特開 2024-27548 放射線検出装置及び放射線検出装置の点検方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024027548

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】放射線検出装置及び放射線検出装置の点検方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20240222BHJP

   G01T 1/00 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 J

G01T1/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130434

(22)【出願日】2022-08-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】屋敷 昌也

(72)【発明者】

【氏名】矢澤 博之

(72)【発明者】

【氏名】黒崎 将史

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 大二郎

【テーマコード（参考）】

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G188AA09

2G188AA19

2G188CC20

2G188EE07

2G188EE25

2G188FF30

(57)【要約】

【課題】光源から検出器に照射される点検用光の光量が過剰にならないように調整でき、検出器に発生する不具合を未然に回避できること。
【解決手段】放射線をシンチレーション光１５に変換するシンチレータ１１と、シンチレーション光１５を入射して放射線量を検出する検出器１２と、シンチレーション光１５に代えて、検出器１２を点検するための点検用光１６を検出器１２に照射する発光素子１３と、点検用光１６の入射により検出器１２から出力される検出器出力信号Ｂの大きさに基づいて、発光素子１３へ流す発光素子電流１８を調整するフィードバック回路部１４と、を有して構成されたものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータと、
前記シンチレーション光を入射して放射線量を検出する検出器と、
前記シンチレーション光に代えて、前記検出器を点検するための点検用光を前記検出器に照射する光源と、
前記点検用光の入射により前記検出器から出力される検出器出力信号の大きさに基づいて前記光源へ流す光源用電流を調整するフィードバック回路部と、を有して構成されたことを特徴とする放射線検出装置。

【請求項2】

前記フィードバック回路部は、検出器出力信号と閾値とを比較することで前記検出器出力信号の大きさを判断するコンパレータ回路を有して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。

【請求項3】

前記フィードバック回路部は、電荷を蓄積するコンデンサを備えたピークホールド回路と、前記コンデンサに蓄積された電荷に応じた電流を光源用電流として光源へ流す電圧・電流変換回路と、を有し、
検出器出力信号が閾値を超えたとコンパレータ回路により判断されたときに、前記ピークホールド回路により前記コンデンサに蓄積される電荷がピーク値に保持され、前記電圧・電流変換回路により前記光源に流される前記光源用電流がピーク値に保持されるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。

【請求項4】

前記フィードバック回路部は、ピークホールド回路のコンデンサに蓄積された電荷を放電可能とする電荷放電回路を有して構成されたことを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。

【請求項5】

放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータと、前記シンチレーション光を入射して放射線量を検出する検出器と、を有する放射線検出装置の点検方法であって、
前記検出器を点検するための点検用光を、前記シンチレーション光に代えて光源から前記検出器へ照射する際に、前記点検用光の入射により前記検出器から出力される検出器出力信号の大きさに基づいて、前記光源へ流す光源用電流を調整することを特徴とする放射線検出装置の点検方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、検出器の点検機能を備えた放射線検出装置、及び放射線検出装置の点検方法に関する。

【背景技術】

【0002】

核燃料を取り扱う原子力研究施設や再処理工場等では、万一の臨界事故発生時の迅速な作業員退避を目的として臨界警報装置を設置している。この臨界警報装置では、臨界事象に伴う放射線レベルの上昇を確実に検知するための手段として、極めて高い線量率場においても確実に線量率高を検出することが要求されることから、電流モードで動作する放射線検出装置（電離箱やシンチレーション検出器を含む）を使用している。

【0003】

臨界警報装置に使用している放射線検出装置は、臨界検知機能が正常に動作することを確認するため、定期的なトリップ動作テストの点検を行う必要があり、検出器をトリップ動作させるための点検用の発光素子を搭載している。通常時にはシンチレータによって、入射する放射線を光(シンチレーション光)に変換し、検出器にシンチレーション光を与えるが、点検時には発光素子を点灯させることによって、シンチレーション光を模擬した光（点検用光）を検出器に与える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－２４９７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図５に示す従来の放射線検出装置１００は、シンチレータ１０１、検出器１０２、及び点検用の発光素子１０３を有する。通常時には、シンチレータ１０１が放射線を光（シンチレーション光１０４）に変換し、検出器１０２はシンチレーション光１０４を入射して、シンチレータ１０１に入射した放射線の放射線量を検出する。検出器１０２のトリップ動作テストの点検時には、発光素子１０３が点検信号Ａ_０を入力して発光し、検出器１０２は、シンチレーション光１０４に代えて、発光素子１０３からの点検用光１０５を入射することで、内部の測定回路等の点検が実施される。

【0006】

ところで、トリップ動作テストなどの点検時には、発光素子１０３による点検用光１０５が適切な光量に調整される必要がある。しかしながら、検出器１０２の効率、発光素子１０３の固体差や経年変化等によって、トリップ動作レベルの放射線に対応したシンチレーション光１０４を模擬した点検用光１０５を、適切な光量に調整することが困難な場合がある。

【0007】

例えば、検出器１０２をトリップ動作させる際に、発光素子１０３が点検用光１０５の光量を過剰に照射した場合には、点検終了後に検出器１０２内の各測定回路に蓄積された電荷の放電がなかなか進まず、測定回路の電流信号が実際の放射線レベルに復帰するまでに相当な時間を要してしまう。このため、点検終了後の臨界警報装置の復旧運用に支障が生じている。

【0008】

なお、図３（Ｂ）には、発光素子１０３から照射される点検用光１０５の光量が過剰であって、この点検用光１０５を入射した検出器１０２から出力される検出器出力信号Ｂ_０が、トリップ閾値を大幅に超えている状況を示している。

【0009】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、光源から検出器に照射される点検用光の光量が過剰にならないように調整でき、検出器に発生する不具合を未然に回避できる放射線検出装置及び放射線検出装置の点検方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の実施形態における放射線検出装置は、放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータと、前記シンチレーション光を入射して放射線量を検出する検出器と、前記シンチレーション光に代えて、前記検出器を点検するための点検用光を前記検出器に照射する光源と、前記点検用光の入射により前記検出器から出力される検出器出力信号の大きさに基づいて前記光源へ流す光源用電流を調整するフィードバック回路部と、を有して構成されたことを特徴とするものである。

【0011】

本発明の実施形態における放射線検出装置の点検方法は、放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータと、前記シンチレーション光を入射して放射線量を検出する検出器と、を有する放射線検出装置の点検方法であって、前記検出器を点検するための点検用光を、前記シンチレーション光に代えて光源から前記検出器へ照射する際に、前記点検用光の入射により前記検出器から出力される検出器出力信号の大きさに基づいて、前記光源へ流す光源用電流を調整することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明の実施形態によれば、光源から検出器に照射される点検用光の光量が過剰にならないように調整でき、検出器に発生する不具合を未然に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図。

【図2】図１のフィードバック回路部の構成を示すブロック図。

【図3】（Ａ）が点検信号の時間推移を示すグラフ、（Ｂ）が従来技術における検出器出力信号の時間推移を示すグラフ、（Ｃ）が本実施形態における検出器出力信号の時間推移を示すグラフ。

【図4】図１のフィードバック回路部が実行する発光素子電流の調整手順等を示すフローチャート。

【図5】従来の放射線検出装置を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。この図１に示す放射線検出装置１０は、シンチレータ１１及び検出器１２を有して放射線量を検出すると共に、検出器１２を点検するために、光源としての発光素子１３とフィードバック回路部１４とを有して構成される。

【0015】

シンチレータ１１は、入射する放射線を光（シンチレーション光１５）に変換する。検出器１２は、シンチレータ１１からシンチレーション光１５を入射して、シンチレータ１１に入射した放射線の放射線量を検出する。この検出器１２は、例えばトリップ動作が正常に動作することを確認するために定期的に点検される必要がある。

【0016】

発光素子１３は、検出器１２の動作(例えばトリップ動作)が正常であるか否かを点検するために点検用光１６を照射するものであり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）にて構成される。つまり、発光素子１３は、点検スイッチ１７のＯＮ動作により、この点検スイッチ１７から点検信号Ａを入力したときに、検出器１２を点検するための点検用光１６を検出器１２に、シンチレーション光１５に代えて照射する。この点検用光１６を用いて検出器１２は、動作が正常であるか否かが点検される。

【0017】

フィードバック回路部１４は、発光素子１３から検出器１２に入射される点検用光１６の光量が適切な値になるように、検出器１２が点検用光１６の入射により出力する検出器出力信号Ｂの大きさに基づいて、発光素子１３へ流す光源用電流としての発光素子電流１８を調整するものである。このフィードバック回路部１４は、図２に示すように、コンパレータ回路２０、ピークホールド回路２１、電圧・電流変換回路２２及び電荷放電回路２３を有して構成される。

【0018】

コンパレータ回路２０は、図１に示す発光素子１３から検出器１２に点検用光１６が入射されることにより検出器１２が出力する検出器出力信号Ｂとトリップ閾値（図３参照）とを比較することで、検出器出力信号Ｂの大きさを判断するものである。このコンパレータ回路２０は、図２に示すように、互いに電気的に接続されたコンパレータ２４及びＡＮＤ回路２５を有して構成される。

【0019】

コンパレータ２４は、検出器出力信号Ｂとトリップ閾値とを比較し、検出器出力信号Ｂがトリップ閾値以下の場合に（検出器出力信号Ｂ≦トリップ閾値）、コンパレータ出力信号ＣをＯＮ（Ｈレベル）として出力する。また、検出器出力信号Ｂがトリップ閾値を超えた場合には（検出器出力信号Ｂ＞トリップ閾値）、コンパレータ２４はコンパレータ出力信号ＣをＯＦＦ（Ｌレベル）として出力しない。

【0020】

ＡＮＤ回路２５は、コンパレータ２４からコンパレータ出力信号Ｃが出力され、且つ点検スイッチ１７から点検信号Ａが出力されているときに、ＡＮＤ演算を実施してＡＮＤ回路出力信号Ｄを出力（ＯＮ）する。ＡＮＤ回路２５は、コンパレータ２４からのコンパレータ出力信号Ｃと点検スイッチ１７からの点検信号Ａのいずれか一方が出力されなくなったとき、例えば、検出器出力信号Ｂがトリップ閾値を超えてコンパレータ出力信号Ｃが出力されなくなったときに、ＡＮＤ回路出力信号Ｄの出力を停止（ＯＦＦ）する。

【0021】

ピークホールド回路２１は、コンパレータ回路２０のＡＮＤ回路２５に電気的に接続されたダイオード２６と、このダイオード２６に電気的に接続されて電荷を蓄積するコンデンサ２７と、を有して構成される。また、これらのダイオード２６及びコンデンサ２７は、電圧・電流変換回路２２の第１トランジスタ３１と電荷放電回路２３の放電スイッチ３６にも電気的に接続される。

【0022】

このピークホールド回路２１では、図１に示す検出器１２からの検出器出力信号Ｂがトリップ閾値以下のときに（検出器出力信号Ｂ≦トリップ閾値）コンパレータ２４からコンパレータ出力信号Ｃが出力され、更にＡＮＤ回路２５からＡＮＤ回路出力信号Ｄが出力されると、ダイオード２６は、ＡＮＤ回路出力信号Ｄをコンデンサ２７、第１トランジスタ３１及び放電スイッチ３６に伝達する。コンデンサ２７は、伝達されたＡＮＤ回路出力信号Ｄ（電流）を電荷として蓄積して端子間電圧を徐々に変化（増大）させる。

【0023】

検出器１２から出力される検出器出力信号Ｂがトリップ閾値を超えたと（検出器出力信号Ｂ＞トリップ閾値）コンパレータ２４が判断すると、このコンパレータ２４からコンパレータ出力信号Ｃが出力されなくなる。従って、ＡＮＤ回路２５からダイオード２６にＡＮＤ回路出力信号Ｄが出力されなくなって、ダイオード２６はコンデンサ２７、第１トランジスタ３１及び放電スイッチ３６にＡＮＤ回路出力信号Ｄを伝達しなくなる。このとき、コンデンサ２７に蓄積された電荷はダイオード２６によって放電されず、ピーク値として保持されることで、コンデンサ２７の端子間電圧もピーク値に保持される。

【0024】

電圧・電流変換回路２２は、ピークホールド回路２１のコンデンサ２７に蓄積された電荷に応じた電流を、発光素子電流１８として発光素子１３に流すものであり、第１トランジスタ３１、第２トランジスタ３２及び第３トランジスタ３３を有して構成される。第１トランジスタ３１は、互いに電気的に接続された第２トランジスタ３２及び第３トランジスタ３３に電気的に接続される。

【0025】

この電圧・電流変換回路２２では、ピークホールド回路２１のコンデンサ２７の端子間電圧がそのまま第１トランジスタ３１に反映されて、この第１トランジスタ３１から第２トランジスタ３２に電流が流れる。第２トランジスタ３２と第３トランジスタ３３とは電流が同期する構造であり、第２トランジスタ３２に流れた電流と同一電流値の電流が第３トランジスタ３３にも流れる。この第３トランジスタ３３に流れる電流が、そのまま発光素子電流１８として発光素子１３に流れる。

【0026】

従って、電圧・電流変換回路２２は、検出器１２から出力される検出器出力信号Ｂがトリップ閾値以下であるときには（検出器出力信号Ｂ≦トリップ閾値）、徐々に増大するコンデンサ２７の端子間電圧に応じて、徐々に上昇する発光素子電流１８を発光素子１３に流す。また、検出器出力信号Ｂがトリップ閾値を超えたときには（検出器出力信号Ｂ＞トリップ閾値）、電圧・電流変換回路２２は、ピーク値に保持されたコンデンサ２７の端子間電圧に応じて、発光素子１３に流す発光素子電流１８をピーク値に保持する。

【0027】

電荷放電回路２３は、ピークホールド回路２１のコンデンサ２７に蓄積された電荷を放電可能とするものであり、ＮＯＴ回路３４、リレー３５及び放電スイッチ３６を有して構成される。ＮＯＴ回路３４が点検スイッチ１７に電気的に接続され、このＮＯＴ回路３４、リレー３５、放電スイッチ３６が順次電気的に接続される。

【0028】

この電荷放電回路２３では、点検スイッチ１７がＯＮ動作して発光素子１３（図１）が点検用光１６を照射しているときには、図２に示すように、点検スイッチ１７からの点検信号Ａは、ＮＯＴ回路３４に入力されてＬレベル(ＯＦＦ状態)となり、リレー３５が動作しない。従って、放電スイッチ３６はＯＦＦ動作状態となって、ピークホールド回路２１のコンデンサ２７に対し、蓄積された電荷を放電させない。

【0029】

一方、点検スイッチ１７がＯＦＦ動作して発光素子１３が点検用光１６を照射しなくなったときには、点検スイッチ１７からの点検信号Ａは、ＮＯＴ回路３４によってＨレベル(ＯＮ状態)となり、リレー３５が動作する。従って、放電スイッチ３６はＯＮ動作状態となって、ピークホールド回路２１のコンデンサ２７に蓄積された余剰の電荷を、例えばアース回路に放電させる。これにより、発光素子１３には発光素子電流１８が流れなくなる。

【0030】

次に、上述のように構成されたフィードバック回路部１４の作用を、主に図４を参照して説明する。
図１に示す点検スイッチ１７がＯＮ動作されて、この点検スイッチ１７から点検信号Ａが発光素子１３に出力されると、発光素子１３は、点検用光１６を検出器１２に照射する（Ｓ１１）。検出器１２が点検用光１６を入射することで検出器出力信号Ｂが出力され、フィードバック回路部１４におけるコンパレータ回路２０のコンパレータ２４は検出器出力信号Ｂを入力して、この検出器出力信号Ｂがトリップ閾値を超えたか否かを判断する（Ｓ１２）。

【0031】

検出器出力信号Ｂがトリップ閾値以下であるときに（検出器出力信号Ｂ≦トリップ閾値）、コンパレータ２４はコンパレータ出力信号Ｃを出力(ＯＮ)する（Ｓ１３）。次に、コンパレータ回路２０のＡＮＤ回路２５は、コンパレータ２４からのコンパレータ出力信号Ｃと点検スイッチ１７からの点検信号Ａとを共に入力したときに、ＡＮＤ回路出力信号Ｄを出力(ＯＮ)する（Ｓ１４）。

【0032】

ピークホールド回路２１のコンデンサ２７は、ＡＮＤ回路２５からのＡＮＤ回路出力信号Ｄをダイオード２６を介して入力することで、電荷を徐々に蓄積して、端子間電圧を徐々に増大させる（Ｓ１５）。

【0033】

電圧・電流変換回路２２は、コンデンサ２７の端子間電圧（即ち蓄積された電荷）に対応して上昇する電流を、発光素子電流１８として発光素子１３に流す（Ｓ１６）。これにより、発光素子１３からの点検用光１６を入射する検出器１２が出力する検出器出力信号Ｂは、発光素子電流１８の電流値に対応して、図３（Ｃ）に示すように、トリップ閾値に至るまで徐々に上昇する。

【0034】

図４におけるステップＳ１２において、検出器出力信号Ｂがトリップ閾値を超えたときに（検出器出力信号Ｂ＞トリップ閾値）、コンパレータ回路２０のコンパレータ２４は、コンパレータ出力信号Ｃを停止(ＯＦＦ)する（Ｓ１７）。次に、コンパレータ回路２０のＡＮＤ回路２５は、コンパレータ２４からのコンパレータ出力信号Ｃの停止により、ＡＮＤ回路出力信号Ｄを停止(ＯＦＦ)する（Ｓ１８）。

【0035】

ピークホールド回路２１のコンデンサ２７は、ＡＮＤ回路２５からのＡＮＤ回路出力信号Ｄが入力されないことで電荷の蓄積が停止して、端子間電圧を変化させず、ピーク値に保持する（Ｓ１９）。

【0036】

電圧・電流変換回路２２は、コンデンサ２７のピーク値の端子間電圧に対応して、発光素子１３に流す発光素子電流１８をピーク値に保持する（Ｓ２０）。これにより、発光素子１３からの点検用光１６を入射する検出器１２が出力する検出器出力信号Ｂは、発光素子電流１８の電流値（ピーク値）に対応して、図３（Ｃ）に示すように、トリップ閾値付近に保持される。

【0037】

図４に示すステップＳ１６またはＳ２０の後に、点検スイッチ１７がＯＦＦ動作されて点検信号Ａが停止したとき、電荷放電回路２３のＮＯＴ回路３４の作用で、放電スイッチ３６は、ピークホールド回路２１のコンデンサ２７に蓄積されていた電荷を例えばアース回路に放電させる（Ｓ２１）。これにより、電圧・電流変換回路２２から発光素子１３に発光素子電流１８が流れなくなって、図３（Ｃ）に示すように、検出器１２からの検出器出力信号Ｂも、点検信号Ａの停止後速やかに消失する。

【0038】

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば次の効果（１）を奏する。
（１）図１及び図２に示すように、フィードバック回路部１４は、発光素子１３からの点検用光１６が検出器１２に入射されたときに検出器１２から出力される検出器出力信号Ｂの大きさに基づいて、発光素子１３へ流す発光素子電流１８を調整している。例えば、フィードバック回路部１４では、検出器出力信号Ｂがトリップ閾値を超えたとコンパレータ回路２０のコンパレータ２４により判断されたときに、ピークホールド回路２１のコンデンサ２７は、端子間電圧を変化させずにピーク値に保持する。そして、このコンデンサ２７の端間電圧のピーク値に対応して、電圧・電流変換回路２２は、発光素子１３へ流す発光素子電流１８をピーク値に保持し、発光素子１３に過大な電流の発光素子電流１８が流れないように調整している。

【0039】

この結果、発光素子１３から検出器１２に照射される点検用光１６の光量が過剰にならないように調整できるので、検出器１２に発生する不具合（例えば、トリップ動作の点検終了後に、検出器１２内の測定回路の電流信号が実際の放射線レベルに復帰するまでに相当な時間を要する不具合）を未然に回避することができる。

【0040】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
例えば、光源は、発光ダイオード等の発光素子の場合を述べたが、白熱電球やハロゲン電球、蛍光ランプ等の他の光源であってもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０…放射線検出装置、１１…シンチレータ、１２…検出器、１３…発光素子（光源）、１４…フィードバック回路部、１５…シンチレーション光、１６…点検用光、１８…発光素子電流（光源用電流）、２０…コンパレータ回路、２１…ピークホールド回路、２２…電圧・電流変換回路、２３…電荷放電回路、２４…コンパレータ、２７…コンデンサ、Ａ…点検信号、Ｂ…検出器出力信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】