(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の通流及びレーザ光の貫入を許容するように測定場に配置された測定セルと、
該測定セル内の水に対しパルスエネルギ１０〜４０ｍＪのプラズマ生成用パルスレーザ光を発射するプラズマ生成用レーザと、
前記水に含まれる検出対象成分の励起用パルスレーザ光を前記プラズマ生成用パルスレーザ光と同期して発射する励起用レーザと、
前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射により発生するプラズマ光及び前記励起用パルスレーザ光の照射により前記検出対象成分から発する発光強度を酸素原子から発する発光線に基づいて補正することにより前記検出対象成分の濃度の実際値を算出する算出手段とを備え、
前記プラズマ生成用パルスレーザ光及び前記励起用パルスレーザ光の発射間隔は１μｓ〜１３μｓの範囲にある検出対象成分の濃度計測システム。
【請求項２】
前記プラズマ生成用パルスレーザ光又は前記励起用パルスレーザ光の照射の０．１〜１μｓ後に、波長幅が０．１ｎｍ以下で前記検出対象成分を再励起する波長に調整したレーザ光を照射する波長可変レーザを更に備える請求項１に記載の濃度計測システム。
【請求項３】
前記測定セルは、ほぼ六面体であって、前記プラズマ生成用パルスレーザ光及び前記励起用パルスレーザ光が入射する第１面には封止手段を介して光透過ガラスが設けられ、
該第１面と対峙する第２面には封止手段を介してレーザトラップ板が設けられ、
前記第１面及び前記第２面を除いて対峙する２面には前記水の通流を許容する入口及び出口が設けられ、
対峙する残りの２面に前記プラズマ光及び前記発光を透過する光透過ガラスが封止手段を介して設けられている請求項１または２に記載の濃度計測システム。
【請求項４】
冷却系を有する原子炉において、該冷却系の冷却水中の検出対象成分の濃度を規定値に制御する方法であって、
前記冷却系に前記検出対象成分の測定場を設定し、請求項１乃至３の内のいずれか１項に記載の濃度計測システムを用いて前記検出対象成分の濃度の実際値を検出し、
該実際値及び前記規定値のコンピュータ処理に基づいて、前記冷却系に接続された検出対象成分調整ラインの制御弁を開閉制御する、検出対象成分の濃度制御方法。
【請求項５】
冷却系を有する原子炉において、該冷却系の冷却水中の検出対象成分の濃度を規定値に制御する装置であって、
前記検出対象成分の測定場が前記冷却系に設定された請求項１乃至３の内のいずれか１項に記載の濃度計測システムと、
該濃度計測システムにより検出された前記検出対象成分の濃度の実際値が前記規定値に対して許容し得るか否かを判断する判断手段と、
前記冷却系に接続された検出対象成分調整ラインの制御弁と、
前記検出対象成分の濃度の前記実際値が異常値と判断された場合に、前記実際値が前記規定値に復帰するように前記制御弁を開閉制御する制御手段とを備える、検出対象成分の濃度制御装置。
【請求項６】
蒸気発生器に高温側配管及び低温側配管からなる一次冷却系により連絡する加圧水型原子炉において、前記一次冷却系の冷却水中におけるＢ，Ｌｉ成分の濃度を規定値に制御するための装置であって、
前記Ｂ，Ｌｉ成分の測定場が前記一次冷却系の高温側に設定された請求項１乃至３の内のいずれか１項に記載の濃度計測システムと、
前記一次冷却系の前記低温側配管に接続されたＢ，Ｌｉ成分調整ラインの制御弁と、
前記濃度計測システムにより検出された前記Ｂ，Ｌｉ成分の濃度の実際値が異常値と判断された場合に、該実際値が前記規定値に復帰するように前記制御弁を開閉制御する制御手段とを備える、原子炉冷却水濃度の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉の冷却系における検出対象成分の濃度をオンラインで常時計測もしくは監視する方法及び装置に関し、特に、加圧水型原子炉の一次冷却系における冷却水中のＢ，Ｌｉ成分濃度をオンラインで計測もしくは算出し、この計測結果に基づいてＢ，Ｌｉ成分濃度を規定値に制御する方法及び装置に関するものである。また、本発明は、上述したような方法及び装置において用いられる検出対象成分の計測システムに関し、更に、該計測システムにおいて用いられる測定セルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の反応度制御は、制御棒位置だけでなく、一次冷却系における冷却水中のホウ素濃度を変更することにより行っているため、冷却水の水質管理が特に重要である。即ち、ＰＷＲの一次冷却系の水質管理は、インコネル６００やステンレス鋼のような一次系構成材料の腐食抑制ひいては放射能低減を達成することであり、このため、水質基準値を定めて管理を行っている。
【０００３】
前述したように、ＰＷＲでは反応度制御のために冷却水にホウ素を添加しているが、ホウ素は水質を酸性にするので、一次冷却系構成材料の腐食抑制の観点から、水酸化リチウムを添加することにより、ｐｈを調整している。水酸化リチウムを添加しｐｈを上げた場合、インコネル６００やステンレス鋼の腐食を十分低く保つことができる。しかし、水酸化リチウム量はジルカロイの腐食や水素脆化の点からある程度以上に高くできない。従って、ホウ素濃度に対応したリチウム濃度管理が実施されており、その一例が株式会社オーム社発行の「原子力ハンドブック」第１８６頁〜第１９３頁，”原子炉の水化学”に記載されている。
【０００４】
また、上述した一次冷却系の冷却水と蒸気発生器において熱交換して蒸気となる二次側の水については、蒸気発生器伝熱管の健全性保持のために水質管理が重要であり、この二次水についても、例えばＣａ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｎａ，Ｃｌ（塩素）等の水質基準値が定められている。
【０００５】
一方、沸騰水形原子炉（ＢＷＲ）の冷却水は、ホウ素注入による反応度制御を一般的には行わないため、中性純水が用いられているので、その水質管理は、冷却系の構成材料であるステンレス鋼，炭素鋼，ステライト，インコネルその他の材料に対する中性純水の関与の度合いに基づいて基準が定められる。従って、ＢＷＲプラントの水質管理は、炉水及び給水に関して例えばシリカ等の不純物の基準値を設定し、該基準値を超えないように行われる。
【０００６】
従来の水質管理の仕方について、その管理対象物質、例えば加圧水型原子炉の冷却水中のＢ，Ｌｉについて図１２を参照して代表的に説明すると、Ｂ，Ｌｉの濃度計測は、サンプリング室において、ＰＷＲプラントのサンプルラインから試料採取用容器に冷却水サンプルを手作業で汲み取り（サンプリングラインのパージのために１５分間程度の待ち時間が必要）、放射化学分析室まで人手で運び込み、化学分析器等の分析装置により、又は滴定法を利用した手分析により分析値を得る方式をとっていた。便宜上、これを既知分析法と称する。
【０００７】
また、図示しないが、原子炉冷却水中のＢ，Ｌｉ濃度計測に用いられた適用例はないが、応用可能と考えられるレーザを用いた微量分析法としては、下記の方法が提案されている。
（１）レーザ光を対象とする固・液・気体サンプルに集光して成分をプラズマ化させ、そのプラズマ発光を検出して微量成分濃度を測定するＬＢＳ法（レーザブレークダウン法）。
（２）検出すべき成分の電子エネルギ差に対応した波長を持つレーザ光を入射し、励起された測定対象成分が発する発光強度を検出して微量成分濃度を測定するＬＩＦ法（レーザ誘起発光法）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した既知分析法では、分析結果を得るまでに図１２に示す以下の過程を経る必要がある。
（１）原子炉冷却系統のサンプリングライン（サンプリング室）において一定量の冷却水サンプルを試料採取用容器に分取する。
（２）採取したサンプル容器を測定設備のある放射化学分析室まで運搬する。
（３）この分析室にてサンプル中のＢ，Ｌｉ定量分析を実施する。Ｌｉについては、固有の波長の光を吸収するという原子の光吸収現象を利用して元素の定量を行う原子吸光法により、Ｂについては、ＮａＯＨ滴定により手分析を実施する。
【０００９】
このように、従来の既知分析法では、測定場からの試料の採取から分析結果が得られるまで、かなりの時間（３０〜６０分）を要するために、原子炉冷却水中のＢ，Ｌｉ成分濃度の迅速な計測及び結果処理の実現にはほど遠い技術であり、原子力発電プラントの運転に関わる他の諸工程の進行に遅延等の影響を与える場合が多い。また、上述した既知分析法について主にサンプル輸送過程の自動化を考えた場合、サンプル試料の輸送装置、輸送配管、装置設置施設等が必要となり、装置が高価となる欠点を有している。
【００１０】
また、従来のレーザを用いる計測法については、プラズマ生成用レーザ光のみ用いるＬＢＳ法や、計測対象成分の電子エネルギ差に対応した波長を持つレーザ光を入射するＬＩＦ法が存在しているが、それぞれ単独では下記のような欠点を有している。
（１）プラズマ生成用パルスレーザ光を用いた従来のＬＢＳ法ではｐｐｂレベルまでの検出限界濃度が得られない。
（２）励起用パルスレーザ光を用いた従来のＬＩＦ法のみでは成分の結合状態の影響が大きいため十分な定量精度が確保できない。
【００１１】
従って、本発明の第１の目的は、原子炉冷却系の水における検出対象成分の濃度をオンラインで迅速に精度良く計測可能とする方法及び装置を提供することである。
また、本発明の別の目的は、加圧水型原子炉の一次冷却系における冷却水中のＢ，Ｌｉ成分濃度をオンラインで迅速に精度良く計測し、この計測結果に基づいて一次冷却系のＢ，Ｌｉ成分濃度を規定値に制御する方法及び装置を提供することである。
更に、本発明は、上述したような方法及び装置において用いることができる検出対象成分の計測システムと、該計測システムにおいて用いられる測定セルとを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した第１の目的を達成するためには、まず、原子炉冷却系中の検出対象成分の濃度（単に、「原子炉冷却水濃度」ということもある。）をオンラインで常時監視する必要であり、このために本発明の第１の様相では、冷却系を有する原子炉において、該冷却系の冷却水中の検出対象成分の濃度を規定値に制御する方法であって、前記冷却系に前記検出対象成分の測定場を設定し、該測定場の冷却水に対しプラズマ生成用パルスレーザ光を照射し、前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射により発生するプラズマ光に基づいて前記検出対象成分の濃度値を検出し、該濃度値を表す濃度信号により前記冷却系の冷却水注入制御弁を開閉制御することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の別の様相によると、レーザを用いたＬＢＳ法及びＬＩＦ法を組み合わせている。これにより、原子炉冷却水中に含まれる検出対象成分をｐｐｂオーダーのレベルまで高精度で定量可能な方法及び装置を提供する。
上記目的を達成するため、本発明は、冷却系を有する原子炉において、該冷却系の冷却水中の検出対象成分の濃度を規定値に制御する方法であって、前記冷却系に前記検出対象成分の測定場を設定し、該測定場の冷却水に対しプラズマ生成用パルスレーザ光と検出対象成分の励起用パルスレーザ光とを同期して照射し、前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射及び前記励起用パルスレーザ光の照射により前記検出対象成分から発する発光強度に基づいて前記検出対象成分の濃度値を検出し、該濃度値を表す濃度信号により前記冷却系の冷却水注入制御弁を開閉制御することを特徴とする検出対象成分の濃度制御方法を提供する。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明は、冷却系を有する原子炉において、該冷却系の冷却水中の検出対象成分の濃度を規定値に制御する装置であって、前記冷却系に設定された前記検出対象成分の測定場に配置される測定セルと、該測定セルの冷却水に対しプラズマ生成用パルスレーザ光及び検出対象成分の励起用パルスレーザ光をそれぞれ同期して照射するプラズマ生成用パルスレーザ及び励起用パルスレーザと、前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射及び前記励起用パルスレーザ光の照射により前記検出対象成分から発する発光強度に基づいて前記検出対象成分の濃度の実際値を連続的に算出する算出手段と、前記検出対象成分の濃度の前記実際値が前記規定値に対して許容しうか否かを判断する判断手段と、前記冷却系に接続された検出対象成分調整ラインの制御弁と、前記検出対象成分の濃度の前記実際値が異常値と判断された場合に、前記実際値が前記規定値に復帰するように前記制御弁を開閉制御する制御手段とを備える、検出対象成分の濃度制御装置を提供する。
【００１５】
別の様相に係る本発明は、蒸気発生器に高温側配管及び低温側配管からなる一次冷却系により連絡する加圧水型原子炉に関し、該原子炉において、前記一次冷却系の冷却水中におけるＢ，Ｌｉ成分の濃度を規定値に制御するための装置であって、前記一次冷却系の高温側に設定された前記Ｂ，Ｌｉ成分の測定場に配置される測定セルと、該測定セルの冷却水に対しプラズマ生成用パルスレーザ光及び前記Ｂ，Ｌｉ成分の励起用パルスレーザ光をそれぞれ同期して照射するプラズマ生成用パルスレーザ及び励起用パルスレーザと、前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射及び前記励起用パルスレーザ光の照射により前記Ｂ，Ｌｉ成分から発する発光強度に基づいて前記Ｂ，Ｌｉ成分の濃度の実際値を算出する算出手段と、前記一次冷却系の前記低温側配管に接続されたＢ，Ｌｉ成分調整ラインの制御弁と、前記Ｂ，Ｌｉ成分の濃度の前記実際値が異常値と判断された場合に、前記実際値が前記規定値に復帰するように前記制御弁を開閉制御する制御手段とを備える、検出対象成分の濃度制御装置を提供する。
【００１６】
具体的には、Ｂ，Ｌｉ成分に対する分析精度を向上させるためにレーザ光を２段階（ＬＢＳ法）で照射する。プラズマ生成用パルスレーザ光を原子炉冷却水に集光／入射し、原子炉冷却水中の成分をプラズマ化させ、プラズマを生成させてから一定時間後に、先のレーザ光で誘起されたプラズマ中に更に、励起用のパルスレーザ光を入射し、プラズマ中に存在するＢ，Ｌｉ成分をレーザ励起する。プラズマ生成用パルスレーザ光及び励起用パルスレーザ光の照射により励起されたＢ，Ｌｉ成分が発する発光強度を光検出器を用いて検出し、Ｂ，Ｌｉ成分が発する発光強度をプラズマ部に存在する成分組成で補正することにより、サンプルとしての原子炉冷却水中に含まれるＢ，Ｌｉ成分をｐｐｂオーダーの微量レベルまで即座に直接定量する。
【００１７】
また、本発明は、水の通流及びレーザ光の貫入を許容するように測定場に配置された測定セルと、該測定セル内の水に対しパルスエネルギ１０〜４０ｍＪのプラズマ生成用パルスレーザ光を発射するプラズマ生成用レーザと、前記水に含まれる検出対象成分の励起用パルスレーザ光を前記プラズマ生成用パルスレーザ光と同期して発射する励起用レーザと、前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射及び前記励起用パルスレーザ光の照射により前記検出対象成分から発する発光の強度に基づいて前記検出対象成分の濃度の実際値を算出する算出手段とを備える検出対象成分の濃度計測システムを提供する。ここで、請求項７に記載まように、前記プラズマ生成用パルスレーザ光及び前記励起用パルスレーザ光の発射間隔は１μｓ〜１３μｓの範囲にあることが好ましい。また、請求項８に記載のように、前記プラズマ生成用パルスレーザ光又は前記励起用パルスレーザ光の照射の０．１〜１μｓ後に、波長幅が０．１ｈｍ以下で前記検出対象成分を再励起する波長に調整したレーザ光を照射する波長可変レーザを更に備えることが好適である（ＬＩＦ法）。
【００１８】
更に、前記算出手段はコンピュータであり、前記励起用パルスレーザ光の照射により前記検出対象成分から発する発光強度を酸素原子から発する発光線に基づいて補正することが好適である。
【００１９】
また、本発明によると、測定セルは、ほぼ六面体であって、前記プラズマ生成用パルスレーザ光及び前記励起用パルスレーザ光が入射する第１面には封止手段を介して光透過ガラスが設けられ、該第１面と対峙する第２面には封止手段を介してレーザトラップ板が設けられ、前記第１面及び前記第２面を除いて対峙する２面には前記水の通流を許容する入口及び出口が設けられ、対峙する残りの２面に前記プラズマ光及び前記発光を透過する光透過ガラスが封止手段を介して設けられている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明するが、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、本発明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
【００２１】
図１は、本発明による方法及び装置が適用される加圧水型原子炉プラントの制御系を概略的に示すもので、堅固な格納容器１内には、蒸気発生器２及び原子炉３が配置されている。配管８に設けられた冷却水ポンプ５により原子炉３内に送り込まれた一次冷却水は加熱されて高温高圧となり、配管６を経由して蒸気発生器２の水室の入口側２ａに入り、多数の伝熱管２ｂを通流する間に、配管７から供給される給水を加熱して冷却され、水室の出口側２ｃから蒸気発生器２を出る。そして、冷却水ポンプ５により再び原子炉３に循環される。
【００２２】
蒸気発生器において加熱された給水は蒸気となって、配管９を介して蒸気タービン（図示せず）に供給される。また、原子炉３の高温側から蒸気発生器２に延びる一次冷却系の配管６には、炉心における冷却水の沸騰を抑えるために、飽和圧力を超える加圧状態に冷却水を維持する加圧器４が設けられている。
【００２３】
また、一次冷却系を構成する低温側の配管８には、冷却水ポンプ５の上流側で冷却水の一部を抽出する抽出ライン１０ａと、該冷却水の一部を冷却水ポンプ５の下流側で上記配管８に戻す充填ライン１０ｂとを含む化学体積制御系１０が接続されている。この化学体積制御系１０の抽出ライン１０ａには、脱塩塔１１及び体積制御タンク１２が設けられ、充填ライン１０ｂには、充填ポンプ１３に加え、ほう酸タンク１４、１次系薬品タンク１５等が設けられており、化学体積制御系１０の機能は、一次冷却系への冷却水の充填補給、冷却水中の腐食生成物及び核分裂生成物の除去、ほう酸濃度の調整等である。なお、抽出ライン１０ａには制御弁３７も設けられているが、これの動作については後述する。
【００２４】
かかる加圧水型原子炉プラントにおいて、本発明に従って例えば一次冷却水のＢ，Ｌｉ成分濃度を管理もしくは制御する装置は、パルスレーザ光を生成して一次冷却系の冷却水に照射するための装置と、この照射により得られた情報から最終的にＢ，Ｌｉ成分濃度を算出するための装置と、算出されたＢ，Ｌｉ成分濃度に基づいて一次冷却系のＢ，Ｌｉ量を調整するための装置とを備える。冷却水にレーザ光を照射するための装置の測定場は、図１において、例えば、一次冷却系の高温側配管６の途中に、或いは加圧器４の液相部外周面に、符号▲１▼、▲２▼で示す位置に設定することができる。
【００２５】
次に、図２は、本発明に従って例えば一次冷却水のＢ，Ｌｉ成分濃度を管理もしくは制御する装置２０の概要を示している。図２において、同装置２０は、プラズマ生成用パルスレーザ２１により発射されたパルスレーザ光を、ミラー２２，２３、レンズ２８等を用いて測定場２５に設けられた測定セル内の原子炉冷却水に集光し、該測定セル内に存在する化学種を図７の（ａ）に図解したようにプラズマ化させる。プラズマ生成用パルスレーザ２１のレーザ出力は、本発明の実施形態では１０〜４０ｍＪとする。図１０は、Ｌｉの場合におけるレーザ出力と信号強度との実験結果を表しており、この結果から、レーザ出力は、液体中でのプラズマ化に適合するように１０〜４０ｍＪとすることが好適であることが分かる。また、このプラズマ生成用パルスレーザ２１からのレーザ光発射と同期させて、一定時間後に、冷却水中のＢ，Ｌｉ成分の発光強度を増すためのＢ，Ｌｉ選択励起用パルスレーザ２６の出力を、前述したようにミラー２２，２３及びレンズ２８を介してレーザ誘起されたプラズマ中に、新たにミラー２７等を介して図７の（ｂ）に示すように入射する。図１１は、プラズマ生成用パルスレーザ光及び励起用パルスレーザ光の発射間隔と信号強度との関係をＬｉの場合について示す本発明の実験結果であり、発射間隔もしくはパルス間隔は１μｓ〜１３μｓとすることができ、好適には１．２μｓ〜８．２μｓ、更に好適には１．８μｓ〜６．０μｓである。なお、図１０及び図１１の縦軸の信号強度には単位が省略されているが、これは信号強度比と考えてもよいためである。
【００２６】
プラズマ生成用レーザ光により発生するプラズマ光を検出し、プラズマ部の成分組成を同定した上で、Ｂ，Ｌｉ励起用パルスレーザ光の照射により励起されたＢ，Ｌｉ成分が発する発光強度を分光器及び検出器を用いて検出する。即ち、図２及び図３において、上述のプラズマ発光及び成分励起用レーザ光により励起されたＢ，Ｌｉが発する発光は、レンズ２９ａ，２９ｂで集光され、それぞれの光は、光ファイバ３０ａ，３０ｂを介して分光器３１ａ，３１ｂに入射される。また、ミラー２３により反射された光の一部はパワーメータ３３によりレーザ出力に換算され、パーソナルコンピュータ３４ｂに送られる。このパーソナルコンピュータ３４ｂは検出器３２ｂに接続されると共に、別のパーソナルコンピュータ３４ａにも接続されており、図示しないモニターにデータを出力してＬｉ，Ｂの濃度をデジタル値で例えば１０分おきに表示することができる。Ｂ，Ｌｉ成分が発する発光スペクトルは、分光器３１ｂ及び検出器３２ｂで測定され、パーソナルコンピュータ３４ｂに送られ、Ｌｉ及びＢのピーク強度ＩＢ，ＩＬｉが読み取られる。一方、酸素（Ｏ）の発光スペクトルの測定は、分光器３１ａ及び検出器３２ａからの入力に基づいてパーソナルコンピュータ３４ａで行われ、Ｏピーク強度ＩＯの読み取りが行われ、読み取られたＯピーク強度ＩＯはパーソナルコンピュータ３４ｂに送られる。このようにして各信号はコンピュータ３４ｂに転送され、そこで、Ｏピーク強度ＩＯに対するピーク強度ＩＢ，ＩＬｉの比をとって補正した補正ピーク強度ＩＬｉ＊，ＩＢ＊を求め、その値に、Ｌｉ検量線の傾きであるｆＬｉ、Ｂ検量線の傾きであるｆＢをそれぞれ乗算すれば、Ｌｉ濃度（ＣＬｉ）及びＢ濃度（ＣＢ）を得られる。一例として、図８には、Ｌｉ水溶液の発光スペクトルが例示されている。
【００２７】
このようにして、プラズマ発光の信号により、測定場２５の成分組成を求め、その情報により発光強度の補正を行い、測定場２５に存在するＢ，Ｌｉ成分の濃度を算出する。このように、Ｂ，Ｌｉ成分が発する発光強度を、プラズマ部の成分組成である酸素の発光線で補正することにより、原子炉冷却水中のＢ，Ｌｉ濃度をｐｐｂオーダーまで高精度に測定する。３５は、プラズマ生成用パルスレーザ２１及びＢ，Ｌｉ選択励起用パルスレーザ２６の発振と検出器３２ａ，３２ｂの作動とを同期させる周知の同期装置である。
【００２８】
本発明で使用するプラズマ生成用パルスレーザ光と成分励起用パルスレーザ光の波長の例を下記に示すが、これはＹＡＧレーザが安価に容易に入手しうるために使用されているだけであり、他のレーザ光でもよいことは勿論である。
プラズマ用及び成分励起用レーザ波長…
１０６４ｎｍ（ＹＡＧレーザの基本波）
５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）又は
３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
【００２９】
上述の記載から分かるように、本発明ではＬＢＳ法及びＬＩＦ法を組み合わせている。この組み合わせによって、それぞれの欠点を解消することが可能となる。具体的には、第１のプラズマ生成用レーザ光で局所的な場所の温度を１００００℃〜２００００℃に上昇させるため、殆ど全ての化学種が原子状態となる。この時点で化学種の結合状態による励起波長の変化は考慮する必要はなくなり、プラズマ化されたＢ，Ｌｉの原子を対象として、これらを励起するレーザ光を入射するだけで、Ｂ，Ｌｉの濃度計測を満足できる。つまり、ＬＢＳ法を２段階用いるシステムとなるが、これによりＬＢＳ法１段階の場合と比較して、検出感度が大幅に向上（３桁から５桁程度）する。
【００３０】
次に、再び図１に戻って本発明の原子力発電プラントにおける適用例について説明する。前述したように、一次冷却系の高温側配管６の一部又は加圧器４の液相部外周面に測定場２５を設定し、ここに、ＬＢＳ２段階方式のＢ，Ｌｉ成分濃度の制御方法もしくは装置２０の成分濃度計測システム２０ａ（図２において鎖線で囲まれた部分）を導入する。原子炉冷却水中のＢ，Ｌｉ濃度は、原子炉制御等の事情から、ある規定された値に常時保つ必要がある。そのため、Ｂ，Ｌｉ成分濃度の制御装置２０を化学体積制御系１０と連係させ、Ｂ，Ｌｉ濃度の実際の計測値及び維持すべき既定値に基づいて、Ｂ，Ｌｉ成分の必要となる希釈／濃縮及び除去量を算出し、原子力発電プラント運転員に表示する。
【００３１】
即ち、上記の計測手順に従って得られた分析結果は、原子力発電プラントの中央制御室３６に配置しうる制御板指示部（図示せず）に濃度表示されると共に、更に同中央制御室３６のコンピュータ３４ａ，３４ｂで処理され、Ｂ，Ｌｉに対する測定時点での濃度基準値との比較評価を行い、体積制御系１０に関する希釈／除去／濃縮操作が必要であると判断された場合に、その操作量の具体的指示値を改めて中央制御室３６の制御板指示部に表示するだけでなく、該指示値に基づいて、化学体積制御系１０の抽出ライン１０ａに設けられた制御弁３７を開閉し、抽出ライン１０ａの通水量を制御する。即ち、測定もしくは検出濃度値が設定範囲の下限値よりも低くなったときは、制御弁３７を開き、その逆に設定範囲の上限値よりも高くなったときは、制御弁３７を閉じる。
【００３２】
このように、ＬＢＳ２段階方式のＢ，Ｌｉ成分濃度の計測システム２０ａの測定場を原子炉一次冷却系の高温側配管６に設定すると共に、該計測システム２０ａの分析結果のコンピュータ処理に基づいて、一次冷却系の低温側配管８に連絡する化学体積制御系１０の冷却水抽出ライン１０ａに設けられた制御弁３７を制御することにより、原子炉冷却水中のＢ，Ｌｉ成分濃度のリアルタイム計測が可能となり、一次冷却系のＢ，Ｌｉ濃度値を常時オンライン処理できることにより、原子炉の反応度制御及び水質管理をより効率的に運営でき、これは、定期検査等の工程期間を短縮させることにも繋がる。
【００３３】
この場合、測定場に設けられる測定セル４０としては、図５及び図６に示すものが好適である。図５及び図６において、該測定セル４０は、ほぼ正六面体であって、実施形態では、対峙する上下の２面に試料水である通常７０〜８０℃の冷却水の入口側通流管４１ａ，出口側通流管４１ｂが取り付けられ（図６）、そしてプラズマ生成用パルスレーザ光及び励起用パルスレーザ光が入射する面には、封止手段もしくは振動防止手段であるゴム製或いはプラスチック製のようなＯ−リング４２を介して光透過ガラス４３が設けられる。また、この光透過ガラス４３と対峙する面には、同様の封止手段４２を介してレーザトラップ板４４が設けられる。該レーザトラップ板４４はトラップ効果の高いテフロン板とするのが好適であり、測定セル本体及び通流管はステンレス鋼製とするのが好適である。対峙する残りの２面にはプラズマ光及び発光を透過する光透過ガラス４５、４６が同様の封止手段４２を介して設けられている（図５）。
【００３４】
なお、図４に示すように、測定感度を更に向上させるために、プラズマ生成用パルスレーザ光又は励起用パルスレーザ光の照射の０．１〜１μｓ後に、波長幅が０．１ｈｍ以下で検出対象成分を励起する波長に調整したレーザ光を照射する波長可変レーザ５０を更に備えることができる。該波長可変レーザ５０も同期装置３５に接続されており、波長可変レーザ５０からのレーザ光はミラー５１，５２と前述のミラー２２，２３等を介して測定セル内の冷却水に照射される。このＬＢＳ／ＬＩＦ複合方式を用いれば、更に検出感度を向上させることができる。
Ｂ，Ｌｉ選択励起用レーザ波長…
Ｂ：２０８．８９ｎｍ又は２４９．６８ｎｍ
Ｌｉ：２７４．１２ｎｍ，３２３．２６ｎｍ又は６７０．７８
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却系を有する原子炉において、該冷却系の冷却水中の検出対象成分の濃度を規定値に制御する方法であって、前記冷却系に前記検出対象成分の測定場を設定し、該測定場の冷却水に対しプラズマ生成用パルスレーザ光を照射し、前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射により発生するプラズマ光に基づいて前記検出対象成分の濃度値を検出し、該濃度値を表す濃度信号により前記冷却系の冷却水注入制御弁を開閉制御する。また、本発明の制御方法によると、冷却系に検出対象成分の測定場を設定し、該測定場の冷却水に対しプラズマ生成用パルスレーザ光と検出対象成分の励起用パルスレーザ光とを同期して照射し、前記プラズマ生成用パルスレーザ光の照射により発生するプラズマ光と前記励起用パルスレーザ光の照射により前記検出対象成分から発する発光強度とに基づいて前記検出対象成分の濃度値を検出し、該濃度値を表す濃度信号により前記冷却系の冷却水注水制御弁を開閉制御する。そのため、本発明によれば、冷却系の濃度値を常時オンライン処理できることにより、原子炉の反応度制御及び水質管理をより効率的に運営でき、これは、定期検査等の工程期間を短縮させることにも繋がる。
【００３６】
また、原子炉冷却水の水質管理担当作業者が、サンプリング時、サンプル輸送時、分析時を通じてサンプルに含まれる放射性腐食生成物から受ける被曝の可能性を避けることができるため、作業者の健康管理にも大きく寄与する。
更に、以上のレーザによる濃度計測が確立することで、従来法での作業試料の採取、分析装置への輸送及び測定作業そのものに要する時間が無くなるため、原子炉冷却水中のＢ，Ｌｉのような成分のリアルタイムな濃度把握が可能となり、濃度管理に関連する作業が効率化する。
【００３７】
また、別の本発明のように、測定セル内の水に対し発射されるプラズマ生成用パルスレーザ光のパルスエネルギを１０〜４０ｍＪに設定しておけば、冷却水中の検出対象成分でも検出するのに適するエネルギレベルとなり、冷却水中の成分でも効果的に検出することができる。本発明の実施形態のように、プラズマ生成用パルスレーザ光及び励起用パルスレーザ光の発射間隔を１μｓ〜１３μｓの範囲にしておけば、測定感度が向上する。また、本発明の実施形態のように、プラズマ生成用パルスレーザ光又は励起用パルスレーザ光の照射の０．１〜１μｓ後に、波長幅が０．１ｈｍ以下で検出対象成分を励起する波長に調整したレーザ光を照射する波長可変レーザを設ければ、測定感度を更に向上させることができる。
【００３８】
また、励起用パルスレーザ光の照射により検出対象成分から発する発光強度を酸素原子から発する発光線に基づいて補正すれば測定精度をより向上させることができる。
【００３９】
別の様相の本発明によれば、測定セルには、プラズマ生成用パルスレーザ光及び励起用パルスレーザ光が入射する面に対峙する面に、封止手段を介してレーザトラップ板が設けられているため、レーザ光を効果的にトラップすることができ、また、封止手段により漏水を防止したり、振動を吸収したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る検出対象成分の濃度制御方法及び装置が適用された加圧水型原子炉プラントの概要図である。
【図２】本発明の検出対象成分の濃度測定装置を示す概要図である。
【図３】図２の濃度制御装置で実行される手順を図解した説明図である。
【図４】本発明の検出対象成分の更に高感度な濃度測定装置を示す概要図である。
【図５】図２及び図４の濃度制御装置において用いられている測定セルの断面図である。
【図６】図２及び図４の濃度制御装置において用いられている測定セルの側面図である。
【図７】（ａ）はＬＢＳ法適用過程を示し、（ｂ）はＬＩＦ適用過程を示す本発明の測定原理概念図である。
【図８】Ｌｉ水溶液発光スペクトルの波長と強度（％）の関係を示す図表である。
【図９】Ｌｉの場合についてＹＡＧレーザ照射からの経過時間と信号強度との関係を示す図表である。
【図１０】Ｌｉの場合についてレーザ出力と信号強度との関係を示す図表である。
【図１１】Ｌｉの場合についてパルス間隔と信号強度との関係を示す図表である。
【図１２】原子力発電所における従来のＢ，Ｌｉ濃度測定手順を図解する説明図である。
【符号の説明】
２…蒸気発生器、３…加圧水型原子炉、４…加圧器、６…一次冷却系の高温側配管、８…一次冷却系の低温側配管、１０…化学体積制御系、１０ａ…抽出ライン、１０ｂ…充填ライン、２０…濃度制御装置、２１…プラズマ生成用パルスレーザ、２５…測定場、２６…Ｂ，Ｌｉ選択励起用パルスレーザ、３４ａ，３４ｂ…コンピュータ（算出手段）、３７…制御弁、４０…測定セル、４１ａ…入口側通流管（入口）、４１ｂ…出口側通流管（出口）、４２…Ｏ−リング（封止手段）、４３，４５，４６…石英ガラス（光透過ガラス）、４４…レーザトラップ板（テフロン板）、５０…波長可変レーザ。
【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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