JPH0579952B2

JPH0579952B2 -

Info

Publication number: JPH0579952B2
Application number: JP10559588A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Sato; Masayasu Mito
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1993-11-05
Also published as: JPH01276087A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は放射性水モニタ装置、特に放射性廃水
中に含まれる低エネルギー放射能を高感度で測定
する装置に関する。

［従来の技術］近年、原子力や放射性同位元素（以下RIとい
う）利用が盛んなるに従い、放射性廃液が大量化
し、RI核種も多種類にわたるようになつてきて
いる。そこで、安全管理の立場から、これら放射
性廃水の性状に応じた放射能濃度の測定監視を行
う必要がある。

従来は放射性廃液をサンプリングし、液体シン
チレーシヨンカウンタで測定するか、あるいは
GM管の放射線検出窓面やシート状プラスチツク
シンチレータの検出面に測定対象の廃液を流しな
がら測定する方法などがとられている。

しかし、前者のサンプリング方式は検出感度は
高いが、リアルタイム測定ができないという問題
点がある。また、後者の検出面に被測定廃液を流
す方式では低エネルギーβ線に対し検出感度が低
いため、トリチウム排水に係る許容濃度に対応す
る低濃度放射性廃液のリアルタイム測定が困難で
あるという問題点がある。

従つて、現状においては、トリチウムのような
低エネルギーβ線の高感度測定にはリアルタイム
的でないが、前者のサンプリング方式を取り、適
宜タイミングでの測定が実施されている。一方、
中高エネルギーβ線核種に対しては後者の水モニ
タ装置が一般に普及利用されている。

［発明が解決しようとする課題］既述のような水モニタ装置の普及に加え、今後
は低エネルギーβ線、特にトリチウムの廃液が増
大することが予想される。このため、放射線安全
管理の観点から、排水に係るトリチウムの許容濃
度３×10^-3μCi／cm³に対応する低エネルギーβ線
をリアルタイムで実測できる水モニタ装置の開発
が待たれる。すなわち、現在の電力供給の27％に
及ぶ原子力発電、特に重水炉ではトリチウムの生
成量が膨大となろうとしている。また、核融合研
究では１回のトリチウムの使用量だけでも10万Ci
を越すといわれており、さらにその量が増大しよ
うとしている。そのほか、中性子発生用ターゲツ
ト、生物医学でのトレーサーとしてトリチウムが
大量に使用され、廃液の増加が必然的に生じる。
従つて、確実、簡便、経済的にトリチウムの許容
濃度をリアルタイムで実測する高感度の水モニタ
装置が必要である。

しかしながら、測定対象のトリチウムβ線は、
水中での最大飛程がわずか数μmであり、空気中
（１気圧）では数mmである。従つて、廃液から放
射線検出器へ入射するトリチウムは数μm以内の
極わずかな層内に存在するものだけである。さら
に、検出器に放射線入射窓がある場合、窓の厚さ
が数μmの水に相当する厚さを有するため、トリ
チウムβ線は検出器の有感部に達する以前に吸収
され、検出することができない。

これらのことから、トリチウム測定は既述した
サンプリング方式のように検出器としての液体シ
ンチレーシヨンカウンタの検出部に廃液を直接取
り入れて測定することによつて行なわれている。

そこで、液体シンチレーシヨンカウンタについ
て第３図に基づいて説明する。この測定には放射
線の照射があると、エネルギーに応じた発光をす
る液体状のシンチレータが利用される。まず、シ
ンチレータに測定対象である廃液を混合し、容積
20ml（普及型）の透明ガラスびん１０（乳白色の
フツ素樹脂系びんの場合もある）に適量注入す
る。すると廃液中の放射性物質より発せられる放
射線によりシンチレータが発光する。このシンチ
レータからの発光を光電子増倍管１２で受け、光
電子変換後、電子増倍（10⁷倍）する。そして、
同時回路１４、直線増幅器１６、計数率計１８を
経て発光を電気パルスとして測定する。

さらに、測定結果は、記録計２０に表示すると
ともに、測定結果が所定値以上である場合には警
報計２２でこれを表示する。なお、光電子増倍管
１２は通常２本からなり、光電子増倍管１２自身
の熱電子ノイズと放射線の信号を区別する。すな
わち、熱電子ノイズは各光電子増倍管１２それぞ
れ独自に発生する。一方、放射線による発光は両
光電子増倍管１２に同時に入射する。従つて同時
回路１４で両光電子増倍管１２からの同時に得ら
れる信号のみを放射線による発光として計測すれ
ば、同時信号とならない熱電子ノイズを除去で
き、目標とする放射線を有効に測定できる。

さらに、この方法は測定を阻害する廃液中や放
射線入射窓でのエネルギー損失がなく、シンチレ
ータ光にその全エネルギーが有効に利用されるの
で低エネルギーβ線の測定に有効である。

しかし、このような液体シンチレーシヨンカウ
ンタは高感度化が見込まれるが、リアルタイム測
定ができないことから、連続計測が行える水モニ
タ装置とはならない。そこで、液体シンチレータ
部をシート状プラスチツクシンチレータあるいは
粒状プラスチツクシンチレータに代え、その表面
に廃液を流しながらリアルタイム測定する方法が
用いられている。この方法は直接シンチレータに
廃液が接しているので低エネルギーβ線の測定が
可能である。しかし、廃液層が厚いとシンチレー
タ面から廃液側に入るに従い、廃液による自己吸
収をともない検出効率を低下させる。すなわち、
トリチウムについては既述したように測定に有効
な廃液層の厚さは最大飛程に相当する数μmであ
り、これを超えることはない。

従つて、この方法では、トリチウムの排水に係
る許容濃度の測定などの低エネルギー放射線の測
定の場合にはシンチレータ各部の構造を特別に対
応したり、長時間（例えば30分程度）にわたる放
射線計数の積算により統計的変動を小さくして測
定すること等の工夫が必要である。これらのこと
から、リアルタイム測定では感度の向上を図るこ
と必要であることが分る。

さらに、シート状シンチレーシヨン方式では長
時間測定に利用しているとると水垢の固着、汚泥
の沈着、放射性物質による汚染を伴う。そして、
これによつて低エネルギーβ線の吸収層が形成さ
れたり、バツクグラウンドが高まり検出感度が低
下するなどの欠点を生じ、測定結果への信頼性を
失う結果となる。また、汚染物等の適宜除去等の
対応が必要となり、水モニタ装置の維持管理にお
ける負担が増大する。

一方気体状のトリチウムのリアルタイムモニタ
では、水モニタ同様に検出部にトリチウムを取り
入れて測定する必要がある。そのために第４図に
示すような通気形電離箱が用いられている。この
ような通気形電離箱による測定は電離箱３０内に
生じたトリチウムによる電離電荷（以後電離電流
とする）をガス増幅したり、再結合しないように
円筒状の外部電極３２と集電極３４の間に電場が
生じるように電圧を印加し、電離電流を集電する
ことによつて行う。そして、この電離電流をエレ
クトロメータ等で測定し、トリチウム濃度を求め
る。

ここで、電離電流とトリチウム濃度Ｎには次
式の関係がある。

Ｉ＝η・eE／Ｗ・NV ＝η｛（1.6×10¹⁹×5.7×10³×3.7 ×10⁴／34｝・NV ＝9.6×10^-13・NV（Ａ） ……(1) η：効率ｅ：電子１個の電荷 1.6×10^-19ＣＥ：トリチウムβ線１個が電離箱内で失うエ
ネルギー（トリチウムの平均エネルギー
5.7KeV）Ｗ：測定気体中の電子対１個を生成する平均
エネルギー（空気34eV）Ｖ：電離箱の有効容積（cm³）Ｎ：濃度（μCi／cm³）そして、トリチウムの最大許容濃度は空気中で
５×10^-6μCi／cm³（８時間の平均）である。この
濃度の時に10の電離箱有効容積に生じる電離電
流Ｉは上記(1)式により求まり、効率η＝１とする
と約５×10^-14Ａとなる。この電離電流Ｉはエレ
クトロメータ３６で測定する訳であるがこのエレ
クトロメータ３６の検出感度は、通常10^-14Ａ程
度である。このため、最大許容濃度以下のトリチ
ウム濃度の検出も可能である。

しかし、この電離電流Ｉは微弱であり、また集
電極３４と外部電極３２とを隔てる絶縁体３８は
10¹⁶Ω以上であることを必要とする。したがつ
て、空気出入管４０を通じて流通される空気中の
湿度により絶縁抵抗が変化する。そして、飽和湿
度では水分の凝縮を生じ絶縁抵抗の低下をきたし
濃度測定が不能となる。この点について、経験的
に電離箱３０の適正使用湿度は60％以下であり、
最大限90％で使用されている。

ここで、室温（35℃）において飽和水蒸気圧ま
で水分を含んだ空気10には0.4ｇの水が含まれ
る。そこで、絶縁破壊を起こさないものと仮定し
て、電離箱30ヘトリチウムの濃度３×10^-3μCi／
cm³（最大許容濃度）の廃液を飽和水蒸気圧までの
空気に混入して電離電流Ｉを測定すると、 (1)式などを用いてもとめられる電離電流Ｉは1.2
×10^-15Ａとなる。

この電離電流Ｉはエレクトロメータ３６の検出
感度以下であり、飽和蒸気圧まで廃液の水蒸気を
含むものとしても測定不可能であることが理解さ
れる。従つてこの方法で測定するためには電離箱
容積を85以上とする必要がある。さらに湿度を
室温20℃で60％とするとさらに2.5倍程度の容積
を必要とすることから約210となり水モニタ装
置として大形化する欠点がある。

発明の目的本発明は前記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は廃液中の放射性濃度測定のう
ち、トリチウムの排水に係る許容濃度以下という
低エネルギーβ線などを確実、簡便、経済的にリ
アルタイム測定する高感度な水モニタ装置を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明に係る放射
性水モニタ装置は、測定対象の放射性廃液を加熱
し高温の加熱蒸気とする蒸気発生部と、この蒸気発生部からの加熱蒸気と別の供給源か
らの計測用気体を所定の割合いで取り入れ混合す
る気体混合部と、この気体混合部からの高温の混合気体を受入
れ、放射能の測定を行う耐高温の通気式電離箱
と、を有することを特徴とする。

［作用］放射性廃液を蒸気発生部に導入し、ここで高温
の加熱蒸気とする。そして、この加熱蒸気を気体
混合部において窒素や空気などの計測用気体に容
積比で例えば10％程度混入させる。そして、この
混合気体を高温加熱状態で電離箱に供給する。

このため、相対湿度を低く保つた状態で混合気
体中の廃水濃度を高めることができ、トリチウム
の排水に係る許容濃度以下というような低エネル
ギーの放射能濃度をリアルタイムで確実に測定す
ることができる。また、表示器や警報器に設けれ
ば、濃度表示、記録、一定濃度での警報を行うこ
ともできる。

［実施例］以下、本発明の一実施例について図面に基づい
て説明する。

第１図は本発明を実施する一例の装置の系統を
示すものである。電離箱５０は第２図における電
離箱３０を耐高温、高圧化したものである。ま
た、廃液タンク５２には測定対象である放射性廃
液が貯留されている。そして、この廃液タンク５
２の廃液は加熱機能に備えた蒸気発生部５４に導
入され、ここで加熱蒸気に変換される。次に、気
体混合部５６において加熱蒸気に計測用気体を混
入する。ここで、この計測用気体は、計測用気体
容器（高圧気体ボンベ）５８から加熱蒸気の圧力
以上で気体混合部５６に注入される。そして、こ
の気体混合部５６は高圧に耐えるとともに適切な
温度に保てるよう加熱機構を有している。また、
所定の温度に保持するための制御機構を設けると
良い。

このようにして、気体混合部５６において測定
廃液を水蒸気として含む高温、高圧の混合気体が
得られる。次に、この高温、高圧の混合気体は耐
高温、高圧の電離箱５０へ注入される。そして、
この電離箱５０における電離電流Ｉをエレクトロ
メータ６０で測定する、なお、このエレクトロメ
ータ６０による測定結果は、記録表示部６２に適
宜記録され、表示される。また、この電離電流Ｉ
が所定値より大きい場合には警報部６４において
警報を発生する。

電離箱５０における計測後の気体は水分除去器
６６にここで冷却され水分が除去される。そし
て、除去水は廃液タンク５２にもどされ、水分除
去後の気体は排気ダクト６８から大気の放出され
る。

本実施例によれば、廃液を加熱蒸気として、こ
れに計測用気体を混合する。このため、トリチウ
ムの排水に係る許容濃度以下という低エネルギー
β線の測定が可能となる。また、廃液量を加熱温
度における水の蒸気圧以下とすることにより、凝
縮水が絶縁物へ付着し絶縁破壊することなく、リ
アルタイムで廃液中トリチウム測定できる。

ここで、混合気体の温度、圧力、計測気体との
混合比について説明する。

まず、水１ｇの蒸気容積は０℃で1.24×10³cm³
である。そして、温度Ｔにおける容積Ｖは次式に
より得られる。

Ｖ＝（273＋Ｔ）・V⁰／273 ここで、V⁰は０℃における気体容積である。

上式より200℃では水１ｇの場合、水蒸気100％
で2.15（１気圧）となる。そして、この蒸気は
第２図に示した温度と水蒸気圧の関係から約
15.34気圧（蒸気圧）以上としないかぎり、凝縮
しないことが明らかである。なお、第２図におい
て、0.10132MPa＝１気圧である。

従つて電離箱５０を30とし、３気圧、200℃
で水蒸気と計測用気体の容積比を１：９とすると
測定廃液が約４ｇ混入されることになる。

そして、この廃液中トリチウム濃度を排水に係
るトリチウム許容濃度であるとすると、この電離
箱５０で得られる電離電流Ｉは(1)式から求まり、
約10^-14Ａとなる。この電流値はエレクトロメー
タ６０の検出感度以上であるので、トリチウムの
排水に係る許容濃度の測定が可能であることが理
解される。また、この時の水蒸気圧は凝縮水によ
る絶縁破壊もないことから、測定値の信頼性を高
めることができる。さらに、廃液からの蒸気を通
気することから、水モニタ装置で問題となる水垢
の固着、汚泥の沈着をなくせるとともに、トリチ
ウム以外のRIの混入や汚染も低減され、長時間、
リアルタイム測定に利用され、確実、簡便、経済
的な高感度な放射性水モニタ装置とすることがで
きる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明に係る放射線水
モニタ装置によれば、放射性廃液を加熱蒸気とす
るとともに計測用気体に混入した高温加熱状態で
電離箱に供給する。このため、相対湿度を低く保
つた状態で混合気体中の廃液濃度を高めることが
でき、トリチウムの排水に係る許容濃度以下とい
うような低エネルギーの放射能濃度をリアルタイ
ムで確実に測定することができる。また、表示器
や警報器を設ければ、濃度表示、記録、一定濃度
での警報を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る放射線水モニ
タ装置の全体構成を示すブロツク図、第２図は水
の温度と水蒸気圧の関係を示す特性図、第３図は
従来の液体シンチレーシヨンカウンタの一例を示
す構成図、第４図は従来の電離箱の一例を示す構
成図である。５０……電離箱、５２……廃液タンク、５４…
…蒸気派生部、５６……気体混合部、６２……記
録表示部、６４……警報部。

Claims

【特許請求の範囲】１測定対象の放射性廃液を加熱し高温の加熱蒸
気とする蒸気発生部と、この蒸気発生部からの加熱蒸気と別の供給源か
らの計測用気体を所定の割合いで取り入れ混合す
る気体混合部と、この気体混合部からの高温の混合気体を受入
れ、放射能の測定を行う耐高温の通気式電離箱
と、を有することを特徴とする放射性水モニタ装置。２上記電離箱による測定結果を表示する表示器
を有することを特徴とする請求項１記載の放射性
水モニタ装置。３上記電離箱による測定結果が一定値以上の場
合に警報を発する警報器を有することを特徴とす
る請求項２記載の放射性水モニタ装置。