(57)【要約】【課題】燃焼度測定システムにおいて、燃料プールの水中に配置された中性子検出器やガンマ線などの検出器への外部からの給電、あるいは外部との信号の送受信はケーブルを使った有線で行われている。このため、システムの定期点検時には装置全体を燃料プールの水中から取り出し、除染後、検出器の保守点検を行うため、除染対象部分が多くて除染作業に時間がかかり、その作業が面倒であると共に定期点検に多大の時間を費やしている。【解決手段】中性子検出器やガンマ線などを有した検出器ユニット４に対する外部からの給電および信号の送受信を受電部１６と給電部２２および内部送受信部１３と外部送受信部１８とにより非接触状態で行い、システムの定期点検時には検出器ユニット４のみを燃料プール３から取り出し、除染後、検出器の保守点検を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料貯蔵プールの水中に保持された使用済み燃料棒に沿って移動し、使用済み燃料棒の放射線量を測定するするセンサ、前記センサと外部との間の信号の送受信を行う内部送受信部、外部からの電力を受ける受電部とを備えた検出器ユニットと、前記検出器ユニットの内部送受信部との間で信号の送受信を非接触状態で行い、前記燃料貯蔵プール内に取り付けられた外部送受信部と、前記検出器ユニットの受電部に対して非接触状態で電力を供給し、前記燃料貯蔵プール内に取り付けられた給電部とからなることを特徴とする燃焼度測定システム。
【請求項２】
前記検出器ユニットの内部送受信部と外部送受信部との間の信号送受信を光信号で行うことを特徴とする請求項１記載の燃焼度測定システム。
【請求項３】
前記検出器ユニットの内部送受信部と外部送受信部とが検出器ユニットの移動方向に沿って対向配置されたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の燃焼度測定システム。
【請求項４】
前記給電部から検出器ユニットのセンサへの電力供給を電磁誘導作用により行うことを特徴とする請求項１記載の燃焼度測定システム。
【請求項５】
検出器ユニットが開口部を有する容器と、この容器の開口部を塞ぐ蓋とを有し、前記容器と蓋とに形成されたねじをはまり合わせてＯリングを介して水密に結合したことを特徴とする請求項１ないし３記載の燃焼度測定システム。
【請求項６】
前記容器と蓋との結合面の外周に溝を形成し、その溝の中にパッキングを圧入したことを特徴とする請求項４記載の燃焼度測定システム。
【請求項７】
送電部がＣ型鉄心と、このＣ型鉄心に巻回された一次巻線とを有し、受電部が前記Ｃ型鉄心のギャップ部に位置する二次巻線を有することを特徴とする請求項３記載の燃焼度測定システム。
【請求項８】
使用済み燃料棒の放射線量を測定するするセンサ、前記センサと外部との間の信号の送受信を行う内部送受信部、外部からの電力を受ける受電部とを備え、燃料貯蔵プールの水中に保持された使用済み燃料棒に沿って固定された複数の検出器ユニットと、前記検出器ユニットの内部送受信部との間で信号の送受信を非接触状態で行い、前記燃料貯蔵プール内に各検出器ユニットに対向して取り付けられた外部送受信部と、前記検出器ユニットの受電部に対して非接触状態で電力を供給し、前記燃料貯蔵プール内に各検出器ユニットに対向して取り付けられた給電部とからなることを特徴とする燃焼度測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質を取り扱う原子力施設、再処理施設において、使用済み燃料棒の燃焼度を測定する燃焼度測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉から取り出された使用済み燃料棒は、所定期間、使用済み燃料収納ラックに収納して放射線強度と発熱率の減衰を待った後、使用済み燃料輸送容器に収納されて再処理施設や長期貯蔵施設へ運ばれる。
【０００３】
再処理施設では、使用済み燃料棒は輸送容器から取り出して一旦再処理施設の燃料ラックに収納される。
【０００４】
使用済み燃料棒を収納した燃料ラックは、使用済み燃料貯蔵プール（以下、燃料プールと称す）と称される小型のプール内のプール水中にクレーンなどによって吊り下げられ、浸漬、保持される。
【０００５】
この場合、収納スペースや燃料ラックの数的制限などから、限られた収納スペースになるべく多くの使用済み燃料棒を収納しようとする。
【０００６】
このようにすると、通常臨界になりやすく、臨界安全性が脅かされる。このため、使用済み燃料棒の保管前の臨界安全性を確保するために、使用済み燃料棒の燃焼度を評価する燃焼度測定システムが設けられている。
【０００７】
従来の燃焼度計測の方法は、燃料プールの中に保管されている使用済み燃料棒に沿って多数の中性子検出器、ガンマ線検出器を配置し、この中性子検出器、ガンマ線検出器により使用済み燃料棒から発生する中性子、ガンマ線の強度分布、ガンマ線スペクトルを測定し、これらの値を基にして燃焼度を測定している（例えば特許文献１参照。）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の燃焼度測定システムでは、燃料プールの水中に配置された中性子検出器、ガンマ線検出器などの検出器への外部からの給電、あるいは外部との信号の送受信はケーブルを使った有線で行われている。
【０００９】
このため、プール水の中で検出器容器からケーブルを取り出し、プール水の外へケーブルを引き出すために水密構造の配管が必要であった。
【００１０】
また、測定用の検出器は使用済み燃料棒に沿って多数設けられており、この検出器群を燃料プール中に支持固定するための検出器固定枠、配管などの敷設、固定が複雑で、大掛かりとなる。
【００１１】
燃焼度測定システムの定期点検時は、装置全体を燃料プールのプール水中から取り出し、除染後、検出器の保守、点検を行う。
【００１２】
しかしながら、除染対象が、検出器容器、同固定枠及びケーブル用配管などの全てが対象となるために除染作業が面倒で、多大の時間を要していた。
【００１３】
また、固定枠や配管の角々に付着した放射性スラグなどの除去にも時間がかかるなど作業が面倒で時間がかかると共に、スラグの除去が不完全であった場合は被爆が問題になる恐れもあった。
【００１４】
特に、検出器の容器と蓋との結合は、それぞれに形成されたフランジを貫通するボルトとナットとの締結であるため、フランジ結合部分のネジ及び穴、フランジ隙間に放射性スラグが付着しやすく、隙間に入り込んだ放射性スラグの除染が難しく、多大の作業時間を要していた。
【００１５】
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、定期点検時の除染作業が短時間に容易に行え、スラグの付着が少なく、定期点検が短時間に容易に行うことのできる燃焼度測定システムを得ることを目的とする。
【特許文献１】特開平１０−３９０８５号公報
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以上の目的を達成するために、本発明の請求項１記載の燃焼度測定システムは、燃料貯蔵プールの水中に保持された使用済み燃料棒に沿って昇降移動し、使用済み燃料棒の放射線量を測定するするセンサ、前記センサと外部との間の信号の送受信を行う内部送受信部、外部からの電力を受ける受電部とを備えた検出器ユニットと、前記検出器ユニットの内部送受信部との間で信号の送受信を非接触状態で行い、前記燃料貯蔵プール内に取り付けられた外部送受信部と、前記検出器ユニットの受電部に対して非接触状態で電力を供給し、前記燃料貯蔵プール内に取り付けられた給電部とからなることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８記載の燃焼度測定システムは、使用済み燃料棒の放射線量を測定するするセンサ、前記センサと外部との間の信号の送受信を行う内部送受信部、外部からの電力を受ける受電部とを備え、燃料貯蔵プールの水中に保持された使用済み燃料棒に沿って固定された複数の検出器ユニットと、前記検出器ユニットの内部送受信部との間で信号の送受信を非接触状態で行い、前記燃料貯蔵プール内に各検出器ユニットに対向して取り付けられた外部送受信部と、前記検出器ユニットの受電部に対して非接触状態で電力を供給し、前記燃料貯蔵プール内に各検出器ユニットに対向して取り付けられた給電部とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の燃焼度測定システムによれば、定期点検時の除染作業が短時間に容易に行え、スラグの付着が少なく、定期点検が短時間に容易に行うことができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態による燃焼度測定システムを示す図で、符号１は使用済み燃料棒で、クレーン２に吊り下げられ、燃料プール３のプール水中に浸漬、保持されている。
【００２０】
符号４は燃焼度測定用の検出器ユニットで、ワイヤーロープ５により駆動装置６に使用済み燃料棒１に沿って昇降自在に吊り下げられている。
【００２１】
駆動装置６は駆動制御装置７、インターフェイス８を介して制御用コンピュータ９に接続され、制御用コンピュータ９の指令により検出器ユニット４を使用済み燃料棒１に沿って上下方向に移動させる。
【００２２】
次に検出器ユニット４について説明する。検出器ユニット４は、使用済み燃料棒１に対向して配置され、使用済み燃料棒１から発生する中性子、ガンマ線の強度分布、ガンマ線スペクトルなどを測定する中性子検出器およびガンマ線検出器からなるセンサ１０と、センサ１０の検出信号が入力される増幅部１１と、増幅部１１の出力信号が入力される信号処理部１２と、内部送受信部１３とを有している。
【００２３】
また検出器ユニット４は、、センサ１０に電力を供給する高電圧電源１４と低電圧電源１５とを有している。
【００２４】
符号１６は検出器ユニット４の側面に略水平方向に向けて設けられ、低電圧電源１５と接続する受電部、符号１７は同じく検出器ユニット４の下側に設けられた光学窓である。
【００２５】
符号１８は検出器ユニット４の下方で、光学窓１７に対向した位置に固定された外部送受信部で、光学窓１７に対向するように光学窓１９を有し、水密構造の配管２０内のケーブルを介して外部のレントメータ２１に接続され、さらにインターフェイス８を介して制御用コンピュータ９に接続されている。
【００２６】
符号２２は検出器ユニット４の受電部１６に対向した位置に固定された給電部で、水密構造の配管２３内のケーブルを介して外部の給電ユニット２４に接続され、さらにインターフェイス８を介して制御用コンピュータ９に接続されている。
【００２７】
図２は外部送受信部１８を拡大して示す図で、箱状の容器２５内に受光素子２６と増幅器２７および発光素子２８を収納し、受光素子２６と増幅器２７との直列回路と発光素子２８とがそれぞれ水密構造の配管２０内を通してケーブル２９ａ、２９ｂを介して外部のレントメータ２１に接続されている。
【００２８】
符号１９は検出器ユニット４の下側に設けられた光学窓１７に対向して設けられた外部送受信部１８の光学窓で、それぞれの光学窓１７、１９はほぼ筒状を成し、その対向面には透明な窓板３０、３１が形成されている。
【００２９】
図３は給電部２２と受電部１６とを拡大して示す図で、図１をIII−III線に沿って切断し矢印方向に見た平面図であり、図示するように配管２３の下端に形成した容器３２の内部にＣ型鉄心３３と、このＣ型鉄心３３に巻回された一次巻線３４とを収納している。
【００３０】
一次巻線３４はリード線３５ａ、３５ｂと図示しないケーブルを介して水密構造の配管２３を通して給電ユニット２４に接続されている。
【００３１】
一方これに対向する検出器ユニット４の受電部１６は、Ｃ型鉄心３３のギャップ部にはまり込むような容器３６を有し、この容器３６内にＣ型鉄心３３を流れる磁束と差交するように二次巻線３７が収納されている。
【００３２】
二次巻線３７はリード線３８ａ、３８ｂを介して検出器ユニット４の低電圧電源１５に接続されている。
【００３３】
図４は受電部１６と給電部２２との構成を分解的に示した斜視図である。
次に、本発明の第１の実施の形態による燃焼度測定システムの作用について説明する。
【００３４】
図１に示すように、検出器ユニット４は制御コンピュータ９の指示により、駆動装置６によって使用済み燃料棒１に沿って移動し、各測定位置で使用済み燃料棒１から発生する中性子、ガンマ線の強度分布、ガンマ線スペクトルをセンサ１０で検出し、電気信号に変換する。
【００３５】
センサ１０で検出された検出信号は増幅部１１に送られて増幅され、信号処理部１２へ送られる。
【００３６】
信号処理部１２では、検出信号の波高値が所定値以上のパルス信号を所定時間カウントし、その計数値をデジタル信号に変換して内部送受信部１３に送信する。
【００３７】
内部送受信部１３では信号処理部１２から送られてきたデジタル検出信号を光信号に変換する。
内部送受信部１３で光信号に変換された検出信号は、光学窓１７、１９の透明な窓板３０、３１を透して外部送受信部１９へ送られる。
【００３８】
外部送受信部１８では図２に示すように、内部送受信部１３から送られてきた光信号を受光素子２６で受け、電気信号に変換した後増幅器２７へ送信する。
【００３９】
増幅器２７で増幅された検出信号は、配管２０内のケーブル２９ａを介して燃料プール３外部に設けられたレントメータ２１へ送られ、さらにインターフェイス８を介して制御コンピュータ９に送られ、ここで使用済み燃料棒１の燃焼度の測定処理が行われる。
【００４０】
検出器ユニット４が測定位置を変えるため使用済み燃料棒１に沿って移動する場合は、検出器ユニット４の光学窓１７と外部送受信部１８の光学窓１９とが検出器ユニット４の移動方向に沿って対向配置され、その間をさえぎるものが無いため検出器ユニット４がどの位置に移動しても光信号により検出信号の伝達が行われる。
【００４１】
検出器ユニット４へのディスクリ値は、制御用コンピュータ９から設定し、インターフェイス８を介して、レートメータ２１に伝達され、さらに、ケーブル２９ｂを介して外部送受信部１８の発光素子２８に送られて光信号に変換される。
【００４２】
この光信号は光学窓１９、１７の透明な窓板３１、３０を透して内部送受信部１３へ送られ電気信号に変換され、信号処理部１２に送られてアナログ電圧に変換しデイスクリ値とする。
【００４３】
次に、中性子検出器およびガンマ線検出器からなるセンサ１０への給電の仕方について説明する。
【００４４】
センサ１０による測定が中止されている時、検出器ユニット４を図１に示すように、給電部２２と対向する位置まで移動降下させる。
【００４５】
この時、検出器ユニット４の受電部１６と給電部２２とは図３に示すような位置関係となっている。
【００４６】
すなわち、給電部２２の容器３２内に収納されたＣ型鉄心３３のギャップ部に受電部１６の容器３６内に収納された二次巻線３７が位置するような位置関係となる。
【００４７】
給電部２２の一次巻線３４にはリード線３５ａ、３５ｂを介して給電ユニット２４より電力が供給される。これによりＣ型鉄心３３の磁気回路に磁束が発生し、電磁誘導作用により受電部１６の二次巻線２７に電流が流れ、低電圧電源１５内部に設けたバッテリに充電する。
さらに高電圧電源１４に給電して検出器ユニット４の電源として活用される。
【００４８】
検出器ユニット４が測定位置を変えるため使用済み燃料棒１に沿って移動する場合は、受電部１６の容器３６と給電部２２の容器３２とは図３に示すようにお互いの容器の間に隙間が形成されているので検出器ユニット４の移動に支障をきたすことは無い。
【００４９】
また、給電部２２にＣ型鉄心３３が使用されているのは、漏れ磁束が検出器ユニット４内部の回路への影響を小さくするためである。
【００５０】
さらに、検出器ユニット４内の各部を構成する基板は、回路が交流磁界と結合しないよう磁界と垂直な面に平行になるように回路基板を設置している。
【００５１】
給電部２２全体は、漏電を防止するため、ステンレスの容器に収納されている。ステンレスの容器のうち、鉄心の交流磁界が差交する面は、渦電流により交流磁界を打ち消す可能性があり、厚みの薄いステンレス板とし、電気抵抗を大きくし、渦電流が流れにくくしている。
【００５２】
これは、ステンレスの場合非磁性体であり直接、磁界を遮蔽しないが、渦電流が生じた場合、磁界を相殺する可能性がある。このため、電気抵抗が大きなステンレスとし、さらに、電気抵抗が大きくなるように薄いステンレス板を使用している。
【００５３】
ステンレスは銅などに比較し３０−４０倍比抵抗が大きく、交流磁界のしみ込みの目安となる表皮厚（スキンデップス）が、例えば１００Ｈｚの場合、約４０ｍｍ程度となる、ステンレスの厚みを１ｍｍ程度とすると十分交流磁界が検出器ユニット内部の受電部のコイルに到達できる。
【００５４】
このように本実施の形態による燃焼度計測システムであると、検出器ユニット４のセンサ１０への外部からの給電および外部との信号の送受信を、機械的に非接触状態で信号の授受を行うように、電磁誘導作用あるいは光信号を利用して行うようにしている。
【００５５】
また、給電部２２はＣ型鉄心３３と巻線３４だけから構成される単純な構造であり、保守の必要性がない。
【００５６】
また、外部送受信部１８も、発光素子２８と受光素子２６とから構成される単純な構成をしており、寿命が長く定期的な保守を必要としない。
【００５７】
したがって、定期的な保守としては、検出器ユニット４だけとなる。これにより、外部送受信部１８および給電部２２は燃料プール３のプール水中に半固定状態で取り付けておくことにより定期点検時にプール水中から取り出すのは検出器ユニット４部分だけに限定することができる。
【００５８】
このため、定期点検時の除染対象部を少なくでき、また検出器ユニット４の構造を簡素化することができるため除染作業が短時間に、容易に行うことができる。
【００５９】
また、検出器ユニット４は外部配線がないため、検出器ユニット４の故障時には予備品と交換するだけですむため、欠測時間を最小にでき、故障時の復旧が容易に行える。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態について図５を参照して説明する。
図５において、符号４ａは検出器ユニット４の容器で、端部に外周に向けてフランジ４ｂを形成し、その内側に開口部４ｃを形成している。
【００６１】
符号４ｄは容器４ａのフランジの開口４ｃを塞ぐ板状の蓋で、この蓋４ｄの片面には外縁から中心方向に引っ込んだ位置に筒状の突出部４ｅが形成されている。
【００６２】
フランジ４ｂの端部内周面には一方のねじ４ｆがきられ、これに対向して蓋４ｄの突出部４ｅ外周面には一方のねじ４ｆとはまり合う他方のねじ４ｇがきられている。
【００６３】
蓋４ｄはフランジ４ｂとの間にＯリング４ｈを介在させ、フランジ側のねじ４ｆにねじ４ｇを締め付けることによって水密に結合する。
【００６４】
また、フランジ４ｂと蓋４ｄとの結合面にはその外周に沿って溝４ｉが形成され、その溝４ｉの中にパッキング４ｊが圧入されている。
【００６５】
このような構成とすることにより、従来のようなボルトナットによる締め付け時に生じるボルトの頭やナットなどによる出っ張りがなくなり、またボルト穴も形成されずにスラグの付着しやすい個所が少なくなり、除染が容易に行える。
【００６６】
また、フランジ間の隙間はパッキング４ｊにより塞がれているのでスラグ進入を防ぐことができる。
【００６７】
なお、第１の実施の形態においては、検出器ユニット４を駆動装置６により使用済み燃料棒１に沿って移動自在として、一台の検出器ユニット４で使用済み燃料棒１の複数ポイントの検出を行うようにしているが、検出ポイントの数に応じて使用済み燃料棒１に沿って固定された複数台の検出器ユニットと、これに対向して同じく固定された複数台の外部送受信部、および給電部を設けるようにしても良い。
【００６８】
このようにすると、検出器ユニットと外部送受信部、および給電部の数は増えるものの、検出器ユニットを昇降駆動させる必要がなくなるので測定時間の短縮を図ることができる。
【００６９】
さらに、図６に示すように、外部送受信部１８を検出器ユニット４に沿って水平方向に並べて配置し、外部送受信部１８を検出器ユニット４の移動に同期させて駆動させるようにしても良い。
【００７０】
このようにすると、光学窓１７、１９の向きを水平方向とし、検出ポイントの位置に関係なく常に光学窓１７、１９間の距離が一定となり、光信号のロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による燃焼度測定システムの構成を示すブロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による燃焼度測定システムにおける外部送受信部の構成を示す拡大縦断正面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態による燃焼度測定システムにおける受電部と給電部との構成を示す拡大横断平面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態による燃焼度測定システムにおける受電部と給電部との構成を示す分解斜視図。
【図５】本発明の第２の実施の形態による燃焼度測定システムにおける検出器ユニットの構成を示す拡大縦断正面図。
【図６】本発明の他の実施の形態による燃焼度測定システムにおける外部送受信部の構成を示す拡大縦断正面図。
【符号の説明】
【００７２】
１…使用済み燃料棒、２…クレーン、３…燃料プール、４…検出器ユニット、５…ワイヤーロープ、６…駆動装置、７…駆動制御装置、８…インターフェイス、９…制御用コンピュータ、１０…センサ、１１…増幅部、１２…信号処理部、１３…内部送受信部、１４…高電圧電源、１５…低電圧電源、１６…受電部、１７、１９…光学窓、１８…外部送受信部、２０、２３…配管、２１…レントメータ、２２…給電部、２４…給電ユニット、２５、３２、３６…容器、２６…受光素子、２７…増幅器、２８…発光素子、２９ａ、２９ｂ…ケーブル、３０、３１…透明な窓板、３３…Ｃ型鉄心、３４…一次巻線、３５ａ、３５ｂ、３８ａ、３８ｂ…リード線、３７…二次巻線。
【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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