JPS6236583A - 放射線測定装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、光ファイバを用いた放射線計測に係り、特に
核融合や加速器のように運転がパルス的であり、この運
転に合せて放射線が出力されるような間歇放射線源の計
測に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 光ファイバの耐放射線特性に関する研究は現在盛んに行
なわれており、この結果、光ファイバにおける各種放射
線特性が明らかにされつつある。

そこで、この光ファイバの特性について以下に説明する
。第２図は光ファイバの伝送機構を示す概略構造図であ
る。同図において光を伝送する中心部のコア１には純粋
シリカ系ガラス（Ｓｉ　０２　）にゲルマニウム（Ｇｅ
　）やリン（Ｐ）を化学的に結合させて、純粋シリカ系
ガラスより屈折率の高い石英ガラスを使用する。このコ
ア１の回りのクラッド２には純粋シリカ系ガラスを使用
する。

ところで、コア１とクラッド２では屈折率が異なるので
、その境界面で光３を全反射させてコア１内部に光３を
閉じ込め、これによって光の伝送を行なうように構成さ
れている。

このような伝送機構を持つ光ファイバに対して高エネル
ギーの放射線を照射すると化学的結合に欠陥が生じて、
これが核となりカラーセンタと呼ばれる光の吸収部が発
生する。このカラーセンタはその生成プロセス又は光フ
ァイバの材質及び構造が同一であれば、放射線の照射線
量に比例して増加することが知られている。また、この
カラーセンタは光フアイバ内を伝送する光の波長により
、その吸収率が変化する波長特性を持っているが、一般
の光通信で用いられる短波長帯（０，８５μｍ前後）で
は比較的大きな吸収率を示す。そして、このカラーセン
タによる吸収が光フアイバ自身の伝送損失の増加として
観測される。

第３図に光波長を０．８５μｍとして一般的な光通信用
石英ガラスファイバのコバルト６０（［１０ＣＯ）によ
る定照射線量率におけるγ線照射量と光ファイバの伝送
損失の関係を示す。何区に示す通り、光ファイバの伝送
損失団は、放射線の照射量の増加に従って増加し、照射
を終了すると徐々に回復する特性を示す。この特性につ
いて以下に説明する。

γ線の照射により光フアイバ中に発生したカラーセンタ
は、γ線の照射中及び照射後徐々に消滅し伝送損失が回
復していく。しかしながら、γ線の照射中はカラーセン
タの消滅速度より生成速度が上回っているため実際は伝
送損失が増加する。

そして、このカラーセンタの消滅プロセスは、放射線照
射により光フアイバ中にカラーセンタを形成していたト
ラップ単位の電子等が外部から与えられたエネルギーを
吸収して伝導レベルに一旦持ち上げられたのち再結合す
ることによってカラーセンタが消滅して光フアイバ中の
光の吸収部がなくなり伝送損失が回復する。カラーセン
タを消滅させる外部エネルギーは、熱と光フアイバ自身
を伝送する光によるものとの２種類あり、前者をサーマ
ルブリージング、後者をホトブリージングと呼んでいる
。

上述したように、カラーセンタの生成速度および消滅速
度は、光ファイバの材質及び構造が同一でありかつ外部
温度がほぼ一定の状態でしかも光フアイバ中を伝送する
光波長と入射強度が一定であれば、特定放射線照射量に
対する光ファイバの伝送損失特性は再現性のある現象と
して観測される。さらに、この伝送損失特性は特定放射
線の線量率（単位時間当りの照射量）にほとんど依存性
をもたない光ファイバの材質及び構造と光源の波長の提
案も行なわれており、これらを巧みに選択して用いると
全放射線照射量に比例した放射線測定装置が可能となる
。そして、この全放射線照射量を測定することは周辺材
料の寿命判定上、重要な要素をなすものである。

そこで、光ファイバの照射放射線量にほぼ比例して伝送
損失が増加する特性を用いて照射放射線量の計測を行な
う方法が提案されている。

次に、このような特性を利用して全放射線照射量を測定
する従来方法を第４図について説明する。

同図において、光源４は発行ダイオード（ＬＥＤ）やレ
ーザダイオード（ＬＤ）などで構成された一般的な安定
化光源であり、定波長、定出力の光を安定的に出力する
装置である。放射線１ＩＩ５は、例えばγ線の出力源と
してはコバルト６０（［＋０ＣＯ）等がそれに相当する
。パワーメータ７は入射光の光強度を計測する装置であ
り、センサーにはシリコンやゲルマニウムを用いたホト
ダイオード（ＰＤ）が使用されている一般的な光計測装
置である。

記録計８はパワーメータ７で計測した入射光強度の時間
変化を記録する装置である。センサ光ファイバ６は照射
放射線量に対する光損失量の関係が事前に判明している
光ファイバである。そして、このセンサ光ファイバ６は
図示した通り放射線源５の近傍に置かれ、その一部が放
射線の照射を受ける測定系を構成する。なすわら、光源
４を出射した定波長、定出力の光はセンサ光ファイバ６
内を伝送し、パワーメータ７に入射する構成をなしてい
る。このとき、センサ光ファイバ６の一部は放射線源５
の照射を受け、前述した理由により光損失が増加する。

そして、この光損失はパワーメータ７の入射光の光量低
下として計測され、これが記録計８で記録される。

次にこの測定系において、放射線源５から出力する放射
線が間歇的である場合の記録計８で記録されるデータに
ついて説明する。

第５図は、このデータの一例を示すグラフである。ここ
で、損失ｄＯは放射線と関係ない光フアイバ６固有のも
のである。時刻Ｔ１から放射線の照射を開始し時刻Ｔ２
で停止する。この間放射線の照射を受けたセンサ光ファ
イバ６は前述した理由により光強度がＤｌからＤｌに減
少し、この損失量はｄｌである。そして放射線の照射停
止時間Ｔ２からＴ３の間このセンサ光ファイバ６は前述
した理由により損失が低下し光強度Ｄ３まで回復する。

次に時刻Ｔ３にて再度放射線の照射を受けたセンサ光フ
ァイバ６は、損失が増加し、時刻Ｔ４では光強度はＤ４
になり、この期間ｔ２で増加した損失量はｄ２である。

そして、このセンサ光ファイバ６が受けた全放射線機は
、この光ファイバ６の事前に測定しである初期特性と比
較して損失増加分ｄｉ　＋　ｄ２から求めていた。

ところで、ここで問題となるのは全照射放射線量を求め
る場合、間歇的に照射された各放射線量に対づる損失増
加分ｄｌ、ｄ２をそれぞれ求めて加算する必要があり、
現在の増加Ｗｉｄ３から直接放射線間を求めることがで
きない点である。これは前述した光ファイバの放射線特
性に起因しており、光フアイバ自身がサーマルブリージ
ングやホトブリージング等の回復特性を持っているため
、放射線の照射による伝送損失増加分を未照射中は保存
できないと言う特性による。そして、この損失増加量は
放射線の照ｒｓｍに比例するため、個々に増加した量を
すべて求める手法が必要となり、記録計等によりすべて
の履歴を取る必要がある。

この方式がパルス運転でありこれにともない放射線を放
出する核融合等に適用した場合には、膨大な記録が必要
となり、経済的にもデータの管理上も不具合である。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は、間歇放射線源の周辺材料の寿命推定における全照射
放射線量の測定を、光ファイバを用い′て広範囲に測定
できかつ全照射放射線量を常時表示して監視できるよう
にするとともに所定の値を越えた場合は警報を出力する
ようにした安全でかつ経済的な放射線測定装置を提供す
ることにある。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成するために、間歇的に放射線を
放出する放射線源を光ファイバを用いて計測する放射線
測定装置において、放射線放出開始信号と放射線放出停
止信号に同期して前記光ファイバからの光強度を測定す
る測定手段と、前記測定した光強度を記憶する記憶手段
と、前記放出開始と放出停止の運転内５ｉｌｌ毎に記憶
した光強度の２１ｉ１１から差分を算出する減算手段と
、前記運転周期毎に算出された伝送損失の差分値をすべ
て加算する加算手段と、この加算手段ですべて加算した
伝送損失量に対応する全放射線照射量を算出する演算手
段と、この演算手段で算出した全放射線照射量を表示す
る表示手段とを具備したものである。

そして、すべて加算した伝送損失量に対応する全放射線
照射量が所定の値を越えると警報を出力する警報手段を
備えている。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成図を示すものである。

同図において、光源１０は発行ダイオード（ＬＥＤ）や
レーザダイオード（ＬＤ）などで構成され、定波長、定
出力の光を安定的に出力する安定化光源であり、放射線
源１１は例えばγ線を放出するコバルト６０（６０ＣＯ
）等がそれに相当する。パワーメータ１３は入射光の光
強度を計測する装置であり、センサーにはシリコンやゲ
ルマニウムを用いたホトダイオード（ＰＤ）が使用され
ている一般的な光計測装置である。センサ光ファイバ１
２は照射放射線量に対する光損失量の関係が事前に判明
している光ファイバである。そして、このセンサ光ファ
イバ１２は図示した通り放射線源１１の近傍に置かれ、
その一部が放射線の照射を受ける測定系を構成する。な
すわち、光源１０を出射した定波長、定出力の光はセン
サ光ファイバ１２内を伝送し、パワーメータ１３に入射
するように構成されている。このとき、センサ光ファイ
バ１２の一部は放射線源１１の照射を受け、前述した理
由により光損失が増加する。そして、この光損失はパワ
ーメータ１３の入射光の光量低下として計測される。そ
して、パワーメータ１３で計測したセンサ光ファイバ１
２の入射光強度は、入出力装置（ＰＩｌｏ＞１４を介し
て計算機１５へ入力される。

次に、本実施例の計算機１５内の機能を第１図の計算機
１５内に示したフローチャートについて説明する。今、
放ｔＪ４ｗＡ測定開始指令２０が出されると、放射線源
１１から放射線が放出されるタイミング、例えば核融合
装置の場合ではプラズマ点火タイミングがこれに相当す
るが、この放射線放出開始タイミングの信号１８が入出
力装置１４を介して計算機１５に入力する。そこで、第
１ステツプ２１ではこの信号１８が入力したタイミング
で計算機１５は、光強度Ｄ１を測定し、次の第２ステツ
プ２２においてこの測定値を一時記憶する。同様に、放
射線放出停止タイミングの信号１９が入出力装！！１４
を介して計算機１５に入力する。すると、第３ステツプ
２３ではこの時の光強度Ｄ２を測定し、次の第４ステツ
プ２４でこの測定値を一時記憶する。そして、この開始
信号１８と停止信号１９が入力する間、センサ光ファイ
バ１２は放射線の照射を受けて伝送損失が増加する。次
の第５ステツプ２５ではこの増加した伝送損失間を０２
−Ｄ＋　＝　ｄｌで処理する。そして、第６ステツプ２
６では今回測定し処理したｄｌ　を、これ以前に同様の
処理で求めていた全伝送損失量に加算する。つまり、こ
こまでの放射線による伝送損失の増加履歴をΣｄｎとし
てその値を求める。

一方、このセンサ光ファイバ１２は既に説明した第３図
に示したグラフと同様な放射線特性をもっており、これ
は事前に測定されている。そして、この光ファイバの放
射線量に対する伝送損失の関係は、非直線であるのが一
般的である。そこで、この非直線カーブを近似して求め
るために伝送損失値を所定の区間に区分し、この区間の
放射線量は直線で変化するとして、折線近似の手法を用
いて計算する。

次の第７ステツプ２１では折線近似を使って伝送損失の
増加履歴Σｄｎから全放射線照射量γを求める。そして
、第８ステツプ２８では前段の第７ステツプ２７で求め
た放射線量γの表示処理及び表示をする。次に、第９ス
テツプ２９において前段の第８ステツプ２８で求めたγ
と所定の値αの大小を判別し、γがαより小さければ第
１ステツプ２１に戻され次の運転に対する準備を行い、
放射線放出開始信号の受付を許可する処理を行う。また
、γがαより大きい場合は、次の第１０ステツプ３０に
おいて危険な状態として警報出力処理を行い、入出力装
Ｗ１４を介して警報表示信号を出力しＬＥＤ表示１６及
び警報表示１７をするとともに、運転停止（放射線の放
出停止）等の適正な処理を行う。尚、この所定の値αは
放射線の照射を受ける周辺材料の耐放射線特性の上限値
で決まるものである。−例を示すと、絶縁材料として１
ｆｌｉｌやケーブルに広く用いられているポリエチレン
（ＰＥ）ではγ線に対して１　ｘ　１０８　ｒａｄがそ
の上限値として示されている。また、この説明では、伝
送損失の増加履歴から全放射線照射量を求める方法とし
て折線近似を用いたが、他の近似方法を用いても良く、
また、警報出力用の上限値設定も複数にして設定するこ
ともでき、これらは本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、間歇放射線源の周
辺材料の寿命推定における全照射放射線量の測定を光フ
ァイバを用いて広範囲に測定でき、且つ全照射放射線量
を常時表示して監視することができ、さらに上限値設定
を行なうことにより安全で経済的な放ｔＪ４１！ｉｌ測
定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成図、第２図は光ファ
イバの構造図、第３図は光ファイバのγ線照射に対する
伝送損失の変化を示した特性図、第４図は従来の放射線
計測装置の構成図、第５図は間歇放射線源から放出され
た放射線に対する光ファイバの伝送損失変化を示した特
性図である。 １０・・・光源 １１・・・放射線源 １２・・・センサ光ファイバ １３・・・パワーメータ １４・・・入出力装置 １５・・・計陣機 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第　　ｔ　　図 泉　２　　■ 時間を 第　４−　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）間歇的に放射線を放出する放射線源を光ファイバ
   を用いて計測する放射線測定装置において、放射線放出
   開始信号と放射線放出停止信号に同期して前記光ファイ
   バからの光強度を測定する測定手段と、前記測定した光
   強度を記憶する記憶手段と、前記放出開始と放出停止の
   運転周期毎に記憶した光強度の２値から差分を算出する
   減算手段と、前記運転周期毎に算出された伝送損失の差
   分値をすべて加算する加算手段と、この加算手段ですべ
   て加算した伝送損失量に対応する全放射線照射量を算出
   する演算手段と、この演算手段で算出した全放射線照射
   量を表示する表示手段とを具備したことを特徴とする放
   射線測定装置。
2. （２）全放射線照射量が所定の値を越えると警報を出力
   する警報手段を備えている特許請求の範囲第１項記載の
   放射線測定装置。