(57)【要約】本発明は、放射性流体の核種含有量を決定するためのデバイスに関する。デバイスは、流体を受け取るためのスペース（２）、スペース（２）中の流体から放出されるγ放射を検出するための一次検出器（６）、および検出したγ放射に基づいて、流体の核種含有量を決定するための処理部材（１０）を備えている。一次検出器（６）は、スペースに向かって導かれたフロント・エンドを有する第１の検出器部分（８）、および第１の検出器部分（８）とスペース（２）の間に、前記フロント・エンドに隣接して配列された第２の検出器部分（９）を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を受け取るためのスペース（２）と、スペース（２）中の流体から放出されるγ放射を検出するための一次検出器と、検出したγ放射に基づいて、流体の核種含有量を決定するための処理部材とを備えた、放射性流体の核種含有量を決定するためのデバイスであって、一次検出器（６）が、スペース（２）に向かって導かれたフロント・エンドを有する第１の検出器部分（８）、および第１の検出器部分（８）とスペース（２）の間に、前記フロント・エンドに隣接して配列された第２の検出器部分（９）を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
第２の検出器部分（９）が、プレート様の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
第２の検出器部分（９）が、ＨＰＧｅ検出器を備えることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４】
第２の検出器部分（９）が、平らなＨＰＧｅ検出器であることを特徴とする請求項２および請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
第１の検出器部分（８）および第２の検出器部分（９）が、前記２つの部分にモノリシック・セグメント化された共通結晶によって形成されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
第１の検出器部分（８）および第２の検出器部分（９）が、互いに隣接して配列された個別結晶によって形成されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
デバイスが、第１の検出器部分（８）、第２の検出器部分（９）およびスペース（２）を貫通して延びた中心軸（ｘ）を有することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
第２の検出器部分（９）の中心軸（ｘ）に対する半径方向の広がりが、第１の検出器部分（８）の半径方向の広がりより小さいことを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
第１の検出器部分（８）および第２の検出器部分（９）が、処理部材（１０）に接続されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
デバイスが、スペースおよび一次検出器（６）に向かって導かれたフロント・エンドを有する二次検出器（７）を備えることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
中心軸（ｘ）が、二次検出器（７）を貫通して延びることを特徴とする請求項７および請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
二次検出器（７）が、ＢＧＯ検出器およびＮａＩ（Ｔｌ）検出器のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１０および請求項１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
二次検出器（９）が、処理部材（１０）に接続されることを特徴とする請求項１０から請求項１２までのいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
第１の検出器部分（８）が、ＨＰＧｅ検出器およびＮａＩ（Ｔｌ）検出器のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
スペース（２）が、エンクロージャ（３）によって画定されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
デバイスが、流体をスペース（２）に実質的に連続的に供給するための入口通路（４）、および流体をスペース（２）から実質的に連続的に排出するための出口通路（５）を備えることを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
流体が、気体および／または液体であることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
第１の検出器部分（８）が、比較的エネルギーの大きいγ放射のみを検出するようになされたことを特徴とし、かつ、第２の検出器部分（９）が、すべてのエネルギーのγ放射を検出し、エネルギーの小さいγ放射に対して特に高い効率を有するようになされたことを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
処理部材（１０）が、第１の検出器部分（８）および第２の検出器部分（９）からの信号をアンチコインシデンス・ゲート化することにより、前記比較的エネルギーの小さいγ放射の量を決定するようになされたことを特徴とする請求項９および請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
二次検出器（７）が、比較的エネルギーの大きい、消滅放射からのγ放射のみを検出するようになされたことを特徴とする請求項１０および請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
処理部材（１０）が、第１の検出器部分（８）、第２の検出器部分（９）および二次検出器（７）からの信号をアンチコインシデンス・ゲート化することにより、前記比較的エネルギーの小さいγ放射の量を決定するようになされたことを特徴とする請求項１９および請求項２０に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景および従来の技術）
本発明は、流体を受け取るためのスペース、スペース中の流体から放出されるγ放射を検出するための一次検出器、および検出したγ放射に基づいて、流体の核種含有量を決定するための処理部材を備えた、放射性流体の核種含有量を決定するためのデバイスに関する。
【０００２】
本発明について、原子力発電所における流体、より詳細には、沸騰水型原子炉ＢＷＲ、および加圧水型原子炉ＰＷＲなどの軽水炉からのオフ・ガスおよび冷却水中の様々な核種の検出および測定に関連して説明する。
【０００３】
ＢＷＲおよびＰＷＲ原子力発電所における燃料破損は、作業者に対する危険から原子炉の予定外の運転停止に到る、重大な問題を招く可能性がある。したがって、燃料破損を即時に、詳細かつ正確に検出することは、原子力発電所の運転にとっては極めて重要である。
【０００４】
原子力発電所におけるオフ・ガスおよび冷媒中の核種の量の測定による燃料破損の検出については知られており、例えばＷＯ９９／２７５４１を参照されたい。ＢＷＲにおけるオフ・ガス中のＸｅ−１３３、ＢＷＲおよびＰＷＲにおける冷媒中のＮｐ−２３９は、燃料の完全性を評価するための２つの主要な核種である。
【０００５】
しかしながら、被測定媒体中の短寿命同位体、すなわちＮ−１６（ｔ１／２＝７．１４ｓ）、Ｃ−１５（ｔ１／２＝２．５０ｓ）、Ｏ−１９（ｔ１／２＝２７．１ｓ）およびＮ−１３（ｔ１／２＝１０．０ｍｉｎ）からの放射能レベルが高い場合、このような検出は困難である。これらの同位体は、図１に示すように、その一次光子のコンプトン散乱および消滅ピーク、（検出器自体中、包囲物質中、および被測定媒体中の）対生成およびそのコンプトン散乱からの高いバックグラウンドの原因になっている。これは、原子炉の炉心中における燃料破損の有無に関係なく、ＢＷＲおよびＰＷＲにおけるオフ・ガスおよび冷却水の両方に有効である。また、コンプトン散乱は、検出器自体、包囲物質および被測定媒体中で発生している。
【０００６】
コンプトン散乱からの信号を抑制する場合、総合抑制係数Ｓは、通常、１／（１−ｘ）によって計算され、一次信号が首尾良く拒否される。ｘは、散乱した光子の小部分である。したがって、散乱した光子の５０％によって、一次信号が首尾良く禁止される場合、Ｓ＝２である。また、図２および３に示すように、コンプトン散乱過程には、強い角度依存性が存在している。このような保護検出器には、極めて多くの信号が必要であり、そのために検出器システムの測定可能強度の範囲が制限されるため、総合コンプトン抑制を備えた検出器システムは、ＢＷＲまたはＰＷＲにおいて、オン・ラインで測定する場合、最適ではない。
【０００７】
ＷＯ９８／４７０２３に、放射性不活性ガスの核種含有量を決定するためのデバイスが開示されている。知られているこのデバイスには、不活性ガスが入った測定容器、および放射性不活性ガスからγ放射を検出する検出器が含まれており、計算部材が、検出したγ放射に基づいて、様々な核種の含有量を計算している。検出器は、厚さが３〜２０ｍｍ間隔の範囲のプレート形状を有している。
【０００８】
（発明の概要）
本発明の目的は、放射性流体の核種含有量を決定するための改良型デバイスを提供することである。より詳細には、本発明は、適切な方法でバックグラウンド放射線を抑制する要求を満たす、オン・ライン測定のためのデバイスを目的としている。
【０００９】
この目的は、一次検出器が、スペースに向かって導かれたフロント・エンドを有する第１の検出器部分、および第１の検出器部分とスペースの間に、前記フロント・エンドに隣接して配列された第２の検出器部分を備えることを特徴とする、最初に規定されたデバイスによって達成される。
【００１０】
このような検出器構造により、例えば、ＢＷＲにおけるオフ・ガス中のＸｅおよびＫｒ、また、ＢＷＲおよびＰＷＲにおける冷媒中のＸｅ、Ｋｒ、ＩおよびＮｐからのエネルギーの小さいγ線を、原子力発電所の運転中にオン・ラインで決定する効率が著しく向上する。また、この検出器構造により、対象とする核種含有量の単位時間当たりの測定回数が、知られている従来技術によるデバイスより、はるかに多くなる。さらに、本発明による構造により、バックグラウンド放射線が効果的に抑制されるため、測定の精度が改善される。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、第２の検出器部分は、プレート様の形状を有しており、それにより第２の検出器部分は、第１の検出器部分より著しく薄くなっている。比較的分厚い第１の検出器部分が、エネルギーの大きいγ放射のみを検出し、一方、比較的薄い第２の検出器部分は、すべてのエネルギーのγ放射を検出するが、エネルギーの小さい（約５０〜５００ｋｅＶ）γ放射に対しては特に高い効率で検出するため、対象とするエネルギーの小さいγ放射を決定することができる。処理部材は、第１および第２の両検出器部分によって測定された光子を登録しないようになされることが好ましく、例えば、第２の検出器部分からの信号と第１の検出器部分からの信号が同時に存在する場合、いわゆるアンチコインシデンス・ゲート化技法により、第２の検出器部分からの信号が処理部材によって登録されることはない。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、第２の検出器部分は、ＨＰＧｅ検出器を備えている。詳細には、第２の検出器部分は、平らなＨＰＧｅ検出器を備えている。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、第１の検出器部分および第２の検出器部分は、前記２つの部分にモノリシック・セグメント化された共通結晶によって形成されている。外部および内部電気接点は、リチウム拡散によって得られることが好ましい。本発明の他の実施形態によれば、第１の検出器部分および第２の検出器部分は、互いに隣接して配列された２つの個別結晶によって形成されている。共通結晶検出器あるいは２つの個別検出器部分のいずれを選択するかは、分解能および処理能力の最適化など、個々の情況に応じて様々である。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、デバイスは、第１の検出器部分、第２の検出部分器およびスペースを貫通して延びた中心軸を有している。第２の検出部分器の中心軸に対する半径方向の広がりは、第１の検出器部分の半径方向の広がりより小さいことが好ましい。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、デバイスは、スペースに向かって導かれたフロント・エンドを有する二次検出器、および一次検出器を備えている。このような追加検出器により、特定の核種の含有量を決定する場合に、一次検出器によって測定される順方向に対向する逆方向の放射がさらに考慮される。二次検出器は、アンチコインシデンス・ゲート化処理の一環として含まれている。中心軸は、二次検出器を貫通して延びていることが好ましい。二次検出器は、ＢＧＯ検出器およびＮａＩ（Ｔｌ）検出器のうちの少なくとも１つを備えている。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、第１の検出器部分は、ＨＰＧｅ検出器、ＢＧＯ検出器およびＮａＩ（Ｔｌ）検出器のうちの少なくとも１つを備えている。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、スペースは、エンクロージャによって画定されている。さらに、デバイスは、流体をスペースに実質的に連続的に供給するための入口通路、および流体をスペースから実質的に連続的に排出するための出口通路を備えている。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、流体は、気体および／または液体である。本発明の有利なアプリケーションでは、デバイスは、原子力発電所からのオフ・ガス中および／または原子力発電所の冷媒中の核種含有量を決定するために使用されている。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、第１の検出器部分は、比較的エネルギーの大きいγ放射のみを検出するようになされ、一方、第２の検出器部分は、すべてのエネルギーのγ放射を検出し、エネルギーの小さいγ放射に対しては、特に高い効率を有している。そのために、処理部材は、第１の検出器部分および第２の検出器部分からの信号をアンチコインシデンス・ゲート化することによって、前記比較的エネルギーの小さいγ放射の量を決定するようになされている。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、二次検出器は、比較的エネルギーの大きい、消滅からのγ放射のみを検出するようになされている。そのために、処理部材は、第１の検出器部分、第２の検出器部分および二次検出器からの信号をアンチコインシデンス・ゲート化することによって、前記比較的エネルギーの小さいγ放射の量を決定するようになされている。
【００２１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態を説明することにより、本発明についてより詳細に説明する。
【００２２】
（本発明の実施形態の詳細な説明）
図６は、放射性流体の核種含有量を、検出および計算によって決定するためのデバイスを開示したものである。流体は、例えば原子力発電所の運転中の原子炉によって生成されるオフ・ガスなどの気体であり、あるいは原子力発電所の原子炉を通って流れる冷却媒体、すなわち実質的には水である。本発明は、様々なタイプの原子力発電所、特に、沸騰水型原子炉および加圧水型原子炉を始めとする軽水炉に適用することができる。
【００２３】
デバイスは、デバイスのアクティブ・コンポーネントを封入するハウジング１を備えている。コリメータを形成しているハウジング１は、放射性放射線の透過を防止する鉛などの材料でできていることが好ましい。ハウジング１内には、流体を受け取るためのスペース２が設けられている。スペース２は、エンクロージャ３によって画定されており、したがってスペース２は、ある体積の流体を封入し、その体積中の核種含有量が、デバイスによって決定される。デバイスは、スペース２に流体を供給するための入口通路４、およびスペース２から流体を排出するための出口通路５を備えている。入口通路４、スペース２および出口通路５は、流体がそれらを通って実質的に連続的に流れるように配列されている。デバイスは、オフ・ガスまたは冷媒の一部がスペース２を通って実質的に連続的に運ばれるような方法で、原子炉内に提供される。このような構造により、実質的にオン・ラインで決定することができる。
【００２４】
デバイスは、さらに、一次検出器６および二次検出器７を備えている。一次検出器６には、第１の検出器部分８および第２の検出器部分９が含まれている。デバイスは、スペース２、第１の検出器部分８、第２の検出器部分９および二次検出器７の中心を貫通して延びた中心軸を有している。検出器は、第１の検出器部分８が、スペース２に向かって導かれたフロント・エンドを有するように配列され、また、第２の検出器部分９は、第１の検出器部分８とスペース２の間に、前記フロント・エンドに隣接して配列されている。また、二次検出器７も、中心軸ｘと整列したスペース２および一次検出器６に向かって導かれたフロント・エンドを有している。したがって二次検出器７は、一次検出器６と反対側の、スペース２のもう一方の側に配置されている。検出器８、９および７は、決定すべき核種含有量を計算するための処理部材１０に接続されている。処理部材１０は様々な方法で設計され、開示する実施形態では、処理部材１０には、例えば、検出器８、９および７の各々に１つずつ、計３つの計数部材１１、１２および１３が含まれている。計数部材１１〜１３は、それぞれの検出器８、９および７によって検出される光子をカウントするようになされている。計数部材１１〜１３は、計数部材１１〜１３および検出器８、９および７の結果を分析するための、処理部材１０の分析ユニット１４に接続されている。
【００２５】
第１の検出器部分８は、ＨＰＧｅ検出器、ＢＧＯ検出器およびＮａＩ（Ｔｌ）検出器のうちの１つを備えている。二次検出器７は、ＢＧＯ検出器およびＮａＩ（Ｔｌ）検出器のうちの１つを備えている。第２の検出器部分９は、ＨＰＧｅ検出器を備えていることが好ましい。図６に示すように、第２の検出器部分９は、中心軸ｘに沿って見た場合、第１の検出器部分８より実質的に薄くなっている。また、第２の検出器部分９の中心軸ｘに対する半径方向の広がりは、第１の検出器部分８より小さくなっている。したがって第２の検出器部分９は、プレート様の平面形状を有している。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、第１の検出器部分８および第２の検出器部分９は、前記２つの検出器部分８、９にモノリシック・セグメント化された共通結晶によって形成されている。このような構造は、通常、リチウム拡散によって外部および内部電気接点が得られる、知られている技法によって得ることができる。他の実施形態によれば、第１の検出器部分８および第２の検出器部分９は、個別の結晶によって形成されている。２つの個別結晶は、互いに隣接して配列されている。この２つの個別結晶の間には、微小間隙が設けられている。
【００２７】
第１の検出器部分８は、比較的エネルギーの大きい光子のみを検出するようになされ、一方、第２の検出器部分９は、すべてのエネルギーのγ放射を検出するが、エネルギーの小さい（約５０〜５００ｋｅＶ）γ放射に対しては特に高い効率で検出するようになされている。二次検出器７は、エネルギーの大きい光子および消滅放射のみを検出するようになされている。したがって、二次検出器７および第１の検出器部分８は、保護検出器として機能している。処理部材１０の分析ユニット１４は、例えばＸｅ−１３３およびＮｐ−２３９からの前記比較的エネルギーの小さい光子の量を、検出器７、８および９からの信号をアンチコインシデンス・ゲート化することによって決定するようになされている。つまり、測定の結果は、平らな第２の検出器部分９からの検出器信号と、順方向における第１の検出器部分８および逆方向における二次検出器７からの信号とのアンチコインシデンス・ゲート化に基づいている。デバイスは、検出器９内で検出器８および／または７と同時に測定された光子を登録することはない。平らな第２の検出器部分９からの信号は、それらの信号と保護検出器８および７からの信号が同時に存在しない場合にのみ登録される。
【００２８】
本発明による構造により、適切な信号を損失することなく、エネルギーの小さいコンプトン連続体を抑制することができる。このコンプトン連続体の抑制は、平らな第２の検出器部分９内で小さい角度でコンプトン散乱される光子が、同じく、より分厚い第１の検出器部分８を順方向に通過し、かつ、二次検出器９を逆方向に通過するため、効果的に得ることができる。
【００２９】
本発明の概念によれば、二次検出器７が不要であることに留意されたい。しかしながら二次検出器７を備えることにより、測定の結果がさらに改善される。
【００３０】
本発明は、開示した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲の各請求項の範囲内において、変更および修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ゲルマニウムの線形減衰係数を示すグラフである。
【図２】
散乱角度を関数として光子エネルギーをプロットしたグラフである。
【図３】
様々なエネルギーの光子に対する散乱対角度（０〜１８０°）の確率をプロットしたグラフである。
【図４】
５１１ｋｅＶ、１２００ｋｅＶおよび２７６０ｋｅＶの一次光子に対するコンプトン散乱からの電子のエネルギー分布、すなわち消滅過程による相対バックグラウンド寄与を示すグラフである。
【図５】
（例えば、エネルギーの小さい電子からの）エネルギーの小さいコンプトン連続体を抑制するためには、小さい角度で散乱する光子を抑制しなければならないことを示す、散乱角度対コンプトン連続体のグラフである。
【図６】
本発明の一実施形態によるデバイスを開示した略図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004514892.tif 000028
2004514892.tif 000029
2004514892.tif 000030