(57)【要約】【課題】定常時から臨界事故時まで中性子線を監視可能な臨界警報装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、臨界警報装置は、10Ｂを中性子変換物質として塗布した比例計数管６と、比例計数管６から出力される出力信号をパルス系領域とキャンベル系領域に分割し、パルス系領域では出力信号から計数値を算出し、キャンベル系領域では出力信号から二乗平均処理を行って計数値を算出し、それぞれの領域の計数値があらかじめ設定された計数値を超えた場合に警報信号を出力する信号処理装置８と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
10Ｂを中性子変換物質として塗布した比例計数管と、
前記比例計数管から出力される出力信号をパルス系領域とキャンベル系領域に分割し、前記パルス系領域では前記出力信号から計数値を算出し、前記キャンベル系領域では前記出力信号から二乗平均処理を行って計数値を算出し、それぞれの領域の計数値があらかじめ設定された計数値を超えた場合に警報信号を出力する信号処理装置と、
を備えることを特徴とする臨界警報装置。
【請求項２】
前記信号処理装置は、前記比例計数管から出力される出力信号をディジタル値に変換するキャンベル信号処理部を有し、このキャンベル信号処理部が前記出力信号を波高値で弁別する波高弁別部をさらに備え、この波高弁別部は、前記出力信号の波高分布における２つのピークのうち、高い方のピークを選択するように弁別することを特徴とする請求項１に記載の臨界警報装置。
【請求項３】
前記比例計数管の出力信号がパルス信号であって、前記信号処理装置は、前記パルス信号を計数率に応じて前記パルス系領域と前記キャンベル系領域に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の臨界警報装置。
【請求項４】
前記信号処理装置は、前記パルス系領域と前記キャンベル系領域とがオーバーラップする中間領域ではパルス計数値と前記二乗平均処理による計数値との加重平均処理を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の臨界警報装置。
【請求項５】
10Ｂを中性子変換物質として塗布した比例計数管を用いて中性子線を検出する検出ステップと、
前記検出ステップの後に、前記比例計数管から出力される出力信号をパルス系領域とキャンベル系領域に分割し、前記パルス系領域では前記出力信号から計数値を算出し、前記キャンベル系領域では前記出力信号から二乗平均処理を行って計数値を算出し、それぞれの領域の計数値があらかじめ設定された計数値を超えた場合に警報信号を出力する信号処理ステップと、
を有することを特徴とする臨界警報方法。
【請求項６】
前記信号処理ステップは、前記比例計数管から出力される出力信号をディジタル値に変換するキャンベル信号処理ステップを有し、このキャンベル信号処理ステップが前記比例計数管の出力信号を波高値で弁別する波高弁別ステップをさらに備え、この波高弁別ステップは、前記出力信号の波高分布における２つのピークのうち、高い方のピークを選択するように弁別することを特徴とする請求項５に記載の臨界警報方法。
【請求項７】
前記信号処理ステップは、前記パルス系領域と前記キャンベル系領域とがオーバーラップする中間領域ではパルス計数値と前記二乗平均処理による計数値との加重平均処理を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の臨界警報方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子炉の臨界事故が発生した場合に警報を発生する臨界警報装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
臨界警報装置は、臨界事故が発生した場合、臨界事象に伴い放出される放射線を検知し、警報を発生する装置である。金属系の臨界事故では、中性子線の放出が支配的であることから、その中性子線を検出する検出器を使用している。臨界事故時に発生する中性子線とガンマ線との割合は、臨界の体系あるいは臨界事故の発生を監視する場所に応じて変化する。臨界状態時は、ガンマ線量が高いため、ガンマ線感度の低い中性子検出器による臨界警報装置が必要である。
【０００３】
図７は従来の臨界警報装置のシステム構成を示すブロック図である。
【０００４】
図７に示すように、半導体検出器１は、中性子変換物質として235Ｕをコーティングした表面障壁型のシリコン半導体検出器である。半導体検出器１は、高速中性子にも感度を持たせるためにアクリル減速材で覆われている。
【０００５】
臨界事故が発生した場合、半導体検出器１に熱中性子が入射する。この熱中性子は、235Ｕの中性子誘起核分裂（ｎ，ｆ）反応により発生する核分裂生成物のエネルギーとして半導体検出器１で検知され、この半導体検出器１がパルス信号を発生する。
【０００６】
そのパルス信号は、前置増幅器２で増幅されて主増幅波高弁別回路３へ出力する。この主増幅波高弁別回路３では、パルス信号をさらに増幅するとともに、波形整形させ、235Ｕから発生するα線をノイズ成分と弁別し、弁別パルス信号としてディジタル積分回路４へ出力する。このディジタル積分回路４には、数秒間に一定のパルス数の弁別パルス信号が入力することにより、ドライバ回路５へ警報信号として出力する。このドライバ回路５は、その警報信号を最終的に臨界警報信号として出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１８９７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記従来の臨界警報装置では、中性子変換物質として235Ｕをコーティングした中性子検出器を使用していることから、中性子感度が低いため、臨界事故時以外の中性子線を監視することが困難であった。
【０００９】
具体的には、上記従来の臨界警報装置では、臨界事故時の中性子束の値（１×１０15ｆｉｓｓｉｏｎｓ／ｍｓの金属系臨界事故を想定した場合１０5ｎｖ程度）で１ｓ-1のパルスをカウントすることができるものの、中性子感度が低いため、臨界事故時以外の１０3ｎｖ以下についてはパルス出力がほぼ０．１ｓ-1以下になり、監視することが困難であった。
【００１０】
そのため、定常時も中性子線の検出を可能とするには、中性子感度は０．５ｓ-1／ｎｖ以上は必要である。逆に、このような中性子感度では、臨界事故時にパルス計測による測定が飽和してしまい、臨界事故の継続時に中性子線を測定することは困難であった。
【００１１】
本実施形態が解決しようとする課題は、定常時から臨界事故時まで中性子線を監視可能な臨界警報装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る臨界警報装置は、10Ｂを中性子変換物質として塗布した比例計数管と、前記比例計数管から出力される出力信号をパルス系領域とキャンベル系領域に分割し、前記パルス系領域では前記出力信号から計数値を算出し、前記キャンベル系領域では前記出力信号から二乗平均処理を行って計数値を算出し、それぞれの領域の計数値があらかじめ設定された計数値を超えた場合に警報信号を出力する信号処理装置と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の実施形態に係る臨界警報方法は、10Ｂを中性子変換物質として塗布した比例計数管を用いて中性子線を検出する検出ステップと、前記検出ステップの後に、前記比例計数管から出力される出力信号をパルス系領域とキャンベル系領域に分割し、前記パルス系領域では前記出力信号から計数値を算出し、前記キャンベル系領域では前記出力信号から二乗平均処理を行って計数値を算出し、それぞれの領域の計数値があらかじめ設定された計数値を超えた場合に警報信号を出力する信号処理ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本実施形態によれば、定常時から臨界事故時まで中性子線を監視することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る臨界警報装置の一実施形態のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】図１の信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】一実施形態において10Ｂ比例計数管のパルス波高分布とカウント値との関係を示す図である。
【図４】一実施形態において壊変エネルギーＱが２．３１ＭｅＶの場合の10Ｂの（ｎ，α）反応を示す図である。
【図５】一実施形態において壊変エネルギーＱが２．７９ＭｅＶの場合の10Ｂの（ｎ，α）反応を示す図である。
【図６】図２のキャンベル信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図７】従来の臨界警報装置のシステム構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る臨界警報装置及び方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（一実施形態）
図１は本発明に係る臨界警報装置の一実施形態のシステム構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の臨界警報装置は、比例計数管６と、前置増幅器７と、信号処理装置８と、ドライバ回路９と、を備える。
【００１９】
比例計数管６は、アクリル樹脂又はポリエチレン減速材で覆われている10Ｂ（中性子増感元素、ホウ素１０核種）が中性子変換物質として塗布されている。具体的には、比例計数管６は、１×１０15ｆｉｓｓｉｏｎ／ｍｓの金属系臨界事故時に想定される１Ｇｙ／ｈのガンマ線下でも中性子線の検出が可能な10Ｂを中性子変換物質として塗布したものである。
【００２０】
比例計数管６に入射した熱中性子は、中性子誘起核分裂（ｎ，α）反応により発生するα粒子でガスを電離し、生成したイオン対が電極に収集されることにより、パルス信号を出力する。このパルス信号は、前置増幅器７に入力する。ここで、α粒子により電離するガスは、例えば主にアルゴンで、二酸化炭素が１％のガスである。
【００２１】
前置増幅器７は、比例計数管６から出力されたパルス信号を増幅し、信号処理装置８へ出力する。
【００２２】
信号処理装置８は、ディジタル信号処理装置である。信号処理装置８は、上記パルス信号をパルス系領域とキャンベル系領域に分割し、パルス系領域をパルス計数により算出し、キャンベル系領域をキャンベル法により演算して計数値を算出する。
【００２３】
パルス系領域からキャンベル系領域への切り替えは、パルス系領域とキャンベル系領域とがオーバーラップする中間（遷移）領域で行う。通常、オーバーラップする中間領域が広ければ、パルス系領域が飽和する前に裕度を持ってキャンベル系領域に移行すれば、円滑に切り替えられる。一方、オーバーラップする中間領域が狭ければ、あらかじめキャンベル系領域の特性カーブを記憶しておき、パルス系領域及びキャンベル系領域の値に基づいて、パルス系領域が飽和する前にキャンベル系領域の値を補正することにより、円滑に切り替えることができる。
【００２４】
パルス系領域では、パルス信号を増幅し、波形整形し、不感時間を補正した計数値に対してあらかじめ設定した警報設定値以上の計数値を超えた場合に、ドライバ回路９へ警報信号として出力する。上記不感時間とは、放射線が入射した直後に電子なだれが比例計数管６全体に広がり正イオン集団が生成され、その集団が遠ざかるまで比例計数管６が作動しない不感応状態の時間をいう。
【００２５】
また、キャンベル系領域では、出力信号をディジタル信号に変換して二乗平均電圧（Mean Square Voltage Mode：以下、ＭＳＶという。）値を求め、このＭＳＶ値からＭＳＶ計数値を求めた後、あらかじめ設定した警報設定値以上の計数値を超えた場合に、ドライバ回路９へ警報信号として出力する。
【００２６】
ドライバ回路９は、上記警報信号を最終的に臨界警報信号として出力する。上記あらかじめ設定した警報設定値とは、核分裂物質の量及び臨界事故の発生する場所に基づいてシュミレーションデータにより得られた値である。
【００２７】
次に、本実施形態の臨界警報装置における信号処理装置８について詳細に説明する。図２は図１の信号処理装置８の構成を示すブロック図である。
【００２８】
図２に示すように、信号処理装置８は、パルス信号増幅部１０と、ノイズ除去部１１と、パルス計数値演算処理部１２と、キャンベル信号処理部１３と、ＭＳＶ演算処理部１４と、及び計数値算出部１５と、を備える。
【００２９】
パルス系領域では、前置増幅器７から前置増幅器信号であるパルス信号を計数し、このパルス信号をパルス信号増幅部１０でさらに増幅し、ノイズ除去部１１でサージノイズの除去を行う。そして、パルス計数値演算処理部１２では、一定時間の周期で以下の式により不感時間の補正を行い、パルス系領域の計数値とする。
パルス計数値＝（Ｓ×Ｎ×ｔ）／（ｔ−Ｎ×ｔＤ）
上式において、Ｓ：比例計数管の感度補正係数、Ｎ：演算周期内のカウンタ値、ｔ：演算周期、ｔＤ：不感時間である。
【００３０】
他方、キャンベル系領域では、前置増幅器７からの出力信号をキャンベル信号処理部１３で信号増幅してディジタル値に変換し、ＭＳＶ演算処理部１４で測定帯域に対してノイズ除去を行った後、ＭＳＶ演算処理部１４が一定時間周期で以下の式により二乗平均処理を行い、ＭＳＶ領域系の計数値とする。
ＭＳＶ領域系の計数値＝Ｋ×ｔ×Ａ×Ｖ2
上式において、Ｖ：プリアンプ入力換算電圧、Ａ：ＭＳＶ比例係数、Ｋ：ＭＳＶ／パルス調整係数、ｔ：演算周期である。
【００３１】
さらに、計数値算出部１５において、パルス系領域ではパルス計数値により、あらかじめ設定した警報設定値以上の計数値を超えた場合に警報信号をドライバ回路９に出力する。パルス領域を超えたキャンベル系領域では、ＭＳＶ計数値により、あらかじめ設定した警報設定値以上の計数値を超えた場合に警報信号をドライバ回路９に出力する。
【００３２】
上記のようにパルス系領域からキャンベル系領域への切り替えは、パルス系領域とキャンベル系領域がオーバーラップする中間領域で行い、この中間領域ではパルス計数値とＭＳＶ計数値との加重平均が計数値を超えた場合に警報信号を出力する。
【００３３】
図３は一実施形態において10Ｂ比例計数管のパルス波高分布とカウント値との関係を示す図である。図４は一実施形態において壊変エネルギーＱが２．３１ＭｅＶの場合の10Ｂの（ｎ，α）反応を示す図である。図５は一実施形態において壊変エネルギーＱが２．７９ＭｅＶの場合の10Ｂの（ｎ，α）反応を示す図である。
【００３４】
本実施形態の臨界警報装置における信号処理装置８は、キャンベル系領域をキャンベル法により演算して計数値を求めている。10Ｂを中性子変換物質として塗布した比例計数管６のパルス信号波形は、10Ｂ＋ｎ→7Ｌｉ＋4Ｈｅ＋γの反応により、図３のパルス波高分布に示すように7Ｌｉとガンマ線による低いパルス波高値と、4Ｈｅのα線による高いパルス波高値とに分かれる。
【００３５】
この場合、例えばフーリェ変換のパーセバルの定理を用いて分離する。そして、キャンベル系領域では、7Ｌｉとガンマ線γによる低いパルス波高値を除外する。
【００３６】
10Ｂの（ｎ，α）反応は、図４に示すようにガンマ線を放出する場合と、図５に示すようにガンマ線を放出しない場合とがある。キャンベル系領域では、このままの信号を用いて計算すると、ガンマ線による信号がランダムに発生するため二乗平均値の誤差が大きくなる。そのため、図２に示すキャンベル信号処理部１３で波高弁別を行う。
【００３７】
図６は図２のキャンベル信号処理部の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図６に示すように、キャンベル信号処理部１３は、キャンベル信号増幅部１６と、アナログフィルタ部１７と、Ａ／Ｄ変換部１８と、波高弁別部１９と、を備える。
【００３９】
したがって、前置増幅器７から前置増幅器信号であるパルス信号は、キャンベル信号増幅部１６で増幅された後、アナログフィルタ部１７で高周波ノイズ成分が除去される。そして、高周波ノイズ成分が除去された信号は、Ａ／Ｄ変換部１８でディジタル値に変換され、さらに波高弁別部１９で低い波高値信号が除去され、ＭＳＶ演算処理部１４に出力される。
【００４０】
このように本実施形態は、定常時から臨界事故発生後も中性子線を計測可能な臨界警報装置である。そして、１×１０15ｆｉｓｓｉｏｎ／ｍｓの金属系臨界事故時に想定される１Ｇｙ／ｈのガンマ線下でも中性子線の検出が可能な10Ｂを中性子変換物質として塗布した比例計数管を使用している。
【００４１】
但し、定常時も中性子線の検出を可能とするには、中性子感度は０．５ｓ-1／ｎｖ以上は必要であり、臨界事故時にはパルス計測による測定は飽和してしまい、臨界事故継続時に中性子線を測定することは困難である。
【００４２】
そのため、パルス計測による数え落としが発生しない中性子線では、パルス信号により計数値を測定し、パルス信号波形が飽和する領域では、中性子線が検出器信号の二乗平均値に比例することを利用したキャンベル法（二乗平均電圧モード：ＭＳＶモード）を用いて中性子線を測定している。
【００４３】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００４４】
なお、上記実施形態では、パルス系領域からキャンベル系領域への切替方法についていくつか説明したが、これら以外の方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…半導体検出器、２…前置増幅器、３…主増幅波高弁別回路、４…ディジタル積分回路、５…ドライバ回路、６…比例計数管、７…前置増幅器、８…信号処理装置、９…ドライバ回路、１０…パルス信号増幅部、１１…ノイズ除去部、１２…パルス計数値演算処理部、１３…キャンベル信号処置部、１４…ＭＳＶ演算処理部、１５…計数値算出部、１６…キャンベル信号増幅部、１７…アナログフィルタ部、１８…Ａ／Ｄ変換部、１９…波高弁別部
【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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