JP2011179855A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】空気中のオゾンおよび腐食性ガスを含むプロセス流体に対する耐候性及び耐薬品性の向上を図り、信頼性の高い放射線検出器を提供する。
【解決手段】プラスチックシンチレータ２の放射線入射面側に、ポリパラキシリレン樹脂を常温コーティングしてなる保護層３を設け、空気中のオゾンや腐食性ガスを含むプロセス流体がプラスチックシンチレータ２に直接接触しないようにしたので、プラスチックシンチレータ２の劣化が抑制され、耐候性、耐薬品性が大幅に向上する。また、反射シート７に圧力バランス孔７３を設け、検出器ケース１１の開口部に着脱可能に取り付けたので、反射シート７のたわみを防止することができるとともに、プラスチックシンチレータ２とライトガイド４の接合部５ａ、およびライトガイド４と光電子増倍管８の接合部５ｂの健全性を目視で確認することができ、信頼性の高い放射線検出器１が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検出器に関し、特に空気中のオゾンや腐食性ガスに対する耐候性及び耐薬品性を向上させた放射線検出器に関する。

従来、原子力発電所や放射性同位元素の取扱施設等のプロセスで使用される、あるいは排出されるガス（以下、プロセス流体という）に含まれる放射線物質を測定し管理するための放射線検出器には、外部から入射した放射線を吸収して光に変換するプラスチックシンチレータが用いられている。

この種の放射線検出器においては、プラスチックシンチレータの放射線入射面側に反射シートを配置し、プラスチックシンチレータが放射した光をライトガイドに向けて反射するようにしている。これにより、ライトガイドは、プラスチックシンチレータが放射した光を効率良く光電子増倍管に導くことができる。反射シートには、一般にプラスチックフィルムにアルミニウムを蒸着したものが使用されている。

また、例えば特許文献１には、プラスチックシンチレータの放射線入射面にアルミニウムまたはクロムを直接蒸着し、反射膜を形成した放射線検出器が提示されている。この例では、被測定ガスがＮＯx、ＳＯx、ＨＣｌ等の腐食性ガスの場合、金属蒸着膜の金属としてはクロムが有効であることが記載されている。

特開昭５８−５５７７８号公報

プラスチックシンチレータは、例えば空気中のオゾンにより発光量に換算して５％／年程度の劣化があると言われている。さらに、被測定ガスとして腐食性ガスを含むプロセス流体が常時供給されるような環境では、プラスチックシンチレータおよび反射シートの金属蒸着膜の劣化が進行し、放射線の検出感度を低下させる恐れがある。

また、特許文献１で提示された放射線検出器では、プラスチックシンチレータの放射線入射面にアルミニウムまたはクロムを直接蒸着しているが、プラスチックシンチレータに金属反射材をスパッタリング蒸着した場合、金属原子がプラスチックシンチレータの内部にまで打ち込まれるため、放射線の検出効率に少なからず影響するという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空気中のオゾンや腐食性ガスを含むプロセス流体に対する耐候性および耐薬品性の向上を図り、信頼性の高い放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明に係る放射線検出器は、放射線を光に変換するプラスチックシンチレータと、プラスチックシンチレータからの放射光を電子に変換増幅する光電子増倍管と、プラスチックシンチレータからの放射光を光電子増倍管に導くライトガイドと、プラスチックシンチレータに放射線を入射させる開口部を有し、プラスチックシンチレータ、光電子増倍管、およびライトガイドを収納する検出器ケースと、検出器ケースの開口部に着脱可能に取り付けられ、プラスチックシンチレータからの放射光をライトガイドに向けて反射させる反射シートを備え、プラスチックシンチレータの放射線入射面側に、光を透過し且つその被塗布面を腐食性ガスから保護する保護層を設けたものである。

本発明によれば、プラスチックシンチレータの放射線入射面側に保護層を設けることにより、空気中のオゾンや腐食性ガスを含むプロセス流体がプラスチックシンチレータに直接接触しないようにしたので、プラスチックシンチレータの劣化が抑制され、耐候性、耐薬品性が向上する。これにより、放射線の検出効率の低下が抑制され、長期にわたって安定した放射線計測が可能な信頼性の高い放射線検出器が得られる。

本発明の実施の形態１に係る放射線検出器の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る放射線検出器の反射シートを示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る放射線検出器を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態３に係る放射線検出器を示す部分断面図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る放射線検出器の全体構成を示す断面図、図２は本発明の実施の形態１に係る放射線検出器の反射シートを示す平面図である。なお、図１中、矢印は放射線の入射方向を示している。

本実施の形態１に係る放射線検出器１の構成について、図１を用いて簡単に説明する。プラスチックシンチレータ２は、外部から入射した放射線を吸収して光に変換する。プラスチックシンチレータ２の放射線入射面側には、光を透過し、且つその被塗布面を腐食性ガスから保護する保護層３が設けられている。

プラスチックシンチレータ２は、光学接合材による接合部５ａにおいてライトガイド４と接合されている。ライトガイド４の内側側面には反射材膜６が塗布され、プラスチックシンチレータ２からの放射光を効率的に光電子増倍管８に導くようにしている。また、プラスチックシンチレータ２の放射線入射面側には空隙を介して反射シート７が設けられている。反射シート７は、プラスチックシンチレータ２からの放射光のうち、ライトガイド４と反対側の放射線入射面側に向かうものを、ライトガイド４に向けて反射する。

ライトガイド４は、光学接合材による接合部５ｂにおいて光電子増倍管８と接合されている。光電子増倍管８は、プラスチックシンチレータ２からの放射光を電子に変換増幅して電気信号として取り出す。さらに、前置増幅器９は、光電子増倍管８から出力される電流パルスを電圧パルスに変換して出力する。ケーブル１０は、前置増幅器９からの出力信号を後段の電子回路（図示せず）に送出する。

検出器ケース１１は、プラスチックシンチレータ２に放射線を入射させる開口部を有し、プラスチックシンチレータ２、ライトガイド４、光電子増倍管８および前置増幅器９を収納する。プラスチックシンチレータ２および反射シート７は、検出器ケース１１の開口部に臨んで配置される。検出器ケース１１の内部には、ライトガイド４を固定するためのクッション１２が備えられている。また、ライトガイド４と検出器ケース１１のシール部にはパッキン１３が設けられ、検出器ケース１１内を気密に保持している。

本実施の形態１に係る放射線検出器１の反射シート７は、プラスチックフィルムであるポリエチレンテレフタレートフィルム７１の片面にアルミニウムを蒸着したアルミニウム蒸着層７２を有し、このアルミニウム蒸着層７２がプラスチックシンチレータ２の放射線入射面に対向して配置される。ただし、ポリエチレンテレフタレートフィルム７１上に蒸着される金属はアルミニウムに限定されるものではなく、所定の反射効率を確保できる高光沢度を呈する金属であればよい。

反射シート７は、ネジ止め、または馬蹄形のばねを溝にはめ込む等の固定手段（いずれも図示せず）により、検出器ケース１１の開口部に着脱可能に取り付けられている。これにより、光学接合材による接合部５ａ、５ｂの健全性を目視確認することができる。プラスチックシンチレータ２からの放射光を効率的に光電子増倍管８に導くために、光学接合材にはライトガイド４と同程度の屈折率の材料が選択される。光学接合材の屈折率が１．５程度であるのに対して空気の屈折率は１．０であり、光学接合材による接合部５ａ、５ｂの中に気泡が入り込んだ場合、その気泡に光が入射することにより進路方向が大きく変更され、光伝達効率の低下が生じる。

また、ライトガイド４と光電子増倍管８の接合部５ｂに用いられるシリコンオイルは、経年劣化によりオイルが蒸発して白粉化し、光伝達効率の低下の原因となる。しかし、これらの気泡またはオイルの白粉化が放射線検出器１の出力低下の原因となっていることは、検出器の出力変動からは判断することができないため、目視によって接合部５ａ、５ｂを確認する必要がある。

また、図２に示すように、反射シート７は、放射線入射面７０とその反対側の面の圧力差、すなわち検出器ケース１１内外の圧力差を解消するための圧力バランス孔７３を有している。放射線検出器１は、その放射線入射面側に、被測定ガスであるプロセス流体を溜めるサンプリングガス容器（図示せず)を備えており、この容器にはポンプにより大気中から吸気したガスが導かれる。

反射シート７に圧力バランス孔７３を有していない場合、サンプリングガス容器内はポンプにより吸気されるため負圧となり、大気圧である検出器ケース１１内部と圧力差が生じる。この圧力差により反射シート７がたわみ、反射効率の低下を招いたり、反射シート７が破れたりする恐れがある。また、反射シート７のたわみの変動により、反射シート７の反射効率および出力指示値が変動するため、放射線検出器としての安定な動作の妨げとなる。このため、反射シート７に圧力バランス孔７３を設けることにより上記圧力差を解消し、反射シート７のたわみを防止している。

一方、圧力バランス孔７３を通過して腐食性ガスを含むプロセス流体が常時供給された場合、オゾンアタックによりプラスチックシンチレータ２を劣化させる恐れがある。このため、プラスチックシンチレータ２の放射線入射面側に保護層３を設け、空気中のオゾンや、ＮＯx、ＳＯx、ＨＣｌ等の腐食性ガスを含むプロセス流体が、直接プラスチックシンチレータ２に接触することを防止している。

保護層３としては、光を透過し、且つ耐候性、耐薬品性に優れた樹脂が好適であり、本実施の形態１ではポリパラキシリレン樹脂を常温で塗布したものを用いている。ポリパラキシリレン樹脂は、腐食性ガスへの耐性に優れており、また、ピンホールフリーの薄膜を容易に形成することができる。さらに、常温コーティングが可能であることから、プラスチックシンチレータ２に熱ストレスを与えることなく保護層３を形成することができる。

なお、保護層３の塗布範囲については特に限定するものではないが、プラスチックシンチレータ２の腐食性ガスと接触する可能性のある部分は全て覆うようにすることが望ましい。本実施の形態１では、プラスチックシンチレータ２とライトガイド４の接合部５ａ付近まで保護層３を設けている。なお、反射シート７のアルミニウム蒸着層７２には、オゾンの作用により酸化アルミニウムの透明膜が形成され、これが保護層の役割を果たす。

以上のように、本実施の形態１に係る放射線検出器１は、プラスチックシンチレータ２の放射線入射面側に保護層３を設けることにより、空気中のオゾンや腐食性ガスを含むプロセス流体がプラスチックシンチレータ２に直接接触しないようにしたので、プラスチックシンチレータ２の劣化が抑制され、耐候性、耐薬品性が大幅に向上する。これにより、放射線の検出効率の低下が抑制され、長期にわたって安定した放射線計測が可能となる。

また、反射シート７に圧力バランス孔７３を設け、検出器ケース１１の開口部に着脱可能に取り付けたので、反射シート７のたわみを防止することができるとともに、プラスチックシンチレータ２とライトガイド４の接合部５ａ、およびライトガイド４と光電子増倍管８の接合部５ｂの健全性を目視で確認することができ、接合部５ａ、５ｂに不具合があった場合の発見が可能であり、出力低下の原因究明が効率化される。これらのことから、本実施の形態１によれば、耐候性、耐薬品性に優れた信頼性の高い放射線検出器１を提供することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る放射線検出器を示す部分断面図である。図３中、図１と同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。上記実施の形態１では、プラスチックシンチレータ２の放射線入射面側に保護層３を設けた放射線検出器１について述べた。本実施の形態２では、上記実施の形態１に係る放射線検出器１よりも保護層３の塗布範囲を拡げ、さらに耐候性、耐薬品性を向上させた放射線検出器１ａについて説明する。

本実施の形態２では、図３に示すように、反射シート７のアルミニウム蒸着層７２表面、およびライトガイド４の被測定ガスと接触する可能性がある部分にも保護層３を設けた。なお、ライトガイド４と検出器ケース１１のシール部は、パッキン１３により気密に保持されているが、パッキン１３に不具合があった場合、被測定ガスが検出器ケース１１の内部に侵入し、ライトガイド４の外周側面に接触する可能性がある。保護層３は、上記実施の形態１と同様に、ポリパラキシリレン樹脂を常温コーティングして形成したものである。

原子力発電所や放射性同位元素の取扱施設等においては、放射性物質を焼却減容する焼却炉の排気筒から排出される排ガス中のＮＯx、ＳＯx、ＨＣｌ等の酸性ガス、および復水器空気抽出器排ガスに含まれる防錆剤として高濃度のアンモニア等のアルカリ性ガスが排出される。このような酸性ガスやアルカリ性ガスを含む腐食性ガスが排出される環境においては、上記実施の形態１に係る放射線検出器１の場合、反射シート７のアルミニウム蒸着層７２が腐食されて光の反射効率が低下し、放射線の検出効率の低下が生じる恐れがある。

これに対し、本実施の形態２に係る放射線検出器１ａは、反射シート７のアルミニウム蒸着層７２表面に、耐薬品性に優れたポリパラキシリレン樹脂からなる保護層３を設けたので、上記のような高濃度の腐食性ガスが排出される環境下においても、反射シート７のアルミニウム蒸着層７２の腐食を抑制することができる。従って、本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに耐候性、耐薬品性に優れ、高濃度の腐食性ガスを排出する環境においても信頼性の高い放射線計測が行える放射線検出器１ａを提供することができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る放射線検出器を示す部分断面図である。図４中、図１と同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。上記実施の形態２では、反射シート７のアルミニウム蒸着層７２表面に保護層３を設けた放射線検出器１ａについて述べた。本実施の形態３では、金属蒸着層としてチタン蒸着層７４を有する反射シート７ａを用いることにより、耐候性、耐薬品性を向上させた放射線検出器１ｂについて説明する。

放射線検出器１ｂの反射シート７ａは、ポリエチレンテレフタレートフィルム７１の片面にチタンを蒸着したチタン蒸着層７４を有し、このチタン蒸着層７４がプラスチックシンチレータ２の放射線入射面に対向して配置される。チタン蒸着層７４は、耐候性、耐薬品性に優れているため、上記実施の形態２でアルミニウム蒸着層７２表面に設けた保護層３を設ける必要はない。従って、本実施の形態３によれば、上記実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、上記実施の形態２よりも反射シート７ａの構造が簡略化できる。

本発明に係る放射線検出器は、原子力発電所や放射性同位元素の取扱施設等のプロセスで使用される、あるいは排出されるガスに含まれる放射線物質を測定し管理するための放射線検出器として利用することができる。

１、１ａ、１ｂ 放射線検出器、２ プラスチックシンチレータ、
３ 保護層、４ ライトガイド、５ａ、５ｂ 接合部、６ 反射材膜、
７、７ａ 反射シート、８ 光電子増倍管、９ 前置増幅器、１０ ケーブル、
１１ 検出器ケース、１２ クッション、１３ パッキン、７０ 放射線入射面、
７１ ポリエチレンテレフタレートフィルム、７２ アルミニウム蒸着層、
７３ 圧力バランス孔、７４ チタン蒸着層。

Claims (7)

1. 放射線を光に変換するプラスチックシンチレータ、
   前記プラスチックシンチレータからの放射光を電子に変換増幅する光電子増倍管、
   前記プラスチックシンチレータからの放射光を前記光電子増倍管に導くライトガイド、
   前記プラスチックシンチレータに放射線を入射させる開口部を有し、前記プラスチックシンチレータ、前記光電子増倍管、および前記ライトガイドを収納する検出器ケース、
   前記検出器ケースの開口部に着脱可能に取り付けられ、前記プラスチックシンチレータからの放射光を前記ライトガイドに向けて反射させる反射シートを備え、
   前記プラスチックシンチレータの放射線入射面側に、光を透過し且つその被塗布面を腐食性ガスから保護する保護層を設けたことを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器であって、前記保護層は、ポリパラキシリレン樹脂を常温で塗布したものであることを特徴とする放射線検出器。
3. 請求項１に記載の放射線検出器であって、前記反射シートは、プラスチックフィルムの片面にアルミニウムを蒸着したアルミニウム蒸着層を有し、このアルミニウム蒸着層が前記プラスチックシンチレータの放射線入射面に対向して配置されることを特徴とする放射線検出器。
4. 請求項３に記載の放射線検出器であって、前記反射シートの前記アルミニウム蒸着層表面に、さらに前記保護層を設けたことを特徴とする放射線検出器。
5. 請求項１に記載の放射線検出器であって、前記ライトガイドの被測定ガスと接触する可能性がある部分に、さらに前記保護層を設けたことを特徴とする放射線検出器。
6. 請求項１に記載の放射線検出器であって、前記反射シートは、プラスチックフィルムの片面にチタンを蒸着したチタン蒸着層を有し、このチタン蒸着層が前記プラスチックシンチレータの放射線入射面に対向して配置されることを特徴とする放射線検出器。
7. 請求項１に記載の放射線検出器であって、前記反射シートは、前記検出器ケース内外の圧力差を解消する圧力バランス孔を有することを特徴とする放射線検出器。

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