JPS60159671A - 漏洩放射線検出器 - 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】 （ア）　技術分野 この発明は、原子炉、放射線を利用する医療設備、実験
装置などの漏洩放射線を検出する漏洩放射線検出器に関
する。

原子炉、医療設備で、放射線が漏洩すると、極めて危険
である。放射線は、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、
中性子線などがあるが、この内、漏洩の危険性の高いも
のは、ガンマ線、中性子線である。これらは、荷電粒子
でないため、容易に蔽遮することができないからである
。放射線の漏洩は、人間の五官で感じる事ができないの
で、放射線検出器によって検出しなければならない。

（イ）　従来技術とその問題点 放射線の検出器としては、ガイガーミュラー計数管が古
くから用いられている。これは、放射線エネルギーによ
る気体の電離によって、放射線の強さを測定するもので
ある。

さらに、よシ小型の検出器として、ゲルマニウム、シリ
コン、ＧａＡｓなどの単結晶に、適当な元素をドープし
た固体検出器が現われた。固体検出器は、素子自体が小
型であるだけですく、電気回路も単純であるから取扱い
に便利で−ある。ガンマ線検出は、このような固体検出
器が多く用いられる。

中性子線は、Ｂｒ３、Ｈｅ”などの気体を充填した検出
器が用いられる。またリチウム・ガラスシンチレータな
どの固体素子もある。

これらの検出器は、検出感度が高く、小型で、取扱いや
すいが、反面、高価である。まだ小型であるから、漏洩
放射線のように、広い範囲をカバーする必要のある対象
に対しては、必ずしも最適ではない。

従来は、原子炉などの周囲に、これら放射線検出器を、
離散的に設置１２、漏洩放射線を監視１〜ていた。

しかし、原子炉などは体積も大きく、表面積も広い。

一方、放射線は、原子炉容器の内の、どの部分から漏洩
するか予め分らない。どこからでも漏れる可能性がある
と、考えておかなければならない。

全ての箇所からの漏洩を隈なく監視するためには、多数
の放射線検出器を原子炉容器に設置しなければならない
。このようにすると、移しい数の検出器が必要になるか
ら、極めて高価な設備とな、る。

（つ）光ファイバの放射線による伝送損失増加光ファイ
バは、石英系、多成分ガラス系、プラスチック系のレア
イバがある。

石英系ファイバは、石英ガラスを主体とした、コア、ク
ラッドと、これを被覆するシリコンプライマリコート、
ナイロン二次コート、ケブラ、塩化ビニル外被などより
なる。

コア、クラッドは、光を閉じこめるため、コアの屈折率
が僅かに高くなっている。屈折率差を与えるため、コア
、クラッドに酸化物を添加することが多い。

多くの不純物元素は、石英に添加されると、屈折率を上
げる作用がある。

そこで、コアは石英に、ゲルマニウム、リン、チタンの
酸化物を添加したものを用い、クラッドは純石英とした
石英系光ファイバが多く製造されている。

逆ニ、フッソやＢ２Ｏ３を石英に、加えると、屈折　−
率が低下する。そこで、コアを純石英にし、クラッドを
石英とフッソやＢ２Ｏ３の複合相とした光ファイバも作
られている。これは、先述の光ファイバと不純物添加す
る媒質が反対になっている。

光ファイバを用いた光通信は、電磁誘導の影響を受けず
、長距離伝送が可能で、クロスト−りがないなど、優れ
た特長を持っている。

光ファイバは、製造技術の進歩によって、損失の低いも
のが安価に製造できるようになっている。

光ファイバの伝送損失は、単に低いだけではなく、経年
変化が少いことも強く要求される。つまり、使用によっ
て、損失が増大しない事が望ましい。

通常の使用条件では、伝送損失の経年変化は十分少ない
ことが分っている。しかし、放射線を受けると、特定の
成分の光ファイバは、伝送損失が”　増加してしまう、
という事が分った。

これは、光ファイバを、光通信の媒体として見る時は、
光ファイバの欠点という事になる。

石英系光ファイバのコア、クラッドへの添加不純物の種
類により、放射線に対する感受性が異なる。放射線照射
によっても、殆ど、伝送損失の増加しない光ファイバも
ある。

反対に、ガンマ線、中性子線に特に影響を受けやすい石
英系光ファイバもある。

第３図は、各種石英系光ファイバの、ガンマ線照射によ
る伝送損失の増加量の測定結果を示すグラフである。こ
こで、横軸はガンマ線照射時間（分）である。縦軸は光
フ゛アイ・バの伝送損失増加暇（ｄＢ／ｋｍ）である。

ガンマ線の強さは１０５Ｒａｄ／Ｈであり、１時間照射
し、これ以後照射を中止し、減衰の様子も測定しである
。

ここでＲａｄは対象物１ｇあたりに、放射線のエネルギ
ーにして１００エルグが吸収されたことを意味する。こ
の例では、１時間に１ｇあたり、１ジユールのエネルギ
ーが吸収される割合で、放射線（ガンマ線）が照射され
たことになる。

光ファイバＡ、　Ｂ、　Ｃは、いずれも石英系光ファイ
バで、クラッドはフッ素ドープ石英であるが、コアの不
純物の種類が異なる。

光ファイバＡ、　Ｂ、　Ｃのコアは、それぞれ、Ｇｅ、
Ｆ、　ＢとＦをドープした石英である。ドーパントを、
コア、クラッドについて表にすると、第１表のようにな
る。

第１表：光ファイバのコア、クラッドのドーパント形状
は、いずれも同一である。コア径が５０μｍφ、クラツ
ド径が１２５μｍφでこの上にシリコン樹脂、ポリアミ
ド樹脂をコードンたものである。

第３図によると、光ファイバＡがガンマ線によって、最
も大きく伝送損失が増加する、ということが分る。０．
１　ＭＲａｄ　ノ照射で、３００　ｄＢ／ｋｍ以上１ｈ
失がｔｉ大する。これはゲルマニウムをドープした光フ
ァイバである。

一方、ボロン（’Ｂ２０８）やふつ素をドープした光フ
ァイバＣは、ガンマ線によって、伝送損失があまりふえ
ない。Ｑ、１ＭＲａｄの照射で、１００ｄＢ／ｋｍ程度
の損失増加である。

さらに、ふっ素だけをドープした光ファイバＢは、ガン
マ線照射によって、殆んど伝送損失が増えない、という
事が分った。

同じ光ファイバＡ、　Ｂ、　Ｃに中性子線を照射した時
の、伝送損失増加の測定結果を第４図に示す。

横軸は照射時間（Ｈ）である。縦軸は光ファイバの伝送
損失増加量（ｄＢ／ｋｍ）である。熱中性子線の時間当
り照射量は、３．３　Ｘ　ｔｏ”ｎ／ｃｉ−気である。

熱中性子線にともなって、ガンマ線も照射されるが、ガ
ンマ線の強度は、４Ｘ１０８Ｒａｄ／Ｈであった。

中性子線は、気体との衝突によってガンマ線を生じるの
で、ガンマ線と分離を−で測定するのが難しい。

照射とともに、光ファイバＡの伝送損失が増大する・つ
づいて、光ファイバＢ、Ｃの伝送損失も増加してゆく。

光ファイバＡ、Ｃについては、第３図と比較して、中性
子線より、ガンマ線によって、伝送損失が増加したもの
と推測される。

例えば、光ファイバＡについては、第３図と第４図のガ
ンマ線だけの寄与から、それぞれガンマ線照射に対して
、約４　Ｘ　１０　”　ｄＢ／　Ｒａｄ、ｋｍの損失増
加となる。従って、光ファイバＡは、中性子線の影響を
殆ど受けないものと考えられる。

光ファイバＣについては、第３図、第４図から、ガンマ
線照射による伝送損失増加を計算してみると、いずれも
〜Ｉ　Ｘ　１Ｏ−８ｄＢ／Ｒａｄ−ｋｍ　であるが、僅
や・に第４図のものの方が多い。従つ−Ｃ，″Ｌ５、フ
ァイバＣも、ガンマ線によって損失が増大し、中性子ｇ
Ａを僅かに感じるかも知ｔ″Ｌない、といった程度であ
ることが分る。

ところが光ファイバＢは、これらと異なり、ガンマ線に
よって殆ど変化しないのに、中性子線照射によって、大
きく伝送損失が増加【−ている。

伝送損失増加は光ファイバＢの場合、大体、６　ｘ　１
０　ａｎ、７／　ｋｍ、ｎ　である。

光ファイバＢはボロンＢとふっ素Ｆがコアにドープされ
ている光ファイバである。光ファイバＣはふっ素Ｆがコ
アにドープされており、これは中性子線によって、殆ど
影響されない、と推測される。従って、中性子線によっ
て、伝送損失を増加させるのは、光ファイバＢのドーパ
ントの内、′ボロンＢであろうと考えられる。

こうして、コアにゲルマニウムがドープされている光フ
ァイバは、ガンマ線によって、著しく伝送損失が低下し
、コアにボロンがドープされている光ファイバは、中性
子線によって、伝送損失が低下することが分る。

中性子線を感する不純物がボロンＢであるから、コアに
ボロンを含む光ファイバであればなんでもよいわけであ
る。しかし、ボロンは石英に添加さらない。この場合、
それがドーパントとしてのふつ素の役割である。

（１）　発明の目的 本発明の目的は、 ＋１）　離散的に小型の検出器を並べ、るのではなく、
広い面積を、もれなくカバーできる、分布型の放射線検
出器を手えること、 （２）漏れ放射線がガンマ線であるのか？又は中性子線
であるのか？を検出できる放射線検出器を与えること、 である。

（オ）　発明の構成 第１図は本発明の漏洩放射線検出器の略構成例図である
。

１は原子炉の容器、医療用の放射線発生装置、実験用の
放射線発生設備などを示す。形状や寸法は任意であり、
放射線を発生する装置を示している。ここでは、原子炉
容器１と簡単によぶことにする。

原子炉容器１のまわりに、ゲルマニウムドープの第１光
フアイバＦ１と、ポロンドープの第２光フアイバＦ２と
を巻きつける。Ｆｌ、Ｆ２は、先述したように、それぞ
れ、ガンマ線、中性子線によって、伝送損失の低下する
性質がある。

光ファイバＦ１、Ｆ２の一端には、光コネクタ４．５を
取りつけである。第１発光素子２、第２発光素子３が光
コネクタ４．５に対向して設けられており、光ファイバ
Ｆ１、Ｆ２の中へ光を入射させる。

この光は、直流光であってもよいし、パルス光であって
もよい。

光ファイバＦ１、Ｆ２の他端には、光コネクタ６．７が
取り付けられている。光コネクタ６．７に対向して、受
光素子８．９が設けられる。受光素子８．９はｐｉｎホ
トダイオード、アバランシェホトダイオードなどである
。発光素子２．３は、発光ダイオード、レーデダイオー
ド又は、ハロゲンランプ、タングステンランプなどのラ
ンプを用いる事ができる。この場合、レンズなどを用い
て、光ファイバへ適確に入射させる。

一受光素子８．９は、光ファイバを透過してきた光の強
度に比例した光電流を生ずる。この光電流は、増幅器１
０．１１で増幅され、判定回路１２に入力される。

判定回路１２は、第１光フアイノ＜Ｆｌ、第２光フアイ
バＦ２を透過してきた光ｅ）％度を表示し、光強度が異
常に減少した時、警報を発するようにする０ （力）　作　用 発光素子２．３は、強度の一定１−た直流光、又は、パ
ルス幅、パルス間隔、ノ（パルス波高の一定なパルス光
を生ずる。

この光は、それぞれ、光ファイノ＜Ｆｌ、Ｆ２の「−を
透過して、他端に設けられた受光素子８．９に至る。光
ファイバＦ１、Ｆ２が放射線を受けなければ、受光素子
８．９に入る光の強度は一定である。

判定回路に人力される、第１Ｇ号九強度Ｌ１、第２信号
光強度Ｌ２は一定でちる。レベルメータ、記録計、コン
ピュータなどにこの信″；Ｊを入力し、表示する。

発光素子２．３がパルス光を出す場合は、増１１ｓ器１
０．１１の後段に積分回路などを入れて直流信号に直せ
ばよい。またパルス波高を直接読みとる回路を用いるこ
ともできる。

さて、原子炉容器１に穴がおいて、放射線力；漏れたと
する。光ファイバＦ１、Ｆ２は、広い範囲にわたって、
隈なく巻いであるから、どこ力・の部分で、光ファイバ
Ｆ１、Ｆ２は放射線照射を受ける。

放射線照射によって、光）′フイｔ＜　Ｆ　１、Ｆ２の
伝送損失が増大する。ガンマ線であれば、第１光フアイ
バＦ１の透過光の光強度が減少する。つまり、Ｌｌが減
少する。

放射線が中性子線であれば、第２光フアイ／＜Ｆ２６透
過光強度Ｌ２が減少する。

透過光の強度Ｌ１、Ｌｌの減少を検出した判定１司路１
２は、Ｌｌ、Ｌｌの値を表示し、記録するとともに、警
報を発するようにする。

Ｌｌ、又はＬｌのいずれの減少が著しいかによって、漏
洩放射線が、ガンマ線であるか中性子線であるかが分る
。判定回路１２は、この判定をも実行する。

（キ）　他の構成例 発光素子２．３が発生する光の強度は一定でなければな
らない。このため発光素子の駆動回路は、定電流回路な
どを含み、一定強度の光を発するよう工夫される。

しかし、経年変化により、発光素子２．３の発光暇が変
動する可能性がある。このような場合は、発光素子２．
３の発光＠をモニタすればよい。

第２図は、そのようなモニタ機構を設けた例を示す構成
図である。

発光素子２．３の光強度を検出するモニタ用受光素子１
６．１７が新たに設けられる。モニタ用受光素子１６．
１７の光電流は、モニタ用増幅器１８．１９で増幅され
、判定回路１２に入力される。

モニタ光の光強度Ｍ１、Ｍ２がこれによって分る。

Ｍｌ、Ｍ２が変動すると、光フアイバ全通過した信り光
強度Ｌ１、Ｌ２も同じたけ変動する。そこで、モニタ光
強度で、信日光強度を割って、Ｌ１／Ｍ１、Ｌ２／Ｍ２
をめる。この値は発光素子２．３の状態によらず、光フ
ァイバの伝送損失の変動だけに依存する値である。

この比の値の異常な低下を検出すれば、原子炉容器１か
らのガンマ線、中性子線の漏れを知ることができる。発
光素子２．３０発光量のゆらぎによって、誤った判定を
下すことがない。

（り）　効　果 ＋１１　数多くの離散的な検出器を必要とせず、広面積
をカバーする分布型検出器を与えることができる０ （２）２種類の光ファイバと、発光素子、受光素子、及
びその駆動回路、増幅回路だけで構成でき、単純な構成
となっている。

（３）　数多くの検出器を配置するものに比して、安価
である。

（４）光ファイバを巻きまわしだ全ての箇所に於ける放
射線の漏れと、その種類とを検出することができる。よ
り完全な漏洩検出器となる。

（５）万一、光ファイバが断線した場合、これは判定回
路１２に放て異常と判断されるから、そのまま見のがさ
れることはない。受光素子に入る光が全くＯであれば断
線だという事が直ちに分る。判定回路は、放射線漏れで
も、光ファイバの断線でもいずれにしても警報を発する
ようにできるから、断線事故も検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の漏洩放射線検出器の略構成図。 第２図は本発明の漏洩放射線検出器の他の例を示す略構
成図。 第３図はＧｅｌ’−フＡ、Ｂ、Ｆ　ト−７’Ｂ、Ｆ　ト
ープＣ光ファイバのガンマ線照射による伝送損失増加は
の測定結果を示すグラフ。横軸は、ガンマ線照射時開（
分）、縦軸は伝送損失増加量（ｄＢ／ｋｍ）である。ガ
ンマ線の強度は１０５Ｒａｄ　／　Ｈである。 第４図はガンマ線を伴う熱中性子線照射によって、Ｇｅ
ドープＡ、　Ｂ、　ｌｉ’ドープＢ、ＦドープＣ光ファ
イバの伝送損失の増加量の測定結果を示すグラフ。横軸
は照射時間（Ｈ）、縦軸は伝送損失増加量（ｄＢ／ｋｍ
）である。熱中素子のフフックスは、３．３　Ｘ　１０
９ｎ／、１．ｓｅｃ　ｆ、ガンマ線強度は４　Ｘ　１０
８Ｒａｄ／Ｈである。 １・　・・・・・・・・・原子炉容器 ２．３・・・・発光素子 ４．５．６．７・・・・光コネクタ ８．９・・・・・・・・・受光素子 １０．１１・・・・・・増幅器 １２　・・・・判定回路 １６．１Ｔ・・・　モニタ用受光素子 １８．１９　・°・・・モニタ用増幅器Ｆ１　・　・・
・・・Ｇｅドープ石英光ファイバＦ２　、、、、、、、
、、、、、−３３ド一プ石英光ファイバ発　明　者　小
　林　祥　延 椋　梨　浩　明 特許出願人　住友電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線を発生する装置の周囲に巻き回わされる、
   ゲルマニウムをコアにドープした石英系光ファイバであ
   る第１光フアイバＦ１と、ポロンをコアにドープした石
   英系光ファイバである第２光フアイバＦ２と、第１光フ
   アイバＦ１、第２光フアイバＦ２に光を入射させる発光
   素子２．３と、第１光フアイバＦ１、第２光フアイバＦ
   ２を透過した光の強度を検出する受光素子８．９と、そ
   れぞれの受光素子８．９の出力を監視１−１出力の低丁
   によって、漏洩放射線の存在と、その種類を検出する判
   定回路１２とより構成される事を特徴とする漏洩放射線
   検出器。
2. （２）発光素子２．３の発光量をモニタするモニタ用受
   光素子°１６．１７を設けた特許請求の範囲第＋１１項
   記載の漏洩放射線検出器。