(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる固体をアルゴン雰囲気中に置き、その固体の表面または表面層に存在するトリチウムからのβ線によって誘起されるアルゴンの特性Ｘ線をＸ線検出器で検出することを特徴とするトリチウムの測定方法。
【請求項２】
測定対象となる固体の表面上を微小間隔を保って移動できる無底ボックスに、この無底ボックス内をアルゴン雰囲気に保持するアルゴン注入手段を設けるとともに、この無底ボックスの内部に、固体の表面または表面層に存在するトリチウムからのβ線によって誘起されるアルゴンの特性Ｘ線を検出するＸ線検出器を設けたことを特徴とするトリチウムの測定装置。
【請求項３】
測定対象となる固体を収納できるボックスに、このボックス内をアルゴン雰囲気に保持するアルゴン注入手段を設けるとともに、このボックスの内部に、固体の表面または表面層に存在するトリチウムからのβ線によって誘起されるアルゴンの特性Ｘ線を検出するＸ線検出器を設けたことを特徴とするトリチウムの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体の表面または表面層に存在するトリチウム量の測定方法及び測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トリチウムは将来のエネルギー源である核融合炉の燃料として注目を浴びている物質である。但し、トリチウムはβ線を放出する放射性物質であり、水素の放射性同位体であるため水素と同じような化学的性質を示す。このためトリチウムは金属等の固体表面に容易に吸着し、固体内部にも吸収・溶解される。従って、トリチウム自体の厳重な管理が必要なことはもちろんのこと、トリチウムが表面に吸着したり表面層に吸収されているような汚染機材や廃棄物等の固体の取り扱いにも厳重な管理が要求される。
【０００３】
このような観点より、大量のトリチウムを使用する核融合実験装置をはじめ、実験室規模での小型トリチウム取り扱い装置等による開発研究の過程で発生するトリチウム汚染物については、その汚染状況を測定する必要がある。またトリチウム汚染が起こらないような新しい固体材料の研究開発においても、材料表面のトリチウム吸着量の測定が必須である。このような要求に応えるため、従来から次の３種類のトリチウム量の測定方法が提案されている。
【０００４】
第１の方法は、β線による気体の電離現象を利用した、空気流通型比例計数管、気体流通型比例計数管、窓無し空気電離箱等を用いる方法である。第２の方法は、固体の電離または蛍光現象を利用した半導体検出器、プラスチックシンチレーター等を用いる方法である。第３の方法は、材料表面の拭き取りまたは加熱法によってサンプリングされたトリチウムを、液体シンチレーションカウンターで測定する間接的な測定方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の３種類のトリチウム量の測定方法は、何れもトリチウムから放出されるβ線の電離作用または蛍光作用を利用して測定を行うものである。ところが、トリチウムから放出されるβ線の平均エネルギーは約６ｋｅＶであり、現在知られている放射性物質の中で最も低エネルギーのβ線放射体である。またこのトリチウムから放出されるβ線の最大飛程は空気中で約５ｍｍ、固体中では１μｍ以下である。
【０００６】
このため第１及び第２の方法では、用いられる測定器の放射線入射窓に設けられている検出器を構成又は保護するための薄膜によるβ線の減衰が問題となり、この薄膜を極めて薄くするとともに、測定表面と検出器との間隙を極めて狭くすることが必要不可欠となる。その結果、この薄膜は極めて脆弱になり検出器の取り扱いに慎重を要することとなる。もちろん、測定表面に凹凸のある場合には測定することが不可能である。一方、薄膜がなく検出器が露出しているタイプでは、材料表面から脱離するトリチウムによる汚染が不可避である。
【０００７】
また、第１の方法で用いられる測定器にはメタン等の可燃性気体を必要とするものがあり、やはり検出器の取り扱いに注意が必要となる。一方、第３の方法では拭き取り効率が一定とはならず定量性に問題があるうえ、第３の方法のうち加熱法による場合には、測定対象が加熱可能な材料表面のみに限定され、定量性のみならず適用範囲が狭いという問題もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、検出器の操作が容易であり、測定対象表面に限定がなく、定量性にも優れたトリチウムの測定方法及び装置を提供するためになされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた第１の発明のトリチウムの測定方法は、測定対象となる固体をアルゴン雰囲気中に置き、その固体の表面または表面層に存在するトリチウムからのβ線によって誘起されるアルゴンの特性Ｘ線をＸ線検出器で検出することを特徴とするものである。
また第２の発明のトリチウムの測定装置は、測定対象となる固体の表面上を微小間隔を保って移動できる無底ボックスに、この無底ボックス内をアルゴン雰囲気に保持するアルゴン注入手段を設けるとともに、この無底ボックスの内部に、固体の表面または表面層に存在するトリチウムからのβ線によって誘起されるアルゴンの特性Ｘ線を検出するＸ線検出器を設けたことを特徴とするものである。更に第３の発明のトリチウムの測定装置は、測定対象となる固体を収納できるボックスに、このボックス内をアルゴン雰囲気に保持するアルゴン注入手段を設けるとともに、このボックスの内部に、固体の表面または表面層に存在するトリチウムからのβ線によって誘起されるアルゴンの特性Ｘ線を検出するＸ線検出器を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、前記した従来の測定法とは全く異なる原理に基づき、固体の表面または表面層に存在するトリチウム量の測定を行う。すなわち、前記したようにβ線と物質との相互作用の一つに電離作用があり、この電離作用の過程において物質特有の特性Ｘ線が放出される。トリチウムからのβ線によって誘起される特性Ｘ線は元のβ線に比べ貫通力がはるかに大きく、その検出も容易である。この特性Ｘ線を検出器の近傍で効率的に発生させるためのＸ線発生物質として、本発明ではアルゴンを選択し、アルゴンの特性Ｘ線をＸ線検出器で検出することによってトリチウム量の測定を行う。
【００１１】
アルゴンはトリチウムからの低エネルギーのβ線により貫通力の大きい特性Ｘ線を発生することができる物質であり、大気中にも１％程度含まれている入手が容易で人畜無害の不活性気体である。このため測定対象表面とＸ線検出器との間を大気圧のアルゴン雰囲気に置換するだけでよく、測定装置の構造を単純化できる。また測定対象の表面状態には依存せず、加熱や拭き取り等の操作も不必要である。更には使用するＸ線検出器の大きさを変えることによって種々の大きさの表面を測定可能である。アルゴンから発生する特性Ｘ線の数はβ線の数にのみ依存するため定量性に優れる。なお、Ｘ線検出器としては測定目的及び条件にあわせて既存の種々の測定器が利用可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を示す。
図１は本発明の好ましい実施形態を示す図であり、１は内部をアルゴンガス雰囲気とした密封ボックス、２は測定対象となる固体、３はその近傍に配置されたＸ線検出器である。この実施形態では、Ｘ線検出器冷却用ジュワー４内の液体窒素により冷却した高純度ゲルマニウムのＸ線検出器３を用いたが、上記したように種々のＸ線検出器を用いることができる。
【００１３】
測定対象となる固体２の表面または表面層にトリチウムが存在すると、トリチウムからのβ線によってその近傍のアルゴンからアルゴンの特性Ｘ線が発生する。この特性Ｘ線をＸ線検出器３で検出することにより、後記の実施例に示す通りトリチウム量の測定が行える。特性Ｘ線は大きい貫通力を持つため、Ｘ線検出器３は測定対象となる固体２に密着させる必要はない。
【００１４】
図２は第２の発明の実施形態を示す図である。但し、測定対象表面は図に示すような完全に平坦な表面に限定するものではなく、基本的にはアルゴン雰囲気を作り出せる様な表面形状であれば良い。
５は測定対象となる固体表面側を開口させた無底ボックスであり、ローラ等の適宜の移動手段６に支持され、測定対象となる固体２の表面上を表面から数ｍｍ程度の微小間隔を保ち、広範囲の測定が必要な場合には容易に移動できるようになっている。この無底ボックス５には、アルゴン注入手段７が設けられている。アルゴン注入手段７はこの無底ボックス５内をアルゴン雰囲気に保持するためのものである。また無底ボックス５の内部には、Ｘ線検出器３が設けられている。図１の実施形態ではＸ線検出器冷却用ジュワー４を備えた高精度のＸ線検出器３を用いたが、この実施形態では移動が容易な簡易型のＸ線検出器が用いられている。
【００１５】
第２の発明の測定装置は、測定対象となる固体２の表面に沿って無底ボックス５を移動させるだけで、固体２の表面または表面層に存在するトリチウム量の測定が行える。
【００１６】
図３は第３の発明の実施形態を示す図であり、測定対象表面の形状にかかわらず測定が可能である。この第３の発明では、図１と同様に測定対象となる固体２を収納できるボックス８が用いられ、その内部にＸ線検出器３が設けられている。またボックス８の内部はアルゴン注入手段７によりアルゴン雰囲気に保持されている。この第３の発明の測定装置も、従来のように薄膜を介することなく測定対象である固体２の表面または表面層に存在するトリチウム量の測定を直接行うことができる。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
まず図４に示すように、厚みが０．５ｍｍで１５ｍｍ角の炭素板の中央に直径１４ｍｍのトリチウム吸着部分を設けたトリチウム吸着材料を作成した。この部分のトリチウム吸着密度は１．２×１０6 Ｂｑ／ｃｍ2 である。この材料を図１に示した密封ボックス内にセットした。測定に先立ち、密封ボックス内を大気圧のアルゴン雰囲気とした。トリチウムのβ線によって誘起されるアルゴンの特性Ｘ線を検出するために、液体窒素で冷却した高純度ゲルマニウムのＸ線検出器を用いた。
【００１８】
このような測定条件の元でエネルギースペクトルを測定した結果、図５に示すスペクトルが得られた。この図から明らかなように、３ｋｅＶ付近に鋭い１本のピークが検出された。このピーク位置は文献値（アルゴンのＫα線：２．９６ｋｅＶ）よりアルゴンの特性Ｘ線であることが明白である。なお、このピークの裾に表れている幅広な弱いピークは制動Ｘ線であり、本測定において妨害となるものではない。
【００１９】
この測定により得られた特性Ｘ線強度は毎分当たり１６２カウントであり、本装置のバックグラウンドが毎分０．５カウントであることを考慮すると、十分に両者を弁別可能であることが分かる。この結果、固体材料の表面または表面層に存在するトリチウム量を本発明の方法により計測出来ることが確認された。なお本実施例ではＸ線検出器の入射窓の直径が８ｍｍであり、材料の直径よりも小さいものであったが、より大きい入射窓を持つＸ線検出器を使用すれば、さらに感度の向上を図ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば固体材料の表面または表面層に存在するトリチウム量を、極めて単純な構造の測定装置により、非破壊的にかつ定量的に測定することができる。また従来法とは異なり検出器の操作が容易であり、測定対象表面に限定がない利点もある。なお本発明の測定装置はトリチウムを扱う放射線施設での床面等の汚損状況自動検査システムに組み込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定方法を示す配置説明図である。
【図２】第２の発明の測定装置の断面図である。
【図３】第３の発明の測定装置の断面図である。
【図４】実施例において用いたトリチウム吸着材料の平面図である。
【図５】実施例において測定されたエネルギースペクトルである。
【符号の説明】
１  密封ボックス
２  測定対象となる固体
３  Ｘ線検出器
４  Ｘ線検出器冷却用ジュワー
５  無底ボックス
６  移動手段
７  アルゴン注入手段
８  ボックス
【図１】
0003781893.tif 000002
【図２】
0003781893.tif 000003
【図３】
0003781893.tif 000004
【図４】
0003781893.tif 000005
【図５】
0003781893.tif 000006