(57)【要約】【課題】  被覆燃料粒子に好ましくない副生成物質を生ずることなく、被覆燃料粒子のウラン汚染度を確実に測定することができる。【解決手段】  上下の放射線検出器１６、１８の間に試料台１４上に敷き詰められた被覆燃料粒子１を配置して放射線の検出によって汚染度を測定するが、被覆燃料粒子１は、試料台１４の孔１４Ｈに引っ掛かってそのほぼ全面が上下の放射線検出器１６、１８に晒されるので、表面の汚染検査を確実に行うことができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス炉用被覆燃料粒子の表面のウランコンタミを検査する方法において、前記被覆燃料粒子を並べて配置し、前記被覆燃料粒子の表面から放射される放射線を検出することによってウランコンタミを検査することを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の被覆燃料粒子の表面検査方法であって、前記被覆燃料粒子は、多孔性試料台の孔に引っ掛けて前記多孔性試料台に載置されることを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の被覆燃料粒子の表面検査方法であって、前記放射線は、α線であることを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査方法。
【請求項４】
高温ガス炉用被覆燃料粒子の表面のウランコンタミを検査する装置において、前記被覆燃料粒子が引っ掛かる多数の孔を有する試料台と、前記試料台の上下に配置された放射線検出器とを備えていることを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の被覆燃料粒子の表面検査装置であって、前記放射線検出器は、α線検出器であることを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の被覆燃料粒子の表面検査装置であって、前記試料台を前記上下の放射線検出器の間に搬出入する試料台搬送手段を更に備えていることを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の被覆燃料粒子の表面検査装置であって、前記試料台及び上下の放射線検出器は検査室内に配置され、前記検査室は、前記試料台搬送手段が前記試料台を搬出入する際にのみ開くシャッターを有することを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆燃料粒子の表面検査方法及び装置に関し、更に詳細に述べると、高温ガス炉燃料用の被覆燃料粒子の表面のウランコンタミを測定する被覆燃料粒子の表面検査方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉は、燃料を含む炉心構造を熱容量が大きく高温で健全性を維持する黒鉛で構成し、炉心を冷却するために、高温下でも化学反応が起こることがないヘリウムガス等を冷却ガスとして用いているので、固有の安全性が高く、約９００℃の高い出口温度のヘリウムガスを回収して、この高温熱を発電、水素製造、化学プラント等の広い分野で利用している。
【０００３】
この高温ガス炉の燃料は、二酸化ウランをセラミック状に焼結した直径が約３５０−６５０ミクロンの燃料核の周囲に４層の被覆を施して形成されている。第一層は、密度が約１ｇ／ｃｍ３の低密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状の核分裂生成物（fusion  product＝ＦＰ）のガス溜めとしての機能と燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能とを併せ持っている。第二層は、密度が約１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能を有する。第三層は、密度が約３．２ｇ／ｃｍ３の炭化珪素（ＳｉＣ）の被覆であり、これは、固体ＦＰの保持機能を有すると共に、被覆の主要な補強部材としての機能を有する。最後に、第四層は、第二層と同様に、密度が約１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能と第三層の保護層としての機能を有する。
【０００４】
このようなウラン燃料の一般的な被覆燃料粒子は、約５００−１０００ミクロンの直径を有する。この被覆燃料粒子は、黒鉛マトリックス中に分散させ一定の形状の燃料コンパクトの形態に成型加工され、このコンパクトの一定数量を黒鉛筒に入れ、上下を栓で密封して燃料棒とされる。この燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に差し込まれ、多数個の六角柱型黒鉛ブロックをハニカム配列に多段に重ねて炉心を構成している。
【０００５】
高温ガス炉の燃料は、一般的には、次のようにして製造される。まず、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして硝酸ウラニル原液とし、この硝酸ウラニル原液に純水、増粘剤を添加し攪拌して滴下原液を作る。増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル原液の液滴が落下中にそれ自体の表面張力で真球状になるように作用する。このような増粘剤としては、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、例えば、ポリビニールアルコール樹脂、ポリエチレングリコール、メトローズ等を使用することができる。このように調製された滴下原液は、所定の温度に冷却されて粘度が調整された後、細径の滴下ノズルを振動させる等の方法を用いてアンモニア水中に滴下される。
【０００６】
液滴は、アンモニア水溶液表面に着水するまでの空間でアンモニアガスを吹きかけて表面をゲル化させることによって着水時の変形が防止される。硝酸ウラニルは、アンモニア水中でアンモニアと充分に反応させ、重ウラン酸アンモニウムの粒子となる。この重ウラン酸アンモニウム粒子は、乾燥された後、大気中で焙焼され三酸化ウラン粒子となり、更に還元焼結されて高密度のセラミック状二酸化ウランから成る燃料核となる。
【０００７】
この燃料核は、流動床に装荷され、この流動床内に供給される被覆ガスを熱分解して被覆が施される。第一層の低密度熱分解炭素は、約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解して被覆される。第二層及び第四層の高密度熱分解炭素は、約１４００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解して被覆される。第三層のＳｉＣは、約１６００℃でメチルトリクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解して被覆される。
【０００８】
一般的な燃料コンパクトは、被覆燃料粒子を黒鉛粉末、粘結剤等から成る黒鉛マトリックス材と共に中空円筒形又は円筒形にプレス成形又はモールド成形した後、焼成して得られる。
【０００９】
このように高温ガス炉用燃料の製造工程において、被覆燃料粒子の表面がウランコンタミによって汚染されると、原子炉内で燃料を照射した際に、本来、被覆燃料粒子内に閉じ込められているはずの核分裂性物質及びガスが被覆燃料粒子の外部に発生する。これによって生じた核分裂性ガスは、原子炉内を循環するＨｅガスに流入し、ループ内の放射線量の増大を招く虞がある。
【００１０】
このため、被覆燃料粒子の表面のウランコンタミによる汚染を検査する必要があるが、従来技術では、被覆燃料粒子を硝酸中に浸漬し、硝酸中に溶出するコンタミウランが溶出されたろ液（浸出液）のウラン濃度を吸光光度法によって測定して検査していた。
【００１１】
しかし、この方法には、次のような欠点があった。
（１）一旦、硝酸溶液に浸された被覆燃料粒子は、表面が強酸性となるため中和しなければならないが、中和処理すると、粒子の表面に硝酸アンモニウム等の副生成物質が付着するため、検査処理された粒子は、品質上、次の工程にリリースすることができない。
（２）検査の処理に約２日程度と相当の時間が掛かる。
（３）上記の（１）と（２）とによって全数の被覆燃料粒子を検査することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする１つの課題は、副生成物質を生ずることなく、短時間で検査することができ、従って全数の被覆燃料粒子を検査することができる被覆燃料粒子の表面検査方法を提供することにある。
【００１３】
本発明が解決しようとする他の課題は、副生成物質を生ずることなく、短時間に検査することができ、従って全数の被覆燃料粒子を検査することができる被覆燃料粒子の表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の課題解決手段は、高温ガス炉用被覆燃料粒子の表面のウランコンタミを検査する方法において、被覆燃料粒子を並べて配置し、この被覆燃料粒子の表面から放射される放射線を検出することによってウランコンタミを検査することを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の第１の課題解決手段において、被覆燃料粒子は、多孔性試料台の孔に引っ掛けてこの多孔性試料台に載置されるのが好ましく、また検出すべき放射線は、α線であるのが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の課題解決手段は、高温ガス炉用被覆燃料粒子の表面のウランコンタミを検査する装置において、被覆燃料粒子が引っ掛かる多数の孔を有する試料台と、この試料台の上下に配置された放射線検出器とを備えたことを特徴とする被覆燃料粒子の表面検査装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の第２の課題解決手段において、好ましくは、放射線検出器は、α線検出器であり、また試料台を上下の放射線検出器の間に搬出入する試料台搬送手段を更に備えている。
【００１８】
また、本発明の第２の課題解決手段において、試料台及び上下の放射線検出器は、検査室内に配置され、検査室は、試料台搬送手段が試料台を搬出入する際にのみ開くシャッターを有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記のように、被覆燃料粒子を並べて配置し、この被覆燃料粒子の表面から放射される放射線を検出することによってウランコンタミを検査するので、従来技術のように、粒子の表面に好ましくない副生成物質が付着することがなく、良質の被覆燃料粒子を提供することができ、また、検査の処理時間が著しく短縮されて検査の作業性が向上し、従って全数の被覆燃料粒子を検査することができる。
【００２０】
また、被覆燃料粒子が多孔性試料台の孔に引っ掛けて多孔性試料台に載置されると、粒子は、整然と並べられるので、検査の質が向上し、特に検出すべき放射線がα線であると、γ線のように燃料核に起因する検査の悪影響を回避することができる。
【００２１】
更に、試料台が搬送手段によって上下の放射線検出器の間を搬出入すると、全数の被覆燃料粒子を連続的に効率よく検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は、本発明に係わる被覆燃料粒子の表面検査方法を実施するのに用いられる検査装置１０を示し、この検査装置１０は、検査室１２と、この検査室１２内に搬入され被覆燃料粒子１が引っ掛かる多数の孔１４Ｈを有する試料台１４と、この試料台１４の上下に配置された放射線検出器１６、１８と、試料台１４を検査室１２内に搬出入するため水平移動する搬送部材２０Ｍを含む試料台搬送手段２０とを備えている。
【００２３】
検査室１２は、その入口１２Ｅを開閉するシャッター２２を有し、試料台搬送手段２０は、シャッター２２が開いた時に入口１２Ｅを通して搬送部材２０Ｍを出し入れして試料台１４を検査室１２内に搬出入し、シャッター２２は、試料台搬送手段２０の搬送部材２０Ｍが検査室１２から引き込ませられた時に（図１の位置参照）、入口１２Ｅを閉じるように自動制御される。
【００２４】
図１に示すように、検査室１２内には、試料台搬送手段２０の搬送部材２０Ｍによって搬入された試料台１４を下支えする進退自在なホルダー２４を有し、このホルダー２４は、試料台搬送手段２０の搬送部材２０Ｍが試料台１４を搬入すると、搬送部材２０Ｍが引き込む前に試料台１４を支持するように保持位置に前進し、搬送部材２０Ｍが試料台１４を引き取りに搬入すると、搬送部材２０Ｍに試料台１４を引き渡すように保持位置から後退する。
【００２５】
試料台１４の多数の孔１４Ｈは、図２及び図３に詳細に示すように、試料台１４の底板１４Ｂに整然と形成されており、これらの孔１４Ｈは、検査されるべき被覆燃料粒子１の直径よりも小さな直径１４ＨＲを有していて各被覆燃料粒子１がこの孔１４Ｈを通して落下することがないように設定されている。なお、試料台１４は、粒子１がこぼれることがないように側壁１４Ｗを有するのが好ましい。
【００２６】
放射線検出器１６、１８は、好ましくは、α線検出器から成り、試料台１４に保持されている被覆燃料粒子１から放射されるα線を検出する。これらの放射線検出器１６，１８は、図示しないウラン濃度測定手段に接続され、放射線検出器１６、１８の出力は、このウラン濃度測定手段に供給されて被覆燃料粒子１の表面汚染度を測定する。放射線検出器１６，１８は、試料台１４の面積にほぼ相応する面積を有する。
【００２７】
次に、本発明の被覆燃料粒子の表面汚染検査方法を図１の装置を参照して述べると、予め、試料台１４の上に検査すべき被覆燃料粒子１をすべての孔１４Ｈに引っ掛けるようにして試料台１４の上に層状に敷き、この試料台１４を搬送部材２０Ｍの上に載せ、シャッター２２が開いている入口１２Ｅを通して搬送部材２０Ｍを検査室１２内の上下の放射線検出器１６、１８の間に前進して試料台１４を搬入し、ホルダー２４を保持位置に前進して試料台１４を搬送部材２０Ｍからホルダー２４に乗り換える。
【００２８】
その後、搬送部材２０Ｍを図１の位置まで後退し、シャッター２２を閉じて放射線検出器１６、１８を駆動状態にする。被覆燃料粒子１がウランで汚染されていると、放射線検出器１６、１８がα線を検出し、その出力が図示しないウラン濃度測定手段に供給されて粒子の汚染度を測定する。各被覆燃料粒子１は、孔１４Ｈを通して上下面を含むほぼ全面が放射線検出器１６、１８に晒されているので、粒子の汚染度を確実に測定することができる。
【００２９】
なお、放射線検出器１６、１８は、γ線検出器であってもよいが、被覆燃料粒子１内の燃料核に起因するγ線の影響があるので、精度を向上するためには、α線検出器が好ましい。検査されるべき被覆燃料粒子１は、０．７−２ｍｍの直径と１．２以下の真球度を有するものが好ましく、また試料台１４の多孔性の底板の孔１４Ｈは、円形であって被覆燃料粒子１の平均直径（標準偏差の２倍＋０．０５ｍｍ）以下の内径を有するのが好ましい。
【実施例】
【００３０】
検査すべき被覆燃料粒子（試料）は、平均直径が０．９２ｍｍ、真球度が１．２以下、重さが約３．０ｋｇであった。図１に示された形態の装置が用いられ、試料台は、ステンレス製のバット構造であり、縦４７ｃｍ、横３４ｃｍ、高さが３ｃｍであり、孔の直径は、０．５ｍｍであった。放射線検出器は、ＺＮＳシンチレーション式のα線検出器を用いた。試料は、２００ｇ毎に分け、試料台の底板に一層となるように平らに敷き詰め、搬送手段によって検査室内の上下の放射栓検出器の間に搬入し、シャッターを閉じて表面汚染測定を行った。１回あたりの測定時間は、約１分であり、１５回ですべての試料の検査を終了した。α線の検出値は、１５回とも、０．０１Ｂｑ／ｃｍ２以下であり、粒子表面汚染がなく正常に終了した。
【００３１】
この実施例では、被覆燃料粒子は、非破壊検査によって汚染度を検査するので、従来技術のように、硝酸に浸す必要なく検査することができた。また、１回あたりの検査が僅か約１分程度で済むので、従来の１回当たりの所要時間１日に比べて遥かに短い時間で検査することができたことが解る。試料の検査時間が著しく短縮されたことに伴い、試料の全数検査が可能となり、また作業を自動化することができることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の方法は、被覆燃料粒子の表面に好ましくない副生成物質が付着することがなく、良質の被覆燃料粒子を提供することができ、また、検査の処理時間が著しく短縮されて検査の作業性が向上し、従って全数の被覆燃料粒子を検査することができ、産業上の利用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係わる被覆燃料粒子の表面検査装置の概略断面図である。
【図２】本発明に用いる試料台を示し、同図（Ａ）は、その平面図、同図（Ｂ）は、その一部の拡大平面図である。
【図３】同様に、図２の試料台を示し、同図（Ａ）は、その側面図、同図（Ｂ）は、その一部の拡大垂直断面図、同図（Ｃ）は、試料台の底板の１つの孔に1つの被覆燃料粒子が引っ掛かっている状態の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  被覆燃料粒子
１０  被覆燃料粒子の表面検査装置
１２  検査室
１２Ｅ  入口
１４  試料台
１４Ｂ  底板
１４Ｗ  側壁
１４Ｈ  孔
１６、１８  放射線検出器
２０  試料台搬送手段
２０Ｍ  搬送部材
２２  シャッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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