(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の電極から離間した少なくとも第１の電極に隣接した分布型光ファイバ音響／振動検知のための少なくとも１つの光ファイバと、光ファイバに結合され、分布型音響感知を実行するインタロゲート装置ユニットと、電位差を第１の電極および第２の電極に印加する回路とを備え、第１の電極と第２の電極との間にガスを含んでいる放射線検出器装置。
【請求項２】
電位差を第１の電極および第２の電極に印加する回路が、電流制限回路を備える、請求項１に記載の放射線検出器装置。
【請求項３】
印加される電位差が、ガスの電離された原子／分子の存在が雪崩増倍を引き起こすように十分に高くされる、請求項１または２に記載の放射線検出器装置。
【請求項４】
光ファイバの長手に沿って間隔をおいて離間し、各電極対が第１の電極および第２の電極を備える複数の電極対を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項５】
第１の電極および第２の電極が、光ファイバの長手の少なくとも一部に亘って延びる細長い電極である、請求項１から４のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項６】
第１の電極および第２の電極が、長さ１００ｍより長くされる、請求項５に記載の放射線検出器装置。
【請求項７】
第１の電極および第２の電極が、長さ１ｋｍより長くされる、請求項５に記載の放射線検出器装置。
【請求項８】
光ファイバが、第１の電極または第２の電極の少なくとも一方に結合されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項９】
光ファイバが、第１の電極に取り付けられている、請求項８に記載の放射線検出器装置。
【請求項１０】
光ファイバが、電離放射線の存在するところで発生する放電から光ファイバを保護するためにコーティングまたはバリア層を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項１１】
光ファイバが、電離放射線に起因する破損から光ファイバを保護するためにコーティングまたはバリア層を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項１２】
光ファイバが、光ファイバを保護するためにコーティングまたはバリア層を備え、第１の電極および／または第２の電極は、光ファイバと共にケーブル構造体の内部に配置されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項１３】
第１の電極および第２の電極が、電極間でガスをそのままにするために、少なくとも一部のセクションにおいて、多孔性材料によって分離されている、請求項１２に記載の放射線検出器装置。
【請求項１４】
第１の電極と第２の電極との間にガスを充填することができる少なくとも１つの空隙が存在する、請求項１２または１３に記載の放射線検出器装置。
【請求項１５】
第１の電極および第２の電極が、使用中にガスを収容できる一連の空洞の中を通り抜ける、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項１６】
空洞が、特殊な共振周波数をもたらすサイズを有するように配置されている、請求項１５に記載の放射線検出器装置。
【請求項１７】
第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも一方が、導電性ワイヤを備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項１８】
少なくとも１つの電極が弓状断面をもつ導体を備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項１９】
第１の電極が、管として形成されている、請求項１８に記載の放射線検出器装置。
【請求項２０】
第２の電極が、光ファイバを少なくとも部分的に取り囲むように配置されている、請求項１９に記載の放射線検出器装置。
【請求項２１】
第１の電極と第２の電極とを分離するガスが、空気である、請求項１から２０のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項２２】
第１の電極および第２の電極が、密閉環境の内部に配置されている、請求項１から２１のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項２３】
第１の電極および第２の電極を分離するガスと電離放射線源との間に少なくとも１つのバリア層を備える、請求項１から２２のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項２４】
バリア層が、特殊なタイプの電離放射線を除去するように調整された特性を有する、請求項２３に記載の放射線検出器装置。
【請求項２５】
バリア層の前記特性が、電極および光ファイバの長手に沿って変化する、請求項２４に記載の放射線検出器装置。
【請求項２６】
検出器装置が、２次電離を介して放射線を検出するように構成されている、請求項１から２５のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項２７】
電離放射線を放出することにより入射放射線に反応する材料を備える、請求項２６に記載の放射線検出器装置。
【請求項２８】
中性子吸収に反応して電離放射線を放出する中性子吸収材料を備える、請求項２７に記載の放射線検出器装置。
【請求項２９】
装置の少なくとも一部の上に、他の形式の電離放射線を実質的に遮断または減衰させる遮蔽層を備える、請求項２８に記載の放射線検出器装置。
【請求項３０】
光ファイバが、電極から光ファイバへの効率的な熱伝達を可能にするために電極のうちの少なくとも一方に結合されている、請求項１から２９のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項３１】
インタロゲート装置ユニットが、インタロゲート用光学的放射線を光ファイバの中へ発射し、ファイバ内部から後方散乱された光学的放射線を検出するように構成されている、請求項１に記載の放射線検出器装置。
【請求項３２】
インタロゲート装置ユニットが、光ファイバの複数の検知部の各々に対して、前記検知部によって検出された信号を示す測定信号を生成するために、検出された後方散乱された放射線を処理するように構成されている、請求項３１に記載の放射線検出器装置。
【請求項３３】
電離事象に関連付けられた信号を検出するために前記測定信号を処理するプロセッサを備える、請求項３２に記載の放射線検出器装置。
【請求項３４】
電位差を第１の電極および第２の電極に印加する回路が、印加された電位差を時間に亘って変調するように構成されている、請求項１から３３のいずれか一項に記載の放射線検出器装置。
【請求項３５】
電位差が、周期的にオフにされるか、または、電離事象に反応して荷電粒子のカスケードを引き起こすために不十分な低レベルまで低減される、請求項３４に記載の放射線検出器装置。
【請求項３６】
第１の電極と第２の電極との間の電位差が、存在する電離放射線に関する分光分析情報を決定するために時間に亘って変調される、請求項３４に記載の放射線検出器装置。
【請求項３７】
ガスの中で互いに分離された第１の電極と第２の電極との間に、ガスの電離が電極間に荷電粒子のカスケードを引き起こすように十分な電位差を印加することと、
分布型音響センサを設けるために前記第１の電極および／または第２の電極に隣接して配備された光ファイバにインタロゲートすることと、
荷電粒子のカスケードに関連付けられた信号を見つけるため前記分布型音響センサを監視することと、
を備える放射線検出方法。
【請求項３８】
電離放射線を検出するための分布型放射線検出器であって、
第１の電極と第２の電極との間にガスを有する互いに離間した第１および第２の細長い電極と、
前記第１および第２の細長い電極の経路に沿って配備された検知光ファイバを備える分布型音響センサと、
を備える分布型放射線検出器。
【請求項３９】
電離放射線を検出するために２つの電極の間にスパークによって発生された音響信号を検出するための分布型音響センサの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを使用した電離放射線の検出のための方法および装置と、特に、分布型光ファイバ放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電離放射線を検出および／または監視することが望まれる様々な用途が存在する。たとえば、原子力産業において、発電所の内部の様々な場所で放射線レベルを監視することが望まれることがある。多くの場合、このような監視は、遠隔的かつ自動的に行われ得ることが望ましい。同様に、放射性線源を使用する病院の放射線部門およびその他の機関は、設置型放射線検出器の必要性もある。
【０００３】
所定の場所で監視を行うため利用される放射線検出器は、典型的に、ガス電離検出器、または、半導体放射線検出器のような固体検出器である傾向がある。
【０００４】
周知のガイガーミュラー管のようなガス電離検出器は、典型的に、ガス雰囲気内に、ガスの破壊電圧より低い電位差が印加された２つの近接した電極を備える。電離放射線の存在下で、ガスの原子または分子のうちの一部は、電離され、結果として生じる電子およびイオンは、電流が電極間に流れることを可能にする。電流の流れは検出され、電離放射線の存在の指標として使用される可能性がある。印加された電位差の強さは、検出事象毎に比較的大きい電流パルスを引き起こす雪崩増倍をガス内に引き起こすために比較的高くなることがある。
【０００５】
半導体放射線検出器は、検出器材料内に電子正孔対を作り出す電離放射線によって引き起こされた、結果として得られる電流を測定することにより動作する。半導体検出器は、高速応答時間を提供するが、ガス電離検出器より遥かに高価である傾向がある可能性があり、漏れ電流を削減するために冷却を必要とすることがある。
【０００６】
このような放射線検出器は、所定の場所で電離放射線を測定するためにこの場所で動作する。多くの用途では、複数の異なった検出器は、十分なカバレッジを設けるために、たとえば、十分な領域カバレッジを設けるために、および／または、設備内部の異なった場所で監視を行うために様々な場所に位置しなければならない。各検出器は、給電されなければならず、典型的に、これの読みを１つ以上の制御センタのような遠隔場所に通信できなければならない。その結果、このような放射線検出器を設置する際に比較的大きなコストおよび複雑さが存在する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、上記問題のうちの少なくともいくつかを緩和する放射線検出器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、第２の電極から離間した少なくとも第１の電極に隣接した分布型光ファイバ音響／振動検知のため適した少なくとも１つの光ファイバを備え、第１の電極と第２の電極との間にガスを含んでいる放射線検出器装置が提供される。
【０００９】
動作中に、電位差が第１の電極と第２の電極との間に印加されるものである。装置は、その結果、第１と第２の電極間の電位差を印加する回路を備えることがある。電位差は、比較的高くなるが、ガスの破壊電圧より低くなることがある。特に、電位差は、ガスの電離された原子／分子の存在が雪崩増倍を引き起こすように十分に高くなることがある。このように、電離放射線の存在下では、ガスの一部の原子／分子が電離され、電極間の荷電粒子のカスケードに、たとえば、スパークを生じさせることがある。
【００１０】
光ファイバは、電極に隣接し、分布型音響検知のため適している。分布型音響検知（ＤＡＳ）は、光ファイバが検知ファイバとして配設され、（本明細書においては、可視光および紫外線または赤外線を意味するように理解されるべきである）光学的放射線を用いてインタロゲートされる既知のタイプの検知である。光ファイバ内部から後方散乱させられた放射線は、検出され、検知ファイバの異なる長手方向断面、すなわち、チャネルにおいて光ファイバに作用する音響刺激に関する情報を明らかにするために分析される。典型的に、インタロゲート光学的放射線は、光学的放射線の１つ以上のパルスを備え、１つ以上の時間ビン内で後方散乱放射線を分析することにより、光ファイバの１つ以上の離散した検知部に入射する音響信号が検出される可能性がある。従って、ＤＡＳセンサは、接触していてもよい（接触している必要はない）光ファイバの検知部のリニア検知アレイとしての役割を効果的に果たす。ファイバの検知部の長さは、インタロゲート放射線および後方散乱信号に適用された処理の特性によって決定されるが、典型的に、数メートルから数十メートル程度の検知部が使用されることがある。本明細書において使用されるように、音響という用語は、光ファイバに歪みの変化という結果をもたらすことがあるどのようなタイプの圧力波または機械的外乱を意味し、不確かさの回避のため、音響という用語は、超音波および亜音速波を含むように解釈されることに注意すべきである。
【００１１】
本発明の実施形態では、光ファイバは、既知の分布型音響検知技術を使用して監視されることがある。上述のとおり、電離放射線の存在下では、ガスが電離されることがあり、電極間に印加された電位差のために、荷電粒子のカスケード、すなわち、スパークが生じることがある。カスケードは、結果的に荷電粒子の流れをもたらすだけではなく、概して、ガス媒体中に圧力波、すなわち、音響波も生成するものである。換言すると、使用中に、電離放射線の存在によって引き起こされたスパークは、概して、比較的激しいことがある鋭い音を伴うものである。分布型音響センサは、カスケードによって発生させられた音響波を検出し、従って、放電が起こったという指標を提供し、よって、電離放射線の存在を示す可能性がある。分布型音響センサは、実際には、荷電粒子のスパークまたはカスケードに関連付けられた音を「聴取」する可能性がある。長時間に亘る検出事象の回数は、所定の場所での電離放射線のレベルの指標を提供するものである。
【００１２】
荷電粒子のカスケードは、分布型音響センサによって付加的または代替的に検出される可能性がある熱信号をさらに発生させるものである。スパークこそがガスおよび電極の発熱を引き起こすことになる。分布型音響センサが電極の一方に接近して位置している、たとえば、結合されている場合、カスケードによって発生させられた熱のうちの少なくとも一部は、光ファイバに、または、少なくともクラッディング／ジャケット層に移ることになる。スパークは、比較的短期間に亘って温度に比較的大きい変化を結果的にもたらすことがある。これは、光ファイバの屈折率の変調と、ことによるとファイバ材料の熱膨張との結果として生じる光路長変化をもたらすものである。かくして、光ファイバ／ジャケット材料の比較的急速な発熱は、比較的急速な歪みのような外乱を結果としてもたらすものである。この熱誘導経路長変化は、音響圧力波に加えて、または、音響圧力波の代わりに、分布型音響検出器によって検出される可能性がある時間的スケールである。ある種の事例では、熱誘導外乱を検出することは、より信頼性の高い電離事象の検出を提供することがある。
【００１３】
当業者は、分布型音響センサがファイバの何らかの外乱作用を決定するためにファイバの連続的なインタロゲートに応答してファイバの所定の検知部から返された信号を比較することを認識するであろう。このようなセンサは、音響周波数で入射振動の優れた検出を提供する可能性がある。しかしながら、このようなセンサは、典型的に、低周波数歪みおよび遅い温度変化を高い信頼性で検出できる能力が低く、実際には、このような低周波数効果は、雑音としてみなされることがある。しかし、荷電粒子のカスケードによって引き起こされた発熱効果は、比較的急速な発熱と、その後に続くより緩やかな冷却とを結果として生じるものであり、分布型音響センサからの返答の中に信頼できるシグネチャを作り出すことが本発明者によって認識されている。
【００１４】
当業者は、光ファイバに基づく分布型温度検知（ＤＴＳ）がブリルアン散乱および／またはラマン散乱の影響を受けた光を検出し、そして、温度を決定するために光を分析することに依拠する別の既知の技術であることをさらに認識するであろう。殆どのＤＴＳシステムは、正確な測定量を提供するために比較的長い時間平均を必要とすること、そして、従来型のＤＴＳシステムは、典型的に、荷電粒子のカスケードによって生成された熱パルスを検出するためには、時間分解能と、さらに温度分解能とが不足するものであることに注意を要する。
【００１５】
本発明の実施形態は、従って、電離放射線の存在下で荷電粒子のカスケードを発生させるために２つの離間した導体を使用するが、カスケードに起因する音響圧力波もしくは熱的外乱、または、両方が原因であることがあるカスケードに関連付けられた外乱を検出するために光ファイバ分布型音響センサを使用する。
【００１６】
光ファイバは、従って、検知ファイバと検知データを検知場所から適当な制御ステーションに運ぶ手段との両方を兼ねる。
【００１７】
一実施形態では、光ファイバの長手に沿って間隔をおいて離間した複数の電極対が存在することがあり、各電極対は、第１の電極および第２の電極を備える。前述のとおり、ＤＡＳでは、光ファイバは、複数の離散的な検知部を提供する可能性がある。光ファイバは、その結果、少なくともいくつかの電極対が使用されているファイバの異なった検知部に関連付けられるようにインタロゲートされ得る。すなわち、１つの場所にある１組の電極対に関連付けられた検出事象は、別の電極対に関連付けられた検出事象と区別される可能性がある。このようにして、同じ光ファイバが２つの異なった場所にある電極対からの検出事象を別々に監視するために使用される可能性がある。
【００１８】
一実施形態では、第１の電極および第２の電極は、光ファイバの長手の少なくとも一部に亘って延びる細長い電極であることがある。第１の電極および第２の電極は、長さ１００ｍより長い、長さ５００ｍより長い、または長さ１ｋｍより長いということがある。発明の本実施形態は、分布型電離放射線検出器を提供する。
【００１９】
本実施形態では、第１の電極および第２の電極は、使用中に、上述のとおり、これらに電位差が印加されるものであり、（電極間に適当なガスを含んでいる）電極の長手に沿った何らかの場所は、電離放射線の存在下で荷電粒子のカスケードをもたらすことがあり、このようにして、関連した場所で刺激を作り出すことがある。上述のとおり、光ファイバは、複数の離散的な検知部を提供するためにインタロゲートされる可能性があり、従って、電離事象に関連付けられた外乱は、光ファイバの個別の検知部で検出される可能性がある。すなわち、細長い電極および光ファイバの配置構成は、領域を通り抜け、実質的に、電離放射線の複数の個別の検出器を提供する可能性がある。本発明の本実施形態は、従って、種々の場所で電離放射線を検出する非常に使いやすい方法を提供する。本実施形態による分布型放射線検出器は、容易に設置される可能性があり、（監視対象領域から離れた一方の端部で行われる可能性がある）電位差が電極に印加されることと、同様に監視対象領域から離れている可能性がある光ファイバの端部の光学的なインタロゲートとを必要とするだけである。従って、電力を複数の点センサに供給する、または、複数の点センサからデータを受信する複雑な配置構成の必要性がない。
【００２０】
光ファイバの検知部の長さは、使用されたインタロゲート用の光学的放射線の特性と後続の分析とによって決定される可能性がある。たとえば、光ファイバは、長さ数十メートル程度の複数の連続的な検知部を提供するためにインタロゲートされることがある。従って、各々の１０ｍのセクションは、別個の検出器としての役目を果たす。各スパーク、すなわち、電離事象によって発生させられた音響／熱信号は、検出可能であるが、刺激は、この刺激が検知部と検知部との間の境界に非常に接近して現れない限り、（配置構成に応じて）２つ以上の検知部で検出できる可能性が低い。このようにして、各検知部は、主に独立した検出器を提供する可能性がある。より詳細に後述されるように、光ファイバ内部の検知部の空間サイズおよび場所は、インタロゲート用の放射線および／または分析の特性を変化させることにより、使用中に変化させられる可能性もある。これは、固定点センサと共に存在しない分布型放射線検出器の動作中にある程度の柔軟性を提供する。
【００２１】
本実施形態が必要とすることは、長さが比較的長い、すなわち、長さ数百メートルまたは数キロメートル程度の電極に電位差が印加されることである。しかし、大きな電流フローが必要とされることなく、従って、電力需要が比較的低い。
【００２２】
荷電粒子のカスケードをもたらす電離事象の場合、電極の内部に電流が発生させられることになることに注意すべきである。このような電流パルスを検出することが可能であることがあるが、数百メートル以上の長さをもつ電極に対して、小さい電流パルスを正確に検出することは、低抵抗電極の使用を必要としなければ困難であることがあり（結果としてコストが高く）、起こり得る干渉および信号対雑音比に関して大きな問題があることがある。しかし、電流パルスが確実に検出されたとしても、電流パルスの検出は、電極の長手に沿ってどこかで少なくとも１つの電離事象が起こったことだけを指示することになることに注意を要する。５００ｍ以上の程度の長さをもつ電極に対して、電離事象が起こった場所に関して不十分な情報を提供することがある。さらに、異なった場所で起こっているが、同時の電流パルスを発生させる２つの事象を区別することは、可能ではないであろう。このようにして、結果として得られる電流を調べることだけでは、電極の長手に沿った電離放射線の場所に関する有意な情報を提供しないであろう。
【００２３】
しかしながら、本発明の実施形態によって、電離事象の場所は、光ファイバの検知部の空間分解能の範囲内で決定される可能性があり、異なった場所での同時事象は、別々に検出されるものである。
【００２４】
しかし、ある種の実施形態では、電極内で発生させられた電流は、監視されることがある。電極内を流れる全電流と、さらに分布型光ファイバセンサによって検出された電離事象とを監視することにより、電離放射線に関するある種の付加情報を決定すること、および／または、何らかのキャリブレーションを行うことが可能であることがある。たとえば、最初の時点で、電離事象の唯一の供給源が背景放射線であるとみなす。このことは、ファイバの長手に沿ってランダムな場所で起こっている事象を検出することをもたらすことがあり、電極内に第１の値をもつ電流を発生させることがある。後の時点で、顕著により多くの電離事象がファイバの所定の場所で、たとえば、ファイバの少数の連続した検知部から検出された場合、このことは、放射線源がこの場所を照射していることを示す。この時点で、電極内の全電流は、第２の値に増加していることがある。この電流の増加は、ファイバの当該セクションで作用する電離事象の増加に原因すると仮定される可能性がある。電流の増加は、従って、所定の場所で起こっている電離事象の量の別の指標を提供する。従って、全電流を測定することは、電極の長手に沿って起こる電離事象の回数の指標、および、この回数が長時間に亘ってどのように変化するかを提供することがあり、分布型光ファイバセンサは、電離事象が起こる場所の特定、および、事象の回数の別の測定を可能にする。
【００２５】
一実施形態では、光ファイバは、第１の電極または第２の電極の少なくとも一方に結合される、すなわち、機械的に結合されることがある。このことは、光ファイバまでの荷電粒子のカスケードによって発生させられた音響刺激のカップリング、および／または、電極から光ファイバまでのカスケードによって発生させられた熱の流れを改善する可能性がある。このようにして、たとえば、典型的に少なくとも１つのクラッディングまたはジャケット層に配置されるものである光ファイバは、たとえば、第１の電極に取り付けられることがある。光ファイバに結合された電極は、好ましくは、光ファイバと同じおおよその方向に沿って延びるように配置される。
【００２６】
光ファイバは、電離放射線の存在下で起こる放電から光ファイバを保護するためにコーティングまたはバリア層を有することがある。光ファイバは、光ファイバを電離放射線による破損から保護する材料でさらに被覆されることがある。
【００２７】
光ファイバと電極との間の材料は、所望の熱特性を有するように、たとえば、光ファイバジャケットへの良好な熱伝達、たとえば、比較的高い伝導性および／または熱拡散、および／または、ある種の例では、（ファイバの発熱によって引き起こされる屈折率の変調は、熱膨張より大きい影響がある可能性が高いけれど）比較的高い熱膨張率を提供するように選択されることがある。
【００２８】
一実施形態では、第１の電極および／または第２の電極は、光ファイバと共にケーブル構造体の内部に配置されることがある。換言すると、光ファイバケーブル構造体は、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも一方を含むことがあり、両方を含むことがある。ケーブルが第１の電極および第２の電極を両方共に含む場合、これらの電極は、少なくともある種のセクションにおいて、電極間でガスをそのままにするために多孔性材料によって分離されることがあり、および／または、電極間にガスで充填される可能性がある少なくとも１つの空隙が存在することがある。換言すると、ケーブルは、ガスが浸透し得るように、または、第１の電極と第２の電極との間に収容され得るように設計されることがある。一実施形態では、第１の電極および第２の電極は、使用中にガスを収容する一連の空洞を通り抜けることがある。空洞は、特殊な共振周波数をもたらすサイズを有するように配置されることがある。スパークによって引き起こされた圧力波の場合、空洞は、共振周波数で共振することがある。共振周波数を検出することは、電離事象を検出するのに役立つことがある。
【００２９】
第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも一方は、導電性ワイヤを備える。しかし、一実施形態では、少なくとも一方の電極は、弓状断面をもつ導体を備えることがある。たとえば、第１の電極は、弓状断面を含んで配置されることがあり、第２の電極を少なくとも部分的に取り囲むように配置されることがある。第１の電極は、管として形成されることがある。一実施形態では、第２の電極は、弓状断面を同様に有することがあり、光ファイバを少なくとも部分的に取り囲むように配置されることがある。第２の電極は、管を構成することがある。
【００３０】
第１の電極と第２の電極とを分離するガスは、空気であると都合がよいことがある。従って、第１の電極と第２の電極とは、使用中に電極間の空気をそのままにするために環境に通じることがある空隙を残したまま分離されることがある。付加的または代替的に、第１の電極および第２の電極は、少なくとも所定の位置で、空気に対する多孔性をもつが、使用中に荷電粒子のカスケードをそのままにする絶縁体材料によって分離されることがある。
【００３１】
しかし、特に、第１の電極および第２の電極がケーブル構造体の一部を形成するある種の実施形態では、電極は、密閉環境の内部に配置されることがある。このような実施形態では、ガスは、ケーブル構造体の製造中に封止された空気でもよいが、他の実施形態では、好ましい場合、異なったガス、たとえば、空気より容易に電離される、および／または、電離誘導放電が起こったときに、より大きい音響信号を生成するガスが使用される。密閉環境では、ガスは、空気であるか、または、他のガスであるかを問わずに、加圧されることがある。しかし、密閉環境では、電離放射線は、電離が検出されることを引き起こすようにガスに到達するためにバリア層を通過しなければならない。ガスを環境から封じ込めるために構造体内で使用される材料は、電離放射線に最小限の影響しか提供しないように、すなわち、かなりの量の電離放射線が収容されたガスの中に入ることを可能にするように選択されることがある。しかし、検出対象である放射線のタイプ、たとえば、アルファ放射線、ベータ放射線、またはガンマ放射線に応じて、材料は、電離放射線がガスに到達するためのある程度のフィルタリングまたは変調を提供するように調整されることがある。
【００３２】
その結果、概して、第１の電極および第２の電極を分離するガスと、電離放射線の入射方向との間に少なくとも１つのバリア層が存在することがある。バリア層は、特殊なタイプの電離放射線を除去するために調整された特性を有することがある。たとえば、バリア層は、アルファ粒子を吸収するため、または、低エネルギー放射線を遮断するために十分に厚くされることがある。
【００３３】
バリアは、電極および光ファイバの長手に沿って変化することがある。第１のセクションでは、有意なバリア層が存在しないことがあるが、第２のセクションでは、たとえば、アルファ粒子が電極を分離するガスに到達することを阻止するバリア層が存在することがある。第１のセクションおよび第２のセクションが光ファイバの異なった検知部にある場合、第１のセクションから検出された音響／熱的事象は、電離放射線の全量を示すことがあるが、第２のセクションからの信号リターンは、バリア層を通過するために十分にエネルギーに満ちた非アルファ粒子からの電離事象だけを表すであろう。
【００３４】
上述のとおり、ある種の実施形態では、第１の電極および第２の電極は、様々な空洞を通過することがある。一実施形態では、少なくともある種の空洞は、互いに異なる共振周波数を有するように調整される。異なった共振周波数をもつ少なくともある種の空洞は、異なったバリア材料を有することがある。このように、いくつかの空洞は、各空洞が異なったフィルタ材料を有する状態でＤＡＳセンサの単一の検知部の内部に配置されることがある。カスケード放電に起因する音響信号を検出することは、電離事象を示し、関連付けられた共振周波数を検出することは、事象が起こった特殊な空洞を示すことがある。このことは、電離放射線の特性に関するある種の情報を提供する可能性がある。
【００３５】
上記実施形態は、当該ガスを直接的に電離する電離放射線を検出するものである。しかし、ある種の実施形態では、検出器装置は、付加的または代替的に、２次電離を介して放射線を検出するように配置されることがある。従って、センサは、電離放射線を放出することにより入射放射線に反応する材料を備えることがある。たとえば、ガスの方向電離を引き起こさない中性子を検出するために、装置は、中性子吸収に反応して電離放射線を放出する中性子吸収材料を備えることがある。このようにして、何らかの入射中性子は、中性子吸収材料、すなわち、高い中性子吸収断面をもつ材料によって吸収されることがあり、結果として、中性子吸収材料から電離放射線の２次放射線を生じる。この２次電離放射線は、ガスの直接電離を引き起こし、このようにして、上述のとおり検出される可能性があるスパークをもたらす可能性がある。適当な中性子吸収材料は、ホウ素１０でもよいが、その他も知られている。
【００３６】
直接電離を引き起こす放射線から中性子に起因する事象を隔離するために、装置は、センサの少なくとも一部の上に、他の形式の電離放射線を実質的に遮断または減衰させる遮蔽層を備えることがある。ある種の実施形態では、中性子吸収材料は、遮蔽層の少なくとも一部を構成することがある。
【００３７】
この場合も、装置は、中性子に反応する１つ以上のセクション、たとえば、遮蔽層および中性子吸収材料を用いて、そして、直接電離放射線に反応する１つ以上のセクションを用いて、すなわち、遮蔽層および中性子吸収層なしで配置されることがあり、各セクションは、同じ装置が中性子と直接電離放射線とを検出するために使用されることを可能にするためにＤＡＳセンサの異なった検知部に対応する。
【００３８】
本発明の実施形態は、上記装置と、光ファイバに結合され、光ファイバ上で分布型音響検知を実行するインタロゲート装置ユニットと、電位差を第１の電極および第２の電極に印加する回路とを備える放射線検出器を提供する。
【００３９】
しかしながら、分布型音響検知の技術は、（光学的放射線のパルスを用いて光ファイバにインタロゲートすること、後方散乱された放射線を検出すること、および、何らかの経路長変化に起因する変化についてこのような放射線を分析することの点から）使用されることがあり、検出は、音響圧力波の検出に加えて、もしくは、代えて、荷電粒子のカスケードに関連付けられた熱事象に起因する特徴シグネチャを探索することがあることは、上述から明瞭であろう。このようにして、不確かさを避けるため、分布型音響センサという用語は、本明細書において、分布型音響検知に適した分布型光ファイバセンサ、すなわち、検知ファイバの比較的高速の経路長変化（しかしながら、発生されている）に反応するセンサを指す。
【００４０】
インタロゲート装置ユニットは、インタロゲート光学的放射線を光ファイバの中へ発射し、ファイバ内部から後方散乱された光学的放射線を検出するように構成されている。インタロゲート装置ユニットは、光ファイバの複数の検知部の１つずつに対して、前記検出部によって検出された信号を示す測定信号を生成するために検出された後方散乱放射線を処理するようにさらに構成されることがある。
【００４１】
装置は、電離事象に関連付けられた信号を検出するために前記測定信号を処理するプロセッサをさらに備えることがある。たとえば、プロセッサは、スパークまたはカスケード放電を表す信号、すなわち、おそらく、特徴周波数もしくは周波数の広がり、および／または、急速な発熱に起因する急速なスパイクと引き続く冷却に起因する急降下を含む比較的強烈な、短持続期間の音響信号を検出するために信号を分析することがある。
【００４２】
使用中に、第１の電極および第２の電極に電位差を印加する回路は、印加された電位差を長時間に亘って変調するように配置されることがある。
【００４３】
電位差は、周期的にオフにされる、または、荷電粒子のカスケードを電離事象に反応させるために不十分な低レベルまで低減されることがある。ＤＡＳセンサは、電離事象によって発生させられた外乱だけでなく、他の入射音響信号にも反応するものであることが認識されるであろう。電離事象によって生成された信号、および／または、急速な発熱に起因する検出信号中のスパイクと引き続く冷却に起因するベースラインへの緩やかな降下、おそらく、特徴周波数もしくは周波数の広がりを含む信号、すなわち、比較的強烈な、短持続期間の音響信号の特徴シグネチャは、ある種の実施形態では、何らかの背景音響信号から完全に区別できる。この事例では、電離事象に起因する信号は、容易に識別され、ＤＡＳセンサの光ファイバに入射したどんな背景雑音信号からも区別されることがある。しかし、少なくともある種の実施形態では、電離事象に起因する信号の検出を改善するためにファイバに作用する背景雑音を決定することが望まれることがある。電離放射線に反応した刺激を実質的に停止するために第１の電極と第２の電極との間で電位差を周期的に低減することにより、背景雑音は、直接的に決定され、電離事象に起因する音響信号についての後続の識別において使用される可能性がある。
【００４４】
付加的または代替的に、第１の電極と第２の電極との間の電位差は、存在している電離放射線に関する分光分析情報を決定するために長時間に亘って変調されることがある。電極間で電位差を変化させることにより、カスケード放電が起こる前に必要とされる電離の量もまた変化させられる。たとえば、比較的低エネルギーの粒子は、ガスの中を通過するとき、数個のガス分子／原子しか電離しないことがある。高い電位差が印加された状態で、このことは、雪崩増倍を引き起こすために数個のイオン／電子が加速されるので、荷電粒子のカスケードをもたらすことがある。より低い印加電位差で、低エネルギー粒子は、カスケードを作るために十分な電離粒子を生成しないことがある。従って、電位差を変化させ、かつ、カスケード放電に起因する検出信号の個数について監視することにより、放射線のエネルギー内容に関する情報が決定されることがある。
【００４５】
発明は、電離放射線を検出する方法にさらに関係する。本発明の別の態様では、ガス中で互いに分離された第１の電極と第２の電極との間に、ガスの電離が電極間に荷電粒子のカスケードを引き起こすように十分な電位差を印加することと、分布型音響センサを提供するために前記第１の電極および／または第２の電極に隣接して配備された光ファイバにインタロゲートすることと、荷電粒子のカスケードに関連付けられた信号を見つけるため前記分布型音響センサを監視することとを備える、放射線検出の方法が提供される。
【００４６】
本発明の本態様の方法は、本発明の第１の態様と同じ利益および利点の全てを提供し、同じ実施形態の全てで動作させられる可能性がある。
【００４７】
本発明の全般的な実施形態は、互いに離間した第１および第２の細長い電極と、前記第１および第２の細長い電極の経路に沿って配備された検知光ファイバを含む分布型音響センサとを備える分布型放射線検出器を提供する。
【００４８】
発明は、電離放射線を検出するために２つの電極の間でスパークによって発生させられた信号を検出する分布型音響センサの使用にも関係する。
【００４９】
発明は、今度は添付図面に関連して単なる一例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の分布型音響センサを例示する図である。
【図２】本発明による放射線検出器の実施形態を例示する図である。
【図３】複数の電極対を有する放射線検出器を例示する図である。
【図４】本発明による分布型放射線検出器の実施形態を例示する図である。
【図５】発明の実施形態による第１のケーブル構造体を示す図である。
【図６】発明の実施形態による第２のケーブル構造体を示す図である。
【図７】中性子を検出するため適した実施形態を例示する図である。
【図８】本発明の実施形態による放射線検出器を使用する分光写真記録を例示する図である。
【図９ａ】記録されたスパーク放電の時系列を例示する図である。
【図９ｂ】記録されたスパーク放電の時系列を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明は、分布型音響検知技術を電離放射線の検出／監視に適用する。
【００５２】
図１は、従来の分布型光ファイバ検知装置構成の概略を表す。検知ファイバ１０４の長手は、一方の端部でインタロゲート装置１０６に着脱式に接続されている。インタロゲート装置１０６からの出力は、インタロゲート装置と同じ場所に位置することがある、または、インタロゲート装置から離れていることがある信号プロセッサ１０８に、場合によっては、実際には、適切に仕様が定められたＰＣによって実現されることがあるユーザインターフェース／グラフィカルディスプレイ１１０に送られる。ユーザインターフェースは、信号プロセッサと同じ場所に位置することがあり、または、信号プロセッサから離れていることがある。
【００５３】
検知ファイバ１０４は、長さが何キロメートルにもなることがあり、たとえば、長さが４０ｋｍ以上である可能性がある。検知ファイバは、ファイバブラッググレーティングなどのような故意に導入された反射場所の必要なしに、電気通信用途において日常的に使用されるような標準的な変更なしのシングルモード光ファイバであることがある。検知を行うために標準的な光ファイバの変更なしの長さを使用する能力は、低コストの、容易に入手可能なファイバが使用されることがあることを意味する。しかし、ある種の実施形態では、ファイバは、入射する振動に特に感応するように製造されたファイバを備えることがある。使用中に、ファイバ１０４は、監視対象である関心領域に配備される。
【００５４】
動作中に、インタロゲート装置１０６は、たとえば、選択された周波数パターンを有する一連の光パルスを含むインタロゲート電磁放射線を検知ファイバの中へ発射する。光パルスは、内容が参照によって本明細書に組み込まれた、英国特許公開第２，４４２，７４５号明細書に記載されたように周波数パターンを有することがあるが、単一のインタロゲートパルスに依拠するＤＡＳセンサもまた既知であり、使用されることがある。本明細書において使用されるように、用語「光」は、可視スペクトルに限定されることなく、光学的放射線は、赤外放射線および紫外放射線を含むことに注意を要する。英国特許公開第２，４４２，７４５号明細書に記載されているように、レイリー後方散乱の現象は、ファイバに入力された光のある一部分が、ファイバ付近での音響的／機械的外乱を表す出力信号を提供することが検出されたインタロゲート装置に反射されて戻されるという結果をもたらす。インタロゲート装置は、その結果、既知の光周波数差によって分離された複数の光パルスを生成するため、少なくとも１つのレーザ１１２と少なくとも１つの光変調器１１４とを備えると都合がよい。インタロゲート装置は、ファイバ１０４の内部の固有の散乱場所からレイリー後方散乱させられた放射線を検出するために配置された少なくとも１つの光検出器１１６をさらに備える。レイリー後方散乱ＤＡＳセンサは、本発明の実施形態において非常に有用であるが、ブリルアン散乱またはラマン散乱に基づくシステムもまた公知であり、発明の実施形態において使用され得る。
【００５５】
光検出器からの信号は、信号プロセッサ１０８によって処理される。信号プロセッサは、たとえば、英国特許公開第２，４４２，７４５号明細書に記載されているように、光パルスの間の周波数差に基づいて返送された信号を復調すると都合が良い。信号プロセッサは、英国特許公開第２，４４２，７４５号明細書に記載されているように位相アンラップアルゴリズムをさらに適用することがある。光ファイバの様々なセクションからの後方散乱光の位相は、その結果、監視される可能性がある。ファイバ上に歪みを引き起こす入射圧力波、または、屈折率の変調を引き起こす光ファイバケーブルの局所的な急速発熱に起因したものであるようなファイバの所定のセクション内部の有効光路長の変化は、その結果、検出される可能性がある。
【００５６】
光入力の形式および検出の方法は、単一の連続ファイバが離散的な長手方向検知部に空間的に分解されることを可能にする。すなわち、１つの検知部によって検知された音響信号は、隣接した部分で検知された信号と実質的に独立に提供される可能性がある。このようなセンサは、光ファイバ内で本質的に処理された固有の散乱を使用し、従って、光ファイバ全体を通じて検知機能を分布するので、完全分布型または固有のセンサとみなされることがある。光ファイバの検知部の空間分解能は、たとえば、およそ１０ｍでもよく、これは、４０ｋｍ程度のファイバの連続した長手に対して、たとえば、４０００個の独立した音響チャネルを提供し、または、４０ｋｍのファイバに沿ってそのように配備される。
【００５７】
ＤＡＳは、多くの環境で、たとえば、周囲監視のため採用されている。本発明の実施形態は、放射線検出器を可能にする際にＤＡＳを使用する。
【００５８】
放射線検出器の原理は、図２に関連して例示される。図２は、発明の一実施形態による放射線検出器の断面図を左に、そして、側面図を右に示す。図２は、第１の電極２０１に隣接して、図１に関連して上述されたような検知光ファイバである光ファイバ１０４を示す。第１の電極は、第２の電極２０２から空隙ｄによって分離されている。電極２０１および２０２は、適当などんな導電性電極、たとえば、導電性ワイヤなどでもよい。電極は、絶縁スペーサ２０３のような支持構造体によって所望の距離ｄだけ離れて保持され、使用される電極間の空間は、ガスで充填される。ある種の実施形態では、電極間の隙間は、局所的な環境に通じることがあり、使用中にこの隙間は、その結果、空気で充填される。
【００５９】
使用中に、電位差Ｖは、適当な回路（図２に示されない）によって電極２０１および２０２に印加される。印加された電位差は、比較的高いが、当該ガス、本事例では、空気の破壊電圧に満たない。印加された電位差は、たとえば、（電極の分離ｄに基づいて）３ｋＶ／ｍ程度でもよい。電離放射線がない場合、印加電圧は、従って、ガスの破壊を引き起こすために不十分である。
【００６０】
しかし、電離放射線が存在する場合、電離放射線がガスの１個以上の原子または分子が電離される電離事象２０４を結果としてもたらすことがある。結果として得られる電子およびイオンは、比較的高い電位差によって加速されるものであり、雪崩増倍を引き起こすことがある。荷電粒子のカスケードは、その結果、（相対的な極性に応じて）電極に流れることがある。事実上、電離放射線は、カスケード放電、たとえば、スパークを結果としてもたらすために十分なガス原子／分子を電離する。これは、電流の瞬間的な流れという結果になるが、ガス中に音響波をさらに作り出すものである。この音響刺激は、検知光ファイバに入射するものであり、上述のとおりに音響刺激として検出される可能性がある。
【００６１】
荷電粒子のカスケード、すなわち、スパークは、スパーク付近で電極２０１の発熱を引き起こすものである。この熱の少なくとも一部は、光ファイバ１０４に流れ、たとえば、光ファイバの屈折率の変調から、経路長の比較的急速な変化を結果として生じることがある。これは、突然の歪みが加えられたのと同様の形式で、光ファイバからの測定信号に検出可能な変化を結果としてもたらすことがある。発熱は、比較的急速、たとえば、１０ｍｓなどの程度になるであろう。ファイバは、その後、ある期間に亘って、たとえば、０．５秒程度冷える。この影響は、同様に検出される可能性がある、急速な変化とその後に続く前のレベルまでの緩やかな降下を含む特徴シグネチャをＤＡＳセンサからの測定信号に生じる可能性がある。このようにして、音響圧力波に反応した突然の強烈な信号を検出することに加えて、または、代えて、スパークによって引き起こされた急速発熱に起因する信号が検出されることがある。
【００６２】
本発明の実施形態は、このようにして、電離放射線の存在下でガス放電事象の結果であるスパークを効率的に監視するためにＤＡＳセンサを使用する。長時間に亘って各検知部で検出されたこのような事象の個数は、光ファイバの各検知部で電離放射線の量の指標を提供するために使用される可能性がある。
【００６３】
光ファイバ１０４によって検出された音響信号を最大化するために、ファイバは、少なくとも１つの電極に結合されることがある。図２に示されるように、光ファイバは、電極２０１に結合され、電極２０２から遠ざかるが、別の実施形態では、第２の電極は、光ファイバにさらに結合されるように位置付けられること２０５があり得る。ファイバを電極のうちの一方に結合することは、スパークに起因した電極からファイバへの熱伝達をさらに最大化し、従って、熱シグネチャを最大化することがある。
【００６４】
スパークから光ファイバを保護するために、光ファイバは、(光ファイバのための通常のジャケット材料の一部または付加的な保護層でもよい)コーティング２０６の中に配置されることがある。コーティング２０６は、ファイバを保護するが、高い熱拡散または伝導性のような所望の熱特性を提供するために選ばれることがある。
【００６５】
光ファイバは、電極２０１ａおよび２０２ａの第１の対と電極２０１ｂおよび２０２ｂの第２の対とを通り過ぎる光ファイバを例示する図３に示されるように、第１の電極および第２の電極の複数の対に隣接して配備されることがある。ＤＡＳセンサは、電極対の少なくとも一部が異なった検知部に存在するように配置されることがある。従って、電極対２０１ａおよび２０２ａは、第１の検知部１０４ａに存在し、電極対２０１ｂおよび２０２ｂは、第２の検知部１０４ｂに存在する。
【００６６】
しかし、ある種の実施形態では、電極２０１および２０２は、長さが数百メートル以上の程度の細長い電極でもよい。図４は、光ファイバ１０４がこれの長手のかなりの部分に沿って通る第１の電極２０１および第２の電極２０２を有する実施形態を示す。検知ファイバは、上述のとおり複数の検知部を提供するためにインタロゲートされることがある。各検知部は、この検知部の内部でカスケード放電の結果として生じる音響事象を検出するものである。このようにして、様々な電離事象の場所は、光ファイバの検知部の空間分解能の範囲内で検出される可能性がある。上述のとおり、ＤＡＳは、長さ１０ｍなどの程度の空間検知部を含む長さ４０ｋｍまで、または、これ以上の程度の光ファイバ上で利用される可能性があり、４０００個の検知チャネルを提供する。
【００６７】
たとえば、設備内部の一連の場所で放射線検知を行うために、導電性ワイヤ（たとえば、標準的な銅ワイヤなど）のような細長い電極を含む光ファイバは、建物の中を通って所望のパターンで置かれることがある。光ファイバおよび電極は、主要な場所を取り囲むように配置されることがある。増加した感度が要求される領域では、光ファイバおよび電極は、検出の変化を最大化するために複数のループを有するように配置されることがある。ファイバおよび電極は、センサの有効空間分解能を変化させるためにパターン状に配置されることがあり、たとえば、ファイバが長さ１０ｍの検知部を提供するためにインタロゲートされ、かつ、少なくとも長さ１０ｍの光ファイバの部分が所定の場所において１ｍの距離の範囲内に配置される場合、この部分の有効空間分解能は、１ｍであろう。
【００６８】
検出される放射線のタイプに応じて、光ファイバおよび電極は、壁構造体に取り付けられて、もしくは、空洞壁内部のような壁構造体の内部に位置し、床の上または下、および／または、天井空間の中を通って延びるように配置され、あるいは、ローブに取り付けられることがある。
【００６９】
長さ数キロメートル程度の単一のファイバは、同様の長さの電極と一緒に、かなりの程度のカバレッジを提供することができるが、図１に示されるようにインタロゲート装置ユニット１０６が一方の端部に接続されることだけを必要とする。電圧差は、図４に示されるように適当な回路４０１によって第１の電極および第２の電極の各々の一方の端部にさらに印加される可能性がある。従って、組み合わされた光ファイバおよび電極は、インタロゲート装置ユニット１０６および回路４０１を収容する適当な制御室から延ばされることがある。
【００７０】
本発明の実施形態は、従って、比較的高い電位差が長さ数百メートルまたは数キロメートルでさえある導体に印加されることを必要とするが、かなりの電流が伝達されることを必要とすることなく、このようにして、電力要件は、比較的妥当である。
【００７１】
明らかに、センサは、突然の短絡を防止するように配備されるべきであり、回路４０１は、かなりの電流が引き出されることを防止するために電流制限回路を有することがある。
【００７２】
電極および光ファイバは、電極および光ファイバを支持し、かつ、構造的完全性および保護をもたらすケーブル構造体に形成されると都合が良いことがある。一実施形態では、図５に示されるように、光ファイバ１０４が電極２０１および２２に結合されている図２に示されるような配置構成は、多孔性材料５０２で充填されることがある適当な外側ジャケット材料５０１の内部に位置している。多孔性材料５０２は、ガスが侵入することを可能にする多くの空隙または隙間を含む構造体ということがあり得る。多孔性材料は、概して、電離放射線の存在下でスパーク放電を許容するために十分な多孔を有することによって電極間の電位差が維持されるように絶縁性であるべきである。
【００７３】
ジャケット材料は、好ましくは、検出することが望ましい電離放射線を遮断すべきではなく、従って、ある種の事例では、アルファ粒子のような放射線がガスに到達することを可能にするために、比較的薄いこと、および／または、穿孔されることがある。
【００７４】
別の実施形態では、図６に示されるように、第１の電極および第２の電極は、互いに、および／または、光ファイバを少なくとも部分的に取り囲む実質的に弓状の導体として配置されることがある。
【００７５】
図６は、第２の管状導体６０３によって両方共に取り囲まれた、管状の第１の導体６０２によって取り囲まれた光ファイバ６０１を示す。光ファイバ６０１は、スパーク放電から保護するために保護ジャケット材料６０４によって保護されることがある。ジャケット材料は、ファイバ６０１によって検出される熱シグネチャを最大化するために所望の熱特性、すなわち、光ファイバ６０１への熱の伝導性を提供するように選ばれることがある。第１の電極６０２と第２の電極６０３との間の空間６０５は、大部分空隙でもよく、または、上述のとおり多孔性材料で充填されてもよい。ある種の実施形態では、ケーブル構造体の内部のガスは、環境から密閉される。これは、空気とは異なるガスが使用されることを可能にする、および／または、ガスが加圧されることを可能にする。しかし、他の実施形態では、たとえば、第２の電極６０６内の１つ以上の孔６０６を介するケーブル構造体の内部から外側への流れ経路が存在する。構造的な完全性を維持することに役立つように、１つ以上の支持構造体６０７が存在することがある。
【００７６】
発明の本態様による放射線検出器は、既に説明したとおり動作するが、ガスに到達する電離放射線は、検出される可能性がある音響／熱信号が付随する電離事象を引き起こすことがある。空隙を取り囲む第２の電極６０３の存在は、一部の放射線がガスに到達することを妨げることがあることが認識されるであろう。放射線検出器は、その結果、本質的に、ある一定のエネルギーを上回る電離放射線だけを検出することがある。しかし、他の実施形態では、第２の電極は、放射線のための入口窓を設けるために多くの場所に穿孔されることがある。
【００７７】
構造体は、センサ構造体を保護することがある、および／または、ある一定のタイプもしくはエネルギーの電離放射線が通過することだけを許可することによりさらなるフィルタリングを行うために配置されることがある少なくとも１つの外側ジャケット層６０８を備えることがある。しかし、この場合も、外側ジャケットは、空気の流れを許可するために、および／または、放射線のための入口窓を提供するために１つ以上の孔６０９が設けられることがある。
【００７８】
コーティング材料は、異なった場所が異なったタイプ／エネルギーの放射線に感受性があるようにケーブル構造体の長手に沿って変えられることがある。コーティングは、異なった検知部が様々に反応するように、ファイバの検知部の長さの程度のセクションで変えられることがある。しかし、一実施形態では、空隙６０５は、ケーブル構造体の長手に沿って、各空洞の長さが異なった共振周波数を提供するために調整されている一連の空洞に分割されることがある。空洞内のスパークは、その後、空洞の共振周波数で比較的強い成分を有する音響信号を生成することがある。様々なコーティングは、様々な空洞に対応して変わることがある。
【００７９】
電位差を印加する回路４０１は、印加された電位差を長時間に亘って変調するようにさらに配置されることがある。
【００８０】
電位差は、周期的にオフにされる、または、電離事象に反応して荷電粒子のカスケードを引き起こすために不十分である低レベルまで低減されることがある。電離放射線に反応して刺激を実質的に停止するために第１の電極と第２の電極との間の電位差を周期的に低減することにより、背景雑音は、直接的に決定され、電離事象に起因した音響信号の引き続く識別で使用される可能性がある。
【００８１】
第１の電極と第２の電極との間の電位差は、存在する電離放射線に関する分光分析情報を決定するために長時間に亘ってさらに変調されることがある。電極間の電位差を変えることにより、カスケード放電が起こる前に必要とされる電離の量も変えられる。このようにして、電位差を変え、カスケード放電に起因する音響信号の個数を監視することにより、放射線のエネルギー内容に関する情報が決定されることがある。
【００８２】
上記実施形態は、当該ガスを直接電離する電離放射線を検出するものである。しかし、ある種の実施形態では、検出器装置は、図７に示されるように、２次電離を介して放射線を検出するように配置される。図７は、ガスの方向電離を引き起こすことがない中性子を検出するため適したセンサを例示する。光ファイバ１０４と第１の電極２０１および第２の電極２０２とに加えて、装置は、中性子吸収に反応して電離放射線を放出する中性子吸収材料７０３を備えることがある。中性子吸収材料は、遮蔽材料７０１内の空隙７０２の隣に配置される。空隙は、電極間にガスを収容できる。遮蔽材料は、直接電離放射線を遮断するが、中性子の通過を許可する。いずれの入射中性子も中性子吸収材料７０２、すなわち、ホウ素１０のような高い中性子吸収断面を含む材料によって吸収されることがあり、中性子吸収材料からの電離放射線の２次放出を結果として生じる。この２次電離放射線は、ガスの直接電離を引き起こし、従って、既に説明したとおりに検出される可能性があるスパークをもたらす可能性がある。
【００８３】
本発明の実施形態の原理を例示するために、アクリル酸塩ジャケット材料を有する光ファイバは、光ファイバの外側層として（図６に例示された要素６０１、６０４および６０２と同様に）第１の電極を形成するように（銀ＤＡＧコーティングを使用して）銀で被覆された。ファイバ／電極組み合わせ体は、その後、銅導体である第２の電極の近くで空気中に配置された。５ｋＶの電位差が第１の電極と第２の電極との間に印加され、電極間の距離に、自発放電を結果として生じさせた分離より僅かに大きい分離が設定された。換言すると、電極は、ファイバの周りの電界が空気の破壊電圧をほんの少し下回るように配置された。この実験的な配置構成では、電極間の分離は、およそ３ｍｍであった。
【００８４】
Ａｍ  ２４１の０．９μＣｉ供給源が５．５ＭｅＶアルファ放射線を供給するために使用された。供給源がファイバ近くにある強い電界に非常に接近していたとき、アルファ粒子の電離痕跡は、放電を始動させるために十分であった。供給源の距離および角度は、放電率が低く保たれるように維持された。
【００８５】
光ファイバは、分布型音響検知インタロゲート装置ユニットを使用してインタロゲートされた。ＤＡＳインタロゲートユニットは、光学的放射線の信号パルスを用いてファイバに繰り返しインタロゲート、ファイバの内部からレイリー後方散乱された放射線を検出し、連続したインタロゲートの間の強度変動に基づいて測定信号を発生させた。
【００８６】
図８は、電離放射線誘導スパーク放電に晒されたファイバから撮影された３分間記録の分光写真を示す。記録中の１０６秒および１６５秒で、銅導体は、ファイバに非常に近付けられ、結果として、連続的な自発放電をもたらす。８０１と呼ばれる周波数のスパイクは、従って、このような連続的な放電の結果である。
【００８７】
しかし、分光写真には、放射線誘導放電に起因する少なくとも一部が８０２と呼ばれるある程度の数の他のスパイクが存在することが分かる。
【００８８】
従って、荷電粒子の放射線誘導カスケードによって作り出された外乱は、分布型音響センサからの信号リターン中で明瞭に検出できることが分かる。
【００８９】
図９ａおよび図９ｂは、典型的なスパーク放電からの時系列データを例示する。これらは、連続したサンプルがサンプルレート２．５ｋＨｚで獲得された、所定の検知チャネルから検出された後方散乱光のパワー／強度を時間に対して例示する。検出された後方散乱の強度に顕著な急速変化がベースラインへ戻るより緩やかな戻りと共に存在することが分かる。
【００９０】
最大値の半分までの立ち上がり時間は、約１０ｍｓであり、減衰時定数は、約０．５秒である。これらのスパークシグネチャは、主に熱入力から発生するように思われ、すなわち、最大値まで高速発熱し、その後、室温まで緩やかに減衰するように思われる。発熱のための１０ｍｓ程度の期間は、光ファイバの中心に到達するために、瞬間的なエネルギーパルスの熱拡散に対して予想される期間と一致している。熱は、ファイバに沿って伝達するものであるが、これは、全膨脹がおおよそ同じままであるべきであるので、信号の振幅を著しく変化させてはならない（熱膨張および温度変化の両方が第１近似に線形である）。
【００９１】
冷却の点から、熱は、空気への損失によって、伝導／対流によって、および放熱によって、環境に失われるものである。試験が数百マイクロ秒に亘って熱源を使用して発熱し、そして、ファイバが冷えるときに長時間に亘る周波数変化を観察することにより被覆ファイバ上で実施された。数秒間の冷却期間が観察された。従って、スパーク放電に対して検出された時系列は、放電に起因した光ファイバの発熱および冷却と整合性がとれている。
【００９２】
その結果、電離放射線によって引き起こされた２つの電極の間の放電は、電極のうちの少なくとも一方の近くに位置している、または、好ましくは、少なくとも電極に結合された光ファイバ上で分布型音響検知技術を使用することにより検出される可能性があることが分かる。
【００９３】
発明は、様々な実施形態に関連して説明されている。特に断らない限り、説明された様々な特徴は、一緒に組み合わされることがあり、一実施形態からの特徴は、他の実施形態において利用されることがある。
【００９４】
上記実施形態は、発明を限定するのではなく例示すること、および、当業者は、請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施形態を設計できるものであることに注意すべきである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語句は、請求項に列挙されていない要素またはステップの存在を除外することなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数形を除外することなく、単一の特徴または他のユニットは、請求項に記載された数個のユニットの機能を果たすことがある。請求項中の符号または呼び名は、請求項の範囲を限定するために解釈されるべきではない。
【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９ａ】
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【図９ｂ】
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