トリチウムモニタ
【課題】キャリヤガス中に放射能が存在しない状態でトリチウムを高感度に測定することができ、キャリヤガス消費量を減らすことができると共に、ドレン処理等の付帯設備及び吸着剤交換作業等が不要でコスト低減可能なトリチウムモニタを提供する。
【解決手段】サンプリングしたガスの水蒸気の密度を測定する水蒸気密度測定手段２８と、サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段６と、放出された水蒸気を含むキャリヤガスを導入してトリチウムを測定するトリチウム測定手段９と、トリチウムを測定した後でキャリヤガスを再生し、その循環路を形成するキャリヤガス再生手段１０、１１、１２と、キャリヤガスの再生時に生成されるドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すドレン蒸発手段２５とを備えた構成とする。
【解決手段】サンプリングしたガスの水蒸気の密度を測定する水蒸気密度測定手段２８と、サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段６と、放出された水蒸気を含むキャリヤガスを導入してトリチウムを測定するトリチウム測定手段９と、トリチウムを測定した後でキャリヤガスを再生し、その循環路を形成するキャリヤガス再生手段１０、１１、１２と、キャリヤガスの再生時に生成されるドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すドレン蒸発手段２５とを備えた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子力炉施設、使用済燃料再処理施設、放射性同位元素使用施設、粒子線使用施設等の建屋内の空気及び排気設備から放出されるガス状廃棄物（空気が主体）に含まれるトリチウムを連続測定するトリチウムモニタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トリチウムモニタは、上記施設の建屋内の空気及び排気設備の排気をサンプリングし、サンプル空気中に水蒸気の形態で含まれるトリチウムを気体の状態で測定する。トリチウムから放射される放射線はβ線で、最大エネルギーが18keVと低エネルギーであるため、通気式電離箱に通して気体の状態で測定する必要がある。
【０００３】
更に、天然放射性核種として環境中に存在するラドン・トロン及びその娘核種から放射されるα線は、トリチウムから放射される上記β線の約千個分相当の電離を生じるため、高感度でトリチウムを測定しようとすると、上記核種及びその他のエネルギーの高い核種からトリチウムだけを分離して測定する必要がある。
【０００４】
従来のトリチウムモニタは、中空糸膜が水蒸気を選択的に透過する性質を利用し、サンプル空気から水蒸気を分離して中空糸膜の外側を流れるキャリヤガス中に放出し、分離された水蒸気を含むキャリヤガスを通気式電離箱に導入することにより、トリチウムを他の放射性核種が混入しない状態で測定している。
【０００５】
中空糸膜の水蒸気分離作用はサンプル空気とキャリヤガスの水蒸気の差圧に依存するため、キャリヤガスは乾燥ガスであることが求められる。また、低エネルギーのトリチウムを測定するために他の放射能が混入しないことが求められる。窒素ガスは上記条件に適合し、ボンベに封入した形で容易に入手できるため、キャリヤガスをボンベから供給する方法が用いられて来た。
【０００６】
しかし、キャリヤガスを常時流しているため、その消費量が多くなり、ボンベ交換を頻繁に行う必要がある。例えば、キャリヤガスを3L/minの状態で使用した場合、７m3（150kg/cm3）ボンベを３０時間程度の頻度で交換する必要があり、キャリヤガスの消費量削減方法あるいはボンベフリーが求められるようになった。
【０００７】
これを解決するために、トリチウムモニタ周辺の空気を吸入してフィルタで粒子状物質を除去し、加圧した空気を中空糸膜に通して水蒸気を除去し、活性炭でラドン・トロンを吸着除去して放射能を含まない清浄空気を精製する清浄空気精製装置を備え、ボンベフリーを実現したトリチウムモニタが提案されている。（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１８９５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のボンベフリー型トリチウムモニタは．清浄空気精製装置の吸着剤に吸着されたラドン・トロン及びその娘核種の一部が離脱してキャリヤガス中に排出されるという問題点があった。更に、モニタ設置場所の周辺空気にトリチウム及びラドン・トロン以外の気体状の放射能が存在する場合は、これを十分除去できないという問題点があった。
【００１０】
トリチウムの測定を行う測定用電離箱とバックグラウンドの測定を行う補償用電離箱の出力電流の差をとって正味の電流値を求め、その結果に基づきトリチウムの放射能を求める測定方法において、吸着剤から離脱したラドン・トロンとその娘核種及びその他の気体状放射能は、バックグラウンド電流値のゆらぎを増大させる原因となり、トリチウムの高感度測定の障害となっていた。
【００１１】
また、ラドン・トロンとその娘核種及び水蒸気の吸着除去の目的で吸着剤を使用するため、吸着剤の交換作業という新たな保守作業が発生するという問題点があった。更に、空気を加圧することにより発生するドレンは放射性廃棄物として処理する必要があり、ドレンレス化が課題となっていた。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本質的にラドン・トロンを含まないキャリヤガスを使用し、キャリヤガスを除湿して循環させるようにしたので、キャリヤガス中にラドン・トロン及びその娘核種、その他の放射能が存在しない好適な状態でトリチウムを高感度に測定できると共に、キャリヤガス消費量を大幅に減らすことができ、ドレン処理等の付帯設備および吸着剤交換作業等が不要でコストを大幅に低減することが可能なトリチウムモニタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係わるトリチウムモニタは、測定点のガスをサンプリングしてガス中に水蒸気の形態で内包するトリチウムを測定するトリチウムモニタにおいて、測定点のガスをサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングしたガスの水蒸気の密度を測定するサンプルガス水蒸気密度測定手段と、サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、キャリヤガス中に放出された水蒸気の密度を測定するキャリヤガス水蒸気密度測定手段と、放出された水蒸気を含むキャリヤガスを導入してトリチウムを測定するトリチウム測定手段と、トリチウムを測定した後でキャリヤガスから水蒸気を除去してキャリヤガスを再生すると共に再生したキャリヤガスの循環路を形成するキャリヤガス再生手段と、キャリヤガス再生手段にキャリヤガスを供給し、漏洩して減ったキャリヤガスを自動補充するキャリヤガス供給手段と、キャリヤガスを入れ替えるための流路切換手段と、上記循環路に設けられ、再生したキャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定するバックグラウンド測定手段と、トリチウム測定値からバックグラウンド測定値を補償し、サンプルガス水蒸気密度とキャリヤガス水蒸気密度の比に基づき水蒸気分離効率を補償してサンプルガス中のトリチウム濃度を求める測定部と、キャリヤガスを再生した結果として生成されるドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すドレン蒸発手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係わるトリチウムモニタは上記のように構成され、本質的にラドン・トロンを含まないキャリヤガスを使用し、キャリヤガスを除湿して循環させるようにしたので、キャリヤガス中にラドン・トロン及びその娘核種、その他の放射能が存在しない好適な状態でトリチウムを高感度に測定することができる。
【００１５】
また、キャリヤガスは排気せず、漏洩して減った分を自動補充するようにしたので、キャリヤガス消費量を大幅に減らすことができる。また、キャリヤガスを再生する工程で発生するドレンを蒸発させてサンプルガス中に戻して排気するようにしたので、ドレン処理等の付帯設備および吸着剤交換作業等が不要となり、コストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、実施の形態１によるトリチウムモニタの構成を示すブロック図である。。
【００１７】
実施の形態１において、測定点（図示せず）のガスは一般的には排気筒（図示せず）またはトリチウムを取り扱っている室内（図示せず）の空気である。測定点からサンプリングされたサンプルガスは入口弁１から吸入され、サンプルガスフィルタ２でサンプルガス中に含まれる粒子状のダストが除去され、サンプルガス流量計３によりサンプルガスの流量が測定され、サンプルガス露点計４によりサンプルガスの露点が測定される。測定値は＊１で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。
【００１８】
また、サンプルガス圧力計５によりサンプルガスの圧力が測定される。この測定値も＊２で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。露点が測定されたサンプルガスは水蒸気分離器６に導入され、サンプルガスから水蒸気の一部が分離され、図中のｃ、ｄを含む流路を循環しているキャリヤガス中に放出される。キャリヤガスの循環路については後述する。
【００１９】
キャリヤガス中に放出された水蒸気は、キャリヤガス露点計７によりキャリヤガスの露点が測定される。測定値は＊３で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。また、キャリヤガス圧力計８によりキャリヤガスの圧力が測定され、測定用電離箱９に導入されて水蒸気の形態のトリチウムが測定される。測定は電離電流を＊５に示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。
【００２０】
測定用電離箱９から排出されたキャリヤガスは、キャリヤガスコンプレッサ１０で加圧されてキャリヤガスに含まれる水蒸気が濃縮され、冷却器１１に導入される。冷却器１１に導入されたキャリヤガスは、水蒸気が凝縮されてドレンとして除去される。冷却器１１から排出されたキャリヤガスは、ドライヤ１２に導入されて残留する水蒸気が除去される。
【００２１】
ドライヤ１２から排出されたキャリヤガスは２つに分流され、一方は第１の減圧弁１３に導入され、他方は切換電磁弁１４に導入される。第１の減圧弁１３に導入されたキャリヤガスは大気圧近くまで減圧され、減圧されることでキャリヤガスは乾燥した状態となる。乾燥したキャリヤガスは、ドライヤ１２に導入され、除去された水蒸気をパージしてキャリヤガスコンプレッサ１０の吸気側に戻される。
【００２２】
ドライヤ１２を設けないで冷却器１１から排出される例えば４気圧に加圧したキャリヤガスを大気圧まで減圧した場合は、減圧したキャリヤガスの露点は-14℃程度であるのに対し、ドライヤ１２を設けることにより、減圧したキャリヤガスの露点は-40℃程度まで下がり、水蒸気分離器６でキャリヤガス中に放出された水蒸気が高効率で除湿され、キャリヤガスは再生される。例えば、除湿前のキャリヤガスが25℃、50%RHの場合、水蒸気の99%が除湿され、キャリヤガスは再生される。
【００２３】
切換電磁弁１４から排出されたキャリヤガスは、加圧キャリヤガス圧力計１５で圧力が測定され、第２の減圧弁１６に導入される。第２の減圧弁１６に導入されたキャリヤガスは大気圧近くまで減圧されると共に、減圧されることで乾燥した状態となる。第２の減圧弁１６から排出され乾燥したキャリヤガスは、イオントラップ１７に導入され、帯電したダストおよび気体イオンが電極で放電して除電される。
【００２４】
上記帯電ダストは、主にキャリヤガスコンプレッサ１０の内部で、可動部材が磨耗することにより発生され、気体イオンは、キャリヤガスの成分相互の摩擦およびキャリヤガスの成分と部材の摩擦で発生するものである。
【００２５】
イオントラップ１７から排出されたキャリヤガスは、キャリヤガスフィルタ１８でキャリヤガス中のダストが除去され、キャリヤガス流量計１９で流量が測定され、補償用電離箱２０に導入される。補償用電離箱２０は、キャリヤガス中に残留するトリチウムのβ線と環境γ線とを合計したバックグラウンド放射線を測定する。測定はキャリヤガスを＊４で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。補償用電離箱２０から排出されたキャリヤガスは、水蒸気分離器６に導入される。
【００２６】
キャリヤガスが流れる上記の各機器は上述したキャリヤガス露点計７、測定用電離箱９などを含めて閉ループとなる循環路を形成し、キャリヤガスはこの循環路に沿って流れる。窒素ボンベ２１からは、キャリヤガスとしての窒素が上記循環路に、定圧調整弁２２を経由して自動的に供給される。また、切換電磁弁１４を開から閉に切換え、パージ電磁弁２３を閉から開に切換えることにより、必要に応じて循環路内のキャリヤガスを入れ換えることができる。
【００２７】
一方、上述したように、冷却器１１で生成されたドレンは、冷却器用オートドレン２４から排出されて蒸発器２５に導入され、蒸発器２５で蒸発して水蒸気となる。水蒸気分離器６のｂから排出されたサンプルガスは、蒸発器２５に導入されて上記水蒸気をパージする。蒸発器２５から排出されたサンプルガスはサンプルガスポンプ２６に導入され、出口弁２７から排出される。
【００２８】
測定部２８は、上述したサンプルガス露点計４から出力されたサンプルガス露点*１を、サンプルガス圧力計５から出力されたサンプルガス圧力*２を、キャリヤガス露点計７から出力されたキャリヤガス露点*３を、測定用電離箱９から出力された電離電流*５を、また、補償用電離箱２０から出力された電離電流*４をそれぞれ入力し、露点に対する水蒸気密度テーブルから、サンプルガス露点*１に対応するサンプルガスの水蒸気密度を求め、この水蒸気密度とサンプルガス圧力*２とから大気圧換算されたサンプルガスの水蒸気密度Ｗ１を求める。同様に、露点に対する水蒸気密度テーブルから、キャリヤガス露点*３に対応するキャリヤガスの水蒸気密度Ｗ２を求める。また、測定用電離箱９の電離電流*５と補償用電離箱２０の電離電流*４の差が正味電離電流値として求められ、この正味電離電流値に濃度換算係数を乗じ、その結果に水蒸気密度比W１/W２を乗じてトリチウム濃度を演算し、出力する。
【００２９】
なお、サンプルガス露点計４及びキャリヤガス露点計７については、露点計の代わりに温度計と湿度計を設置してもよい。また、上記の説明では測定用電離箱９の出力と補償用電離箱２０の出力をそれぞれ測定部２８に入力する例を示したが、測定用電離箱９と補償用電離箱２０に互いに逆極性の高電圧を印加すると、放射線を測定した結果の電離電流の方向は互いに逆方向になり、それぞれの電離電流を突合せることによってバックグラウンド放射線が除去された正味電離電流が得られるので、その突合せた結果の電離電流を測定部２８に入力してもよい。
【００３０】
水蒸気分離器６及びドライヤ１２はそれぞれ同じ構成とされており、その具体例を図２に示す。上端及び下端の符号ａ、ｂ、ｍ、ｎは図１のａ、ｂ、ｍ、ｎに対応している。サンプルガス露点計４からの湿潤ガスは被除湿ガス入口６１１から導入され、多数の管状中空糸膜６１２の内側を分流して流れ、被除湿ガス出口６１３から排出される。乾燥ガスはパージガス入口６１４から導入されて管状中空糸膜６１２の外面と外筒６１５の間を流れ、パージガス出口６１６から排出される。符号ｃ、ｄ、ｐ、ｑは図１のｃ、ｄ、ｐ、ｑに対応している。
【００３１】
図３は、中空糸膜６１２の水蒸気分離の動作を説明するための図で、中空糸膜６１２は水蒸気を選択的に透過させる性質を持っており、水蒸気は被除湿ガス側からｃ、ｄ、ｐ、ｑの矢印のように流れるパージガス側に透過する。このため、水蒸気分離器６は、サンプルガス中のラドン・トロンの娘核種、その他のガス状放射性物質からトリチウムを含む水蒸気を分離することができる。
【００３２】
透過する水蒸気量は中空糸膜６１２の各微小部位における水蒸気圧の差圧に依存している。このため、水蒸気分離器６の中空糸膜６１２の面積あるいはドライヤ１２の中空糸膜６１２の面積、サンプルガス流量、キャリヤガス流量を適切に設定することにより、測定用電離箱９におけるキャリヤガスの湿度を、測定用電離箱９が安定に動作する湿度範囲の上限近傍の好適な状態に維持することができる。
【００３３】
水蒸気分離器６，ドライヤ１２の中空糸膜６１２としては、市販されている宇部興産(株)製のポリイミド膜を使用することができる。この膜は、微多孔質膜で、膜を隔てて水蒸気圧の高い側の膜面から水蒸気が膜に溶解し、膜の中を拡散移動して水蒸気圧の低い側の膜面から水蒸気が拡散される。ガス成分の種類によって透過速度に差が生じ、水蒸気の透過速度が空気(酸素と窒素)のそれに比べて数千倍大きいので、選択的な水蒸気分離が可能となる。ただし、ポリイミド膜にミス卜状の水が浸入すると透過せずに排出されるため水蒸気分離効率が低下する。
【００３４】
中空糸膜６１２としては、他に、旭硝子エンジニアリング(株)製のパーフロロスルフォン酸樹脂膜も使用可能である。この膜は非多孔質のイオン交換膜で、親水性の官能基-SO3Hが付いており、近接するフッ素原子の効果で酸性度が高められ、その結果吸水力が高められて水分を多量に吸着する性質がある。この膜は水蒸気の透過速度が空気(酸素と窒素)のそれに比べて数十万倍大きいので、選択的な水蒸気分離の点ではポリイミド膜より優れている。
【００３５】
一方、ポリイミド膜は、同一容積で膜面積が大きくとれるため小型化が可能で、かつ水蒸気分離効率が高いという点で優れている。また、パーフロロスルフォン酸樹脂膜は吸水力が高いため、ミス卜状の水が浸入しても水蒸気分離効率が低下しない。したがって、水蒸気分離器６の中空糸膜６１２にパーフロロスルフォン酸樹脂膜を使用し、ドライヤ１２にポリイミド膜を使用することにより目的に適合した水蒸気分離および除湿が可能となる。
【００３６】
次に、切換電磁弁１４を閉、パージ電磁弁２３を開にすることにより、定圧調整弁２２が動作して窒素ガスボンベ２１から循環路に窒素ガスが自動供給され、循環路内のキャリヤガスが入れ替わる。通常は切換電磁弁１４を開、パージ電磁弁２３を閉とし、キャリヤガスの圧力調整は、加圧キャリヤガス圧力計１５が所定の圧力となるように定圧調整弁２２を調整し、キャリヤガス圧力計８がほぼ大気圧となるように第２の減圧弁１６を調整することにより行う。
【００３７】
装置の運転状態は、サンプルガス流量計３により、サンプリングが正常に行われていることを確認する。また、キャリヤガス流量計１９により、キャリヤガスの循環が正常に行われていることを確認する。
【００３８】
運転中に循環路外に漏洩したキャリヤガスは、定圧調整弁２２が動作して窒素ガスボンベ２１から漏洩で減った分を自動補給する。通常の配管接続で漏洩量を0.1cm3/sec以下に抑制することは容易であり、キャリヤガス流量3L/minの時、再生しないで窒素ガスを供給した場合に対し、キャリヤガス再生利用の場合の窒素ガスの消費量は２/1000以下に節減でき、従来7m3（150kg/cm3）の窒素ガスボンベ２１を３０時間で交換していたのが、実施の形態１によれば１年程度まで延長できるようになる。
【００３９】
以上のように、実施の形態１では、純度の高い窒素ガスをキャリヤガスとして使用し、水蒸気分離装置６でトリチウムを含む水蒸気を選択的に分離してキャリヤガスに放出し、キャリヤガスに放出された水蒸気を導入して測定用電離箱９でトリチウムを測定するようにしたので、キャリヤガスをラドン・トロン及びその娘核種、更にその他のガス状放射性物質から本質的に遮断することができ、トリチウムを高感度に測定できる。
【００４０】
また、冷却器１１とドライヤ１２でキャリヤガスを除湿して循環させて再利用するようにし、窒素ガスボンベ２１からは漏洩した分のキャリヤガスを自動補給するようにしたので、窒素ガスの消費量を従来に比べて大幅に削減でき、それにより窒素ガスボンベの交換頻度を従来の日単位から１年以上に減らすことができ、保守作業を大幅に省力化できる。
【００４１】
更に、冷却器１１で生成されたドレンを冷却器用オートドレン２４から排出して蒸発器２５に導入し、ドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すようにしたので、放射性液体廃棄物としてのドレン処理及び吸着剤の交換作業が不要となり、保守作業を大幅に省力化でき、保守コストおよび設備コストを低減することができる。また、窒素ガスの消費量を大幅に削減でき、かつ、ドレン処理が不要になったので、小型ボンベを搭載した可搬型のトリチウムモニタも容易に実現することができる。
【００４２】
また、イオントラップ１７を備えて、キャリヤガス中の帯電ダストおよび気体イオンの除電を行うようにしたので、補償用電離箱２０および測定用電離箱９のバックグラウンド電流が抑制されてゆらぎが小さくなる結果、トリチウムを高感度で測定することができる。
【００４３】
また、機器の磨耗で発生するダストをキャリヤガスフィルタ１８で除去するようにしたので、補償用電離箱２０および測定用電離箱９の内部にダストが付着し、そのダストにトリチウムを含む水蒸気が付着して引き起こされるトリチウム汚染および絶縁低下を防止することができ、補償用電離箱２０および測定用電離箱９を安定して動作させることができる。
【００４４】
また、水蒸気分離器６の中空糸膜６１２として非多孔質のイオン交換膜であるパーフロロスルフォン酸樹脂膜を使用することにより、トリチウム測定における妨害核種の混入を無視できる程度に抑制することが可能となるため、トリチウムを高感度で測定することができる。
【００４５】
また、ドライヤ１２の中空糸膜６１２として微多孔質膜のポリイミド膜を使用することにより、高効率でキャリヤガスの除湿を行うことが可能となり、測定点のトリチウム濃度の変化に対する応答性が速くなる。
【００４６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２における水蒸気分離器６のｄ端子から測定用電離箱９に至る構成を示すブロック図である。
その他の構成は図１と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【００４７】
実施の形態２は、図４に示すように水蒸気分離器６の出口ｄから放出された水蒸気を含むキャリヤガスを加熱するヒータ２９と、加熱されたキャリヤガスの温度を測定して＊６で示すように、測定部２８に出力するキャリヤガス温度計３０を実施の形態１に追加したものである。
【００４８】
ヒータ２９は、例えば、測定用電離箱９の上流に設置する。キャリヤガス温度計３０は、例えば、ヒータ２９の後段に設置する。測定部２８は、キャリヤガス温度計３０で測定されたキャリヤガス温度*６が、測定用電離箱９の許容相対湿度の上限付近になるようにヒータ２９を制御する。
【００４９】
予め水蒸気分離器６の能力を高めて移行する水蒸気の量を多くしておき、キャリヤガスの温度を上げ、測定用電離箱９の内部の相対湿度を、測定用電離箱９の電極の絶縁から決まる許容上限付近で制御することにより、水蒸気密度が高い状態でトリチウムを測定することができるため、トリチウムを高感度で測定できる。また、相対湿度を制御した好適な動作環境下に測定用電離箱９を置くことにより、長期間安定に動作させることができる。
【００５０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態３におけるサンプルガス露点計４の出口ｅから水蒸気分離器６の入口ａ、出口ｂ及び蒸発器２５を経由して出口弁２７に至る構成を示すブロック図である。その他の構成は図１と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【００５１】
実施の形態１および実施の形態２では、図１のサンプルガスポンプ２６の吸入側に水蒸気分離器６が接続された例を示しているが、実施の形態３では図５に示すように、サンプルガスポンプ２６をサンプルガスコンプレッサ３１に置き換え、出口弁２７の吸入側に第３の減圧弁３４及び蒸発器２５を設けると共に、サンプルガスコンプレッサ３１と第３の減圧弁３４との間にミストセパレータ３２を介してコンプレッサ用の第２のオートドレン３３を設け、コンプレッサ用のオートドレン３３と第３の減圧弁３４との間に水蒸気分離器６を接続したものである。
【００５２】
サンプルガスコンプレッサ３１でサンプルガスを加圧することにより水蒸気が凝縮して発生するドレンは、ミストセパレータ３２を経てコンプレッサ用の第２のオートドレン３３から排出され、蒸発器２５で蒸発して水蒸気となって出口弁２７から排出され、サンプルガスに戻される。
【００５３】
サンプルガスコンプレッサ３１で加圧して水蒸気が飽和したサンプルガスを水蒸気分離器６に導入することにより、水蒸気分離器６の効率が高くなるため、トリチウムを高感度で測定することができる。また、水蒸気分離器６の小型化が可能になる。
【００５４】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４におけるサンプルガス露点計４の出口ｅから水蒸気分離器６の入口ａ、出口ｂ及び蒸発器２５を経由して出口弁２７に至る構成を示すブロック図である。その他の構成は図１と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【００５５】
実施の形態４は、図６に示すように、実施の形態３の第３の減圧弁３４を電動弁３５に置き換え、コンプレッサ用の第２のオートドレン３３を除去したものである。
【００５６】
キャリヤガス露点計７で測定されたキャリヤガス露点に基づき電動弁３５の開度を調節してサンプルガスの圧力を調整し、飽和水蒸気またはそれに近い状態とすることにより、サンプルガスコンプレッサ３１を高い圧力で一定で運転する場合に対して、サンプルガスの水蒸気密度が低いときは高い圧力で、水蒸気密度が高いときは低い圧力で、飽和水蒸気ぎりぎりのところで運転することにより平均圧力を下げることができるため、サンプルガスコンプレッサ３１の寿命が長くなり、保守コストを低減できる。また、飽和水蒸気ぎりぎりのところで運転するためドレンの発生がなくなりコンプレッサ用の第２のオートドレン３３が不要となって装置が簡素になり、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の実施の形態１によるトリチウムモニタの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における水蒸気分離器およびドライヤの構成を示す概略図である。
【図３】実施の形態１における中空糸膜の動作を説明するための説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるトリチウムモニタの一部の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるトリチウムモニタの一部の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるトリチウムモニタの一部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 入ロ弁、 ２ サンプルガスフィルタ、 ３ サンプルガス流量計、
４ サンプルガス露点計、 ５ サンプルガス圧力計、 ６ 水蒸気分離器、
６１１ 被除湿ガス入口、 ６１２ 中空糸膜、 ６１３ 被除湿ガス出口、
６１４ パージガス入口、
６１５ 外筒、 ６１６ パージガス出口、 ７ キャリヤガス露点計、
８ キャリヤガス圧力計、 ９ 測定用電離箱、 １０ キャリヤガスコンプレッサ、 １１ 冷却器、 １２ ドライヤ、 １３ 第１の減圧弁、
１４ 切換電磁弁、 １５ 加圧キャリヤガス圧力計、 １６ 第２の減圧弁、
１７ イオントラッブ、 １８ キャリヤガスフィルタ、
１９ キャリヤガス流量計、 ２０ 補償用電離箱、 ２１ 窒素ガスボンベ、
２２ 定圧力調整弁、 ２３ パージ電磁弁、 ２４ 冷却器用オートドレン、
２５ 蒸発器、 ２６ サンプルガスポンプ、 ２７ 出口弁、 ２８ 測定部、
２９ ヒータ、 ３０ キャリヤガス温度計、 ３１ サンプルガスコンプレッサ、
３２ ミストセパレータ、 ３３ コンプレッサ用の第２のオートドレン、
３４ 第３の減圧弁、 ３５ 電動弁。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子力炉施設、使用済燃料再処理施設、放射性同位元素使用施設、粒子線使用施設等の建屋内の空気及び排気設備から放出されるガス状廃棄物（空気が主体）に含まれるトリチウムを連続測定するトリチウムモニタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トリチウムモニタは、上記施設の建屋内の空気及び排気設備の排気をサンプリングし、サンプル空気中に水蒸気の形態で含まれるトリチウムを気体の状態で測定する。トリチウムから放射される放射線はβ線で、最大エネルギーが18keVと低エネルギーであるため、通気式電離箱に通して気体の状態で測定する必要がある。
【０００３】
更に、天然放射性核種として環境中に存在するラドン・トロン及びその娘核種から放射されるα線は、トリチウムから放射される上記β線の約千個分相当の電離を生じるため、高感度でトリチウムを測定しようとすると、上記核種及びその他のエネルギーの高い核種からトリチウムだけを分離して測定する必要がある。
【０００４】
従来のトリチウムモニタは、中空糸膜が水蒸気を選択的に透過する性質を利用し、サンプル空気から水蒸気を分離して中空糸膜の外側を流れるキャリヤガス中に放出し、分離された水蒸気を含むキャリヤガスを通気式電離箱に導入することにより、トリチウムを他の放射性核種が混入しない状態で測定している。
【０００５】
中空糸膜の水蒸気分離作用はサンプル空気とキャリヤガスの水蒸気の差圧に依存するため、キャリヤガスは乾燥ガスであることが求められる。また、低エネルギーのトリチウムを測定するために他の放射能が混入しないことが求められる。窒素ガスは上記条件に適合し、ボンベに封入した形で容易に入手できるため、キャリヤガスをボンベから供給する方法が用いられて来た。
【０００６】
しかし、キャリヤガスを常時流しているため、その消費量が多くなり、ボンベ交換を頻繁に行う必要がある。例えば、キャリヤガスを3L/minの状態で使用した場合、７m3（150kg/cm3）ボンベを３０時間程度の頻度で交換する必要があり、キャリヤガスの消費量削減方法あるいはボンベフリーが求められるようになった。
【０００７】
これを解決するために、トリチウムモニタ周辺の空気を吸入してフィルタで粒子状物質を除去し、加圧した空気を中空糸膜に通して水蒸気を除去し、活性炭でラドン・トロンを吸着除去して放射能を含まない清浄空気を精製する清浄空気精製装置を備え、ボンベフリーを実現したトリチウムモニタが提案されている。（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１８９５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のボンベフリー型トリチウムモニタは．清浄空気精製装置の吸着剤に吸着されたラドン・トロン及びその娘核種の一部が離脱してキャリヤガス中に排出されるという問題点があった。更に、モニタ設置場所の周辺空気にトリチウム及びラドン・トロン以外の気体状の放射能が存在する場合は、これを十分除去できないという問題点があった。
【００１０】
トリチウムの測定を行う測定用電離箱とバックグラウンドの測定を行う補償用電離箱の出力電流の差をとって正味の電流値を求め、その結果に基づきトリチウムの放射能を求める測定方法において、吸着剤から離脱したラドン・トロンとその娘核種及びその他の気体状放射能は、バックグラウンド電流値のゆらぎを増大させる原因となり、トリチウムの高感度測定の障害となっていた。
【００１１】
また、ラドン・トロンとその娘核種及び水蒸気の吸着除去の目的で吸着剤を使用するため、吸着剤の交換作業という新たな保守作業が発生するという問題点があった。更に、空気を加圧することにより発生するドレンは放射性廃棄物として処理する必要があり、ドレンレス化が課題となっていた。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本質的にラドン・トロンを含まないキャリヤガスを使用し、キャリヤガスを除湿して循環させるようにしたので、キャリヤガス中にラドン・トロン及びその娘核種、その他の放射能が存在しない好適な状態でトリチウムを高感度に測定できると共に、キャリヤガス消費量を大幅に減らすことができ、ドレン処理等の付帯設備および吸着剤交換作業等が不要でコストを大幅に低減することが可能なトリチウムモニタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係わるトリチウムモニタは、測定点のガスをサンプリングしてガス中に水蒸気の形態で内包するトリチウムを測定するトリチウムモニタにおいて、測定点のガスをサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングしたガスの水蒸気の密度を測定するサンプルガス水蒸気密度測定手段と、サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、キャリヤガス中に放出された水蒸気の密度を測定するキャリヤガス水蒸気密度測定手段と、放出された水蒸気を含むキャリヤガスを導入してトリチウムを測定するトリチウム測定手段と、トリチウムを測定した後でキャリヤガスから水蒸気を除去してキャリヤガスを再生すると共に再生したキャリヤガスの循環路を形成するキャリヤガス再生手段と、キャリヤガス再生手段にキャリヤガスを供給し、漏洩して減ったキャリヤガスを自動補充するキャリヤガス供給手段と、キャリヤガスを入れ替えるための流路切換手段と、上記循環路に設けられ、再生したキャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定するバックグラウンド測定手段と、トリチウム測定値からバックグラウンド測定値を補償し、サンプルガス水蒸気密度とキャリヤガス水蒸気密度の比に基づき水蒸気分離効率を補償してサンプルガス中のトリチウム濃度を求める測定部と、キャリヤガスを再生した結果として生成されるドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すドレン蒸発手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係わるトリチウムモニタは上記のように構成され、本質的にラドン・トロンを含まないキャリヤガスを使用し、キャリヤガスを除湿して循環させるようにしたので、キャリヤガス中にラドン・トロン及びその娘核種、その他の放射能が存在しない好適な状態でトリチウムを高感度に測定することができる。
【００１５】
また、キャリヤガスは排気せず、漏洩して減った分を自動補充するようにしたので、キャリヤガス消費量を大幅に減らすことができる。また、キャリヤガスを再生する工程で発生するドレンを蒸発させてサンプルガス中に戻して排気するようにしたので、ドレン処理等の付帯設備および吸着剤交換作業等が不要となり、コストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、実施の形態１によるトリチウムモニタの構成を示すブロック図である。。
【００１７】
実施の形態１において、測定点（図示せず）のガスは一般的には排気筒（図示せず）またはトリチウムを取り扱っている室内（図示せず）の空気である。測定点からサンプリングされたサンプルガスは入口弁１から吸入され、サンプルガスフィルタ２でサンプルガス中に含まれる粒子状のダストが除去され、サンプルガス流量計３によりサンプルガスの流量が測定され、サンプルガス露点計４によりサンプルガスの露点が測定される。測定値は＊１で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。
【００１８】
また、サンプルガス圧力計５によりサンプルガスの圧力が測定される。この測定値も＊２で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。露点が測定されたサンプルガスは水蒸気分離器６に導入され、サンプルガスから水蒸気の一部が分離され、図中のｃ、ｄを含む流路を循環しているキャリヤガス中に放出される。キャリヤガスの循環路については後述する。
【００１９】
キャリヤガス中に放出された水蒸気は、キャリヤガス露点計７によりキャリヤガスの露点が測定される。測定値は＊３で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。また、キャリヤガス圧力計８によりキャリヤガスの圧力が測定され、測定用電離箱９に導入されて水蒸気の形態のトリチウムが測定される。測定は電離電流を＊５に示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。
【００２０】
測定用電離箱９から排出されたキャリヤガスは、キャリヤガスコンプレッサ１０で加圧されてキャリヤガスに含まれる水蒸気が濃縮され、冷却器１１に導入される。冷却器１１に導入されたキャリヤガスは、水蒸気が凝縮されてドレンとして除去される。冷却器１１から排出されたキャリヤガスは、ドライヤ１２に導入されて残留する水蒸気が除去される。
【００２１】
ドライヤ１２から排出されたキャリヤガスは２つに分流され、一方は第１の減圧弁１３に導入され、他方は切換電磁弁１４に導入される。第１の減圧弁１３に導入されたキャリヤガスは大気圧近くまで減圧され、減圧されることでキャリヤガスは乾燥した状態となる。乾燥したキャリヤガスは、ドライヤ１２に導入され、除去された水蒸気をパージしてキャリヤガスコンプレッサ１０の吸気側に戻される。
【００２２】
ドライヤ１２を設けないで冷却器１１から排出される例えば４気圧に加圧したキャリヤガスを大気圧まで減圧した場合は、減圧したキャリヤガスの露点は-14℃程度であるのに対し、ドライヤ１２を設けることにより、減圧したキャリヤガスの露点は-40℃程度まで下がり、水蒸気分離器６でキャリヤガス中に放出された水蒸気が高効率で除湿され、キャリヤガスは再生される。例えば、除湿前のキャリヤガスが25℃、50%RHの場合、水蒸気の99%が除湿され、キャリヤガスは再生される。
【００２３】
切換電磁弁１４から排出されたキャリヤガスは、加圧キャリヤガス圧力計１５で圧力が測定され、第２の減圧弁１６に導入される。第２の減圧弁１６に導入されたキャリヤガスは大気圧近くまで減圧されると共に、減圧されることで乾燥した状態となる。第２の減圧弁１６から排出され乾燥したキャリヤガスは、イオントラップ１７に導入され、帯電したダストおよび気体イオンが電極で放電して除電される。
【００２４】
上記帯電ダストは、主にキャリヤガスコンプレッサ１０の内部で、可動部材が磨耗することにより発生され、気体イオンは、キャリヤガスの成分相互の摩擦およびキャリヤガスの成分と部材の摩擦で発生するものである。
【００２５】
イオントラップ１７から排出されたキャリヤガスは、キャリヤガスフィルタ１８でキャリヤガス中のダストが除去され、キャリヤガス流量計１９で流量が測定され、補償用電離箱２０に導入される。補償用電離箱２０は、キャリヤガス中に残留するトリチウムのβ線と環境γ線とを合計したバックグラウンド放射線を測定する。測定はキャリヤガスを＊４で示すように、後述する測定部に入力して行なわれる。補償用電離箱２０から排出されたキャリヤガスは、水蒸気分離器６に導入される。
【００２６】
キャリヤガスが流れる上記の各機器は上述したキャリヤガス露点計７、測定用電離箱９などを含めて閉ループとなる循環路を形成し、キャリヤガスはこの循環路に沿って流れる。窒素ボンベ２１からは、キャリヤガスとしての窒素が上記循環路に、定圧調整弁２２を経由して自動的に供給される。また、切換電磁弁１４を開から閉に切換え、パージ電磁弁２３を閉から開に切換えることにより、必要に応じて循環路内のキャリヤガスを入れ換えることができる。
【００２７】
一方、上述したように、冷却器１１で生成されたドレンは、冷却器用オートドレン２４から排出されて蒸発器２５に導入され、蒸発器２５で蒸発して水蒸気となる。水蒸気分離器６のｂから排出されたサンプルガスは、蒸発器２５に導入されて上記水蒸気をパージする。蒸発器２５から排出されたサンプルガスはサンプルガスポンプ２６に導入され、出口弁２７から排出される。
【００２８】
測定部２８は、上述したサンプルガス露点計４から出力されたサンプルガス露点*１を、サンプルガス圧力計５から出力されたサンプルガス圧力*２を、キャリヤガス露点計７から出力されたキャリヤガス露点*３を、測定用電離箱９から出力された電離電流*５を、また、補償用電離箱２０から出力された電離電流*４をそれぞれ入力し、露点に対する水蒸気密度テーブルから、サンプルガス露点*１に対応するサンプルガスの水蒸気密度を求め、この水蒸気密度とサンプルガス圧力*２とから大気圧換算されたサンプルガスの水蒸気密度Ｗ１を求める。同様に、露点に対する水蒸気密度テーブルから、キャリヤガス露点*３に対応するキャリヤガスの水蒸気密度Ｗ２を求める。また、測定用電離箱９の電離電流*５と補償用電離箱２０の電離電流*４の差が正味電離電流値として求められ、この正味電離電流値に濃度換算係数を乗じ、その結果に水蒸気密度比W１/W２を乗じてトリチウム濃度を演算し、出力する。
【００２９】
なお、サンプルガス露点計４及びキャリヤガス露点計７については、露点計の代わりに温度計と湿度計を設置してもよい。また、上記の説明では測定用電離箱９の出力と補償用電離箱２０の出力をそれぞれ測定部２８に入力する例を示したが、測定用電離箱９と補償用電離箱２０に互いに逆極性の高電圧を印加すると、放射線を測定した結果の電離電流の方向は互いに逆方向になり、それぞれの電離電流を突合せることによってバックグラウンド放射線が除去された正味電離電流が得られるので、その突合せた結果の電離電流を測定部２８に入力してもよい。
【００３０】
水蒸気分離器６及びドライヤ１２はそれぞれ同じ構成とされており、その具体例を図２に示す。上端及び下端の符号ａ、ｂ、ｍ、ｎは図１のａ、ｂ、ｍ、ｎに対応している。サンプルガス露点計４からの湿潤ガスは被除湿ガス入口６１１から導入され、多数の管状中空糸膜６１２の内側を分流して流れ、被除湿ガス出口６１３から排出される。乾燥ガスはパージガス入口６１４から導入されて管状中空糸膜６１２の外面と外筒６１５の間を流れ、パージガス出口６１６から排出される。符号ｃ、ｄ、ｐ、ｑは図１のｃ、ｄ、ｐ、ｑに対応している。
【００３１】
図３は、中空糸膜６１２の水蒸気分離の動作を説明するための図で、中空糸膜６１２は水蒸気を選択的に透過させる性質を持っており、水蒸気は被除湿ガス側からｃ、ｄ、ｐ、ｑの矢印のように流れるパージガス側に透過する。このため、水蒸気分離器６は、サンプルガス中のラドン・トロンの娘核種、その他のガス状放射性物質からトリチウムを含む水蒸気を分離することができる。
【００３２】
透過する水蒸気量は中空糸膜６１２の各微小部位における水蒸気圧の差圧に依存している。このため、水蒸気分離器６の中空糸膜６１２の面積あるいはドライヤ１２の中空糸膜６１２の面積、サンプルガス流量、キャリヤガス流量を適切に設定することにより、測定用電離箱９におけるキャリヤガスの湿度を、測定用電離箱９が安定に動作する湿度範囲の上限近傍の好適な状態に維持することができる。
【００３３】
水蒸気分離器６，ドライヤ１２の中空糸膜６１２としては、市販されている宇部興産(株)製のポリイミド膜を使用することができる。この膜は、微多孔質膜で、膜を隔てて水蒸気圧の高い側の膜面から水蒸気が膜に溶解し、膜の中を拡散移動して水蒸気圧の低い側の膜面から水蒸気が拡散される。ガス成分の種類によって透過速度に差が生じ、水蒸気の透過速度が空気(酸素と窒素)のそれに比べて数千倍大きいので、選択的な水蒸気分離が可能となる。ただし、ポリイミド膜にミス卜状の水が浸入すると透過せずに排出されるため水蒸気分離効率が低下する。
【００３４】
中空糸膜６１２としては、他に、旭硝子エンジニアリング(株)製のパーフロロスルフォン酸樹脂膜も使用可能である。この膜は非多孔質のイオン交換膜で、親水性の官能基-SO3Hが付いており、近接するフッ素原子の効果で酸性度が高められ、その結果吸水力が高められて水分を多量に吸着する性質がある。この膜は水蒸気の透過速度が空気(酸素と窒素)のそれに比べて数十万倍大きいので、選択的な水蒸気分離の点ではポリイミド膜より優れている。
【００３５】
一方、ポリイミド膜は、同一容積で膜面積が大きくとれるため小型化が可能で、かつ水蒸気分離効率が高いという点で優れている。また、パーフロロスルフォン酸樹脂膜は吸水力が高いため、ミス卜状の水が浸入しても水蒸気分離効率が低下しない。したがって、水蒸気分離器６の中空糸膜６１２にパーフロロスルフォン酸樹脂膜を使用し、ドライヤ１２にポリイミド膜を使用することにより目的に適合した水蒸気分離および除湿が可能となる。
【００３６】
次に、切換電磁弁１４を閉、パージ電磁弁２３を開にすることにより、定圧調整弁２２が動作して窒素ガスボンベ２１から循環路に窒素ガスが自動供給され、循環路内のキャリヤガスが入れ替わる。通常は切換電磁弁１４を開、パージ電磁弁２３を閉とし、キャリヤガスの圧力調整は、加圧キャリヤガス圧力計１５が所定の圧力となるように定圧調整弁２２を調整し、キャリヤガス圧力計８がほぼ大気圧となるように第２の減圧弁１６を調整することにより行う。
【００３７】
装置の運転状態は、サンプルガス流量計３により、サンプリングが正常に行われていることを確認する。また、キャリヤガス流量計１９により、キャリヤガスの循環が正常に行われていることを確認する。
【００３８】
運転中に循環路外に漏洩したキャリヤガスは、定圧調整弁２２が動作して窒素ガスボンベ２１から漏洩で減った分を自動補給する。通常の配管接続で漏洩量を0.1cm3/sec以下に抑制することは容易であり、キャリヤガス流量3L/minの時、再生しないで窒素ガスを供給した場合に対し、キャリヤガス再生利用の場合の窒素ガスの消費量は２/1000以下に節減でき、従来7m3（150kg/cm3）の窒素ガスボンベ２１を３０時間で交換していたのが、実施の形態１によれば１年程度まで延長できるようになる。
【００３９】
以上のように、実施の形態１では、純度の高い窒素ガスをキャリヤガスとして使用し、水蒸気分離装置６でトリチウムを含む水蒸気を選択的に分離してキャリヤガスに放出し、キャリヤガスに放出された水蒸気を導入して測定用電離箱９でトリチウムを測定するようにしたので、キャリヤガスをラドン・トロン及びその娘核種、更にその他のガス状放射性物質から本質的に遮断することができ、トリチウムを高感度に測定できる。
【００４０】
また、冷却器１１とドライヤ１２でキャリヤガスを除湿して循環させて再利用するようにし、窒素ガスボンベ２１からは漏洩した分のキャリヤガスを自動補給するようにしたので、窒素ガスの消費量を従来に比べて大幅に削減でき、それにより窒素ガスボンベの交換頻度を従来の日単位から１年以上に減らすことができ、保守作業を大幅に省力化できる。
【００４１】
更に、冷却器１１で生成されたドレンを冷却器用オートドレン２４から排出して蒸発器２５に導入し、ドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すようにしたので、放射性液体廃棄物としてのドレン処理及び吸着剤の交換作業が不要となり、保守作業を大幅に省力化でき、保守コストおよび設備コストを低減することができる。また、窒素ガスの消費量を大幅に削減でき、かつ、ドレン処理が不要になったので、小型ボンベを搭載した可搬型のトリチウムモニタも容易に実現することができる。
【００４２】
また、イオントラップ１７を備えて、キャリヤガス中の帯電ダストおよび気体イオンの除電を行うようにしたので、補償用電離箱２０および測定用電離箱９のバックグラウンド電流が抑制されてゆらぎが小さくなる結果、トリチウムを高感度で測定することができる。
【００４３】
また、機器の磨耗で発生するダストをキャリヤガスフィルタ１８で除去するようにしたので、補償用電離箱２０および測定用電離箱９の内部にダストが付着し、そのダストにトリチウムを含む水蒸気が付着して引き起こされるトリチウム汚染および絶縁低下を防止することができ、補償用電離箱２０および測定用電離箱９を安定して動作させることができる。
【００４４】
また、水蒸気分離器６の中空糸膜６１２として非多孔質のイオン交換膜であるパーフロロスルフォン酸樹脂膜を使用することにより、トリチウム測定における妨害核種の混入を無視できる程度に抑制することが可能となるため、トリチウムを高感度で測定することができる。
【００４５】
また、ドライヤ１２の中空糸膜６１２として微多孔質膜のポリイミド膜を使用することにより、高効率でキャリヤガスの除湿を行うことが可能となり、測定点のトリチウム濃度の変化に対する応答性が速くなる。
【００４６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２における水蒸気分離器６のｄ端子から測定用電離箱９に至る構成を示すブロック図である。
その他の構成は図１と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【００４７】
実施の形態２は、図４に示すように水蒸気分離器６の出口ｄから放出された水蒸気を含むキャリヤガスを加熱するヒータ２９と、加熱されたキャリヤガスの温度を測定して＊６で示すように、測定部２８に出力するキャリヤガス温度計３０を実施の形態１に追加したものである。
【００４８】
ヒータ２９は、例えば、測定用電離箱９の上流に設置する。キャリヤガス温度計３０は、例えば、ヒータ２９の後段に設置する。測定部２８は、キャリヤガス温度計３０で測定されたキャリヤガス温度*６が、測定用電離箱９の許容相対湿度の上限付近になるようにヒータ２９を制御する。
【００４９】
予め水蒸気分離器６の能力を高めて移行する水蒸気の量を多くしておき、キャリヤガスの温度を上げ、測定用電離箱９の内部の相対湿度を、測定用電離箱９の電極の絶縁から決まる許容上限付近で制御することにより、水蒸気密度が高い状態でトリチウムを測定することができるため、トリチウムを高感度で測定できる。また、相対湿度を制御した好適な動作環境下に測定用電離箱９を置くことにより、長期間安定に動作させることができる。
【００５０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態３におけるサンプルガス露点計４の出口ｅから水蒸気分離器６の入口ａ、出口ｂ及び蒸発器２５を経由して出口弁２７に至る構成を示すブロック図である。その他の構成は図１と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【００５１】
実施の形態１および実施の形態２では、図１のサンプルガスポンプ２６の吸入側に水蒸気分離器６が接続された例を示しているが、実施の形態３では図５に示すように、サンプルガスポンプ２６をサンプルガスコンプレッサ３１に置き換え、出口弁２７の吸入側に第３の減圧弁３４及び蒸発器２５を設けると共に、サンプルガスコンプレッサ３１と第３の減圧弁３４との間にミストセパレータ３２を介してコンプレッサ用の第２のオートドレン３３を設け、コンプレッサ用のオートドレン３３と第３の減圧弁３４との間に水蒸気分離器６を接続したものである。
【００５２】
サンプルガスコンプレッサ３１でサンプルガスを加圧することにより水蒸気が凝縮して発生するドレンは、ミストセパレータ３２を経てコンプレッサ用の第２のオートドレン３３から排出され、蒸発器２５で蒸発して水蒸気となって出口弁２７から排出され、サンプルガスに戻される。
【００５３】
サンプルガスコンプレッサ３１で加圧して水蒸気が飽和したサンプルガスを水蒸気分離器６に導入することにより、水蒸気分離器６の効率が高くなるため、トリチウムを高感度で測定することができる。また、水蒸気分離器６の小型化が可能になる。
【００５４】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４におけるサンプルガス露点計４の出口ｅから水蒸気分離器６の入口ａ、出口ｂ及び蒸発器２５を経由して出口弁２７に至る構成を示すブロック図である。その他の構成は図１と同様であるため、図示及び説明を省略する。
【００５５】
実施の形態４は、図６に示すように、実施の形態３の第３の減圧弁３４を電動弁３５に置き換え、コンプレッサ用の第２のオートドレン３３を除去したものである。
【００５６】
キャリヤガス露点計７で測定されたキャリヤガス露点に基づき電動弁３５の開度を調節してサンプルガスの圧力を調整し、飽和水蒸気またはそれに近い状態とすることにより、サンプルガスコンプレッサ３１を高い圧力で一定で運転する場合に対して、サンプルガスの水蒸気密度が低いときは高い圧力で、水蒸気密度が高いときは低い圧力で、飽和水蒸気ぎりぎりのところで運転することにより平均圧力を下げることができるため、サンプルガスコンプレッサ３１の寿命が長くなり、保守コストを低減できる。また、飽和水蒸気ぎりぎりのところで運転するためドレンの発生がなくなりコンプレッサ用の第２のオートドレン３３が不要となって装置が簡素になり、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の実施の形態１によるトリチウムモニタの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における水蒸気分離器およびドライヤの構成を示す概略図である。
【図３】実施の形態１における中空糸膜の動作を説明するための説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるトリチウムモニタの一部の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるトリチウムモニタの一部の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるトリチウムモニタの一部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 入ロ弁、 ２ サンプルガスフィルタ、 ３ サンプルガス流量計、
４ サンプルガス露点計、 ５ サンプルガス圧力計、 ６ 水蒸気分離器、
６１１ 被除湿ガス入口、 ６１２ 中空糸膜、 ６１３ 被除湿ガス出口、
６１４ パージガス入口、
６１５ 外筒、 ６１６ パージガス出口、 ７ キャリヤガス露点計、
８ キャリヤガス圧力計、 ９ 測定用電離箱、 １０ キャリヤガスコンプレッサ、 １１ 冷却器、 １２ ドライヤ、 １３ 第１の減圧弁、
１４ 切換電磁弁、 １５ 加圧キャリヤガス圧力計、 １６ 第２の減圧弁、
１７ イオントラッブ、 １８ キャリヤガスフィルタ、
１９ キャリヤガス流量計、 ２０ 補償用電離箱、 ２１ 窒素ガスボンベ、
２２ 定圧力調整弁、 ２３ パージ電磁弁、 ２４ 冷却器用オートドレン、
２５ 蒸発器、 ２６ サンプルガスポンプ、 ２７ 出口弁、 ２８ 測定部、
２９ ヒータ、 ３０ キャリヤガス温度計、 ３１ サンプルガスコンプレッサ、
３２ ミストセパレータ、 ３３ コンプレッサ用の第２のオートドレン、
３４ 第３の減圧弁、 ３５ 電動弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定点のガスをサンプリングしてガス中に水蒸気の形態で内包するトリチウムを測定するトリチウムモニタにおいて、測定点のガスをサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングしたガスの水蒸気の密度を測定するサンプルガス水蒸気密度測定手段と、サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、キャリヤガス中に放出された水蒸気の密度を測定するキャリヤガス水蒸気密度測定手段と、放出された水蒸気を含むキャリヤガスを導入してトリチウムを測定するトリチウム測定手段と、トリチウムを測定した後でキャリヤガスから水蒸気を除去してキャリヤガスを再生すると共に再生したキャリヤガスの循環路を形成するキャリヤガス再生手段と、キャリヤガス再生手段にキャリヤガスを供給し、漏洩して減ったキャリヤガスを自動補充するキャリヤガス供給手段と、キャリヤガスを入れ替えるための流路切換手段と、上記循環路に設けられ、再生したキャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定するバックグラウンド測定手段と、トリチウム測定値からバックグラウンド測定値を補償し、サンプルガス水蒸気密度とキャリヤガス水蒸気密度の比に基づき水蒸気分離効率を補償してサンプルガス中のトリチウム濃度を求める測定部と、キャリヤガスを再生した結果として生成されるドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すドレン蒸発手段とを備えたことを特徴とするトリチウムモニタ。
【請求項２】
上記水蒸気分離手段は、サンプルガス中の水蒸気を分離する第１の中空糸膜を有し、キャリヤガス再生手段はキャリヤガスを加圧するキャリヤガスコンプレッサと、このキャリヤガスコンブレッサから排出される濃縮された水蒸気を冷却して過飽和の水蒸気を凝縮除去する冷却器と、この冷却器から排出されたキャリヤガスに残留する水蒸気を除湿するドライヤとを有し、上記ドライヤは第２の中空糸膜を有し、上記第２の中空糸膜から排出されたキャリヤガスを分流して減圧、乾燥し、乾燥したキャリヤガスで上記第２の中空糸膜から除湿された水蒸気をパージして上記キャリヤガスコンプレッサの吸気側に戻すようにしたことを特徴とする請求項１記載のトリチウムモニタ。
【請求項３】
上記第１の中空糸膜は非多孔質のイオン交換膜を使用し、上記第２の中空糸膜は微多孔質膜を使用したことを特徴とする請求項２記載のトリチウムモニタ。
【請求項４】
上記循環路における上記バックグラウンド測定手段の前段に、キャリヤガス中の帯電ダスト及び気体イオンを除電するイオントラップと、キャリヤガス中のダストを除去するキャリヤガスフィルタとを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のトリチウムモニタ。
【請求項５】
上記トリチウム測定手段に流入するキャリヤガスを加熱するヒータと、キャリヤガスの温度を測定するキャリヤガス温度計とを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のトリチウムモニタ。
【請求項６】
上記サンプリング手段は、サンプルガスを加圧するサンプルガスコンプレッサを有し、加圧により濃縮された水蒸気を上記水蒸気分離手段に導入するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のトリチウムモニタ。
【請求項７】
上記サンプリング手段は、上記水蒸気分離手段の排出側に電動弁を有し、キャリヤガス測定手段の測定結果に基き上記電動弁の開度を調整するようにしたことを特徴とする請求項６記載のトリチウムモニタ。
【請求項１】
測定点のガスをサンプリングしてガス中に水蒸気の形態で内包するトリチウムを測定するトリチウムモニタにおいて、測定点のガスをサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングしたガスの水蒸気の密度を測定するサンプルガス水蒸気密度測定手段と、サンプルガス中の水蒸気を分離してキャリヤガス中に放出する水蒸気分離手段と、キャリヤガス中に放出された水蒸気の密度を測定するキャリヤガス水蒸気密度測定手段と、放出された水蒸気を含むキャリヤガスを導入してトリチウムを測定するトリチウム測定手段と、トリチウムを測定した後でキャリヤガスから水蒸気を除去してキャリヤガスを再生すると共に再生したキャリヤガスの循環路を形成するキャリヤガス再生手段と、キャリヤガス再生手段にキャリヤガスを供給し、漏洩して減ったキャリヤガスを自動補充するキャリヤガス供給手段と、キャリヤガスを入れ替えるための流路切換手段と、上記循環路に設けられ、再生したキャリヤガスのバックグラウンド放射線を測定するバックグラウンド測定手段と、トリチウム測定値からバックグラウンド測定値を補償し、サンプルガス水蒸気密度とキャリヤガス水蒸気密度の比に基づき水蒸気分離効率を補償してサンプルガス中のトリチウム濃度を求める測定部と、キャリヤガスを再生した結果として生成されるドレンを蒸発させてサンプルガスに戻すドレン蒸発手段とを備えたことを特徴とするトリチウムモニタ。
【請求項２】
上記水蒸気分離手段は、サンプルガス中の水蒸気を分離する第１の中空糸膜を有し、キャリヤガス再生手段はキャリヤガスを加圧するキャリヤガスコンプレッサと、このキャリヤガスコンブレッサから排出される濃縮された水蒸気を冷却して過飽和の水蒸気を凝縮除去する冷却器と、この冷却器から排出されたキャリヤガスに残留する水蒸気を除湿するドライヤとを有し、上記ドライヤは第２の中空糸膜を有し、上記第２の中空糸膜から排出されたキャリヤガスを分流して減圧、乾燥し、乾燥したキャリヤガスで上記第２の中空糸膜から除湿された水蒸気をパージして上記キャリヤガスコンプレッサの吸気側に戻すようにしたことを特徴とする請求項１記載のトリチウムモニタ。
【請求項３】
上記第１の中空糸膜は非多孔質のイオン交換膜を使用し、上記第２の中空糸膜は微多孔質膜を使用したことを特徴とする請求項２記載のトリチウムモニタ。
【請求項４】
上記循環路における上記バックグラウンド測定手段の前段に、キャリヤガス中の帯電ダスト及び気体イオンを除電するイオントラップと、キャリヤガス中のダストを除去するキャリヤガスフィルタとを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のトリチウムモニタ。
【請求項５】
上記トリチウム測定手段に流入するキャリヤガスを加熱するヒータと、キャリヤガスの温度を測定するキャリヤガス温度計とを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のトリチウムモニタ。
【請求項６】
上記サンプリング手段は、サンプルガスを加圧するサンプルガスコンプレッサを有し、加圧により濃縮された水蒸気を上記水蒸気分離手段に導入するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のトリチウムモニタ。
【請求項７】
上記サンプリング手段は、上記水蒸気分離手段の排出側に電動弁を有し、キャリヤガス測定手段の測定結果に基き上記電動弁の開度を調整するようにしたことを特徴とする請求項６記載のトリチウムモニタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１８３１３７（Ｐ２００７−１８３１３７Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７７４（Ｐ２００６−７７４）
【出願日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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