(57)【要約】【課題】燃料デブリを計画的に取出すことができる、耐放射線性に優れた装置を提供する。【解決手段】溶融落下した燃料デブリの形状を撮影した形状データと、燃料デブリ各部の放射線量を計測した放射線データとから、燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを得、放射線量の大きさに応じて燃料デブリを細分化する微小領域の順番を定めた回収計画を策定し、順番に従い燃料デブリの細分化とその後の回収処理を行い、細分化、回収処理後の燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを再取得して回収計画に反映し、細分化、回収処理を繰り返すことを特徴とする。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融落下した燃料デブリの形状を撮影した形状データと、燃料デブリ各部の放射線量を計測した放射線データとから、燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを得、放射線量の大きさに応じて燃料デブリを細分化する微小領域の順番を定めた回収計画を策定し、該順番に従い燃料デブリの細分化とその後の回収処理を行い、細分化、回収処理後の前記燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを再取得して前記回収計画に反映し、細分化、回収処理を繰り返すことを特徴とする燃料デブリ回収方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料デブリ回収方法であって、
前記回収計画は、前記燃料デブリの微小領域ごとの放射線データが高い順、または放射線データが低い順に前記燃料デブリを細分化する微小領域の順番を定めていることを特徴とする燃料デブリ回収方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料デブリ回収方法であって、
前記回収計画が、モニタ上に燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データとして表示されることを特徴とする燃料デブリ回収方法。
【請求項４】
溶融落下した燃料デブリの形状を撮影する全体形状計測装置と、燃料デブリ各部の放射線量を計測する指向性のある放射線測定器と、前記全体形状計測装置から得た形状と前記指向性のある放射線測定器から得た放射線データとから、燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを得て表示する合成表示部と、放射線量の大きさに応じて燃料デブリを細分化する微小領域の順番を定めた回収計画を策定する回収計画立案装置と、燃料デブリを細分化する燃料デブリ細分化装置と、細分化した燃料デブリを回収する回収装置と、前記回収計画立案装置が定めた微小領域に前記燃料デブリ細分化装置および前記回収装置を誘導する誘導装置と、細分化した後の燃料デブリの形状を観測する形状センサと、細分化、回収後の燃料デブリの形状と放射線データを前記合成表示部および前記回収計画立案装置に反映させる修正部とを備えることを特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
細分化された燃料デブリの形状と放射線を測定し回収可能か否かを判断する判定部を備え、回収可能と判定された燃料デブリを選択的に回収することを特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記全体形状計測装置は、レーザ時間差方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項７】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記全体形状計測装置は、レーザ位相差方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記全体形状計測装置は、超音波時間差方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項９】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記全体形状計測装置は、ステレオカメラ方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記回収計画立案装置は、放射線量の高い部位から優先的に回収計画を指示すること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１１】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記誘導装置は、レーザビームにより回収位置を教示すること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１２】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記誘導装置は、照準線ビームライディング誘導方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記誘導装置は、指令照準線非一致誘導方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１４】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記誘導装置は、室内グローバル・ポジショニング・システム補正誘導方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１５】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記形状センサは、レーザ光切断方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１６】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記形状センサは、縞パターン投影方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１７】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記形状センサは、ステレオカメラ方式であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１８】
請求項４に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記形状センサは、二次元走査式レーザ時間差法であること特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項１９】
請求項１５から請求項１８のいずれか１項に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記形状センサに用いられるカメラは、耐放射線性カメラであることを特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記耐放射線性カメラは、ＣＣＤカメラであることを特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記耐放射線性カメラは、ＣＭＯＳカメラであることを特徴とする燃料デブリ回収装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の燃料デブリ回収装置において、
前記耐放射線性カメラは、撮像管であることを特徴とする燃料デブリ回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線量の高い過酷環境下にて、破損燃料（デブリ）を効率よく回収する、耐放射線性に優れた、燃料デブリ回収方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
損傷燃料（デブリ）は、放射線量が高いため、細分化してから回収する必要がある。一方で、１回で回収する量に比較し、燃料デブリの総量が多い場合には、アクセス回数、細分化回数が多くなるため、作業時間が長くなる、すなわち、細分化装置や回収装置の集積被ばく線量が多くなるため、通常の機器では、故障頻度が増えることが懸念される。
【０００３】
これに対し、アクセス装置は、例えば、ワイヤー駆動アームがあり、細分化装置は、例えば、アクセス装置で近づいた後に、重力を利用し落下させ細分化する、エアシリンダ衝撃を与え粉砕する、エアガンなので衝撃を与え粉砕するなどの方法があり、回収装置は、例えば、粘着テープで張り付ける、エアで吸引する、ワイヤー駆動アームで掃きとり動作をするなどの方法がある。
【０００４】
一方、燃料デブリの位置や形状を測定する方法としては、接触法と非接触法がある。しかしながら、接触法は、一回の測定範囲が点である上に、広域を計測するには、機械駆動動作が必要となる。非接触法には、受動的方法と能動的方法がある。受動的方法としては、焦点法や写真計測法がある。
【０００５】
焦点法は、接触法と同じく、一回の測定範囲が点である上に、広域を計測するには、機械駆動動作が必要となる。能動的方法には、レーダ法や、三角測量法がある。三角測量法は、通常、カメラを併用する。
【０００６】
レーダ法は、長距離になっても計測精度が低下しないという利点があるが、一回の測定範囲が点である。しかしながら、接触法や焦点法と異なり、計測距離が長いため、放射線量が低い地点からの測定が可能であり、走査機構を用いて広域に検査することができる。しかしながら、その測定精度は、数ミリメートル程度であり、細分化した燃料デブリ一つ一つを認識することが難しい場合がある。
【０００７】
そこで、細分化した燃料デブリを詳細に把握するためには、写真計測法や三角測量法に基づくセンサを、細分化装置や、回収装置に搭載し、燃料デブリに近づいて形状を測る必要がある。
【０００８】
これらの課題に対し、解決方法を提案している技術は見当たらないが、類似した状況下に対した解決法を提示しているものとして、特許文献１がある。ここではプラント内で発生した人の近づけない事故に対して、遠隔操作で事故状況を把握し、事故状況に応じて安全に、早急に、効率よく対処する柔軟なシステムを提案している。
【０００９】
具体的には、環境情報を収集するモニタ手段を搭載し、事故地点若しくはその周辺または事故地点までの移動経路若しくはその周辺の状態を調査する少なくとも一体のモニタ用ロボットと、マニピュレータを搭載し、各々が所定の作業を行う複数種類の作業用ロボットと、を含む複数の移動ロボットと、移動ロボットとの間で通信を行う第１の通信手段と、所定の指令拠点との間で双方向通信可能な第２の通信手段と、第１の通信手段を介して移動ロボットを遠隔操作する制御装置と、移動ロボットを収納する収納部と、を有する移動可能な指令基地と、指令基地を移動させる手段と、を備え、制御装置は、モニタ用ロボットの調査結果に基づいて、若しくは作業用ロボットにより事故地点若しくはその周辺に設置されたセンサによる調査結果に基づいて、適当な機能を有する作業用ロボットを選定するとともに、作業用ロボットの出動後におけるモニタ用ロボットの調査結果、若しくは作業用ロボットにより事故地点若しくはその周辺に設置されたセンサによる調査結果に基づいて、移動ロボットの行動を修正する機能を有していることを特徴とする事故対応ロボットシステムに関して述べている。
【００１０】
ここで制御装置は、ローカルセンサモジュールに搭載されたセンサおよびモニタ用ロボットに搭載されたセンサにより取得された、温度、放射線量、有害物質濃度等のデータを２次元情報または３次元情報に重ねて表示する機能を有すると好適であり、また、制御装置は、事故状況の経時変化を表示する機能を有することも好ましいと述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特許第３６４５４６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１で述べられている技術では、少量の燃料デブリを効率よく回収する方法及び装置については述べられていない。
【００１３】
本発明では、苛酷環境下で燃料デブリを効率よく回収することができる燃料デブリ回収方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の燃料デブリ回収方法は、溶融落下した燃料デブリの形状を撮影した形状データと、燃料デブリ各部の放射線量を計測した放射線データとから、燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを得、放射線量の大きさに応じて燃料デブリを細分化する微小領域の順番を定めた回収計画を策定し、順番に従い燃料デブリの細分化とその後の回収処理を行い、細分化、回収処理後の燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを再取得して回収計画に反映し、細分化、回収処理を繰り返すことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の燃料デブリ回収装置は、溶融落下した燃料デブリの形状を撮影する全体形状計測装置と、燃料デブリ各部の放射線量を計測する指向性のある放射線測定器と、全体形状計測装置から得た形状と指向性のある放射線測定器から得た放射線データとから、燃料デブリの微小領域ごとの形状データと放射線データを得て表示する合成表示部と、放射線量の大きさに応じて燃料デブリを細分化する微小領域の順番を定めた回収計画を策定する回収計画立案装置と、燃料デブリを細分化する燃料デブリ細分化装置と、細分化した燃料デブリを回収する回収装置と、回収計画立案装置が定めた微小領域に燃料デブリ細分化装置および回収装置を誘導する誘導装置と、細分化した後の燃料デブリの形状を観測する形状センサと、細分化、回収後の燃料デブリの形状と放射線データを合成表示部および回収計画立案装置に反映させる修正部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、形状計測センサの寿命を延ばすことが可能となるだけでなく、作業時間を短縮でき、さらには、燃料デブリの計量管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】原子炉の簡略構成を示す図。
【図２】燃料デブリの全体形状を、全体形状計測装置で計測する様子を説明する図。
【図３】燃料デブリの放射線量を、指向性を持つ放射線検出器を用いて分割計測する様子を説明する図。
【図４】指向性を持つ放射線検出器の構造を示す図。
【図５】１軸方向に進み、かつ、この軸の周りで回転運動できる機構を、ネジの送り出し機構により実現する様子を説明する図。
【図６】全体形状計測装置で計測した燃料デブリの全体形状を示す図。
【図７】指向性を持つ放射線検出器で計測した燃料デブリの放射能分布を示す図。
【図８】燃料デブリの全体形状データと放射能分布データを重ねて示す図。
【図９】放射線量の高い部位から取出す回収計画の例を示す図。
【図１０】燃料デブリをエアシリンダで衝撃を与え粉砕する装置を示す図。
【図１１】細分化後の燃料デブリの形状を測定する小型形状センサとしてレーザ光切断方式を示す図。
【図１２】細分化後の燃料デブリの形状を測定する小型形状センサとして縞パターン投影方式を示す図。
【図１３】細分化後の燃料デブリの形状を測定する小型形状センサとしてステレオカメラ方式を示す図。
【図１４】細分化後の燃料デブリの形状を測定する小型形状センサとして二次元走査式レーザ時間差方式を示す図。
【図１５】アクセス装置誘導の一例である指令照準線一致誘導方式を示す図。
【図１６】本発明システムによる処理の流れを示すフロー図。
【図１７】本発明の燃料デブリ回収装置の全体構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について図を用いて説明する。
【実施例】
【００１９】
図１に原子炉の簡略構成図を示す。
【００２０】
燃料デブリ１は、例えば、燃料ペレットの溶融により生じ、溶融した燃料は原子炉圧力容器２の底部に貯まる。さらには、圧力容器２の底をも溶融し、原子炉本体基礎３（ＲＰＶペデスタル：以下ペデスタルという）の下部に落下する場合も考えられる。
【００２１】
原子炉圧力容器２底部に留まった場合には、燃料デブリ１の状況は、原子炉圧力容器２底部の上方から確認できる。ペデスタル３の下部に落下した場合には、原子炉圧力容器２底部とペデスタル３下部の両方に燃料デブリ１が残っている可能性がある。
【００２２】
ペデスタル３下部に残っている場合には、既設貫通口の一つであるＸ−６ペネと呼ばれる制御棒駆動装置（ＣＲＤ）用ハッチなどからアクセスすれば、確認可能である。但しＸ−６ペネの一方端は原子炉圧力容器２底部の制御棒駆動装置側空間に開口し、他方端は原子炉建屋１０１内の部屋１０２内で閉止されている。このため、部屋１０２側の他方端を直接解放することができないので、さらに小部屋１０３を仕切り、この中でＸ−６ペネの他方端を開口し、原子炉圧力容器２底部へのアクセスを行うことになる。このため、以下に述べる計測、細分化、回収などのための各種の設備は小部屋１０３内に設置され、部屋１０２内から遠隔操作されることになる。
【００２３】
いずれの場合でも、燃料デブリの総量（体積、表面積）は大きく、近接して詳細に状態を把握することは難しい。さらには、燃料デブリの放射能は高く、状況を把握するセンサが短時間で故障する可能性が高い。
【００２４】
そこで、本発明では、先ず、図２に示すように遠方から、全体形状計測装置４で、燃料デブリの全体形状を計測する。全体形状計測装置４としては、二次元走査機構を備えたレーダ式測定器、もしくは、視野の広いステレオカメラを用いれば、全体形状計測装置４を固定したままで、燃料デブリの全体形状を計測できる。また、燃料デブリから離れた位置に配置することにより、被ばく量を低減でき、故障のリスクを低下することが可能となる。図２では、例えば既設貫通口Ｘ６（例えば、Ｘ−６ペネ）から、全体形状計測装置４を積載した梁３０を容器内に挿入し、上部から燃料デブリの全体形状を計測する。
【００２５】
次に、図３に示すように、指向性のある放射線測定器５を用い、上記で把握した燃料デブリの放射線量を、分割計測する。この場合にも既設貫通口Ｘ６（例えば、Ｘ−６ペネ）から、指向性のある放射線測定器５を積載した梁３０を容器内に挿入すればよい。ただし、指向性により燃料デブリ１の一部のみを計測することになるので、進行方向Ｘ（挿入方向）位置を変更しながら、かつ進行方向を軸として回転Ｒさせながら、各位置での放射線量を測定する。
【００２６】
指向性のある放射線測定器５としては、図４に示すようにコリメータを併用した放射線測定器を用いれば良く、図４で２３は指向性を出すための傾斜部、２４は計測部である。燃料デブリ全体を分割して放射線測定するには、１軸方向Ｘに進み、かつ、この軸の周りで回転運動Ｒできる機構とすれば良い。例えば、図５に示すネジによる送り出し機構２２にすれば実現できる。また、燃料デブリから離れた位置に配置することにより、被ばく量を低減でき、故障のリスクを低下することが可能となる。
【００２７】
以上のようにして得られた燃料デブリ１の全体形状の一例を図６に示す。例えば燃料デブリ１を上部から見た時の全体形状は、斜線部の１００のようである。またこの燃料デブリ１を方向Ｘに沿う直線Ａ１−Ａ２でみたときの断面がＧＸであり、燃料デブリ１を方向Ｙに沿う直線Ｂ１−Ｂ２でみたときの断面がＧＹである。断面ＧＸ、ＧＹは、燃料デブリ１の全体形状を表すデータであり、座標Ｘ、Ｙに関連するデータとして把握できる。なお、ここでは方向Ｘを指向性のある放射線測定器５の進行方向としている。
【００２８】
また以上のようにして得られた燃料デブリ１の各部の放射線量の一例を図７に示す。ここでは、指向性のある放射線測定器５が観測する微小領域Ｈごとの放射線量を濃淡表示して放射能分布８を表している。なお微小領域Ｈは、前記のＸ方向、Ｙ方向の微小距離（ΔＸ、ΔＹ）で表されている。この濃淡表示によれば、放射線量の多い部分と低い部分が観測される。
【００２９】
全体形状も、各部の放射線量も座標位置Ｘ、Ｙに関連する情報として求めることが可能であり、図６に示す燃料デブリの全体形状データ６に、図７の放射線測定結果を重ね合わせると、図８の燃料デブリの放射能分布８が把握できる。ここで、全体形状データＧＸ、ＧＹは、燃料デブリ１の表面形状である。
【００３０】
図８の燃料デブリの放射能分布８は、適宜のモニタに表示されることにより操作員の処理を助けることができる。放射線、特に、ガンマ線は透過率能力が高いため、放射線は燃料デブリ１の内部からきている場合もある。しかしながら、この表示の助けにより可視化されて得られた燃料デブリの放射能分布８をみれば、操作員は全体的にどの部位に、高い放射能をもつ燃料デブリが存在するか、大まかに推定することができる。
【００３１】
なお表示の事例としては、燃料デブリの全体を微小化した領域に分けて各領域での放射線量を色分け、濃淡表示などするとともに、Ｘ方向位置あるいはＹ方向位置を指定したときにその位置での断面の全体形状データＧＸ、ＧＹを併記して表示する図８のような表示が好ましい。
【００３２】
そこで、本発明では、図８に示すように、燃料デブリ１の放射能分布をメッシュ状に分割し、燃料デブリを取り出す計画を立案する。計画は、例えば、放射線量の高い部位から取出す計画にしてもよいし、逆に、放射線量の低い部位から取出す計画にしても良い。あるいはそのほかの指標により順番を決定するものとしてもよい。
【００３３】
以下の説明では、放射線量の高い部位から取出す計画を立てる場合について説明する。図９は、説明を容易にするために図６のＡ１−Ａ２断面を例にとり、図８の列Ａに対して回収計画を立てたものである。回収計画は、放射線量の高い部位からの順番Ｎと全体形状データＧＸで管理される。なお、図９の上部は、最初の段階での計測結果、次の段からは燃料デブリ１の細分化処理後の段階を順次示している。
【００３４】
この例によれば、図９では、Ａ列の１５のメッシュに対して、放射線量の高い部位の順に順番を付している。この事例ではメッシュをＡ１０からＡ２４で表しており、燃料デブリが存在しないメッシュＡ１０、Ａ１１、Ａ２３、Ａ２４以外の１１のメッシュについて、放射線量の高いメッシュの順に順番を付けた。
【００３５】
またこの事例では全体形状データＧＸとして、メッシュごとに堆積高さに相当する値を記載している。これによれば燃料デブリはＡ１２からＡ２２の範囲で存在し、Ａ１２からＡ１５に向かって堆積厚さを増し、中央部分が薄くなり、Ａ２０からＡ２２に向かって堆積厚さを減らしていく。
【００３６】
これによれば、最も放射線量の高いメッシュがＡ１７であり、この部位は図６のＸ方向の形状ＧＸを参照すると、燃料デブリの堆積が薄い部分であり、２番目に位置付けられたメッシュＡ２０は燃料ジブリが厚く堆積している個所であることが理解できる。なお実際には、全ての列に対して順番が付与される。
【００３７】
このようにして定められた最初の回収計画をＰ１とする。回収計画Ｐ１では、放射線量が最も高い部位として、メッシュＡ１７が選択される。従って、細分化作業はメッシュＡ１７に対して実行され、この終了後に２番目に放射線量が高いメッシュＡ２０に対して細分化作業が実行されることになる。
【００３８】
一旦、回収計画Ｐ１が定まったら、所望の量の燃料デブリを取り出すために、燃料デブリ細分化装置９を接近させ、燃料デブリを細分化する必要がある。
【００３９】
燃料デブリ細分化装置を燃料デブリに接近させるアクセス装置としては、同じく、耐放射線性の高い構造とすることが望ましい。そこで、例えば、ワイヤー駆動アームなどを用いれば良い。
【００４０】
一方、燃料デブリを細分化する細分化装置も、同じく、耐放射線性の高い構造とすることが望ましい。そこで、エアシリンダで衝撃を与え粉砕する方法、エアガンなどで衝撃を与え粉砕するなどの方法がある。
【００４１】
図１０は燃料デブリ細分化装置９の一例としてエアシリンダで衝撃を与え粉砕するものであり、この装置ではシリンダ３１の中に二重構造のピストン３２、３３を配置する。またシリンダ３１には吸排気口３４、３５、３６を設けておく。
【００４２】
図１０左の落下前状態では下部の吸排気口３４から圧送空気を送り二重構造のピストン３２、３３を押し上げる。上部の吸排気口３５、３６から空気が排出される。このときのピストン最上位位置では、内部ピストン３３が上部の吸排気口３６を閉塞する。
【００４３】
図１０中央の落下状態では、上部の吸排気口３５から高圧の圧送空気を送り、二重構造のピストン３２、３３のうち外部ピストン３２を急速に押し下げる。外部ピストン３２はその自重も加えて燃料デブリに落下し、これを細分化する。その後、図１０右の状態では、上部の吸排気口３６から空気を送り、内部ピストン３３を押し下げ、内外部ピストン３２、３３を下側位置に置いたうえで、再度押し上げ操作（図１０右）を行う。
【００４４】
このようにして細分化作業が実施された後の燃料デブリの状態は、再度計測されて図９の順番Ｎと全体形状ＧＸに反映させる。例えば、燃料デブリを細分化により細分化することで、燃料デブリの全体形状が変わる。
【００４５】
そこで、燃料デブリ細分化装置９には、細分化後の燃料デブリの形状を詳細に測定する小型形状センサ１１を搭載し形状観測するのが望ましい。この小型形状センサ１１も、耐放射線性の高い構造とすることが望ましい。かつ、アクセス装置に搭載可能な小型、軽量性が求められる。また、ある一定の範囲で形状を測定する能力が求められる。
【００４６】
そこで本発明では、小型形状センサとして、三角測量法、例えば、レーザ光切断方式（図１１）、縞パターン投影方式（図１２）、ステレオカメラ方式（図１３）、もしくは、二次元走査式レーザ時間差方式（図１４）を用いることができる。各図の方式の概略は以下に述べるとおりである。これらは原理的には既に知られたものであるので、ここでは概略を示すに止める。
【００４７】
図１１のレーザ光切断方式では、レーザ源１６から発振された光を、測定対象である燃料デブリ１に照射し、散乱光照射対象１から発生した散乱光Ｌ１を、レンズ１７を介して、光検出素子１９に集光する。測定対象の位置がａ１点からａ２点に変わると距離差２０ａが生じ、これにより光検出素子１９の結像場所がｂ１点からｂ２点にずれる。この変化量（距離差２０ｂ）から三角測量の原理を用いて、レーザ源１６から測定対象測定対象である燃料デブリ１までの距離を測定する。照射レーザビームを扇形に広げておき、光検出素子としてＣＣＤやＣＭＯＳエリアセンサを用いれば、２次元の領域を測定できる。ただし、広域に測定するには、測定ヘッドを走査する機構が必要となる。
【００４８】
図１２の縞パターン投影方式では、縞パターン生成部（液晶など）１８で生成した縞状のパターンを、レンズ１７を介して測定対象である燃料デブリ１に投影し、その縞をレンズ１７を介して、ＣＣＤやＣＭＯＳエリアセンサ１９で撮影し、縞状パターンの変化の様子から、測定対象までの距離を測定する。基本的には、光切断方式と同じ、三角測量の原理を用いて測定する。
【００４９】
図１３のステレオカメラ方式は、レンズ１７とエリアセンサ１９からなるカメラを２つ（以上）用い、二つのカメラの視差を利用して、測定対象までの距離を測定する。ステレオカメラでは、レーザ照射や、縞パターン照射を必要としないが、測定対象が撮影できるに十分な明るさが必要となる。場合によっては、照明を併用する必要がある。
【００５０】
図１４の二次元走査式レーザ時間差方式は、レーザ源１８から発振されたレーザビームを、ＭＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー１９２などを用いて走査しながら測定対象である燃料デブリ１に照射し、測定対象からの反射光を、同じくＭＥＭＳミラーを介して、レンズ１７により光検出器１６（フォトダイオードなど）に入射し、光の往復時間から測定対象までの距離を測定するものである。
【００５１】
なお、レーザ光切断方式（図１１）、縞パターン投影方式（図１２）、ステレオカメラ方式（図１３）は、いずれも、カメラを併用する。ここではカメラ単体として耐放射線性を有することが望ましいため、耐放射線性の高い撮像管を用いることも可能である。一方で、放射線量が比較的低いと分かった場合には、ＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラを用いてもよい。
【００５２】
ところで、燃料デブリ細分化装置を燃料デブリに接近させる際に、上述のように小型形状センサを備えているため、極力、被ばく線量を下げるために、アクセス時間を短くしたい。
【００５３】
そこで、本発明では、回収計画によって決められた場所へ、アクセス装置を移動させる際に、図１５に例示する誘導装置１２を用いる。誘導装置１２としては、室内グローバル・ポジショニング・システム補正誘導方式などがある。しかしながら、この方式は、移動するものにセンサを取り付ける必要があり、耐放射線性の観点から故障リスクが高いという課題がある。
【００５４】
そこで、本発明では、指令誘導方式を用いる。本発明で採用可能な指令誘導方式の幾つかについて、以下纏めて説明する。指令誘導方式は、外部のアクセス指揮装置の指令に従ってアクセス装置を操舵・誘導する方式である。
【００５５】
アクセス針路補正において、人がどこまで関与するか、また、その操舵命令が外部のアクセス指揮装置とアクセス装置本体のどちらで発せられるかに応じて、手動操縦、指令照準線一致誘導方式（手動指令照準線一致誘導方式、半自動指令照準線一致誘導方式）、照準線ビームライディング誘導方式、指令照準線非一致誘導方式に分類される。
【００５６】
このうち手動操縦は、人間が目測で進路のずれを観測し、アクセス装置を操作する方式である。この場合、人間の目の代わりになるカメラが必要となり、小型形状センサの被ばく量低減の目的に反することになる。
【００５７】
図１５に例を示す指令照準線一致誘導方式は、外部のアクセス指揮装置が目標を追尾する際の照準線と、細分化装置の針路とのずれをもとにして、アクセスメカに針路を修正するよう指示する方式である。
【００５８】
この方式では、レーザトラッカ１４（レーザビーム照射ポイントの三次元座標が測定できる装置）を用いて、回収計画によって決められた場所１５ａを照射し、回収計画ポイントの三次元座標を測定する。併せて、細分化装置（アクセス装置）の現在位置１５ｂも測定する。このようにすれば、現在位置１５ｂと、回収計画ポイント１５ａの位置関係が分かるので、細分化装置を目的の位置まで誘導することができる。アクセスメカの針路修正を全面的に人間に任せてもよいし（手動指令照準線一致誘導方式）、コンピュータで制御してもよい（半自動指令照準線一致誘導方式）。
【００５９】
照準線ビームライディング誘導方式は、アクセス装置の誘導・操舵に必要な情報処理をアクセス装置（細分化装置９）側でおいて行なう方式のため、今回の放射線耐性の高い燃料デブリ取出し装置には適さない。指令照準線非一致誘導方式は、目標とアクセス装置の双方を追尾し、双方の針路が交錯するようアクセス装置に指令を出す方式であり、今回の目標地点が固定されているケースでは必要ない。
【００６０】
以上述べたようにして、細分化装置で細分化した燃料デブリ１の全体形状を計測する。そのうえで次に、細分化した燃料デブリを回収する。
【００６１】
回収装置は、細分化装置と同じアクセス装置に取り付けることが望ましい。これにより、細分化装置の退避、回収装置の再アクセスの必要が無くなり、また、細分化された後の形状を計測したのと同じ小型形状センサで、回収すべき燃料デブリを把握できるため、再計測の時間も省略することが可能となる。
【００６２】
回収装置としては、例えば、粘着テープで張り付ける、エアで吸引する、ワイヤー駆動アームで掃きとり動作をするなどの方法がある。退避、再アクセスの煩雑性を考慮すると、エアで吸引する方法が望ましい。
【００６３】
燃料デブリを細分化し、細分化された燃料デブリを回収することで、燃料デブリの放射能分布が変わる。再度図９に戻り、図９の２段目は燃料デブリを回収した後に再度測定した放射線量の高い部位からの順番Ｎと全体形状データＧＸの状態を示している。ここでは最初の細分化処理はメッシュＡ１７に対して実行され、その結果堆積の薄かった当該部分の燃料デブリ１は回収されたものとする。このためメッシュＡ１７の位置で計測される放射線量は少なく、順番Ｎから除外され、他のメッシュの順番が繰り上げされている。
【００６４】
また全体形状データＧＸについてみると、燃料デブリ１の回収によりこの部分の堆積厚さが０になっている。図９では細分化、回収後の回収計画をＰ２として示している。なお回収計画Ｐ２を評価したときに、当該部位の放射線量があまり変わらなければ、表面ではなく、奥側にさらに放射能の高い燃料デブリが存在することが分かる。逆に、当該部位の放射線量が大きく下がった場合には、その奥には、放射能の高い燃料デブリは少ないと推定できる。
【００６５】
なお操作員が監視するモニタには当初計画Ｐ１と、回収後計画Ｐ２とを対比して示し、作業の進展具合が目に見える形で表示提供されるのが望ましい。
【００６６】
本発明では、このようにして、燃料デブリを細分化、回収しながら、適宜、指向性を持つ放射線測定器で、放射線量を測定して、回収計画を修正していく。例えば、回収計画Ｐ２によれば次には、放射線量の高い部位からの順番Ｎが最も高いものとしてメッシュＡ２０を細分化対象として計画する。回収計画Ｐ３はメッシュＡ２０に対する細分化後の順番Ｎと全体形状データＧＸを表している。
【００６７】
なおこの場合には、モニタ表示を監視している操作員は、放射線量が高い部位はメッシュＡ２０の深部位置にあり、一点を細分化するだけでは掘り下げが困難と判断し、敢えて周囲個所も含めた細分化を個別に指示するものとする。メッシュＡ２０とその周囲に対する細分化により、メッシュＡ２０とその前後のメッシュＡ１９、Ａ２１の堆積厚さは減少しているが、放射線量は依然として高レベルである。
【００６８】
回収計画Ｐ５はメッシュＡ２０とその周囲に対するさらに数度の細分化後の順番Ｎと全体形状データＧＸを表している。複数回の細分化により、メッシュＡ２０とその前後のメッシュＡ１９、Ａ２１の堆積厚さは減少し、周囲も含めたここまでの掘り下げによりやっと放射線量が低減した。ここまで掘り下げた後では、この近辺の放射線量も低減して、その順番が大きく入れ替わっている。回収計画Ｐ５では、次はメッシュＡ１６をターゲットにして細分化を行うことになる。
【００６９】
以上のシステムによる処理の流れをフロー図として図１６に示す。以下この手順を説明する。図１６の最初の処理Ｓ１００では、図１の部屋１０２内に小部屋１０３を設備したうえで、Ｘ−６ペネなどの貫通穴を利用して形状計測装置４を挿入する。最初の計測処理Ｓ１０１では、図２のようにして広域に形状計測する。次の処理Ｓ１０２では、Ｘ−６ペネなどの貫通穴を利用して指向性のある放射線計測装置５を挿入する。処理Ｓ１０３では燃料デブリ全体について局所的に放射線量を計測する。
【００７０】
処理Ｓ１０４では、全体形状計測結果ＧＸ、ＧＹと放射線計測結果を合成し、合成結果を処理Ｓ１０５でＸ、Ｙ座標上のメッシュ状に分割した小領域ごとのデータに変換する。このようにして最初の回収計画Ｐ１が図９のように準備される。
【００７１】
処理Ｓ１０６では最も線量の高いメッシュＡ１７を最初の回収位置に決定し、処理Ｓ１０７では図１５のようにして回収狙い位置１５ａをレーザービームで測定する。また処理Ｓ１０８では図１５の細分化装置または回収装置の現在位置１５ｂをレーザービームで測定する。処理Ｓ１０９では現在位置１５ｂから回収狙い位置１５ａまで誘導するためのルート計算を実施し、処理Ｓ１１０では細分化装置または回収装置をこの回収狙い位置１５ａに誘導する。
【００７２】
次に処理Ｓ１１１では細分化を実行し、処理Ｓ１１２で細分化により生じた形状変化を計測し、処理Ｓ１１２で細分化した燃料デブリを回収し、結果としての形状データ修正し（処理Ｓ１１４）、放射線を再測定（処理Ｓ１１５）する。この結果が、図９の回収計画Ｐ２に反映される。
【００７３】
判断処理である処理Ｓ１１６では、細分化対象メッシュ部の放射線量を確認し、これが低下した時は処理Ｓ１２１の処理を行い、低下していないときには処理Ｓ１１７の処理を行う。低下した時の処理Ｓ１２１では、全ての回収が終了したことを確認し、回収が完了していないときには処理Ｓ１２２に移って、次のターゲットを定める。次のターゲットは再計測後の回収計画Ｐ２において、最も放射線量が高いメッシュとされる。このメッシュに対する処理は、処理Ｓ１０７から同様にして繰り返される。
【００７４】
低下していないときの処理Ｓ１１７では、再度同じメッシュに対する細分化を継続する。続いて処理Ｓ１１８では細分化したデブリを回収し、形状データを計測修正し（処理Ｓ１１９）、放射線量を再測定（処理Ｓ１２０）して判断処理である処理Ｓ１１６に戻り、この部位の放射線量の低下が確認できるまで細分化、回収処理を継続する。
【００７５】
図１７は、本発明の燃料デブリ回収装置の全体構成を示している。図１７からに明らかなように、燃料デブリ回収装置は、溶融落下した燃料デブリ１の形状を撮影する全体形状計測装置４と、燃料デブリ各部の放射線量を計測する指向性のある放射線測定器５と、全体形状計測装置４から得た形状と指向性のある放射線測定器５から得た放射線データとから、燃料デブリ１の微小領域ごとの形状データと放射線データを得て表示する合成表示部４１と、放射線量の大きさに応じて燃料デブリを細分化する微小領域の順番を定めた回収計画を策定する回収計画立案装置４０と、燃料デブリを細分化する燃料デブリ細分化装置９と、細分化した燃料デブリを回収する回収装置４２と、回収計画立案装置４０が定めた微小領域に燃料デブリ細分化装置９および回収装置４２を誘導する誘導装置１２、細分化した後の燃料デブリの形状を観測する形状センサ１１と、細分化、回収後の燃料デブリの形状と放射線データを合成表示部４１および回収計画立案装置４０に反映させる修正部４３とを備える。
【００７６】
なお、回収装置４２は細分化された全ての燃料デブリを回収するのではなく、選択回収するための判定部を備えてもよい。形状が大きくて搬送困難であるもの、あるいは放射線濃度が高く回収しても以後の保管場所確保が困難であるなどの事情に応じて、原子炉内で選別して仕分け保管するのが良い場合もある。
【符号の説明】
【００７７】
１：燃料デブリ
２：原子炉圧力容器
３：ペデスタル（原子炉本体基礎、ＲＰＶペデスタル）
４：全体形状計測装置
５：指向性のある放射線測定器
ＧＸ，ＧＹ：燃料デブリの全体形状データ
８：燃料デブリの放射能分布
９：燃料デブリ細分化装置
１０：アクセス装置
１１：小型形状センサ
１２：誘導装置
１４：レーザトラッカ
１５ａ：回収位置
１５ｂ：回収装置の現在位置
４０：回収計画立案装置
４１：合成表示部
４２：回収装置
４３：修正部
【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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