JPS5929335A - 電離箱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、制エネルギのガンマ放射線の測定を可能にす
る電離箱に係わる。該電離箱は特に、およそ６　ＭｅＶ
のエネルギ単位を有するガンマ放射線の測定を可能にす
る。このようなガンマ放射線は特に、加圧水型原子炉容
器の水の中の核反応によってもたらされた窒素１６によ
って発せられる。

このガンマ放射線の測定、従って形成された窒素１６の
定蓋は、原子炉の出力についての情報を取得し、また原
子炉の一次回路内を循環する流体の速度及び流量を決定
するのに用いられる手段の一つである。

通常電離箱は、電離され得る気体を充填された密閉エン
クロージャと、エンクロージャ内に電場を発生させ得る
１個またＦｉ複数個の電極とを含む。

核放射線が電離箱内の気体を横断すると、該気体は電離
される。電場の存在下に、生じた電荷は電場の方向へ引
寄せられ、この動きは熱運動に重なる。電荷の、及び特
に形成されたイオンのこの引寄せによっていわゆる電離
電流が電極間に誘導され得、この電流が測定される。

ガンマ放射線の測定に良く適したデテクタとしての電離
箱は、１〜１００ｒａｄ／時の線量率を有するガンマ放
射線の測定を可能にし得る。周囲の諸条件、及び原子炉
作動中は人間の介入は不可能であるという事実を勘案す
ると、上記のようなガンマ放射線測定、特に原子炉容器
の水中に誘発された窒素１６によって発せられる放射線
の測定を行なうためには、電離箱は高エネルギのガンマ
光子に関して高感度であり、高温及び振動に良く耐え、
揺動の測定を可能にする通過高帯域を有し、非常に頑丈
で長寿命でなければならない。

上記のような測定に現在使用される電離箱で温度的に低
感度のものは高エネルギのガンマ光子に対する感度が低
く、このため増幅器が使用されなければならないが、こ
の増幅器は温度及び周囲湿度の影響を非常に被夛易い。

本発明は、上記欠点の除去を可能にする島エネルギガン
マ放射線測定用電離箱に係わる。

本発明による電離箱は、高エネルギのガンマ放射線に対
するその著しい感度及びその耐熱性に加え、上述の諸特
徴の総てを有する。

本発明は特に、高エネルギのガンマ放射線の測定を可能
にする電離箱に係わシ、この電離箱は電離され得る気体
を充填された円筒形の密閉エンクロージャと、同軸に配
置された数個の円筒形電極とを含み、該電極は互いに絶
縁されてエンクロージャ内圧配置はれ、また異なる電位
を付与され、それによってエンクロージャ内に電場が生
成され、これらの電極のうち最も内側の電極は完全な円
柱によって形成され、最も外側の電極は完全な管形に形
成され、中間の電極は多孔管によって形成される。

好１しくけ、電離箱は５個の電極を有する。

異なる電位を付与される数個の電極を使用し、それらの
うちの中間の電極に多孔を設けることによって、電離箱
のエンクロージャ内に形成される電子の平均自由行路が
増大され得、その結果入射ガンマ光子の数に比較して該
電離箱内での核の相互作用の数、並びに各相互作用に関
して誘導される電流が増大される。電子の平均自由行路
が増すことによって、高エネルギのガンマ放射線の検出
に関して著しい感度が獲得され得る。

本発明による電離箱の好ましい具体例によれば多孔電極
は３０〜４０％の透過度（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ　
）を有し、この透過度によって電離箱内に誘導される電
離電流は最適化され得る。

高エネルギ光子、即ち、Ｉ　ＭｅＶよシも高いエネルギ
準位を有する光子の検出に使用される電離箱において核
の相互作用の本質的な部分（光子を具現するコンプトン
効呆、即ち電子−陽電子対の生成）及びそれによって誘
導される電流は、エンクロージャの壁内及び電極内にお
いて生じる。相互作用の数、即ち誘導電流の大きさを最
適化するには、エンクロージャ壁の厚み並びに該壁及び
電極を形成する材料が測定されるべきガンマ放射線のエ
ネルギに応じて選択されなければならない。

本発明によれば、およそ６　ＭｅＶのエネルギ準位を有
するガンマ放射線の検出は、厚みが３〜４＋＋ｍであっ
て好ましくはステンレス鋼から成るエンクロージャを用
いることによって実施される。電極もまたステンレス鋼
によって形成され得、中間電極は各々、巻かれて溶接接
合された多孔鋼板によって形成される。

更に、誘導される電離電流が気体の特性及び圧力に従属
することから、９８〜９９重量％のキセノンを含有し、
例えば８．８〜９．２パールの絶対圧力を有する気体を
用いることが好ましい。

本発明による電離箱の好ましい具体例によれば電極同士
は、電場がエンクロージャ全体にわたって一様となるよ
うな間隙を有する。エンクロージャ全体にわたって同じ
強度を有する電場が形成されるので、形成されたイオン
の良好な収集並びに電離箱の通過帯域の最適化が保証さ
れイ軒る。

本発明による電離箱の好ましい具体例によれば′ｔｉ！
、極の端部の一方は固定されており、また他方の端部は
軸方向での変位を可能にする第一の弾性手段及び半径方
向での変位を可能にする第二の弾性手段によって適正位
置に維持されている。

更に本発明による電離箱（徒、中間電極の個定されてい
ない方の端部処のみ軸方向において作用する第三の弾性
手段を含み得る。

これらの様々な弾性手段によって、温度及び振動の影響
を受けにくい電離箱が達成され得る。

本発明を、非限定的な具体例に関し添伺図面に即して以
下に詳述する。

第１図は本発明による電離箱の説明図であり、電離箱は
回転軸３を有する円筒形の密閉エンクローツヤ２を含み
、このエンクロージャは、両端を各々下部フランジ６及
び上部７ランジ８によって密閉されたフェルール４によ
って構成されている。

フランジ６及び８はフェルール４の屑９に支持され、か
つこの肩に１０のような溶接部によって溶接されている
。密閉エンクロージャ２は電離され得る気体を充填され
、この気体はエンクロージャ内へ排気管１２によって導
入され得、該排気管はエンクロージャ充填後に密閉され
る。

電離箱はまた、エンクロージャ２内にその軸３に浴って
同軸に配置された円筒形電極１４をも含む、電極１４は
例えば図示されるようにして５個用いられ、外側電極１
４ａ１３個の中間電極１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄ１並び
に中心電極１４ｅによって構成される。

多数（例えば５個）の電極を用いることによって特に、
電離箱の検出に有用な容積が該電離箱の全容積に比較し
て増加され得、その結果、ガンマ放射線が電離箱を透過
する際箱の中の電子の平均自由行路が増大され得る。

ｔｌｉ極１４ａ、１４ｃ及び１４ｅは導％５部材１８に
よって電気的に互いに接続されておシ、該導電部相はフ
ランジ８を貫通するプラグピン２０によって高圧供給源
ＨＴと接続されている。このプラグピン２０はフランジ
８から、ステアタイトのような温度変化の影響を比較的
受けにくい絶縁物２２によって絶縁されている。

同様に電極１４ｂ及び１４ｄは導電部材２４によって電
気的に互いに接続され、かつ導電部材１８、次いで７ラ
ンジ８を貫通するプラグピン２６によ。

って出力Ｓに接続されている。ピン２６は導電部材１８
及びフランジ８から、ステアタイトのような温度変化の
影響を比較的受けにくい絶縁物２８によって絶縁されて
いる。電極１４ｂ及び１４ｄは、ガンマ放射線が電離箱
を透過する時エンクロージャ内に形成されるイオンの収
集に使用される。

本発明によれば、外側電極１４ａは完全な管によって形
成され、中間電極１４　ｂ、　１４　ｃ、　１４ｄは孔
１６を有する管によって形成され、中心電極１４ｅは完
全な円柱によって形成される。多孔を有する中間電極を
用いることによって、ガンマ放射線が電離箱を透過する
時に該箱内に形成される電子の平均自由４↑象各が増大
され得、その結果核の相互作用の数が増加し得る。

本発明によれば中間電極の透過度、即ち穿孔表面積比は
３０〜４０％であって、例えばそれは約３２％である。

この透過度は実験処よって、電離電流並びに電流−電圧
特性の傾斜を最適にするようにして決定した。

第２図は電極に付与される分極電圧Ｖ（単位ボルト）の
関数としての電離電流強度Ｉ（単位アンペア）を、電離
可能気体の異なる圧力に関して示す。これらの測定のた
めに、電離箱にはキセノン９９％と窒素１チとから成る
気体を充填し、４個の電極を使用し、かつ中間電極の透
過度は３９チとした。

この図から、分極電圧４ｂｏｖからは電流−電圧曲線に
おいてプラトー即ち無傾斜領域が得られることが知見さ
れ得る。即ちこれらの曲＋ｉｕ−ら、所与の透過度に関
し無傾斜を達成すべく伺与されるべき分極電圧が決定さ
れ得る。前述のように、電離電流は電離可能気体の成分
並びにその圧力に従属する。

通常の圧力及び温度条件下に気体の成分について検討し
た結果、次の電離可能気体、即ち窒素、酸素、大気、ア
ルゴンまたはキセノンが電離箱内で使用され得ることが
判明した。キセノンが最も小さい電子付着係数を有し、
またキセノンによって得られる電離電流値が最も大きい
。本発明によれば、電離可能気体は９８〜９９％のキセ
ノンを含有する。気体は、加圧水型原子炉容器の水中に
誘発される窒素１６によって発せられるガンマ光子のよ
うな、約６ＭｅＶのエネルギを肩するガンマ光子の検出
が望まれる場合、例えば９８重偏チのキセノンと２重量
％の窒素とによって構成され得る。

第２図の曲線からは更に、気体の圧力が高いほど電離電
流が高くなることが知見され得、従って高圧を用いるこ
とが有利である。更に、使用され得る最低の分極電圧（
４５０Ｖ）についても考慮するなら、気体の絶対圧力は
８．８〜９２パールの間で選択されることが好ましい。

６ＭｅＶのエネルギを有するガンマ光子を検出する際、
例えば約９パールの圧力を有するキセノンを基体とする
気体が使用される。

電離箱内に形成されたイオンの良好な収集を保証し、ま
た通過帯域を最適化するために、電極同士の間の空隙は
、エンクロージャ全体にわたって一様な電場が得られる
ように選択される。即ち単純言ｔＸの示し得るところで
は、所与の電位差を有する２個の円筒形電極の間の円筒
形ゾーンに存在する電場は、外側電極の方へと向かうに
つれて弱くなる。適切に剛（隔して配置された５個の電
極を用いることによって分極電圧１１００ｖに関し２０
００Ｖ　／　ｃｍの強度を有する一様な電場が取得され
得る。

この分極電圧値に関し、第２図の電流−電圧曲線が無傾
斜を示す点が留意されるべきである。

前述したように、高エネルギ準位（ＩＭｅＶよシ高い）
を有するガンマ放射線の検出の際、核の相互作用の本質
的な部分はエンクロージャの壁内及び電極内において生
起する。相互作用の数、即ち電離電流の大きさを最適に
するためには、エンクロージャ壁の厚み並びにこの壁及
び電極を形成する材料が測定されるべきガンマ放射線の
エネルギに応じて選択されなければならない。

およそ６　ＭｅＶのエネルギ準位を有するガンマ光子の
検出の際には３〜４ｆｌの、ｊｉ’ｌＪち例えば約３．
５鴫の厚みを有するステンレス鋼製エンクロージャ内を
用いることが好ましい。この厚みは核の相互作用が多数
となるように決定され、また当然エンクロージャを満た
す気体の高圧に耐えるべく決定される。更に電極もステ
ンレス鋼によって形成され得る。中間電極は、巻かれ、
溶接接合された多孔ステンレス鋼板の形態に形成され得
る。多孔鋼板から形成された中間電極は、幾つかの先行
技術による電離箱において用いられているような格子状
に形成された電極のものよシも大きい機械的強度を有す
ることに留意すべきである。このことは、本発明による
電離箱の堅牢性、及びその耐用年限にも寄与し得る。

第３図は、本発明による電離箱の一具体例を示す。この
電離箱は第１図に示されたものと同様、フェルール４と
このフェルールの両端に溶接された２個の７ランジ６及
び８とによって形成され、電離可能気体を充填された円
筒形のエンクロージャ２と、気体充填用の排出管１２と
、各々外側電極、３個の多孔中間電極及び中心電極に対
応する５個の電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１
４ｅとを含む。

図示のように、電極１４ａ、１４ｃ及び１４ｅのフラン
ジ８に近い方の端部は、第１図の導電部材１８に対応す
る円柱状の導電プレート１８ａによって支持されておシ
、プラグピン２ｏによって高圧供給源と接続されている
。電極１４ａ、１４Ｃの上記端部「さ肩３０のレベルに
おいてプレート１８ａと嵌合され、また電極１４ｅの端
部はプレー）１８ａへ飲込まれている。プレート１８ａ
は気体をエンクロージャ内へと通過させ得る（矢印Ｆ）
開口部３４を有し、そのために該プレートは３６のよう
なねじによって支持プレート３８に固定されている。ね
じ３６は温度変化の影響を比較的受けにくい絶縁スリー
ブ４ｏによって絶縁されており、このスリーブはプレー
）１８ａと３８との間の一切の電気的接触を防止する。

支持プレート３８はキーシステム４２によってフランジ
８に固定され、該キーシステムはアセンブリの回転を阻
止して、高圧供給源及び出力Ｓとの接続の十分な定位を
保証する。

同様に電極１４ｂ及び１４ｄのフランジ８に近い方の端
部は金属リング４４と結合しておシ、このリングは、そ
１れ自体プレート１８ａと嵌合されている絶縁リング４
６と嵌合されている。該絶縁リング４６は電極１４ｂ、
１４ｄと電極１４　ａ、　１４　ｃ、　１４　ｅとの間
の一切の電気的接触を阻止する。絶縁リング４６を貫通
するプラグピン４８によって、金属リング４４は第１図
の導電部材２４に対応する金属ピース２４ａに接続され
ている。支持プレート３８及びプレー）１８ａと嵌合Ｊ
ｔ′した絶縁ブロック４９に取付けられた上記のピース
２４＆は、プラグピン２６によって出力Ｓに接続されて
いる。ブロック４９はリング２４ａとプレート１８ａ及
び３８との間の、即ち電極１４ｂ、１４ｄと電極１４ａ
、１４ｃ、１４ｅとの間の一切の電気的接触を阻止する
。

電極１４ａ１１４ｅのフランジ６に近い方の端部は、フ
ランジ６と接触状態にある円柱形部拐５６にプレ−ト５
４を介して接する７ランジ５ｏに任意の公知手段によっ
て固定されている。プレート５４はねじ５８によって部
材５６と結合されており、これらのねじは絶縁ブロック
６ｏによって部材５６から絶縁されている。７ランジ６
に座金６４によって支持されるばね６２は部材５６と従
ってフラン：）５０を、エンクロージャ２の軸３沿いに
押圧する。同様に、エンクロージャのフェルール４の内
側表面に支持されるばね６６は部材５６と従って７ラン
ジ５０を、玉６８を介して半径方向に押圧する。

多孔電極１４ｈ、１４ｄのフランジ６に近い方の端部は
、フランジ５０と嵌合された絶縁リング７０と嵌合され
ている。同様にして、多孔電極１４Ｃのフランジ６側の
端部は、７ランジ５σに取付けられた金属リング７２と
嵌合されている。絶縁リング７０及び金属リング７２は
、プレート５４に支持されるばね７４によって軸方向に
押圧される。

一方ではね６２及び７４を用い、また他方でばね６６を
用いることによって、電極の７ランジ６側の端部の軸方
向及び半径方向での定位が維持され得、その結果、電離
箱が熱に対して良好な反応を示しく膨張の補償）、かつ
振動（その中ＶｃＴＬ離箱が設置されている媒質の振動
）に良く耐えることが保証される。

更に、電離箱が熱に対して良好に反応することは、ステ
アタイトのような温度変化の影響を比較的受けにくい材
料を絶縁材料に使用することによって保証される。

（以下余白） 本発明による電陀箱の一具体例及び諸特徴について次に
述べる。電断【紹は、ステンレス鋼製のエンクロージャ
及び５個の電極によって構成され、ステアタイトによっ
て絶縁されている。エンクロージャの内径は６３間、厚
みは３．５ｍｍ、長さは３００咽でちる。

外側電極］、　４　ａは、内径５７岨、厚み１關の完全
な管によって形成されている。巻かれ、溶接接合された
多孔鋼板から形成された３個の中間電極１４ｂ、１４ｃ
、１４ｄの厚みは０．４喘、内径はそれぞれ４６．３４
及び２２簡である。これら中間電極の透過度は３２％で
ある。

中心電極１４ｅは、直径８能の完全な円柱によって形成
されている。電離箱の検出に有用な容積は、全容積５９
２ｃｍ３に対し４７４ｍ”である。

充填気体は９８重量−のキセノンと２重ｆ３：％の窒素
とから成る。気体の絶対圧力は９パールである。

平均電圧はｌ１００Ｖ、最大電圧は２０００Ｖである。

分極ａ１圧１０００　Ｖに関して、電極間の電場は内側
の電極の方から順に２４７１．２ｏ８８．１９４５及び
２２１０Ｖ／αであシ、従ってほぼ一様である。

ガンマ光子束に関してもたらされる電流の強度によって
特徴付けられる理論的感度は、６ＭｅＶのガンマ光子束
に関して３．２　Ｘ　１０　’　Ａ／　ｒａｄ／時であ
勺、これは線側、率１００ｒａｄ／時に対応する。通過
帯域は０〜１４０Ｈ２である。

上述の電離箱の緒特性は、加圧水型原子炉の一次回路の
水中に含まれる酸素１６の中性子放射化によって得られ
る窒素１６によって発せられる、６ＭｅＶのエネルギを
有するガンマ光子の検出に非常例適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電離箱の特に電極の構造を示す説
明図、第２図は多孔電極の透過度が３９チでおる場合の
、電極の分極電圧■（単位ボルト）の関数としての冗ｓ
　電、光強度１（単位アンペア）を電離可能気体の異な
る圧力に関して表わした曲線を示すグラフ、第３図は本
発明による電離相の−・具体例の縦断面図である。 ２・・・エンクロージャ、　　３・・・回転軸、４・・
・フェルール、６，８．５０・・・フランジ、９．３０
・・・肩、１０・・・溶接部、１２・・・損出管、１４
．１４ａ〜ｅ・・・電極、１６・・孔、１８．２４・・
・導伝薄利、１８ａ・・導電プレート、２（１，２６，
４８・・・プラグビン、２２．２８・・・絶縁物、２４
ｎ・・・金属ピース、３４・・・開口部、３６．５８・
・・ねじ、３８・・・支持プレート、４０・・・絶縁ス
リーブ、４２・・・キーシステム、４４．７２・・・金
属リング、４Ｇ、７０・・・絶縁リング、４９．６０・
・・絶縁ブロック、５４・・・プレート、５６・・・円
柱形部材、６２．６６．７４・・・ばね、　６４・・・
座金、６８・・・玉。 ＩＮ願人　コニｔｔｑマ　イ　レク／Ｃ／公了ｌミ７代
即人　ブＰ１４　川　　　口　　義　　シ■ｉ代理人弁
理士今　　村　　　　几

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　高エネルギのガンマ放射線の測定を可能にす
   る電離箱であって、電離され得る気体を充填された円筒
   形の密閉エンクロージャと同軸に配置された数個の円筒
   形電極とを含んでおり、該電極は互いに絶縁されてエン
   クロージャ内に配置され且つエンクロージャ内に電場を
   生成すべく異なる電位を付与されておシ、それによって
   これらの電極のうち最も内側の電極は完全な円柱によっ
   て形成され、最も外側の電極は完全な管形に形成され、
   中間の電極は多孔管によって形成されることを特徴とす
   る電離箱。 （２）多孔１１（偉が３０〜４０％の透過度を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電離箱。 （３；電極同士が、エンクロージャ内に生じる電場が該
   エンクロージャ全体にわたって実質的に一様となるよう
   な間隙を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の電離箱。 （４）を極が５個であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の電離箱。 （５）を離可能気体が９８〜９９重量％のキセノンを含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   電離箱。 （６）　　電離可能気体の絶対圧力が８．８〜９．２パ
   ールであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の電離箱。 （力　電極の一端が固定される一方その他端は、軸方向
   での変位を可能にする第一の弾性手段及び半径方向での
   変位を可能にする第二の弾性手段によって適正位置に維
   持されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の電離箱。 （８）中間電極の固定されていない方の端部にのみ軸方
   向において作用する第三の弾性手段を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載の電離箱。 （９）個々の中間電極が、巻かれて溶接接合された多孔
   金属シートによって形成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の電離箱。 ０α　約６ＭｅＶのエネルギ準位を有するガンマ放射線
   の測定を可能にし、エンクロージャ及び電極がステンレ
   ス鋼から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の電離箱。 旧）約６　ＭｅＶのエネルギ準位を有するガンマ放射線
   の測定を可能にし、エンクロージャの厚みが３〜４闘で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電
   離箱。