JPH08338876A - 粒子計量器、粒子計量方法および原子力プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子力プラントにおける原子炉１０近傍の中
性子９の分布を単一の計量器で測定できる中性子計量器
２５を得ることを目的とす 【構成】 中性子９の入射によりα線を発生する中性子
コンバータ７と、この中性子コンバータ７が発生したα
線を入力しシンチレーション光を発光伝達するシンチレ
ータ１と、このシンチレーション光を異なる伝達路を経
て受光する２つの受光手段２と、各受光手段２にシンチ
レーション光が到達した時間に基づいて飛行時間法によ
り中性子分布を計量する信号処理手段４とを備えた中性
子計量器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、原子プラントにおい
て発生する粒子の計量器、計量方法およびこの計量器を
用いた原子力プラントに関する。特に、計量する粒子は
中性子およびγ線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５は、例えば特開平０５−０４０１
９１号公報に示された従来の中性子検出器を示す断面構
成図である。図１５において、５１は荷電粒子が通過す
るとシンチレーション光を発生するガスシンチレータ、
５２はシンチレーション光を集光するための蛍光ガラ
ス、５３はシンチレータ５１および蛍光ガラス５２を封
じ込める容器、５４はシンチレーション光を伝送するた
めの光ファイバ、５５は蛍光ガラス５２と光ファイバ５
４を光学的に結び付けるコネクタ、５６は容器５３に入
射する中性子（中性子束）である。ここで、容器５３内
部にはシンチレータ５１の他に中性子が通過すると荷電
粒子を発生する中性子コンバータ（図示せず）も封入さ
れている。そして、中性子が容器５３に入射すると荷電
粒子が発生する。さらに、発生した荷電粒子によってシ
ンチレーション光が発生する。したがって、中性子が容
器５３に入射する数量と同数のシンチレーション光が発
生する。

【０００３】つぎに、動作について説明する。ガスシン
チレータ５１に入射した中性子によりシンチレータが発
光し、発光したシンチレーション光を蛍光ガラス５２が
収集する。ガスシンチレータ５１と蛍光ガラス５２は容
器５３に封入されている。さらに、コネクタ５５は、容
器５３を封じる蓋であるとともに蛍光ガラス５２で収集
したシンチレーション光を外部の光ファイバ５４に伝達
する。そして、光ファイバ５４に接続される計測装置
（図示せず）によりガスシンチレータ５１に入射する中
性子の個数をカウントする。

【０００４】つぎに、中性子の入射分布を計量する中性
子計量方法について説明する。図１６、１７は従来の中
性子計量方法を示す説明図である。図１６、１７におい
て、５７は入射する中性子５６を検出する中性子検出
器、５８は中性子検出器の移動領域（Ａ−Ｂ間）であ
る。図１６に示す場合には、中性子５６の入射方向に対
して垂直となるように直線上に３個の中性子検出器５７
を配置している。このとき、各中性子検出器５７により
入射した中性子数が検出される。この３点の検出結果に
基づいて、Ａ−Ｂ間における中性子分布が計量できる。
図１７に示す場合には、中性子５６の入射方向に対して
垂直となるように中性子検出器５７を配置している。ま
た、中性子検出器５７は移動領域５８であるＡ−Ｂ間を
一定の時間間隔で往復している。このとき、中性子検出
器５７はＡ−Ｂ間において連続的に中性子の検出をする
ことができる。したがって、この検出結果に基づいてＡ
−Ｂ間における中性子分布が計量できる。なお、原子炉
内には中性子と主にγ線などの電離放射線が混在してい
る。容器５３に入射する荷電粒子として、中性子コンバ
ータにより発生する荷電粒子と原子炉内に存在する電離
放射線がある。上述の中性子計量器では、これらの荷電
粒子により発光された光を精度良く識別することはでき
なかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の中性子計量器は
以上のように構成されているので、原子炉の出力制御の
パラメータとなる中性子（中性子束）分布を測定する場
合には、中性子検出器を移動させるか、中性子検出器を
複数個配置することが必要である。したがって、中性子
検出器を複数個配置する場合には、光ファイバも中性子
検出器の個数だけ引き回さなければならない。そして、
中性子分布の計量精度が中性子検出器の長さおよび個数
に依存するため精度が悪いという問題点があった。さら
に、中性子検出器を移動させる場合については、移動さ
せるための駆動装置が必要になる、光ファイバが断線し
やすくなる、全測定領域を測定するまでの時間が長い、
および同時に全測定領域の測定ができないという問題が
あった。さらに、原子炉において中性子が発生するとこ
ろでは必ずγ線が発生するが、中性子計量器はγ線も計
量してしまう。中性子とγ線は出力されたパルス波形に
よりある程度は区別可能であるが、パルス波形の違いが
微少のものが多数有りこれらを区別することは不可能で
あった。

【０００６】この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あり、以下の粒子計量器、粒子計量
方法および原子力プラントを得ることを目的とする。 （１）原子力プラントにおける原子炉近傍に発生する粒
子分布を単一の計量器で同時に測定できる。 （２）粒子分布の計量密度および計量精度が高い。 （３）計量する粒子は、特に中性子およびγ線である。 （４）中性子とγ線が混在する粒子から中性子のみを計
量する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る粒子計量
器は、電離放射線の入射により発光するとともにこの光
を伝達する発光伝達手段と、上記光を複数の異なる伝達
路を経て受光する受光手段と、この受光手段からの出力
信号を処理する信号処理手段とを設けたものである。さ
らに、電離放射線はγ線である。

【０００８】また、中性子の入射により荷電粒子を発生
する中性子／荷電粒子変換手段と、荷電粒子の入射によ
り発光するとともにこの光を伝達する発光伝達手段とを
有し、上記発光伝達手段は上記中性子／荷電粒子変換手
段から発生する荷電粒子が入射するように構成された中
性子用発光伝達手段と、上記光を複数の異なる伝達路を
経て受光する受光手段と、この受光手段からの出力信号
を処理する信号処理手段とを設けたものである。

【０００９】さらに、中性子／荷電粒子変換手段は、中
性子と交差するよう直線状に形成され両端に受光手段が
接続されるものである。さらに、発光伝達手段は固体シ
ンチレータであり、中性子／荷電粒子変換手段は粒子状
の中性子コンバータであり、中性子用発光伝達手段は上
記シンチレータに上記中性子コンバータが添加して形成
されたものである。

【００１０】さらに、受光手段が伝達路と同数設けられ
るものである。さらに、中性子用発光伝達手段は複数個
設けらるものである。さらに、伝達路は、発光伝達手段
とこの発光伝達手段と受光手段を接続する光伝送路とに
より形成されるものである。

【００１１】さらに、発光伝達手段が光伝送路を介して
設けられ、かつ、両発光伝達手段は光学的に直列接続さ
れるものである。さらに、発光伝達手段が設けられるも
のである。さらに、受光手段間を接続するとともに波長
変換物質が添加された光伝送路を有し、この光伝送路に
中性子用発光伝達手段が巻装されるものである。さら
に、信号処理手段は、受光手段からの出力信号を入力す
る時間波高変換回路と、この時間波高変換回路からのパ
ルス信号を入力するマルチチャンネルアナライザとを設
けたものである。

【００１２】また、原子力プラントは、原子炉内の核分
裂または核融合により中性子を発生する原子力プラント
において、中性子の入射により荷電粒子を発生する中性
子／荷電粒子変換手段と、荷電粒子の入射により発光す
るとともにこの光を伝達する発光伝達手段とを有し、上
記発光伝達手段は上記中性子／荷電粒子変換手段から発
生する荷電粒子が入射するように構成された中性子用発
光伝達手段と、上記光を複数の異なる伝達路を経て受光
する受光手段を有し、上記異なる伝達路を経る光が上記
受光手段へ到達する時間の差と光量に基づいて粒子を計
量する粒子計量器と、この粒子計量器の計量結果により
上記原子炉の出力を制御する出力制御手段とを設けるも
のである。

【００１３】さらに、粒子計量器は原子炉の炉心軸に沿
って配置されるものである。さらに、粒子計量器は原子
炉の内部に配置されるものである。また、粒子計量方法
は、電離放射線が発光伝達手段に入射するとき、光を発
するとともにこの光を伝達し、この光を複数の異なる伝
達路を経て受光手段によって受光し、上記異なる伝達路
を経る光が上記受光手段へ到達する時間の差と光量に基
づいて電離放射線を計量するものである。

【００１４】

【作用】この発明に係る粒子計量器は、発光伝達手段に
おいて発光した光を複数の異なる伝達路を経て受光する
ので、光が経る伝達路によって受光手段に到達する時間
に差が生じる。さらに、γ線が発生する領域に適用でき
る。

【００１５】また、中性子の入射により発生した荷電粒
子が発光伝達手段に入力することにより発光した光を複
数の異なる伝達路を経て受光するので、光が経る伝達路
によって受光手段に到達する時間に差が生じる。さら
に、中性子用発光伝達手段は直線状に形成されるので、
中性子が中性子用発光伝達手段の軸方向に入射される。

【００１６】さらに、粒子状の中性子コンバータがシン
チレータに添加されるので、中性子の入射位置が中性子
コンバータによる荷電粒子発生位置に対応する。さら
に、受光手段と伝達路が同数設けられるので、受光手段
に到達する光と伝達路を伝達される光が対応する。さら
に、中性子用発光伝達手段が２個設けられるので、各中
性子用発光伝達手段に入射する中性子数は同じである。

【００１７】さらに、伝達路は発光伝達手段と光伝送路
により形成されるので、発光伝達手段から受光手段を隔
離することができる。さらに、発光伝達手段が光伝送路
を介して中性子用光伝達手段に直列に接続して設けられ
るので、発光伝達手段および中性子用発光伝達手段に入
射する荷電粒子数および中性子数は同じである。

【００１８】さらに、発光伝達手段および中性子用発光
伝達手段が設けられるので、発光伝達手段および中性子
用発光伝達手段に入射する荷電粒子数および中性子数は
同じである。さらに、受光手段間を接続するとともに波
長変換物質が添加された光伝送路を有し、この光伝送路
に中性子用発光伝達手段が巻装されるので、光伝送路と
中性子用発光伝達手段を接続する必要がない。

【００１９】さらに、受光手段からの出力信号を入力す
る時間波高変換回路と、この時間変換波高手段からのパ
ルス信号を入力するマルチチャンネルアナライザを有す
る信号処理手段を設けるので、パルス信号が波高によっ
て分類できる。また、原子力プラントは、原子炉近傍に
配置する計量器の占める割合を小さくでき、かつ所定の
軸方向の粒子分布を計量できる。さらに、粒子計量器は
炉心軸方向に沿って配置されるので、粒子分布が顕著な
領域の粒子分布を計量できる。

【００２０】さらに、粒子計量器は原子炉の内部に配置
されるので、粒子の入射エネルギが高いとともに計量精
度が高くできる。また、粒子計量方法は、粒子が入射す
ると発光伝達手段により発光するとともにこの光を伝達
し、この光を複数の異なる伝達路を経て受光手段で受光
し、異なる伝達路を経る光が受光手段へ到達する時間の
差に基づいて粒子を計量するので、粒子分布計量の分解
能が高い。

【００２１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明に係る粒子計量器および粒子
計量方法の一実施例を図に基づいて説明する。図１の粒
子計量器の構成を示す図において、１は電離放射線６の
入射により発光するとともに光を伝達するシンチレータ
ガスを封入した発光伝達手段、２は発光伝達手段１にお
いて発光したシンチレーション光を受光し電気信号に変
換する受光手段、３は受光手段２の電気出力信号を増幅
する前置増幅器、４は２つの前置増幅器３から出力され
る信号を処理して発光伝達手段１に入射した粒子分布を
求める信号処理手段、６は発光伝達手段１入射する電離
放射線である。

【００２２】つぎに、計量方法について説明する。上記
のように構成された粒子計量器において、電離放射線６
が発光伝達手段１に入射するとシンチレーション光が発
生する。そして、このシンチレーション光は発光伝達手
段１の両端に接続された２つの受光手段２に異なる時刻
に到達する。受光手段２は、シンチレーション光を受光
したとき信号を生成し出力する。前置増幅器３で増幅さ
れた信号を信号処理手段４が入力する。ここで、Ａ点に
電離放射線６が入射した場合について説明する。このと
き、シンチレーション光は２つの異なる伝達路ａ、ｂを
通って受光手段２に到達する。伝達路ａ、ｂの長さが異
なるため、受光手段２に到達する時間に時間差が生じ
る。したがって、信号処理手段４は、入力された信号の
入力時間差を検出する。さらに、この時間差から伝達路
ａ、ｂの長さを特定することが可能となる。つまり、信
号処理手段４によって、入射した電離放射線６の入射位
置を決定できる。（以下、この方法を飛行時間法と称す
る）

【００２３】上述したように、入射した電離放射線６の
入射位置を決定するとともに電離放射線６の入射量をカ
ウントする。このことから、発光伝達手段１のどの位置
に電離放射線６が何個入射したかを計量できる。つま
り、発光伝達手段１に入射した電離放射線６（荷電粒子
束）の入射分布が一つの粒子計量器を用いて計量でき
る。なお、粒子として電離放射線６について説明してき
た。ここで、説明する粒子計量器は原子力プラントに用
いるので、電離放射線６として特にγ線が挙げられる。
このγ線を正確に計量することにより、原子力プラント
の出力制御等が正確に行える。

【００２４】実施例２．ここで、原子力プラントの出力
制御するうえで、γ線と同程度以上重要な制御パラメー
タとして、中性子（中性子束）分布がある。実施例２以
下では、中性子分布計量について説明していく。以下、
説明の都合上、荷電粒子を計量する計量器を粒子計量
器、中性子を計量する計量器を中性子計量器と称す。

【００２５】以下、この発明に係る中性子計量器および
中性子計量方法の一実施例を図に基づいて説明する。図
２の中性子計量器の一部断面構成を示す図において、１
は荷電粒子の入射により発光するとともに光を伝達する
シンチレータガスを封入した発光伝達手段、２は発光伝
達手段１において発光したシンチレーション光を受光し
電気信号に変換する受光手段、３は受光手段２の電気出
力信号を増幅する前置増幅器、４は２つの前置増幅器３
から出力される信号を処理して発光伝達手段１に入射し
た粒子分布を求める信号処理手段、７は中性子９の入射
により荷電粒子を発生する中性子／荷電粒子変換手段、
８は発光伝達手段１と中性子／荷電粒子変換手段７によ
り構成される中性子用発光伝達手段、９は中性子用発光
伝達手段８入射する中性子である。

【００２６】ここで、発光伝達手段１がシンチレータの
場合について説明する。シンチレータ１とは、荷電粒子
の入射により発光するとともに光を伝達する物質のこと
であり、例えばCsI(Tl) 等がある。また、中性子／荷電
粒子変換手段７がリチウム−６、軽水素を含有する物質
を用いて構成された中性子コンバータ７の場合について
説明する。中性子コンバータ７は、中性子が衝突する
と、⁶ Li（n,α）³ H,¹ H （n,p ）等の核反応によりα
粒子、反跳陽子などの荷電粒子が生成するものである。
また、中性子コンバータ７は、シンチレータ１を覆うよ
うに形成されており、中性子コンバータ７により発生し
たα粒子や反跳陽子の飛程は短いので、シンチレータ１
が発光する位置と中性子の入射位置は、一対一の対応が
つく。

【００２７】つぎに、上記のように構成された中性子計
量器において、計量方法について説明する。中性子コン
バータ７に中性子９が衝突すると、α粒子、反跳陽子な
どの荷電粒子が生成される。これらの荷電粒子がシンチ
レータ１に入射しシンチレーション光が発生する。そし
て、シンチレータ１内で発生したシンチレーション光
は、シンチレータ１の両端に接続された２つ受光手段で
あるの光／電気変換器２に異なる時刻に到達する。光／
電気変換器２は、到達した光に応じた信号を生成し出力
する。前置増幅器３で増幅された信号を信号処理手段４
が入力する。さらに、飛行時間法に基づいて、入射した
電離放射線６の入射位置を決定するとともに、入射位置
とともに電離放射線６の入射量をカウントする。そし
て、シンチレータ１のどの位置に荷電粒子が何個入射し
たかを計量できる。いいかえれば、中性子コンバータ７
のどの位置に中性子９が何個入射したかを計量できる。
つまり、中性子コンバータ７に入射した中性子９の入射
分布が一つの中性子計量器を用いて計量できる。さら
に、受光手段２が複数設けられるので、１つの伝達路に
対して１つの受光手段が対応し光計量の分解能を高くす
ることができる。

【００２８】なお、信号処理回路４では、まず、信号を
時間波高変換回路４−１に入力する。そして、時間波高
変換回路４−１に入力された信号は、入力された時間差
に基づいてパルス信号を発生する。そして、このパルス
信号をマルチチャンネルアナライザ４−２に出力する。
マルチチャンネルアナライザ４−２は、パルス波形の波
高を分析することにより、中性子コンバータ７に入射し
た中性子９を入射位置とともにカウントする。このよう
に、時間波高変換回路４−１、マルチチャンネルアナラ
イザ４−２を用いて信号処理するので、中性子９を精度
良く計量することができる。

【００２９】実施例３．この発明に係る中性子計量器お
よび中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明す
る。図３は、中性子コンバータがシンチレータに添加さ
れた中性子計量器の構成を示す図である。図３におい
て、８はLi-6等の中性子コンバータを固体シンチレータ
に添加した棒状の中性子用発光伝達手段である。その他
の構成要素は図２と同様である。

【００３０】上記のように構成された中性子計量器にお
いて、中性子用発光伝達手段８に中性子が入射すると、
シンチレータ１に添加された中性子コンバータ７により
荷電粒子が発生する。そして、中性子が入射した位置で
シンチレータ１が発光する。シンチレータ１内で発生し
たシンチレーション光はシンチレータ１の両端に接続さ
れた２つの光／電気変換器２に異なる時刻に到達する。
光／電気変換器２から出力される信号を実施例２と同様
に処理する。そして、飛行時間法に基づき信号処理する
ことにより、中性子用発光伝達手段８に入射した中性子
の中性子分布を求めることができる。上述のように、シ
ンチレータ１に中性子コンバータ７が混合されるように
中性子計量器を構成したので、シンチレータ１の発光効
率を大きくできる。さらに、シンチレーション１に添加
した中性子コンバータ７が荷電粒子を発生するので、中
性子入射地点の特定が正確にできるとともに中性子の入
射分布の分解能が高い。

【００３１】実施例４．この発明に係る中性子計量器お
よび中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明す
る。図４は、シンチレーション光が光伝送路を介して伝
送される中性子計量器の構成を示す図である。図４にお
いて、５は中性子用発光伝達手段８の両端に接続された
シンチレーション光を伝送するための光伝送路である。
他の構成要素は実施例３と同様である。なお、光伝送路
５としては光ファイバー等がある。

【００３２】上記のように構成された中性子計量器にお
いて、中性子用発光伝達手段８に中性子が入射すると、
シンチレータ１に添加された中性子コンバータ７により
荷電粒子が発生する。そして、中性子が入射した位置で
シンチレータ１が発光する。中性子用発光伝達手段８内
で発生したシンチレーション光は中性子用発光伝達手段
８の両端に接続された光伝送路５を通って２つの光／電
気変換器２に伝送される。光／電気変換器２から出力さ
れる信号を実施例２と同様に処理する。そして、飛行時
間法に基づき信号処理することにより、中性子用発光伝
達手段８に入射した中性子の中性子分布を求めることが
できる。さらに、中性子用発光伝達手段８と光／電気変
換器２を光伝送路５を使って隔離するので、光／電気変
換器２が受ける電磁ノイズを軽減することができる。

【００３３】実施例５．この発明に係る中性子計量器お
よび中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明す
る。図５は、γ線計量部が直列接続された中性子計量器
の構成図である。図５において、１−５は実施例１で説
明したのと同様の発光伝達手段、５−１は発光伝達手段
１−５と中性子用発光伝達手段８を結ぶ光伝送路、５−
２、５−３は中性子用発光伝達手段８、発光伝達手段１
−５の端部からシンチレーション光を２つの光／電気変
換器２−１、２−２に導くための光伝送路、２−１、２
−２は各々光伝送路５−２、５−３の一端に接続された
光／電気変換器である。ここで、中性子用発光伝達手段
８、発光伝達手段１−５はそれらの軸方向に中性子分布
が同じとなるように、例えば原子炉の炉心軸に対して中
性子用発光伝達手段８、発光伝達手段１−５の軸が平行
に配置されている。

【００３４】上記のように配置、構成された中性子計量
器において、中性子が入射すると、中性子用発光伝達手
段８が発光しシンチレーション光を生じる。ここで、中
性子密度が高い場所ではγ線のレベルも高い。また、γ
線が入射すると中性子用発光伝達手段８と発光伝達手段
１−５が同時に発光する。中性子用発光伝達手段８内で
発生したシンチレーション光は、中性子用発光伝達手段
８の両端に接続された光伝送路５−１、５−２を通って
２つの光／電気変換器２−１、２−２に伝送される。発
光伝達手段１−５内で発生したシンチレーション光は発
光伝達手段１−５の両端に接続された光伝送路５−１、
５−３を通って２つの光／電気変換器２に伝送される。

【００３５】中性子用発光伝達手段８、発光伝達手段１
−５で生じたシンチレーション光は、２つの光／電気変
換器２−１、２−２に異なる時刻に到達する。そして、
光／電気変換器２−１、２−２から出力される信号処理
回路で飛行時間法に基づき信号処理する。そして、中性
子用発光伝達手段８に入射された中性子およびγ線の分
布である線量率分布と、発光伝達手段１−５に入射され
たγ線の分布である線量率分布が計量される。そこで、
信号処理手段４により、中性子用発光伝達手段８におけ
る線量分布率から発光伝達手段１−５における線量分布
率を差し引くことにより、中性子用発光伝達手段８部分
に入射したγ線の影響を取除くことができる。したがっ
て、中性子用発光伝達手段８における中性子の分布を精
度よく計量することができる。

【００３６】ここで、線量分布率とは単位時間当りの分
布を意味し、実施例１〜５において計測される中性子ま
たは電離放射線の入射分布と実質的に同義である。さら
に、光／電気変換器２−１、２−２が同方向に配置する
ことができるため、光／電気変換器２−１、２−２から
の信号を取出す信号線の配置の自由度が高い。

【００３７】実施例６．この発明に係る中性子計量器お
よび中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明す
る。図６は、γ線計量部が並列接続された中性子計量器
の構成を示す図である。図６において、５−４、５−５
は中性子用発光伝達手段８、発光伝達手段１−５と光／
電気変換器２を接続する伝送路である。中性子用発光伝
達手段８と発光伝達手段１−５は、光伝送路５−４、５
−５により並列接続されて併設されている。その他の構
成要素は実施例５と同様である。ここで、中性子用発光
伝達手段８、発光伝達手段１−５は、それらの軸方向に
中性子分布が同じとなるように、例えば円柱形の原子炉
の炉心軸に対して中性子用発光伝達手段８、発光伝達手
段１−５の軸が平行に配置されている。

【００３８】上記のように配置、構成された中性子計量
器において、中性子が入射すると、中性子用発光伝達手
段８が発光しシンチレーション光を生じる。ここで、中
性子密度が高い場所ではγ線のレベルも高い。また、γ
線が入射すると中性子用発光伝達手段８と発光伝達手段
１−５が同時に発光する。中性子用発光伝達手段８内で
発生したシンチレーション光は、中性子用発光伝達手段
８の両端に接続された光伝送路５−４を通って２つの光
／電気変換器２、に伝送される。また、発光伝達手段１
−５内で発生したシンチレーション光は発光伝達手段１
−５の両端に接続された光伝送路５−４を通って２つの
光／電気変換器２に伝送される。

【００３９】中性子用発光伝達手段８、発光伝達手段１
−５で生じたシンチレーション光は、２つの光／電気変
換器２に異なる時刻に到達する。そして、光／電気変換
器２から出力される信号処理回路４で飛行時間法に基づ
き信号処理する。そして、中性子用発光伝達手段８に入
射された中性子およびγ線の分布である線量率分布と、
発光伝達手段１−５に入射されたγ線の分布である線量
率分布が計量される。そこで、信号処理回路４により、
中性子用発光伝達手段８における線量分布率から発光伝
達手段１−５における線量分布率を差し引くことによ
り、中性子用発光伝達手段８部分に入射したγ線の影響
を取除くことができる。したがって、中性子用発光伝達
手段８における中性子の分布を精度よく計量することが
できる。

【００４０】さらに実施例５および６において、中性子
用発光伝達手段８、発光伝達手段１−５はそれらの軸方
向に中性子分布が同じとなるように、例えば円柱形の原
子炉の軸に対して中性子用発光伝達手段８、発光伝達手
段１−５の軸が平行に配置されている場合について説明
した。ここで、中性子用発光伝達手段８、発光伝達手段
１−５の軸方向に対して径を充分小さくして、かつ中性
子用発光伝達手段８、発光伝達手段１−５を近接して配
置すれば、中性子用発光伝達手段８に入射する中性子分
布をγ線の影響を取除き精度よく求めることができる。
また、原子力プラントにおいて、原子炉内には中性子９
と主にγ線などの電離放射線が混在している。上述で
は、シンチレータ１に入射する電離放射線として、中性
子コンバータ７により発生する荷電粒子と原子炉内に存
在する荷電粒子を識別する方法については述べていな
い。これは、中性子９とγ線の入射により発生するシン
チレーション光の違いを精度良く識別する識別回路等を
作成することが困難ということによる。つまり、パルス
波形の違いによって中性子とγ線をある程度は区別する
ことが可能であるが、パルス波形が似通っているため
に、中性子とγ線を精度良く選別することはできない。

【００４１】実施例７．この発明に係る中性子計量器お
よび中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明す
る。図７は、２個の中性子計量部が並列接続された中性
子計量器の構成を示す図である。図７において、中性子
用発光伝達手段８が２個並列接続されており、他の構成
要素は実施例６と同様である。ここで、中性子用発光伝
達手段８は、それらの軸方向に中性子分布が同じとなる
ように、例えば円柱形の原子炉の軸に対して中性子用発
光伝達手段８の軸が平行に配置されている。

【００４２】上記のように配置、構成された中性子計量
器において中性子用発光伝達手段８に中性子が入射する
と、中性子用発光伝達手段８が発光しシンチレーション
光を生じる。中性子用発光伝達手段８内で発生したシン
チレーション光は各々両端に接続された光伝送路５−
４、５−５を通って２つの光／電気変換器２に伝送され
る。中性子用発光伝達手段８で生じたシンチレーション
光は２つの光／電気変換器２に異なる時刻に到達してパ
ルス信号を生成する。このパルス信号を前置増幅器で増
幅した後、信号処理回路４で飛行時間法に基づき信号処
理する。つまり、２つの中性子用発光伝達手段８によ
り、各中性子用発光伝達手段８に入射した中性子の中性
子分布を計測することができる。さらに、２つの中性子
用発光伝達手段８が並列接続されており、２つの中性子
用発光伝達手段８の軸方向に中性子の入射分布が同じで
あるので、一方が壊れた場合でも、他方の中性子用発光
伝達手段８で計量ができる。

【００４３】実施例８．この発明に係る中性子計量器お
よび中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明す
る。図８は、光学的接続部が不用に形成された中性子計
量器を示す一部断面構成図である。図８において、８は
Li-6等の中性子コンバータを添加した固体のシンチレー
タにより形成される中性子用発光伝達手段、５は中性子
用発光伝達手段８を貫通するように配置された波長シフ
ターが添加された光伝送路、２は光伝送路５の両端に接
続された光／電気変換器である。

【００４４】上記のように構成された中性子計量器にお
いて、中性子用発光伝達手段８に中性子が入射すると、
シンチレータに添加された中性子コンバータにより荷電
粒子が発生し、シンチレータ１を発光させる。シンチレ
ータ内で発生したシンチレーション光は光伝送路５に入
射し、光伝送路５内の波長シフターと相互作用して、入
射したシンチレーション光とは異なる波長の光が光伝送
路５の両側に伝送される。この光が光伝送路５の両端に
接続された２つの光／電気変換器２に伝送され、異なる
時刻に到達してパルス信号を生成する。上述したように
波長変換物質を添加した光伝送路５に接続部（コネクタ
等）がない。したがって、光の減衰を小さくでき、光の
長距離伝送が可能となる。

【００４５】実施例９．この発明に係る中性子計量器お
よび中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明す
る。図９、１０、１１はガスシンチレータを用いる中性
子計量器の構成図である。図９において、実施例４で
は、中性子用発光伝達手段８を形成するシンチレータ１
として固体のシンチレータ１を使用する場合について述
べたが、ガスシンチレータを容器６に封じる構成にして
も同様に中性子を計量できる。

【００４６】さらに、図１０において、実施例５では、
中性子用発光伝達手段８、発光伝達手段１−５を形成す
るシンチレータ１として固体のシンチレータ１を使用す
る場合について述べたが、ガスシンチレータを容器６に
封じる構成にしても同様に中性子を計量できる。

【００４７】さらに、図１１において、実施例６では、
中性子用発光伝達手段８、発光伝達手段１−５を形成す
るシンチレータ１として固体のシンチレータ１を並列接
続する場合について述べたが、ガスシンチレータを容器
６に封じて光伝送路を介して並列に接続する構成にして
も同様に中性子を計量できる。

【００４８】上述のように構成することにより、ガスシ
ンチレータを用いているのでシンチレータ１の寿命を長
くできる。さらに、充填するガスシンチレータを入れ替
えることが可能であり、感度校正試験、メインテナンス
等が容易になる。なお、容器６に封じるシンチレータと
して気体の場合について説明したが、液体のシンチレー
タを用いても同様に中性子を計量でき、ガスシンチレー
タと同様の作用効果を生じる。

【００４９】実施例１０．この発明に係る中性子計量器
および中性子計量方法の他の実施例を図に基づいて説明
する。図１２は、単一の受光手段が設けられた中性子計
量器の構成図である。図１２において、８はLi-6等の中
性子コンバータを固体シンチレータに添加したリング状
の中性子用発光伝達手段、２はシンチレーション光を受
光し電気信号に変換する受光手段である光／電気変換器
である。他の構成要素は実施例３と同様である。

【００５０】上記のように構成された中性子計量器にお
いて、中性子用発光伝達手段８に中性子が入射すると、
シンチレータ１に添加された中性子コンバータ７により
荷電粒子が発生する。そして、このシンチレーション光
は中性子用発光伝達手段８の端部に接続された受光手段
２に異なる時刻に到達する。受光手段２は、到達した光
に応じた信号を生成し出力する。前置増幅器３で増幅さ
れた信号を信号処理手段４が入力する。このとき、シン
チレーション光は２つの異なる伝達路ａ、ｂを通って受
光手段２に到達する。伝達路ａ、ｂの長さが異なるた
め、受光手段２に到達する時間に時間差が生じる。した
がって、信号処理手段４は、入力された信号の入力時間
差を検出する。さらに、この時間差から伝達路ａ、ｂの
長さを特定することが可能となる。つまり、信号処理手
段４によって、入射した中性子の入射位置を決定でき
る。そして、中性子用発光伝達手段８に入射した中性子
の中性子分布を求めることができる。さらに、光／電気
変換器２が一つでよいので構成が単純化できる。

【００５１】なお、中性子用発光伝達手段８がリング状
の場合について説明したが、実施例４と同様に棒状形状
としてもよい。そのときは、中性子用発光伝達手段８の
両端に光伝送路５を接続し、光伝送路５を同一の光／電
気変換器２に接続すればよい。さらに、光／電気変換器
２伝達されるシンチレーション光が、光／電気変換器２
の相反する面で受光される構成の例について説明した。
しかしながら、シンチレーション光が受光される面は同
一の面であってもよく、光伝送路５を用いて同一面の同
一部分で受光する場合であっても良い。この場合には、
光／電気変換器２およびこれに接続されるケーブル等の
占有する領域が小さくできる。

【００５２】実施例１１．この発明に係る原子力プラン
トの一実施例を図に基づいて説明する。図１３は、中性
子計量器が原子路外に設置された原子力プラントの構成
図である。図１３において、１０は原子炉の原子炉容
器、１１は円柱形状に形成された炉心（燃料部）、２１
は中性子コンバータ付シンチレータ、２２は中性子用発
光伝達手段である中性子コンバータ付シンチレータ２１
からの光信号を伝達する複数の光ファイバー、２３は光
ファイバー２２からの光を受光する受光器、２４は受光
器により得られた信号により中性子を計量する信号処理
回路である。２５は中性子コンバータ付シンチレータ２
１、光ファイバー２２、受光器２３および信号処理回路
２４より形成される中性子計量器である。さらに、３１
は中性子計量器２５の計量結果に基づいて原子炉の出力
制御をする出力制御手段、３２は中性子を吸収する材質
で形成され駆動装置３３により炉心の軸方向に移動され
る制御棒、３４は駆動装置３３を制御する制御回路、３
５は原子炉容器１０内にある冷却材を循環させるポン
プ、３６は冷却材を原子炉容器１０に導く配管である。

【００５３】つぎに、原子力プラントの出力制御方法に
ついて説明する。出力制御手段３１により、原子炉出力
が高いと検出されたときには、制御棒３２を炉心内に挿
入することにより原子炉出力が低下する。あるいは、ポ
ンプ３５を用いて冷却材の流量を低下させることにより
原子炉出力を低下させることができる。また、原子炉出
力が低いと判断されたときは上述と逆の動作を行えばよ
い。さらに、中性子計量器２５により炉心１１の軸方向
の中性子束分布が正確に計量される。したがって、中性
子束分布が所望の分布とからずれている場合にも、制御
棒３３、ポンプ３５を適当に制御することによって、簡
単に所望の中性子分布を得ることができる。つまり、原
子力プラントの出力を精巧に制御することが可能とな
る。

【００５４】図１４は、中性子コンバータ付シンチレー
タ２１を原子炉容器１１の内部に配置する場合である。
構成要素については、図１３の原子力プラントと同様で
ある。このときには、中性子コンバータ付シンチレータ
２１および光ファイバー２２が、原子炉容器１１の内部
に配置されている。したがって、中性子束の精巧な検出
が可能となる。しかしながら、原子炉容器１１の内部で
は運動エネルギの大きな中性子が、中性子コンバータ付
シンチレータ２１および光ファイバー２２に入射するこ
ととなる。このことから、中性子コンバータ付シンチレ
ータ２１および光ファイバー２２の寿命は短い。このこ
とから、原子炉容器１１の内部に入れる中性子計量器２
５の数は少ない方がよい。中性子計量器２５が１つで中
性子の分布を計量できるので、中性子計量器２５交換時
の手数が少なくできる。

【００５５】以上のことをまとめると、図１６で説明し
たような中性子分布の計量方法と比較して、中性子計量
器２５の個数を少なくすることができる。したがって、
中性子計量器２５の構成要素である、中性子用発光伝達
手段２１、光ファイバー２２等の個数を少なくすること
が可能であり、メインテナンス等が少なくて済む。この
ことは、特に、原子炉近傍のような過酷な環境下におい
ては有用である。さらに、図１７で説明したような中性
子計量方法と比較して、中性子用発光伝達手段を移動す
る必要がないので、一定時間内に計量できる範囲が広
い。したがって、短時間に中性子分布の計量をすること
が可能である。また、中性子用発光伝達手段２１、光フ
ァイバー２２等を移動する必要がないので、これを移動
させるための移動機構が不用であるとともに光ファイバ
ー２２の断線等による故障が少なくなる。

【００５６】

【発明の効果】この発明に係る粒子計量器は、電離放射
線の入射により発光するとともにこの光を伝達する発光
伝達手段と、光を複数の異なる伝達路を経て受光する受
光手段と、受光手段からの出力信号を処理する信号処理
手段とを設けたので、受光手段に到達する電離放射線の
数量により発光伝達手段に入射した電離放射線数および
電離放射線が発光伝達手段のどの位置に入射したかを計
量することができる。

【００５７】さらに、電離放射線はγ線であるので、原
子炉近傍のγ線が発生する領域の荷電粒子分布を計量で
きる。また、中性子の入射により荷電粒子を発生する中
性子／荷電粒子変換手段と、荷電粒子の入射により発光
するとともにこの光を伝達する発光伝達手段とを有し、
発光伝達手段は上記中性子／荷電粒子変換手段から発生
する荷電粒子が入射するように構成された中性子用発光
伝達手段と、光を複数の異なる伝達路を経て受光する受
光手段と、受光手段からの出力信号を処理する信号処理
手段とを設けたので、受光手段に到達する荷電粒子の数
量により発光伝達手段に入射した荷電粒子数および荷電
粒子が発光伝達手段のどの位置に入射したか、つまり、
中性子用発光伝達手段に入射した中性子数および中性子
が荷電粒子用発光伝達手段のどの位置に入射したかを計
量することができる。

【００５８】さらに、中性子／荷電粒子変換手段は、中
性子と交差するよう直線状に形成され両端に受光手段が
接続されるので、中性子／荷電粒子変換手段の軸方向に
入射される中性子分布を計量することができる。さら
に、発光伝達手段は固体シンチレータであり、中性子／
荷電粒子変換手段は粒子状の中性子コンバータであり、
中性子用発光伝達手段は上記シンチレータに上記中性子
コンバータが添加して形成されたので、中性子用発光伝
達手段に入射する中性子の入射位置を正確に検出するこ
とが可能となり中性子計量の分解能を高くできる。

【００５９】さらに、受光手段が伝達路と同数設けられ
ので、１つの伝達路に対して１つの受光手段が対応し光
計量の分解能を高くすることができる。さらに、中性子
用発光伝達手段は複数個設けらるので、一方の中性子用
発光伝達手段が故障した場合にも中性子の計量ができ
る。

【００６０】さらに、伝達路は、発光伝達手段とこの発
光伝達手段と受光手段を接続する光伝送路とにより形成
されるので、中性子または荷電粒子により受光素子が受
ける電磁ノイズを低減することができる。

【００６１】さらに、発光伝達手段が光伝送路を介して
設けられ、かつ、両発光伝達手段は光学的に直列接続さ
れるので、中性子用発光伝達手段に入射する電離放射線
の影響がキャンセル可能となり、中性子用発光伝達手段
に入射する中性子のみを計量することができるとともに
受光手段または伝送路の配置上の制約が少なくできる。

【００６２】さらに、発光伝達手段が設けられるもの
で、中性子用発光伝達手段に入射する電離放射線の影響
がキャンセル可能となり、中性子用発光伝達手段に入射
する中性子のみを計量することができる。さらに、受光
手段間を接続するとともに波長変換物質が添加された光
伝送路を有し、この光伝送路に中性子用発光伝達手段が
巻装されるので、光強度を弱くすることなく光の長距離
伝送ができる。

【００６３】さらに、信号処理手段は、受光手段からの
出力信号を入力する時間波高変換回路と、この時間波高
変換回路からのパルス信号を入力するマルチチャンネル
アナライザとを設けたので、光伝達手段に入射した荷電
粒子の入射分布および入射量を簡単な回路により計量す
ることができる。

【００６４】また、原子力プラントは、原子炉内の核分
裂または核融合により中性子を発生する原子力プラント
において、中性子の入射により荷電粒子を発生する中性
子／荷電粒子変換手段と、荷電粒子の入射により発光す
るとともにこの光を伝達する発光伝達手段とを有し、発
光伝達手段は上記中性子／荷電粒子変換手段から発生す
る荷電粒子が入射するように構成された中性子用発光伝
達手段と、光を複数の異なる伝達路を経て受光する受光
手段を有し、異なる伝達路を経る光が受光手段へ到達す
る時間の差と光量に基づいて粒子を計量する粒子計量器
と、粒子計量器の計量結果により原子炉の出力を制御す
る出力制御手段とを設けるので、中性子分布計量の分解
能が高く正確な中性子分布の計測ができ原子炉の出力制
御を正確にできるとともに原子炉内に配置する粒子計量
器の数を少なくできる。

【００６５】さらに、粒子計量器は原子炉の炉心軸に沿
って配置されるので、原子炉内の中性子分布の最も大き
い部分の中性子分布を計測でき計量精度が高い。さら
に、粒子計量器は原子炉の内部に配置されるので、中性
子分布を精度よく計量でき、原子炉内に配置する中性子
計量器の数を少なくできるとともに原子炉内で中性子を
計量する計量時間が短くできる。また、粒子計量方法
は、電離放射線が発光伝達手段に入射するとき、光を発
するとともにこの光を伝達し、光を複数の異なる伝達路
を経て受光手段によって受光し、異なる伝達路を経る光
が上記受光手段へ到達する時間の差と光量に基づいて電
離放射線を計量するので、受光手段に到達する電離放射
線の数量により発光伝達手段に入射した電離放射線数を
計量するとともに受光手段に到達する時間差を用いて電
離放射線が発光伝達手段のどの位置に入射したかを計量
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る粒子計量器の構成を示す説明
図である。

【図２】 この発明に係る中性子計量器の一部断面構成
を示す説明図である。

【図３】 この発明に係る中性子コンバータがシンチレ
ータに添加された中性子計量器の構成を示す説明図であ
る。

【図４】 この発明に係るシンチレーション光が光伝送
路を介して伝送される中性子計量器の構成を示す説明図
である。

【図５】 この発明に係る荷電粒子を計量する発光伝達
手段が接続された中性子計量器の構成を示す説明図であ
る。

【図６】 この発明に係る荷電粒子を計量する発光伝達
手段が並列接続された中性子計量器の構成を示す説明図
である。

【図７】 この発明に係る中性子発光伝達手段が２個並
列接続された中性子計量器の構成を示す説明図である。

【図８】 この発明に係る光学的接続部が不用に形成さ
れた中性子計量器の構成を示す説明図である。

【図９】 この発明に係るガスシンチレータを用いた中
性子計量器の構成を示す説明図である。

【図１０】 この発明に係るガスシンチレータを用いた
中性子計量器の構成を示す説明図である。

【図１１】 この発明に係るガスシンチレータを用いた
中性子計量器の構成を示す説明図である。

【図１２】 この発明に係る単一の受光手段を設けた中
性子計量器の構成を示す説明図である。

【図１３】 この発明に係る中性子計量器が原子炉外に
設置された原子力プラントの構成を示す説明図である。

【図１４】 この発明に係る中性子計量器が原子炉内に
設置された原子力プラントの構成を示す説明図である。

【図１５】 従来の中性子検出器を示す構成図である。

【図１６】 従来の中性子計量器を示す構成図である。

【図１７】 従来の中性子計量器を示す構成図である。

【符号の説明】

１、１−５ 発光伝達手段 ２、２−１、２−２ 受光手段中性子用発光伝達手段 ４ 信号処理手段 ４−１ 時間波高変換回路 ４−２ マルチチャ
ンネルアナライザ ５、５−１、５−２、５−３、５−４、５−５ 光伝送
路 ６ 電離放射線（γ線） ７ 中性子／荷電
粒子変換手段 ８ 中性子用発光伝達手段 ９ 中性子 １０ 原子炉容器 １１ 炉心 ３１ 出力制御手段

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電離放射線の入射により発光するととも
   にこの光を伝達する発光伝達手段と、上記光を複数の異
   なる伝達路を経て受光する受光手段と、この受光手段か
   らの出力信号を処理する信号処理手段とを備えたことを
   特徴とする粒子計量器。
2. 【請求項２】 電離放射線はγ線であることを特徴とす
   る請求項１記載の粒子計量器。
3. 【請求項３】 中性子の入射により荷電粒子を発生する
   中性子／荷電粒子変換手段と、荷電粒子の入射により発
   光するとともにこの光を伝達する発光伝達手段とを有
   し、上記発光伝達手段は上記中性子／荷電粒子変換手段
   から発生する荷電粒子が入射するように構成された中性
   子用発光伝達手段と、上記光を複数の異なる伝達路を経
   て受光する受光手段と、この受光手段からの出力信号を
   処理する信号処理手段とを備えたことを特徴とする中性
   子計量器。
4. 【請求項４】 原子炉内の核分裂または核融合により中
   性子を発生する原子力プラントにおいて、中性子の入射
   により荷電粒子を発生する中性子／荷電粒子変換手段
   と、荷電粒子の入射により発光するとともにこの光を伝
   達する発光伝達手段とを有し、上記発光伝達手段は上記
   中性子／荷電粒子変換手段から発生する荷電粒子が入射
   するように構成された中性子用発光伝達手段と、上記光
   を複数の異なる伝達路を経て受光する受光手段を有し、
   上記異なる伝達路を経る光が上記受光手段へ到達する時
   間の差と光量に基づいて粒子を計量する粒子計量器と、
   この粒子計量器の計量結果により上記原子炉の出力を制
   御する出力制御手段とを備えたことを特徴とする原子力
   プラント。
5. 【請求項５】 中性子／荷電粒子変換手段は、中性子と
   交差するよう直線状に形成され両端に受光手段が接続さ
   れることを特徴とする請求項３または４記載の粒子計量
   器。
6. 【請求項６】 発光伝達手段は固体シンチレータであ
   り、中性子／荷電粒子変換手段は粒子状の中性子コンバ
   ータであり、中性子用発光伝達手段は上記シンチレータ
   に上記中性子コンバータが添加して形成されたことを特
   徴とする請求項３〜５のいずれか一項記載の粒子計量
   器。
7. 【請求項７】 受光手段が伝達路と同数設けられること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の粒子計
   量器。
8. 【請求項８】 中性子用発光伝達手段は複数個設けられ
   ていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項記
   載の粒子計量器。
9. 【請求項９】 伝達路は、発光伝達手段とこの発光伝達
   手段と受光手段を接続する光伝送路とにより形成される
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の粒
   子計量器。
10. 【請求項１０】 発光伝達手段が光伝送路を介して設け
    られ、かつ、両発光伝達手段は光学的に直列接続されて
    いることを特徴とする請求項９記載の粒子計量器。
11. 【請求項１１】 発光伝達手段が設けられることを特徴
    とする請求項３または４記載の粒子計量器。
12. 【請求項１２】 受光手段間を接続するとともに波長変
    換物質が添加された光伝送路を有し、この光伝送路に中
    性子用発光伝達手段が巻装されることを特徴とする請求
    項３または４記載の粒子計量器。
13. 【請求項１３】 信号処理手段は、受光手段からの出力
    信号を入力する時間波高変換回路と、この時間波高変換
    回路からのパルス信号を入力するマルチチャンネルアナ
    ライザとを備えたことを特徴とする請求項１〜１１記載
    の粒子計量器。
14. 【請求項１４】 粒子計量器は原子炉の炉心軸に沿って
    配置されることを特徴とする請求項４記載の原子力プラ
    ント。
15. 【請求項１５】 粒子計量器は原子炉の内部に配置され
    ることを特徴とする請求項４または１４記載の原子力プ
    ラント。
16. 【請求項１６】 荷電粒子が発光伝達手段に入射すると
    き、光を発するとともにこの光を伝達し、この光を複数
    の異なる伝達路を経て受光手段によって受光し、上記異
    なる伝達路を経る光が上記受光手段へ到達する時間の差
    と光量に基づいて荷電粒子を計量する粒子計量方法。