JPH09218270A

JPH09218270A - 中性子計測システム及び放射線計測システム

Info

Publication number: JPH09218270A
Application number: JP8022831A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ichige; 正之市毛
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】センサ及び信号処理系を簡素に且つ比較的安価
に構築でき、例えば大型化及び耐放射線性が要求される
監視装置等に適用する。【解決手段】中性子計測システムはセンサ１及び信号処
理系２を備える。センサ１は、荷電粒子ｅの存在下で発
光するガス６を封入した容器３と、この容器３内に配置
され且つ容器３内に中性子ｅを受け入れたときに中性子
ｅを吸収して荷電粒子ｅを放出する核変換物質６を表面
に塗布したワイヤー４と、このワイヤー４の近傍位置に
配置され且つ中性子ｎをワイヤー４で吸収したときに核
変換物質６から放出される荷電粒子ｅの存在下でガス６
が発する光信号ＯＳをワイヤー４の近傍位置で受けて光
伝送する光ファイバ５とを備える。信号処理系２は、光
ファイバ５からの光信号ＯＳに基づいてワイヤー４の中
性子吸収位置Ｐを含むデータを取得するデータ取得手段
（光電変換装置８、８及び信号処理装置９）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉の周囲に搭
載される中性子空間出力分布監視装置や医用ポジトロン
ＣＴ装置等の中性子計測システム及び放射線計測システ
ムに係り、特に光ケーブルを利用したセンサ及びその信
号処理系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、中性子を計測する中性子計測シス
テムや電離放射線を計測する放射線計測システムには、
以下のように、その用途、測定対象、測定法等に応じて
各種のセンサが使用されている。

【０００３】（１）：原子炉炉心内の中性子を計測する
中性子計測システムには、耐放射線性が要請されること
から、核分裂電離箱が使用されている。

【０００４】（２）：中性子を二次元的に計測する中性
子計測システムには、マルチワイヤーチェンバー及び半
導体検出器等を利用したものが知られている。また、高
電圧を印加するワイヤーを用いた発光センサをプロポー
ショナル・シンチレーション・カウンタとして利用する
ものも知られている。

【０００５】（３）：中性子に限らず電離放射線の三次
元的な分布を測定する放射線計測システムには、例えば
医用ＣＴ装置等に代表されるＣＴ法を実施するため、プ
ラスティック又は無機結晶のシンチレータや半導体検出
器等の固体の放射線検出器が用いられることが多い。

【０００６】ところで一方、近年、放射線管理等の運用
上、原子炉から外部周辺に放射される中性子の空間出力
分布等を監視する測定装置（中性子空間出力分布監視装
置）を原子炉の周囲に設置することが要請され、この測
定装置に上述の計測システムを適用することが検討され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た（１）〜（３）の従来の計測システムを上述の測定装
置に適用する場合には、次のような課題があった。

【０００８】まず、原子炉の周囲に設置する中性子計測
システムとしては、Ａ）：原子炉近傍の放射線レベルが
比較的に高い場所に配置しても使用できるセンサの耐放
射線性上の制約と、Ｂ）：原子炉の周囲を測定範囲とし
てカバーできる大型化にも適したセンサを構築するため
の構造上の制約とを同時に満足させる必要がある。

【０００９】上記Ａ）及びＢ）の制約を同時に満たすた
めには、耐放射線性に問題がある既存の無機又は有機シ
ンチレータ等は利用できず、例えば既存の電離箱等を組
み合わせて大型化を図ることが想至されるが、この場合
には検出器数が単に増加するだけでなく、測定回路等の
信号処理系が膨大なものとなり、その信号処理量も増加
し、装置全体が複雑かつ高価なものになってしまう。こ
の傾向は、特に二次元中性子計測システムに使用される
既存のセンサを適用する場合には耐放射線性の問題を含
めて顕著となる。

【００１０】従って、上述のような大型化の要請がある
にもかかわらず、従来の中性子計測システムに使用され
ている既存のセンサは、耐放射線性及びコスト面の問題
を含めて大型化に適するものではなく、実際に測定装置
として原子炉の周囲に設置することが困難となってい
た。

【００１１】一方、上述した（３）の放射線計測システ
ムに使用されている既存のセンサを上記測定装置に適用
することを考えると、そのままでは検出器の耐放射線性
の問題が残るだけでなく、検出器を測定位置毎に設置す
る必要があるため、大型化を図るのに検出器数、測定回
路及び信号処理量などが大量となり、上記と同様に装置
全体が複雑かつ高価なものになってしまう。

【００１２】また、この放射線計測システムに関して
は、上述の大型化の要請とは別に、ＣＴ法の利点を最大
限に活用しつつ、センサ及びその信号処理系を含めた装
置構成を簡素にかつ安価に構築し、原子炉に限らず特定
分野に限定されない例えば医療用ＣＴ装置等に幅広く利
用していくことが要望されている。

【００１３】この発明は、上述の従来技術の課題を考慮
してなされたもので、センサ及び信号処理系を簡素に且
つ比較的安価に構築でき、例えば大型化及び耐放射線性
が要求される中性子空間出力分布監視装置等に適用でき
る中性子計測システム及び放射線計測システムを提供す
ることを、第１の課題とする。

【００１４】また、ＣＴ法の利点を活用しつつ、汎用性
を高めた測定装置に適した中性子計測システム及び放射
線計測システムを比較的安価に提供することを、第２の
課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記第１及
び第２の課題を達成させるため、特に耐放射線性に優れ
た光ファイバ及び耐放射線性に優れた不活性ガス等を組
み合わせ、ガスの発光を光ファイバを介して光伝送する
センサを中性子計測に利用するアイデアに着眼し、その
アイデアを二次元中性子計測やＣＴ法に基づく三次元放
射線計測をもカバーする範囲まで発展させ、その結果、
以下の発明を完成するに至った。

【００１６】即ち、請求項１記載の発明に係る中性子計
測システムは、中性子発生源からの中性子を検出するセ
ンサと、このセンサの検出信号から上記中性子に関する
情報を取得する信号処理系とを備えた構成としている。

【００１７】ここで、上記センサは、荷電粒子の存在下
で発光するガスを封入した容器と、この容器内に配置さ
れ且つ当該容器内に上記中性子を受け入れたときに当該
中性子を吸収して上記荷電粒子を放出する核変換物質を
表面に塗布したワイヤーと、このワイヤーの近傍位置に
配置され且つ上記中性子を上記ワイヤーで吸収したとき
に上記核変換物質から放出される上記荷電粒子の存在下
で上記ガスが発する光信号を上記ワイヤーの近傍位置で
受けて光伝送する光ケーブルとを備えている。

【００１８】また、上記信号処理系は、上記光ケーブル
により光伝送された上記光信号に基づいて少なくとも上
記ワイヤーの中性子吸収位置に関するデータを取得する
データ取得手段を備えている。

【００１９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
中性子計測システムにおいて、前記データ取得手段は、
前記光ケーブルの両端部の夫々の光信号を個別に電気信
号に変換して検出する光電変換手段と、この光電変換手
段が検出した電気信号に基づいて前記ワイヤーの中性子
吸収位置に関するデータを測定する位置計測手段とを備
えている。

【００２０】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
中性子計測システムにおいて、前記位置計測手段は、前
記光電変換手段が検出した電気信号に基づいて前記光ケ
ーブルの両端部の夫々の光信号の互いの光量差に関する
データを求め、そのデータから前記ワイヤーの中性子吸
収位置に関するデータを計測する手段である。

【００２１】請求項４記載の発明では、請求項２記載の
中性子計測システムにおいて、前記位置計測手段は、前
記光電変換手段が検出した電気信号に基づいて前記光ケ
ーブルの両端部の夫々の光信号の光伝送時間差に関する
データを求め、そのデータに基づいて前記ワイヤーの中
性子吸収位置に関するデータを計測する手段である。

【００２２】請求項５記載の発明では、請求項１乃至４
のいずれか１項記載の中性子計測システムにおいて、前
記ガスが発する光信号に対して自己増殖による比例蛍光
を誘起させる高電圧を発生する高電圧電源を更に備え、
この高電圧電源を前記ワイヤーに接続している。

【００２３】請求項６記載の発明では、請求項１乃至５
のいずれか１項記載の中性子計測システムにおいて、前
記ワイヤーは複数本のワイヤーであり、この複数本のワ
イヤーを前記容器内に配置すると共に、前記光ケーブル
は１本の光ケーブルであり、この１本の光ケーブルを上
記複数本のワイヤーの夫々の近傍を通るように上記容器
内に張り巡らして配置している。

【００２４】請求項７記載の発明では、請求項６記載の
中性子計測システムにおいて、前記位置計測手段は、前
記光電変換手段が検出した電気信号に基づいて前記容器
内の二次元中性子吸収位置に関するデータを計測する手
段である。

【００２５】請求項８記載の発明では、請求項１乃至５
のいずれか１項記載の中性子計測システムにおいて、前
記中性子発生源は円柱状の原子炉であり、前記容器は上
記原子炉の外径よりも大きい内径を有する筒状の容器で
あり、この容器を上記原子炉の周囲を覆い且つ当該原子
炉から外部に放射される中性子を受ける位置に配置して
いる。

【００２６】請求項９記載の発明では、請求項８記載の
中性子計測システムにおいて、前記位置計測手段は、前
記光電変換手段が検出した電気信号に基づいて前記原子
炉の中性子束空間分布に関するデータを計測する手段で
ある。

【００２７】請求項１０記載の発明では、請求項２乃至
９のいずれか１項記載の中性子計測システムにおいて、
前記データ取得手段は、前記光電変換手段が検出した電
気信号に基づいて前記ワイヤーの各中性子吸収事象毎の
前記光信号のパルス数を計数し、そのパルス数の単位時
間の計数率に基づいて上記ワイヤーに吸収された中性子
束に関するデータを計測する手段を備えている。

【００２８】請求項１１記載の発明では、請求項５乃至
９のいずれか１項記載の中性子計測システムにおいて、
前記データ取得手段は、前記核変換物質から荷電粒子が
放出されるときに前記複数本のワイヤーの夫々に誘起さ
れる電気信号を検出し、その各電気信号に基づいて上記
複数本のワイヤーを選別する手段を備えている。

【００２９】請求項１２記載の発明では、請求項５乃至
９のいずれか１項記載の中性子計測システムにおいて、
前記データ取得手段は、前記核変換物質が荷電粒子を放
出するときに前記複数本のワイヤーの夫々に誘起される
電気信号を検出し、その各電気信号を積算して上記複数
本のワイヤーの夫々に吸収された中性子量に関するデー
タを計測する手段を備えている。

【００３０】請求項１３記載の発明では、請求項１乃至
１２のいずれか１項記載の中性子計測システムにおい
て、前記光ケーブルを前記ワイヤーの軸方向に直交する
状態で前記容器内に配置している。

【００３１】請求項１４記載の発明では、請求項５乃至
１２記載のいずれか１項記載の中性子計測システムにお
いて、前記容器内に前記複数本のワイヤーを網目状に配
置している。

【００３２】請求項１５記載の発明では、請求項１乃至
１４のいずれか１項記載の中性子計測システムにおい
て、前記容器内に前記ワイヤーの近傍から離した位置を
通る別途の光ケーブルを配置している。

【００３３】また、請求項１６記載の発明に係る放射線
計測システムは、放射線発生源からの電離放射線を検出
するセンサと、このセンサの検出信号から上記電離放射
線に関する情報を取得する信号処理系とを備えた構成と
し、上記センサは、ワイヤーを有し且つ上記電離放射線
が通過するときに発光するガスを封入した容器と、上記
ワイヤーの近傍位置に配置され且つ上記ガスが発する光
信号を上記ワイヤーの近傍位置で受けて光伝送する光ケ
ーブルとを備え、上記信号処理系は、上記光ケーブルに
より光伝送された上記光信号に基づいて少なくとも上記
電離放射線の通過位置に関するデータを取得するデータ
取得手段とを備えている。

【００３４】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、この発明の第１実施形態を図１
に基づいて説明する。この第１実施形態は、この発明に
係る中性子計測システムを原子炉等の中性子空間出力分
布監視装置（以下、単に「監視装置」）に適用して実施
したものである。

【００３５】図１に示す監視装置は、図示しない原子炉
等の中性子発生源からの中性子ｎを監視するもので、そ
の中性子ｎを検出するセンサ１と、そのセンサ１の検出
信号から中性子に関するデータを取得する、本発明のデ
ータ取得手段を搭載した信号処理系２とを備えている。

【００３６】センサ１は、中性子発生源からの中性子ｎ
を受け入れる位置（例えば、中性子発生源が原子炉の場
合には当該原子炉の周囲）に配置される直方体状の測定
用の容器３と、この容器３内の任意に定めた測定方向、
例えば容器内の縦方向（図１参照）に沿って装荷される
ワイヤー４と、このワイヤー４の近傍に配置される耐放
射線性に優れた光ファイバ（光ケーブル）５とを備えて
いる。

【００３７】容器３には、電離放射線（荷電粒子線）を
受けて発光するアルゴン、キセノン等の不活性ガス又は
２種以上の不活性ガスから成る混合ガスを主成分とした
耐放射線性に優れた計測用のガス６が封入されている。

【００３８】ワイヤー４は、容器３外の中性子発生源か
ら飛来してくる²³⁵Ｕ、¹⁰Β等の中性子を吸収して核分
裂片（「ＦＦ」：Fission Fragment）又はα線などの荷
電粒子線ｅを放出する核変換物質７を表面に塗布したも
のである。従って、このワイヤー４の核変換物質７で中
性子吸収により放出された荷電粒子線ｅは、数ｍｍ〜数
ｃｍの飛程（距離）でエネルギーを失って停止する。こ
の荷電粒子線ｅの飛跡に沿う容器３内の位置では、その
ガス６及び圧力等のガス状態に特有な量Ｗ_phと荷電粒子
線ｅの初期状態におけるエネルギーＥとから定まるＮ個
（Ν＝Ｅ／Ｗ_ph）の光子を発生させる。

【００３９】光ファイバ５は、その材質、形状、及びワ
イヤー４に対する幾何学的な配置条件に関して、ガス１
の発光波長領域の光に対して十分に感度を有し且つその
波長領域の光信号ＯＳを十分に導光するよう設定されて
いる。即ち、この光ファイバ５は、ガス６の発光波長、
即ち、主に真空紫外領域の波長の光信号ＯＳを吸収して
再発光するシンチレーション・ファイバや、波長変換材
を混入又は塗布した光ファイバ等から成り、ワイヤー４
からの荷電粒子線ｅの飛程内、例えば数ｍｍ程度以内の
近傍にワイヤー４に沿って配置されている。

【００４０】従って、この光ファイバ５は、ガス６が発
する光信号ＯＳを、その発光位置、即ちワイヤー４の中
性子吸収位置Ｐと殆ど同一と見做される近傍位置で受光
すると共に、その光信号ＯＳを信号処理系２に光伝送す
る。

【００４１】信号処理系２は、容器３の外部で光ファイ
バ５の両端部に接続される、本発明の光電変換手段を成
す光電変換装置（光センサ）８、８と、その出力側に接
続される、本発明の位置計測手段を搭載した信号処理装
置９とを備えている。

【００４２】光電変換装置８、８は、光電子増倍管
（「ＰＭΤ」：Photomultiplier ）又はフォトダイオー
ド（ＰＤ）等を適用したもので、光ファイバ５からの光
信号ＯＳをその光量に応じた電気信号に変換して検出
し、これに増幅等の処理を施して信号処理装置９に出力
する。

【００４３】信号処理装置９は、例えばＣＰＵを要部と
するマイクロコンピュータを搭載して成り、予め設定さ
れた光量計測に関するアルゴリズム等を実行することに
より、光電変換装置８、８の夫々の出力信号Ｓ１、Ｓ２
に基づいて光ファイバ５の両端部に光伝送された光信号
ＯＳの光量を比較し、その光量比較結果と予め設定され
た光ファイバ５内の光の減衰特性とから光伝送距離、即
ち光ファイバ５の導光位置を特定し、その導光位置に相
当するワイヤー４の中性子吸収位置Ｐを推定する。この
推定される中性子吸収位置Ｐは、図示しないモニタ等の
出力デバイスを介してオペレータが常時監視できるよう
になっている。

【００４４】ここで、この信号処理装置９の測定原理を
説明する。

【００４５】まず、予め設定すべき初期条件として、光
ファイバ５とワイヤー４との互いの幾何学的関係に関す
る位置データを予め設定し、ワイヤー４からの発光量を
各中性子吸収事象毎に一定とすると、位置データ及び発
光量を初期値として光ファイバ５の受光量を予め予測で
きる。実際に、核変換物質７からの荷電粒子ｅの発生量
は、高速中性子の場合にはある一定の分布を持つが事実
上ほぼ一定と見做すことができ、熱中性子の場合にも殆
ど一定と考えることができる。従って、ワイヤー４と光
ファイバ５の配置関係が上述の如く予め設定されている
と、ワイヤー４の中性子吸収位置Ｐから導かれる光ファ
イバ５の受光量を予測できる。

【００４６】このように光ファイバ５の受光量が予測で
きることから、光伝送における減衰割合、即ち光ファイ
バ５の距離に対する減衰特性が既知であれば、光電変換
装置８、８で検出される光ファイバ５の両端部の光信号
ＯＳの互いの光量（収光量）差は光信号の減衰特性のみ
に依存し、光ファイバ５の両端部の二つの出力信号Ｓ
１、Ｓ２から光伝送距離、即ち導光位置を特定でき、そ
の導光位置からワイヤー４の中性子吸収位置Ｐを推定で
きる。

【００４７】次に、この実施形態の全体の動作を説明す
る。

【００４８】まず、この監視装置が起動し、図示しない
中性子発生源からの中性子ｎをセンサ１で受け、容器３
内のワイヤー４の任意位置で吸収されたとする。そこ
で、この任意位置、即ち測定すべき中性子吸収位置Ｐか
ら荷電粒子ｅが放出され、その飛跡に沿ってガス６が光
信号ＯＳを発する。この光信号ＯＳは、その中性子吸収
位置Ｐの近傍の光ファイバ５に予め予測された光量とし
て受光され、その導光位置から光ファイバ５を介して光
電変換装置８、８の夫々に光伝送される。

【００４９】次に、このように光伝送された光信号ＯＳ
は、光電変換装置８、８にて個別に電気信号に変換して
検出され、その両検出信号Ｓ１、Ｓ２が信号処理装置９
に出力される。そこで、光ファイバ５の両端部の光量差
が演算され、その光量差から光ファイバ５の導光位置が
特定され、ワイヤー４の中性子吸収位置Ｐが推定され
る。この推定結果は、中性子の空間出力分布に関するデ
ータとしてリアルタイムにモニタリングされ、例えばオ
ペレータが常時監視できるようモニタ等に表示される。

【００５０】従って、この実施形態によれば、耐放射線
性に優れたガスからの発光を耐放射線性に優れた光ファ
イバを介して光伝送するセンサで中性子に関するデータ
を測定する構成としたため、ガスを充填した容器と光フ
ァイバとを利用した各種用途に対する適用範囲の広い簡
素なセンサ構造を比較的安価に構築できる。この効果
は、例えば耐放射線性及び大型化が要求される原子炉周
囲の測定装置に適用する際に最大限に発揮される。

【００５１】（第２実施形態）次に、この発明の第２実
施形態を図２に基づいて説明する。上記第１実施形態で
は、導光位置の特定に光量計測を用いてあるが、この実
施形態では、光ファイバ内の光伝送時間に着目した時間
差計測を適用したものである。ここで、第１実施形態と
実質的に同等の構成要素については、その説明を簡略又
は省略する。

【００５２】図２に示す監視装置は、信号処理系２を一
部変更したもので、その信号処理系２に所定の時間差分
析装置（「ΤＤＣ」：Time-to-Digital Converter ）１
０を加え、このΤＤＣ１０を光電変換装置８、８と信号
処理装置９の間に介挿したものである。その他の構成
は、第１実施形態と実質的に同等である。

【００５３】ＴＤＣ１１は、光電変換装置８、８の夫々
の検出信号Ｓ１、Ｓ２を受けて光ファイバ５の両端部へ
の光伝送の時間差を所定精度で分析し、その分析した時
間差に関するデータを信号処理装置９に供給する。

【００５４】信号処理装置９は、予め設定された時間差
計測に関するアルゴリズム等を実行することにより、Ｔ
ＤＣ１１からの時間差に関するデータに基づいて光ファ
イバ５内の光伝送距離を求め、ワイヤー４の中性子吸収
位置Ｐを推定する。

【００５５】ここで、光は、真空中では約３×１０⁸ｍ
／ｓｅｃの速度で伝搬し、媒質中ではその真空速度より
も遅い速度で伝搬するため、ＴＤＣ１０にてｌｎｓｅｃ
程度の精度（通常のΤＤＣの処理能力で十分に達成可能
な精度）で時間分析すれば、測定すべき導光位置を３０
ｃｍ程度又はそれ以下の分解能で推定できる。

【００５６】従って、この実施形態によれば、上記第１
実施形態と同等の効果に加え、測定精度を更に高める利
点がある。

【００５７】（第３実施形態）次に、この発明の第３実
施形態を図３に基づいて説明する。この実施形態は、比
例蛍光（プロポーショナル・シンチレーション）現象に
着目して受光効率を改善するものである。ここで、上記
第２実施形態と実質的に同等の構成要素については、そ
の説明を簡略又は省略する。

【００５８】図３に示す監視装置は、センサ１及び信号
処理系２の構成に加え、高電圧電源（「ＨＶ」）１１を
更に備え、このＨＶ１１を核変換物質７を塗布したワイ
ヤー４に接続したものである。その他の構成は、上記第
２実施形態と実質的に同等である。

【００５９】この監視装置は、ＨＶ１１で発生した高電
圧をワイヤー４に印加させ、そのワイヤー４の中性子吸
収で放出される荷電粒子線ｅの飛跡に沿った容器３内の
位置に所定値以上の高電場を与えることにより、光の比
例蛍光現象を促してガス６の発光を自己増殖させ、その
光信号ＯＳの光量を増大させる。

【００６０】従って、この実施形態によれば、比例蛍光
現象を誘発させる高電圧をワイヤー３に印加する構成と
したため、上記第２実施形態と同様の効果に加え、光フ
ァイバ５の受光効率が一層向上し、光信号のＳ／Ν比が
更に改善され、中性子吸収位置の測定精度を高めること
ができる。これにより、装置の信頼性も一層向上するよ
うになる。

【００６１】なお、この実施形態は、上記第２実施形態
に適用してあるが、この発明はこれに限定されるもので
はなく、例えば上記第１実施形態に適用してもよい。

【００６２】（第４実施形態）次に、この発明の第４実
施形態を図４に基づいて説明する。この実施形態は、上
記第１〜第３のいずれか１つの実施形態に基づいて、セ
ンサの測定範囲を平面的に拡大し、二次元計測を志向し
たものである。ここで、上記実施形態と実質的に同等の
構成要素については、その説明を簡略又は省略する。

【００６３】図４に示す監視装置は、中性子の二次元計
測を実施する装置に適用したもので、上記各実施形態と
比べると、センサ１の構成を一部変更している。

【００６４】センサ１は、二次元計測可能な大きさを有
する直方体状の容器３と、この容器３内の任意に定めた
測定用仮想面の横方向（同図参照）に所定間隔で縦方向
に張った複数本のワイヤー４…４と、このワイヤー４…
４の夫々の近傍位置で縦方向に沿って延び且つ隣接する
２つのワイヤー４、４間の途中位置ではＵ字状に折り曲
げた状態で装荷される１本の光ファイバ５とを備えてい
る。各ワイヤー４…４にはＨＶ１１が接続されている。

【００６５】信号処理系２は、光ファイバ５の両端部に
接続される光電変換装置８、８を備えている。その他の
構成は、上記各実施形態のいずれか１つと実質的に同等
であるため、その図示及び説明を省略する（ただし、図
示しない信号処理装置には、二次元計測に関するアルゴ
リズム等が予め設定されている）。

【００６６】この監視装置は、信号処理系２にて上記と
同様の処理を施して光ファイバ５の導光位置を求める
と、その導光位置から中性子吸収に関与した複数本のワ
イヤー４…４の位置を特定し、中性子の二次元分布に関
するデータを取得する。

【００６７】従って、この実施形態によれば、上記各実
施形態と同等の効果に加え、複数本のワイヤーに対して
１本の光ファイバを設けるだけで中性子計測の範囲を二
次元的に拡大できるため、センサ及び信号処理系を簡素
に構築でき、二次元中性子測定装置を従来よりも安価に
提供できる。

【００６８】（第５実施形態）次に、この発明の第５実
施形態を図５に基づき説明する。この実施形態は、中性
子発生源に原子炉を想定して実施したものである。ここ
で、上記実施形態と実質的に同等の構成要素について
は、その説明を簡略又は省略する。

【００６９】図５に示す監視装置は、円柱状の原子炉１
２から周囲に放出される中性子ｎを測定するもので、上
記各実施形態と比べると、センサ１及び信号処理系を一
部変更している。

【００７０】センサ１は、原子炉１２の半径方向外側を
覆う円環状の容器３と、この容器３内の円周方向に所定
間隔で軸方向に張った複数本のワイヤー４…４と、この
ワイヤー４…４の夫々の近傍位置を通過する上記第４実
施形態と同等の１本の光ファイバ５とを備えている。各
ワイヤー４…４にはＨＶ１１が接続されている。

【００７１】信号処理系２は、光ファイバ５の両端部に
光電変換装置８、８が接続されている。その他の構成
は、上記第１〜第３実施形態のいずれか１つと実質的に
同等であるため、その図示及び説明を省略する（ただ
し、図示しない信号処理装置には、中性子の空間出力分
布計測に関するアルゴリズム等が予め設定されてい
る）。

【００７２】この監視装置は、原子炉１２内から様々な
方向で外部に放出された中性子ｎを容器３内に張り巡ら
されたワイヤー４…４に吸収させることによって、原子
炉１２で発生される中性子の空間出力分布に関するデー
タを計測する。

【００７３】従って、この実施形態によれば、上記各実
施形態と同等の効果に加え、簡素なセンサ及び信号処理
系で実際に原子炉の周囲に放出される中性子の空間出力
分布を容易に測定できる利点がある。

【００７４】（第６実施形態）次に、この発明の第６実
施形態を図６に基づき説明する。この実施形態は、上記
第５実施形態を一部変更して実施したものである。ここ
で、上記実施形態と実質的に同等の構成要素について
は、その説明を簡略又は省略する。

【００７５】図６に示す監視装置は、上記第５実施形態
と比べると、信号処理系２を一部変更したものである。
センサ１は、上記第５実施形態の構成と同等である。

【００７６】信号処理系２は、上記第２実施形態の構成
に加えて、パルス計数器（パルス計数装置）１３を備
え、その計数器１３をＴＤＣ１０と信号処理装置９との
間に介挿し、計数器１３の入力端を光電変換装置８、８
の夫々に接続している。

【００７７】パルス計数器１３は、光電変換装置８、８
及びＴＤＣ１０の出力信号をパルス計数し、その単位時
間の計数率に関するデータを信号処理装置９に供給す
る。

【００７８】信号処理装置９は、予め設定された中性子
束計測に関するアルゴリズム等を実行することにより、
パルス計数器１３からの計数率に関するデータに基づい
て原子炉１２から放出された中性子束に関するデータを
測定する。

【００７９】従って、この実施形態によれば、上記第５
実施形態と同等の効果に加え、光電変換装置８、８及び
ＴＤＣ１０の夫々に発生した出力信号のパルス計数値を
相互に比較することにより、バックグラウンド又は誤動
作に起因した、中性子吸収に関与していないパルス計測
を除外できるため、中性子計測の信頼性をより一層高め
る利点がある。

【００８０】（第７実施形態）次に、この発明の第７実
施形態を図７に基づき説明する。この実施形態は、上記
第５実施形態を一部変更して実施したものである。ここ
で、上記実施形態と実質的に同等の構成要素について
は、その説明を簡略又は省略する。

【００８１】図７に示す監視装置は、上記第５実施形態
と比べると、信号処理系２の構成を一部変更している。

【００８２】信号処理系２は、上記第２実施形態の構成
に加え、電荷有感型の増幅器１４…１４及び信号選別装
置１５を備え、ワイヤー４…４の夫々を電荷有感型の増
幅器１４…１４を介して信号選別装置１５に接続し、こ
の信号選別装置１５の出力側を信号処理装置９に接続し
ている。

【００８３】増幅器１４…１４は、中性子吸収に起因し
たガス６の電離現象でワイヤー４…４内に誘導される電
荷を増幅して検出する。ここで、中性子がワイヤー４…
４に吸収されるときに荷電粒子線の飛跡に沿ってガス６
の発光現象が生じると共に、その飛跡に沿ったガス６が
電子と陽イオンとに電離するため、その電離後の電子群
はＨＶ１１からの高電圧による電場に付勢されてワイヤ
ー４…４内を移動し、その結果、中性子吸収に関与した
特定のワイヤー４のみに電荷が誘導される。従って、こ
の誘導した電荷を増幅器１４…１４で検出すれば、その
電荷の有無で中性子吸収に関与したワイヤー４を特定で
きる。

【００８４】信号選別装置１５は、増幅器１４…１４の
夫々の検出信号の有無情報に基づいて容器２内の複数本
のワイヤー４…４の内の中性子吸収に関与したワイヤー
４を選別し、その選別情報を信号処理装置９に供給す
る。

【００８５】信号処理装置９は、上記と同等の時間差計
測を実行してワイヤー４の中性子吸収位置に関するデー
タを求める際に、信号選別装置１５からの選別情報で特
定されたワイヤー４を対象として所定の信号処理を実施
する。

【００８６】従って、この実施形態によれば、上記第５
実施形態と同等の効果に加え、光ファイバによる導光位
置の測定を補完し、信号処理装置の信号処理に対する負
荷を更に軽減し、位置測定精度を更に高める利点があ
る。

【００８７】（第８実施形態）次に、この発明の第８実
施形態を図８に基づき説明する。上記第７実施形態で
は、信号選別装置１５で電気信号の有無を判定してある
が、この実施形態は電気信号の量を同時に測定するもの
である。ここで、上記実施形態と実質的に同等の構成要
素については、その説明を簡略又は省略する。

【００８８】図８に示す監視装置は、上記第７実施形態
の信号処理系２の構成を一部変更し、信号選別装置１５
の代わりに増幅器１４…１４と信号処理装置９の間に信
号計測装置１６を介挿している。

【００８９】信号計測装置１６は、例えばカウンタ等を
搭載したデジタル回路から成り、増幅器１４…１４の夫
々からの電気信号に基づいて主に単位時間に収集される
電荷量又は単位時間に計数されるパルス計数値等のデー
タを計測し、そのデータを信号処理装置９に供給する。

【００９０】信号処理装置９は、上記と同様に時間差計
測を実行してワイヤー４…４の中性子吸収位置に関する
データを計測すると共に、予め設定された中性子束計測
に関するアルゴリズム等を実行することにより、信号計
測装置１６からの電気信号を積算して中性子束に関する
データを同時に測定する。

【００９１】従って、この実施形態によれば、上記第５
実施形態と同等の効果に加え、ガスの発光及び光ファイ
バを利用した位置計測だけでなく、ガスの電離に基づく
電気信号を利用した中性子束計測を同時に実施できる利
点がある。

【００９２】（第９実施形態）次に、この発明の第９実
施形態を図９に基づき説明する。この実施形態は、複数
本のワイヤーの形状及び配置を工夫したものである。こ
こで、上記実施形態と実質的に同等の構成要素について
は、その説明を簡略又は省略する。

【００９３】図９に示す監視装置は、上記第５実施形態
と比べると、センサ１の構成を一部変更している。

【００９４】センサ１は、容器２内の軸方向の異なる位
置に並設される複数本の円環状のワイヤー４ａ…４ａ
と、このワイヤー４ａ…４ａと交差する上記と同様の１
本の光ファイバ５とを備える。ワイヤー４、４ａにはＨ
Ｖ１１が接続されている。

【００９５】光ファイバ５は、ワイヤー４ａ…４ａの近
傍位置を全てカバーする構造ではなく、そのワイヤー４
ａ…４ａに対して所定間隔で離散的に横切る、例えば直
交する交差構造となる。この光ファイバ５は、２種類の
互いに強度が異なる光信号、即ちワイヤー４ａ…４ａと
の交差点付近で受ける光強度の高い第１の光信号ＯＳａ
と、ガス６中を拡散又は減衰した後のワイヤー４ａ…４
ａから離れた位置で受ける光強度の弱い第２の光信号Ｏ
Ｓｂとを光伝送する。ただし、第２の光信号ＯＳｂに関
しては、ＨＶ１１による高電場に起因する光の自己増殖
現象を利用したいるため、計測には殆ど支障がない光量
となっている。

【００９６】信号処理系２は、光ファイバ５の両端部の
夫々に接続される光電変換装置８、８を備えている。そ
の他の構成は、上記第６〜第８実施形態のいずれか１つ
と実質的に同等であるため、その図示及び説明を省略す
る。

【００９７】この信号処理系２は、光電変換装置８、８
にて第１及び第２の光信号ＯＳａ、ＯＳｂの夫々を電気
信号（電気パルス）に変換して検出し、図示しない信号
処理装置等にて両光信号ＯＳａ、ＯＳｂに相当する電気
信号を個別に抽出し、上記と同様の時間差分析等を実行
してワイヤーの中性子吸収位置Ｐを測定する。これによ
り、中性子吸収位置Ｐとして、ワイヤー４ａ…４ａと光
ファイバ５の交差点付近とその中間位置とを正確に測定
できる。

【００９８】従って、この実施形態によれば、光ファイ
バをワイヤーに対して離散的に横切る状態で設けている
ため、その導光位置の推定精度を一層高めることができ
る。特に、この実施形態に上記第７又は第８実施形態を
組み合わせることにより、電離信号による発光信号の位
置較正を行った場合には、計測位置の決定精度をより一
層高める利点がある。

【００９９】（第１０実施形態）次に、この発明の第１
０実施形態を図１０に基づき説明する。この実施形態
は、上記各実施形態を組み合わせて特にワイヤーの配置
を工夫したものである。ここで、上記実施形態と実質的
に同等の構成要素については、その説明を簡略又は省略
する。

【０１００】図１０に示す監視装置は、上記第９実施形
態と比べると、センサ１の構成を一部変更している。

【０１０１】センサ１は、容器３内に上記第５〜第８実
施形態と同様のワイヤー４…４と、上記第９実施形態と
同様の円環状のワイヤー４ａ…４ａとを網の目状に張り
巡らして配置し、上記各実施形態と同様の１本の光ファ
イバ５を配置して成る。ここで、各ワイヤー４、４ａに
はＨＶ１１が接続されている。光ファイバ５は、原子炉
１２の周囲に網の目状に張り巡らされたワイヤ４，４ａ
に対して特定の方向、例えばワイヤー４…４の近傍位置
を通るように設置されている。

【０１０２】信号処理系２は、光ファイバ５の両端部に
接続される光電変換装置８、８を備えている。その他の
構成は、上記第６〜第８実施形態のいずれか１つと実質
的に同等であるため、その図示及び説明を省略する。

【０１０３】この信号処理系２は、ワイヤー４、４ａの
いずれかの中性子吸収位置からの光信号を光ファイバ５
を介して光電変換装置８、８で受け、上記と同様の信号
解析処理（パルス波形処理等）を施すことにより、ワイ
ヤー４、４ａの中性子吸収位置Ｐに関するデータを測定
する。

【０１０４】従って、この実施形態によれば、上記第９
実施形態と同等の効果に加え、中性子吸収位置に関する
データの分析精度を一層高め、中性子の空間出力分布を
より一層詳細な精度で測定できる利点がある。

【０１０５】（第１１実施形態）次に、この発明の第１
１実施形態を図１１に基づき説明する。上記各実施形態
では、信号処理系で検出される光信号にワイヤー３の中
性子吸収に基づく発光信号のほか、他の要因、例えば原
子炉から放出されるγ線又は電子等の二次粒子等を含む
荷電粒子線によるガスの発光現象で生成した発光信号を
バックグラウンド成分として含むことが想定される。こ
の実施形態は、このようなバックグラウンド成分に関す
るノイズ対策を工夫したものである。ここで、上記実施
形態と実質的に同等の構成要素については、その説明を
簡略又は省略する。

【０１０６】図１１に示す監視装置は、上記各実施形態
と比べると、センサ１の構成を一部変更したものであ
る。

【０１０７】センサ１は、２本の光ファイバ、即ち、複
数本のワイヤー４…４の近傍位置に上述と同等の第１の
光ファイバ５ａを配置し、ワイヤー４…４の近傍位置か
ら離間させた位置に新たに第２の光ファイバ５ｂを配置
したものである。各ワイヤー４…４にはＨＶ１１が接続
されている。このセンサ１は、第１の光ファイバ５ａを
介して主に中性子吸収に関する光信号ＯＳ１を光伝送す
ると共に、第２の光ファイバ５ｂを介して中性子吸収に
依らないバックグラウンド成分を含む光信号ＯＳ２のみ
を光伝送する。

【０１０８】信号処理系２は、第１の光ファイバ５ａの
両端部の夫々に接続される第１の光電変換装置８ａ、８
ａと、第２の光ファイバ５ｂの両端部の夫々に接続され
る第２の光電変換装置８ｂ、８ｂとを備えている。その
他の構成は、上記実施形態と実質的に同等のため、その
図示及び説明を省略する。

【０１０９】この信号処理系２は、２つの光ファイバ５
ａ、５ｂの光信号ＯＳ１、ＯＳ２の差を求めることによ
り、中性子吸収に依らないバックグラウンドの影響を殆
ど除去した光信号を抽出し、その光信号に基づいて上記
と同様にワイヤー４の中性子吸収位置Ｐを測定する。

【０１１０】従って、この実施形態によれば、上記実施
形態と同等の効果に加え、バックグラウンドによるノイ
ズの影響を殆ど除去でき、中性子吸収位置及び中性子束
の計測精度をより一層高めることができる。

【０１１１】（第１２実施形態）次に、この発明の第１
２実施形態を図１２に基づき説明する。この実施形態
は、この発明の放射線計測システムを上記各実施形態で
述べた中性子計測に関する装置ではなく、電離放射線計
測に関する装置、例えば放射線空間出力監視装置に適用
したものである。ここで、上記各実施形態と実質的に同
等の構成要素については、その説明を簡略又は省略す
る。

【０１１２】図１２に示す放射線空間出力監視装置は、
γ線、電子線、陽電子線、陽子線その他重荷電粒子線を
含む電離放射線を放出する放射線発生源１７の周囲に配
置されるもので、上記各実施形態の監視装置と比べる
と、センサ１の構成を一部変更している。

【０１１３】即ち、センサ１には、核変換物質７を塗布
していないワイヤー４ｂ…４ｂが装荷されている。放射
線発生源１７からの電離放射線がワイヤー４ｂ…４ｂの
近傍を通過するときにガス６の比例蛍光現象が生じ、強
く発光するためである。従って、このセンサ１は、電離
放射線を受けたときにワイヤー４の近傍でガス６が発す
る光信号ＯＳを光ファイバ５で受けて光伝送する。

【０１１４】信号処理系２は、光ファイバ５の両端部に
接続される光電変換装置８、８を備えている。その他の
構成は、上記各実施形態のいずれか１つと実質的に同等
であるため、その図示及び説明を省略する。この信号処
理系２は、上記各実施形態と同様の信号処理を施すこと
で、ワイヤー４ｂ…４ｂの電離放射線通過位置に関する
データを測定する。

【０１１５】従って、この実施形態によれば、電離放射
線計測に関しても上記各実施形態と同等の効果を発揮さ
せることができ、応用範囲の広い測定装置に適用でき
る。例えば、ＣＴ法に基づく医療用ポジトロンＣＴ装置
や、放射線を使用して測定対象の試料を三次元的に分析
する測定装置等に適用できる。

【０１１６】なお、この実施形態ではＨＶを備えた構成
としてあるが、この発明は必ずしもこれに限定されるも
のではなく、ＨＶを省略してもよい。ワイヤーに高電圧
を印加しなくても、ガスの発光現象により計測に殆ど支
障がない光量を取得できるためである。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜１５記
載の発明に係る中性子計測システムによれば、特にセン
サをガスを封入した容器、核変換物質を塗布したワイヤ
ー、及び光ファイバで構成したため、センサ及び信号処
理系を簡素に構築でき、その信号処理系に掛かる負荷を
大幅に抑制でき、装置全体を比較的安価に提供できる。
この効果は、特に原子炉等の周囲で大型化及び耐放射線
性が要求される中性子空間出力分布装置等に適用した場
合に最大限に発揮させることができる。

【０１１８】また、請求項１６記載の発明に係る放射線
計測システムによれば、特にセンサをガスを封入した容
器、ワイヤー、及び光ファイバで構成したため、上記と
同等の効果を電離放射線計測に関しても発揮させること
ができ、例えばＣＴ法の利点を活用しつつ、汎用性を高
めた測定装置に適したセンサ及び信号処理系を簡素に構
築でき、装置全体を比較的安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の中性子空間出力分布監視装置
（本発明の中性子計測システムを搭載）の全体構成を示
す概略図。

【図２】第２実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図３】第３実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図４】第４実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図５】第５実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図６】第６実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図７】第７実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図８】第８実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図９】第９実施形態の中性子空間出力分布監視装置の
全体構成を示す概略図。

【図１０】第１０実施形態の中性子空間出力分布監視装
置の全体構成を示す概略図。

【図１１】第１１実施形態の中性子空間出力分布監視装
置の全体構成を示す概略図。

【図１２】第１２実施形態の放射線空間出力分布監視装
置（本発明の放射線計測システムを搭載）の全体構成を
示す概略図。

【符号の説明】

１センサ２信号処理系３容器４ワイヤー５光ファイバ（光ケーブル）６ガス７核変換物質８光電変換装置９信号処理装置１０ＴＤＣ（時間差分析装置）１１ＨＶ（高電圧電源）１２原子炉（中性子発生源）１３パルス計数器１４増幅器１５信号選別装置１６信号計測装置１７放射線発生源ｎ中性子ｅ荷電粒子ＯＳ光信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中性子発生源からの中性子を検出するセ
ンサと、このセンサの検出信号から上記中性子に関する
情報を取得する信号処理系とを備えた中性子計測システ
ムにおいて、上記センサは、荷電粒子の存在下で発光するガスを封入
した容器と、この容器内に配置され且つ当該容器内に上
記中性子を受け入れたときに当該中性子を吸収して上記
荷電粒子を放出する核変換物質を表面に塗布したワイヤ
ーと、このワイヤーの近傍位置に配置され且つ上記中性
子を上記ワイヤーで吸収したときに上記核変換物質から
放出される上記荷電粒子の存在下で上記ガスが発する光
信号を上記ワイヤーの近傍位置で受けて光伝送する光ケ
ーブルとを備え、上記信号処理系は、上記光ケーブルにより光伝送された
上記光信号に基づいて少なくとも上記ワイヤーの中性子
吸収位置に関するデータを取得するデータ取得手段を備
えたことを特徴とする中性子計測システム。
【請求項２】前記データ取得手段は、前記光ケーブル
の両端部の夫々の光信号を個別に電気信号に変換して検
出する光電変換手段と、この光電変換手段が検出した電
気信号に基づいて前記ワイヤーの中性子吸収位置に関す
るデータを測定する位置計測手段とを備えた請求項１記
載の中性子計測システム。
【請求項３】前記位置計測手段は、前記光電変換手段
が検出した電気信号に基づいて前記光ケーブルの両端部
の夫々の光信号の互いの光量差に関するデータを求め、
そのデータから前記ワイヤーの中性子吸収位置に関する
データを計測する手段である請求項２記載の中性子計測
システム。
【請求項４】前記位置計測手段は、前記光電変換手段
が検出した電気信号に基づいて前記光ケーブルの両端部
の夫々の光信号の光伝送時間差に関するデータを求め、
そのデータに基づいて前記ワイヤーの中性子吸収位置に
関するデータを計測する手段である請求項２記載の中性
子計測システム。
【請求項５】前記ガスが発する光信号に対して自己増
殖による比例蛍光を誘起させる高電圧を発生する高電圧
電源を更に備え、この高電圧電源を前記ワイヤーに接続
した請求項１乃至４のいずれか１項記載の中性子計測シ
ステム。
【請求項６】前記ワイヤーは複数本のワイヤーであ
り、この複数本のワイヤーを前記容器内に配置すると共
に、前記光ケーブルは１本の光ケーブルであり、この１
本の光ケーブルを上記複数本のワイヤーの夫々の近傍を
通るように上記容器内に張り巡らして配置した請求項１
乃至５のいずれか１項記載の中性子計測システム。
【請求項７】前記位置計測手段は、前記光電変換手段
が検出した電気信号に基づいて前記容器内の二次元中性
子吸収位置に関するデータを計測する手段である請求項
６記載の中性子計測システム。
【請求項８】前記中性子発生源は円柱状の原子炉であ
り、前記容器は上記原子炉の外径よりも大きい内径を有
する筒状の容器であり、この容器を上記原子炉の周囲を
覆い且つ当該原子炉から外部に放射される中性子を受け
る位置に配置した請求項１乃至５のいずれか１項記載の
中性子計測システム。
【請求項９】前記位置計測手段は、前記光電変換手段
が検出した電気信号に基づいて前記原子炉の中性子束空
間分布に関するデータを計測する手段である請求項８記
載の中性子計測システム。
【請求項１０】前記データ取得手段は、前記光電変換
手段が検出した電気信号に基づいて前記ワイヤーの各中
性子吸収事象毎の前記光信号のパルス数を計数し、その
パルス数の単位時間の計数率に基づいて上記ワイヤーに
吸収された中性子束に関するデータを計測する手段を備
えた請求項２乃至９のいずれか１項記載の中性子計測シ
ステム。
【請求項１１】前記データ取得手段は、前記核変換物
質から荷電粒子が放出されるときに前記複数本のワイヤ
ーの夫々に誘起される電気信号を検出し、その各電気信
号に基づいて上記複数本のワイヤーを選別する手段を備
えた請求項５乃至９のいずれか１項記載の中性子計測シ
ステム。
【請求項１２】前記データ取得手段は、前記核変換物
質が荷電粒子を放出するときに前記複数本のワイヤーの
夫々に誘起される電気信号を検出し、その各電気信号を
積算して上記複数本のワイヤーの夫々に吸収された中性
子量に関するデータを計測する手段を備えた請求項５乃
至９のいずれか１項記載の中性子計測システム。
【請求項１３】前記光ケーブルを前記ワイヤーの軸方
向に直交する状態で前記容器内に配置した請求項１乃至
１２のいずれか１項記載の中性子計測システム。
【請求項１４】前記容器内に前記複数本のワイヤーを
網目状に配置した請求項５乃至１２記載のいずれか１項
記載の中性子計測システム。
【請求項１５】前記容器内に前記ワイヤーの近傍から
離した位置を通る別途の光ケーブルを配置した請求項１
乃至１４のいずれか１項記載の中性子計測システム。
【請求項１６】放射線発生源からの電離放射線を検出
するセンサと、このセンサの検出信号から上記電離放射
線に関する情報を取得する信号処理系とを備えた放射線
計測システムにおいて、上記センサは、ワイヤーを有し且つ上記電離放射線が通
過するときに発光するガスを封入した容器と、上記ワイ
ヤーの近傍位置に配置され且つ上記ガスが発する光信号
を上記ワイヤーの近傍位置で受けて光伝送する光ケーブ
ルとを備え、上記信号処理系は、上記光ケーブルにより光伝送された
上記光信号に基づいて少なくとも上記電離放射線の通過
位置に関するデータを取得するデータ取得手段とを備え
たことを特徴とする放射線計測システム。