(57)【要約】【課題】原子炉に装荷される燃料棒に含有される可燃性毒物の量を、低濃度の場合でも測定できるようにする。【解決手段】減速材中にバンドル配置部を挟んで中性子源および中性子検出器を配置する。そのバンドル配置部に、燃料棒を束ねたバンドルを配置した場合の中性子計数率φを中性子増倍率ｋｅの関数として定式化する（Ｓ２４）。可燃性毒物を含有しない基準バンドルを配置した場合の中性子増倍率を計算によって求める（Ｓ３３）。可燃性毒物の含有による中性子増倍率の変化Δｋ／ｋｅ０を可燃性毒物含有量の関数として定式化する（Ｓ６１）。測定対象バンドルおよび基準バンドルをバンドル配置部に配置したときの中性子計数率を測定し（Ｓ７１）、その比（φｍ１／φｍ０）と計算によって求めた中性子計数率の比（φ１／φ０）とが実質的に等しくなるように可燃性毒物含有量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆管にウランを収めた燃料棒に含有される可燃性毒物の含有量を測定する可燃性毒物含有量測定方法において、
測定対象の前記燃料棒を束ねた測定対象バンドルを配置するバンドル配置部を挟んで中性子源および中性子検出器を設ける準備工程と、
前記燃料棒を束ねたバンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φを中性子増倍率ｋｅの関数として表した第１の関数を求める中性子束定式化工程と、
中性子の除去断面積に対する拡散係数の比である中性子減速面積が前記測定対象バンドルと実質的に等しくかつ可燃性毒物を含有しない基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０を計算によって求める基準計算工程と、
前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ１と前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０との差分Δｋ＝ｋｅ０−ｋｅ１のｋｅ０に対する比（Δｋ／ｋｅ０）を前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇの関数として表した第２の関数を求める中性子増倍率変化量定式化工程と、
前記バンドル配置部に前記基準バンドルを配置して前記中性子検出器で中性子計数率φｍ０を測定する基準測定工程と、
前記バンドル配置部に前記測定対象バンドルを配置して前記中性子検出器で中性子計数率φｍ１を測定する対象測定工程と、
前記対象測定工程で測定した中性子計数率φｍ１の前記基準測定工程で測定した中性子計数率φｍ０に対する比（φｍ１／φｍ０）が、前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇを前記第２の関数に代入して得られる（Δｋ／ｋｅ０）と前記基準計算工程で求められた中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ１の前記基準計算工程で求められた中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ０に対する比（φ１／φ０）と実質的に等しくなるようなＧの値を求める可燃性毒物含有量算出工程と、
を有することを特徴とする可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項２】
前記第１の関数は、定数ａおよび定数ｂを用いて、φ＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ）と表されることを特徴とする請求項１に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項３】
前記第２の関数は、核分裂断面積に１核分裂あたりの中性子放出数νを乗じたものを中性子放出断面積と呼ぶこととし、前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった吸収断面積を＜Σａ０＞、前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった中性子放出断面積を＜νΣｆ０＞、前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった吸収断面積を＜Σａ＞、前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった中性子放出断面積を＜νΣｆ＞、Δ＜Σａ＞＝＜Σａ＞−＜Σａ０＞、Δ＜νΣｆ＞＝＜νΣｆ＞−＜νΣｆ０＞、ｋ∞０＝＜νΣｆ０＞／＜Σａ０＞、Ｆ＝１−（Δ＜νΣｆ＞／Δ＜Σａ＞）／ｋ∞０、ｘ＝Δ＜Σａ＞／＜Σａ０＞、とすると、（Δｋ／ｋｅ０）＝Ｆ・｛ｘ／（１＋ｘ）｝と表されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項４】
前記基準計算工程は、中性子輸送拡散計算によって中性子増倍率ｋｅ０を計算する工程であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項５】
前記測定対象バンドルに含まれる燃料棒のうち、前記中性子検出器に面する燃料棒は可燃性毒物を含有しないことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項６】
前記バンドル配置部と前記中性子検出器との間は２．５ｃｍ以上離れていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項７】
前記バンドル配置部と前記中性子検出器との間にカドミウム板を設けることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項８】
前記中性子源と前記中性子検出器は、前記燃料棒の軸が延びる方向の異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項９】
前記基準バンドルは、前記燃料棒の軸に垂直な平面での断面形状が前記測定対象バンドルと同じであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の可燃性毒物含有量測定方法。
【請求項１０】
軸方向に延びる被覆管にウランを収めた燃料棒を束ねた測定対象バンドルに含有される可燃性毒物の含有量を測定する可燃性毒物含有量測定装置において、
中性子源と、
減速材中に配置される中性子検出器と、
前記燃料棒であって前記所定の濃縮度以下のウランを収めた基準燃料棒を中性子の除去断面積に対する拡散係数の比である中性子減速面積が前記検査対象バンドルと実質的に等しくなるように束ねて、前記減速材中で前記中性子源および前記中性子検出器に挟まれた前記バンドル配置部に取出し可能に配置された基準バンドルと、
前記燃料棒を束ねたバンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φを中性子増倍率ｋｅの関数として表した第１の関数と、中性子の除去断面積に対する拡散係数の比である中性子減速面積が前記測定対象バンドルと実質的に等しくかつ可燃性毒物を含有しない基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０を計算によって求めた値と、前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ１と前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０との差分Δｋ＝ｋｅ０−ｋｅ１ｋｅ０のｋｅ０に対する比（Δｋ／ｋｅ０）を前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇの関数として表した第２の関数と、を記憶した記憶装置と、
前記バンドル配置部に前記測定対象バンドルを配置して前記中性子検出器で測定した中性子計数率φｍ１の前記バンドル配置部に前記基準バンドルを配置して前記中性子検出器で測定した中性子計数率φｍ０に対する比（φｍ１／φｍ０）が、前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇを前記第２の関数に代入して得られる（Δｋ／ｋｅ０）と前記中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ１の前記中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ０に対する比（φ１／φ０）と実質的に等しくなるようなＧの値を求める可燃性毒物含有量算出器と、
を有することを特徴とする可燃性毒物含有量測定装置。
【請求項１１】
前記減速材は結合穴、前記中性子源を挿入可能な中性子源配置孔、前記中性子検出器を挿入可能な中性子検出器配置孔、および、前記燃料棒を挿入可能な燃料棒挿入孔が形成されて積層された複数の板状のポリエチレン板であり、前記結合穴に貫通する結合棒をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の可燃性毒物含有量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉に装荷される燃料集合体の燃料棒の可燃性毒物量を測定する可燃性毒物含有量測定方法およびそれに用いる可燃性毒物含有量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ウランを燃料とする商業用原子炉では、ウラン２３５の濃縮度は５重量％（ｗｔ％）以下に限定されている。これは、ウランを取り扱う様々な施設、機器において、ウラン２３５の濃縮度が５ｗｔ％以下であることを条件として設計されているためである。つまり、これらの施設、機器では、ウラン２３５の濃縮度が５ｗｔ％以下であることを条件として、臨界未満を確保できる（臨界安全性を確保できる）。
【０００３】
原子力発電の経済性を向上させ、使用済燃料の発生量を抑制するためには、ウラン２３５の濃縮度を５ｗｔ％以上に高めることが不可欠であるとの認識が高まってきた。この場合、従来の燃料製造施設を利用しようとすると、製造過程で一定の裕度をもって臨界未満を確保出来るという保証ができなくなる（臨界安全性が確保できなくなる）。
【０００４】
ウラン２３５の濃縮度を５ｗｔ％以上に高めた場合、臨界安全性を確保するためには、たとえば燃料取扱量を小規模にする必要がある。この場合、製造効率が大幅に低下して経済性の損失を生じる。あるいは、従来の製造設備などに改造を加えて、ウラン２３５の濃縮度を５ｗｔ％よりも高めた燃料（「５％超燃料」と呼ぶ）を取り扱えるようにする必要がある。この改造は、かなり大規模なものになると考えられる。
【０００５】
そこで５％超燃料の製造において、従来の燃料製造施設を殆どそのまま活用できるようにするため、燃料にガドリニア（Ｇｄ２Ｏ３）やエルビア（Ｅｒ２Ｏ３）などの可燃性毒物を低濃度で添加する方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
主として原子炉運転中の炉心の過大な反応度変化を抑制し、しかも出力分布も好適に制御することを目的として、可燃性毒物を添加した燃料は広く知られている。このため、従来用いられている可燃性毒物の添加濃度は高い。たとえば沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられているガドリニアでは、低くても１ｗｔ％、通常３〜１０ｗｔ％が酸化ウラン燃料ペレットに添加されている。
【０００７】
一方、５％超燃料の製造過程で、臨界安全性を確保するために必要な可燃性毒物の添加濃度はガドリニアの場合、多くても０．１ｗｔ％、通常０．０１ｗｔ％程度（低濃度）である。この程度の添加濃度の場合、原子炉に装荷して照射を始めると、特にガドリニアの場合、短期間で燃焼して消滅するので、炉心設計の面からは特別の配慮が必要無く、従来の設計思想で炉心を設計することができる。エルビアの場合には中性子吸収断面積が大幅に小さいため、完全に燃え尽きることはないが、それでもほぼ従来の設計思想で炉心を設計することができる。
【０００８】
燃料棒の可燃性毒物の含有量は、原子炉内での照射中の燃料棒の挙動に影響を与える。このため、製造の過程において、実際に燃料棒に収められた可燃性毒物量を非破壊で測定する必要がある。特許文献２には、燃料棒内のＧｄ濃度を求める方法が開示されている。この方法では、まずガドリニア濃度が既知の標準燃料棒に対して熱中性子を照射したときに生じる放射線の計数率を測定し、ガドリニア濃度と放射線計数率との関係と関係を求める。その後、検査対象の燃料棒に熱中性子を照射したときに生じる放射線の計数率を求め、この計数率およびガドリニア濃度と放射線計数率との関係に基づいて、ガドリニア濃度を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１７７２４１号公報
【特許文献２】特開昭５４−９３７９５号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】M. Ueda、他３名著、"Active Neutron Multiplication Method for Fuel Lattice in Water"、Nuclear Technology、vol.97、 p.131、１９９２年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ウラン２３５の濃縮度を５ｗｔ％よりも高めた燃料では、ガドリニアなどの可燃性毒物を低濃度で添加する場合がある。この場合の可燃性毒物の添加濃度は、多くても０．１ｗｔ％、通常０．０１ｗｔ％程度の低濃度である。しかし、特許文献２に開示された酸化ウラン中のガドリニア濃度の測定方法は、このような低濃度の可燃性毒物については検討されていない。また、このような低濃度の可燃性毒物を、製造などに必要な精度で測定する方法は知られていない。
【００１２】
そこで、本発明は、原子炉に装荷される燃料棒に含有される可燃性毒物の量を、低濃度の場合でも測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明は、被覆管にウランを収めた燃料棒に含有される可燃性毒物の含有量を測定する可燃性毒物含有量測定方法において、測定対象の前記燃料棒を束ねた測定対象バンドルを配置するバンドル配置部を挟んで中性子源および中性子検出器を設ける準備工程と、前記燃料棒を束ねたバンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φを中性子増倍率ｋｅの関数として表した第１の関数を求める中性子束定式化工程と、中性子の除去断面積に対する拡散係数の比である中性子減速面積が前記測定対象バンドルと実質的に等しくかつ可燃性毒物を含有しない基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０を計算によって求める基準計算工程と、前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ１と前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０との差分Δｋ＝ｋｅ０−ｋｅ１のｋｅ０に対する比（Δｋ／ｋｅ０）を前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇの関数として表した第２の関数を求める中性子増倍率変化量定式化工程と、前記バンドル配置部に前記基準バンドルを配置して前記中性子検出器で中性子計数率φｍ０を測定する基準測定工程と、前記バンドル配置部に前記測定対象バンドルを配置して前記中性子検出器で中性子計数率φｍ１を測定する対象測定工程と、前記対象測定工程で測定した中性子計数率φｍ１の前記基準測定工程で測定した中性子計数率φｍ０に対する比（φｍ１／φｍ０）が、前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇを前記第２の関数に代入して得られる（Δｋ／ｋｅ０）と前記基準計算工程で求められた中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ１の前記基準計算工程で求められた中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ０に対する比（φ１／φ０）と実質的に等しくなるようなＧの値を求める可燃性毒物含有量算出工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、軸方向に延びる被覆管にウランを収めた燃料棒を束ねた測定対象バンドルに含有される可燃性毒物の含有量を測定する可燃性毒物含有量測定装置において、中性子源と、減速材中に配置される中性子検出器と、前記燃料棒であって前記所定の濃縮度以下のウランを収めた基準燃料棒を中性子の除去断面積に対する拡散係数の比である中性子減速面積が前記検査対象バンドルと実質的に等しくなるように束ねて、前記減速材中で前記中性子源および前記中性子検出器に挟まれた前記バンドル配置部に取出し可能に配置された基準バンドルと、前記燃料棒を束ねたバンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φを中性子増倍率ｋｅの関数として表した第１の関数と、中性子の除去断面積に対する拡散係数の比である中性子減速面積が前記測定対象バンドルと実質的に等しくかつ可燃性毒物を含有しない基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０を計算によって求めた値と、前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ１と前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０との差分Δｋ＝ｋｅ０−ｋｅ１ｋｅ０のｋｅ０に対する比（Δｋ／ｋｅ０）を前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇの関数として表した第２の関数と、を記憶した記憶装置と、前記バンドル配置部に前記測定対象バンドルを配置して前記中性子検出器で測定した中性子計数率φｍ１の前記バンドル配置部に前記基準バンドルを配置して前記中性子検出器で測定した中性子計数率φｍ０に対する比（φｍ１／φｍ０）が、前記測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇを前記第２の関数に代入して得られる（Δｋ／ｋｅ０）と前記中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記測定対象バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ１の前記中性子増倍率ｋｅ０と前記第１の関数とに基づいて計算して得られる前記基準バンドルを前記バンドル配置部に配置したときの中性子計数率φ０に対する比（φ１／φ０）と実質的に等しくなるようなＧの値を求める可燃性毒物含有量算出器と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、原子炉に装荷される燃料棒に含有される可燃性毒物の量を、低濃度の場合でも測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第１の実施の形態におけるフローチャートである。
【図２】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第１の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図３】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第１の実施の形態における測定体系の側面図である。
【図４】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第１の実施の形態におけるガドリニアの濃度の変化に対する中性子増倍率の変化を示すグラフである。
【図５】未臨界実験の体系の上面図である。
【図６】未臨界実験の結果を表すグラフである。
【図７】水中の臨界炉心の半径方向中性子側分布の例を示すグラフである。
【図８】炉心・反射体境界からの距離に対する平均相対中性子速度の例を示すグラフである。
【図９】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第２の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１０】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第２の実施の形態における測定体系の側面図である。
【図１１】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第３の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１２】図１１のXII−XII矢視縦断面図である。
【図１３】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第４の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１４】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第５の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１５】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第６の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１６】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第７の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１７】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第７の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１８】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第７の実施の形態における測定体系の上面図である。
【図１９】本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第７の実施の形態における測定体系の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第１の実施の形態におけるフローチャートである。図２は、本実施の形態における測定体系の上面図である。図３は、本実施の形態における測定体系の側面図である。
【００１９】
本実施の形態の可燃性毒物含有量測定方法は、「中性子源増倍法」を用いる。より具体的には、図２および図３に示す測定体系のバンドル配置部１０に測定対象バンドルを配置して、中性子束を測定し、その中性子束に基づいて測定対象バンドルに含有される可燃性毒物量を算出する。この可燃性毒物含有量測定方法は、準備工程（Ｓ１）、中性子束定式化工程、基準計算工程、中性子増倍率変化量定式化工程、測定工程（Ｓ７１）、可燃性毒物含有量算出工程に分けることができる。なお、図１では、各工程のうち主要な工程についてはその最終段階を太枠で表している。
【００２０】
準備工程（Ｓ１）は、測定バンドル体系の諸条件を決定し、その条件に基づいて中性子源３１および中性子検出器３２を設ける工程である。測定体系の諸条件とは、バンドル寸法、減速材、中性子源３１と中性子検出器３２との位置相互関係・寸法などである。中性子源３１および中性子検出器３２は、バンドル配置部１０を挟んで配置される。バンドル配置部１０、中性子源３１および中性子検出器３２は、水素を含有する減速材中に設けられている。減速材とは、たとえば水やポリエチレン２０である。バンドルとは、燃料棒を束ねたものである。
【００２１】
バンドル配置部１０に配置される測定対象バンドルは、複数の燃料棒１１，１２を束ねたものである。測定対象バンドルの中性子検出器３２と向かい合う位置には、ガドリニア（Ｇｄ２Ｏ３）を含有しない燃料棒１２が配置されている。
【００２２】
燃料棒１１，１２は、円筒状の被覆管を備えている。被覆管の内部には、たとえば複数のペレットが収められている。ペレットは、核燃料物質であるウランを円柱状に焼き固めたものである。燃料棒１１，１２は、測定対象燃料棒１１とウラン燃料棒１２に分類される。ウラン燃料棒１２には、可燃性毒物は含有されていない。ウラン燃料棒１２に収められるウランの濃縮度は、たとえば５ｗｔ％以下とする。
【００２３】
測定対象燃料棒１１は、たとえば濃縮度が５重量％（ｗｔ％）を超えるウランを収めたものである。測定対象燃料棒１１に収められたウランには、低濃度の可燃性毒物が添加されている。これは、濃縮度が５ｗｔ％を超えるウランを収めた測定対象燃料棒１１を、濃縮度が５ｗｔ％以下のウランを取り扱うための従来の施設・機器で取り扱った場合でも、臨界安全性を確保できるようにするためである。
【００２４】
測定対象燃料棒１１に添加される可燃性毒物は、たとえばガドリニア（Ｇｄ２Ｏ３）や、エルビア（Ｅｒ２Ｏ３）である。その添加濃度は、多くても０．１ｗｔ％程度、通常は０．０１ｗｔ％程度である。
【００２５】
中性子源３１とバンドル配置部１０との距離は、たとえば１〜３ｃｍ程度とすればよい。また、中性子検出器３２は、検査対象燃料棒１１から２．５ｃｍ以上離して配置する。中性子源３１の直径は、たとえば約０．８ｃｍ、高さはたとえば１．０ｃｍとする。中性子検出器３２は、たとえば直径０．６４ｃｍ、高さ約６．５ｃｍのＢＦ３カウンタを用いる。また、中性子源３１と中性子検出器３２は、バンドル配置部１０の軸方向に高さＨだけ異なる位置に配置されている。
【００２６】
測定対象バンドルは、複数の燃料棒１１，１２を束ねたものである。本実施の形態では、９本の燃料棒１１，１２が３行３列の正方格子状に配列されている。格子ピッチは、１．２〜２ｃｍ程度である。本実施の形態では、バンドル配置部１０の中性子検出器３２と向かい合う位置には、ガドリニア（Ｇｄ２Ｏ３）を含有しない燃料棒１２が配置されている。
【００２７】
中性子束定式化工程では、燃料棒を束ねたバンドルをバンドル配置部１０に配置したときの中性子計数率φを、中性子増倍率ｋｅの関数として表した第１の関数を求める。「中性子源増倍法」では、バンドルの側面に中性子源（外部中性子源）を配置したときの、バンドルに対して外部中性子源の反対側に配置された中性子検出器の位置での中性子束φは、
φ＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ）
と表される。ここで、ａ、ｂは定数である。
【００２８】
この式のうちａの項は、外部中性子源から放出されてバンドル中で反応することなく中性子検出器に到達する中性子による効果を示す。また、ｂ／（１−ｋｅ）は、バンドル中で反応して増倍現象を伴って放出されて中性子検出器に到達する中性子による効果を示す。つまり、第２項は体系固有の増倍特性を表しており、ｂは中性子源の強度の影響を受ける。
【００２９】
つまり、バンドルの側面に外部中性子源を配置したときのバンドルに対して外部中性子源の反対側の中性子束φは、これらの効果の和によって表される（非特許文献１参照）。なお、実際にこの式を適用する場合には、中性子にはエネルギー分布があることを考慮し、バンドルおよびその近傍での中性子束の局所的な歪みがないこと、定数ａ、ｂが変化しないことなどの条件が必要である。
【００３０】
次に、定数ａおよび定数ｂの導出方法について説明する。
【００３１】
バンドル自体が中性子を放出する中性子源（内部中性子源）であり、外部中性子源が存在しない場合、中性子束φは、比例定数をＢとすると、よく知られているように、
φ＝Ｂ／（１−ｋｅ）
と表される。内部中性子源のみで増倍がある現実の場合の中性子束φと、その体系と寸法・組成が同じで増倍のみが無い仮想的な場合の中性子束φＮとを固定源計算によって求める。ここで、固定源計算とは、中性子源強度を与えて中性子束を計算することである。
【００３２】
この場合、一般的に
φＮ＝Ｂ
φ＝Ｂ／（１−ｋｅ）
が得られるから、
ｋｅ＝１−φＮ／φ
となる。つまり、ｋｅの値はこのようにして求められるので、外部中性子源がある場合の中性子束の式「φ＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ）」における未知数は、ａとｂの２つとなる。
【００３３】
そこで、燃料の濃縮度のみを変えた２種類のバンドルを想定し（工程Ｓ２１）、ジオメトリーを測定体系に固定した体系を考える（工程Ｓ２２）。濃縮度としては、たとえば３ｗｔ％と４．９ｗｔ％を想定する。これらの２種類の体系について、中性子輸送拡散計算を行う（工程Ｓ２３）。これらの体系における中性子増倍率ｋｅ１、ｋｅ２は、上述の通り固定源計算から、
ｋｅ１＝１−φ１Ｎ／φ１
ｋｅ２＝１−φ２Ｎ／φ２
として求められ既知量となる。また、これらの２種類の体系での中性子束φｘ１およびφｘ２を固定源計算によって求める。これにより以下の連立方程式が得られる。
【００３４】
φｘ１＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ１）
φｘ２＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ２）
そこで、この連立方程式を解くことにより、定数ａおよび定数ｂが得られる（Ｓ２４）。なお、ここでは、ｋｅは固定源計算により求めることとしているが、論理的系統性に欠ける点はあるものの固有値計算で求めることもできる。
【００３５】
基準計算工程では、中性子の除去断面積に対する拡散係数の比である中性子減速面積が測定対象バンドルと実質的に等しくかつ可燃性毒物を含有しない基準バンドルをバンドル配置部１０に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０を計算によって求める。中性子減速面積は、測定対象バンドルと基準バンドルとを同一断面かつ同一寸法とすることによって実質的に等しくすることができる。
【００３６】
このような基準バンドルを決定し（Ｓ３１）、ジオメトリーを測定体系に固定した体系を考える（Ｓ３２）。この体系について、中性子輸送拡散計算を行う（Ｓ３３）。なお、工程Ｓ２１および工程Ｓ２２で想定するバンドルのうちの一方を基準バンドルとしておくことにより、工程Ｓ３３における中性子輸送計算は省略することができる。
【００３７】
中性子増倍率変化量定式化工程では、可燃性毒物を含有することによる中性子増倍率の変化を可燃性毒物含有量Ｇの関数として表す。より具体的には、測定対象バンドルをバンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ１と基準バンドルをバンドル配置部に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０との差分Δｋ＝ｋｅ０−ｋｅ１を求め、この差分Δｋのｋｅ０に対する比（Δｋ／ｋｅ０）を測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇの関数として表した第２の関数を求める。
【００３８】
この第２の関数は、たとえば、
（Δｋ／ｋｅ０）＝Ｆ・｛ｘ／（１＋ｘ）｝、
と表すことができる。ここで、
Ｆ＝１−（Δ＜νΣｆ＞／Δ＜Σａ＞）／ｋ∞０、
ｘ＝Δ＜Σａ＞／＜Σａ０＞、
ｋ∞０＝＜νΣｆ０＞／＜Σａ０＞、
Δ＜Σａ＞＝＜Σａ＞−＜Σａ０＞、
Δ＜νΣｆ＞＝＜νΣｆ＞−＜νΣｆ０＞、
であり、νは１核分裂あたりの中性子放出数、＜Σａ０＞は基準バンドルをバンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった吸収断面積、＜νΣｆ０＞は基準バンドルをバンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった中性子放出断面積、＜Σａ＞は測定対象バンドルをバンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった吸収断面積、＜νΣｆ＞は測定対象バンドルをバンドル配置部に配置した場合のエネルギーおよび空間で平均をとった中性子放出断面積を表す。ここで、中性子放出断面積とは、核分裂断面積にνを乗じたものとする。
【００３９】
この定式化のために、まず、工程Ｓ３１で決定した基準バンドルについて、ジオメトリーが測定体系と同じものが無限に配列したセル体系を考える（Ｓ４１）。このセル体系とは、燃料棒が無限に配列して中性子の漏れを考慮した体系である。この体系に対してセル中性子輸送計算を行う。この中性子輸送計算の結果に基づいて、エネルギーおよび空間で平均した吸収断面積＜Σａ０＞および中性子放出断面積＜νΣｆ０＞を求める。つまり、＜Σａ０＞および＜νΣｆ０＞は、バンドル配置部１０の周りの減速材２０中にバンドル配置部と同じ燃料棒間隔で、燃料棒１２が正方格子状に無限に並んだ体系での値で近似する。
【００４０】
また、可燃性毒物含有量Ｇが異なる複数の組成のバンドルを想定し（Ｓ５１）、工程Ｓ４１と同様のセル体系を考える（Ｓ５２）。この体系に対してセル中性子輸送計算を行う。この中性子輸送計算の結果に基づいて、複数の可燃性毒物含有量について、それぞれ、エネルギーおよび空間で平均した吸収断面積＜Σａ０＞および中性子放出断面積＜νΣｆ０＞を求める。つまり、＜Σａ＞および＜νΣｆ＞は、バンドル配置部１０の周りの減速材２０中にバンドル配置部と同じ燃料棒間隔で、燃料棒１１が無限に並んだ体系での値で近似する。
【００４１】
図４は、本実施の形態におけるガドリニアの濃度の変化に対する中性子増倍率の変化を示すグラフである。図４において、横軸はガドリニア濃度Ｇ、縦軸はＦ・｛ｘ／（１＋ｘ）｝を示す。このグラフは、ウラン濃縮度が２ｗｔ％の燃料棒を、格子ピッチ１．５２ｃｍで無限に配列した無限格子における計算例である。
【００４２】
図４から、Ｆ・｛ｘ／（１＋ｘ）｝は、ガドリニア濃度Ｇに対して単調に増加しているため、ガドリニア濃度Ｇが決まると、Ｆ・｛ｘ／（１＋ｘ）｝の値は一意に決まることが分かる。また、逆に、Ｆ・｛ｘ／（１＋ｘ）｝の値が決まると、ガドリニア濃度Ｇは一意に決まることがわかる。また、低濃度であるほどガドリニア濃度Ｇの変化のＦ・｛ｘ／（１＋ｘ）｝に対する感度が大きい。
【００４３】
準備工程（Ｓ１）で決定する測定バンドル体系の諸条件は、中性子束定式化工程、基準計算工程および中性子増倍率変化量定式化工程で求められる関数などが適切な形・値となるように、これらの工程を終了した時点で見直した方が好ましい。したがって、準備工程（Ｓ１）のうち、中性子源３１および中性子検出器３２を設けることは、中性子束定式化工程、基準計算工程および中性子増倍率変化量定式化工程の後に行ってもよい。
【００４４】
測定燃料バンドル体系の諸条件の選定条件として、第１の関数φ＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ）に表れる定数の比（ａ／ｂ）の値が、正でなるべく小さくなるようにする。また、基準バンドルをバンドル配置部１０に配置したときの中性子増倍率ｋｅ０の値が適切な大きさになるようにする。
【００４５】
ｋｅ０の値は、バンドルが大きくなるほど、すなわち燃料棒の配列の大きさが大きくなるほど大きくなる。しかし、バンドルを大きくすると、可燃性毒物添加燃料を多数装荷しないと中性子計数率の変化を大きくすることができない。一方、可燃性毒物含有量の測定結果としては可燃性毒物添加燃料の平均値が得られる。したがって、基準バンドルを大きくした場合、すなわち測定対象バンドルを大きくした場合、それぞれの燃料棒に個性があると、その個性を判別することが困難になる。また、燃料棒１本のみの場合、ｋｅ０の値は著しく小さくなり、やはり不都合である。このため、測定対象バンドルの大きさは、３行３列ないし５行５列程度が好ましい。
【００４６】
次に、基準バンドルおよび測定対象バンドルをバンドル配置部１０に配置し、中性子検出器３２で中性子計数率φｍ０，φｍ１を測定する（Ｓ７１）。基準バンドルについて中性子計数率φｍ０を測定する工程を、基準測定工程と呼ぶこととする。また、測定対象バンドルについて中性子計数率φｍ１を測定する工程を、対象測定工程と呼ぶこととする。
【００４７】
ここで得られた２つの中性子計数率φｍ０，φｍ１を用いて、測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇを求める。この工程を、可燃性毒物含有量算出工程と呼ぶこととする。
【００４８】
可燃性毒物含有量算出工程では、まず、対象測定工程で測定した中性子計数率φｍ１の基準測定工程で測定した中性子計数率φｍ０に対する比（φｍ１／φｍ０）を算出する（Ｓ８１）。次に、この比（φｍ１／φｍ０）が、計算で求められる比（φ１／φ０）と実質的に等しくなるように測定対象バンドルの可燃性毒物含有量Ｇを求める。ここで、中性子計数率φ１は、可燃性毒物含有量Ｇを第２の関数に代入して得られる（Δｋ／ｋｅ０）と、基準計算工程で求められた中性子増倍率ｋｅ０と、第１の関数φ＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ）と、に基づいて計算して得られる測定対象バンドルをバンドル配置部に配置したときの中性子計数率である。また、中性子計数率φ０は、基準計算工程で求められた中性子増倍率ｋｅ０と、第１の関数φ＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ）と、に基づいて計算して得られる基準バンドルをバンドル配置部に配置したときの中性子計数率である。
【００４９】
たとえば、まず、測定対象燃料棒の可燃性毒物含有量Ｇを推定する（Ｓ８２）。推定した可燃性毒物含有量Ｇと図４に図示された関数とから、Ｆ・ｘ／（１＋ｘ）、すなわち、Δｋ／ｋｅ０を求める（Ｓ８３）。基準バンドルをバンドル配置部１０に配置した時の中性子増倍率ｋｅ０は、工程Ｓ３３で算出しているため、推定した可燃性毒物含有量Ｇについての中性子計数率φ１と基準バンドルについての中性子計数率φ０の計算値の比Ｒを求めることができる。ここで、Ｒは次式で表される。
【００５０】
Ｒ＝［ａ＋ｂ／（１−ｋｅ０＋Δｋ）］／［ａ＋ｂ／（１−ｋｅ０）］
このようにして得られた中性子計数率の計算値の比Ｒを、中性子計数率の実測値の比（φｍ１／φｍ０）と比較し（Ｓ８５）、差の絶対値が所定の微小な値ε以下であれば、そのときの可燃性毒物含有量Ｇが対象バンドルの可燃性毒物含有量であるとする。この差の絶対値が値εよりも大きければ、差の絶対値が値ε以下となるまで、可燃性毒物含有量Ｇを推定し（Ｓ８２）、Δｋを求め（Ｓ８３）、比Ｒを求め（Ｓ８４）、比較する（Ｓ８５）工程を繰り返す。このようにして、測定対象バンドルの可燃性毒物含有量を求めることができる。
【００５１】
このような測定対象バンドルの可燃性毒物含有量は、測定体系と、測定体系に取り外し可能に設けられた基準バンドルと、第１の関数、第２の関数およびｋｅ０を記憶した記憶装置と、工程Ｓ８１ないし工程Ｓ８５を行う可燃性毒物含有量算出器とを備えた可燃性毒物含有量測定装置によって算出することもできる。記憶装置および可燃性毒物含有量算出器は、一つの計算機上に構築することもできる。
【００５２】
また、上述のとおり、低濃度であるほどガドリニア濃度Ｇの変化のＦ・ｘ／（１＋ｘ）に対する感度が大きい。このため、ガドリニア濃度Ｇが低いほど、ガドリニア濃度Ｇの変化の中性子増倍率の変化に対する感度が大きく、ガドリニア濃度Ｇの測定精度が高くなる。
【００５３】
可燃性毒物を含有させることにより、その燃料棒、あるいはその燃料棒を束ねたバンドルを、未臨界体系に配置させたときの実効増倍率は変化する。しかし、実効増倍率そのものを測定することは困難である。そこで、本実施の形態では、実効増倍率に依存する中性子束を、中性子検出器によって中性子計数率として測定し、その中性子束あるいは中性子計数率の値を用いて可燃性毒物含有量を算出している。
【００５４】
このように、中性子計数率を測定することにより、可燃性毒物量を間接的に測定することができる。本実施の形態の可燃性毒物含有量の測定方法の妥当性を確認するため、未臨界実験を行った。
【００５５】
図５は、未臨界実験の体系の上面図である。
【００５６】
この未臨界実験では、燃料棒５１，５２を７行７列の正方格子状に配列した燃料バンドル５０を常温の水中に沈め、この燃料バンドル５０の近傍に中性子源３１を配置した時の中性子計数率を中性子検出器３２で測定した。燃料棒５１，５２は、直径１．１８ｃｍのアルミニウム被覆管に、直径１．０ｃｍのＵＯ２燃料ペレットを充填したものである。また、燃料棒５１，５２を配列した格子ピッチは、１．５２ｃｍとした。この燃料バンドル５０の水対燃料体積比は、１．５である。
【００５７】
図５において符号Ｇを付した５本の燃料棒は、ガドリニア（Ｇｄ２Ｏ３）を添加した可燃性毒物含有燃料棒５２である。可燃性毒物含有燃料棒５２は、最外周から２層目のコーナー部の４か所および中央の１か所に分散配置されている。可燃性毒物含有燃料棒５２およびその他の燃料棒５１のウラン２３５濃縮度は、いずれも２ｗｔ％である。
【００５８】
燃料バンドル５０の一側面に校正用のＣｆ２５２（カリホルニウム）中性子源３１を配置し、対向する他の側面に中性子検出器３２を配置した。燃料バンドル軸方向における中性子源３１と中性子検出器３２の位置は、この実験では同じとした。
【００５９】
図６は、未臨界実験の結果を表すグラフである。
【００６０】
図６は、図５の試験体系において、５本の可燃性毒物含有燃料棒５２のＧｄ２Ｏ３添加濃度を８．０、４．９、３．１、１．５、０．５、０．１ｗｔ％及び０％と変えて、中性子計数率を測定した結果である。図４の縦軸は、Ｇｄ２Ｏ３添加濃度が０％（ＵＯ２）の場合で規格化した中性子計数率（中性子計数率比）である。図６の上側の横軸は、Ｇｄ２Ｏ３の添加濃度（ｗｔ％）である。また図６の下側の横軸は、Ｇｄ２Ｏ３の添加濃度に対応するペレット部の熱中性子巨視断面積（中性子エネルギー：０．０２５３ｅＶ）である。
【００６１】
図６から、Ｇｄ２Ｏ３の添加濃度が０．１ｗｔ％の場合、４９本の燃料棒５１，５２のうち５本を可燃性毒物含有燃料棒５２とすると、１０％程度の計数率変化があることがわかる。つまり、Ｇｄ２Ｏ３の添加濃度が０．１ｗｔ％とすると、燃料バンドル中の高々約１／１０の燃料棒にＧｄ２Ｏ３を添加した場合であっても、中性子計数率の変化は十分検出可能である。また、たとえば燃料バンドル中の約半分の燃料棒にＧｄ２Ｏ３を添加した場合には、中性子計数率の変化は５倍程度に大きくなると考えられる。したがって、Ｇｄ２Ｏ３の添加濃度が０．０１ｗｔ％程度に低い場合であっても、燃料バンドル中のＧｄ２Ｏ３を添加した燃料棒の本数の割合を高めることにより、中性子計数率の変化を検出可能な程度に大きくすることができる。
【００６２】
このように、濃縮度が５ｗｔ％を超えるウランを収めた燃料棒に、製造・取扱時の臨界安全性を確保するために添加される低濃度のＧｄ２Ｏ３であっても、中性子計数率を計測することによって検出可能である。つまり、低濃度のＧｄ２Ｏ３の添加による中性子増倍率の変化であっても検出可能である。したがって、低濃度のガドリニアの含有量も測定することができる。なお、この図６は、可燃性毒物としてガドリニアを用いた例を示したが、エルビアやボロン化合物の場合でも同様である。
【００６３】
次に、中性子検出器３２の位置について検討する。
【００６４】
図７は、水中の臨界炉心の半径方向中性子側分布の例を示すグラフである。図８は、炉心・反射体境界からの距離に対する平均相対中性子速度の例を示すグラフである。この臨界炉心は、４６８本の燃料棒を、格子ピッチが１．８４ｃｍの正方格子状に全体として円柱形に配置したものである。燃料棒は、上述の未臨界試験と同様に、直径１．１８ｃｍのアルミニウム被覆管に直径１．０ｃｍの濃縮度２ｗｔ％のＵＯ２燃料ペレットを充填したものである。図８の縦軸は、熱中性子スペクトルを２２００ｍ／ｓ（０．０２５３ｅＶ、２０℃相当）で規格化した平均相対中性子速度［＜ｖ＞／ｖ０］を示す。図７および図８は、いずれも計算値である。炉心領域は、均質化した群定数を用いて計算した。
【００６５】
熱中性子束は、炉心・反射体境界から約２．８ｃｍの位置で極大化している。つまり、この付近では中性子束の水平方向位置に対する変化は小さい。したがってこの付近に中性子検出器３２の中心軸が位置するように配置すると、若干の水平方向位置ずれが生じても測定誤差はほとんど生じないことがわかる。
【００６６】
また、［＜ｖ＞／ｖ０］の値は、境界から２．０ｃｍ弱、すなわち燃料棒表面からは２．３ｃｍ程度以上離れた反射体の位置では、ほぼ一定値となっている。したがって、燃料棒表面から２．５ｃｍも離れれば、燃料棒による熱中性子場の歪みの影響はほとんどないことが分かる。
【００６７】
未臨界度は体系によってほぼ決まるが、歪みは空間依存性が大きく、測定に歪みの影響が及ぶと未臨界度決定の誤差となる。そこで、熱中性子場の歪みが中性子検出器へ波及しないように配慮すべきである。
【００６８】
これらのことから、炉心・反射体境界から検出器本体の近い側の表面までの距離を２．５ｃｍ程度ないしそれ以上の位置に中性子検出器を配置すれば、熱中性子場の歪みの影響がほとんど無視できるようになることがわかる。特に、炉心・反射体境界から検出器本体の近い側の表面までの距離が２．５ｃｍから３．１ｃｍ程度であれば、熱中性子場のひずみの影響が小さく、かつ、測定誤差も小さくなるため、精度のよい測定が可能となる。
【００６９】
また、本実施の形態において、中性子源３１と中性子検出器３２は、軸方向の異なる位置に配置されている。このため、検査対象バンドルあるいは基準バンドル内で反応しないで中性子検出器に到達する中性子の数が大幅に抑制できる。一方、これらの燃料バンドル内で反応する中性子が中性子検出器に到達する中性子の数は、大幅には減少しないので、相対的に燃料バンドルの中性子増倍特性を効果的に検出することができる。
【００７０】
中性子検出器３２が中性子源３１と同じ程度の短い長さで同じ軸方向位置に設けられている場合、中性子源３１から放出されて燃料バンドルで反応しないまま中性子検出器３２で検出される確率は高い。しかし、本実施の形態のように、中性子源３１と中性子検出器３２の軸方向位置を変えておくと、その確率が低下する。つまり、中性子源３１から放出された中性子が燃料バンドルで反応し、その子孫の中性子が中性子検出器３２で検出される確率が、反応せずに中性子検出器で検出される確率と比べて相対的に高くなる。すなわち、信号対ノイズ比が向上する（たとえば非特許文献１参照）。なお、中性子源３１の長さよりかなり長い中性子検出器３２を用いると、中性子検出器３２の端部から見ると中性子源３１の軸方向位置と異なるため、中性子検出器３２の中央高さが中性子源３１と同じ高さでも同様の効果が得られる。
【００７１】
また、本実施の形態において、中性子源３１と中性子検出器３２は、水中に配置されたバンドルを挟んでバンドルの軸方向に段差Ｈをおいて段違いに配置されている。この段差Ｈを大きくとると、中性子実効増倍率の増加に対する相対計数率の増加割合が増大する（非特許文献１参照）。このため、算出される可燃性毒物量の精度が向上する。ただし、段差Ｈが大きくなりすぎると、中性子計数率が低下し、計測時間が長くなって測定効率が低下するおそれがある。
【００７２】
本実施の形態において第１の関数として用いる実験式φ＝ａ＋ｂ／（１−ｋｅ）の妥当性は、非特許文献１において説明されている。定数の比（ａ／ｂ）は燃料集合体の大きさによって変化するだけでなく、段差Ｈによっても変化している。この式は、軽水炉燃料集合体程度の大きさの場合、段差Ｈが４０ｃｍまでは十分適用できることが確認されている。
【００７３】
このように本実施の形態の可燃性毒物含有量測定方法を用いると、燃料棒に含有される可燃性毒物の量を、低濃度の場合でも測定できる。これは、基準バンドルと測定対象バンドルの中性子束の比を用いて可燃性毒物の含有量を求めているため、検出器の誤差や体系からの中性子の漏れの影響を小さくすることができるからである。また、低濃度であるほど可燃性毒物量の変化の中性子増倍率の変化に対する感度が大きいため、可燃性毒物含有量の測定精度が高くなる。
【００７４】
さらに、中性子検出器３２に面する位置には、可燃性毒物を含有する測定対象燃料棒１１を配置しないため、可燃性毒物による熱中性子束場の歪みが中性子検出器に波及することを抑制することができる。このため、可燃性毒物の添加による中性子増倍特性の変化をより正確に反映した中性子計数率を測定することができ、より正確に可燃性毒物含有量を測定することができる。
【００７５】
また、中性子源と中性子検出器を異なる軸方向位置に配置している。このため、バンドル内で反応せずに中性子検出器に到達する中性子の数が大幅に抑制される一方で、バンドル内で反応して発生した中性子が中性子検出器に到達する数は大幅には減少しないので、相対的に可燃性毒物の添加による中性子増倍特性の変化をより正確に反映した中性子計数率を測定することができる。よって、より正確に可燃性毒物含有量を測定することができる。
【００７６】
測定対象バンドルと基準バンドルとは、同一断面かつ同一寸法とすることによって中性子減速面積を実質的に等しくしている。このため、バンドルを横切る、あるいはバンドルから漏洩して中性子検出器へ到達する中性子の移動特性が実質的に等しくなり、正確な中性子増倍特性を利用した可燃性毒物添加燃料の可燃性毒物含有量を測定することができる。
【００７７】
［第２の実施の形態］
図９は、本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第２の実施の形態における測定体系の上面図である。図１０は、本実施の形態における測定体系の側面図である。
【００７８】
本実施の形態では、第１の実施の形態における測定体系に、バンドル配置部１０と中性子検出器３２との間に配置したカドミウム板２１を追加している。カドミウム板２１とは、カドミウム（Ｃｄ）を板状に成型したものである。中性子源３１と中性子検出器３２は、バンドル配置部１０の軸方向に高さＨだけ異なる位置に配置されている。測定対象バンドルに含まれる燃料棒は、すべて５ｗｔ％を超える濃縮度のウランに低濃度のＧｄ２Ｏ３を添加した測定対象燃料棒１１である。なお、測定対象バンドルを仮に角筒に収める場合には、この角筒は、できるだけ中性子を吸収しないものが好ましい。
【００７９】
このような体系で、測定対象バンドルおよび基準バンドルをバンドル配置部１０に配置して測定した中性子計数率φｍ０，φｍ１を用いて、第１の実施の形態と同様の方法で測定対象バンドルの可燃性毒物含有量を求めることができる。
【００８０】
測定対象バンドルの中性子検出器３２と向かい合う面に、Ｇｄ２Ｏ３を含有する測定対象燃料棒１１が配置されている。このため、カドミウム板２１が存在しないと、測定対象燃料棒１１に含有されるガドリニウムによって、熱中性子場が歪む。この熱中性子場の歪みは、水中では２ｃｍほどである（図８参照）。
【００８１】
しかし、本実施の形態では、熱中性子吸収材であるカドミウム板２１によって熱中性子場の歪みが完全になくなるため、中性子検出器３２への測定対象燃料棒１１に含有されるガドリニウムによって生じる歪みの影響は生じない。カドミウム板２１と測定対象バンドルあるいは基準バンドルの表面との距離は、たとえば０．５〜１．０ｃｍ程度とすればよい。また、中性子検出器３２とカドミウム板２１との距離は、たとえば３〜５ｃｍとすればよい。
【００８２】
カドミウム板２１を用いる代わりに、中性子検出器３２をカドミウムで形成された筒の中に収納してもよい。この場合、中性子検出器を１〜２ｃｍ程度の厚さのポリエチレン筒に収納し、それをカドミウム筒に収納すると、ポリエチレンの水素によって中性子が減速され、中性子検出器で検出され易くなるため、中性子計数率が向上する。
【００８３】
［第３の実施の形態］
図１１は、本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第３の実施の形態における測定体系の上面図である。図１２は、図１１のXII−XII矢視縦断面図である。
【００８４】
本実施の形態の可燃性毒物含有量測定方法では、減速材となるポリエチレン板４１を積層した可燃性毒物含有量測定装置を用いる。これらのポリエチレン板４１には結合穴４２がそれぞれ４か所に形成されている。それぞれの場所の結合穴４２には、結合棒４３が貫通している。これらの結合穴４２および結合棒４３は、それぞれのポリエチレン板４１を正確に位置決めするためのものであるから、結合穴４２と結合棒４３のクリアランス（間隙）はできるだけ小さいほうが好ましい。結合棒４３の両端部にはナット４７が配置されていて、ポリエチレン板４１を固定している。
【００８５】
また、ポリエチレン板４１のそれぞれには、中性子源配置孔４４、中性子検出器配置孔４５、および、燃料棒挿入孔４６が形成されている。中性子源配置孔４４、中性子検出器配置孔４５、および、燃料棒挿入孔４６のそれぞれは、ポリエチレン板４１の積層方向に並んでいて、中性子源３１、中性子検出器３２および燃料棒１１，１２が挿入できるようになっている。燃料棒挿入孔４６はたとえば３行３列の正方格子状に形成されている。燃料棒挿入孔４６が複数配列されてバンドル配置部を形成している。
【００８６】
なお、非常に厚いポリエチレンに正確に孔あけ加工するのは容易でないため、たとえば１０〜２０ｃｍ程度の厚さのポリエチレン板４１を多数積み重ねて装置化する。軸方向のポリエチレン全体の厚さは、たとえば１〜１．５ｍ程度、バンドル配置部の外側のポリエチレンの幅は、たとえば２０〜３０ｃｍ程度とすればよい。
【００８７】
このバンドル配置部には、可燃性毒物が添加されていない濃縮度が５ｗｔ％以下のウランを収めた燃料棒を中性子減速面積が測定対象バンドルとほぼ等しくなるように束ねた基準バンドルを取出し可能に配置する。この状態で、中性子計数率を中性子検出器３２で測定する。
【００８８】
また、この可燃性毒物含有量測定装置から基準バンドルを取り出し、測定対象燃料棒１１とＧｄ２Ｏ３を含有しない燃料棒１２とを束ねた検査対象バンドルをバンドル配置部１０に配置して中性子計数率を中性子検出器３２で測定する。
【００８９】
このような体系で、測定対象バンドルおよび基準バンドルをバンドル配置部１０に配置して測定した中性子計数率φｍ０，φｍ１を用いて、第１の実施の形態と同様の方法で測定対象バンドルの可燃性毒物含有量を求めることができる。
【００９０】
［第４の実施の形態］
図１３は、本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第４の実施の形態における測定体系の上面図である。
【００９１】
本実施の形態では、測定対象バンドルを、燃料棒１１，１２を２行２列の正方格子状に配列したものとする。中性子検出器３２に面する燃料棒は、可燃性毒物を含まない燃料棒１２である。このような体系で、測定対象バンドルおよび基準バンドルをバンドル配置部１０に配置して測定した中性子計数率φｍ０，φｍ１を用いて、第１の実施の形態と同様の方法で測定対象バンドルの可燃性毒物含有量を求めることができる。
【００９２】
本実施の形態では、少数本の燃料棒１１，１２を含む体系で中性子計数率を測定するため、測定回数が多くなる。また、体系が小さいため、中性子増倍率が小さくなり、可燃性毒物含有量に対する検出感度が低下する。しかし、個々の測定対象燃料棒１１の個性に差異がある場合には、その弁別感度は高い。
【００９３】
［第５の実施の形態］
図１４は、本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第５の実施の形態における測定体系の上面図である。
【００９４】
本実施の形態では、測定対象バンドルを、燃料棒１１，１２を２行２列の正方格子状に配列したものとする。バンドル配置部１０と中性子検出器３２の間には、カドミウム板２１を配置している。このような体系で、測定対象バンドルおよび基準バンドルをバンドル配置部１０に配置して測定した中性子計数率φｍ０，φｍ１を用いて、第１の実施の形態と同様の方法で測定対象バンドルの可燃性毒物含有量を求めることができる。
【００９５】
本実施の形態では、少数本の測定対象燃料棒１１を含む体系で中性子計数率を測定するため、測定回数が多くなる。また、体系が小さいため、中性子増倍率が小さくなり、可燃性毒物含有量に対する検出感度が低下する。しかし、個々の測定対象燃料棒１１の個性に差異がある場合には、その弁別感度は高い。
【００９６】
［第６の実施の形態］
図１５は、本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第６の実施の形態における測定体系の上面図である。
【００９７】
本実施の形態では、測定対象バンドルを、燃料棒１１，１２を４行２列の正方格子状に配列したものとする。この場合、基準バンドルも、測定対象バンドルと同様に４行２列の正方格子状に燃料棒を配列したものを用いる。このような測定対象バンドルであっても、第１の実施の形態と同様に、測定対象燃料棒１１の平均的な中性子増倍特性を確認することができる。つまり、測定対象バンドルは、全体として正方形に束ねられている必要はない。
【００９８】
このような体系で、測定対象バンドルおよび基準バンドルをバンドル配置部１０に配置して測定した中性子計数率φｍ０，φｍ１を用いて、第１の実施の形態と同様の方法で測定対象バンドルの可燃性毒物含有量を求めることができる。
【００９９】
［第７の実施の形態］
図１６ないし図１９は、本発明に係る可燃性毒物含有量測定方法の第７の実施の形態における測定体系の上面図である。
【０１００】
本実施の形態では、測定対象バンドルを、燃料棒１１，１２を５行５列の正方格子状に束ねたものとする。この測定対象バンドルには、４本ないし２０本の測定対象燃料棒１１が含まれている。これら４種類の測定対象バンドルに対しては、同じ基準バンドルを用いることができる。
【０１０１】
このような体系で、測定対象バンドルおよび基準バンドルをバンドル配置部１０に配置して測定した中性子計数率φｍ０，φｍ１を用いて、第１の実施の形態と同様の方法で測定対象バンドルの可燃性毒物含有量を求めることができる。
【０１０２】
図１６に示す測定対象バンドルでは、測定対象燃料棒１１が分散配置され、Ｇｄ２Ｏ３を含有しない燃料棒１２で囲まれている。このため、ガドリニウムの添加による熱中性子場の歪みがＧｄ２Ｏ３を含有しない燃料棒１２に及び、測定対象燃料棒１１の１本あたりの可燃性毒物に対する感度を向上させることができる。ただし、測定対象燃料棒１１の本数が少ないという点では、感度が低い。
【０１０３】
図１７および図１８に示す測定対象バンドルでは、測定対象燃料棒１１の１本あたりの可燃性毒物に対する感度は若干低下するものの、本数が多くなるという点で感度は大きくなる。さらに、図１９に示す測定対象バンドルでは、多数の測定対象燃料棒１１を一度に検査することができる。
【０１０４】
可燃性毒物含有量の測定結果としては可燃性毒物添加燃料の平均値が得られる。したがって、測定対象燃料棒１１の本数を多くした場合、それぞれの燃料棒に個性があると、その個性を判別することが困難になる。つまり、測定対象燃料棒１１ごとの可燃性毒物含有量が異なるなどのために中性子増倍特性のばらつきが大きい場合、測定精度が低下するおそれがある。このため、多数の測定対象燃料棒１１の間にウランの濃縮度や可燃性毒物の添加量などに大きな差がある場合には、かえって測定効率が低下する場合もある。したがって、測定対象バンドルに含まれる測定対象燃料棒１１の本数は、製造公差などを考慮して適宜調整すべきである。
【０１０５】
［その他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…バンドル配置部、１１…測定対象燃料棒、１２…燃料棒、２０…水、２１…カドミウム板、３１…中性子源、３２…中性子検出器、４１…ポリエチレン板、４２…結合穴、４３…結合棒、４４…中性子源配置孔、４５…中性子検出器配置孔、４６…燃料棒挿入孔、４７…ナット、５１…燃料棒、５２…可燃性毒物含有燃料棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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