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Development of radiation resistant in-water transmission system using visible light with environmental robustness

環境ロバスト性を備えた耐放射線性を有する可視光水中無線伝送システムの開発

武内 伴照; 大塚 紀彰; 中野 寛子; 柴垣 太郎*; 駒野目 裕久*; 土谷 邦彦

Takeuchi, Tomoaki; Otsuka, Noriaki; Nakano, Hiroko; Shibagaki, Taro*; Komanome, Hirohisa*; Tsuchiya, Kunihiko

過酷事故の際の使用済み燃料プール内のデータ取得及び伝送や、原子炉建屋が水で満たされる場合を想定して、水中における無線伝送システムを検討した。本研究では、水中環境が変化した場合でも安定した伝送を可能とするための、環境ロバスト性を有するか施行水中無線伝送システムの試作を行った。設計したシステムでは、発光ダイオードは2次元マトリックス配列とし、フォトダイオードはCMOSイメージセンサに置き換えた。2次元送受信システムの環境ロバスト性を確認するために、水中における気泡の有無や数を変化させて水中送受信試験を実施した。その結果、パターン信号よりも点滅信号の方が気泡の影響を受けにくく、ロバスト性に優れることが分かった。また、表面実装型の発光ダイオードの方が、砲弾型のものよりも2次元マトリックス上の各発光点の弁別性に優れていることが分かった。一方で、発光素子の耐放射線性を確認するため、発光ダイオードに対する$$gamma$$線照射試験を実施した。その結果、表面実装型の方が吸収線量に対する全光束の現象が小さく耐放射線性の面からも同発光ダイオードが伝送システムの発光素子として有利であることが分かった。

Considering that reactor buildings could be filled with water under severe accidents, a development of the wireless transmission system in water is necessary. In this study, transmission method using visible light was adopted because of its relatively lower attenuation rate and higher transmission rate in water. In the designed transmission system, two-dimensional transmission devices were adopted. LEDs arranged in a two-dimensional array and a camera using a CMOS image sensor, that is like a 2D aggregation of PDs, were used as the light emission and receiving devices, respectively. Moreover, both of pattern and flicker signals can be simultaneously emitted. To confirm the environmental robustness, the in-water transmission tests using the two-dimensional transmission devices were performed with and without air bubbles. The results indicated the pattern signals were more easily influenced than the flicker signals by the air bubbles. In addition, surface mounting LEDs were more suitable than bullet-type LEDs because of their good distinctiveness of the light spots from each LED. On the other hand, $$gamma$$ irradiation tests for the LEDs were performed. The results again indicated surface mounting LEDs were advantageous because the decrease rates of the total luminous flux with absorbed $$gamma$$ dose were lower than that of the bullet-type LEDs.

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