静電気学会誌，42, 6（2018）281-282

J. Inst. Electrostat. Jpn.

ノ ー ト

低線量放射線照射ポリエチレンの空間電荷特性
光本 真一 ，福間 眞澄 ，藤井 雅之＊, 1＊＊，芳原 新也＊＊＊，栗本 宗明

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（2018年7月12日受付；2018年9月10日受理）

Space Charge Profile in Polyethylene with Irradiation of Low-doseRadioactive Ray under DC Voltage Application
＊, 1

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Shinichi MITSUMOTO , Masumi FUKUMA , Masayuki FUJII
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Sin-ya HOHARA
and Muneaki KURIMOTO,（Received July 12, 2018; Accepted September 10, 2018）
This paper describes space charge formation in low-dose radioactive-ray irradiated polyethylene（ PE ）film with thickness of
0.1 mm. Accumulated charge Q was measured by current integration meter using a capacitor of 10 μF. It was found that Q of
the radioactive-ray irradiated PE was higher than that of non-irradiated one after the voltage application of 15kV. These results
indicate that low-dose radioactive-ray irradiation to PE enhances both conduction current and space charge accumulation in
PE bulk under the voltage application of 15 kV.

1．はじめにれる．ポリエチレンの電気特性に及ぼすガンマ線や X 線

現在，電力ケーブルの電気絶縁材料としてポリエチレン照射の影響に関する研究は多く存在するが，それらの多くが広く用いられている．送電時におけるエネルギー損失をは比較的大きな照射線量 （1.2 kGy 程度以上）の研究減らすための方法として，直流送電が検討されている．しであり，低線量照射時におけるポリエチレンの電気特性，かしながら，直流電界下ではポリエチレン中に蓄積する空特に空間電荷について調べた報告例は，ほとんど見当たら間電荷が局部電界を強調する事によって，ポリエチレンのない．そのため本研究では，1 Gy 程度の X 線または 10

本質的な絶縁破壊の強さよりも低い値で絶縁破壊が発生

Gy 程度のガンマ線および中性子線が照射されたポリエチする可能性がある．一方，原子力発電所や宇宙環境におレンの空間電荷特性を調べたので報告する．

1）–6

いて使用される制御系電気ケーブルに，ポリエチレン材料が使用される場合，放射線がポリエチレンに絶えず照射さ

2．試料および放射線照射方法
試料としては，公称厚さ 0.1 mm の低密度ポリエチレ

キーワード：空間電荷，電気伝導，ポリエチレン，放射線＊
豊田工業高等専門学校（〒471-8525 豊田市栄生町 2-1）
National Institute of Technology, Toyota College, 2-1,Eisei-cho, Toyota-shi, Aichi 471-8525, Japan＊＊
松江工業高等専門学校（〒690-8518 松江市西生馬町 14-4）
National Institute of Technology, Matsue College, 2-1,
Nishiikuma-cho, Matsue-shi, Shimane 690-8518, Japan＊＊＊
大島商船高等専門学校（〒742-2193 山口県大島郡周防大島町大字小松1091 番地 1）
National Institute of Technology, Oshima College, 10911, Komatsu, Oshima-gun, Yamaguchi 742-2193, Japan
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近畿大学
（〒577-8502 東大阪市小若江 3-4-1）
Kindai University, 3-4-1, Kowakae, Higashiosaka-shi,Osaka 577-8502, Japan＊＊＊＊＊
名古屋大学（〒464-8601 名古屋市千種区不老町）
Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya-shi,Aichi 464-8601, Japan1
mitumoto@toyota-ct.ac.jp

ン（ LDPE ）を用いた．この試料に Pu-Be を用いて中性子線およびガンマ線を照射した（この場合の中性子線フルエンスは 7.3×10 n/cm でありガンマ線照射線量は 1.672×10 Gy である（以降 Condition A と呼ぶ））
．また X 線–6照射装置を用いて，試料に 1.2 Gy の X 線照射を行った（以降 Condition B と呼ぶ）．

3．空間電荷測定方法
照射 6 日後の試料に 5, 10, 15 kV の電圧を照射面が正電極となるように，5 分間印加した．このときパルス静電応力（ PEA ）法

2）により発生された空間電荷信号を，ディジタルオシロスコープによって観測した．空間電荷分布測定に用いたパルス電圧は 250 V，平均化回数は200 回である．さらに電流積分電荷法3）を用いてポリエチレン試料に直列接続された 10 μF のコンデンサの電圧V の測定を行い，蓄積電荷量 Q を評価した．電流積分電荷法による電荷測定において電圧除去後に過渡的減衰を経て安定に残留する電荷量は，電極からの注入電荷量

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静電気学会誌 第42巻 第 6 号（2018）に関係していると考えられることから，電圧除去 60 秒後にコンデンサに蓄積された電荷量 Q を算出した．な
お Q の算出は，10 μF のコンデンサ電圧 V とコンデンサ容量の積によって求めた．すべての実験は室温で行った．

4．実験結果および考察
図 1 および図 2 に，未照射 LDPE 試料および Condition A
で照射した LDPE 試料の空間電荷分布の測定結果をそれぞ

図 1 未照射試料の空間電荷分布
Fig.1 Space charge profile in non-irradiated LDPE.

れ示す．表示したグラフの電圧印加条件は，15 kV 印加 5分後および電圧除去直後である．電圧印加中の Condition
A 試料において，未照射試料と比べて正極性の空間電荷が分布していることがわかる．この正極性の空間電荷の最大値 は，30.9 C/m で あった．さらに 電 圧 除 去 直 後 に は，3Condition A 試料において最大値は 28.1 C/m の正極性空間3電荷が分布していた．Condition B 試料でも正極性電荷が確認された．これら正極性電荷は，電圧除去 60 秒後にはほとんど見られなくなった．図 3 は，電圧印加 5分時の空

図 2 照射試料（ ConditionA ）の空間電荷分布
Fig.2 Space charge profile in irradiated LDPE.

間電荷分布から算出した蓄積電荷密度の印加電圧依存性を示す．蓄積電荷密度の算出範囲は，Position 0 mm から 0.1mm において陰極電荷と陽極電荷が 0 C/m となる範囲とし3た．未照射試料では，10 kV から 15 kV へ電圧を上昇させても蓄積電荷密度は大きくならなかったが，10 kV の各照
射試料の値と比べて，Condition A では 1.23倍，Condition B
では 1.14 倍と同程度の割合で蓄積電荷密度が大きくなった．
各試料において 5 kV から 15 kV における蓄積電荷密度増加割合は，未照射試料で約 2.6 倍，Condition A では約 21倍，

図 3 空間電荷密度の印加電圧依存性
Fig.3 Applied voltage dependence of charge density.

Condition B では約 11倍であった．図 3 に見られる照射試料の正極性空間電荷密度の増大は，放射線照射による電離電荷が高電界下で変位したことにより発生した可能性が推察される．また，
Condition A と Condition B の照射線量（Gy ）の違いを考慮すると，10，15 kV 印加時における Condition
A の正極性電荷の形成に中性子照射が影響している可能性も考えられる．Q の印加電圧依存性を図 4 に示す．10kV 印加までは，未照射，照射試料における Q に大きな違いは認められなかった．しかし 15 kV 印加後では照射試料の Q が 15 kV の未照射試料の値と比べて，Condition A
では 1.67 倍，Condition B では 1.98 倍の割合で大きくなった．Condition A と Condition B の比較について今後検討する余地はあるが，15 kV 印加時には未照射試料に比べて照射試料により多くの電荷注入による電流が流れていたことが示唆される．これらの結果より，Condition A と Condition
B の低線量照射により，15 kV 印加時に大きな電流が流れ，試料内に蓄積される正極性の空間電荷密度が 10 kV 印加時よりも増加した可能性があると考えられる．本研究の一部は科学研究費（18K04120）の援助を受けて行われた．

図 4 コンデンサ蓄積電荷量 Q の印加電圧依存性
Fig.4 Applied voltage dependence of Q.
参考文献1） 小嶋 雅之，田中 康寛，高田 達雄，大木 義路：直流電圧印加により γ 線照射低密度ポリエチレン中に形成される空間電荷分布．電気学会論文誌 A，115-A（1995）93
2） T. Maeno, H. Kusibe, T. Takada and E. Cooke: Measurementof Spatial Charge Distribution in Thick Dielectrics Using thePulsed Electroacoustic Method. IEEE trans. Electr. Insul., 23（1988）4333） 藤富 寿之，森 琢磨，岩田 知之，小野 泰貴，三宅弘晃，田中 康寛，高田 達雄：ガンマ線照射電線ケーブルの絶縁劣化特性の高電圧側・電流積分電荷量による評価．電気学会全国大会，2-57（2016）69