(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃棄物から放射されるα放射能を測定するα放射能識別装置であって、測定対象となる放射性廃棄物が装入される電離チャンバと、この電離チャンバの上流側に設けられたガス導入部と、このガス導入部を介して前記電離チャンバ内に測定ガスを供給するガス供給手段と、前記電離チャンバの下流側に設けられたガス排出部と、前記電離チャンバ内で放射性廃棄物から放射されるα線に曝露された測定ガスが前記ガス排出部を介して導入され、イオン対から電離電流を生成する電離箱と、この電離箱内で生成された電離電流を電気信号化する電離電流測定部と、前記ガス排出部および前記ガス導入部の両者に連通し、前記ガス排出部から排出された測定ガスが前記ガス導入部に返戻されるように該測定ガスを前記電離チャンバに循環させるガス循環流路と、を具備するとともに、前記ガス循環流路から分岐して前記電離箱を通過した後に前記ガス循環流路に合流する第１のバイパス流路と、前記電離箱よりも下流側において前記ガス循環流路から分岐して前記ガス循環流路に戻る第２のバイパス流路と、該第２のバイパス流路を通流する測定ガスから湿分を除去して該測定ガスの湿度を調整するドライヤと、前記ガス循環流路から分岐して前記電離チャンバの側周部に連通し、前記電離チャンバ内の放射性廃棄物に対して測定ガスを多方面から吹き付ける複数の分散流路とを有することを特徴とするα放射能識別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性廃棄物のα放射能測定に係り、特に固化体処理した後の放射性廃棄物から放射されるα放射能を測定するα放射能識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用済燃料の再処理工場等の核燃料サイクル施設の運転に伴い、高レベル放射性廃棄物としてα放射性核種を含むＴＲＵ（超ウラン元素；ウランより質量が大きい人工の放射性元素）が発生する。例えば、再処理により発生したプルトニウムは、最終的にはガラス等の固化剤で固化され、容器に封入して長期間保管されることが検討されている。
【０００３】
ところで、再処理工場をはじめとする放射性物質を取り扱う施設から発生するＴＲＵ廃棄物をすべて同じ取り扱いにすると、その処分費用が莫大なものとなる。このため、ＴＲＵ廃棄物の放射能濃度を的確に測定することにより放射能レベルの低いものは簡素な処分形態で処理することができ、全体の処分費用を削減することができる。このように放射性廃棄物のα放射能を適時測定して評価することは、放射性廃棄物および放射能管理上重要な業務である。
【０００４】
従来から高レベル放射性廃棄液等をガラス固化した放射性廃棄物（ガラス固化体）のα放射能の評価については、放射性廃棄物を固化する以前に放射性廃液をサンプリングし、α線スペクトル測定や化学分析等により実施されていた。
【０００５】
しかしながら、これはガラス固化体の製作前に行われるα放射能の測定であり、高レベル放射性廃棄物をガラス固化体に製作した後や、保管中におけるα放射能を測定する場合には、ガラス固化体の一部を切断し、これの前処理を行った後に、前述のようなα線スペクトル測定や化学分析法により測定する、いわゆる破壊分析によりα放射能の評価を行わねばならない。
【０００６】
高レベル放射性廃棄物のガラス固化体製作後にα放射能を測定する場合には、放射性廃棄物固化体の破壊分析を行うことになるが、この破壊分析については、折角堅固にガラスにより固化体とした放射性物質の封じ込みを破り、サンプル抽出の作業が必要となる。
【０００７】
さらに、サンプル抽出後の固化体された放射性廃棄物、および分析に使用したサンプル等が新たな放射性廃棄物として発生し、これらの廃棄物処理等のために放射能汚染防止を含めた繁雑な作業が必要となる。
【０００８】
このように測定対象物を破壊して放射能を測定する方法は多くの問題を生じるので、非破壊でＴＲＵ廃棄物の放射能濃度を測定することができるα放射能識別装置が提案されている。
【０００９】
図５に示すように、従来のα放射能識別装置100においては、上流側ライン101から下流側ライン107までの間に電離チャンバ102、電離箱103、HEPAフィルタ105、ブロワ106がこの順に並んでいる。ＴＲＵ廃棄物は電離チャンバ102に入れられる。電離チャンバ102内にはα線により電離する物質を含む測定ガス（電離ガス）がライン101を介して充填される。α線が電離チャンバ102に充填された電離性のある測定ガスと反応して電離イオンを発生する。測定ガスには例えば空気、ヘリウムＨｅ、アルゴンＡｒガスの単体またはこれらの混合体を用いる。これらのガスはα線による電離効率が高いので、精度良くα放射能を測定することが可能である。
【００１０】
測定ガスは、電離チャンバ102内でＴＲＵ廃棄物の放射線に曝された後に、電離箱103に送られる。高速の荷電粒子が測定ガス中を通過すると、その通路に沿って励起された分子と電離された分子とがそれぞれ生成される。中性子分子が分離されて生成される陽イオンと自由電子はイオン対と呼ばれる。このイオン対を電離箱１０３で電離電流として検出する。電離箱103の内部では電極に検出された電気信号は、電離電流測定器104に入力される。電離電流測定器104では入力された電気信号をパルス信号に変換して計数し、その計数結果をデータ処理計算機に出力する。データ処理計算機は計数されたパルス数を表示装置に表示すると共に、そのパルス数に基づいてα放射能を算出する。この算出結果も必要に応じて表示装置に表示される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置においては、測定ガスが通流するライン101,107が貫流方式（ワンスルー方式）であるために測定終了までに排出されるガス量が多く、排気処理施設の負担が過大になる。
【００１２】
また、従来の装置においては、ＴＲＵ廃棄物の大きさに応じて電離箱103を大きくする必要があり、これに伴って電離箱103を覆う鉛遮蔽材の量が増加するので、装置全体としては大型で重量物となる。
【００１３】
また、従来の装置においては、測定ガスが周囲環境からの影響を受けやすく、測定ガス中に含まれる湿分が増減すると、それに応じて感度が不安定となって検出値がばらつき、その結果、測定精度が低下する。
【００１４】
さらに、従来の装置においては、バルブ等の複雑形状の廃棄物に対しては測定ガスの流れが部分的に滞留して澱み、また付着した放射性物質に直接触れない部分ができることからガスの電離に濃淡（不均一）を生じ、測定精度を低下させるおそれがある。
【００１５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、バックグラウンドの影響を受け難く、ＴＲＵ廃棄物の放射能濃度を的確に測定することができ、処分費用の削減に寄与することができるα放射能識別装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
α放射能の測定原理は放射性廃棄物から放射される放射線により測定ガスを電離させ、この電離電流を測定することにより、廃棄物の放射能濃度を測定するものである。
【００１７】
本発明の装置は、測定精度を向上させるために従来装置に比較して次に列挙する各種機能（１）〜（４）を備えている。
【００１８】
（１）従来装置では測定ガスはワンススルー方式となっており、測定時に放出されるガス排出量が多く、施設の排気処理系への負担が増大するのに対して、本装置では測定ガスを循環方式とし、排出ガス量を最小限に抑えている。
【００１９】
（２）従来のワンスルー方式の装置では測定する廃棄物の大きさに応じて測定ガスの量が多くなることから電離箱を大型化する必要がある。これに対して、本発明の装置では測定ガスの一部をバイパスさせ、このバイパス流における電離電流を測定する方式とすることにより、電離箱の大型化を回避している。電離箱の小型化は電離箱の遮蔽に使用する鉛遮蔽材の物量を削減および装置重量の削減に寄与する。
【００２０】
（３）測定ガスの湿度は測定精度に影響することが判明しており、湿度管理を行うことは測定精度を安定化させる重要な要素である。本装置では再生式のドライヤを設け、測定ガスの湿度管理を行って測定精度の安定化を図っている。
【００２１】
（４）従来装置では廃棄物を投入する電離チャンバ２内の測定ガスの流れは一方側から他方側へ流れる単純な貫流方式であった。しかし、バルブ等の複雑形状の廃棄物に対しては測定ガスの流れが部分的に澱んだり、付着した放射性物質に直接触れない部分ができることからガスの電離にむらができ、測定精度を悪化させる可能性がある。これに対して本発明の装置では、複雑形状の廃棄物に対応して効果的に測定できるよう、廃棄物に対して全方向から吹き付けるような流れを生じさせるため、チャンバの側面（上面／背面／下面）に複数の吹き付けノズルを設置している。
【００２２】
本発明に係るα放射能識別装置は、放射性廃棄物から放射されるα放射能を測定するα放射能識別装置であって、測定対象となる放射性廃棄物が装入される電離チャンバと、この電離チャンバの上流側に設けられたガス導入部と、このガス導入部を介して前記電離チャンバ内に測定ガスを供給するガス供給手段と、前記電離チャンバの下流側に設けられたガス排出部と、前記電離チャンバ内で放射性廃棄物から放射されるα線に曝露された測定ガスが前記ガス排出部を介して導入され、イオン対から電離電流を生成する電離箱と、この電離箱内で生成された電離電流を電気信号化する電離電流測定部と、前記ガス排出部および前記ガス導入部の両者に連通し、前記ガス排出部から排出された測定ガスが前記ガス導入部に返戻されるように該測定ガスを前記電離チャンバに循環させるガス循環流路と、を具備する。
【００２３】
そして、ガス循環流路から分岐して電離箱を通過した後にガス循環流路に合流する第１のバイパス流路を有する。測定ガスの大部分を循環流路に流し、測定ガスのうち一部（ごく少量）を第１のバイパス流路に流すようにすると、電離箱を小型化することができるので、電離箱を覆う鉛遮蔽物の量が少なくなり、装置全体としての小型化と軽量化を図ることができる。
【００２４】
また、電離箱よりも下流側においてガス循環流路から分岐してガス循環流路に戻る第２のバイパス流路と、この第２のバイパス流路を通流する測定ガスから湿分を除去して該測定ガスの湿度を調整するドライヤを有する。循環通流する測定ガスをドライヤで湿度調整管理することにより測定精度が向上し、検出感度が安定化する。なお、ドライヤはゼオライト等からなる吸湿材を加熱して再生するヒータを備えた再生式であることが好ましい。
【００２５】
またさらに、ガス循環流路から分岐して電離チャンバの側周部に連通し、電離チャンバ内の放射性廃棄物に対して測定ガスを多方面から吹き付ける複数の分散流路を有する。これら複数の分散流路を介して電離チャンバ内にあらゆる方向から測定ガスを導入すると、複雑形状ＴＲＵ廃棄物の各部（上面／背面／下面）の隅々にいたるまで測定ガスが万遍なく吹き付けられ、従来は正確な測定が困難であったバルブ等の複雑形状ＴＲＵ廃棄物を高精度に測定することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１に示すように、α放射能識別装置１は、ループ状のガス循環流路Ｌ２と、２つのバイパス流路Ｌ３，Ｌ４（本発明の「第１のバイパス流路」、「第２のバイパス流路」）と、３つの系統の分散流路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３とからなる測定ガスの回路を備えている。
【００２７】
ガス循環流路Ｌ２には、電離チャンバ２、バルブＶ１、HEPAフィルタ５、ブロワ６、バルブＶ５、露点計（湿度計）Ｄ１、バルブＶ７、流量計Ｆ３がこの順に設けられ、ブロワ６の吸引／吐出により測定ガスがガス循環流路Ｌ２を通流して電離チャンバ２に循環供給されるようになっている。
【００２８】
測定ガスは、α線と反応すると電離する性質をもつ空気、ヘリウムＨｅ、アルゴンＡｒガスの単体または混合体からなる気体であり、図２に示すガス供給源８から流路Ｌ１を通ってガス循環流路Ｌ２に導入され、ガス循環流路Ｌ２を所定期間にわたり循環された後に、流路Ｌ７を通ってガス循環流路Ｌ２から工場の建屋ダクトを通って集合排気処理装置（図示せず）に排出されるようになっている。なお、ガス循環流路Ｌ２内で測定ガスを循環させる場合は、流路Ｌ１のバルブＶ６と流路Ｌ７のバルブＶ４とを共に閉じておく。
【００２９】
第１のバイパス流路Ｌ３は、電離チャンバ２の出口側とバルブＶ１との間においてガス循環流路Ｌ２から分岐し、電離箱３の内部を通流した後に、バルブＶ１とHEPAフィルタ５との間においてガス循環流路Ｌ２に再び合流している。
【００３０】
電離箱３の内部には電極が設けられている。この電極に集められた電気信号が電離電流測定器４に入力される。電離電流測定器４では入力された電気信号をパルス信号に変換して計数し、その計数結果をデータ処理計算機（図示せず）に出力するようになっている。さらに、データ処理計算機は計数されたパルス数を表示装置（図示せず）の画面に表示すると共に、そのパルス数に基づいてα放射能を算出する。この算出結果も必要に応じて表示装置の画面に表示される。
【００３１】
図３及び図４に示すように、電離箱３の箱本体３１は全周囲が鉛遮蔽体３２で覆われている。電離箱本体３１のサイズは径８６ｍｍφ×高さ１１０ｍｍHであり、鉛遮蔽体３２の厚みを約１００ｍｍとしている。なお、本発明装置１は総重量が１トンを超えないように設計されており、例えば１基分の装置の総重量が約７５０ｋｇに軽量化されている。ちなみに、図５に示した従来装置の電離箱１０３のサイズは径１２４ｍｍφ×高さ１５１ｍｍHであり、装置１００の総重量は約１５０ｋｇであった。
【００３２】
電離チャンバ２は、ガス入口部２１、チャンバ本体２２、ガス出口部２３、開閉窓２４、圧力計Ｐ１、温度計Ｔ１を備えている。チャンバ本体２２の形状は矩形であり、このチャンバ本体２２にガス入口部２１およびガス出口部２３がフランジ継手により着脱可能に取り付けられている。開閉窓２４は、小サイズの被測定物を電離チャンバ２に容易に出し入れするために設けられ、電離チャンバ２の側面部にヒンジ継手で可動に支持されている。大サイズの被測定物を電離チャンバ２に装入する場合は、チャンバ前面全体が開く大型開閉窓を使用する。なお、本装置における被測定物の最大サイズは３５０ｍｍ×４５０ｍｍである。
【００３３】
電離チャンバ２の上面部、側面部、下面部にガス循環流路Ｌ２から分岐した３つの系統の分散流路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３がそれぞれ連通し、電離チャンバ２のなかの被測定物に向けて上方、側方、下方から測定ガスが吹き付けられるようになっている。
【００３４】
第１の分散流路Ｌ２１は、バルブＶ１１および流量計Ｆ５を経由して、さらに３つに分岐している。各分岐路はバルブＶ１２，Ｖ１３，Ｖ１４を介して電離チャンバ２の上面部、側面部、下面部にそれぞれ連通している。
【００３５】
第２の分散流路Ｌ２２は、バルブＶ１５および流量計Ｆ６を経由して、さらに３つに分岐している。各分岐路はバルブＶ１６，Ｖ１７，Ｖ１８を介して電離チャンバ２の上面部、側面部、下面部にそれぞれ連通している。
【００３６】
第３の分散流路Ｌ２３は、バルブＶ１９および流量計Ｆ７を経由して、さらに３つに分岐している。各分岐路はバルブＶ２０，Ｖ２１，Ｖ２２を介して電離チャンバ２の上面部、側面部、下面部にそれぞれ連通している。
【００３７】
第２のバイパス流路Ｌ４は、ブロワ６の下流側にてガス循環流路Ｌ２から分岐し、ドライヤユニット７０のドライヤ７の内部を通流した後に、露点計Ｄ１の上流側にてガス循環流路Ｌ２に再び合流している。ドライヤ７内には吸着剤７２が充填され、充填された吸着剤７２の中央を貫通するように再生ヒータ７１が設けられている。この再生ヒータ７１により吸湿した吸着剤７２を定期的に加熱して再生させるようになっている。本実施例の吸着剤７２にはゼオライト系化合物を用いた。
【００３８】
第２のバイパス流路Ｌ４は、バルブＶ９および流量計Ｆ４を経由して、さらに２つに分岐している。一方の分岐路は四方弁Ｖ３１を介してドライヤ７の本体上部に連通している。他方の分岐路は四方弁Ｖ３２を介してドライヤ７の再生ヒータ７１の上端に連通している。ガスは、ドライヤ７の本体上部に導入されて下降し、吸着剤７２により湿分を吸収除去され、中央の再生ヒータ７１の中空部を通って上昇し、ドライヤ７から出て行くようになっている。
【００３９】
露点計（湿度計）Ｄ１は、ガス循環流路Ｌ２を通流する測定ガス中の湿分を検出し、検出信号を操作盤４１（図３参照）に送り、表示させるようになっている。湿度の実測値が基準値を超えているときはバルブＶ５を閉じるとともにバルブ９を開け、ドライヤ７に吸湿ガスを導入する。露点計Ｄ１で計測される実測値が設定基準値を下回るようになるまでドライヤ７に吸湿ガスを送りつづける。さらに、ドライヤ制御盤７３は、図示しない電源からタイマー動作により再生ヒータ７１に給電させ、ドライヤ７内の吸着剤７２を加熱して再生させる。なお、流路Ｌ９は吸着剤の加熱再生中にドライヤ７内を排気するためのラインである。
【００４０】
流量計Ｆ２は、HEPAフィルタ５５とブロワ６との間に設けられ、チャンバ２を通過してくるガス流量を測定するものである。
【００４１】
流路Ｌ５は、流量計Ｆ２とブロワ６との間においてガス循環流路Ｌ２に合流している。バルブＶ２を開けると、流路Ｌ５を通ってガス循環流路Ｌ２に外気が導入され、系内の圧力変動を吸収する働きがある。
【００４２】
流路Ｌ６は、ブロワ６の下流側でガス循環流路Ｌ２から分岐し、流路Ｌ５の直ぐ下流側でガス循環流路Ｌ２に合流している。バルブＶ３を開けると、流路Ｌ６を通ってガス循環流路Ｌ２がブロワ６にバイパスされ、ガス循環流路Ｌ２の循環流量調整がされる。
【００４３】
流路Ｌ７は、ブロワ６の下流側でガス循環流路Ｌ２から分岐し、工場の集合排気処理装置（図示せず）に連通している。バルブＶ４を開けると、流路Ｌ７を通ってガス循環流路Ｌ２内のガスが集合排気処理装置に排出される。
【００４４】
流路Ｌ１０は電離チャンバ２の上流側にてガス循環流路Ｌ２に連通している。バルブＶ７を閉じ、バルブＶ８とバルブＶ４とを開けると、流路Ｌ１０とＬ７を通ってワンスルー流路が形成される。
【００４５】
次に、図３及び図４を参照して本実施形態のα放射能識別装置１の具体的な構造について説明する。
【００４６】
α放射能識別装置１の全体は、骨格としてのフレーム１１，１５およびポスト１４に取り付けられている。ベースフレーム１１には複数の車輪１３が取り付けられ、装置１が搬送可能となっている。また、ベースフレーム１１には複数のスクリュウ式のレベル調整部材１２が取り付けられ、装置１の水平レベルが微調整されるようになっている。装置全体のサイズはおよそ縦２５００ｍｍ×横１４００ｍｍ×高さ１７４５ｍｍである。
【００４７】
複数のポスト１４は、ベースフレーム１１から立ち上がり、上フレーム１５を支持している。上フレーム１５には電離チャンバ２、電離箱３、電離電流測定器４、操作盤４１および各種の配管と計器が搭載されている。
【００４８】
操作盤４１は、装置１の全体を統括的に制御するためのものであり、主電源、主スイッチ、複数の副スイッチ、配電盤、各種の表示メータ、各種の表示ランプを備えている。
【００４９】
ドライヤ７は縦長円筒形状をなし、ベースフレーム１１上に立てた複数の専用ポストにより支持されている。ドライヤ７には専用の操作盤７３が設けられている。測定ガスを除湿するときや吸着剤７２を再生加熱するときはドライヤ操作盤７３を用いる。
【００５０】
次に、上記装置を用いてＴＲＵ廃棄物から放射されるα放射能を計測する場合について説明する。
【００５１】
先ず電離チャンバ２の開閉窓２４あるいは大型開閉窓（チャンバ前面が開閉）を開け、電離チャンバ２内に測定対象物としてのＴＲＵ廃棄物を装入する。開閉窓２４あるいは大型開閉窓（チャンバ前面が開閉）を閉じると電離チャンバ２内は気密に保たれる。
【００５２】
電離箱３の内部には電極が設けられている。この電極に集められた電気信号が電離電流測定器４に入力される。電離電流測定器４では入力された電気信号をパルス信号に変換して計数し、その計数結果をデータ処理計算機（図示せず）に出力する。さらに、データ処理計算機は計数されたパルス数を表示装置（図示せず）の画面に表示すると共に、そのパルス数に基づいてα放射能を算出する。この算出結果も必要に応じて表示装置の画面に表示される。
【００５３】
本実施形態によれば、測定ガスの大部分を循環流路に流し、測定ガスのうち一部（ごく少量）をバイパス流路に流すようにすると、電離箱を小型化することができるので、電離箱を覆う鉛遮蔽物の量が少なくなり、装置全体としての小型化と軽量化を図ることができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、循環通流する測定ガスをドライヤで湿度調整管理することにより測定精度が向上し、検出感度が安定化する。
【００５５】
また、本実施形態によれば、複数の分散流路を介して電離チャンバ内にあらゆる方向から測定ガスを導入すると、複雑形状ＴＲＵ廃棄物の各部（上面／背面／下面）の隅々にいたるまで測定ガスが万遍なく吹き付けられ、従来は正確な測定が困難であったバルブ等の複雑形状ＴＲＵ廃棄物を高精度に測定することが可能になる。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、電離チャンバへの測定ガスの供給経路を従来のワンスルー方式から循環方式としたことにより、バックグラウンドの影響を受け難くなり、高精度の測定が可能になる。
【００５７】
また、本発明によれば、電離箱が従来品よりも小さくなるので、遮蔽材の使用量を大幅に低減することができる。
【００５８】
さらに、本発明によれば、測定ガス中の湿分を高精度に管理するので、測定精度が安定化する。
【００５９】
さらに、本発明によれば、複数の分岐流路を介して電離チャンバ２の側周面のあらゆる方向からチャンバ内に測定ガスを導入し、複雑形状の廃棄物に対して万遍なく測定ガスを吹き付けるようにしているので、複雑形状廃棄物の測定精度が従来に比べて飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るα放射能識別装置を示す概略系統図。
【図２】本発明の実施形態に係るα放射能識別装置を示す詳細系統図。
【図３】本発明の実施形態に係るα放射能識別装置を示す正面外観図。
【図４】図３中の矢視IV−IVから見た装置を示す側面外観図。
【図５】従来の装置を示す概略系統図。
【符号の説明】
１…α放射能識別装置、
２…電離チャンバ２、
２１…ガス入口部、２２…チャンバ本体、２３…ガス出口部、２４…開閉窓、
３…電離箱、
３１…箱本体、３２…鉛遮蔽体、
４…電離電流測定器、
４１…操作盤、
５…HEPAフィルタ、
６…ブロワ、
７…ドライヤ、
７０…ドライヤユニット、
７１…再生ヒータ、７２…吸着剤、
７３…ドライヤ制御盤、
８…ガス供給源、
１１…ベースフレーム、
１４…ポスト、
１５…上フレーム、
１２…レベル調整部材、
１３…車輪、
Ｌ２…ガス循環流路、
Ｌ３，Ｌ４…バイパス流路、
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３…分散流路、
Ｐ１…圧力計、
Ｔ１…温度計、
Ｄ１…露点計（湿度計）、
Ｆ１〜Ｆ７…流量計、
Ｖ１〜Ｖ３２…バルブ。
【図１】
0003801532.tif 000002
【図２】
0003801532.tif 000003
【図３】
0003801532.tif 000004
【図４】
0003801532.tif 000005
【図５】
0003801532.tif 000006