(57)【要約】【課題】原子炉運転中の格納容器内の漏えいの有無を精度高く判定する。【解決手段】本発明は、原子炉の主蒸気及び炉水に含まれる放射線核種からの放射線を検出、分析することで、主蒸気または炉水の漏えいを検知する漏えい検知装置２６である。ガンマ線検出器４から出力される放射線検出信号を用いて、ガス化学形態分離器７を経由しない場合に対してガス化学形態分離器７を経由した場合のサンプリングガスの相対的なガンマ線計数率を算出し、予め記憶した主蒸気漏えいパターンと炉水漏えいパターンのいずれに近いかで、漏えいの有無、および、それが主蒸気漏えいか炉水漏えいかを精度高く判定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の主蒸気及び炉水に含まれる放射線核種からの放射線を検出、分析することで、主蒸気または炉水の漏えいを検知する漏えい検知装置であって、
前記原子炉の主蒸気及び炉水に同じ放射性核種が含まれており、前記主蒸気における当該放射性核種と、前記炉水における当該放射線核種とでは、化学形態が異なっており、
前記原子炉の格納容器内の複数の位置に配置された各サンプリング口からサンプリングしたそれぞれのサンプリングガスを順次収容するガスセルと、
前記サンプリング口から前記ガスセルまでの間に設置され、前記サンプリングガスに含まれる前記放射性核種のうちの特定の化学形態のものを取り除くガス化学形態分離器と、
前記ガスセルに収容された前記特定の化学形態の前記放射性核種を取り除かれたサンプリングガスに含まれる前記放射性核種からの放射線、および、前記サンプリング口から前記ガス化学形態分離器を経由せずに前記ガスセルに収容されたサンプリングガスに含まれる前記放射性核種からの放射線、をそれぞれ検出する放射線検出器と、
前記ガス化学形態分離器を経由しない場合に対して前記ガス化学形態分離器を経由した場合の前記主蒸気の相対的な放射線計数率、及び、前記ガス化学形態分離器を経由しない場合に対して前記ガス化学形態分離器を経由した場合の前記炉水の相対的な放射線計数率、を記憶する記憶手段と、
前記放射線検出器から出力される放射線検出信号を用いて、前記ガス化学形態分離器を経由しない場合に対して前記ガス化学形態分離器を経由した場合のサンプリングガスの相対的な放射線計数率を算出し、前記記憶手段に記憶された前記主蒸気の相対的な放射線計数率および前記炉水の相対的な放射線計数率と比較していずれに近いかを判定することで前記主蒸気の漏えいか前記炉水の漏えいかを判定し、かつ、複数の位置に配置されたそれぞれの前記サンプリング口からサンプリングしたサンプリングガス中の放射性核種の濃度を測定して比較し、前記濃度が高いほどその対応する前記サンプリング口に近い距離の位置で前記漏えいが起きたと判定する演算手段と、
を備えることを特徴とする漏えい検知装置。
【請求項２】
前記サンプリング口から前記ガスセルまでの間に、前記ガス化学形態分離器を経由する配管と、前記ガス化学形態分離器を経由しない配管と、が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の漏えい検知装置。
【請求項３】
前記ガスセルが２つ設けられており、
前記サンプリング口から一方の前記ガスセルまでの間に前記ガス化学形態分離器が設けられており、
前記サンプリング口から他方の前記ガスセルまでの間には前記ガス化学形態分離器が設けられておらず、
前記２つのガスセルの間に前記放射線検出器が設けられ、
前記放射線検出器と前記２つのガスセルの間に、移動可能な遮蔽体がそれぞれ設けられ、一方の前記ガスセル中の放射性核種から出る放射線を前記放射線検出器で検出するときに、他方の前記ガスセル中の放射線核種から出る放射線が前記放射線検出器に届かない位置にその対応する側の前記遮蔽体が移動する
ことを特徴とする請求項１に記載の漏えい検知装置。
【請求項４】
請求項１に記載の漏えい検知装置であって、
前記複数のサンプリング口それぞれに対応して複数設けられており、前記サンプリング口それぞれからのサンプリングガス中の放射性核種に基づく放射線計数率を同時に測定する
ことを特徴とする漏えい検知装置。
【請求項５】
前記ガス化学形態分離器は、前記サンプリングガスに含まれる前記放射性核種のうちの水への溶解度の高い特定の化学形態のものを取り除くための水バブリング装置である
ことを特徴とする請求項１に記載の漏えい検知装置。
【請求項６】
前記ガス化学形態分離器は、前記サンプリングガスに含まれる前記放射性核種のうちの特定の化学形態のものを吸着する吸着手段である
ことを特徴とする請求項１に記載の漏えい検知装置。
【請求項７】
前記放射性核種は、窒素１３、酸素１９、窒素１６およびフッ素１８のいずれかである
ことを特徴とする請求項１に記載の漏えい検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所の原子炉格納容器（以下、単に「格納容器」ともいう。）内の漏えいを検知する技術に関し、特に、漏えいの有無の判定や、起きた漏えいが主蒸気か炉水かの判別や、格納容器内の漏えい位置の特定などに好適な漏えい検知技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所の格納容器内の漏えい検知装置では、例えば、原子炉運転中の格納容器内の一ヶ所からサンプリングしたガスについて、格納容器外に設置したＮａＩ検出器を用いてグロスガンマ（γ線のエネルギーの積分値）を計測、算出する。
【０００３】
また、特許文献１では、格納容器内で蒸気系及び原子炉冷却水系の近くに配置された複数のサンプリング口からサンプリングされたガス中の放射性核種（Ｎ−１３，Ｎ−１６，Ｍｎ−５４，Ｃｏ−６０）のγ線をＧｅ検出器によって検出し、γ線検出信号に基づいて波高分析器が核種分析を行い、その核種分析情報におけるＮ−１３，Ｍｎ−５４等の放射能量に基づいて漏えいが蒸気系か原子炉冷却水系かをデータ処理装置によって判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９６３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記した従来技術では、漏えいの起こった可能性があることを確認できても、それが機器の誤動作等によるものではなく本当の漏えいであることを確認するには、格納容器内の露点や格納容器からの凝縮水の量等の種々の情報を総合して判定する必要があった。また、漏えい箇所を特定できないため、漏えい箇所の特定のために原子炉を停止した後、格納容器内での現場調査に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記した問題に鑑みてなされたものであり、原子炉運転中の格納容器内の漏えいの有無を精度高く判定し、また、漏えい位置を特定することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、原子炉の主蒸気及び炉水に含まれる放射線核種からの放射線を検出、分析することで、主蒸気または炉水の漏えいを検知する漏えい検知装置である。ガンマ線検出器から出力される放射線検出信号を用いて、ガス化学形態分離器を経由しない場合に対してガス化学形態分離器を経由した場合のサンプリングガスの相対的なガンマ線計数率を算出し、予め記憶した主蒸気漏えいパターンと炉水漏えいパターンのいずれに近いかで、漏えいの有無、および、それが主蒸気漏えいか炉水漏えいかを精度高く判定できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、原子炉運転中の格納容器内の漏えいの有無を精度高く判定し、また、漏えい位置を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の漏えい検知装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の漏えい検知装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態の漏えい検知装置の構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態の漏えい検知装置の設置例である。
【図５】本発明の第１実施形態の漏えい検知装置の他の設置例である。
【図６】本発明の第１実施形態における炉水漏えい時の漏えい検知装置における計数率の時刻変化の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態における主蒸気漏えい時の漏えい検知装置における計数率の時刻変化の他の一例を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態におけるサンプリング口aの近傍で漏えいした場合の漏えい検知装置における計数率の時刻変化の他の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態におけるサンプリング口aとサンプリング口ｂの中間部で漏えいした場合の漏えい検知装置における計数率の時刻変化の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について、図面を参照（言及図以外の図も適宜参照）して説明する。なお、本実施形態における漏えいの指標核種として、窒素１３を例に挙げて説明する。窒素１３は格納容器内の主蒸気及び炉水中に多量に存在し、それ以外では存在しないことから、窒素１３を検知することで漏えいが起こったと判定できる。また、窒素１３は、主蒸気中では、主に、一酸化窒素及びアンモニアの化学形態で存在し、炉水中では、主に、硝酸、二酸化窒素及びアンモニアの化学形態で存在する。したがって、サンプリングガス（以下、単に「ガス」ともいう。）中の窒素１３の濃度について、直接測定と、ガス化学形態分離器を通した後の測定とを行い、その比較をすることで、主蒸気の漏えいか、炉水の漏えいかを特定できる（詳細は後記）。また、窒素１３は、半減期が約１０分と長いため指標核種としてより適しているが、その他に、酸素１９、窒素１６、フッ素１８等を指標核種としてもよい。
【００１１】
また、格納容器内には、格納容器内の温度及び湿度をほぼ均一に保つために、除湿冷却機及び換気装置が設置されており、ガスの流れが存在している。漏えい成分中の放射性核種は、その流れに従って移動するが、漏えいの近傍ではその濃度が高くなっており、遠くに離れるにつれて濃度が低くなっていると考えられる。したがって、複数の位置からサンプリングしたガス中の放射性核種の濃度を比較することで、おおよその漏えい位置の特定が可能である。
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態の漏えい検知装置２６ａ（２６）は、サンプリングガス１０（以下、符号を省略して単に「サンプリングガス」ともいう。）を収容するガスセル１、ガス外からのバックグラウンド放射線を遮蔽する遮蔽体２、サンプリングガスをガスセル１に導入するための配管３、ガスセル１内の放射性核種濃度を測定するガンマ線検出器４（放射線検出器）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算手段と各種メモリ等の記憶手段とを有しガンマ線検出器４からのデータを収集するデータ収集用パソコン５、ガンマ線検出器４に高圧を印加するための高圧電源６、サンプリングガス中の放射性核種のうち特定の化学形態のもののみを取り除くためのガス化学形態分離器７、サンプリングガスをガス化学形態分離器７に通すラインと通さないラインとの切替用の電磁弁８を備えている。
【００１３】
なお、ガンマ線検出器４では、サンプリングガス中の放射線核種からの放射線をエネルギー弁別し、主蒸気または炉水中にのみ通常存在する放射性核種を指標核種（例えば窒素１３）として放射性核種濃度を測定する。また、ガスセル１からは、サンプリング排ガス１１が排出される。
【００１４】
図６を参照して、炉水漏えい時のガス化学形態分離器未通過ガス中とガス化学形態分離器通過ガス中の漏えい検知装置２６における指標核種のガンマ線計数率（放射線計数率）の例について説明する。炉水中の窒素１３は、硝酸、二酸化窒素及びアンモニアの化学形態で存在していることから、炉水が漏えいした場合、硝酸、二酸化窒素、アンモニアの各化学形態で決まる飽和蒸気圧に従って、格納容器内のガス成分となる。
【００１５】
ガス化学形態分離器７として水バブリング装置を用いた場合、硝酸、二酸化窒素、アンモニアの各化学物質は、水に溶解しやすいことから、ガス化学形態分離器７でトラップされ、ガス化学形態分離器７を通過した後のガス中には、窒素１３はほとんど残らない。したがって、ガス化学形態分離器７を通過したガスと未通過のガスにおける窒素１３のガンマ線計数率を測定、比較することで、炉水漏えいと特定できる。
【００１６】
図７を参照して、主蒸気漏えい時のガス化学形態分離器未通過ガス中とガス化学形態分離器通過ガス中の漏えい検知装置２６における指標核種のガンマ線計数率の一例について説明する。主蒸気中の窒素１３は、アンモニア及び一酸化窒素の形態で存在していることから、主蒸気が漏えいした場合、アンモニア及び一酸化窒素の化学形態で、格納容器内のガス成分となる。
【００１７】
ガス化学形態分離器７として水バブリング装置を用いた場合、アンモニアは水に溶解しやすいが、一酸化窒素はほとんど水に溶解しないことから、ガス化学形態分離器７でアンモニアの形態のみトラップされ、一酸化窒素の形態の窒素１３は、ガス化学形態分離器７を通過した後のガス中にも残る。したがって、ガス化学形態分離器を通過したガスと未通過のガスにおける窒素１３のガンマ線計数率を測定、比較し、通過後も窒素１３のガンマ線を計測していることを確認することで、主蒸気漏えいと特定できる。
【００１８】
つまり、ガンマ線検出器４から出力される放射線検出信号を用いて、ガス化学形態分離器７を経由しない場合に対してガス化学形態分離器を経由した場合のサンプリングガスの相対的なガンマ線計数率を算出し、データ収集用パソコン５の記憶手段に記憶された主蒸気の相対的なガンマ線計数率および炉水の相対的なガンマ線計数率と比較していずれに近いかを判定することによって、主蒸気の漏えいか炉水の漏えいかを判定することができる。
【００１９】
次に、図４を参照して、第１実施形態の漏えい検知装置２６の設置例について説明する。格納容器３０の内部には、圧力容器３１、ガンマ線遮蔽体３２が設置してある。格納容器３０内の複数の位置（例えば５箇所程度）に設置したサンプリング口３５から格納容器３０内のガスをサンプリングし、格納容器３０の内部または外部に設置したサンプリングガス切替器２５で、どのサンプリング口３５からサンプリングしたガスかを特定し、漏えい検知装置２６に送り、ガス中の放射性核種からのガンマ線計数率を測定する。漏えい検知装置２６から排出されたサンプリング排ガス１１は、サンプリング排ガス流入口３６から格納容器３０の内部に戻される。
【００２０】
図８を参照して、サンプリング口３５の一つであるサンプリング口ａ（不図示）の近傍で漏えいが起こった場合における、サンプリング口ａ及びそれ以外のサンプリング口ｂ（不図示）からサンプリングしたガス中の指標核種からの漏えい検知装置２６におけるガンマ線計数率の例について説明する。漏えいが起こった近傍のサンプリング口ａからサンプリングしたガス中の指標核種の漏えい検知装置２６におけるガンマ線計数率は、サンプリング口ｂからサンプリングしたガス中の指標核種の漏えい検知装置２６におけるガンマ線計数率より高い値となっている。
【００２１】
次に、図９を参照して、サンプリング口３５の一つであるサンプリング口ａと他のサンプリング口ｂの中間位置で漏えいが起こった場合における、サンプリング口ａ及びサンプリング口ｂからサンプリングしたガス中の指標核種からの漏えい検知装置２６におけるガンマ線計数率の測定の例について説明する。サンプリング口ａ及びサンプリング口ｂのそれぞれからサンプリングしたガス中の指標核種の漏えい検知装置２６におけるガンマ線計数率は、ほぼ等しい値となる。
【００２２】
これらのことから、複数のサンプリング口３５からサンプリングしたガス中の指標核種の漏えい検知装置２６におけるガンマ線計数率を比較することで、おおよその漏えい位置を特定することができる。つまり、複数の位置に配置されたそれぞれのサンプリング口３５からサンプリングしたサンプリングガス中の放射性核種のガンマ線計数率（濃度でもよい）を測定して比較し、その値が高いほどその対応するサンプリング口３５に近い距離の位置で漏えいが起きたと判定することができる。また、格納容器３０内は気流が渦巻いているのが通常であるが、三次元流体解析によってその気流も考慮することで、漏えい位置をより精度高く特定することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図２に示すように、第２実施形態の漏えい検知装置２６ｂ（２６）では、格納容器３０からのサンプリングガス１０を２つのサンプリングラインに分岐し、一方を直接、ガンマ線放出核種測定器２０に送り、他方をガンマ線放出核種測定器２０の前段に設置したガス化学形態分離器７を通して、もう一台のガンマ線放出核種測定器２０に送る。
【００２４】
ガンマ線放出核種測定器２０は、図１と同様であるので図１を参照することとして図示を省略するが、サンプリングガス１０をためるガスセル１、ガス外からのバックグラウンド放射線を遮蔽する遮蔽体２、サンプリングガス１０をガスセル１に導入するための配管３、ガスセル１内の放射性核種濃度を測定するガンマ線検出器４、ガンマ線検出器４からのデータを収集するデータ収集用パソコン５、ガンマ線検出器４に高圧を印加するための高圧電源６を備えて構成される。二台のガンマ線放出核種測定器２０を用いることで、第１実施形態の場合のように電磁弁８でラインを切り替えることなく、ガス化学形態分離器７を通過したガスと、未通過のガスとを同時に測定できる。
【００２５】
（第３実施形態）
図３に示すように、第３実施形態の漏えい検知装置２６ｃ（２６）では、格納容器３０からのサンプリングガス１０を２つのサンプリングラインに分岐し、一方を直接ガスセル１に送り、他方をガスセル１の前段に設置したガス化学形態分離器７を通して、もう一つのガスセル１に送る。２つのガスセル１の中央にガンマ線検出器４を設置し、ガンマ線検出器４とガスセル１の間に、それぞれ移動可能な遮蔽体２ａを設置する。それぞれの遮蔽体２ａを交互に移動させることで、２つのガスセル１中の放射性核種からのガンマ線計数率を一台のガンマ線検出器４で測定できる。通常は２つの遮蔽体２ａよりも一台のガンマ線検出器４のほうがコストが高いので、この構成によりコストの低減を図ることができる。
【００２６】
（第４実施形態）
図５に示すように、第４実施形態の漏えい検知装置２６の設置例において、格納容器３０の内部には、圧力容器３１、ガンマ線遮蔽体３２が設置してある（図４と同じ構成については説明を省略）。格納容器３０内の複数の位置に設置したサンプリング口３５から格納容器３０内のガスをサンプリングし、格納容器３０の外部に設置した複数台の漏えい検知装置２６で測定する。この構成により、複数のサンプリング口３５からサンプリングしたガス中の指標核種を同時に測定できる。
【００２７】
以上説明した通り、第１〜４実施形態の漏えい検知装置２６によれば、格納容器３０内の複数の位置からガスをサンプリングし、サンプリングガス中の放射線をエネルギー弁別し、主蒸気または炉水中にのみ通常存在する放射性核種（例えば窒素１３）を指標核種として検出することで、漏えいの有無を高精度で判定することができる。
【００２８】
また、それぞれのサンプリング位置からサンプリングしたサンプリングガス中の放射性核種の濃度を測定し比較することで、漏えいのおおよその位置を特定することができる。また、サンプリングガス中の放射性核種の化学形態を弁別して測定することで、主蒸気の漏えいなのか、炉水の漏えいなのかを特定することができる。これらにより、漏えいが判明して原子炉を停止した後の現場調査の時間を大きく短縮することができる。
【００２９】
なお、ガス化学形態分離器７は、水バブリング装置以外に、サンプリングガスに含まれる放射性核種のうちの特定の化学形態のものを吸着する吸着手段によって実現してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１…ガスセル、２，２ａ…遮蔽体、３…配管、４…ガンマ線検出器、５…データ収集用パソコン、６…高圧電源、７…ガス化学形態分離器、８…電磁弁、１０…サンプリングガス、１１…サンプリング排ガス、２０…ガンマ線放出核種測定器、２５…サンプリングガス切替器、２６…漏えい検知装置、３０…格納容器、３１…圧力容器、３２…ガンマ線遮蔽体、３５…サンプリング口、３６…サンプリング排ガス流入口
【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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