放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム
【課題】原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する測定対象核種を高精度及び高感度で測定できる原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを提供する。
【解決手段】放射性流体を流す配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、放射線検出器でほぼ同時刻に検出したカスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、を備え、放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下である。
【解決手段】放射性流体を流す配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、放射線検出器でほぼ同時刻に検出したカスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、を備え、放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム、特に、原子力プラント一次系配管に具備される放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントは、原子炉圧力容器の内部に原子炉燃料を格納し、原子炉燃料を核分裂させて熱エネルギーを発生する。原子炉圧力容器には、一次系配管が接続され、原子炉冷却材を原子炉圧力容器の内外で循環させて、動力プラントを動作させるとともに、原子炉圧力容器を所定の温度範囲に制御している。このように、原子炉冷却材を循環させる一次系配管は、原子力プラントにおいて重要な役割を果たしているが、この一次系配管の内部に放射線を発生する核種が付着する。原子力プラントを維持及び管理するうえで、一次系配管内部に付着した核種を同定及び定量することは、重要である。
【０００３】
現在、一次系配管内の放射線モニタリング、すなわち、一次系配管内に付着する測定対象核種の同定及び定量は汎用の放射線検出器を用いて定期検査時のみ実施されている。原子力プラント定期検査時の作業被曝の低減及び一次系配管内に付着する放射性核種の抑制管理を効果的に行うために、定期検査時のみではなく、原子力プラント稼働中にも一次系配管内に付着する測定対象核種の同定及び定量することが期待されており、これを可能とする放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの実現が望まれている。
【０００４】
特許文献１には、原子炉一次系高温部配管の側面にオンライン式ゲルマニウム核種検出器を設置して原子炉プラント運転中に前記配管に付着した放射能量を測定し、その測定結果に基づいて炉水および給水の水質を制御することを特徴とする原子炉一次系の測定方法及び炉水放射能濃度低減方法が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、放射線モニタの従来の公知例として、対向した２つのγ線検出器及び非同時計数回路または同時計数回路を構成することでＮ−１３等の妨害核種から放射される消滅ガンマ線の影響を抑制し、測定対象核種を精度よく測定する放射線モニタが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、配管内部の沈着状放射能、水溶液状放射能、及びガス状放射能から放出されるγ線を、配管外部からコリメータを通して測定する測定法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３０４５８４号公報
【特許文献２】特開平８−１０１２７５号公報
【特許文献３】特開昭６２−２２３６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
背景技術の欄において説明しように、原子力プラント定期検査時の作業被曝低減及び一次系配管内付着放射性核種の抑制管理を効果的に行うために、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する核種を計測する放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの実現が期待されている。
【０００９】
しかしながら、原子力プラント稼動中の原子炉格納容器内の放射線線量は定期検査時と比べて非常に高いため、定期検査の際に用いられる一次系配管内に付着する測定対象核種の同定及び定量方法と同じ方法で放射線測定は行うことはできなかった。特に、一次系配管内を流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種（Ｎ−１６、Ｏ−１９等）から発生するバックグラウンド放射線がノイズとなって、バックグラウンド放射線のノイズの中から一次系配管内に付着する測定対象核種から発生する放射線を検出することは困難であった。
【００１０】
例えば、特許文献１に記載される放射線測定方法においても、一次系配管内を流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種から発生するバックグラウンド放射線のノイズの影響は考慮されておらず、原子力プラント稼動中に、一次系配管の任意の場所で、バックグラウンド放射線のノイズの影響を抑制し、一次系配管内に付着する測定対象核種から発生する放射線を検出することは困難であった。
【００１１】
このように、従来の放射線モニタリング装置及びその放射線モニタリングシステムでは、妨害核種の影響を抑制し、一次系配管内に付着する測定対象核種と妨害核種とを弁別することにより、測定対象核種を高感度及び高精度で測定することは困難であった。このため、原子力プラント稼動中の一次系配管内の測定対象核種の付着動態は明らかにされておらず、原子力プラントの設計、運転、保守を、安全でかつ効率的に行うことができないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する測定対象核種を高精度及び高感度で測定できる原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記した目的を達成する本発明の放射線モニタリング装置は、放射性流体を流す配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、を備え、前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の放射線モニタリングシステムは、原子炉燃料が内部に格納される原子炉圧力容器と接続される原子力プラント一次系配管が有する放射線モニタリングシステムであって、前記原子炉圧力容器は、前記原子炉燃料により熱エネルギーを発生させ、前記一次系配管は、前記原子炉圧力容器の内外で原子炉冷却材を循環させるものであり、前記一次系配管は、前記原子炉冷却材を流す前記一次系配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、を備え、前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する前記一次系配管の配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する測定対象核種を高精度及び高感度で測定可能な原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、発明者らが一次系配管内に付着する測定対象核種と一次系配管内に流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種とを見分ける方法を種々検討して得た新たな知見に基づいて成されたものである。この知見は、一次系配管内に付着する測定対象核種が４π方向へほぼ同時刻に放射するカスケードγ線に注目し、ほぼ同時刻に放射するカスケードγ線が同時に検出された場合に、検出の計数を行うことにより、一次系配管内に流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種から放出される放射線の影響を除去して、一次系配管内に付着する測定対象核種を計測する。このように、本発明では、予めエネルギーがわかっている２つ以上のカスケードγ線を同時に計測したときのみ計数を行うため、妨害核種によるバックグラウンドγ線を大幅に軽減することができる。
【００１７】
また、一次系配管内に流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種からの放射線が非常に強いので、妨害核種によるバックグラウンドγ線に対する測定対象核種から放出されるカスケードγ線のＳＮ比を向上するために、放射線検出器に装備されるコリメータの見込む測定対象範囲を、コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下とする。このようにすることで、本発明では、放射線計測系が見込む一次系配管内表面積と一次系配管内体積の比、すなわち、測定したい測定対象核種と妨害核種の比を最適にすることにより、妨害核種から発生するバックグラウンド放射線の影響を抑制して、測定対象核種から放出されるカスケードγ線を高感度及び高精度で検出することが可能となる。
【００１８】
本発明では、一次系配管内に付着する測定対象核種からカスケードγ線の同時検出と、放射線検出器に装備されるコリメータの見込む測定対象範囲の選択とを組み合わせることによって、原子力プラント稼働中の原子力プラント一次系配管内に付着する測定対象核種を高感度及び高精度で測定できる放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを実現できる。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００２０】
図１は、第１の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置を示す。第１の実施形態の原子力プラント一次系配管（以下一次系配管と略称する）内の放射線モニタリング装置は、放射線検出器１Ａ及び１Ｂと、コリメータ３と、同時計数回路１３及び多チャンネル波高分析器１５を備え、放射線検出器１Ａ及び１Ｂと接続される放射線計測処理装置６０とを有している。
【００２１】
図１に示される第１の実施形態では、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂで検出された信号は、それぞれ前置増幅器８Ａ、８Ｂ及び主増幅器１０Ａ、１０Ｂを介してタイミングユニット１１Ａ、１１Ｂ及び可変遅延増幅器１４Ａ、１４Ｂに分岐される。前置増幅器８Ａ、８Ｂは、高圧電源９Ａ、９Ｂに接続される。同時計数回路１３は、タイミングユニット１１Ａ、１１Ｂに接続される。
【００２２】
放射線検出器１Ｂの検出信号を受けるタイミングユニット１１Ｂと同時計数回路１３の間には、遅延ユニット１２が設けられる。この遅延ユニット１２は、エネルギー弁別型同時計数処理のために設置され、放射線検出器１Ａから接続される条件と放射線検出器１Ｂから接続される条件を整合させる。
【００２３】
可変遅延増幅器１４Ａ、１４Ｂは、ピークホールド回路４５Ａ、４５Ｂに接続され、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂの出力は、多チャンネル波高分析器１５に入力される。同時計数回路１３は、ゲート回路１６を通して、多チャンネル波高分析器１５及びスケーラ１７に接続される。多チャンネル波高分析器１５は、データ処理装置１８に接続され、データ処理装置１８は、表示装置１９に接続される。なお、本発明の第１の実施形態の放射線モニタリング装置は、データ処理装置１８を備え、放射線検出器１Ａ及び１Ｂにより検出されたデータを、数カ月から１年あるいはそれ以上の長期間にわたって保持し、処理することが可能である。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態の放射線モニタリング装置を使用する放射線モニタリングシステムを示す。原子炉圧力容器５１は、内部に原子炉燃料５６を格納する。原子炉圧力容器５１から主蒸気配管５３へ放射性核種を含んだ主蒸気５２が流れる。そして、主蒸気５２は復水器（図示せず）にて原子炉冷却材２０となり一次系配管６Ａを通して原子炉圧力容器５１へ循環される。また、原子炉圧力容器５１から一次系配管６Ｂへ放射性核種を含んだ原子炉冷却材２０が流れる。そして、原子炉冷却材２０はポンプ５５を経て原子炉圧力容器５１へ循環される。
【００２５】
一次系配管６Ａ、６Ｂへ付着する測定対象核種４が放射するカスケードγ線５、５´は、コリメータ３を備える放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂにて検出され、放射線測定装置５４にて測定される。その測定結果は、データ処理装置１８に送られ、一次系配管６Ａ、６Ｂに付着する測定対象核種４の付着量等の解析結果を表示装置１９で表示する。
【００２６】
再び図１に基づいて、本発明の第１の実施形態の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムについて説明する。放射線検出器１Ａ及び１Ｂは、それぞれコリメータ３を備えて、一次系配管６の近く設置される。保温材７が、検査対象となる一次系配管６の周囲を取り囲んで、一次系配管６に取り付けられている。
【００２７】
例えば、原子力プラントが稼働中であるとき、一次系配管６内には、例えば、Ｎ−１６及びＯ−１９等妨害核種２１を含んだ水又は水蒸気からなる原子炉冷却材２０が流れている。一次系配管６内には、例えば、Ｃｏ−６０、Ｍｎ−５６及びＣｏ−５８等を含んだカスケードγ線放出核種からなる測定対象核種４が付着している。放射線検出器１Ａ及び１Ｂは、測定対象核種４の付着領域を重ねて見込む立体角を持つコリメータ３を備えており、一次系配管６の内壁を見込むよう配置される。
【００２８】
コリメータ３で設定される立体角により、放射線検出器１Ａ及び１Ｂは、測定対象である一次系配管６内に付着する測定対象核種４から放射されるカスケードγ線５、５´及び一次系配管６内の原子炉冷却材２０に含まれる妨害核種２１から放射されるバックグラウンドγ線２２を測定することになる。
【００２９】
ここで測定対象核種４から放射されるカスケードγ線５及び５´について説明する。カスケードγ線５及び５´は、測定対象核種４が安定核種に遷移する過程で放射されるγ線であり、このγ線は、ほぼ同時刻に異なるエネルギーを持つγ線として、複数放射される。また、放射方向は４π方向へランダムに放射され、その角度相関がないことが多い。
【００３０】
図３は、測定対象核種のカスケードγ線を放出する崩壊過程の例として、Ｃｏ−６０の崩壊過程を示す。図３に示されるように、Ｃｏ−６０は、β−崩壊により励起状態のＮｉ−６０に壊変する。一般的に、カスケードγ線を放出する崩壊過程を経て基底状態になるまでにかかる時間は極めて短時間である。
【００３１】
一次系配管内に付着し、カスケードγ線を放射する測定対象核種として、例えばＣｏ−６０を挙げる。Ｃｏ−６０は、原子炉構造材中に含まれるＣｏ−５９の（ｎ,γ）反応により生成される放射性核種であり、半減期５．２７年でβ−崩壊を起こす。この崩壊によりＣｏ−６０は励起状態のＮｉ−６０に壊変する。そして、励起状態のＮｉ−６０は基底状態となるために、そのエネルギーをγ線として放出する。
【００３２】
このγ線は２つ以上のエネルギーを持ち、４π方向へほぼ同時刻に放射する。例えば、１．１７３ＭｅＶのエネルギーを持つγ線と１．３３２ＭｅＶのエネルギーを持つγ線の放射される時間差はおよそ０．４１３ｐｓである。通常の放射線計測系の回路においては、この時間差を計測することが困難であるので、実際の計測ではほぼ同時刻に検出したものとされる。
【００３３】
本発明においては、Ｃｏ−６０のγ線は、ある一次系配管内表面部分を重ねて見込むような立体角を持つ２つ以上の放射線計測系を用いて検出される。すなわち、放射線計測系において、立体角は、鉛等のγ線遮蔽効果の高い材料により形成されるコリメータ、及び、ＮａＩ（Ｔｌ）やＧＳＯ（Ｃｅ）、ＢＧＯ、ＬＳＯ（Ｃｅ）等種々のシンチレータやＧｅ、ＣｄＴｅ、ＣＺＴ、ＧａＡｓ等種々の半導体検出器を用いて測定される。シンチレータを用いて測定する場合については、第２の実施形態で別途説明する。
【００３４】
同時計数法による放射線計測では、例えばＣｏ−６０由来の１．１７３ＭｅＶのエネルギーを持つγ線が放射線計測系で計測され、それとほぼ同時刻にＣｏ−６０由来の１．３３２ＭｅＶのエネルギーを持つγ線がその他の放射線計測系で計測されたときにのみ、計数カウントが行われる。この計数カウントが行われたときに、Ｃｏ−６０の計測が行われたとすることで、炉水中に含まれる妨害核種（Ｎ−１６、Ｏ−１９等）によるバックグラウンド放射線を抑制することが可能となる。この上記エネルギー弁別型同時計数処理は１．３３２ＭｅＶのγ線が計測されたときに、それとほぼ同時刻に１．１７３ＭｅＶのγ線が計測されたときにのみ計測する条件と全く同じことを意味する。
【００３５】
カスケードγ線５及び５´が放射線検出器１Ａ及び１Ｂにてほぼ同時刻に検出されると、放射線検出器１Ａ及び１Ｂで得られた放射線検出信号が、それぞれ前置増幅器８Ａ、８Ｂ及び主増幅器１０Ａ、１０Ｂで増幅され、タイミングユニット１１Ａ、１１Ｂを介して同時計数回路１３に出力される。ただし、図１で示す放射線計測系では放射線検出器１Ｂから接続されるタイミングユニット１１Ａ、１１Ｂと同時計数回路１３の間に遅延ユニット１２が設けられ、同時計数のタイミング調整が行われる。
【００３６】
同時計数回路１３からゲート回路１６に接続され、ゲート回路１６より多チャンネル波高分析器１５へゲート信号が送られる。このゲート信号により、放射線検出器１Ａ及び１Ｂ、さらに前置増幅器８Ａ、８Ｂ、主増幅器１０Ａ、１０Ｂ、可変遅延回路１４Ａ、１４Ｂ、ピークホールド回路４５Ａ、４５Ｂを介して得られた放射線検出信号は、多チャンネル波高分析器１５に取り込まれ、データ処理装置１８を介して表示装置１９で表示される。またゲート信号をスケーラ１７で計数することで、測定対象核種４の計数値を得ることができる。
【００３７】
放射線検出器１Ａ及び１Ｂに設置されるコリメータ３の設置及び計測幾何条件について説明する。図４及び図５は、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂに設置されるコリメータ３が有する立体角により放射線検出器が見込む一次系配管６内の配管内表面積（Ｓ）と一次系配管６内の配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)の関係を示す。図４（ａ）は、コリメータ中心軸２３が一次系配管と接するコリメータ３の設置の１例を示す。また、図４（ｂ）は、コリメータ中心軸２３が一次系配管と交わらないコリメータ３の設置の１例を示す。そして、図４（ｃ）は、計測幾何条件を示す。図５（ａ）は、コリメータ中心軸２３が一次系配管と交わるコリメータ３の設置を示し、図５（ｂ）は、計測幾何条件を示す。
【００３８】
放射線計測系に設置されるコリメータにγ線遮蔽効果の高い鉛等が用いられる。そして、２個の両コリメータ３の中心軸方向が一次系配管６に対向する幾何配置が設定される。この幾何配置によるコリメータの見込む測定範囲は、Ｃｏ−６０が付着する配管内表面積及び妨害核種（Ｎ−１６、Ｏ−１９等）を含む原子炉冷却系の一次系配管内体積となる。これらの比を（配管内表面積：Ｓ）／（配管内体積：Ｖ）としたとき、この比(Ｓ/Ｖ)の値が大きいほど一次系配管内体積（原子炉冷却材）から放射されるバックグラウンド放射線を低減させ、一次系配管内表面のＣｏ−６０由来のカスケードγ線を高感度及び高精度で計測することが可能となる。
【００３９】
図４及び図５において、放射線検出器の設置位置を固定した状態で、コリメータ３の立体角を拡大していくとき、コリメータ３の見込む比(Ｓ/Ｖ)は、コリメータ３が一次系配管の縁部分を見込む領域で比（Ｓ／Ｖ）の最大値を示す。さらにコリメータ３の立体角を拡大していくと、比（Ｓ／Ｖ）は単調減少していき、ある立体角で極小値を示す。さらにコリメータ３の立体角を拡大していくと、コリメータ３の立体角が一次系配管全体を見込むまでこの比（Ｓ／Ｖ）は単調増加する。コリメータ３の立体角が一次系配管全体を見込むときの比をＳＭ／ＶＭとすると、Ｓ／Ｖ≒ＳＭ／ＶＭとなる立体角Θ５８が存在する。
【００４０】
Ｓ／Ｖ≒ＳＭ／ＶＭとなる立体角Θ５８、すなわち、コリメータ中心軸２３と同じ平面内に存在する配管径方向内面積が、ほぼ１／２となる領域が存在する。したがって、Ｓ／Ｖ＞ＳＭ／ＶＭとなる、すなわち、コリメータ中心軸２３と同じ平面内に存在する配管径方向内面積がほぼ１／２以下となる測定対象領域２５にて測定をすることで、測定対象核種と妨害核種の比を最適化し、妨害核種２１の影響を効果的に抑制することができる。
【００４１】
この計測幾何条件を備えることによって放射線検出器１Ａ及び１Ｂを用いた効果的な一次系配管６内の測定対象核種４の高感度及び高精度の計数率計測及びエネルギースペクトルの測定が実現される。なお、配管径方向内面積とは、コリメータ中心軸２３と同じ平面内に存在する配管の断面の内面積を意味する。
【００４２】
したがって、Ｃｏ−６０の４π方向へ放射するカスケードγ線の同時計数法と、放射線計測系に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲を、コリメータ中心軸と同じ平面上に存在する配管径方向断面積の１／２以下とすることで、従来技術では測定することがほとんど不可能であった原子力プラント稼動中の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリングが可能となる。
【００４３】
図６は、本発明の装置で測定された原子力プラント一次系配管６内に付着する測定対象核種４を、例えばＣｏ−６０としたときのγ線スペクトルの例を示す。図６は、未処理スペクトル３１と、本発明によるスペクトル３２を示す。本発明によるスペクトル３２では、未処理スペクトル３１に含まれる妨害核種２１の一つであるＮ−１６から放射される６．１ＭｅＶのγ線の光電ピーク２９及びコンプトン散乱による散乱成分３０が計測されない。また、本発明によるスペクトル３２では、妨害核種２１の一つであるＯ−１９から放射される１．３５７ＭｅＶのγ線の光電ピーク２８が計測されない。
【００４４】
このため、本発明によるスペクトル３２は、未処理スペクトル３１に含まれるＣｏ−６０から放射されるカスケードγ線の光電ピーク２６、２７のノイズ成分（妨害核種２１）を除去することが可能となり、本発明によるスペクトル３２に含まれるＣｏ−６０から放射されるカスケードγ線の光電ピーク２６、２７は、すべてＣｏ−６０由来の成分となる。
【００４５】
本発明によれば、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する測定対象核種を高精度及び高感度で長時間連続して測定可能な原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを実現することができる。
【００４６】
上記に記載するコリメータ３の計測幾何条件について、コリメータ３のコリメータ中心軸２３の方向と一次系配管中心軸２４が垂直になる幾何配置条件を例として本発明の第１の実施形態を説明したが、この幾何配置はコリメータ３が一次系配管６を斜めに見込む場合でも同様の効果を得ることができる。図７は、コリメータ３が一次系配管６を斜めに見込む場合の配管径方向断面４７と配管径方向内面積を示す。図７に示される場合には、配管径方向断面４７は楕円状となるが、図４及び図５に示した本発明の好適な測定対象条件と同様の効果が得られる。
【００４７】
図８は、本発明の第２の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。第２の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム３４は、第１の実施形態と同様の構成を有するが、ホスウィッチ構造を有する放射線検出器１Ｃ及び放射線検出器１Ｄ、波形弁別回路４６とを備えることにおいて第１の実施形態と相違する。
【００４８】
第２の実施形態は、妨害核種２１を含む一次系配管内の原子炉冷却材から放射されるバックグラウンドγ線２２、特に測定対象核種４から放射されるカスケードγ線５（例えばＣｏ−６０から放射される１．３３２ＭｅＶのγ線）よりも高エネルギーを有するγ線（例えばＮ−１６から放射される６．１ＭｅＶのγ線）の影響を抑制することを目的とする。
【００４９】
図９は、ホスウィッチ構造を有する放射線検出器１Ｃ及び放射線検出器１Ｄの構成を示す。ホスウィッチ構造とは、異なる材質もしくは異なる特性を有する２つ以上のシンチレータを組み合わせた構造を意味する。ホスウィッチ構造で用いられるシンチレータは、ＮａＩ（Ｔｌ）やＣｓＩ（Ｃｅ）、ＢＧＯ、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）等である。
【００５０】
図９は、ホスウィッチ構造を有する放射線検出器の１例として、同じ径を持つ円柱型の放射線検出器１Ｅ及び放射線検出器１Ｆを備え、それらシンチレータによる発光を光検出器３６を用いて検出する放射線検出系を示す。この放射線検出系では一つのγ線に対する放射線検出器１Ｅのみでの発光、放射線検出器１Ｆのみでの発光、さらに放射線検出器両方でのほぼ同時刻での発光が考えられる。光検出器３６として、例えば、光電子増倍管が使用される。
【００５１】
ここで、放射線検出器両方でのほぼ同時刻での発光とは、カスケードγ線５もしくはバックグラウンドγ線２２が放射線検出器１Ｅに入射し、コンプトン散乱することによる発光と、コンプトン散乱γ線３５が放射線検出器１Ｆに入射することによる発光が、従来の放射線計測系のパルス計測処理時間では同時刻となり、これらの発光による時間差は無視できるためにほぼ同時刻での発光と記述する。
【００５２】
これらの３種類の発光を弁別するために、各放射線検出器の発光による放射線検出信号の立ち上がり時間の差を利用する。ここで、図１０は、横軸を時間とし縦軸をパルス高さとして、放射線検出信号の立ち上がり時間の差異について示す。ここでは１例として、放射線検出器１Ｅの発光による放射線検出信号４８、放射線検出器１Ｆの発光による放射線検出信号４９、放射線検出器１Ｅ及び放射線検出器１Ｆ両方での発光による放射線検出信号５０を示す。放射線検出信号４８の立ち上がり時間をΔｔ１、放射線検出信号４９の立ち上がり時間をΔｔ２、放射線検出信号５０の立ち上がり時間をΔｔ３とする。
【００５３】
第２の実施形態では、例えば、放射線検出器１Ｅの発光による放射線検出信号４８のみを検出するとき、波形弁別回路は立ち上がり時間３３がΔｔ１よりも遅い放射線検出信号を取り込まないよう波形弁別設定を行う。このとき、放射線検出器１Ｅと放射線検出器１Ｆ両方での発光による放射線検出信号５０は検出しないため、コンプトン散乱γ線３５による影響を抑制した計数値及びエネルギースペクトルの測定が実現できる。
【００５４】
この波形弁別は放射線検出器１Ｆの発光による放射線検出信号４９の測定のために、立ち上がり時間３３がΔｔ２よりも早い放射線検出信号を取り込まない波形弁別設定、さらに放射線検出器１Ｅと放射線検出器１Ｆ両方での発光による放射線検出信号５０の測定のために、立ち上がり時間３３をｔとしたとき、Δｔ１＜ｔ＜Δｔ２を満たさない放射線検出信号を取り込まない波形弁別設定の条件でも全く同じことを意味する。
【００５５】
したがって、第２の実施形態ではホスウィッチ構造を有する２つ以上の放射線検出器による同時計数法を用いているため、第１の実施形態で設置される放射線計測系よりもさらにカスケードγ線５及びバックグラウンドγ線２２によるコンプトン散乱γ線の影響を抑制することが可能であり、高感度及び高精度の計数値及びエネルギースペクトルの測定が実現できる。
【００５６】
図１１及び図１２は、本発明の第３の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。第３の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態と同様の構成を有するが、放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂがそれぞれ検出するカスケードγ線５、５´及びバックグラウンドγ線２２の足し合わせたγ線計数率がＳ／Ｖ＞ＳＭ／ＶＭとなる計測幾何条件で１０５ｃｐｓを超えるとき、放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂがそれぞれ検出するカスケードγ線５、５´及びバックグラウンドγ線２２の足し合わせたγ線計数率が１０５ｃｐｓ以下になるよう、コリメータ３の計測幾何条件を設けることを特徴とする。１０５ｃｐｓは多チャンネル波高分析器１５が高精度のエネルギースペクトルを測定するための計数率限界である。
【００５７】
図１１及び図１２は、放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂのγ線計数率が１０５ｃｐｓ以下であるようにコリメータ３を設置するためには、コリメータ３の計測幾何条件による一次系配管６の測定対象範囲が点線部分２５以下になることを示す。点線３７は放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂのγ線計数率が１０５ｃｐｓ以下となる条件のＳ及びＶの１例である。第３の実施形態により、さらに高感度及び高精度の計数率及びエネルギースペクトルの測定を実現できる。
【００５８】
図１３は、本発明の第４の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図１３（ａ）は、一次系配管６の配管径方向断面図及び各放射線検出器配置及びコリメータ３による立体角が見込む一次系配管内表面部分３９を示す。図１３（ｂ）は、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８に対する各放射線検出器の設置の様子を示す。ここで各放射線検出器の計測幾何条件、つまりＳ/Ｖは同一とする。
【００５９】
第４の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態と同様の構成を有し、放射線検出器１Ａ及び１Ｂを隣り合うように設置すること、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８に対して平行かつ並列に設置すること、さらにコリメータ３の片側部分３´が放射線検出器１Ａ及び１Ｂの共用となることを特徴とする。コリメータ３及び３´は同一の計測幾何条件Ｓ/Ｖを備えているため、放射線検出器１Ａ及び１Ｂは同一の立体角を備える。この計測幾何条件Ｓ/Ｖによる立体角が見込む一次系配管内表面部分３９における測定対象領域４０は、点状領域で示される。
【００６０】
第４の実施形態による放射線検出器１Ａ及び１Ｂの設置方法の利点は、放射線検出器１Ａ及び１Ｂそれぞれのコリメータ３を隣り合うように設置し、一次系配管６の配管長さ方向に対して平行かつ並列に設置するため、放射線モニタリング装置の計測幾何関係が単純になり、設置自体が容易になることである。さらに、コリメータ３´が共用となるため、遮蔽体(コリメータ)のコストを低減することができる。また、放射線検出器１Ａ及び１Ｂが原子炉冷却材流れ方向３８に平行かつ並列に設置することで、その設置コスト自体も低減できる。
【００６１】
第４の実施形態による放射線検出器１Ａ及び１Ｂの設置方法の利点は、放射線モニタリング装置の計測幾何関係が単純になり、設置自体が容易になることである。これは、放射線検出器１Ａ及び１Ｂそれぞれのコリメータ３を隣り合うように設置し、一次系配管６の配管長さ方向に対して平行かつ並列に設置されるからである。さらに、コリメータ３´が共用となるため、遮蔽体(コリメータ)のコストを低減することができる。また、放射線検出器１Ａ及び１Ｂが原子炉冷却材流れ方向３８に平行かつ並列に設置することで、その設置コスト自体も低減できる。
【００６２】
図１４は、本発明の第４の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの変形例を示す。本発明の第４の実施形態では、コリメータ３´が各々の放射線検出器の間仕切りとして設けられているが、本発明の第４の実施形態の変形例では、間仕切りとなるコリメータ３´が設置されず、各々の放射線検出器の測定対象範囲をより広げる効果を期待できる。図１４は、間仕切りとなるコリメータ３´を具備しないコリメータ４２を備える放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの１例を示す。一次系配管６の配管径方向断面に対する各放射線検出器は、図１３（ａ）と同様に設置される。このコリメータ４２が見込む一次系配管内表面部分３９の測定対象範囲４０は、点状領域で示される。
【００６３】
本発明の第４の実施形態の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの変形例の利点は、測定対象範囲をより広くすることができること、さらにコリメータ４２を放射線検出器１Ａ及び１Ｂの共用とできることにより、遮蔽体(コリメータ)のコストを低減できることである。
【００６４】
図１５は、本発明の第５の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。第５の実施形態において、各放射線検出器が、図１５に示されるように、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８に対して平行かつ並列に設置され、各放射線検出器が、図１３（ａ）と同様に、一次系配管６の配管径方向断面に対して設置される。ここで各放射線検出器の計測幾何条件、つまりＳ/Ｖは同一である。
【００６５】
第５の実施形態は、第４の実施形態と同様な構成を有するが、放射線検出器及びそれに伴うコリメータ３及び３´をＮ個（Ｎ≧２）設置すること、２つのカスケードγ線を同時計数するＮ個の放射線検出器の立体角から、測定対象核種４が存在する範囲を同定すること、Ｎ個の放射線検出器による放射線検出信号を処理する放射線計測処理装置について、第４の実施形態と相違する。
【００６６】
図１５に基づいて、本発明の第５の実施形態を、Ｎ個の放射線検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・、ＤＮ、それに伴うコリメータ３及び３´を配置する場合を例として説明する。ただし、１番目とＮ番目の放射線検出器の立体角は一次系配管６内で共通の測定対象領域を持つものとし、Ｎ＋１番目の放射線検出器が設置されているとき、１番目とＮ＋１番目の放射線検出器の立体角は一次系配管６内で共通の測定対象範囲は持たないものとする。Ｎ個の放射線検出器で２つのカスケードγ線を同時計数するとき、その放射線検出器の組み合わせは｛（Ｎ−１）・Ｎ／２｝通りとなる。
【００６７】
したがって、｛（Ｎ−１）・Ｎ／２｝組の測定対象範囲が存在することになる。放射線検出器の組み合わせがＤ１及びＤ２のときの測定対象範囲をＡ１、Ｄ１及びＤ３のときの測定対象範囲をＡ２、・・・、Ｄ１及びＤＮのときの測定対象範囲をＡＮ−１、・・・、ＤＮ−１及びＤＮのときの測定対象範囲をＡ（Ｎ−１）・Ｎ／２とする。図１２において、測定対象範囲Ａ１及びＡ２は点状領域４０により示され、測定対象領域、ＡＮ−１は横線領域４１により示される。
【００６８】
第５の実施形態では、同時計数する放射線検出器の組み合わせから、測定対象核種４が存在する範囲を同定することが可能となる。さらにＮ個の放射線検出器及びそれに伴うコリメータを設置することで、一次系配管６内の測定対象領域が広がり、カスケードγ線計数率の増加が可能となる。つまり第５の実施形態での利点は、広範囲かつ高感度、高精度での放射線モニタリングが実施できることである。
【００６９】
図１６は、第５の実施形態の変形例を示す。第５の実施形態として、コリメータ３´を各々の放射線検出器の間仕切りとして設けている場合について説明したが、図１６は、間仕切りとなるコリメータ３´を具備しないコリメータ４２を備える放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。間仕切りとなるコリメータ３´を設置しないことにより、各々の放射線検出器の測定対象範囲をより広げる効果を期待できる。第５の実施形態の変形例は、各々の放射線検出器の測定対象範囲をより広範囲に設定できること、さらにコリメータ４２一つでＮ個の放射線検出器のコリメータとしているため、遮蔽体（コリメータ）設置コストも低減できるという利点がある。
【００７０】
図１７は、本発明の第６の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図１７は、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８の一平面上に各放射線検出器が分散配置される構成を示す。図１７において、各放射線検出器は、一次系配管６の配管径方向断面に対して、図１３（ａ）に示されるように設置される。
【００７１】
第６の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態と同様の構成を有するが、放射線検出器がＮ個(Ｎ≧２)設置されること、測定対象範囲４０がＮ個全ての放射線検出器の立体角によって見込まれること、測定対象核種４が存在する範囲が２つのカスケードγ線を同時計数するＮ個の放射線検出器の立体角から同定されること、Ｎ個の放射線検出器による放射線検出信号を処理する放射線計測処理装置を備えることを特徴とする。
【００７２】
図１８及び図１９は、本発明の第７の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図１８及び図１９は、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８の一平面上に各放射線検出器が分散配置される構成を示す。図１８及び図１９において、各放射線検出器は、一次系配管６の配管径方向断面に対して、図１３（ａ）に示されるように設置される。第７の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態と同様の構成を有し、第４の実施形態及び第６の実施形態もしくは第５の実施形態及び第６の実施形態を組み合わせることを特徴とする。図１８は、４つの放射線検出器１Ａ、１Ｂ、１Ａ´及び１Ｂ´、コリメータ３及び３´を配置する体系の１例を示す。コリメータ３及び３´による立体角により、測定対象範囲４０は、放射線検出器１Ａもしくは１Ｂもしくは１Ａ´もしくは１Ｂ´より見込まれる。
【００７３】
第５の実施形態でも示したように、第７の実施形態においては、同時計数する放射線検出器の組み合わせによりその測定対象範囲は定められる。図１９は、４つの放射線検出器１Ａ、１Ｂ、１Ａ´及び１Ｂ´、コリメータ４２を配置する体系の１例を示す。コリメータ４２による立体角により、測定対象範囲４０は、放射線検出器１Ａもしくは１Ｂもしくは１Ａ´もしくは１Ｂ´より見込まれる。第５の実施形態でも示したように、第７の実施形態においては、同時計数する放射線検出器の組み合わせよりその測定対象範囲は定められる。
【００７４】
図１８及び図１９により、Ｎ個（Ｎ≧２）の放射線検出器の内、Ｎ個（Ｎ＝２）の放射線検出器を設置する放射線計測系について説明したが、Ｎ個（Ｎ≧３）の放射線検出器を設置する放射線計測系についても同様の説明ができる。第７の実施形態の利点は、広範囲及び高感度、高精度での放射線モニタリングを実現することができる。
【００７５】
図２０は、本発明の第８の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図２０は、一次系配管６の断面に基づいて、本発明の第８の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。ここで、各放射線検出器の計測幾何条件、つまりＳ/Ｖは同一である。第８の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態もしくは第４の実施形態もしくは第５の実施形態もしくは第６の実施形態もしくは第７の実施形態と同様の構成を有するが、一次系配管６の円周方向、もしくは螺旋状に放射線計測系が設置されるという特徴を有する。
【００７６】
図２０は、第８の実施形態の１例として、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂ、コリメータ３の組み合わせの５組が、一次系配管６の円周方向に設置される１例を示す。第８の実施形態により、一次系配管６の円周方向の測定対象核種４の分布の計測が容易になるとともに、一次系配管６の内壁の円周方向全体をモニタリングすることが可能になる。
【００７７】
図２１は、本発明の第９の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図２１（ａ）は、一次系配管６の断面図に基づいて、各放射線検出器の配置の１例を示す。図２１（ｂ）は、一次系配管表面部分３９を見込む各放射線検出器の設置の１例を示す。第９の実施形態は、第１から第８の実施形態と同様の構成を有し、同様のコリメータ幅を備えた放射線計測系を２組以上設置すること、１組の放射線計測系は、その他の放射線計測系に対して一方向へ平行移動した位置に設置すること、各々の放射線計測系による測定の際は固定されていることを特徴とする。
【００７８】
図２２は、コリメータ幅が一定である放射線計測系が一次系配管６を横切るように平行移動した位置における一次系配管６の配管内表面積（Ｓ）と配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す。放射線検出器移動位置のゼロ点は、立体角と一次系配管６の円周部分の接線部分に放射線検出器が配置されたときを基準とする。同じコリメータ幅を備える放射線検出器が平行移動した位置において、コリメータ中心軸２３が一次系配管中心軸２４と重なるとき、その比(Ｓ/Ｖ)は極小となる。
【００７９】
図２１（ａ）に示される放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムにおいて、１例として、２組の放射線検出器が設置される。この場合、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂは一次系配管表面部分３９を見込み、放射線検出器１Ａ´及び放射線検出器１Ｂ´は一次系配管表面部分３９´を見込む。これらの放射線検出器設置条件における一次系配管内表面積と配管内体積の比(Ｓ/Ｖ)は、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂならば図２２に示される点線部分４３、放射線検出器１Ａ´及び放射線検出器１Ｂ´ならば図２２に示される斜線部分４４となる。
【００８０】
各々の放射線計測系で測定されたγ線計数率から一次系配管６の配管内表面積と配管内体積の比(Ｓ/Ｖ)を利用して単位表面積及び単位体積当たりのγ線計数率を導出し、それらの差分演算で一次系配管６の内壁に付着する微量の測定対象核種４を同定することが可能となる。第９の実施形態によれば、配管内表面積と配管内体積の比(Ｓ/Ｖ)が異なることを利用することにより、一次系配管６に付着する測定対象核種４を相対的に放射線モニタリングすることが可能となる。
【００８１】
以上説明した放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムは、第９の実施形態の１例であり、第４の実施形態もしくは第５の実施形態もしくは第８の実施形態と組み合わせることにより放射線計測系をアレイ状に設置し、それぞれの実施例の特徴を活かして、広範囲及び高感度、高精度の放射線モニタリングを実施することができる。
【００８２】
本発明によれば、現状不可能であった原子力プラント一次系配管内に付着する測定対象核種から発生する放射線をオンラインで長期間計測することが可能となる。また、放射線計測系としてＧｅ半導体検出器などの半導体検出系だけでなく、安価なシンチレータを採用した検出系でも容易に計測可能である。また、原子力プラント一次系配管内に付着する測定対象核種を測定する場合を例に本発明を説明したが、本発明は、妨害核種からの放射線が存在する条件下で、配管内に付着する測定対象核種を測定する場合一般に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図２】原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの全体構成を示す図である。
【図３】測定対象核種のカスケードγ線の崩壊過程を説明する図である。
【図４】コリメータ中心軸が一次系配管と接する、もしくは交わらない範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)の説明図である。
【図５】コリメータ中心軸が一次系配管と交わる範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)の説明図である。
【図６】本発明の実施形態により得られるエネルギースペクトルと妨害核種からのノイズを含む未処理のエネルギースペクトルを示す図である。
【図７】コリメータが一次系配管を斜めに見込む場合の配管径方向断面と配管径方向内面積を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図９】ホスウィッチ構造を有する放射線検出器の構成と入射したγ線の挙動を示す図である。
【図１０】ホスウィッチ構造を有する放射線検出器において、発光による放射線検出信号の立ち上がり時間の差異を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の、コリメータ中心軸が一次系配管と接する、もしくは交わらない範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の、コリメータ中心軸が一次系配管と交わる範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態の変形例の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及びそのシステムの構成を示す図である。
【図２１】本発明の第９の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図２２】第９の実施形態で用いられるあるコリメータ幅を備えた放射線検出器の平行移動距離と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ａ´、１Ｂ´、Ｄ１、・・・、ＤＮ…放射線検出器、２…第１の実施形態での一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム、３、３´…コリメータ、４…測定対象核種、５、５´…カスケードγ線、６、６Ａ、６Ｂ…原子力プラント一次系配管、７…保温材、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ…前置増幅器、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…高電圧源、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…主増幅器、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ…タイミングユニット、１２…遅延ユニット、１３…同時計数回路、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ…可変遅延増幅器、１５…多チャンネル波高分析器、１６…ゲート回路、１７…スケーラ、１８…データ処理装置、１９…表示装置、２０…原子炉冷却材、２１…妨害核種，２２…バックグラウンドγ線、２３…コリメータ中心軸、２４…一次系配管中心軸、２５…測定対象領域となる条件の分布、２６、２７…カスケードγ線による光電ピーク、２８、２９…妨害核種による光電ピーク、３０、妨害核種によるコンプトン散乱γ線による散乱分布、３１…未処理スペクトル、３２…本発明によるスペクトル、３３…放射線検出信号立ち上がり時間、３４…第２の実施形態での一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム、３５…コンプトン散乱γ線、３６…光検出器、３７…１つの放射線検出器計数率が１０５ｃｐｓとなるときの配管径方向内面積、３８…原子炉冷却材の流れ方向、３９、３９´…一次系配管内表面部分、４０、４１…ある放射線検出器が見込む測定対象範囲、４２…コリメータ、４３、４４…あるコリメータ幅を備えた放射線検出器から見込む一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)、４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ…ピークホールド回路、４６Ｃ、４６Ｄ…波形弁別回路、４７…一次系配管６を斜めに見込む場合の配管径方向内面積、４８…放射線検出器１Ｅの発光による放射線検出信号、４９…放射線検出器１Ｆの発光による放射線検出信号、５０…放射線検出器１Ｅ及び放射線検出器１Ｆ両方の発光による放射線検出信号、５１…原子炉圧力容器、５２…主蒸気、５３…主蒸気配管、５４…放射線測定装置、５５…ポンプ、５６…原子炉燃料、５７…極小点、５８…立体角、６０…放射線計測処理装置、６１…放射線計測処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム、特に、原子力プラント一次系配管に具備される放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントは、原子炉圧力容器の内部に原子炉燃料を格納し、原子炉燃料を核分裂させて熱エネルギーを発生する。原子炉圧力容器には、一次系配管が接続され、原子炉冷却材を原子炉圧力容器の内外で循環させて、動力プラントを動作させるとともに、原子炉圧力容器を所定の温度範囲に制御している。このように、原子炉冷却材を循環させる一次系配管は、原子力プラントにおいて重要な役割を果たしているが、この一次系配管の内部に放射線を発生する核種が付着する。原子力プラントを維持及び管理するうえで、一次系配管内部に付着した核種を同定及び定量することは、重要である。
【０００３】
現在、一次系配管内の放射線モニタリング、すなわち、一次系配管内に付着する測定対象核種の同定及び定量は汎用の放射線検出器を用いて定期検査時のみ実施されている。原子力プラント定期検査時の作業被曝の低減及び一次系配管内に付着する放射性核種の抑制管理を効果的に行うために、定期検査時のみではなく、原子力プラント稼働中にも一次系配管内に付着する測定対象核種の同定及び定量することが期待されており、これを可能とする放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの実現が望まれている。
【０００４】
特許文献１には、原子炉一次系高温部配管の側面にオンライン式ゲルマニウム核種検出器を設置して原子炉プラント運転中に前記配管に付着した放射能量を測定し、その測定結果に基づいて炉水および給水の水質を制御することを特徴とする原子炉一次系の測定方法及び炉水放射能濃度低減方法が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、放射線モニタの従来の公知例として、対向した２つのγ線検出器及び非同時計数回路または同時計数回路を構成することでＮ−１３等の妨害核種から放射される消滅ガンマ線の影響を抑制し、測定対象核種を精度よく測定する放射線モニタが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、配管内部の沈着状放射能、水溶液状放射能、及びガス状放射能から放出されるγ線を、配管外部からコリメータを通して測定する測定法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３０４５８４号公報
【特許文献２】特開平８−１０１２７５号公報
【特許文献３】特開昭６２−２２３６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
背景技術の欄において説明しように、原子力プラント定期検査時の作業被曝低減及び一次系配管内付着放射性核種の抑制管理を効果的に行うために、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する核種を計測する放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの実現が期待されている。
【０００９】
しかしながら、原子力プラント稼動中の原子炉格納容器内の放射線線量は定期検査時と比べて非常に高いため、定期検査の際に用いられる一次系配管内に付着する測定対象核種の同定及び定量方法と同じ方法で放射線測定は行うことはできなかった。特に、一次系配管内を流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種（Ｎ−１６、Ｏ−１９等）から発生するバックグラウンド放射線がノイズとなって、バックグラウンド放射線のノイズの中から一次系配管内に付着する測定対象核種から発生する放射線を検出することは困難であった。
【００１０】
例えば、特許文献１に記載される放射線測定方法においても、一次系配管内を流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種から発生するバックグラウンド放射線のノイズの影響は考慮されておらず、原子力プラント稼動中に、一次系配管の任意の場所で、バックグラウンド放射線のノイズの影響を抑制し、一次系配管内に付着する測定対象核種から発生する放射線を検出することは困難であった。
【００１１】
このように、従来の放射線モニタリング装置及びその放射線モニタリングシステムでは、妨害核種の影響を抑制し、一次系配管内に付着する測定対象核種と妨害核種とを弁別することにより、測定対象核種を高感度及び高精度で測定することは困難であった。このため、原子力プラント稼動中の一次系配管内の測定対象核種の付着動態は明らかにされておらず、原子力プラントの設計、運転、保守を、安全でかつ効率的に行うことができないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する測定対象核種を高精度及び高感度で測定できる原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記した目的を達成する本発明の放射線モニタリング装置は、放射性流体を流す配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、を備え、前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の放射線モニタリングシステムは、原子炉燃料が内部に格納される原子炉圧力容器と接続される原子力プラント一次系配管が有する放射線モニタリングシステムであって、前記原子炉圧力容器は、前記原子炉燃料により熱エネルギーを発生させ、前記一次系配管は、前記原子炉圧力容器の内外で原子炉冷却材を循環させるものであり、前記一次系配管は、前記原子炉冷却材を流す前記一次系配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、を備え、前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する前記一次系配管の配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する測定対象核種を高精度及び高感度で測定可能な原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、発明者らが一次系配管内に付着する測定対象核種と一次系配管内に流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種とを見分ける方法を種々検討して得た新たな知見に基づいて成されたものである。この知見は、一次系配管内に付着する測定対象核種が４π方向へほぼ同時刻に放射するカスケードγ線に注目し、ほぼ同時刻に放射するカスケードγ線が同時に検出された場合に、検出の計数を行うことにより、一次系配管内に流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種から放出される放射線の影響を除去して、一次系配管内に付着する測定対象核種を計測する。このように、本発明では、予めエネルギーがわかっている２つ以上のカスケードγ線を同時に計測したときのみ計数を行うため、妨害核種によるバックグラウンドγ線を大幅に軽減することができる。
【００１７】
また、一次系配管内に流れる原子炉冷却材に含まれる妨害核種からの放射線が非常に強いので、妨害核種によるバックグラウンドγ線に対する測定対象核種から放出されるカスケードγ線のＳＮ比を向上するために、放射線検出器に装備されるコリメータの見込む測定対象範囲を、コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下とする。このようにすることで、本発明では、放射線計測系が見込む一次系配管内表面積と一次系配管内体積の比、すなわち、測定したい測定対象核種と妨害核種の比を最適にすることにより、妨害核種から発生するバックグラウンド放射線の影響を抑制して、測定対象核種から放出されるカスケードγ線を高感度及び高精度で検出することが可能となる。
【００１８】
本発明では、一次系配管内に付着する測定対象核種からカスケードγ線の同時検出と、放射線検出器に装備されるコリメータの見込む測定対象範囲の選択とを組み合わせることによって、原子力プラント稼働中の原子力プラント一次系配管内に付着する測定対象核種を高感度及び高精度で測定できる放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを実現できる。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００２０】
図１は、第１の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置を示す。第１の実施形態の原子力プラント一次系配管（以下一次系配管と略称する）内の放射線モニタリング装置は、放射線検出器１Ａ及び１Ｂと、コリメータ３と、同時計数回路１３及び多チャンネル波高分析器１５を備え、放射線検出器１Ａ及び１Ｂと接続される放射線計測処理装置６０とを有している。
【００２１】
図１に示される第１の実施形態では、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂで検出された信号は、それぞれ前置増幅器８Ａ、８Ｂ及び主増幅器１０Ａ、１０Ｂを介してタイミングユニット１１Ａ、１１Ｂ及び可変遅延増幅器１４Ａ、１４Ｂに分岐される。前置増幅器８Ａ、８Ｂは、高圧電源９Ａ、９Ｂに接続される。同時計数回路１３は、タイミングユニット１１Ａ、１１Ｂに接続される。
【００２２】
放射線検出器１Ｂの検出信号を受けるタイミングユニット１１Ｂと同時計数回路１３の間には、遅延ユニット１２が設けられる。この遅延ユニット１２は、エネルギー弁別型同時計数処理のために設置され、放射線検出器１Ａから接続される条件と放射線検出器１Ｂから接続される条件を整合させる。
【００２３】
可変遅延増幅器１４Ａ、１４Ｂは、ピークホールド回路４５Ａ、４５Ｂに接続され、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂの出力は、多チャンネル波高分析器１５に入力される。同時計数回路１３は、ゲート回路１６を通して、多チャンネル波高分析器１５及びスケーラ１７に接続される。多チャンネル波高分析器１５は、データ処理装置１８に接続され、データ処理装置１８は、表示装置１９に接続される。なお、本発明の第１の実施形態の放射線モニタリング装置は、データ処理装置１８を備え、放射線検出器１Ａ及び１Ｂにより検出されたデータを、数カ月から１年あるいはそれ以上の長期間にわたって保持し、処理することが可能である。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態の放射線モニタリング装置を使用する放射線モニタリングシステムを示す。原子炉圧力容器５１は、内部に原子炉燃料５６を格納する。原子炉圧力容器５１から主蒸気配管５３へ放射性核種を含んだ主蒸気５２が流れる。そして、主蒸気５２は復水器（図示せず）にて原子炉冷却材２０となり一次系配管６Ａを通して原子炉圧力容器５１へ循環される。また、原子炉圧力容器５１から一次系配管６Ｂへ放射性核種を含んだ原子炉冷却材２０が流れる。そして、原子炉冷却材２０はポンプ５５を経て原子炉圧力容器５１へ循環される。
【００２５】
一次系配管６Ａ、６Ｂへ付着する測定対象核種４が放射するカスケードγ線５、５´は、コリメータ３を備える放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂにて検出され、放射線測定装置５４にて測定される。その測定結果は、データ処理装置１８に送られ、一次系配管６Ａ、６Ｂに付着する測定対象核種４の付着量等の解析結果を表示装置１９で表示する。
【００２６】
再び図１に基づいて、本発明の第１の実施形態の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムについて説明する。放射線検出器１Ａ及び１Ｂは、それぞれコリメータ３を備えて、一次系配管６の近く設置される。保温材７が、検査対象となる一次系配管６の周囲を取り囲んで、一次系配管６に取り付けられている。
【００２７】
例えば、原子力プラントが稼働中であるとき、一次系配管６内には、例えば、Ｎ−１６及びＯ−１９等妨害核種２１を含んだ水又は水蒸気からなる原子炉冷却材２０が流れている。一次系配管６内には、例えば、Ｃｏ−６０、Ｍｎ−５６及びＣｏ−５８等を含んだカスケードγ線放出核種からなる測定対象核種４が付着している。放射線検出器１Ａ及び１Ｂは、測定対象核種４の付着領域を重ねて見込む立体角を持つコリメータ３を備えており、一次系配管６の内壁を見込むよう配置される。
【００２８】
コリメータ３で設定される立体角により、放射線検出器１Ａ及び１Ｂは、測定対象である一次系配管６内に付着する測定対象核種４から放射されるカスケードγ線５、５´及び一次系配管６内の原子炉冷却材２０に含まれる妨害核種２１から放射されるバックグラウンドγ線２２を測定することになる。
【００２９】
ここで測定対象核種４から放射されるカスケードγ線５及び５´について説明する。カスケードγ線５及び５´は、測定対象核種４が安定核種に遷移する過程で放射されるγ線であり、このγ線は、ほぼ同時刻に異なるエネルギーを持つγ線として、複数放射される。また、放射方向は４π方向へランダムに放射され、その角度相関がないことが多い。
【００３０】
図３は、測定対象核種のカスケードγ線を放出する崩壊過程の例として、Ｃｏ−６０の崩壊過程を示す。図３に示されるように、Ｃｏ−６０は、β−崩壊により励起状態のＮｉ−６０に壊変する。一般的に、カスケードγ線を放出する崩壊過程を経て基底状態になるまでにかかる時間は極めて短時間である。
【００３１】
一次系配管内に付着し、カスケードγ線を放射する測定対象核種として、例えばＣｏ−６０を挙げる。Ｃｏ−６０は、原子炉構造材中に含まれるＣｏ−５９の（ｎ,γ）反応により生成される放射性核種であり、半減期５．２７年でβ−崩壊を起こす。この崩壊によりＣｏ−６０は励起状態のＮｉ−６０に壊変する。そして、励起状態のＮｉ−６０は基底状態となるために、そのエネルギーをγ線として放出する。
【００３２】
このγ線は２つ以上のエネルギーを持ち、４π方向へほぼ同時刻に放射する。例えば、１．１７３ＭｅＶのエネルギーを持つγ線と１．３３２ＭｅＶのエネルギーを持つγ線の放射される時間差はおよそ０．４１３ｐｓである。通常の放射線計測系の回路においては、この時間差を計測することが困難であるので、実際の計測ではほぼ同時刻に検出したものとされる。
【００３３】
本発明においては、Ｃｏ−６０のγ線は、ある一次系配管内表面部分を重ねて見込むような立体角を持つ２つ以上の放射線計測系を用いて検出される。すなわち、放射線計測系において、立体角は、鉛等のγ線遮蔽効果の高い材料により形成されるコリメータ、及び、ＮａＩ（Ｔｌ）やＧＳＯ（Ｃｅ）、ＢＧＯ、ＬＳＯ（Ｃｅ）等種々のシンチレータやＧｅ、ＣｄＴｅ、ＣＺＴ、ＧａＡｓ等種々の半導体検出器を用いて測定される。シンチレータを用いて測定する場合については、第２の実施形態で別途説明する。
【００３４】
同時計数法による放射線計測では、例えばＣｏ−６０由来の１．１７３ＭｅＶのエネルギーを持つγ線が放射線計測系で計測され、それとほぼ同時刻にＣｏ−６０由来の１．３３２ＭｅＶのエネルギーを持つγ線がその他の放射線計測系で計測されたときにのみ、計数カウントが行われる。この計数カウントが行われたときに、Ｃｏ−６０の計測が行われたとすることで、炉水中に含まれる妨害核種（Ｎ−１６、Ｏ−１９等）によるバックグラウンド放射線を抑制することが可能となる。この上記エネルギー弁別型同時計数処理は１．３３２ＭｅＶのγ線が計測されたときに、それとほぼ同時刻に１．１７３ＭｅＶのγ線が計測されたときにのみ計測する条件と全く同じことを意味する。
【００３５】
カスケードγ線５及び５´が放射線検出器１Ａ及び１Ｂにてほぼ同時刻に検出されると、放射線検出器１Ａ及び１Ｂで得られた放射線検出信号が、それぞれ前置増幅器８Ａ、８Ｂ及び主増幅器１０Ａ、１０Ｂで増幅され、タイミングユニット１１Ａ、１１Ｂを介して同時計数回路１３に出力される。ただし、図１で示す放射線計測系では放射線検出器１Ｂから接続されるタイミングユニット１１Ａ、１１Ｂと同時計数回路１３の間に遅延ユニット１２が設けられ、同時計数のタイミング調整が行われる。
【００３６】
同時計数回路１３からゲート回路１６に接続され、ゲート回路１６より多チャンネル波高分析器１５へゲート信号が送られる。このゲート信号により、放射線検出器１Ａ及び１Ｂ、さらに前置増幅器８Ａ、８Ｂ、主増幅器１０Ａ、１０Ｂ、可変遅延回路１４Ａ、１４Ｂ、ピークホールド回路４５Ａ、４５Ｂを介して得られた放射線検出信号は、多チャンネル波高分析器１５に取り込まれ、データ処理装置１８を介して表示装置１９で表示される。またゲート信号をスケーラ１７で計数することで、測定対象核種４の計数値を得ることができる。
【００３７】
放射線検出器１Ａ及び１Ｂに設置されるコリメータ３の設置及び計測幾何条件について説明する。図４及び図５は、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂに設置されるコリメータ３が有する立体角により放射線検出器が見込む一次系配管６内の配管内表面積（Ｓ）と一次系配管６内の配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)の関係を示す。図４（ａ）は、コリメータ中心軸２３が一次系配管と接するコリメータ３の設置の１例を示す。また、図４（ｂ）は、コリメータ中心軸２３が一次系配管と交わらないコリメータ３の設置の１例を示す。そして、図４（ｃ）は、計測幾何条件を示す。図５（ａ）は、コリメータ中心軸２３が一次系配管と交わるコリメータ３の設置を示し、図５（ｂ）は、計測幾何条件を示す。
【００３８】
放射線計測系に設置されるコリメータにγ線遮蔽効果の高い鉛等が用いられる。そして、２個の両コリメータ３の中心軸方向が一次系配管６に対向する幾何配置が設定される。この幾何配置によるコリメータの見込む測定範囲は、Ｃｏ−６０が付着する配管内表面積及び妨害核種（Ｎ−１６、Ｏ−１９等）を含む原子炉冷却系の一次系配管内体積となる。これらの比を（配管内表面積：Ｓ）／（配管内体積：Ｖ）としたとき、この比(Ｓ/Ｖ)の値が大きいほど一次系配管内体積（原子炉冷却材）から放射されるバックグラウンド放射線を低減させ、一次系配管内表面のＣｏ−６０由来のカスケードγ線を高感度及び高精度で計測することが可能となる。
【００３９】
図４及び図５において、放射線検出器の設置位置を固定した状態で、コリメータ３の立体角を拡大していくとき、コリメータ３の見込む比(Ｓ/Ｖ)は、コリメータ３が一次系配管の縁部分を見込む領域で比（Ｓ／Ｖ）の最大値を示す。さらにコリメータ３の立体角を拡大していくと、比（Ｓ／Ｖ）は単調減少していき、ある立体角で極小値を示す。さらにコリメータ３の立体角を拡大していくと、コリメータ３の立体角が一次系配管全体を見込むまでこの比（Ｓ／Ｖ）は単調増加する。コリメータ３の立体角が一次系配管全体を見込むときの比をＳＭ／ＶＭとすると、Ｓ／Ｖ≒ＳＭ／ＶＭとなる立体角Θ５８が存在する。
【００４０】
Ｓ／Ｖ≒ＳＭ／ＶＭとなる立体角Θ５８、すなわち、コリメータ中心軸２３と同じ平面内に存在する配管径方向内面積が、ほぼ１／２となる領域が存在する。したがって、Ｓ／Ｖ＞ＳＭ／ＶＭとなる、すなわち、コリメータ中心軸２３と同じ平面内に存在する配管径方向内面積がほぼ１／２以下となる測定対象領域２５にて測定をすることで、測定対象核種と妨害核種の比を最適化し、妨害核種２１の影響を効果的に抑制することができる。
【００４１】
この計測幾何条件を備えることによって放射線検出器１Ａ及び１Ｂを用いた効果的な一次系配管６内の測定対象核種４の高感度及び高精度の計数率計測及びエネルギースペクトルの測定が実現される。なお、配管径方向内面積とは、コリメータ中心軸２３と同じ平面内に存在する配管の断面の内面積を意味する。
【００４２】
したがって、Ｃｏ−６０の４π方向へ放射するカスケードγ線の同時計数法と、放射線計測系に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲を、コリメータ中心軸と同じ平面上に存在する配管径方向断面積の１／２以下とすることで、従来技術では測定することがほとんど不可能であった原子力プラント稼動中の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリングが可能となる。
【００４３】
図６は、本発明の装置で測定された原子力プラント一次系配管６内に付着する測定対象核種４を、例えばＣｏ−６０としたときのγ線スペクトルの例を示す。図６は、未処理スペクトル３１と、本発明によるスペクトル３２を示す。本発明によるスペクトル３２では、未処理スペクトル３１に含まれる妨害核種２１の一つであるＮ−１６から放射される６．１ＭｅＶのγ線の光電ピーク２９及びコンプトン散乱による散乱成分３０が計測されない。また、本発明によるスペクトル３２では、妨害核種２１の一つであるＯ−１９から放射される１．３５７ＭｅＶのγ線の光電ピーク２８が計測されない。
【００４４】
このため、本発明によるスペクトル３２は、未処理スペクトル３１に含まれるＣｏ−６０から放射されるカスケードγ線の光電ピーク２６、２７のノイズ成分（妨害核種２１）を除去することが可能となり、本発明によるスペクトル３２に含まれるＣｏ−６０から放射されるカスケードγ線の光電ピーク２６、２７は、すべてＣｏ−６０由来の成分となる。
【００４５】
本発明によれば、原子力プラント稼働中に一次系配管内に付着する測定対象核種を高精度及び高感度で長時間連続して測定可能な原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを実現することができる。
【００４６】
上記に記載するコリメータ３の計測幾何条件について、コリメータ３のコリメータ中心軸２３の方向と一次系配管中心軸２４が垂直になる幾何配置条件を例として本発明の第１の実施形態を説明したが、この幾何配置はコリメータ３が一次系配管６を斜めに見込む場合でも同様の効果を得ることができる。図７は、コリメータ３が一次系配管６を斜めに見込む場合の配管径方向断面４７と配管径方向内面積を示す。図７に示される場合には、配管径方向断面４７は楕円状となるが、図４及び図５に示した本発明の好適な測定対象条件と同様の効果が得られる。
【００４７】
図８は、本発明の第２の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。第２の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム３４は、第１の実施形態と同様の構成を有するが、ホスウィッチ構造を有する放射線検出器１Ｃ及び放射線検出器１Ｄ、波形弁別回路４６とを備えることにおいて第１の実施形態と相違する。
【００４８】
第２の実施形態は、妨害核種２１を含む一次系配管内の原子炉冷却材から放射されるバックグラウンドγ線２２、特に測定対象核種４から放射されるカスケードγ線５（例えばＣｏ−６０から放射される１．３３２ＭｅＶのγ線）よりも高エネルギーを有するγ線（例えばＮ−１６から放射される６．１ＭｅＶのγ線）の影響を抑制することを目的とする。
【００４９】
図９は、ホスウィッチ構造を有する放射線検出器１Ｃ及び放射線検出器１Ｄの構成を示す。ホスウィッチ構造とは、異なる材質もしくは異なる特性を有する２つ以上のシンチレータを組み合わせた構造を意味する。ホスウィッチ構造で用いられるシンチレータは、ＮａＩ（Ｔｌ）やＣｓＩ（Ｃｅ）、ＢＧＯ、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）等である。
【００５０】
図９は、ホスウィッチ構造を有する放射線検出器の１例として、同じ径を持つ円柱型の放射線検出器１Ｅ及び放射線検出器１Ｆを備え、それらシンチレータによる発光を光検出器３６を用いて検出する放射線検出系を示す。この放射線検出系では一つのγ線に対する放射線検出器１Ｅのみでの発光、放射線検出器１Ｆのみでの発光、さらに放射線検出器両方でのほぼ同時刻での発光が考えられる。光検出器３６として、例えば、光電子増倍管が使用される。
【００５１】
ここで、放射線検出器両方でのほぼ同時刻での発光とは、カスケードγ線５もしくはバックグラウンドγ線２２が放射線検出器１Ｅに入射し、コンプトン散乱することによる発光と、コンプトン散乱γ線３５が放射線検出器１Ｆに入射することによる発光が、従来の放射線計測系のパルス計測処理時間では同時刻となり、これらの発光による時間差は無視できるためにほぼ同時刻での発光と記述する。
【００５２】
これらの３種類の発光を弁別するために、各放射線検出器の発光による放射線検出信号の立ち上がり時間の差を利用する。ここで、図１０は、横軸を時間とし縦軸をパルス高さとして、放射線検出信号の立ち上がり時間の差異について示す。ここでは１例として、放射線検出器１Ｅの発光による放射線検出信号４８、放射線検出器１Ｆの発光による放射線検出信号４９、放射線検出器１Ｅ及び放射線検出器１Ｆ両方での発光による放射線検出信号５０を示す。放射線検出信号４８の立ち上がり時間をΔｔ１、放射線検出信号４９の立ち上がり時間をΔｔ２、放射線検出信号５０の立ち上がり時間をΔｔ３とする。
【００５３】
第２の実施形態では、例えば、放射線検出器１Ｅの発光による放射線検出信号４８のみを検出するとき、波形弁別回路は立ち上がり時間３３がΔｔ１よりも遅い放射線検出信号を取り込まないよう波形弁別設定を行う。このとき、放射線検出器１Ｅと放射線検出器１Ｆ両方での発光による放射線検出信号５０は検出しないため、コンプトン散乱γ線３５による影響を抑制した計数値及びエネルギースペクトルの測定が実現できる。
【００５４】
この波形弁別は放射線検出器１Ｆの発光による放射線検出信号４９の測定のために、立ち上がり時間３３がΔｔ２よりも早い放射線検出信号を取り込まない波形弁別設定、さらに放射線検出器１Ｅと放射線検出器１Ｆ両方での発光による放射線検出信号５０の測定のために、立ち上がり時間３３をｔとしたとき、Δｔ１＜ｔ＜Δｔ２を満たさない放射線検出信号を取り込まない波形弁別設定の条件でも全く同じことを意味する。
【００５５】
したがって、第２の実施形態ではホスウィッチ構造を有する２つ以上の放射線検出器による同時計数法を用いているため、第１の実施形態で設置される放射線計測系よりもさらにカスケードγ線５及びバックグラウンドγ線２２によるコンプトン散乱γ線の影響を抑制することが可能であり、高感度及び高精度の計数値及びエネルギースペクトルの測定が実現できる。
【００５６】
図１１及び図１２は、本発明の第３の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。第３の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態と同様の構成を有するが、放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂがそれぞれ検出するカスケードγ線５、５´及びバックグラウンドγ線２２の足し合わせたγ線計数率がＳ／Ｖ＞ＳＭ／ＶＭとなる計測幾何条件で１０５ｃｐｓを超えるとき、放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂがそれぞれ検出するカスケードγ線５、５´及びバックグラウンドγ線２２の足し合わせたγ線計数率が１０５ｃｐｓ以下になるよう、コリメータ３の計測幾何条件を設けることを特徴とする。１０５ｃｐｓは多チャンネル波高分析器１５が高精度のエネルギースペクトルを測定するための計数率限界である。
【００５７】
図１１及び図１２は、放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂのγ線計数率が１０５ｃｐｓ以下であるようにコリメータ３を設置するためには、コリメータ３の計測幾何条件による一次系配管６の測定対象範囲が点線部分２５以下になることを示す。点線３７は放射線検出器１Ａもしくは放射線検出器１Ｂのγ線計数率が１０５ｃｐｓ以下となる条件のＳ及びＶの１例である。第３の実施形態により、さらに高感度及び高精度の計数率及びエネルギースペクトルの測定を実現できる。
【００５８】
図１３は、本発明の第４の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図１３（ａ）は、一次系配管６の配管径方向断面図及び各放射線検出器配置及びコリメータ３による立体角が見込む一次系配管内表面部分３９を示す。図１３（ｂ）は、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８に対する各放射線検出器の設置の様子を示す。ここで各放射線検出器の計測幾何条件、つまりＳ/Ｖは同一とする。
【００５９】
第４の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態と同様の構成を有し、放射線検出器１Ａ及び１Ｂを隣り合うように設置すること、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８に対して平行かつ並列に設置すること、さらにコリメータ３の片側部分３´が放射線検出器１Ａ及び１Ｂの共用となることを特徴とする。コリメータ３及び３´は同一の計測幾何条件Ｓ/Ｖを備えているため、放射線検出器１Ａ及び１Ｂは同一の立体角を備える。この計測幾何条件Ｓ/Ｖによる立体角が見込む一次系配管内表面部分３９における測定対象領域４０は、点状領域で示される。
【００６０】
第４の実施形態による放射線検出器１Ａ及び１Ｂの設置方法の利点は、放射線検出器１Ａ及び１Ｂそれぞれのコリメータ３を隣り合うように設置し、一次系配管６の配管長さ方向に対して平行かつ並列に設置するため、放射線モニタリング装置の計測幾何関係が単純になり、設置自体が容易になることである。さらに、コリメータ３´が共用となるため、遮蔽体(コリメータ)のコストを低減することができる。また、放射線検出器１Ａ及び１Ｂが原子炉冷却材流れ方向３８に平行かつ並列に設置することで、その設置コスト自体も低減できる。
【００６１】
第４の実施形態による放射線検出器１Ａ及び１Ｂの設置方法の利点は、放射線モニタリング装置の計測幾何関係が単純になり、設置自体が容易になることである。これは、放射線検出器１Ａ及び１Ｂそれぞれのコリメータ３を隣り合うように設置し、一次系配管６の配管長さ方向に対して平行かつ並列に設置されるからである。さらに、コリメータ３´が共用となるため、遮蔽体(コリメータ)のコストを低減することができる。また、放射線検出器１Ａ及び１Ｂが原子炉冷却材流れ方向３８に平行かつ並列に設置することで、その設置コスト自体も低減できる。
【００６２】
図１４は、本発明の第４の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの変形例を示す。本発明の第４の実施形態では、コリメータ３´が各々の放射線検出器の間仕切りとして設けられているが、本発明の第４の実施形態の変形例では、間仕切りとなるコリメータ３´が設置されず、各々の放射線検出器の測定対象範囲をより広げる効果を期待できる。図１４は、間仕切りとなるコリメータ３´を具備しないコリメータ４２を備える放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの１例を示す。一次系配管６の配管径方向断面に対する各放射線検出器は、図１３（ａ）と同様に設置される。このコリメータ４２が見込む一次系配管内表面部分３９の測定対象範囲４０は、点状領域で示される。
【００６３】
本発明の第４の実施形態の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの変形例の利点は、測定対象範囲をより広くすることができること、さらにコリメータ４２を放射線検出器１Ａ及び１Ｂの共用とできることにより、遮蔽体(コリメータ)のコストを低減できることである。
【００６４】
図１５は、本発明の第５の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。第５の実施形態において、各放射線検出器が、図１５に示されるように、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８に対して平行かつ並列に設置され、各放射線検出器が、図１３（ａ）と同様に、一次系配管６の配管径方向断面に対して設置される。ここで各放射線検出器の計測幾何条件、つまりＳ/Ｖは同一である。
【００６５】
第５の実施形態は、第４の実施形態と同様な構成を有するが、放射線検出器及びそれに伴うコリメータ３及び３´をＮ個（Ｎ≧２）設置すること、２つのカスケードγ線を同時計数するＮ個の放射線検出器の立体角から、測定対象核種４が存在する範囲を同定すること、Ｎ個の放射線検出器による放射線検出信号を処理する放射線計測処理装置について、第４の実施形態と相違する。
【００６６】
図１５に基づいて、本発明の第５の実施形態を、Ｎ個の放射線検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・、ＤＮ、それに伴うコリメータ３及び３´を配置する場合を例として説明する。ただし、１番目とＮ番目の放射線検出器の立体角は一次系配管６内で共通の測定対象領域を持つものとし、Ｎ＋１番目の放射線検出器が設置されているとき、１番目とＮ＋１番目の放射線検出器の立体角は一次系配管６内で共通の測定対象範囲は持たないものとする。Ｎ個の放射線検出器で２つのカスケードγ線を同時計数するとき、その放射線検出器の組み合わせは｛（Ｎ−１）・Ｎ／２｝通りとなる。
【００６７】
したがって、｛（Ｎ−１）・Ｎ／２｝組の測定対象範囲が存在することになる。放射線検出器の組み合わせがＤ１及びＤ２のときの測定対象範囲をＡ１、Ｄ１及びＤ３のときの測定対象範囲をＡ２、・・・、Ｄ１及びＤＮのときの測定対象範囲をＡＮ−１、・・・、ＤＮ−１及びＤＮのときの測定対象範囲をＡ（Ｎ−１）・Ｎ／２とする。図１２において、測定対象範囲Ａ１及びＡ２は点状領域４０により示され、測定対象領域、ＡＮ−１は横線領域４１により示される。
【００６８】
第５の実施形態では、同時計数する放射線検出器の組み合わせから、測定対象核種４が存在する範囲を同定することが可能となる。さらにＮ個の放射線検出器及びそれに伴うコリメータを設置することで、一次系配管６内の測定対象領域が広がり、カスケードγ線計数率の増加が可能となる。つまり第５の実施形態での利点は、広範囲かつ高感度、高精度での放射線モニタリングが実施できることである。
【００６９】
図１６は、第５の実施形態の変形例を示す。第５の実施形態として、コリメータ３´を各々の放射線検出器の間仕切りとして設けている場合について説明したが、図１６は、間仕切りとなるコリメータ３´を具備しないコリメータ４２を備える放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。間仕切りとなるコリメータ３´を設置しないことにより、各々の放射線検出器の測定対象範囲をより広げる効果を期待できる。第５の実施形態の変形例は、各々の放射線検出器の測定対象範囲をより広範囲に設定できること、さらにコリメータ４２一つでＮ個の放射線検出器のコリメータとしているため、遮蔽体（コリメータ）設置コストも低減できるという利点がある。
【００７０】
図１７は、本発明の第６の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図１７は、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８の一平面上に各放射線検出器が分散配置される構成を示す。図１７において、各放射線検出器は、一次系配管６の配管径方向断面に対して、図１３（ａ）に示されるように設置される。
【００７１】
第６の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態と同様の構成を有するが、放射線検出器がＮ個(Ｎ≧２)設置されること、測定対象範囲４０がＮ個全ての放射線検出器の立体角によって見込まれること、測定対象核種４が存在する範囲が２つのカスケードγ線を同時計数するＮ個の放射線検出器の立体角から同定されること、Ｎ個の放射線検出器による放射線検出信号を処理する放射線計測処理装置を備えることを特徴とする。
【００７２】
図１８及び図１９は、本発明の第７の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図１８及び図１９は、一次系配管６内の原子炉冷却材流れ方向３８の一平面上に各放射線検出器が分散配置される構成を示す。図１８及び図１９において、各放射線検出器は、一次系配管６の配管径方向断面に対して、図１３（ａ）に示されるように設置される。第７の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態と同様の構成を有し、第４の実施形態及び第６の実施形態もしくは第５の実施形態及び第６の実施形態を組み合わせることを特徴とする。図１８は、４つの放射線検出器１Ａ、１Ｂ、１Ａ´及び１Ｂ´、コリメータ３及び３´を配置する体系の１例を示す。コリメータ３及び３´による立体角により、測定対象範囲４０は、放射線検出器１Ａもしくは１Ｂもしくは１Ａ´もしくは１Ｂ´より見込まれる。
【００７３】
第５の実施形態でも示したように、第７の実施形態においては、同時計数する放射線検出器の組み合わせによりその測定対象範囲は定められる。図１９は、４つの放射線検出器１Ａ、１Ｂ、１Ａ´及び１Ｂ´、コリメータ４２を配置する体系の１例を示す。コリメータ４２による立体角により、測定対象範囲４０は、放射線検出器１Ａもしくは１Ｂもしくは１Ａ´もしくは１Ｂ´より見込まれる。第５の実施形態でも示したように、第７の実施形態においては、同時計数する放射線検出器の組み合わせよりその測定対象範囲は定められる。
【００７４】
図１８及び図１９により、Ｎ個（Ｎ≧２）の放射線検出器の内、Ｎ個（Ｎ＝２）の放射線検出器を設置する放射線計測系について説明したが、Ｎ個（Ｎ≧３）の放射線検出器を設置する放射線計測系についても同様の説明ができる。第７の実施形態の利点は、広範囲及び高感度、高精度での放射線モニタリングを実現することができる。
【００７５】
図２０は、本発明の第８の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図２０は、一次系配管６の断面に基づいて、本発明の第８の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。ここで、各放射線検出器の計測幾何条件、つまりＳ/Ｖは同一である。第８の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態もしくは第３の実施形態もしくは第４の実施形態もしくは第５の実施形態もしくは第６の実施形態もしくは第７の実施形態と同様の構成を有するが、一次系配管６の円周方向、もしくは螺旋状に放射線計測系が設置されるという特徴を有する。
【００７６】
図２０は、第８の実施形態の１例として、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂ、コリメータ３の組み合わせの５組が、一次系配管６の円周方向に設置される１例を示す。第８の実施形態により、一次系配管６の円周方向の測定対象核種４の分布の計測が容易になるとともに、一次系配管６の内壁の円周方向全体をモニタリングすることが可能になる。
【００７７】
図２１は、本発明の第９の実施形態の一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムを示す。図２１（ａ）は、一次系配管６の断面図に基づいて、各放射線検出器の配置の１例を示す。図２１（ｂ）は、一次系配管表面部分３９を見込む各放射線検出器の設置の１例を示す。第９の実施形態は、第１から第８の実施形態と同様の構成を有し、同様のコリメータ幅を備えた放射線計測系を２組以上設置すること、１組の放射線計測系は、その他の放射線計測系に対して一方向へ平行移動した位置に設置すること、各々の放射線計測系による測定の際は固定されていることを特徴とする。
【００７８】
図２２は、コリメータ幅が一定である放射線計測系が一次系配管６を横切るように平行移動した位置における一次系配管６の配管内表面積（Ｓ）と配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す。放射線検出器移動位置のゼロ点は、立体角と一次系配管６の円周部分の接線部分に放射線検出器が配置されたときを基準とする。同じコリメータ幅を備える放射線検出器が平行移動した位置において、コリメータ中心軸２３が一次系配管中心軸２４と重なるとき、その比(Ｓ/Ｖ)は極小となる。
【００７９】
図２１（ａ）に示される放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムにおいて、１例として、２組の放射線検出器が設置される。この場合、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂは一次系配管表面部分３９を見込み、放射線検出器１Ａ´及び放射線検出器１Ｂ´は一次系配管表面部分３９´を見込む。これらの放射線検出器設置条件における一次系配管内表面積と配管内体積の比(Ｓ/Ｖ)は、放射線検出器１Ａ及び放射線検出器１Ｂならば図２２に示される点線部分４３、放射線検出器１Ａ´及び放射線検出器１Ｂ´ならば図２２に示される斜線部分４４となる。
【００８０】
各々の放射線計測系で測定されたγ線計数率から一次系配管６の配管内表面積と配管内体積の比(Ｓ/Ｖ)を利用して単位表面積及び単位体積当たりのγ線計数率を導出し、それらの差分演算で一次系配管６の内壁に付着する微量の測定対象核種４を同定することが可能となる。第９の実施形態によれば、配管内表面積と配管内体積の比(Ｓ/Ｖ)が異なることを利用することにより、一次系配管６に付着する測定対象核種４を相対的に放射線モニタリングすることが可能となる。
【００８１】
以上説明した放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムは、第９の実施形態の１例であり、第４の実施形態もしくは第５の実施形態もしくは第８の実施形態と組み合わせることにより放射線計測系をアレイ状に設置し、それぞれの実施例の特徴を活かして、広範囲及び高感度、高精度の放射線モニタリングを実施することができる。
【００８２】
本発明によれば、現状不可能であった原子力プラント一次系配管内に付着する測定対象核種から発生する放射線をオンラインで長期間計測することが可能となる。また、放射線計測系としてＧｅ半導体検出器などの半導体検出系だけでなく、安価なシンチレータを採用した検出系でも容易に計測可能である。また、原子力プラント一次系配管内に付着する測定対象核種を測定する場合を例に本発明を説明したが、本発明は、妨害核種からの放射線が存在する条件下で、配管内に付着する測定対象核種を測定する場合一般に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図２】原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの全体構成を示す図である。
【図３】測定対象核種のカスケードγ線の崩壊過程を説明する図である。
【図４】コリメータ中心軸が一次系配管と接する、もしくは交わらない範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)の説明図である。
【図５】コリメータ中心軸が一次系配管と交わる範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)の説明図である。
【図６】本発明の実施形態により得られるエネルギースペクトルと妨害核種からのノイズを含む未処理のエネルギースペクトルを示す図である。
【図７】コリメータが一次系配管を斜めに見込む場合の配管径方向断面と配管径方向内面積を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図９】ホスウィッチ構造を有する放射線検出器の構成と入射したγ線の挙動を示す図である。
【図１０】ホスウィッチ構造を有する放射線検出器において、発光による放射線検出信号の立ち上がり時間の差異を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の、コリメータ中心軸が一次系配管と接する、もしくは交わらない範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の、コリメータ中心軸が一次系配管と交わる範囲におけるコリメータの立体角と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態の変形例の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及びそのシステムの構成を示す図である。
【図２１】本発明の第９の実施形態の原子力プラント一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステムの構成を示す図である。
【図２２】第９の実施形態で用いられるあるコリメータ幅を備えた放射線検出器の平行移動距離と原子力プラント一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ａ´、１Ｂ´、Ｄ１、・・・、ＤＮ…放射線検出器、２…第１の実施形態での一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム、３、３´…コリメータ、４…測定対象核種、５、５´…カスケードγ線、６、６Ａ、６Ｂ…原子力プラント一次系配管、７…保温材、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ…前置増幅器、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…高電圧源、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…主増幅器、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ…タイミングユニット、１２…遅延ユニット、１３…同時計数回路、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ…可変遅延増幅器、１５…多チャンネル波高分析器、１６…ゲート回路、１７…スケーラ、１８…データ処理装置、１９…表示装置、２０…原子炉冷却材、２１…妨害核種，２２…バックグラウンドγ線、２３…コリメータ中心軸、２４…一次系配管中心軸、２５…測定対象領域となる条件の分布、２６、２７…カスケードγ線による光電ピーク、２８、２９…妨害核種による光電ピーク、３０、妨害核種によるコンプトン散乱γ線による散乱分布、３１…未処理スペクトル、３２…本発明によるスペクトル、３３…放射線検出信号立ち上がり時間、３４…第２の実施形態での一次系配管内の放射線モニタリング装置及び放射線モニタリングシステム、３５…コンプトン散乱γ線、３６…光検出器、３７…１つの放射線検出器計数率が１０５ｃｐｓとなるときの配管径方向内面積、３８…原子炉冷却材の流れ方向、３９、３９´…一次系配管内表面部分、４０、４１…ある放射線検出器が見込む測定対象範囲、４２…コリメータ、４３、４４…あるコリメータ幅を備えた放射線検出器から見込む一次系配管内表面積（Ｓ）と一次系配管内体積（Ｖ）の比(Ｓ/Ｖ)、４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ…ピークホールド回路、４６Ｃ、４６Ｄ…波形弁別回路、４７…一次系配管６を斜めに見込む場合の配管径方向内面積、４８…放射線検出器１Ｅの発光による放射線検出信号、４９…放射線検出器１Ｆの発光による放射線検出信号、５０…放射線検出器１Ｅ及び放射線検出器１Ｆ両方の発光による放射線検出信号、５１…原子炉圧力容器、５２…主蒸気、５３…主蒸気配管、５４…放射線測定装置、５５…ポンプ、５６…原子炉燃料、５７…極小点、５８…立体角、６０…放射線計測処理装置、６１…放射線計測処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性流体を流す配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、
前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、
を備え、
前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする放射線モニタリング装置。
【請求項２】
前記コリメータと前記放射線検出器が配置されて、前記放射線計測処理装置の計数率が１０５ｃｐｓ以下となる前記測定対象範囲が設定される請求項１に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項３】
隣り合って設置された少なくとも２個の放射線検出器が具備する各々のコリメータの隣接する部分を共用とすることで、前記少なくとも２個の放射線検出器が互いに独立することなく一体で配置され、前記測定対象範囲が前記配管内の原子炉冷却材流れ方向に平行かつ並列に設定される請求項１又は２に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項４】
Ｎ個（Ｎ≧２）の前記放射線検出器が、前記配管内の前記放射性流体の流れ方向の一平面上に分散して配置される請求項１又は２に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項５】
Ｎ個（Ｎ≧２）の前記放射線検出器が、前記配管の円周方向もしくは螺旋方向へ設置され、前記配管の内壁の測定対象核種の分布が計測される請求項１又は２に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項６】
前記コリメータの開口幅をほぼ同一とすることでほぼ同一の立体角を備えるＮ個（Ｎ≧２）の前記放射線検出器が、前記コリメータの立体角から見込む前記配管内表面積と前記配管内体積の比の値が各々異なるように平行移動した位置に配置され、Ｎ個の前記放射線計測処理装置の計数率と、前記立体角から見込む前記配管内表面積と前記配管内体積の比から差分演算で前記一次系配管の内壁に付着する微量の前記測定対象核種を測定する請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項７】
前記放射線検出器が、異なる材質もしくは異なる特性を有する少なくとも２個のシンチレータと光検出器とを備えるホスウィッチ構造を有し、前記放射線計測処理装置が、前記検出器によって放射線の発光により検出される検出信号の立ち上がり時間の差分を弁別する波形弁別回路を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項８】
原子炉燃料が内部に格納される原子炉圧力容器と接続される原子力プラント一次系配管が有する放射線モニタリングシステムであって、
前記原子炉圧力容器は、前記原子炉燃料により熱エネルギーを発生させ、
前記一次系配管は、前記原子炉圧力容器の内外で原子炉冷却材を循環させるものであり、
前記一次系配管は、
前記原子炉冷却材を流す前記一次系配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、
前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、
を備え、
前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する前記一次系配管の配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする放射線モニタリングシステム。
【請求項１】
放射性流体を流す配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、
前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、
を備え、
前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする放射線モニタリング装置。
【請求項２】
前記コリメータと前記放射線検出器が配置されて、前記放射線計測処理装置の計数率が１０５ｃｐｓ以下となる前記測定対象範囲が設定される請求項１に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項３】
隣り合って設置された少なくとも２個の放射線検出器が具備する各々のコリメータの隣接する部分を共用とすることで、前記少なくとも２個の放射線検出器が互いに独立することなく一体で配置され、前記測定対象範囲が前記配管内の原子炉冷却材流れ方向に平行かつ並列に設定される請求項１又は２に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項４】
Ｎ個（Ｎ≧２）の前記放射線検出器が、前記配管内の前記放射性流体の流れ方向の一平面上に分散して配置される請求項１又は２に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項５】
Ｎ個（Ｎ≧２）の前記放射線検出器が、前記配管の円周方向もしくは螺旋方向へ設置され、前記配管の内壁の測定対象核種の分布が計測される請求項１又は２に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項６】
前記コリメータの開口幅をほぼ同一とすることでほぼ同一の立体角を備えるＮ個（Ｎ≧２）の前記放射線検出器が、前記コリメータの立体角から見込む前記配管内表面積と前記配管内体積の比の値が各々異なるように平行移動した位置に配置され、Ｎ個の前記放射線計測処理装置の計数率と、前記立体角から見込む前記配管内表面積と前記配管内体積の比から差分演算で前記一次系配管の内壁に付着する微量の前記測定対象核種を測定する請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項７】
前記放射線検出器が、異なる材質もしくは異なる特性を有する少なくとも２個のシンチレータと光検出器とを備えるホスウィッチ構造を有し、前記放射線計測処理装置が、前記検出器によって放射線の発光により検出される検出信号の立ち上がり時間の差分を弁別する波形弁別回路を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線モニタリング装置。
【請求項８】
原子炉燃料が内部に格納される原子炉圧力容器と接続される原子力プラント一次系配管が有する放射線モニタリングシステムであって、
前記原子炉圧力容器は、前記原子炉燃料により熱エネルギーを発生させ、
前記一次系配管は、前記原子炉圧力容器の内外で原子炉冷却材を循環させるものであり、
前記一次系配管は、
前記原子炉冷却材を流す前記一次系配管に付着した測定対象核種が放射するカスケードγ線を含む放射線を、コリメータを介して検出する少なくとも２個の放射線検出器と、
前記放射線検出器で検出した放射線の検出信号の内から、前記放射線検出器でほぼ同時刻に検出した前記カスケードγ線に関する検出信号を計数する放射線計測処理装置と、
を備え、
前記放射線検出器に設置されるコリメータの見込む測定対象範囲が、前記コリメータ中心軸と同じ平面内に存在する前記一次系配管の配管径方向内面積の１／２以下であることを特徴とする放射線モニタリングシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１０−１３３８３２（Ｐ２０１０−１３３８３２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１０２８０（Ｐ２００８−３１０２８０）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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