(57)【要約】【課題】ガンマ線検出器を圧力容器外に設けても必要なガンマ線量を的確にガンマ線検出器に入射させることができる核計装装置及び原子炉を提供する。【解決手段】一端側が原子炉１の上部格子板１０６に支持され、他端が原子炉１の原子炉圧力容器１０３の下端側に開口する計装管２と、計装管２の炉心１０２内に存在する部分内に配置されている中性子検出部３とを備え、中性子検出部３は、計装管２内に配置されていて内部が空洞の金属支持部材１２と、金属支持部材１２における計装管２の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属を含み、中性子を受けてガンマ線を放出する金属含有板１１ａ〜１１ｄと、金属支持部材１２の外部と計装管２の内表面との間に配置された減速材２２とを備え、計装管２の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた各金属含有板１１ａ〜１１ｄは、計装管２の軸方向から視て互いに重ならず、金属支持部材１２内は、減速材２２が流入しない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側が原子炉の炉心の上部側に位置し、他端が前記原子炉の原子炉圧力容器の下端側に開口する計装管と、
前記計装管の前記炉心内に存在する部分内に配置されている中性子検出部とを備え、
前記中性子検出部は、
前記計装管内に配置されていて内部が空洞の金属支持部材と、
前記金属支持部材における前記計装管の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属を含み、中性子を受けてガンマ線を放出する金属部材と、
前記金属支持部材の外部と前記計装管の内表面との間に配置された第１減速材とを備え、
前記計装管の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた前記各金属部材は、前記計装管の軸方向から視て互いに重ならず、
前記金属支持部材内は、前記第１減速材が流入しないことを特徴とする核計装装置。
【請求項２】
前記金属支持部材は、径サイズの互いに異なる円筒を前記計装管の軸方向に多段に重ねた多段円筒形状をしており、
前記各金属部材は、前記多段円筒形状の段差部及び最も前記炉心側の円柱の頭部に夫々設けられていることを特徴とする請求項１に記載の核計装装置。
【請求項３】
前記各金属部材の少なくとも１つは、厚さが略均一の板状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の核計装装置。
【請求項４】
前記計装管には、前記第１減速材を当該計装管内に出し入れする出入口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかの一項に記載の核計装装置。
【請求項５】
前記第１減速材は、前記金属支持部材周囲の前記計装管の内周面に沿って略均等の厚さで配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかの一項に記載の核計装装置。
【請求項６】
前記第１減速材は、前記計装管内における前記各金属部材の周囲部分のみに配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかの一項に記載の核計装装置。
【請求項７】
前記段差部に配置された各金属部材の中央孔の少なくとも一つには第２減速材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の核計装装置。
【請求項８】
前記第１減速材は、前記計装管内における前記各金属部材の周囲部分のみに配置されていることを特徴とする請求項７に記載の核計装装置。
【請求項９】
一端側が原子炉の炉心の上部側に位置し、他端が前記原子炉の原子炉圧力容器の下端側に開口する計装管と、
前記計装管の前記炉心内に存在する部分内に配置されている中性子検出部とを備え、
前記中性子検出部は、
前記計装管内に配置されていて内部が空洞の金属支持部材と、
前記金属支持部材における前記計装管の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属を含み、中性子を受けてガンマ線を放出する金属部材と、
前記金属支持部材の外部と前記計装管の内表面との間に配置された第１減速材とを備え、
前記計装管の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた前記各金属部材は、前記計装管の軸方向から視て互いに重なる部分は最も前記炉心の上部側のものを除いて互いに重ならない部分に比べてガンマ線の遮蔽効果を低減させていて、
前記金属支持部材内は、前記第１減速材が流入しないことを特徴とする核計装装置。
【請求項１０】
炉心と、
前記炉心を格納する原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器を格納する原子炉格納容器と、
一端側が前記炉心の上部側に位置し、他端が前記原子炉圧力容器の下端側に開口する計装管と、
前記計装管の前記炉心内に存在する部分内に配置されている中性子検出部とを備え、
前記中性子検出部は、
前記計装管内に配置されていて内部が空洞の金属支持部材と、
前記金属支持部材における前記計装管の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属材料からなり、中性子を受けてガンマ線を放出する金属部材と、
前記金属支持部材の外部と前記計装管の内表面との間に配置された第１減速材と、
前記原子炉格納容器内の前記計装管の直下に設けられたガンマ線検出器とを備え、
前記計装管の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた前記各金属部材は、前記計装管の軸方向から視て互いに重ならず、
前記金属支持部材内は、前記第１減速材が流入しないことを特徴とする原子炉。
【請求項１１】
炉心と、
前記炉心を格納する原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器を格納する原子炉格納容器と、
一端側が前記炉心の上部側に位置し、他端が前記原子炉圧力容器の下端側に開口する計装管と、
前記計装管の前記炉心内に存在する部分内に配置されている中性子検出部とを備え、
前記中性子検出部は、
前記計装管内に配置されていて内部が空洞の金属支持部材と、
前記金属支持部材における前記計装管の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属材料からなり、中性子を受けてガンマ線を放出する金属部材と、
前記金属支持部材の外部と前記計装管の内表面との間に配置された第１減速材と、
前記原子炉格納容器内の前記計装管の直下に設けられたガンマ線検出器とを備え、
前記計装管の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた前記各金属部材は、前記計装管の軸方向から視て互いに重なる部分は最も前記炉心側のものを除いて互いに重ならない部分に比べてガンマ線の遮蔽効果を低減させていて、
前記金属支持部材内は、前記第１減速材が流入しないことを特徴とする原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核計装装置及び原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開平４−２３３４９９号公報（特許文献１）がある。この公報には、「本発明による検出器アセンブリは、検出器サブアセンブリと、この検出器サブアセンブリを収容する減速体アセンブリとを有している。減速体サブアセンブリは、二重壁のカンと、その間に充填された減速材とからなる。減速体サブアセンブリは、原子炉からの漏れ中性子束の熱外中性子を熱中性子に変換して、検出器サブアセンブリによる検出を可能としている。また、絶縁性のスペース・支持要素が、減速体サブアセンブリ内に検出器アセンブリを一定の間隔をもって同心に配置するようにしている。」と記載されている（要約参照）。
【０００３】
ところで、沸騰水型軽水炉では炉内出力を監視するためにＬＰＲＭ（Local Power Range Monitor）を備え、炉内の中性子束をＬＰＲＭによって計測することで炉内の局所出力を監視する技術が知られている。ＬＰＲＭ用の検出器はＬＰＲＭ集合体あたり４台の核分裂電離箱で構成され、これにより計装管の軸方向における炉心の局所出力を監視している。また、燃料集合体４体あたりＬＰＲＭ集合体１体が設置されており、これにより計装管の径方向における炉心の局所出力を監視している。このように沸騰水型軽水炉全体では約２００台の核分裂電離箱を設置することで、炉心の局所出力を監視している。ＬＰＲＭ集合体は計装管あたりに１体設置され、信号を伝送するために原子炉圧力容器に貫通孔が設けられている。したがって、沸騰水型軽水炉あたりＬＰＲＭの設置に伴う圧力容器の貫通孔は約５０個ある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２３３４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなＬＰＲＭによる核計装系の構成の場合、炉内に検出器（中性子検出器）を設置するため、中性子検出器が故障した場合に容易に交換することはできない。この交換を容易にする方法の一つとして、原子炉圧力容器の外部にガンマ線検出器を設置することが考えられる。かかる技術の場合、炉内の中性子監視精度は金属含有板（中性子を受けてガンマ線を発生する金属を含有している）でのガンマ線発生量とガンマ線検出器でのガンマ線検出効率に依存している。そのため、核計装に要求される応答速度を得るためには、一定量以上のガンマ線を金属含有板で発生させる必要がある。
【０００６】
しかし、ガンマ線発生量を増加させるために金属含有板を厚くすると、当該金属含有板よりも上方（炉心上部側）の他の金属含有板又は当該の金属含有板から発生するガンマ線を遮蔽することになり、結局、必要なガンマ線量をガンマ線検出器に入射させることが出来ない可能性がある。
そこで、本発明の目的は、ガンマ線検出器を圧力容器外に設けても必要なガンマ線量を的確にガンマ線検出器に入射させることができる核計装装置及び原子炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一形態である核計装装置は、一端側が原子炉の炉心の上部側に位置し、他端が前記原子炉の原子炉圧力容器の下端側に開口する計装管と、前記計装管の前記炉心内に存在する部分内に配置されている中性子検出部とを備え、前記中性子検出部は、前記計装管内に配置されていて内部が空洞の金属支持部材と、前記金属支持部材における前記計装管の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属を含み、中性子を受けてガンマ線を放出する金属部材と、前記金属支持部材の外部と前記計装管の内表面との間に配置された第１減速材とを備え、前記計装管の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた前記各金属部材は、前記計装管の軸方向から視て互いに重ならず、前記金属支持部材内は、前記第１減速材が流入しないことを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の一形態である核計装装置は、一端側が原子炉の炉心の上部側に位置し、他端が前記原子炉の原子炉圧力容器の下端側に開口する計装管と、前記計装管の前記炉心内に存在する部分内に配置されている中性子検出部とを備え、前記中性子検出部は、前記計装管内に配置されていて内部が空洞の金属支持部材と、前記金属支持部材における前記計装管の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属を含み、中性子を受けてガンマ線を放出する金属部材と、前記金属支持部材の外部と前記計装管の内表面との間に配置された第１減速材とを備え、前記計装管の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた前記各金属部材は、前記計装管の軸方向から視て互いに重なる部分は最も前記炉心の上部側のものを除いて互いに重ならない部分に比べてガンマ線の遮蔽効果を低減させていて、前記金属支持部材内は、前記第１減速材が流入しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガンマ線検出器を圧力容器外に設けても必要なガンマ線量を的確にガンマ線検出器に入射させることができる核計装装置及び原子炉を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１である核計装装置を設置した原子炉の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態１である核計装装置の計装管の炉心内蔵部分の拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ切断断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ切断断面図の他の例である。
【図５】本発明の実施形態２である核計装装置の計装管の炉心内蔵部分の拡大断面図である。
【図６】本発明の実施形態３である核計装装置の計装管の炉心内蔵部分の拡大断面図である。
【図７】本発明の実施形態４である核計装装置の計装管の炉心内蔵部分の拡大断面図である。
【図８】本発明の実施形態５である核計装装置の計装管の炉心内蔵部分の拡大断面図である。
【図９】本発明の実施形態６である核計装装置の計装管の炉心内蔵部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を用いて複数例説明する。
［実施例１］
以下、本発明の実施例１について説明する。
図１は、本発明の実施形態１である核計装装置を設置した原子炉１０１の縦断面図である。原子炉１０１は、炉心１０２を備え、炉心１０２は原子炉圧力容器１０３に格納されている。そして、原子炉圧力容器１０３は原子炉格納容器１０４に格納されている。
核計装装置１は、計装管２と、中性子検出部３と、ガンマ線検出器４とを備えている。
【００１２】
計装管２は、その一端側が原子炉１０１の上部格子板１０６で支持され、他端が原子炉１０１の原子炉圧力容器１０３の下端側に開口している。しかしながら、この計装管２の一端側は、炉心１０２の上部側に位置していて、所定の部材に支持されていればよく、本発明は、上部格子板１０６に支持されることに限定されるものではない。また、この計装管２の一端側は、炉心１０２を突き抜けていなくてもよい。上部格子板１０６を備えるのは、一般に沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）である。原子炉１０１が加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）や高速増殖炉（ＦＢＲ）等である場合には、炉心１０２の上部側に位置する上部格子板１０６以外の部材に、計装管２の一端側を支持させるようにしてもよい。計装管２の炉心１０２内に存在する部分内には中性子検出部３が配置されている。計装管２は、後述する減速材となる水による腐食等に耐え、また、炉心１０２内や原子炉圧力容器１０３内の環境に耐えうる材料で形成されている。
【００１３】
原子炉圧力容器１０３内の炉心１０２で発生した中性子１１１は計装管２内に設置した中性子検出部３に設けられた所定の金属を含む金属含有板（後述）と核反応を起こし、これにより発生した即発ガンマ線１１２を計装管２（原子炉圧力容器１０３）の下部で原子炉格納容器１０４内に設置したガンマ線検出器４で計測することにより、炉心１０２内での中性子束の変化を監視する。ここで金属含有板を備えた中性子検出部３は、炉心１０２内での中性子を監視するため、炉心１０２内に設置されている計装管２内に設けられている。また、後述するように金属含有板は計装管２の軸方向の監視高さごとに夫々設けられ、これらは主成分として互いに異なる金属が使用されたものがそれぞれ用いられている。そのため、金属含有板から放出される即発ガンマ線１１２は計装管２の軸方向における各位置の金属含有板ごとに異なるエネルギを持つ。このためにガンマ線検出器４でエネルギごとの計数を監視することで、炉心１０２内における計装管２の軸方向における位置ごとの中性子束の変化が監視できる。なお、床１０５は図示しない原子炉建屋の床である。
【００１４】
図２は、計装管２の炉心１０２内蔵部分の拡大断面図である。中性子検出部３は、金属部材となる例えば４枚の金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備えている。以下では、金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを総称して金属含有板１１と記載することがある。
【００１５】
ここで、計装管２に入射した中性子１１１あたりのガンマ線検出器４で検出される計測対象のガンマ線が多いほどガンマ線観測の応答性はよい。ここで計測対象となるガンマ線とは、金属含有板１１の種類ごとに決められる特定のエネルギを持つ即発ガンマ線１１２である。この即発ガンマ線１１２が散乱等によるエネルギの減衰が少ない状態でガンマ線検出器４に入射したときに計測の対象となる。ガンマ線観測の応答性を向上させる方法としては、計装管２に入射した中性子１１１あたりの即発ガンマ線１１２がガンマ線検出器４に入射する割合を効率化するのがよい。すなわち、かかる効率化のためには、即発ガンマ線１１２がガンマ線検出器４で検出されるまでに起こり得る中性子遮蔽及びガンマ線遮蔽を排除することが必要である。
【００１６】
金属含有板１１の体積が大きいほど、中性子１１１と金属含有板１１との間で核反応が起こる機会が増加するため、発生する即発ガンマ線１１２も増加する。しかしながら、発生する即発ガンマ線１１２が増加したとしても、ガンマ線検出器４に入射する即発ガンマ線１１２が増加するとは限らない。
【００１７】
例えば、仮に、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの外径を計装管２の内径と同程度とした場合を考える。中性子１１１と物質（金属含有板１１に含まれる金属）との核反応は核反応断面積に基づく確率現象であるため、当該物質に入射する中性子１１１が多いほど核反応が多く起こる。ここで取り上げた例の場合、計装管２に入射した中性子１１１は金属含有板１１に外周部から入射する割合が多いため、金属含有板１１の中心部よりも外周部で即発ガンマ線１１２を多く発生する。金属含有板１１ａの外周近傍で発生した即発ガンマ線１１２のうちガンマ線検出器４に入射するように下方へ放出された即発ガンマ線１１２は、本例では、金属含有板１１ａよりも下方の金属含有板１１ｂ、金属含有板１１ｃ、金属含有板１１ｄの外周部によって遮蔽される。金属含有板１１ｂあるいは金属含有板１１ｃの外周近傍で発生した即発ガンマ線１１２についても同様に金属含有板１１ｃあるいは金属含有板１１ｄによって遮蔽される。このため、即発ガンマ線１１２の発生量が多くても発生した即発ガンマ線１１２が遮蔽されてしまうと、ガンマ線検出器４に入射する即発ガンマ線１１２の数は少なくなる可能性がある。
【００１８】
前記の説明からも明らかなように、図２に示す構造において、金属含有板１１から放出される即発ガンマ線１１２がガンマ線検出器４に入射する効率を低下させる要因は２つある。一つは該当の金属含有板１１よりも下方に存在する金属含有板１１による即発ガンマ線１１２の遮蔽であり、もう一つは中性子１１１の遮蔽である。
【００１９】
中性子１１１の遮蔽は、下方に金属含有板１１が存在する位置で別の金属含有板１１により即発ガンマ線１１２を発生させることに起因している。また、金属含有板１１内側の下方に金属含有板１１が存在しない場合、金属含有板１１の外周部で中性子１１１の核反応が起こることで、効率的にガンマ線検出器４に即発ガンマ線１１２を入射させることが可能な金属含有板１１の内側に中性子１１１が到達することを妨害することになる。これは金属含有板１１の外周部による金属含有板１１の内側部分に対する中性子遮蔽である。
【００２０】
以下では、これら即発ガンマ線１１２の遮蔽及び中性子１１１の遮蔽を低減させて金属含有板１１から放出される即発ガンマ線１１２がガンマ線検出器４に入射する効率を向上させることができる核計装装置１の構造について説明する。
【００２１】
図３は、図２のＡ−Ａ切断断面図である。図２、図３に示すように、中性子検出部３は、金属支持部材１２を備えている。金属支持部材１２は、計装管２の軸方向を長さ方向とし、径サイズの互いに異なる円柱を多段に重ねた多段円筒形状をしている。すなわち、金属支持部材１２は、この例で４段重ねの円筒形状をしている。最も炉心１０２側（上側）の円筒部１２ａは最も径サイズが小さい円筒であり、その円形の頭部１２ａ１には、円形の金属含有板１１ａが設けられている。円筒部１２ａの下端部には段差部１２ｂ１が接続していて、段差部１２ｂ１の外径部に接続して円筒部１２ａより径サイズの大きい円筒部１２ｂが原子炉圧力容器１０３下部側（下側）に延びている。段差部１２ｂ１上には円環状の金属含有板１１ｂが設けられている。
【００２２】
円筒部１２ｂの下端部には段差部１２ｃ１が接続していて、段差部１２ｃ１の外径部に接続して円筒部１２ｂより径サイズの大きい円筒部１２ｃが原子炉圧力容器１０３下部側（下側）に延びている。段差部１２ｃ１上には円環状の金属含有板１１ｃが設けられている。円筒部１２ｃの下端部には段差部１２ｄ１が接続していて、段差部１２ｄ１の外径部に接続して円筒部１２ｃより径サイズの大きい円筒部１２ｄが原子炉圧力容器１０３下部側（下側）に延びている。
【００２３】
この円筒部１２ｄは、計装管２内を下方に延びていて、原子炉圧力容器１０３の下端部の計装管２の開口からさらに下方に延出している。そして、金属支持部材１２は、図示しない所定の支持部材により下側から支持されていて、計装管２内から脱落することが防止されている。段差部１２ｄ１上には円環状の金属含有板１１ｄが設けられている。なお、本実施例１では金属含有板１１が４段の例を示しているが、３段以下でもよいし、５段以上でもよい。
【００２４】
このように、金属支持部材１２は、径サイズの異なる円筒を重ね合わせたような形状をなしている。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、横断面が矩形状の筒を多段に重ね合わせたような形状としてもよい。この例では、金属支持部材１２は断面矩形状の筒１２ｅ〜１２ｈを多段に重ね合わせたような形状をなし、その頭部１２ｅ１並びに段差部１２ｆ１〜１２ｈ１には、矩形状又は矩形枠状の金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが設けられている。その他、金属支持部材１２の横断面形状は様々な形状に実施してよい。
【００２５】
このような金属支持部材１２は、内部が中空である。また、金属支持部材１２は、後述する減速材となる水に対して腐食等せず、炉心１０２内や原子炉圧力容器１０３内の環境に十分耐えうる材料で形成されている。金属支持部材１２内の空間２１には、空気やその他の気体が充填されていても、真空であってもよい。
金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、前記のように金属支持部材１２に設けられているため、金属支持部材１２における計装管２の軸方向の複数位置に設けられ、互いに主材料が異なる金属を含み、中性子１１１を受けて即発ガンマ線１１２を放出する。
【００２６】
金属支持部材１２の外部と計装管２の内表面との間の空間２１には減速材２２（第１減速材）となる水で満たされている。この減速材２２は、原子炉圧力容器１０３の下部に配置されている所定の部材によりシールされ、計装管２の下部から流出することはない。
また、図３、図４に示すように、計装管２の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、計装管２の軸方向から視て互いに重ならないように配置されている。
【００２７】
さらに、金属支持部材１２は、内部の空間２４に減速材２２が流入しないように孔等は形成されていない。
また、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの少なくとも１つは、厚さが略均一の板状である。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの厚さはそれぞれ均等ではなくて部位によって不均一であってもよい。
【００２８】
さらに、計装管２には、減速材２２を当該計装管２内に出し入れする出入口２３が設けられている。図２の例では、炉心１０２内に位置する計装管２の上側と下側とにそれぞれ出入口２３が設けられている。
なお、金属含有板１１の主材料となる金属は、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）などの比較的原子番号の小さい遷移元素を用いることができる。また、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリウム（Ｇｄ）など原子番号の大きいランタノイドも用いることができる。
【００２９】
放出される即発ガンマ線１１２のエネルギは金属の種類ごとに固有であるため、当該金属含有板１１の上方や下方に位置する金属含有板１１に使用される金属がなんであるかを考慮し、放出される即発ガンマ線１１２のエネルギから使用する金属を選択する必要がある。また、計測の際に妨害となる環境ガンマ線との弁別を考えると、監視対象とする即発ガンマ線１１２のエネルギは数ＭｅＶ以上であることが望ましい。このため、本実施例１及び以下の各実施例では、高エネルギの即発ガンマ線１１２を念頭に記載するが、弁別可能であれば、より低いエネルギの即発ガンマ線１１２でもよい。
【００３０】
単位体積あたりに放出されるガンマ線量も金属固有ではあるが、原子番号の小さい金属を使用した場合は、即発ガンマ線１１２の自己遮蔽効果が小さいので体積を大きくすることが可能である。さらに、多くの金属は天然同位体を持つ。金属と中性子の核反応は同位体ごとに異なるため、熱中性子と金属の反応によって放出される即発ガンマ線１１２のエネルギと放出率も同位体ごとに異なる。Ｓｃの天然同位体はＳｃ−４５のみであるため、Ｓｃと中性子が核反応を起こして放出される即発ガンマ線１１２はガンマ線検出器４で監視対象の即発ガンマ線１１２であり、少なくとも適用初期の段階でＳｃから妨害ガンマ線が放出されることはない。
【００３１】
Ｔｉは複数の同位体を持つが、Ｔｉ−４８が８０％以上を占め、さらにＴｉ−４８の核反応あたりに放出される監視対象となる高エネルギの即発ガンマ線１１２の放出率は高い。このため、その他のＴｉ同位体に起因した即発ガンマ線１１２とＴｉ−４８に起因した即発ガンマ線１１２は容易に弁別できる。
【００３２】
ＶはＶ―５０とＶ−５１の同位体が存在するが、９９％以上がＶ−５１であり、ほぼＳｃ同様の状況にあると考えて良い。Ｎｉは複数の同位体を持ち、Ｎｉ−５８は約６８％、Ｎｉ―６０が約２６％である。しかながら、Ｎｉ−５８由来だけでなく、Ｎｉ−６０由来の高エネルギの即発ガンマ線１１２の放出率も高いため、両方を計測の対象とすることができる。ＣｕはＣｕ―６３とＣｕ−６５二つの同位体があるが、天然のＣｕに中性子１１１を照射したときに放出量の高い高エネルギの即発ガンマ線１１２を放出するのはＣｕ−６３である。
Ｇｄは多くの天然同位体を持つが、Ｇｄと熱中性子の反応確率が高く、多くの高エネルギの即発ガンマ線１１２はＧｄ−１５７由来である。
【００３３】
次に、本実施例１の作用効果について説明する。
以上の構成で、金属含有板１１が中性子１１１を受けると各金属含有板１１は中性子１１１と核反応を起こし、即発ガンマ線１１２を放出する。そして、計装管２の長手方向下側に放射される即発ガンマ線１１２は、ガンマ線検出器４により検出することができる。これにより、炉心１０２内の局所出力を監視することができる。なお、核計装装置１は、１台の原子炉１０１に複数台設置することができる。
【００３４】
この場合に、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、計装管２の軸方向から視て互いに重ならないように配置されている（図２乃至図４）。そのため、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄからそれぞれ計装管２の長手方向下側に放射される即発ガンマ線１１２を遮蔽する他の金属含有板１１が下方に存在しない。よって、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄから放射され、計装管２内をその軸方向にガンマ線検出器４に向かって進行する即発ガンマ線１１２が他の金属含有板１１に遮蔽されて減少することを抑制することができる。
【００３５】
また、金属支持部材１２は、減速材２２が流入しないように孔等は形成されていない。そのため、金属支持部材１２内にも減速材２２が流入している場合に比べ、金属含有板１１で発生した即発ガンマ線１１２が金属支持部材１２内で通過し易くすることができる。
さらに、金属支持部材１２の外部と計装管２の内表面との間の空間２１には減速材２２で満たされている。そのため、中性子１１１は減速材２２で減速され、中性子１１１はそのエネルギが金属含有板１１と反応しやすいレベルまで落ちる。よって、金属含有板１１で即発ガンマ線１１２を発生し易くすることができる。
【００３６】
その上、金属支持部材１２は円筒を積み上げたような形状で、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは円形又は円環形である。そのため、計装管２が円筒状の場合は、金属支持部材１２並びに各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの形状は計装管２の内径の形状に合っている。よって、図４と図３とを比較して明らかなように、図３に示す例の方が金属含有板１１全体の上面視の面積を大きくすることができる。よって、図４の例より図３の例の方が、即発ガンマ線１１２の発生量を多くできる。
【００３７】
また、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの少なくとも１つは、厚さが略均一の板状である。そのため、厚さが略均一の金属含有板１１においては、全体的にある程度の薄さを実現することができる。そのため、過度に厚い部分が生じて、その厚い部分で即発ガンマ線１１２を自己遮蔽してしまうことを防止することができる。また、厚さが略均一の金属含有板１１においては、全体から略均等な即発ガンマ線１１２を照射し易くなる。
【００３８】
さらに、減速材２２は中性子１１１を減速する過程で核反応が起こり、原子核が変化するため減速材としての能力が低下する可能性がある。これに対し、計装管２には減速材２２を出し入れする出入口２３が設けられている。これにより、原子炉１０１の運転中に減速材２２を常に入れ替えることが可能となり、減速材２２の機能を常に一定に保つことができる。２つの出入口２３のうち、取水側は炉心１０２よりも下方でもよく、排水側は炉心１０２よりも上方でもよい。
【００３９】
［実施例２］
以下の各実施例では、実施例１と同一の部材等には実施例１と同一の符号を図面に付して、詳細な説明は省略する。
図５は、計装管２の炉心１０２内蔵部分の拡大断面図である。本実施例２が実施例１と異なるのは、減速材２２は、金属支持部材１２周囲の計装管２の内周面に沿って略均等の厚さで配置されていることである。すなわち、減速材２２として水を用いるときは、計装管２の内周面全周（炉心１０２内のみでよい）に沿って計装管２の内周面とは略均等な所定間隔を空けて壁３１を形成し、この計装管２と壁３１との間の隙間３２に減速材２２を充填する。計装管２内の空間２１には減速材２２は充填されていない。
【００４０】
実施例１のように空間２１に全て減速材２２を充填してしまうと、金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄごとに計装管２の径方向における中性子１１１の減速距離が異なることになる。金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄごとに入射する中性子１１１の減速状態が異なる場合は、炉心１０２位置での中性子束の比較を、ガンマ線検出器４でのガンマ線計数率から単純に推定することはできない可能性がある。
【００４１】
しかし、本実施例２によれば、金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄごとに計装管２の径方向における中性子１１１の減速材２２による減速距離が等しくなる。よって、炉心１０２位置での中性子束の比較を、ガンマ線検出器４でのガンマ線計数率から単純に推定することができる可能性を高めることができる。
【００４２】
その他、本実施例２によれば実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
なお、実施例１同様に、出入口２３（図２）を計装管２に設けて、減速材２２を入替え可能としてもよい。
また、減速材２２は、黒鉛やベリリウムなどの固体減速材を用いてもよい。
【００４３】
［実施例３］
図６は、計装管２の炉心１０２内蔵部分の拡大断面図である。本実施例３が実施例１と異なるのは、空間２１において、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの周囲部分のみに減速材２２を配置していることである。減速材２２として水を用いるときは、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの周囲に水を貯留する容器を配置して、この容器内に水を貯留するようにすることができる。この場合の容器は、極力、中性子１１１や即発ガンマ線１１２に遮蔽しないものを用いることが望ましい。
この場合も出入口２３（図２）を各容器に設けて、減速材２２を入替え可能としてもよい。
また、減速材２２は、黒鉛やベリリウムなどの固体減速材を用いてもよい。
【００４４】
本実施例３によれば、減速材２２を各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの周囲のみに配置したことにより、空間２１内には減速材２２が存在しない領域ができる。かかる領域では中性子１１１が減速されないので、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに中性子１１１が届きやすくなる。これにより、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄから即発ガンマ線１１２が発生し易くなる。
その他、本実施例３によれば実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４５】
［実施例４］
図７は、計装管２の炉心１０２内蔵部分の拡大断面図である。本実施例４が実施例１と異なるのは、段差部１２ｂ１，１２ｃ１，１２ｄ１に夫々配置された各金属含有板１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに形成された中央孔１１ｂ２，１１ｃ２，１１ｄ２の少なくとも一つには減速材４１（第２減速部材）が設けられていることである。各金属含有板１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは何れも円環状をなしているので、それぞれ中央孔１１ｂ２，１１ｃ２，１１ｄ２を有している。その中央孔１１ｂ２，１１ｃ２，１１ｄ２には、減速材４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ（以下、総括して減速材４１ともいう）がそれぞれ嵌め込まれている。この減速材４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは例えば円形の板状をなしている。減速材４１は、黒鉛やベリリウムなどの固体減速材を用いるのが望ましいが、所定の容器に入れられた水を用いてもよい。
【００４６】
ここで、一般に減速材は基本的に密度の小さい物質が使われる。一方，厳密ではないが密度の大きい物質ほどガンマ線に対する遮蔽効果が大きい傾向にある。このことから、著しく厚い場合を除けば、金属支持部材１２内の一部に減速材４１が存在していたとしても、大きなガンマ線遮蔽が起こることはない。特に、本実施例における即発ガンマ線１１２は高エネルギであることを主に想定していて、一般的に高エネルギのガンマ線ほど密度の小さい物質に遮蔽されにくい。
【００４７】
そこで、減速材４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを前記のように設けることで、金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを透過した中性子が減速材４１で減速／拡散又は反射され、再び金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに入射することを可能としている。これにより、さらに多くの即発ガンマ線１１２を発生させることが可能となる。
その他、本実施例４によれば実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
なお、実施例１同様に、出入口２３（図２）を計装管２に設けて、減速材２２を入替え可能としてもよい。
【００４８】
［実施例５］
図８は、計装管２の炉心１０２内蔵部分の拡大断面図である。本実施例５が実施例１と異なるのは、前記した実施例３及び実施例４の両方の特徴を備えていることにある。
すなわち、各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの周囲部分のみに減速材２２を配置している。また、各金属含有板１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの中央孔１１ｂ２，１１ｃ２，１１ｄ２に、減速材４１ｂ，４１ｃ，４１ｄがそれぞれ嵌め込まれている。
本実施例５によれば、実施例３及び実施例４で前記した特有の効果をそれぞれ奏することができる。
その他、本実施例５によれば実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４９】
［実施例６］
図９は、計装管２の炉心１０２内蔵部分の拡大断面図である。本実施例６が実施例１と異なるのは、計装管２の軸方向の複数位置にそれぞれ設けられた各金属含有板１１は、計装管２の軸方向から視て互いに重なる部分は最も上部格子板１０６側の１１ａを除いて互いに重ならない部分よりも薄い又は孔５１が形成されていることである。
すなわち、各金属含有板１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、計装管２の軸方向から視て互いに重なる部分１１ｂ３，１１ｃ３，１１ｄ３は互いに重ならない部分１１ｂ４，１１ｃ４，１１ｄ４よりも薄い又は孔５１が形成されている。
【００５０】
ここで、多少の遮蔽効果を許容するという観点から、金属支持部材１２内の即発ガンマ線１１２がガンマ線検出器４に向かって飛行する経路上に金属含有板１１が存在してもよい場合がある。これは高いエネルギの即発ガンマ線１１２が著しく遮蔽されないのであれば、遮蔽効果を考慮した上で即発ガンマ線１１２が発生する金属含有板１１よりも下方にある他の金属含有板１１が即発ガンマ線の経路上に存在しても良いということである。
【００５１】
そこで、図９の例では、円環状の金属含有板１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの内側にも金属含有板の部分１１ｂ３，１１ｃ３，１１ｄ３が存在する例を示している。金属含有板１１に含まれる金属と中性子１１１とが核反応を起こし、その下方に放出された即発ガンマ線１１２がその経路上に存在する金属含有板１１を透過している。このとき、上方の金属含有板１１で発生した即発ガンマ線１１２がガンマ線検出器４に入射するまでの経路上に存在する他の金属含有板１１の部分１１ｂ３，１１ｃ３，１１ｄ３は薄くする、穴５１（多数でもよい）の空いた構造とする他、メッシュ状とするなどの遮蔽効果を緩和する構造としている。すなわち、計装管２の軸方向に視て各金属含有板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの互いに重なり合う部分は、金属含有板１１ａを除いて、即発ガンマ線１１２や中性子１１１の遮蔽効果を緩和できれば、金属含有板１１が存在してもよいということである。
【００５２】
図９の例では、その重なり合う金属含有板１１の部分１１ｂ３，１１ｃ３，１１ｄ３を他の部分１１ｂ４，１１ｃ４，１１ｄ４より薄くしている。また、金属含有板１１ａと重なり合う金属含有板１１ｄの部分１１ｄ３は孔５１としている。これは、金属含有板１１ａで発生した即発ガンマ線１１２は、金属含有板１１ｂ，１１ｃの部分１１ｂ３，１１ｃ３を既に通過しているため、当該即発ガンマ線１１２のそれ以上の遮蔽を防止するためである。
【００５３】
本実施例６の構造とすることにより、即発ガンマ線１１２を放出する金属含有板１１の体積が増加するため、即発ガンマ線１１２の発生量は増加する。この増加した領域から発生した即発ガンマ線１１２も、当然、ガンマ線検出器４で計測する対象である。一例として、金属含有板１１ｃの部分１１ｃ２で発生し、その下方に放出された即発ガンマ線１１２が金属含有板１１ｄを透過している点を図９中に図示している。
【００５４】
なお、即発ガンマ線１１２の経路上に存在する金属含有板１１の部分１１ｂ３，１１ｃ３，１１ｄ３の厚さは、上方の金属含有板１１での即発ガンマ線１１２の発生量及びガンマ線検出器４での検出効率によって決まる。
また、本実施例６によれば、計装管２の軸方向に金属含有板１１が重なり合わないことによる作用効果を除き、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００５５】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００５６】
例えば、金属支持部材１２は、前記の各実施例では、径サイズの異なる円筒形状を重ね合わせたような形状で、その円筒形状は、上方であるほど径サイズが短い。しかし、これを上下逆にして、金属支持部材１２の円筒形状を、上方であるほど径サイズが長くなるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１      核計装装置
２      計装管
３      中性子検出部
４      ガンマ線検出器
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  金属含有板（金属部材）
１２    金属支持部材
２１    金属支持部材外空間
２２    減速材（第１減速材）
２３    出入口
２４    金属支持部材内空間
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  減速材（第２減速材）
１０１  原子炉
１０２  炉心
１０３  原子炉圧力容器
１０４  原子炉格納容器
１０６  上部格子板
１１１  中性子
１１２  即発ガンマ線（ガンマ線）
【図１】
2019120625.tif 000003
【図２】
2019120625.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019120625.tif 000006
【図５】
2019120625.tif 000007
【図６】
2019120625.tif 000008
【図７】
2019120625.tif 000009
【図８】
2019120625.tif 000010
【図９】
2019120625.tif 000011