(57)【要約】【課題】燃料中に分散された中性子毒物の均質性を検査する場合に、より小さな中性子毒物塊の存在を検出できるようにする。【解決手段】中性子毒物を含有する検査対象燃料５中の中性子毒物の均質性を検査する中性子毒物均質性検査装置に、中性子照射手段と、中性子透過画像取得器６と、画像判定器７とを備える。中性子照射手段は、中性子源２と減速材１とコリメータ４とを備える。中性子透過画像取得器６は、中性子照射手段から中性子を照射された検査対象燃料の中性子透過画像を取得する。画像判定器７は、中性子透過画像取得器６が取得した中性子透過画像の輝度のばらつき、たとえば中性子透過画像の輝度の近似曲線に対する局所的な輝度の差があるしきい値よりも大きいか否かに基づいて、所定の大きさ以上の中性子毒物塊が存在するか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子毒物を含有する検査対象燃料中の中性子毒物の均質性を検査する中性子毒物均質性検査装置において、
中性子照射手段と、
前記中性子照射手段から中性子を照射された前記検査対象燃料の中性子透過画像を取得する中性子透過画像取得器と、
前記中性子透過画像取得器が取得した中性子透過画像の輝度のばらつきに基づいて前記検査対象燃料中に所定の大きさよりも大きい中性子毒物塊が存在するか否かを判定する画像判定器と、
を有することを特徴とする中性子毒物均質性検査装置。
【請求項２】
前記画像判定器は、前記輝度の近似曲線を求めてその近似曲線に対する前記輝度の差が所定の値よりも大きい場合に前記検査対象燃料中の中性子毒物塊が所定の大きさよりも大きいと判定することを特徴とする請求項１に記載の中性子毒物均質性検査装置。
【請求項３】
前記画像判定器は、前記輝度の近似曲線を求めてその近似曲線に対する前記輝度の標準偏差が所定の値よりも大きい場合に前記検査対象燃料中の中性子毒物塊が所定の大きさよりも大きいと判定することを特徴とする請求項１に記載の中性子毒物均質性検査装置。
【請求項４】
前記中性子照射手段は、高速中性子を放出する中性子線源と、前記中性子源から放出される中性子を減速させる減速材と、前記中性子減速材で減速されて生成した熱中性子を収斂させるコリメータと、を備え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項に記載の中性子毒物均質性検査装置。
【請求項５】
前記中性子源は、カリフォルニウム２５２を含有することを特徴とする請求項４に記載の中性子毒物均質性検査装置。
【請求項６】
中性子透過画像取得手段は、中性子感応物質を含有して前記検査対象燃料を透過する中性子を照射される蛍光体と、前記蛍光体が発生した光を増倍するイメージインテンシファイアと、前記イメージインテンシファイアから放出される光を撮影するＣＣＤカメラと、を備え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項に記載の中性子毒物均質性検査装置。
【請求項７】
前記中性子感応物質は、ガドリニウム、ホウ素およびリチウムから選択される少なくとも一つの元素を含む化合物であることを特徴とする請求項６に記載の中性子毒物均質性検査装置。
【請求項８】
中性子毒物を含有する検査対象燃料中の中性子毒物の均質性を検査する中性子毒物均質性検査方法において、
前記検査対象燃料に中性子を照射して中性子透過画像を取得する中性子透過画像取得工程と、
前記中性子透過画像取得工程で取得した中性子透過画像の輝度のばらつきに基づいて前記検査対象燃料中の中性子毒物塊が所定の大きさよりも大きいか否かを判定する判定工程と、
を有することを特徴とする中性子毒物均質性検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子毒物を含有する検査対象燃料中の中性子毒物の均質性を検査する中性子毒物均質性検査装置および中性子毒物均質性検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の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た。その理由は、燃料製造段階のいかなる条件でも一定の裕度をもって臨界未満を確保できる、すなわち臨界安全性を確保できるように各施設・設備が設計されていたからである。
【０００３】
ところで、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％より高めることが不可欠であるとの認識が近年一段と高まってきた。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安全性を確保できるという保証ができなくなる。従って、燃料の取扱量を小規模にして臨界安全性を確保しなければならなくなる。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ので、従来の製造設備に大規模な改造を加えないと濃縮度を５ｗｔ％よりも高めた燃料（５％超燃料）を取り扱えなくなる。
【０００４】
そこで、従来の燃料製造施設をほとん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)などの中性子毒物を「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、特許文献２参照）。
【０００５】
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、中性子毒物を可燃性毒物として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中性子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。
【０００６】
一方、濃縮度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％程度の「低濃度」である。この程度の低濃度の場合、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。
【０００７】
このような５％超燃料に低濃度の中性子毒物を添加した燃料を製造する際に、中性子毒物を均一に分散させるための製造方法がたとえば特許文献３に開示されている。また製造された燃料棒の中性子増倍率が、ウラン２３５濃縮度が５ｗｔ％に近い５ｗｔ％以下のウラン燃料の中性子増倍率と同等あるいは小さいことを確認するための手段として、特許文献４では燃料棒を格子体系（バンドル体系）に配置して、中性子源を用いた中性子増倍率測定によって確認する検査法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１７７２４１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８６５２９号公報
【特許文献３】特開２００９−２５７９１２号公報
【特許文献４】特開２００９−１５６７２４号公報
【特許文献５】特許第４２０８６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ウラン２３５の濃縮度を５ｗｔ％よりも高めた燃料に低濃度であっても適切な量の中性子毒物を添加すると、理論的には臨界安全性を確保することができる。しかし、実際の製造に際しては、それを実証しなければならない。
【００１０】
ガドリニウムの中性子吸収断面積は、約４６０００バーンと非常に大きな値である。このため、ガドリニウムが塊状に集まっているとその表面付近で熱中性子のほとんどが吸収されてしまい、塊の内部まで中性子が入り込むことができない。このようなとき、塊の内部にあるガドリニウムは中性子吸収効果に関与しないので、意図した働きをしないことになる。ガドリニア粒子中で熱中性子が入り込むことができるのは数μｍ程度と考えられる。
【００１１】
中性子毒物にガドリニウムなどの中性子吸収断面積が非常に大きな物質を用いるとき、中性子毒物粒子の大きさが大きいと、中性子毒物自身の自己遮へい効果により、中性子吸収効果が低下するおそれがある。このため、実際の製造に際して、ウラン燃料と中性子毒物の混合物中に、中性子吸収効果の低下を招くような大きな粒子の中性子毒物粒子が存在していないことを検査することが必要となる。
【００１２】
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添加する場合の可燃性毒物の濃度は比較的高い。このため、比較的大きな可燃性毒物の塊が存在していたとしても、その量が少なければ燃料の特性に与える影響は小さい。
【００１３】
しかし、５％超燃料にガドリニウムなど可燃性の中性子毒物を添加して、燃料製造過程の臨界安全性を確保する場合の中性子毒物の濃度は小さい。このため、このような場合に中性子毒物の大きな塊が存在した場合には、比較的小さな粒として存在する中性子毒物の割合が小さくなってしまう。その結果、５％超燃料に低濃度のガドリニアを添加して、燃料製造過程の臨界安全性を確保しようとしたとき、添加したガドリニアに数μｍ程度以上の大きさをもつ塊が多数存在すると、意図した中性子吸収効果が得られない。
【００１４】
そこで、たとえば特許文献３に開示されたような製造方法によって、ガドリニアを均一に分散させなければならない。しかし、ガドリニアを均一に分散させる製造方法を用いたとしても、製造された燃料中のガドリニアの均一性を検査によって確認することも必要である。
【００１５】
特許文献４に記載された方法では、燃料棒を格子体系（バンドル体系）に配置して、中性子源を用いた中性子増倍率測定を利用して、５％超燃料に低濃度の中性子毒物を添加した燃料の中性子増倍特性がウラン２３５の濃縮度が５ｗｔ％以下の燃料よりも大きくないことを確認するとしている。この方法では製造された燃料棒としての検査は可能であるが、燃料棒となる前の製造工程での臨界安全性を確認するための検査はできない。
【００１６】
そこで、本発明は、燃料中に分散された中性子毒物の均質性を検査する場合に、より小さな中性子毒物塊の存在を検出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】
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明は、中性子毒物を含有する検査対象燃料中の中性子毒物の均質性を検査する中性子毒物均質性検査装置において、中性子照射手段と、前記中性子照射手段から中性子を照射された前記検査対象燃料の中性子透過画像を取得する中性子透過画像取得器と、前記中性子透過画像取得器が取得した中性子透過画像の輝度のばらつきに基づいて前記検査対象燃料中に所定の大きさよりも大きい中性子毒物塊が存在するか否かを判定する画像判定器と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、中性子毒物を含有する検査対象燃料中の中性子毒物の均質性を検査する中性子毒物均質性検査方法において、前記検査対象燃料に中性子を照射して中性子透過画像を取得する中性子透過画像取得工程と、前記中性子透過画像取得工程で取得した中性子透過画像の輝度のばらつきに基づいて前記検査対象燃料中の中性子毒物塊が所定の大きさよりも大きいか否かを判定する判定工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃料中に分散された中性子毒物の均質性を検査する場合に、より小さな中性子毒物塊の存在を検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る中性子毒物均質性検査装置の一実施の形態における一部の断面とともに示すブロック図である。
【図２】本発明に係る中性子毒物均質性検査装置の一実施の形態における検査対象燃料の斜視図である。
【図３】本発明に係る中性子毒物均質性検査装置の一実施の形態における検査対象燃料の断面図である。
【図４】炭素粉末とごく微量のガドリニア粉末とを混合した混合粉体を円管中に充填した試料棒の中性子透過画像の例である。
【図５】図４に示す中性子透過画像の各試料棒の中心軸方向の輝度分布を示すグラフである。
【図６】図４に示すガドリニア粉末を不均一に混合した試料棒の中性子透過画像の試料棒の中心軸方向の輝度分布を２次曲線で近似した線およびその２次近似曲線からの標準偏差の幅を示す線を重ねて示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る中性子毒物均質性検査装置の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明は単なる例示であり、本発明はこの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。
【００２２】
図１は、本発明に係る中性子毒物均質性検査装置の一実施の形態における一部の断面とともに示すブロック図である。
【００２３】
本実施の形態の中性子毒物均質性検査装置は、中性子照射手段と、中性子透過画像取得器６と、画像判定器７とを有している。この中性子毒物均質性検査装置は、検査対象燃料５中の中性子毒物の均質性、より具体的には所定の大きさ以上の中性子毒物塊の有無を検査する。検査対象燃料５には、たとえばウラン２３５濃縮度が５重量％（ｗｔ％）以下の燃料を取り扱う機器・施設で、ウラン２３５濃縮度が５％を超える燃料を取り扱う際に未臨界性を担保するために添加されるガドリニウムなどの中性子毒物が低濃度で添加されている。
【００２４】
中性子照射手段は、検査対象燃料５に中性子を照射する。中性子透過画像取得器６は、中性子照射手段から中性子を照射された検査対象燃料５の中性子透過画像を取得する。
【００２５】
中性子照射手段は、燃料中に含有された中性子毒物の吸収断面積がウランに比べて大きいエネルギーの中性子を照射する。また、中性子透過画像取得器６としては、中性子照射手段が照射するエネルギーの中性子の透過画像を検出できるものを用いる。本実施の形態において、中性子照射手段は、熱中性子を検査対象燃料５に照射するものとし、また、中性子透過画像取得器６は、熱中性子の透過画像を検出できるものを用いる。
【００２６】
中性子照射手段は、たとえば中性子源２と、減速材１とを有している。中性子源２は、たとえばカリフォルニウム２５２（２５２Ｃｆ）を含有していて、高速中性子を発する。減速材１は、たとえばポリエチレンであり、中性子源２を囲んでいる。
【００２７】
カリフォルニウム２５２は、自発核分裂によって核分裂中性子を放出する。この中性子は平均エネルギーが２ＭｅＶ以上の高速中性子である。カリフォルニウム２５２を含有する中性子源２から放出された高速中性子は、ポリエチレンでできた減速材１で熱中性子に減速されて、検査対象燃料５に照射される。また、中性子源２は、中性子源２から放出されるガンマ線を遮蔽するための遮蔽体３で囲まれていてもよい。遮蔽体３は、たとえば鉛で形成される。
【００２８】
中性子を発生する中性子源は、カリフォルニウム２５２中性子源に限らず、加速器型の中性子発生装置を用いてもよい。中性子発生装置が大規模となるときは、設置場所などの制約を勘案して用いる。さらに、燃料製造施設と中性子照射用の原子炉施設との間で、検査対象燃料の移動が可能であれば、その原子炉から取り出される中性子ビームを利用することもできる。
【００２９】
中性子透過画像取得器６は、中性子感応物質を用いたイメージセンサである。イメージセンサは、たとえば熱中性子に感応するガドリニウム、ホウ素あるいはリシウムを含有する蛍光体を使ったイメージセンサである（たとえば特許文献５参照）。中性子透過画像取得器６に入射した熱中性子によって蛍光体は、発光する。蛍光体が発光した光は、イメージセンサのイメージインテンシファイアで増幅され、ＣＣＤカメラで撮影される。
【００３０】
また、中性子画像取得器６で検出する中性子透過画像の分解能を向上させるため、検査対象燃料５に入射する中性子ビームは、平行ビームであることが好ましい。そこで、本実施の形態の中性子照射手段は、熱中性子を平行ビームに収斂させる中性子コリメータ４を備えている。中性子コリメータ４は、中空の円筒あるいは、円錐形状であり、中空の部分を熱中性子が通過する。中性子コリメータ４の外側部にホウ素またはカドミウムなどの熱中性子吸収材を用いることにより、熱中性子の収斂性能を向上させることができる。
【００３１】
鉛遮へい体３は、中性子とほとんど反応しない。中性子源２から中性子コリメータ４の中性子の入り口部までの距離は、効率的に熱中性子を外部に出すためには、鉛遮へい体３部分を除いて３ないし６ｃｍが適切である。
【００３２】
中性子コリメータ４を介して検査対象燃料５に照射された熱中性子は、検査対象燃料５の内部の中性子毒物で多く吸収される。このため、中性子毒物粒子が大きいときには、中性子透過画像取得器６で得られる中性子透過画像にその影を映す。画像判定器７は、中性子透過画像取得器６からこの中性子透過画像のデータを伝達されて、そのデータに基づいて検査対象燃料５中の中性子毒物の均質性を検査する。
【００３３】
図２は、本実施の形態における検査対象燃料の斜視図である。図３は、本実施の形態における検査対象燃料の断面図である。
【００３４】
検査対象燃料５は、検査対象燃料混合粉体９を試料容器８に所定の密度に充填したものである。検査対象燃料混合粉体９は、たとえば、５％超燃料の原料となる酸化ウラン粉末とごく微量の中性子毒物とを混合した粉末である。所定の密度は、一定重量の混合粉体を装荷した後に、一定の体積まで圧縮することで達成できる。測定対象燃料混合粉体９の密度は、理論密度の２５ないし４０％程度が取り扱い上は適切である。
【００３５】
５％超燃料に低濃度の中性子毒物を添加して燃料製造工程の臨界安全性を確保する目的のためには、燃料原料の混合粉末を検査することが望ましい。ただし、検査対象燃料は、燃料ペレットに焼結する前の圧縮成型ペレット、焼結された燃料ペレットもしくは燃料ペレットを燃料被覆管に装填した燃料棒であってもよい。
【００３６】
検査対象燃料５に添加されている中性子毒物は、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。
【００３７】
次に、この燃料検査装置を用いた燃料検査方法について説明する。
【００３８】
まず、検査対象燃料５を燃料検査装置の所定の場所に配置し、中性子を照射する。中性子源２から放出された中性子は、ポリエチレン減速材１によって熱中性子にまで減速される。また、ポリエチレン減速材１は、周囲への中性子の放出を抑制する。このようにして生じた熱中性子は、中性子コリメータ４によって収斂される。中性子コリメータ４によって収斂された熱中性子は、検査対象燃料５に照射される。
【００３９】
中性子照射手段から照射されて検査対象燃料５を透過した中性子の透過画像は、中性子透過画像取得器６で検出される。中性子透過画像取得器６は、たとえば検出した中性子透過画像をデジタル信号に変換して画像判定器７に伝達する。
【００４０】
中性子透過画像の輝度は、中性子が透過する燃料の厚さおよび密度に依存する。このため、中性子が透過する燃料の厚さおよび密度は、検査領域の全体にわたって一様であることが好ましい。そこで、本実施の形態では、中性子の透過方向の厚さが一定の試料容器８中に燃料を収めている。また、燃料の密度を一様にするために、試料容器８に入れた燃料の粉末をさらに圧縮して密度がなるべく一様になるようにしている。
【００４１】
画像判定器７は、中性子透過画像取得器６で得られた画像をピクセルごとの輝度データとして取り込む。画像判定器７は、取り込まれた輝度データから検査対象燃料５中の中性子毒物の均質性の判定を行う。
【００４２】
図４は、炭素粉末とごく微量のガドリニア粉末とを混合した混合粉体を円管中に充填した試料棒の中性子透過画像の例である。図４は、３本の試料棒の中性子透過画像であり、上から、ガドリニア粉末を均一に混合した試料棒（均一）、ガドリニア粉末を不均一に混合した試料棒（不均一）、そしてガドリニア粉末を混合しない炭素粉末のみの試料棒（Ｇｄなし）である。
【００４３】
図４の最も下の、ガドリニア粉末を混合しない炭素粉末のみの試料棒の中性子透過画像では、影がほとんどない。一方、図４の最も上および中央のガドリニア粉末を混合した試料棒では、ガドリニアの影が見られる。また、ガドリニア粉末を均一に混合した試料棒ではガドリニアの影がほぼ一様に見られるのに対して、ガドリニア粉末を不均一に混合した試料棒ではガドリニアの影に濃淡がある。
【００４４】
図５は、図４に示す中性子透過画像の各試料棒の中心軸方向の輝度分布を示すグラフである。
【００４５】
図５から、ガドリニアを含まない試料棒（Ｇｄなし）とガドリニア粉末を均一に混合した試料棒（均一）の中性子透過輝度の分布は同程度にばらついている。一方、ガドリニア粉末を不均一に混合した試料棒（不均一）の輝度のばらつきは、ガドリニアを含まない試料棒（Ｇｄなし）とガドリニア粉末を均一に混合した試料棒（均一）の中性子透過輝度のばらつきに比べて大きい。
【００４６】
図５の輝度分布では、比較的大きなガドリニアの塊がある部分で輝度の落ち込みが大きくなっている。透過画像からものの大きさを判別するときには、画像における対象物の輪郭部分（エッジ）を判定して行うのが一般的である。しかし、数μｍ程度の粒子の中性子透過画像では、中性子ビームおよびその感応物質から出る２次粒子の飛程に応じて定まる空間分解能がこれと同程度である。このため、ウラン２３５濃縮度が５ｗｔ％以下の燃料を取り扱うと未臨界性を担保できる機器・施設で、濃縮度が５ｗｔ％を越えるウラン燃料を取り扱う際に未臨界性を担保するために添加される低濃度の中性子毒物の粒子サイズをエッジの間隔から決定することは非常に難しい。
【００４７】
エッジ間隔からは明瞭に粒子サイズを決め難いものの、粒子サイズに応じて中性子透過画像の輝度の落ち込みは大きい。そこで、本実施の形態では、図４のような輝度分布における輝度の落ち込みの程度からガドリニアの塊の大きさを判別する。次に、塊の大きさを輝度の落ち込みの程度あるいは輝度のばらつきの程度から判定する方法を説明する。
【００４８】
図６は、図４に示すガドリニア粉末を不均一に混合した試料棒の中性子透過画像の試料棒の中心軸方向の輝度分布を２次曲線で近似した線およびその２次近似曲線からの標準偏差の幅を示す線を重ねて示すグラフである。
【００４９】
ガドリニア粉末を不均一に混合した試料棒では、中性子透過画像の輝度が標準偏差から外れる領域があり、その部分に粒子径の大きなガドリニアの塊が存在している。そこで、画像判定器７は、まず、検査領域での輝度分布の中心を、たとえば２次曲線などのなだらかな関数で近似する。さらに、ここで得られた近似曲線からの差の標準偏差を求め、標準偏差の幅を外れる輝度の領域の有無を調べる。画像判定器７は、中性子透過画像の輝度が近似曲線から標準偏差の幅以上はずれた領域がある場合には、所定の大きさ以上のガドリニアの塊が存在していると判定する。
【００５０】
ここで、近似曲線としては、たとえば矩形の検査領域を横切る直線に沿った輝度の近似曲線を用いているが、必ずしもこのような近似曲線を用いなくてもよい。たとえば、検査領域の全体あるいは一部の面内での輝度の近似曲面を、近似曲線の集合体として考えて用いてもよい。
【００５１】
近似曲線は、中性子毒物以外の原因による輝度の変化の特徴を表していれば、２次曲線でなくてもよい。たとえば、燃料を箱状の試料容器８に収めた場合、試料容器８中の燃料の密度が一様であるとみなすことができれば、近似曲線として場所に依存しない一定値を用いることができる。試料容器８の壁の近傍や、押しつけ面である上面から遠い位置において、試料容器８中の燃料の密度は低くなる傾向にある。そこで、このような密度の位置による変化を表現した近似曲線に比例した輝度の近似曲線を用いてもよい。
【００５２】
また、燃料を円管に収めた場合には、中性子透過画像の輝度は、円管の中心軸に近い位置を通る場合には小さくなり、外周位置を通る場合には大きくなる傾向がある。そこで、近似曲線は、円管の中心軸からの距離に応じて複数作成することが好ましい。
【００５３】
このようにして、画像判定器７は、検査対象燃料５中の中性子毒物塊が所定の大きさより大きいか否かを判定する。さらに、所定の大きさ以上の中性子毒物塊の密度を算出し、許容できるか否かを判定してもよい。
【００５４】
このように、本実施の形態では、中性子透過画像の輝度のばらつきに基づいて検査対象燃料５中に所定の大きさ以上の中性子毒物塊が存在するか否かを判定する。より具体的には、中性子透過画像の輝度のたとえば検査対象燃料５の全体での近似曲線を求め、その近似曲線に対する局所的な輝度の差があるしきい値よりも大きい場合に所定の大きさ以上の中性子毒物塊が存在すると判定する。
【００５５】
ここでは中性子透過画像が近似曲線から標準偏差の幅以上はずれた領域の有無によって、所定の大きさ以上の中性子毒物塊の有無としたが、許容される中性子毒物塊の大きさによって、判定の基準となる近似曲線からの輝度の差は変化する。たとえばより大きな中性子毒物塊の存在を許容するのであれば、近似曲線からの輝度の差のしきい値は大きくなる。さらに、中性子透過画像の輝度の値と、中心とした近似曲線との差がたとえば標準偏差の何倍であるかに基づいて、すなわち中性子透過画像の輝度の落ち込みの深さに基づいて中性子毒物粒の大きさを推定することもできる。
【００５６】
また、ここでは、一次元の中性子透過画像の輝度分布を２次曲線で近似しているが、想定される中性子毒物塊の大きさに対して十分広い範囲での輝度分布の平均的な分布を求めていればよい。中性子毒物塊の大きさに対して十分広い範囲での輝度の平均的な分布、あるいは単純にその平均値に対するばらつきが大きければ、そのばらつきが大きい部分には大きな塊の中性子毒物が存在していると判定できる。
【００５７】
本実施の形態において、中性子透過画像の中性子毒物の陰は、必ず中性子透過量が小さい方向の輝度として現れる。図４ないし図６に示した例では、中性子毒物の塊の部分では中性子透過輝度相対値が低くなっている。そこで、検査領域での輝度分布の中心を、たとえば２次曲線などのなだらかな関数で近似した後、中性子透過量が小さい方向の、その曲線からの輝度の差のみを調べ、その差が所定の判定基準よりも大きい領域の数と差が判定基準の何倍であるかをもとにして、検査対象燃料５中の中性子毒物の塊の有無を調べ、それが許容できるものであるかどうかを判定することも可能である。
【００５８】
さらに、中性子毒物粒子の混合状態が悪く、粒子径の大きな塊が多く存在する場合には、よく混合されて粒子径の大きな塊がないときよりも、標準偏差が大きくなる。そこで、検査領域の輝度の標準偏差が、あらかじめ決められた判定基準より大きいか否かによって判定を行うことも可能である。
【００５９】
これらの判定の方法は組み合わせて用いることで、検査の信頼性を向上することもできる。判定基準は、５％超燃料を製造する工程で臨界安全性を確保するために見込む余裕によって決められる。また、中性子ビームの平行度と中性子透過画像取得器６で用いる画像取得装置の中性子感応物質に応じた画像分解能によっても変化する。
【００６０】
このように、本実施の形態の燃料検査装置を用いると、燃料中に分散された中性子毒物の均質性を検査する場合に、より小さな中性子毒物塊の存在を検出できる。特に、ウラン濃縮度が５％以下の燃料を取り扱うと未臨界性が担保されている機器・施設で、５％超燃料を取り扱う際に未臨界性を担保するために添加される低濃度の中性子毒物の場合であっても、中性子毒物塊の存在を検出できる。
【００６１】
また、この検査方法では、燃料が粉末の状態であっても、ある程度押し固めてある程度広い領域で同程度の密度とすることができれば、中性子毒物塊の存在を検出できる。このため、たとえば低濃度の中性子毒物を添加した燃料粉末を対象として、所定の大きさ以上の中性子毒物塊が存在しないことを確認すれば、その後、その燃料を取り扱う工程でたとえばウラン濃縮度が５％以下の燃料と同様に取り扱っても、未臨界性を担保することができる。よって、燃料集合体の製造・輸送などに要するコストが低減される。
【符号の説明】
【００６２】
１…減速材、２…中性子源、３…鉛遮へい体、４…中性子コリメータ、５…検査対象燃料、６…中性子透過画像取得器、７…画像判定器、８…試料容器、９…検査対象燃料混合粉体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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