箱の放射線に対する電流感度とを用いて放射線の線量率を演算することを特徴とする電離箱式放射線検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電離箱式放射線検出装置において、
前記電源部は、
正高圧電源及び負高圧電源と、これらの電源による正負の高電圧を切り替えて前記高圧電極と前記信号電極との間に印加するための切替手段と、
を備えたことを特徴とする電離箱式放射線検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載した電離箱式放射線検出装置において、
前記電源部は、
単一極性の高電圧を出力する電源と、この電源の出力電圧と０［Ｖ］とを切り替えて前記高圧電極と前記信号電極との間に印加するための切替手段と、
を備えたことを特徴とする電離箱式放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電離箱を用いた放射線検出装置に関し、詳しくは、放射線検出装置の温度補正技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電離箱は構造が単純であることから放射線的特性が安定しており、また、電離箱を用いた放射線検出装置は放射線量率が極めて高いレベルまで測定可能である等の特徴があるため、原子力発電所等において広く使用されている。
電離箱は、金属とセラミックスのみによって構成することができ、その他の検出器に比べて高い温度までその性能を保つことができる。このため、例えば原子炉の炉心近傍の放射線レベルを監視する用途に使用されているが、電離箱への電圧供給や信号の取り出しには樹脂絶縁の接続ケーブルが用いられることが多く、その場合、電離箱の使用温度範囲は接続ケーブルの温度範囲に制約されることになる。
【０００３】
上記の接続ケーブルとして、無機絶縁物と金属被覆とによって構成された無機絶縁ケーブル（ＭＩケーブル）を用いれば高温の環境条件における測定が可能になるため、このＭＩケーブルを備えた電離箱式放射線検出装置が従来から種々提供されている。
【０００４】
図５は、ＭＩケーブルからなる電源用ケーブル及び信号用ケーブルを備えた従来の電離箱式放射線検出装置の概念図である。
図５において、高電圧が印加される電源用ケーブル１００は、芯線１０１と無機絶縁物１０２と金属被覆１０３とを備えており、芯線１０１は電離箱３００内の高圧電極３０１に接続され、金属被覆１０３は電離箱３００の金属製の容器３０３に接続されている。
また、信号電流（電離電流）ｉを検出する信号用ケーブル２００も、芯線２０１と無機絶縁物２０２と金属被覆２０３とを備えており、芯線１０１は電離箱３００内の信号電極３０２に接続され、金属被覆２０３は電離箱３００の容器３０３に接続されている。
【０００５】
なお、電離箱３００は高温、高線量の測定場所に配置されていてその容器３０３内には電離ガスが封入されている。また、図示されていない高圧電源や測定信号の処理回路は電離箱３００から離れた室内等に設置されている。
【０００６】
上記構成において、容器内３０３の内部に放射線が入射すると、放射線の電離作用によって生じた電離電流ｉは、高圧電極３０１への印加電圧により信号電極３０２に集まって信号電流となる。ここで、各ケーブル１００，２００は電離箱３００から離れた場所まで信号を伝送することが求められるため、十分な長さを必要とする。
【０００７】
電離箱３００の周囲温度が高温であると、ケーブル１００，２００の電離箱３００近傍と反対側の端部との間に温度差を生じる。この温度差により、例えば、信号用ケーブル２００を構成する金属被覆２０３及び芯線２０１において、その両端で熱起電力を生ずることになる。
ここで、信号用ケーブル２００の金属被覆２０３と芯線２０１とでは温度変化率や温度分布及び材質が異なるため、それぞれの電位に差異を生ずる。
図５に示すように、電離箱３００近傍の金属被覆２０３の電位をｅ１とし、芯線２０１の電位をｅ２とすると、その電位差（ｅ１−ｅ２）により、信号用ケーブル２００の無機絶縁物２０２の絶縁抵抗を介して芯線２０１に電流（以下では、熱起電力電流という）ｉｔｈが流れる。
【０００８】
一方、容器３０３内に放射線が入射することによって発生する電離電流ｉも、熱起電力電流ｉｔｈと同じ芯線２０１を流れて信号出力となる。
電離箱３００の周囲温度が上昇し、例えば３００［℃］付近になると、電離電流ｉに比べて熱起電力電流ｉｔｈの影響が大きくなり、放射線量を正確に測定することができなくなる。
【０００９】
上記の問題に鑑み、例えば特許文献１には、熱起電力電流の影響を除去して電離電流の測定精度を向上させた従来技術が開示されている。
【００１０】
図６は、この従来技術に係る電離箱式放射線検出装置の構成図である。図６において、１１０は電源用ケーブル、１１１は芯線、１１３は金属被覆、１１４は直流電源、２１０は自己出力電流検出用ケーブル、２１１は芯線、２１３は金属被覆、２１５は電流検出器、２２０は信号ケーブルとしての電離電流出力用ケーブル、２２１は芯線、２２３は金属被覆、２２５は電流計である。
また、３１０は電離箱、３１１は陽極、３１２は陰極、３１３は金属製の容器であり、陽極３１１には電離電流出力用ケーブル２２０の芯線２２１が接続され、陰極３１２には電源用ケーブル１１０の芯線１１１が接続されていると共に、各ケーブル１１０，２１０，２２０の金属被覆１１３，２１３，２２３は容器３１３に接続されている。
【００１１】
この従来技術の動作を、簡単に説明する。
陽極３１１と陰極３１２との間に直流電源１１４の電圧を印加した状態で容器３１３内に放射線が入射すると、電離電流ＩＡが電源用ケーブル１１０の芯線１１１と電離電流出力用ケーブル２２０の芯線２２１に流れる。また、金属被覆１１３，２１３，２２３と芯線１１１，２１１，２２１との電位差に起因した自己出力電流ＩＣ（前述した熱起電力電流に相当）が、芯線１１１，２１１，２２１にそれぞれ流れる。
【００１２】
ここで、自己出力電流検出用ケーブル２１０に着目すると、その芯線２１１には自己出力電流ＩＣのみが流れ、電離電流出力用ケーブル２２０の芯線２２１には電離電流ＩＡと自己出力電流ＩＣとの合成電流が流れる。従って、電流検出器２１５，２２５による電流検出値の差を求めれば自己出力電流ＩＣを除いた電離電流ＩＡのみが検出されることになり、この電離電流ＩＡに基づいて、容器３１３内の放射線の線量率を正確に検出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１６−２１３０８２号公報（段落［００２０］〜［００２５］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１に記載された放射線検出装置によれば、ケーブルの金属被覆と芯線との電位差に起因した熱起電力電流を除去して電離電流ＩＡのみを検出することが可能である。
しかしながら、電源用ケーブル１１０及び電離電流出力用ケーブル２２０等の他に、自己出力電流ＩＣを検出するための自己出力電流検出用ケーブル２１０や電流検出器２１５が必要であるため、装置全体の構成が複雑になってコストが増加するという問題があった。
また、自己出力電流検出用ケーブル２１０には、電離電流出力用ケーブル２２０と異なって集電用の電極３１２が接続されていない。これにより、ケーブル２１０の温度分布が電離電流出力用ケーブル２２０と若干異なるため自己出力電流ＩＣに差異が生じることとなり、温度補正にずれが生じるという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明の解決課題は、電離箱に接続されるケーブルや電流検出器を削減して構成の簡略化、コストの低減を可能にしつつ、放射線による電離電流のみを高精度に検出可能とした電離箱式放射線検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、高圧電極及び信号電極が内蔵され、かつ、電離ガスが封入されると共に放射線が照射される電離箱と、
前記電離箱の外部に配置された無機絶縁ケーブルであって、前記高圧電極に接続された電源用ケーブル、及び、前記信号電極に接続された信号用ケーブルと、
前記電源用ケーブル及び前記信号用ケーブルを介して前記高圧電極と前記信号電極との間に高電圧を印加するための電源部と、
前記信号用ケーブルに接続されて信号出力電流を測定し、所定の演算を行う信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記電源部により前記高圧電極と前記信号電極との間に印加される高電圧の極性を反転させたそれぞれの状態で第１，第２の信号出力電流を測定し、
前記第１，第２の信号出力電流の差電流と前記電離箱の放射線に対する電流感度とを用いて放射線の線量率を演算することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した電離箱式放射線検出装置において、
前記電源部は、
正高圧電源及び負高圧電源と、これらの電源による正負の高電圧を切り替えて前記高圧電極と前記信号電極との間に印加するための切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載した電離箱式放射線検出装置において、
前記電源部は、
単一極性の高電圧を出力する電源と、この電源の出力電圧と０［Ｖ］とを切り替えて前記高圧電極と前記信号電極との間に印加するための切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、高圧電極と信号電極との間に印加される電源電圧の極性を反転させながら信号出力電流をそれぞれ測定してその差電流（熱起電力電流を除去した正逆両方向の電離電流の和）を算出し、この差電流と、電離箱の放射線に対する電流感度とに基づいて放射線の線量率を演算することができる。
このため、特許文献１に記載された放射線検出装置のように、熱起電力電流のみを検出するためのケーブルや電流検出器が不要であり、電離箱式放射線検出装置の構成の簡略化、低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概念図である。
【図２】第１実施形態の動作を示す電流波形の模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す主要部の構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す主要部の構成図である。
【図５】ＭＩケーブルを備えた従来の電離箱式放射線検出装置の構成図である。
【図６】特許文献１に記載された電離箱式放射線検出装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す構成図であり、図５と同一の部分については同一符号を付して詳述を省略し、以下では図５との相違点を中心に説明する。
【００２２】
図１において、４００は電源部である。この電源部４００は、正高圧電源４０１（その電圧を＋ＨＶとする）と、負高圧電源４０２（その電圧を−ＨＶとする）と、切替端子が電源４０１，４０２にそれぞれ接続されて共通端子が電源用ケーブル１００の芯線１０１に接続されたリレー４０３と、切替端子が０［Ｖ］（接地点）及び後述の電流測定回路５０１にそれぞれ接続されて共通端子が信号用ケーブル２００の芯線２０１に接続されたリレー４０４と、を備えている。
なお、上記のリレー４０３，４０４は請求項における切替手段に相当する。
【００２３】
信号用ケーブル２００の芯線２０１は、リレー４０４を介して信号処理部５００に接続され、この信号処理部５００は、電流測定回路５０１と演算回路５０２とを備えている。なお、ケーブル１００，２００の金属被覆１０３，２０３は０［Ｖ］に保たれている。
【００２４】
次に、この第１実施形態の動作を説明する。
従来と同様に、放射線が照射される電離箱３００は高温かつ高線量となる測定場所に配置されており、その容器３０３内には電離ガスが封入されている。また、電源部４００や信号処理部５００は電離箱３００から離れた室内等に設置された状態で測定を開始する。
【００２５】
まず、測定当初はリレー４０３，４０４が図１の状態にあり、正高圧電源４０１の正電圧（＋ＨＶ）が芯線１０１を介して高圧電極３０１と信号電極３０２との間に印加されているものとする。この場合、放射線による電離電流ｉ１は高圧電極３０１から信号電極３０２に向けて流れる。この状態で電離箱３００の周囲温度が上昇すると、信号用ケーブル２００の金属被覆２０３と芯線２０１との電位差に起因した熱起電力電流ｉｔｈが電離電流ｉ１に重畳して芯線２０１に流れ、リレー４０４を介して電流測定回路５０１に流入する。
熱起電力電流ｉｔｈは温度変化や時間の経過によって変動するため、電流測定回路５０１に流入する信号出力電流も変動する。
【００２６】
次に、リレー４０４を０［Ｖ］側に切り替えてからリレー４０３を負高圧電源４０２の負電圧（−ＨＶ）側に切り替え、その後にリレー４０４を電流測定回路５０１側に切り替えると、高圧電極３０１と信号電極３０２との間に印加される電圧の極性が反転するので、信号電極３０２から高圧電極３０１に向けて電離電流ｉ２が流れる。
一方、熱起電力電流ｉｔｈは、高圧電極３０１と信号電極３０２との間の印加電圧の極性に影響を受けないため、正電圧印加時と同じ向き、同じ大きさで流れる。
【００２７】
電源部４００による印加電圧が正電圧である時の信号出力電流（第１の信号出力電流）をｉａとし、印加電圧が負電圧である時の信号出力電流（第２の信号出力電流）をｉｂとして両者の差をＩとすると、この差電流Ｉは数式１によって表される。
［数式１］
Ｉ＝ｉａ−ｉｂ＝（ｉ１＋ｉｔｈ）−（−ｉ２＋ｉｔｈ）＝ｉ１＋ｉ２
すなわち、差電流Ｉは、熱起電力電流ｉｔｈが相殺されて電離電流ｉ１，ｉ２だけの和になる。
【００２８】
電離箱３００の放射線に対する電流感度は予め測定可能であり、印加電圧が正電圧の時の電流感度をα１とし、負電圧の時の電流感度をα２とすると、この場合の放射線の線量率Ｒは、数式２となる。
［数式２］
Ｒ＝Ｉ／（α１＋α２）
【００２９】
また、この時の熱起電力電流ｉｔｈは、数式３によって求めることができる。
［数式３］
ｉｔｈ＝ｉａ−ｉ１＝ｉａ−｛α１・Ｉ／（α１＋α２）｝
【００３０】
ここで、図２（ａ）は電源部４００による印加電圧が正電圧の時の信号出力電流ｉａ、図２（ｂ）は負電圧の時の信号出力電流ｉｂをそれぞれ示し、また、図２（ｃ）は正高圧印加時と負高圧印加時との差を示す模式図である。
これらの図には、電離箱３００の周辺の温度変化により信号出力電流ｉａ，ｉｂが変動する様子を併せて示してある。
【００３１】
放射線検出装置が検出したい値は数式２に示した線量率Ｒであるが、この線量率Ｒを求めるためには、数式１に示したように、正高圧印加時及び負高圧印加時における信号出力電流ｉａ，ｉｂの測定結果が必要となる。
従って、電源部４００による印加電圧の極性を反転させて信号出力電流ｉａ，ｉｂを測定し、その差を求めることにより、熱起電力電流ｉｔｈが除去された電離電流ｉ１，ｉ２の和としての差電流Ｉを算出可能であり、この差電流Ｉと電流感度α１，α２とを用いれば数式２によって線量率Ｒを求めることができる。
【００３２】
なお、高圧の印加電圧の極性を切り替えると出力の安定に若干の時間を要し、極性を頻繁に切り替える場合には測定値の欠損時間が長くなる。このため、印加電圧の極性切替はある程度の時間間隔をおいて断続的に行うと共に、ある時点の熱起電力電流ｉｔｈを数式３により算出し、次の時間間隔までは、算出した熱起電力電流ｉｔｈを信号出力電流ｉａ，ｉｂからそれぞれ差し引いて電離電流ｉ１，ｉ２を求めることで、測定値の欠損時間を短くすることができる。
【００３３】
図２に示したような温度変化による信号出力電流の変動は数時間のオーダーで現れるため、印加電圧の極性切替の時間間隔はある程度長くしても良い。
例えば、正高圧印加を３０分間行って信号出力電流ｉａを測定し、その後に、負高圧印加を１０秒間（出力の安定時間を含む）行って信号出力電流ｉｂを測定すれば良い。
【００３４】
次に、図３は、本発明の第２実施形態であり、図１の第１実施形態を具体化したものである。
この第２実施形態では、＋２００［Ｖ］の正高圧電源６０１と、−２００［Ｖ］の負高圧電源６０２とを備え、印加電圧を切り替えるためのリレーに高電圧用リレー７０１〜７０３及びリレー７０４を用いている。ここで、リレー７０１〜７０４は請求項における切替手段に相当する。
【００３５】
また、図１の信号処理部５００に相当する構成として、信号出力電流ｉａ，ｉｂを電圧に変換する電流／電圧変換器８０１と、その出力電圧を周波数に変換するＶ／Ｆコンバータ８０２と、その出力信号を用いて数式１〜数式３等の演算処理を行うＣＰＵ８０３とを備えている。
なお、ＣＰＵ８０３は、リレー７０１〜７０４の開閉制御も行う。
【００３６】
図３では、高圧電極３０１と信号電極３０２との間に正高圧電源６０１から＋２００［Ｖ］を印加する場合を示しており、−２００［Ｖ］を印加する場合には、リレー７０１，７０４を０［Ｖ］側に切り替えてからリレー７０３をリレー７０２側に、リレー７０２を負高圧電源６０２側にそれぞれ切り替え、その後にリレー７０４を電流／電圧変換器８０１側に切り替えれば良い。
【００３７】
図４は、本発明の第４実施形態を示している。この第４実施形態は、＋２００［Ｖ］の正高圧電源６０１と０［Ｖ］とをリレー７０１，７０４によって切り替え、それぞれの状態で信号出力電流ｉａ，ｉｂを測定してその差電流Ｉを算出すると共に、この差電流Ｉと電離箱３００の放射線に対する電流感度とに基づいて放射線の線量率Ｒを演算するものである。この場合、前述した数式１〜数式３では、ｉ２＝０，α２＝０として計算すれば良い。
この実施形態によれば、電源部の簡略化によるコストの低減が可能になる。
【符号の説明】
【００３８】
１００：電源用ケーブル
１０１：芯線
１０２：樹脂絶縁物
１０３：金属被覆
２００：信号用ケーブル
２０１：芯線
２０２：樹脂絶縁物
２０３：金属被覆
３００：電離箱
３０１：高圧電極
３０２：信号電極
３０３：容器
４００：電源部
４０１：正高圧電源
４０２：負高圧電源
４０３，４０４：リレー
５００：信号処理部
５０１：電流測定回路
５０２：演算回路
７０１〜７０４：リレー
８０１：電流／電圧変換器
８０２：Ｖ／Ｆコンバータ
８０３：ＣＰＵ
【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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