JPS582617B2 - ナトリウムイオン化検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ナトリウムイオン化検出器、特に、検出精度
を向上してなるナトリウムイオン化検出器に関する。

高速増殖炉では、安全性や配管の腐蝕を防止するために
、配管中に含まれるナトリウムの検出を行うことが必要
となっている。

従来、ナトリウムの検出は、ナトリウムイオン化検出器
によって行っていた。

このナトリウムイオン化検出器（Ｓｏ−ｄｉｕｍ Ｉｏ
ｎｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒの意味，ＳＩＤと
略する）は、物性現象を利用したものであり、特開昭５
０−１０４９８９号公報等にて周知の技術である。

上記公開公報に示されたＳＩＤの回路構成を第１図に示
す。

すなわち交流電源３は、トランス１の１次側に印加され
る。

このため、トランス１の２次側に接続されているフイラ
メント４には交流電圧が印加され、フィラメント４の温
度は高温になる。

このフィラメント４に対向してコレクタ５が、配置され
ている。

フィラメント４とコレクタ５には直流電源２が印加され
ている。

かかる構成で、ガス中にナトリウムが存在すると、この
ナトリウムはフィラメント４で加熱されてイオン化され
る。

発生したナトリウムイオンは、フィラメント４とコレク
タ５間の直流電源２によって形成された電界によって、
コレクタ５に捕集され、電流計６で直流出力として検出
される。

この時の電流計６による出力波形を第２図に示す。

横軸に時間（ｍｉｎ）、縦軸にイオン電流値（ｍＡ）を
示している。

図から明らかなように、ＳＩＤの出力は、直流成分に、
数ＨＺ程度の時間的変動成分がのっていることが特徴で
あり、この時間的変動成分はＳＡＳ（Ｓｏｄｉｕｍ Ａ
ｅｒｏｓｏｌ Ｓｐ−ｉｋｅの略）と呼ばれている。

かかる従来のＳＩＤの検出限界を規定するものは、暗電
流である。

暗電流には３種類ある。第１は、電極間の絶縁物を介し
て流れるリーク電流であり、第２は、フィラメント表面
の汚れ、フィラメント素材内部に、製造工程上で含まれ
てくるアルカリ金属に基因するイオン電流、第３は放射
線による暗電流である。

第１のリーク電流は、絶縁抵抗を高くすることによって
、１０−１２Ａ以下にすることが可能である。

しかし、第２のイオン電流については、低融点（約２５
００℃以下）金属の場合、本質的な解決策はない。

特にこの種の暗電流は時間的に増加する性質のものであ
って、ナトリウムを含んだガス中にフィラメントを数時
間さらすと、暗電流の大きさは、例えば白金の事例では
、１〜３ｍＡから５〜２０ｍＡにも増加してしまう。

従って、検出能力が経時的に劣化することになる。

更に、第３の暗電流についても、放射能を減衰させない
限り、暗電流の増加はさけられない。

次に、以上の各種の暗電流とＳＩＤ出力とナトリウム濃
度との関係を第３図に示す。

横軸にナトリウム濃度、縦軸にイオン電流（ｍＡ）を示
す。

各測定点の誤差は、第２図に示した時間的変動の幅を表
わしている。

この図の場合、暗電流は１０ｍＡで、ＳＩＤ出力の暗電
流に対する比を考えると、ナトリウム濃度１〜１００×
１０−９ｇ／ｃｍ３の範囲で、１２から４に増加するに
すぎない。

また、ＩＸ１０−９ｇ／ｃｍ３の場合と、１００Ｘ１０
−９ｇ／ｃｍ３の場合とで出力レベルは３倍程度に増加
するたけで、ガス中のナトリウム濃度とイオン電流値と
の対応づけも困難である。

特に低濃度の時ほどナトリウム漏洩の判定は困難となる
。

本発明は、以上の欠点を解消してなるものであって、検
出精度の向上をはかつてなるナトリウムイオン化検出器
を提供するものである。

本発明の要旨は、イオン電流の交流成分（変動巾）を取
り出して、これを検出信号として提供するようにしたも
のである。

第４図は、イオン電流の変動巾すなわち、交流成分の幅
を示す図である。

横軸にナトリウム濃度を示す。

この図から明らかなように、イオン電流の変動巾でみる
と、ＩＸ１０”−９ｇ／ｃｍ３と１００Ｘ１０−９ｇ／
ｃｍ３の場合とで６倍程の出力の差が現われ、且つ直線
性も電流出力でみる場合より、はるかに良い結果となっ
ている。

従って本発明では、第４図に示す如くイオン電流から変
動巾のみを取り出すようにしたものである。

第５図は本発明の実施例を示す図である。

第１図と異なる点は、コレクク５と高圧直流電源２のマ
イナス側との間に負荷抵抗７を設けたこと、及び抵抗７
の出力側にハイパスフィルタ８、ＲＭＳ（実効値）演算
器９、表示部１０を直列に設けたことにある。

以上の構成に於いて、負荷抵抗７の両端の出力電圧は、
先ずフィルタ２により変動分のみを取り出す。

次にＲＭＳ演算器９により一定時間Ｔ内の変動分の振幅
の平均値が直流出力として得られる。

ＲＭＳ演算器９での演算内容は、次式で定義される。

ここで、 ΔＥＲＭＳ；変動分の振幅のＲＭＳ値 ΔＥ ；変動分の振幅 かくして得られたＲＭＳ演算器９で得られた直流出力は
、表示部１０で比較処理され、直接の表示なり、警報な
りを行う。

第６図のＡ，Ｂ，Ｃはフィルタ８の入力、出力、ＲＭＳ
演算器９の出力をそれぞれを示している。

かかる実施例によれば、暗電流の影響のない検出が可能
になった。

第７図は、本発明の他の実施例を示す図である。

第５図と異なる点はフィルタ８の出力側にピークホール
ド回路２０を設けたことにある。

このピークホールド回路２０は比較器２１、カウンタ２
２、ＤＡ変換器２３より成る。

先ず、フィルタ８により変動分のみが取り出され、比較
器２１のプラス入力側に入力する。

比較器２１はマイナス側入力とプラス側入力とを比較し
、プラス側入力が大きい時のみ出力を発生する。

従って、フィルタ８の出力がＤＡ変換器２３の出力より
大きい時には、比較器２１の出力が発生し、カウンタ２
２の人カゲートを開け、クロツクＣＬをカウンク２２に
入力させる。

カウンク２２では、比較器２２の出力が存在する間ゲー
トを開き、その間に入力するクロツクＣＬを計数する。

カウンク２２の計数値はデイジタル出力として外部に出
力されると共に、ＤＡ変換器２３に入力し、アナログ信
号に変換される。

このアナログ出力も外部に出力されると共に、比較器２
１のマイナス入力側に入力する。

以上の構成によれば、フィルタ８の出力がＤＡ変換器２
３のアナログ出力より大きい時に、カウンタ２２が振幅
値の最大値に等しくなるまで繰り上がることになり、Ｓ
ＩＤの変動成分の最大値を検出できることになる。

尚、デイジタル出力、アナログ出力は、実質的に同じで
あるが、外部の処理系がアナログ系、デイジタル系と分
れた場合に活用される。

以上の実施例によれば、以下の如き効果がある。

（１）変動の少ない暗電流成分がカットされるために、
ＳＩＤの検出能力の経時的劣化がなくなる。

（２）上記の利点は、また、フイラメント素材中のアル
カリ金属（暗電流の−因）の焼き出し等の前処理が不要
になることも意味している。

特に、２５００℃以下の低融点金属ではこのような前処
理は不可能であるたけに、本発明による効果は大きい。

（３）炉内の放射線による暗電流も時間的変動が少ない
ため上記（１）と同様に本発明のＳＩＤ出力に影響を与
えない。

（４）安定な直流出力が得られるため、ナトリウムリー
クの有無の判定および、アラームレベルの設定が容易に
なる。

（５）ＳＩＤ出力のゆらぎの周波数帯域は、０．１〜４
０Ｈｚ程度であるため、フィルタ等を用いてプラント内
の電磁的ノイズの影響を小さくできる。

尚、変動成分のみを取り出す際の方法としては、ＲＭＳ
演算の他にも種々あり得る。

例えば、サンプリングによっても可能である。

この際、サンプリングの周期は、変動成分の周期に比し
てより短かい周期とすることが必要である。

以上の本発明によれば、暗電流による検出精度の誤差を
なくすことができたため、従来に比して、検出精度の向
上が達成できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す図、第２図はＳＩＤ出力を示す図
、第３図は暗電流との関係を示す図、第４図は本発明の
説明図、第５図は本発明の実施例図、第６図は各部波形
図、第７図は本発明の他の実施例図である。 ４・・・・・・フイラメント、５・・・・・・コレクク
、８・・・・・・ハイパスフィルタ、９・・・・・・Ｒ
ＭＳ演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カトリウムを加熱によりイオン化するナトリウムイ
   オン化用電極と、前記ナトリウムイオン化用電極に対向
   して配置されてナトリウムイオンを捕集するコレクタと
   、前記コレクタに捕集されたナトリウムイオンの電流か
   ら交流成分を取出してこの交流成分の振幅値を検出する
   手段とからなるナトリウムイオン化検出器。 ２ 前記振幅値は、前記交流成分の実効値である特許請
   求の範囲第１項記載のナトリウムイオン化検出器。 ３ 前記振幅値は、前記交流成分の時系列上のピークホ
   ールド値である特許請求の範囲第１項記載のナトリウム
   イオン化検出器。