(57)【要約】【課題】原子炉炉心内に設置される中性子検出器に係り、中性子検出器カソードを構成する基材とその表面に形成されるコーティング層との密着強度を向上させる。【解決手段】ニッケル基合金製の基材６上にウラン酸化物をコーティングした中性子検出器Ａ１を備える中性子検出器において、中性子検出器Ａ１の基材表面とウラン酸化物コーティング層１との間に金属中間層３を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基材表面に、ウラン酸化物のコーティング処理を施した中性子検出器カソードを備えた中性子検出器において、前記中性子検出器カソードの基材表面と前記コーティング層との間に両者の接合強度を高める中間層を形成したことを特徴とする中性子検出器。
【請求項２】
前記中間層を、鉄、ニッケル、シリコンのいずれか１種、もしくは２種以上の複合物により形成した請求項１記載の中性子検出器。
【請求項３】
前記中間層を、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウムおよびモリブデンから選択したいずれか１種の単独酸化物、または２種以上の複合酸化物により形成した請求項１記載の中性子検出器。
【請求項４】
前記中間層を、金属成分および酸化物成分の混合層として形成した請求項１記載の中性子検出器。
【請求項５】
前記中間層を、金属成分および酸化物成分の比率を変化させた傾斜組成を有するコーティング層として形成した請求項１記載の中性子検出器。
【請求項６】
前記金属成分を、鉄、ニッケル、シリコンから選ばれるいずれか１種もしくは２種以上の複合物とした請求項４または５記載の中性子検出器。
【請求項７】
前記酸化物成分を、ウラン、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム、モリブデンのいずれか１種の単独酸化物または２種以上の複合酸化物とした請求項４または５記載の中性子検出器。
【請求項８】
前記中間層をメッキ処理によって形成した請求項１、２、４または５記載の中性子検出器。
【請求項９】
前記中間層をゾルゲル法によって形成した請求項１または３記載の中性子検出器。
【請求項１０】
前記中間層をスパッタリング処理によって形成した請求項１、４または５記載の中性子検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉炉心内の中性子を測定する中性子検出器に係り、特に検出器カソードを構成する基材とその基材表面に形成されるコーティング層との密着強度を向上させる中性子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で適用される中性子検出器は、円筒状の検出器カソードと、この検出器カソードの中心位置に配置されたアノードとを絶縁体で分離して両者に電圧を印加し、これらの検出器カソードとアノードとの間の電離イオンを収集することで放射線を計測する検出器である。
【０００３】
この中性子検出器では、例えば円筒状をなすニッケル基合金製の検出器カソードの内周面にウラン酸化物コーティングを施し、このウラン酸化物コーティング層中に含まれるウランの核分裂作用を利用して中性子を検出している。
【０００４】
図６を参照して、従来の中性子検出器の構成について説明する。この図６は、検出器カソードを備えた従来例による中性子検出器の全体構成を示す断面図である。
【０００５】
図６に示すように、中性子検出器１００は例えば円筒状をなす本体ケース１０１を有しており、この本体ケース１０１内の径方向中心位置に棒状のアノード１０２が配置されている。そして、本体ケース１０１内でアノード１０２を囲むように中性子検出用の円筒状の検出器カソード１０３が配置されている。
【０００６】
アノード１０２は本体ケース１０１内において、周方向位置決め絶縁体１０４，１０４により検出器カソード１０３の内面に固定され、この検出器カソード１０３内での周方向位置がずれないように支持されている。なお、周方向位置決め絶縁体１０４，１０４は、アノード１０２のスペーサを兼ねている。
【０００７】
本体ケース１０１の一端は、金属製の端栓１０５によって塞がれており、この端栓１０５と、アノード１０２および検出器カソード１０３との間に、軸方向位置決め絶縁体１０６が収納されている。これにより、本体ケース１０１内において、アノード１０２の軸方向位置がずれないように固定される。
【０００８】
本体ケース１０１の内部には、アルゴンガス等の充填ガス１０７が封入され、粒子の飛程を短くするために数気圧の高圧に保たれている。
【０００９】
また、本体ケース１０１の軸方向他端には、信号ケーブル要素１０８が差し込まれており、この信号ケーブル要素１０８はアノード１０２と中性子検出器１００の検出器カソード１０３との間に電気的に接続されている。本体ケース１０１と信号ケーブル要素１０８との間には、本体ケース１０１内の充填ガス１０７が本体ケース１０１の外部に漏れないように、溶接部１０９によって封止されている。
【００１０】
検出器カソード１０３の内周壁１１０には、中性子に反応して核反応を起こし荷電粒子を放出する中性子有感物質（中性子変換物質）からなる中性子変換層１１１が皮膜として設けられている。
【００１１】
中性子変換層１１１は、中性子と反応して荷電粒子を発生させるボロンやリチウム、核分裂を起こすウラン等の中性子有感物質からなる皮膜である。原子炉圧力容器内の炉心で発生した中性子が中性子検出器１００の中性子変換層１１１に入射すると、中性子は荷電粒子に変換される。この荷電粒子をアノード１０２および検出器カソード１０３で検出することにより、中性子が計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−０５７５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
コーティング用基材である中性子検出器の検出器カソードにウラン酸化物コーティングを行なう際には、基材コーティング作業の前処理である中性子検出器の検出器カソードの表面処理として、酸化物粒子の噴射によるブラスト処理を施し、このブラスト処理の際に酸化物粒子をより細かくすることで、中性子検出器の検出器カソードとウラン酸化物との密着性向上を図っている。
【００１４】
この場合、従来の基材コーティング技術においては、酸化物ブラスト粒子が中性子検出器の検出器カソード表面に不均一に残留し、この酸化物ブラスト粒子の残留に起因して中性子検出器に不具合が生じる可能性がある。
【００１５】
また、ウラン酸化物コーティングの密着強度不足により割れや剥離が生じ、その結果として中性子検出器の寿命が低下する懸念がある。
【００１６】
なお、ニッケル基合金の検出器カソードにウラン酸化物をコーティングし、検出器カソードとウラン酸化物との密着性を図っているが、ブラスト材に起因して上記同様に不具合が生じ、ウラン酸化物に割れや剥離等が発生する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では、金属製の基材表面にウラン酸化物をコーティングした中性子検出用の検出器カソードを備える中性子検出器において、前記検出器カソードの基材表面とウラン酸化物との間に接着強度を高める中間層を形成したことを特徴とする中性子検出器を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、金属製の基材表面にウラン酸化物をコーティングした中性子検出器の検出器カソードを備える中性子検出器に、コーティング処理に先立って前記検出器カソードの基材表面に形成した中間層を適用することにより、前記検出器カソードとコーティング層との密着強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態による中性子検出器のカソードにコーティングが施された層状壁を示す断面図。
【図２】第２実施形態による中性子検出器のカソードにコーティングが施された層状壁を示す断面図。
【図３】第３実施形態による中性子検出器のカソードにコーティングが施された層状壁を示す断面図。
【図４】第４実施形態による中性子検出器のカソードにコーティングが施された層状壁を示す断面図。
【図５】図４に示した層状壁の傾斜組成中間層の組成傾斜例を示す線図。
【図６】中性子検出器カソードを備えた中性子検出器の全体構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による中性子検出器の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
［第１実施形態］（図１）
図１は、本発明の第１実施形態による中性子検出器Ａ１を説明するための検出器カソードの縦断面図である。この図１にはコーティングが施された層状壁を示してあり、従来例で示した図６のＡ部に相当する部位を拡大して示している。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態で適用する中性子検出器Ａ１の検出器カソードにおいては、例えばニッケル基合金製基材６の表面側にウラン酸化物コーティング層１を形成する。
【００２３】
この場合、ニッケル基合金製基材６の表面に形成された中性子検出器カソード２と、この中性子検出器カソード２のさらに表面側に形成されたウラン酸化物コーティング層１との間に、金属中間層３が形成される。この金属中間層３は、鉄、ニッケル、シリコンのいずれか１種からなる単独もしくは２種以上の複合物として形成する。
【００２４】
そして、金属中間層３を付与した中性子検出器Ａ１にウラン酸化物コーティング層１を形成した後、金属中間層３とウラン酸化物コーティング層１との接合部に熱処理を施すことにより、ウラン酸化物コーティング層１と金属中間層３との間に拡散層３ａを形成する。
【００２５】
この拡散層３ａの形成により、中性子検出器Ａ１の中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１とは拡散接合によって一体に接合され、両者の密着強度が高くなる。したがって、中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との接合強度を向上させることができる。
【００２６】
本実施形態による中性子検出器Ａ１によれば、中性子検出器カソード２の金属中間層３とウラン酸化物コーティング層１との間に拡散層３ａを形成することで、ウラン酸化物コーティング層１の密着強度を高めることができ、酸化物ブラスト粒子が中性子検出器カソード２の表面に不均一に残留することを防止することができる。
【００２７】
これにより、酸化物ブラスト粒子の残留に起因する中性子検出器の不具合が発生することがなく、拡散層３ａの形成によりウラン酸化物コーティング層１の密着強度が向上し、ウラン酸化物の割れや剥離の発生を防止することで、中性子検出器の寿命長期化を図ることができる。
【００２８】
［第２実施形態］（図２）
図２は、本発明の第２実施形態による中性子検出器Ａ２を説明するための前記カソードの縦断面図である。この図２にはコーティングが施された層状壁を示してあり、従来例で示した図６のＡ部に相当する部位を拡大して示している。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態で適用する中性子検出器Ａ２では、カソード本体を構成するニッケル基合金製基材６の表面に形成した中性子検出器カソード２に対し、酸化物層としてウラン酸化物コーティング層１を施す。この場合、ニッケル基合金製基材６へのウラン酸化物コーティング層１の形成に先立ち、両者の密着強度を高めるため中間層として酸化物中間層４を適用した前処理を施す。
【００３０】
この前処理として、本実施形態ではニッケル基合金製基材６の表面側において、中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との間に酸化物中間層４を形成する。この酸化物中間層４は、例えば鉄、ニッケル、シリコンからなる金属と、ウラン、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン酸化物のいずれか１種からなる単体、もしくはこれらの２種以上の複合物からなる構成とする。
【００３１】
なお、酸化物中間層４の形成についてはメッキ処理、ゾルゲル法による処理、またはスパッタリング処理によって行うことが望ましい。
【００３２】
本実施形態によれば、酸化物中間層４によりニッケル合金製基材６側の中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との熱膨張差を緩和することができ、これにより両者間の密着強度が向上する。
【００３３】
本実施形態の中性子検出器によれば、中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との間に酸化物中間層４を形成することにより、中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との密着強度を高めることができ、酸化物ブラスト粒子が中性子検出器カソード２の表面に不均一に残留することを防止することができる。
【００３４】
したがって、酸化物ブラスト粒子の残留に起因する中性子検出器の不具合が発生することがなく、酸化物中間層４の形成によりウラン酸化物コーティング層１の密着強度が向上し、ウラン酸化物の割れや剥離の発生を防止することで、中性子検出器の寿命長期化を図ることができる。
【００３５】
［第３実施形態］（図３）
図３は、第３実施形態による中性子検出器Ａ３を説明するための前記カソードの縦断面図である。
【００３６】
本実施形態では、図３に示すように、中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との間に中間層として金属・酸化物複合中間層５を適用する。金属・酸化物複合中間層５の金属成分としては、例えば鉄、ニッケル、シリコンを適用し、また酸化物成分としてはウラン、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム、モリブデン等を適用する。これらの金属および酸化物により金属・酸化物複合中間層５を形成する。
【００３７】
本実施形態のコーティング前処理方法によれば、中間層として金属・酸化物複合中間層５を適用することにより、ウラン酸化物コーティング層１の密着強度を高めることができ、酸化物ブラスト粒子が中性子検出器カソード２の表面に不均一に残留することを防止することができる。
【００３８】
したがって、酸化物ブラスト粒子の残留に起因する中性子検出器の不具合が発生することがなく、ウラン酸化物コーティング層１の密着強度が向上し、ウラン酸化物の割れや剥離の発生を防止することで、中性子検出器の寿命長期化を図ることができる。
【００３９】
［第４実施形態］（図４，図５）
図４は、第４実施形態による中性子検出器Ａ４を説明するための前記カソードの縦断面図である。この図４にはコーティングが施された層状壁を示してあり、従来例で示した図６のＡ部に相当する部位を拡大して示している。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態では、中間層として傾斜組成中間層７を適用する。この傾斜組成中間層７は、中性子検出器カソード２と傾斜組成中間層７との界面において、金属成分を多く含み、ニッケル合金製基材６表面の中性子検出器カソード２からウラン酸化物コーティング層１に向かって連続的に組成が変化し、傾斜組成中間層７とウラン酸化物コーティング層１との界面では酸化物成分を多く含む組成とする。
【００４１】
上記の金属成分としては、例えば鉄、ニッケル、シリコンを適用する。また、酸化物成分としては、例えばウラン酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、マグネシウム酸化物、モリブデン酸化物等を適用する。
【００４２】
図５は、金属成分と酸化物成分との含有量について、中性子検出器Ａ４の傾斜組成中間層７とウラン酸化物コーティング層１との比較を示す線図である。この図５において、縦軸に金属および酸化物の含有量を示し、横軸に組成割合を示している。
【００４３】
すなわち、傾斜組成中間層７は図５の縦軸左側から右側に向って中性子検出器カソード（金属）２が次第に低下する一方、縦軸右側から左側に向って酸化物成分（ウラン酸化物コーティング層１）が次第に上昇し、これにより傾斜組成中間層７が形成される。なお、上記の金属成分および酸化物成分については、単体もしくは２種以上の複合物を用いることができる。
【００４４】
本実施形態によれば、傾斜組成中間層７は中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との界面において金属成分を多く含み、ニッケル合金製基材６表面側の中性子検出器カソード２からウラン酸化物コーティング層１に向かって連続的に組成が変化し、ウラン酸化物コーティング層１と傾斜組成中間層７との界面では酸化物成分を多く含む組成とすることにより、ウラン酸化物コーティング層１の密着強度を高めることができ、酸化物ブラスト粒子が中性子検出器カソード２の表面に不均一に残留することを防止することができる。
【００４５】
したがって、酸化物ブラスト粒子の残留に起因する中性子検出器の不具合が発生することがなく、傾斜組成中間層７の形成によりウラン酸化物コーティング層１の密着強度が向上し、ウラン酸化物の割れや剥離の発生を防止することで、中性子検出器の寿命長期化を図ることができる。
【００４６】
本実施形態によれば、中間層として傾斜組成中間層７を適用し、この傾斜組成中間層７は、ニッケル合金製基材６側の中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との界面において金属成分を多く含み、ニッケル基合金製基材６の中性子検出器カソード２からウラン酸化物コーティング層１に向かって連続的に組成が変化し、ウラン酸化物コーティング層１との界面では酸化物成分を多く含む組成とすることができる。
【００４７】
本実施形態によれば、基材の中性子検出器カソード２とウラン酸化物コーティング層１との間に中間層として傾斜組成中間層７を適用することにより、ニッケル基合金製基材６の中性子検出器カソード２およびウラン酸化物コーティング層１との整合性を改善することができ、密着強度が向上する。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４  中性子検出器
１  ウラン酸化物コーティング層
２  中性子検出器カソード
３  金属中間層
３ａ  拡散層
４  酸化物中間層
５  金属・酸化物複合中間層
６  ニッケル基合金製基材
７  傾斜組成中間層
１００  中性子検出器
１０１  本体ケース
１０２  アノード
１０３  検出器カソード
１０４  周方向位置決め絶縁体
１０５  端栓
１０６  軸方向位置決め絶縁体
１０７  充填ガス
１０８  信号ケーブル要素
１０９  溶接部
１１０  内周壁
１１１  中性子変換層
【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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