(57)【要約】【課題】放射線モニタを欠測なしでオンライン診断することができ、更に、半導体検出器と半導体検出器用電源とを別々に定期的にオンライン自動診断することができる放射線モニタを提供する。【解決手段】放射線の入射時に所定の幅のパルスを出力し、光パルスの入射時に所定の幅とは異なる幅のパルスを出力する半導体検出器１と、前記半導体検出器の出力パルスの幅を弁別し、放射線によるパルスに対応した出力パルスを生ずるパルス幅弁別手段６と、前記半導体検出器の出力パルスの波高値スペクトルを測定する波高値スペクトル測定手段８と、前記パルス幅弁別手段の出力及び前記波高値スペクトル測定手段の出力にもとづいて放射線を測定する放射線測定手段９とを備えた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射時に所定の幅のパルスを出力し、光パルスの入射時に所定の幅とは異なる幅のパルスを出力する半導体検出器と、前記半導体検出器の出力パルスの幅を弁別し、放射線によるパルスに対応した出力パルスを生ずるパルス幅弁別手段と、前記半導体検出器の出力パルスの波高値スペクトルを測定する波高値スペクトル測定手段と、前記パルス幅弁別手段の出力及び前記波高値スペクトル測定手段の出力にもとづいて放射線を測定する放射線測定手段とを備えたことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項２】
前記半導体検出器に電圧を供給する電源の出力電圧を監視するようにしたことを特徴とする請求項１記載の放射線モニタ。
【請求項３】
前記波高値スペクトル測定手段によって測定したスペクトルにもとづき、測定対象の波高値以下に波高値ウィンドウを設定すると共に、前記波高値ウィンドウの計数率を前記放射線測定手段によって演算し、初期値と比較することにより前記半導体検出器または半導体検出器用電源の劣化を監視することを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線モニタ。
【請求項４】
前記半導体検出器用電源の出力側に接続され、前記電源出力の直流成分をカットして交流成分を出力する直流カット手段と、前記直流カット手段の出力と前記半導体検出器の出力とを切り換えて前記波高値スペクトル測定手段に入力する切換手段とを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の放射線モニタ。
【請求項５】
前記放射線測定手段からのテストパルスと、前記半導体検出器の出力とを切り換えて前記パルス幅弁別手段に入力する第２の切換手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の放射線モニタ。
【請求項６】
前記放射線測定手段に通信手段を介して接続された監視操作手段を設け、前記放射線測定手段を遠隔監視あるいは遠隔操作し得るようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の放射線モニタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射線モニタ、例えば原子力発電所、病院、研究所等で使用される半導体検出器を用いた放射線モニタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放射線モニタのための放射線センサには、例えば、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層との間に特に抵抗の大きいＩ型半導体層（低不純物濃度層）を設けたＰＩＮ型フォトダイオードが半導体検出器として使用されている。
また、放射線モニタの健全性を診断する手段として、光パルスを半導体検出器のＰＩＮ型フォトダイオードに照射して光パルスに対応する半導体検出器の出力パルスの波高値を監視するようにしたものが知られている。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−７２９３０号公報（ｐ３、左欄１８行−同３９行、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線モニタは、前記のように構成され、健全性の診断に際して半導体検出器に光パルスを照射すると、放射線モニタの指示が上昇して正確な測定ができなくなるため、照射前に放射線モニタの運転状態をテストモードに切換えてテスト警報を発信させて報知する操作が必要であり、テスト期間中は放射線モニタが欠測となる結果、欠測なしでのオンライン診断ができないという問題点があった。更に、半導体検出器を構成する半導体センサは、劣化するとリーク電流が増加してそれにともない定常ノイズが増加する現象、及び半導体検出器用電源が劣化するとリップルが増加する現象があり、これらが運用中の指示上昇トラブルの原因となるが、定期的に自動でオンライン診断ができないという問題点があった。
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、放射線モニタを欠測なしでオンライン診断することができ、更に、半導体検出器と半導体検出器用電源とを別々に定期的にオンライン自動診断することができる放射線モニタを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる放射線モニタは、放射線の入射時に所定の幅のパルスを出力し、光パルスの入射時に所定の幅とは異なる幅のパルスを出力する半導体検出器と、前記半導体検出器の出力パルスの幅を弁別し、放射線によるパルスに対応した出力パルスを生ずるパルス幅弁別手段と、前記半導体検出器の出力パルスの波高値スペクトルを測定する波高値スペクトル測定手段と、前記パルス幅弁別手段の出力及び前記波高値スペクトル測定手段の出力にもとづいて放射線を測定する放射線測定手段とを備えたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。  図１は、実施の形態１による放射線モニタの構成を示すブロック図である。この図において，半導体センサ１は放射線が入射することにより電流パルスを出力するもので、例えばＰ型半導体層とＮ型半導体層の間に特に抵抗の大きいＩ型半導体層（低不純物濃度層）を有するＰＩＮ型フォトダイオードによって構成されている。この場合、Ｉ型半導体層が放射線に対して感度を有しており、放射線の入射時に生成された電子と正孔が後述するバイアス電圧による電位勾配で電極に収集されて電流パルスを出力するもので、バイアス電圧が変動すると前記の電子と正孔の収集率が変化して放射線に対する感度が変動するものである。なお、半導体センサは、例えば放射線環境下で長期間使用するとその積算線量に応じて劣化し感度が低下することが知られている。
【０００７】
プリアンプ２は前記半導体センサ１と共に半導体検出器を構成するもので、前記半導体センサ１の出力としての電流パルスを積分して電圧パルスに変換するものである。半導体検出器用電源３は前記半導体センサ１と前記プリアンプ２にバイアス電圧を供給するものである。パルス増幅器４は前記プリアンプ２の出力としての電圧パルスを増幅するものである。波高弁別器５は前記パルス増幅器４の出力パルスを入力して波高値が所定の値未満のパルスをノイズとして除去し、かつ、波高値が所定の値以上のパルスに対応してパルスを出力するものである。
パルス幅弁別器６は前記パルス増幅器４の出力パルスを入力してパルス幅が所定の値を超えるパルスをノイズとして除去し、かつ、パルス幅が所定の値以下のパルスに対応してパルスを出力するものである。論理回路７は前記波高弁別器５の出力と前記パルス幅弁別器６の出力との論理積でパルスを出力するようにされている。
【０００８】
波高値スペクトル測定手段としての多重波高分析器８は前記パルス増幅器４の出力パルスを入力して波高値に対応した頻度のデータを出力するようにされている。放射線測定手段としてのレートメータ９は前記論理回路７の出力パルスと前記多重波高分析器８の出力データを入力してパルスの計数、計数率の計算、工学値変換、得られたデータにもとづく設定値との比較及び自己診断等の演算を行うと共に、表示及び警報発信を行うものである。ＬＥＤ１０は光パルスを発生して前記半導体センサ１に照射するようにされており、前記レートメータ９からのテストパルスにもとづいて動作するＬＥＤドライバー１１によって駆動される。
このＬＥＤ１０は放射線センサ１に対して放射線と同様に感度を有するように波長と強度が選定されているが、更に、放射線センサ１の出力パルスが放射線の入射による場合と光パルスの入射による場合とでパルス幅が異なるように光パルスの幅が選定されている。
【０００９】
図２は、この発明の実施の形態１における光パルス照射状態でのパルス増幅器４の出力パルスを示す図である。この図において、ａはパルス増幅器４の出力パルスを示すものであり、ａｌとａ３は放射線の入射によるもの、ａ２とａ５は光パルスの入射によるもの、ａ４はノイズによるものである。
また、ｃは波高弁別器５の波高弁別レベルを示すものであり、パルスの波高値がｃ未満のａ４をノイズとして除去し、ｃ以上のａｌ、ａ２、ａ３、ａ５に対応して出力パルスを発生する。ｄはパルス幅弁別器６においてパルス幅を弁別する時にパルス幅を特定するレベルである。ｔｌとｔ３はそれぞれ放射線による出力パルスａｌとａ３に対応したパルス幅であり、ｔ２とｔ５は光パルスによる出力パルスａ２とａ５に対応したパルス幅である。パルス幅弁別器６では基準のパルス幅ｔｓ（図示していないが、ｔ２、ｔ５より小さく、ｔ１、ｔ３より大きく設定される）が設定されており、ｔｓを超える幅のパルスをノイズとして除去し、ｔｓ以下の幅のパルスに対応してパルスを出力する。また、波高弁別器５とパルス幅弁別器６の出力の論理積により、すなわちａｌとａ３に対応して論理回路７からパルスが出力される。したがって、レートメータ９では放射線によるパルスのみが計数され、光パルスは計数されないため、放射線モニタはオンラインの状態で放射線センサ１に対して光パルスを照射することができる。
【００１０】
図３は、この発明の実施の形態１における光パルス照射状態での多重波高分析器８の出力の波高値スペクトルを示す図である。この図において、横軸はパルス増幅器４の出力パルスの波高値、縦軸は頻度としてのカウント、ｅはバックグラウンドスペクトル、ｆは波高弁別器５の波高弁別レベルである。ｇは光パルスによる光パルススペクトルピークの初期値、ｈは半導体検出器用電源３のバイアス電圧がマイナス変動した場合または半導体センサが放射線等で劣化した場合の光パルススペクトルピーク、ｉは半導体検出器用電源３のバイアス電圧がプラス変動した場合の光パルススペクトルピークを示す。光パルスを半導体センサ１に照射すると通常のバックグラウンドスペクトルに光パルススペクトルが上積みされた波高値スペクトルになる。したがって、レートメータ９からテストパルスを出力してＬＥＤドライバー１１を駆動し、ＬＥＤ１０を発光させ、半導体センサ１に光パルスを照射し、レートメータ９で光パルススペクトルピークを検出し、それをその初期値と比較することにより、半導体検出器用電源３及び半導体センサ１の健全性をオンラインで診断することができる。診断機能は定期的に自動で動作するが、マニュアル操作も可能である。
【００１１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２による放射線モニタの構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、半導体検出器用電源３の出力電圧が入力され、測定データをレートメータ９に出力するＡ／Ｄ変換器１２を設けた点である。  Ａ／Ｄ変換器１２の測定データはレートメータ９に入力されて常時監視されるので、半導体センサ１と半導体検出器用電源３とを別々にオンライン診断することができる。
【００１２】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。この実施の形態による放射線モニタの構成は、図１または図４と同様であるため図示を省略する。図５は、実施の形態３を説明するための図で、半導体センサ１の劣化または半導体検出器用電源３の劣化によるバックグラウンドスペクトルの変化を示す図である。この図において、横軸はパルス増幅器４の出力パルスの波高値、縦軸は頻度としてのカウント、ｊはバックグラウンドスペクトルの初期値、ｋは半導体検出器用電源３の劣化または半導体センサ１の劣化が進行した状態でのバックグラウンドスペクトルを示す。多重波高分析器８の測定データをもとに、測定対象の波高値すなわち波高弁別器５の弁別レベル以下の波高値ウィンドウの計数率をレートメータ９で演算して求め、初期値と比較し、計数率の増加が所定の範囲を超えた場合に警報を発信する。このようにノイズレベルの波高値の計数率の増加を監視することにより、半導体センサ１または半導体検出器用電源３の劣化を監視することができる。
【００１３】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４による放射線モニタの構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、多重波高分析器８の入力側にレートメータ９の切換信号ＣＳ１によって切り換え操作される第１の切換回路１４を設け、半導体検出器用電源３の出力側に接続され、電源出力の直流成分をカットして交流成分を出力するコンデンサ１３の出力とパルス増幅器４の出力とを切り換えて入力し得るようにした点である。この第１の切換回路１４をレートメータ９からの切換信号によって定期的に自動切換えを行なうことにより、多重波高分析器８は半導体検出器用電源３のリップルを測定し、その測定データをもとにレートメータ９が所定のウィンドウを設け、その計数率を求めて初期値と比較し、計数率の増加が所定の範囲を超えたら警報を発信する。この結果、半導体センサ１および半導体検出器用電源３の劣化の進行を別々に監視することができる。
【００１４】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図７は、実施の形態５による放射線モニタの構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、パルス増幅器４の入力側にレートメータ９の切換信号ＣＳ２によって切り換え操作される第２の切換回路１５を設け、プリアンプ２の出力と、レートメータ９から出力されるテストパルスとを切り換えて入力し得るようにした点である。前記テストパルスはＬＥＤドライバー１１の入力を分岐したものである。放射線モニタの指示が変動して光パルスによる自己診断に異常がない場合は、レートメータ９は多重波高分析器８の測定データをもとに測定対象の波高値ウィンドウに対する計数率を求めて論理回路７のパルスをもとに計数した計数率と比較チェックを行い、それに変動が認められ、かつ、変動方向が同じであれば放射線による変動とみなす。これらの自己診断は自動で行われるが、念のため測定系のチェックを行う場合には、マニュアルで第２の切換回路１５の切換を行えば検出系と測定系を別々に診断することができる。なお、テストパルスは通常は固定周波数で十分であるが、周波数を可変にすれば定期検査等で測定系のループチェック（入出力の周波数応答）を自動で行うことができる。
【００１５】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態５による放射線モニタの構成を示すブロック図である。この図において、１６はレートメータ９に接続された第１の通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）、１７は光ケーブル、１８は第２の通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）、１９は監視・操作装置である。このような構成とすることにより、レートメータ９の演算結果が、第１の通信Ｉ／Ｆ１６で伝送信号に変換されて光ケーブル１７を経由して伝送され、第２の通信Ｉ／Ｆ１８で受信されて監視・操作装置１９で表示され遠隔で監視できる。また、双方向通信により、送受信を逆にすれば監視・操作装置１９から遠隔操作することができる。
【００１６】
【発明の効果】
この発明に係る放射線モニタは、放射線の入射時に所定の幅のパルスを出力し、光パルスの入射時に所定の幅とは異なる幅のパルスを出力する半導体検出器と、前記半導体検出器の出力パルスの幅を弁別し、放射線によるパルスに対応した出力パルスを生ずるパルス幅弁別手段と、前記半導体検出器の出力パルスの波高値スペクトルを測定する波高値スペクトル測定手段と、前記パルス幅弁別手段の出力及び前記波高値スペクトル測定手段の出力にもとづいて放射線を測定する放射線測定手段とを備えたものであるため、光パルスを照射しても放射線モニタの指示が上昇せず、したがって放射線モニタを欠測させることなくオンラインで半導体検出器と半導体検出器用電源を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による放射線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における光パルス照射状態でのパルス増幅器の出力パルスを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における光パルス照射状態での多重波高分析器出力の波高値スペクトルを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による放射線モニタの構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３を説明するための図で、半導体センサの劣化または半導体検出器用電源の劣化によるバックグラウンドスペクトルの変化を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４による放射線モニタの構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態５による放射線モニタの構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態６による放射線モニタの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  半導体センサ、    ２  プリアンプ、    ３  半導体検出器用電源、
４  パルス増幅器、    ５  波高弁別器、    ６  パルス幅弁別器、
７  論理回路、    ８  多重波高分析器、    ９  レートメータ、
１０  ＬＥＤ、    １１  ＬＥＤドライバー、    １２  Ａ／Ｄ変換器、
１３  コンデンサ、    １４  切換回路、    １５  第２の切換回路、
１６  第１の通信Ｉ／Ｆ、    １７  光ケーブル、
１８  第２の通信Ｉ／Ｆ、    １９  監視・操作装置。
【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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