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光学部品のガンマ線照射劣化挙動(受託研究)

Degradation behavior of optical components by gamma irradiation (Contract research)

武内 伴照; 柴田 裕司; 花川 裕規; 上原 聡明*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦; 熊原 肇*; 柴垣 太郎*; 駒野目 裕久*

Takeuchi, Tomoaki; Shibata, Hiroshi; Hanakawa, Hiroki; Uehara, Toshiaki*; Ueno, Shunji*; Tsuchiya, Kunihiko; Kumahara, Hajime*; Shibagaki, Taro*; Komanome, Hirohisa*

原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視し、緊急時対応を円滑に実施するためには、信頼性の高い伝送技術が必要である。本研究では、水中で伝送可能な可視光無線伝送システムの構築を目指して、LEDやフォトダイオード等の光学部品に対して10$$^{6}$$Gyまでのガンマ線の照射による影響を調べた。その結果、LEDは全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色した。フォトダイオードの電流-電圧特性にはほとんど変化は無かった。フォトダイオードは、受光感度が減少するとともに窓材の樹脂が着色したが、暗電流は伝送に悪影響を与えるほどの大きさにはならなかった。これらの結果から、両素子を無線伝送システムに適用する場合に考慮すべき特性劣化の主因は、半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によって発光及び受光量が減少することによるものであることが示唆された。また、発光・受光回路部を環境から隔離するための窓材や、外乱ノイズ光を軽減するための光学フィルタとして、各種ガラスについてもガンマ線照射による透過率の減少を評価し、伝送システムの構築に向けた基礎データを取得した。

Under severe accidents, high-integrity transmission techniques are necessary so as to monitor the situation of the nuclear power plant. In this study, effects of gamma irradiation up to 10$$^{6}$$Gy on properties of optical devices were evaluated toward the development of a radiation-resistant in-water wireless transmission system using visible light. After the irradiation, for the LEDs, the total luminous flux decreased and the browning of resin lenses occurred. Meanwhile, the current-voltage characteristics hardly changed. For the PDs, the light sensitivity decreased and the browning of resin window occurred. The dark currents of PDs did not become large enough to adversely affect transmission. These results indicated that both the decreases of the total luminous flux of the LEDs and the light sensitivity of the PDs were mainly caused by not the degradation of the semiconductor parts but the browning of the resin parts by the irradiation. In addition, basic decrease behaviors of light transmission of several different types of glasses by gamma irradiation were also obtained so as to select the suitable optical windows and filters for the developing radiation-resistant in-water wireless transmission system.

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