Top > Search of Japanese Patents > TEMPERATURE MEASUREMENT DEVICE AND TEMPERATURE MEASUREMENT METHOD

TEMPERATURE MEASUREMENT DEVICE AND TEMPERATURE MEASUREMENT METHOD UPDATE_EN

Patent code P210017433
File No. 14179
Posted date Feb 19, 2021
Application number P2019-100962
Publication number P2020-193925A
Date of filing May 30, 2019
Date of publication of application Dec 3, 2020
Inventor
  • (In Japanese)瀬川 麻里子
  • (In Japanese)前田 亮
  • (In Japanese)藤 暢輔
  • (In Japanese)甲斐 哲也
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Title TEMPERATURE MEASUREMENT DEVICE AND TEMPERATURE MEASUREMENT METHOD UPDATE_EN
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a temperature of a sample without contact and with high accuracy by utilizing a neutron resonance absorption into the sample.
SOLUTION: A temperature measurement device 1 uses a neutron source 100 for emitting pulsed neutron rays N0 with a white spectrum in which a sample S0 whose temperature is to be measured is irradiated with the neutron rays N0. An indicator S1 with a known material composition is irradiated with the neutron rays N1 transmitted through the sample S0. Gamma rays emitted together with the emission of the neutron rays N1 from the indicator S1 are detected by a gamma ray detector 20. As a temperature dependency exists in a flying time spectrum measured by the gamma ray detector 20, it is possible to calculate the temperature of the sample S0 by analyzing this spectrum.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

試料の温度を測定する方法として、試料と温度センサとを接触させる接触型の測定方法と、試料と非接触の状態で試料の温度を測定する非接触型の測定方法の2種類がある。試料と温度センサとを接触させることが困難な状況の場合には、特に非接触型の測定方法が好ましい。

非接触型の測定方法としては、例えば試料から発せられる熱赤外線の強度を基にして温度を測定する方法が広く用いられている。一方、例えば放射性廃棄物の温度を測定する場合には、試料と温度センサとを接触させることが困難な上に、更にこの試料が他の物質(キャニスタ等)で覆われている場合もあるが、放射性廃棄物の管理上、その温度を認識することは重要である。この場合には試料が発した熱赤外線を外部で検知することが困難であるため、熱赤外線により試料の温度を検知することが困難である。

このため、このようにキャニスタ等で覆われた内部の試料の温度を非接触で測定する方法として、非特許文献1に記載されたように、キャニスタ及び試料を透過するX線を用いる方法が知られている。この測定方法においては、温度の変化に伴う試料の密度の変化が、透過X線を用いて認識される。プローブとして使用されるX線としては、高強度の放射光が特に好ましく用いられる。しかしながら、この方法においては、キャニスタにおけるX線の透過率が十分に高い場合にのみ温度測定が可能となるため、キャニスタの厚さや材料に対する制限が大きい。

これに対して、一般的に、中性子(線)の物質に対する透過率はX線等と比べて非常に高いため、中性子を上記のX線の代わりにプローブとして使用する場合には、上記のようなキャニスタに対する制限は緩くなるため、非常に有効である。例えば非特許文献2、3には、中性子線をプローブとして用いる温度測定方法が記載されている。図8は、この測定装置の構成を模式的に示す図であり、ここでは、中性子源100からパルス状に制御して生成された幅広いエネルギーをもつ(白色スペクトルの)中性子線N0が試料Sに対して照射され、試料Sを透過した中性子線N1の強度が、中性子検出器90によって、高い時間分解能で検出される。この場合において試料の温度の算出に使用される中性子検出器90における測定結果の例である。図9においては、パルス状に発せられた中性子の飛行時間(検出時刻)と検出強度(中性子カウント)との関係が示されており、早く到達した(横軸が大きい側の)中性子がエネルギーの高い中性子に対応し、遅く到達した(横軸が小さい側の)中性子がエネルギーの低い中性子に対応する。このため、図9の特性は中性子線N1のエネルギースペクトルに対応する。ここで、図8においては、試料Sのみが記載されているが、実際には中性子線N0、N1に対する透過率が高い他の材料(例えばキャニスタ)が光軸上に存在していても、上記の測定を行うことができる。中性子の物質透過率は他の放射線等と比べて高いため、こうした材料として、多くのものを用いることができる。

中性子線N0が仮にエネルギーが一定の白色スペクトルであり、試料Sが存在せずに中性子線N0がそのまま中性子検出器90で検出された場合には、図9の破線で示されたように、白色のエネルギースペクトルを反映した時間的に一定の検出強度が得られる。一方、試料Sが存在する場合には、中性子線N0が試料Sを透過する際に、試料S(試料S中の核種)における中性子の共鳴吸収に固有のエネルギーをもつ中性子が特に強く吸収される。このため、試料Sを透過後の中性子線N1においては、上記の固有のエネルギーに対応する飛行時間で強い吸収(検出強度の低下:ディップ)が発生する。このエネルギーは、例えば試料SがTaで構成される場合には4.3eV程度となる。

試料Sの温度が変化した場合に、このディップの極小点の位置(エネルギー:飛行時間)は変化しないが、ディップの形状(深さや幅)は、原子核の熱運動によるドップラー効果により定まり、試料Sの温度に応じて変動する。例えば、図9において、特性Aは温度23℃、特性Bは500℃におけるTaの共鳴吸収に対応する。このため、試料Sに含まれる元素(核種)が特定され、中性子検出器90の検出結果でこのようなディップの形状の差異を認識することができれば、試料Sの温度を認識することができる。この際、試料Sに複数種類の元素が含まれる場合においては、各元素(核種)についてこの解析を行うことができるが、試料Sが単体の構造物である場合にはどの元素の場合でも原理的には同じ温度が算出される。このため、この元素としては、このうちの一種のみを選択すれば十分であり、このディップが最も顕著となった核種(共鳴吸収のエネルギー)に対してこの解析を行うことにより、試料Sの温度を算出することができる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、中性子の共鳴吸収を用いて非接触で試料の温度を測定する温度測定装置、温度測定方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
試料における中性子の共鳴吸収を用いて前記試料の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、
前記試料における前記共鳴吸収が発生するエネルギーを含むエネルギー範囲のスペクトルをもつ中性子で構成されたパルス状の中性子線を発生させる中性子源と、
前記試料において前記共鳴吸収が発生するエネルギー領域で前記共鳴吸収をおこす核種を含んで構成され、前記試料を透過後の前記中性子線が照射されるインディケータと、
前記インディケータからの前記共鳴吸収に伴う即発γ線、又は前記中性子線の光軸から外れた散乱中性子線の強度の経時変化である飛行時間スペクトルを検出する検出部と、
前記飛行時間スペクトルから前記試料の温度を算出する解析部と、
を具備することを特徴とする温度測定装置。

【請求項2】
 
前記インディケータは、前記試料と共通の核種を含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の温度測定装置。

【請求項3】
 
前記解析部は、前記飛行時間スペクトルと、予め記憶された参照スペクトルからの差分の積分値を算出し、当該積分値に基づいて前記温度を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の温度測定装置。

【請求項4】
 
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の温度測定装置において、異なる共鳴吸収エネルギーを有する複数の核種を含有する前記試料に対して、前記複数の核種を含有する前記インディケータを用い、
前記複数の核種の各々に対して前記温度を算出することを特徴とする温度測定方法。

【請求項5】
 
前記複数の核種は、前記試料における別体とされた複数の部分にそれぞれ別に含有され、当該部分毎に前記温度を算出することを特徴とする請求項4に記載の温度測定方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2019100962thum.jpg
State of application right Published
(In Japanese)ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、下記問合せ先にご相談下さい。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close