JP6433764B2 - 放射線測定装置および放射線測定方法 - Google Patents

Description

この発明の実施形態は、放射線量を測定するための装置および方法に関する。

放射線モニタ用検出器は、たとえば原子力発電所や核燃料取扱施設に設置され、各所の放射線レベルを測定する。ここで、たとえばイオンチェンバを用いる放射線検出器は、高い湿度の下では正常に動作しない。そのため、放射線検出器とケーブルとを接続するコネクタ部を覆うように保護缶を取り付けて、放射線検出器および保護缶の全体に熱収縮チューブを被せることにより湿分の浸入を防止する構造が知られている。

しかし、原子力発電所の想定事故として、従来考えられていた設計基準事故としての冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）よりもさらに厳しい重大事故（シビアアクシデント）を想定すると、放射線モニタ用検出器が設置された環境がさらに厳しくなり、従来の方法では検出器の健全性の確保が困難になる可能性がある。

なお、シビアアクシデント時にケーブル貫通部のシール性を高める技術として、たとえば貫通部分を高温高圧でも炭化しない部材で固め、ケーブルと貫通部分を一体構造とするものが知られている（特許文献１）。

特開平５−４５４８８号公報

検出器を保護する目的で取り付けられる従来の保護缶は、従来のＬＯＣＡ条件である、たとえば温度１７１℃、相対湿度１００％、圧力１．７ｋＰａ［ｇａｇｅ］で機能を維持するように設計されており、シビアアクシデント時の環境条件に現状のまま対応することは難しい。

放射線モニタ用検出器の設置環境として、シビアアクシデント時には環境温度２００℃以上、相対湿度１００％、圧力４ｋＰａ［ｇａｇｅ］の状態が１０日間継続することが想定される。この条件下では保護缶のケーブル貫通部分や保護缶と検出器の隙間にリークパスが発生することで湿分がインリークし、コネクタで結露を発生させ検出器信号の乱れが発生することが予想される。そのため、さらなる検出器の耐湿性の向上が必要である。

前述のような従来の貫通部シール技術を用いてコネクタ貫通部を完全に塞ぐことにより、検出器のシール性を向上させることは可能である。しかし、その場合、ケーブルと保護缶が一体構造となってしまい、取り外しが困難になる。検出器は定期的に校正する必要があるため、保護缶やコネクタは容易に着脱できることが望ましく、ケーブル貫通部やコネクタをモールドして気密性を高めることは保守性を低下させる要因になる。

そこで本発明の実施形態は、放射線測定装置に要求される保守性を維持しつつ耐湿性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る放射線測定装置は、開閉可能な検出器容器と、前記検出器容器内に収容された放射線検出器と、前記検出器容器を貫通して延びて前記放射線検出器に接続されて前記放射線検出器に電源を供給し信号を伝達するケーブルと、前記検出器容器内に収容されていて、前記検出器容器内を加圧して前記検出器容器内の圧力を前記検出器容器外の圧力よりも高い状態を所定の期間維持できる加圧装置と、前記検出器容器内の環境が前記放射線検出器の動作に影響を与える異常状態になったことを検出する環境異常検出器と、を有し、前記加圧装置は、前記環境異常検出器が前記検出器容器内の環境異常を検出したときに前記検出器容器内を加圧するように構成されていること、を特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る放射線測定方法は、開閉可能な検出器容器と、前記検出器容器内に収容された放射線検出器と、前記検出器容器を貫通して延びて前記放射線検出器に接続されて前記放射線検出器に電源を供給し信号を伝達するケーブルと、前記検出器容器内の環境が前記放射線検出器の動作に影響を与える異常状態になったことを検出する環境異常検出器と、を有する放射線測定装置を用いて、事故時に湿度が上昇する箇所での放射線量を測定する方法であって、前記事故時に前記検出器容器内の環境が前記放射線検出器の動作に影響を与える異常状態になったことを前記環境異常検出器によって検出するステップと、前記異常状態が検出されたときに前記検出器容器内の圧力を前記検出器容器外の圧力よりも高めるステップと、前記検出器容器内の圧力を前記検出器容器外の圧力よりも高めた状態で前記放射線測定装置を用いて放射線量を測定するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、放射線測定装置に要求される保守性を維持しつつ耐湿性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る放射線測定装置の模式的構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線測定装置の開閉機構とその周辺の模式的構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る放射線測定装置の模式的構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る放射線測定装置の模式的構成図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る放射線測定装置の開閉機構とその周辺の模式的構成図である。

放射線測定装置１１は、放射線検出器１２と、コネクタ１３と、ケーブル１４と、加圧装置１５と、環境異常検出器１６と、検出器容器１７と、を有する。

放射線検出器１２は、たとえばイオンチャンバを用いた放射線検出器である。コネクタ１３は放射線検出器１２とケーブル１４とを着脱可能に接続するものである。

検出器容器１７は、放射線検出器１２と、コネクタ１３と、加圧装置１５と、環境異常検出器１６とを収容し、開閉可能である。

ケーブル１４は貫通部１８で検出器容器１７を貫通する。ケーブル１４は、放射線検出器１２に外部からの電源を供給し、また、外部との間で信号を伝達する。

検出器容器１７を閉じた状態で、貫通部１８は、たとえば接着剤によりシールされ、貫通部１８をシールした状態で、検出器容器１７をほぼ密閉状態に保つことができる。検出器容器１７の開閉のために、たとえば、図示しない複数のフランジを設けて、これらのフランジ同士をネジで締め付けることによりシールを行う。

加圧装置１５は、高圧タンク（ボンベ）２０と、開閉機構２１とを備えている。高圧タンク２０には、少なくともシビアアクシデント時に予想される検出器容器１７外側の最大圧力よりも高い圧力の不活性ガス（たとえば窒素ガス）があらかじめ封入されている。

開閉機構２１は、高圧タンク２０に接続された電動弁２２と、電動弁２２を駆動する弁駆動機構２３とを備えている。弁駆動機構２３は、電動弁２２を直接駆動する電動機２４と、電動機２４に電力を供給する電池２５と、電動機２４に供給する電力をオン・オフするスイッチ２６とを備えている。スイッチ２６は、通常時は開いていて、環境異常検出器１６が検出器容器１７内の環境の異常を検出したときに、閉じるように構成されている。

電動弁２２は、通常時は閉じている。環境異常検出器１６が検出器容器１７内の環境の異常を検出してスイッチ２６が閉じると、電動機２４が起動して電動弁２２が開くように構成されている。

環境異常検出器１６は、シビアアクシデントなどにより検出器容器１７内の環境が変化して、放射線検出器１２が正常に動作しなくなる状況を検知するためのものであり、この第１の実施形態では、温度検出器である。温度検出器（環境異常検出器）１６は、たとえばバイメタルであってもよい。

以上説明した構成において、通常時には、前述のように、スイッチ２６はオフになっていて、電動弁２２は閉じている。シビアアクシデント時には、検出器容器１７の周囲の温度が異常に上昇し、それに伴って検出器容器１７内の温度も上昇する。この温度上昇を温度検出器（環境異常検出器）１６が検出し、それによって、スイッチ２６が自動的にオンになり、電動機２４の動作により電動弁２２が開く。これにより、高圧タンク２０内の不活性ガスが電動弁２２を通って検出器容器１７内に流出し、検出器容器１７内の圧力が高くなる。これにより、検出器容器１７外の湿分が検出器容器１７内に流入するのを防ぐことができ、湿分による放射線検出器１２の誤動作や故障を防ぐことができる。

また、放射線検出器１２を校正する際は、検出器容器１７を開き、放射線検出器１２とコネクタ１３とを切り離して、放射線検出器１２を検出器容器１７から取り出す。放射線検出器１２の校正が終了した後に、放射線検出器１２を検出器容器１７内に収納し、放射線検出器１２とコネクタ１３とを接続する。その後に、検出器容器１７を閉じてシールする。

従来のコネクタ貫通部では気密性の低下があったが、この実施形態によれば、気密性の低下を抑制することができる。また、検出器容器１７のシールはフランジを締め付けるネジの締め付けトルクのみに依存するようになり、熱収縮チューブでシールしていた従来の方法に比べ、設置に専門技術が不要になる。

前述のように、シビアアクシデントなどの原子力発電所事故時には、検出器容器１７内の圧力が検出器容器１７外の圧力よりも高く維持され、検出器容器１７外からのインリークが防止される。この状態を１０日間持続するだけの不活性ガスを検出器容器１７にあらかじめ封入しておくことで、アウトリークを継続させながら、環境条件が落ち着くまで放射線検出器１２を保護することができる。

検出器容器１７の容積をＶ１、高圧タンク２０の容積をＶ２、高圧タンク２０内の気体の圧力をＰ１、検出器容器１７内で高圧タンク２０の外側の圧力をＰ２、検出器容器１７周囲の外圧をＰ３、検出器容器１７の電動弁２２でのリークレートをＫ、気密に必要な期間をＴとすると、次の式の条件を満たすならば、内圧Ｐ１を外圧Ｐ２よりも高く維持することができる。

Ｖ１＝９Ｌ，Ｖ２＝１Ｌ，Ｐ１＝１０００ｋＰａ，Ｐ２＝１０１．３ｋＰａ，Ｐ３＝１０５．３ｋＰａとしたとき、１０日間で内圧が外圧と等しくなるようなリークレートは約１Ｐａ・Ｌ／ｓｅｃとなる。一般的なＯリングのリークレートは１×１０^−１〜１×１０^−４Ｐａ・Ｌ／ｓｅｃ程度なので、上式を満たすようにパラメータを設定することで事故後１０日間の間インリークを防ぐことが可能である。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は第１の実施形態の変形であって、環境異常検出器１６として、圧力検出器を用いる。圧力検出器としては、たとえばダイアフラム式圧力計を用いることができる。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

原子力発電所のシビアアクシデント時には、放射線測定装置１１の設置位置で、温度のみならず圧力も異常に上昇することが考えられる。その場合に、検出器容器１７の外側の圧力上昇によって検出器容器１７の外側のガスが検出器容器１７内に流入し、検出器容器１７内の圧力が異常上昇する。圧力検出器（環境異常検出器）１６により、この検出器容器１７内の圧力の異常上昇が検出される。それにより、第１の実施形態と同様に、弁駆動機構２３のスイッチ２６がオンになり、電動弁２２が開になり、高圧タンク２０内の不活性ガスが検出器容器１７内に流出する。これにより、その後、検出器容器１７の外側から検出器容器１７内への湿分の流入を阻止することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は第１の実施形態の変形であって、環境異常検出器１６として、検出器容器１７内の放射線量の異常上昇を検出する放射線量異常上昇検出器を用いる。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

原子力発電所のシビアアクシデント時には、放射線測定装置１１の設置位置で、温度のみならず放射線量も異常に上昇することが考えられる。したがって、放射線量異常上昇検出器（環境異常検出器）１６により、放射線量異常上昇が検出される。それにより、第１の実施形態と同様に、弁駆動機構２３のスイッチ２６がオンになり、電動弁２２が開になり、高圧タンク２０内の不活性ガスが検出器容器１７内に流出する。これにより、その後、検出器容器１７の外側から検出器容器１７内への湿分の流入を阻止することができる。

なお、この場合の変形例として、放射線検出器１２を放射線量異常上昇検出器（環境異常検出器）１６と兼用させることもできる。

［第４の実施形態］
図３は、本発明の第４の実施形態に係る放射線測定装置の模式的構成図である。

この実施形態では、上記第１ないし第３の実施形態の電動弁２２（図１、図２）に代えて熱可塑性弁３０が用いられる。そして、この実施形態では、弁駆動機構２３、環境異常検出器１６（図１、図２）は不要である。その他の構成は、第１ないし第３の実施形態と同様である。

通常時には、熱可塑性弁３０は閉じている。シビアアクシデント時には、検出器容器１７の周囲の温度が異常に上昇し、それに伴って熱可塑性弁３０は変形し、弁開となる。これにより、第１ないし第３の実施形態と同様に、高圧タンク２０内の不活性ガスが熱可塑性弁３０を通って検出器容器１７内に流出し、検出器容器１７内の圧力が高くなる。これにより、検出器容器１７外の湿分が検出器容器１７内に流入するのを防ぐことができ、湿分による放射線検出器１２の誤動作や故障を防ぐことができる。

［他の実施形態］
以上説明した各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第１ないし第３の実施形態の環境異常検出器１６として、検出器容器１７内に温度検出器と圧力検出器と放射線量異常上昇検出器のうちの２個または３個を配置し、これらの環境異常検出器１６がシビアアクシデント発生を示す異常出力を出したときに、それらの出力のアンド条件またはオア条件によって弁駆動機構２３のスイッチ２６をオンとするようにロジック回路を構成することが考えられる。これにより、種々の環境異常検出器１６の信頼性を考慮し、誤動作を避けながら放射線測定装置１１の機能を維持することができる。

上記説明では、原子力発電所に用いる放射線測定装置について説明したが、この放射線測定装置は原子力発電所に限らず、その他の核物質取り扱い施設にも適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１ 放射線測定装置
１２ 放射線検出器
１３ コネクタ
１４ ケーブル
１５ 加圧装置
１６ 環境異常検出器（温度検出器、圧力検出器、放射線量異常上昇検出器）
１７ 検出器容器
１８ 貫通部
２０ 高圧タンク（ボンベ）
２１ 開閉機構
２２ 電動弁
２３ 弁駆動機構
２４ 電動機
２５ 電池
２６ スイッチ
３０ 熱可塑性弁

Claims (9)

1. 開閉可能な検出器容器と、
   前記検出器容器内に収容された放射線検出器と、
   前記検出器容器を貫通して延びて前記放射線検出器に接続されて前記放射線検出器に電源を供給し信号を伝達するケーブルと、
   前記検出器容器内に収容されていて、前記検出器容器内を加圧して前記検出器容器内の圧力を前記検出器容器外の圧力よりも高い状態を所定の期間維持できる加圧装置と、
   前記検出器容器内の環境が前記放射線検出器の動作に影響を与える異常状態になったことを検出する環境異常検出器と、
   を有し、
   前記加圧装置は、前記環境異常検出器が前記検出器容器内の環境異常を検出したときに前記検出器容器内を加圧するように構成されていること、
   を特徴とする放射線測定装置。
2. 前記加圧装置は、
   大気圧よりも高圧の高圧ガスを封入可能な高圧タンクと、
   前記高圧タンク内に封入された高圧ガスを前記高圧タンク外の前記検出器容器内に解放可能な開閉機構と、
   を備えること、を特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
3. 前記開閉機構は、電動弁と、前記電動弁を駆動する弁駆動機構とを含むこと、を特徴とする請求項２に記載の放射線測定装置。
4. 前記環境異常検出器は温度検出器であって、
   前記加圧装置は前記温度検出器が前記検出器容器内の温度異常上昇を検出したときに前記検出器容器内を加圧するように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の放射線測定装置。
5. 前記環境異常検出器は圧力検出器であって、
   前記加圧装置は前記圧力検出器が前記検出器容器内の圧力異常上昇を検出したときに前記検出器容器内をさらに加圧するように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の放射線測定装置。
6. 前記環境異常検出器は前記検出器容器内の放射線量異常上昇を検出する放射線量異常上昇検出器であって、
   前記加圧装置は前記放射線量異常上昇検出器が前記検出器容器内の放射線量異常上昇を検出したときに前記検出器容器内を加圧するように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の放射線測定装置。
7. 前記放射線量異常上昇検出器は前記放射線検出器と兼用するものであること、を特徴とする請求項６に記載の放射線測定装置。
8. 前記開閉機構は、前記検出器容器内の温度異常上昇によって開く熱可塑性の弁を含むこと、を特徴とする請求項２に記載の放射線測定装置。
9. 開閉可能な検出器容器と、
   前記検出器容器内に収容された放射線検出器と、
   前記検出器容器を貫通して延びて前記放射線検出器に接続されて前記放射線検出器に電源を供給し信号を伝達するケーブルと、
   前記検出器容器内の環境が前記放射線検出器の動作に影響を与える異常状態になったことを検出する環境異常検出器と、
   を有する放射線測定装置を用いて、事故時に湿度が上昇する箇所での放射線量を測定する方法であって、
   前記事故時に前記検出器容器内の環境が前記放射線検出器の動作に影響を与える異常状態になったことを前記環境異常検出器によって検出するステップと、
   前記異常状態が検出されたときに前記検出器容器内の圧力を前記検出器容器外の圧力よりも高めるステップと、
   前記検出器容器内の圧力を前記検出器容器外の圧力よりも高めた状態で前記放射線測定装置を用いて放射線量を測定するステップと、
   を備えたことを特徴とする放射線測定方法。

Images