(57)【要約】【課題】燃料棒内部にガスが存在していない場合であってもＦＰを含む水を充分に回収して、燃料集合体における損傷の発生の有無を効率良く判定することができる燃料集合体の損傷判定装置を提供する。【解決手段】水中の核分裂生成物を検出することにより、燃料集合体における原子燃料の損傷の有無を判定する燃料集合体の損傷判定装置であって、水面下に配置されて、内部に満たされた水の中に前記燃料集合体を収納する水中密閉容器と、水中密閉容器内の上部に気相部を形成させる気相部形成手段と、水中密閉容器内の水を回収する回収手段と、回収された水に含まれる核分裂生成物を検出する検出手段とを備えている燃料集合体の損傷判定装置。さらに、気相部形成手段により形成された気相部の圧力を飽和水蒸気圧に減圧する減圧手段を備えている燃料集合体の損傷判定装置。【選択図】図１
2015017877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の核分裂生成物を検出することにより、燃料集合体における原子燃料の損傷の有無を判定する燃料集合体の損傷判定装置であって、
水面下に配置されて、内部に満たされた水の中に前記燃料集合体を収納する水中密閉容器と、
前記水中密閉容器内の上部に気相部を形成させる気相部形成手段と、
前記水中密閉容器内の水を回収する回収手段と、
回収された水に含まれる核分裂生成物を検出する検出手段と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の損傷判定装置。
【請求項２】
さらに、前記気相部形成手段により形成された前記気相部の圧力を飽和水蒸気圧に減圧する減圧手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の損傷判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所で発電に使用される原子燃料の燃料集合体に発生した損傷を判定する燃料集合体の損傷判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示すように、原子燃料の燃料集合体を構成する燃料棒Ｆ１の内部には、複数の酸化ウラン（ＵＯ２）ペレットＦ３とプレナムスプリングＦ２および初期加圧のためのヘリウム（Ｈｅ）ガスが内包されており、発電時（照射時）にはＵＯ２ペレットの核分裂により発生する核分裂生成物（ＦＰ：Ｆｉｓｓｉｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）がＨｅガス雰囲気中に放出される。そして、この燃料棒が損傷すると、損傷箇所から燃料棒内部に水が浸入して、この水に水溶性のＦＰが溶解する。
【０００３】
このような損傷の発生を判定する装置として、従来より、燃料集合体の損傷判定装置（以下、「シッピング検査装置」ともいう）が用いられている。このシッピング検査装置は、水遮蔽を確保するために燃料をプール水面下に保持した状態で使用され、損傷が発生した燃料棒内部にガスが存在する場合、燃料棒の内外に差圧が生じると、ガス体積が膨張してＦＰが溶解した水が燃料棒の外に押し出されたり、ガス体積と損傷位置によってはＦＰを含むガスが燃料棒の外に放出されたりすることを利用して、損傷の発生の有無を判定する。
【０００４】
具体的には、ガスが放出される場合にはＦＰを含むガスの放射線を、ガスの放出がない場合には押出されたＦＰが溶解した水の放射線を検出することにより、損傷の発生の有無が判定される。
【０００５】
上記したシッピング検査装置には、損傷が発生した燃料棒からＦＰの放出を促す方法の相違により３種類の装置がある。
【０００６】
第１の検査装置は、原子燃料（燃料集合体）一体を水中に設けられた閉空間に収納し、燃料自身の崩壊熱もしくは外部ヒータ等を利用して燃料の温度を上昇させることにより、燃料棒内部のガス体積が膨張し損傷箇所からガスが放出されることを利用し、このガスを吸引して放射線を放射線検出器によって計測する検査装置である（例えば、特許文献１）。
【０００７】
第２の検査装置は、原子燃料を原子炉から使用済燃料ピットに移動するために数ｍ吊り上げた際の外圧と燃料棒の内圧の差が大きくなることを利用して、生じた差圧により放出されたガスを吸引して放射線を放射線検出器によって計測する検査装置である（例えば、特許文献２）。本検査装置の場合、燃料の保管条件によらず、吊り上げ高さに応じた差圧を生じさせることができる。
【０００８】
第３の検査装置は、原子燃料を水中の密閉空間に収納し、その内部に窒素等のガスを圧入して気相部を形成した後、真空ポンプで吸引してこの気相部を減圧することで、原子燃料周辺の外圧を低下させて相対的に燃料棒の内圧を大きくし、その結果放出されたガスや水を吸引して放射線を放射線検出器によって計測する検査装置である（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公平２−２０７１８号公報
【特許文献２】特開平７−１６７９８３号公報
【特許文献３】特公昭５８−５３７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した各検査装置は、いずれも燃料棒の内外に差圧を発生させることにより燃料棒内部のガスを膨張させてＦＰを含むガスや水を回収するものであり、燃料棒内部にガスが存在しない場合には差圧が生じたとしても燃料棒内に膨張するものが無いため、ＦＰを含むガスや水を回収することができず、損傷を判定することができないという問題があった。
【００１１】
具体的な例を挙げると、燃料が常に直立した状態で保持されている場合には、燃料棒内において損傷穴位置より上部に溜まったガスは長期に亘り存在しているが、燃料棒を横に寝かせて移動させた場合などには、損傷穴の位置によっては損傷穴から大半のガスが放出されてしまう可能性があった。
【００１２】
また、上記した各装置を用いて燃料集合体単位で損傷の有無を判定することに替えて、燃料棒内部に水が侵入している場合としていない場合とでは超音波の伝わり方が違うことを利用して、燃料棒単位で損傷の有無を判定する技術もある（特公平５−８４４７５号公報）が、損傷した燃料集合体を特定するために燃料集合体を構成する全ての燃料棒を１本ずつ検査すると、検査を完了するまで非常に長い時間を要するという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、燃料棒内部にガスが存在していない場合であってもＦＰを含む水を充分に回収して、燃料集合体における損傷の発生の有無を効率良く判定することができる燃料集合体の損傷判定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、燃料周辺の水を取り除いて損傷部を空気中に露出させることができれば、空気が損傷部より燃料棒内に流入すると共に、損傷部より上に位置する燃料棒内の水が重力によって損傷部から外へ流れ出すため、燃料棒内部にガスが存在していない場合であってもＦＰを含む水を確実に回収することができると思い至った。
【００１５】
しかし、燃料集合体の全体を空気中に引き上げた場合には水遮蔽が失われてしまう。そこで、本発明者は、水中に密閉容器を用意し、この容器中に燃料を格納したうえで容器内の水を排出して燃料を空気中に露出させれば、水遮蔽を確保したままＦＰを含む水を確実に回収することができると考え、本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち、水中密閉容器を水面下に配置し、内部に水を満たした水中密閉容器に燃料集合体を収納する。そして、気相部形成手段により、水中密閉容器内の上部に気相部を形成する。燃料棒の損傷部が水中密閉容器の気相部に露出すると、空気が損傷部より燃料棒内に流入すると共に、損傷部より上に位置する燃料棒内の水が重力によって損傷部から外へ流れ出すため、回収手段により、ＦＰを含む水を確実に回収することができる。そして、回収した水を検査することにより、燃料棒内部にガスが存在していない場合であっても、燃料集合体における損傷の発生の有無を効率良く判定することができる。
【００１７】
即ち、請求項１に記載の発明は、
水中の核分裂生成物を検出することにより、燃料集合体における原子燃料の損傷の有無を判定する燃料集合体の損傷判定装置であって、
水面下に配置されて、内部に満たされた水の中に前記燃料集合体を収納する水中密閉容器と、
前記水中密閉容器内の上部に気相部を形成させる気相部形成手段と、
前記水中密閉容器内の水を回収する回収手段と、
回収された水に含まれる核分裂生成物を検出する検出手段と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の損傷判定装置である。
【００１８】
次に、上記の損傷判定装置は、損傷部が気中に露出している場合には、ＦＰを含む水を回収して損傷を判定することができるものの、損傷部が水中にある場合には燃料棒内のＦＰを含む水が外部に放出されないため、損傷を判定することができない。
【００１９】
即ち、損傷部が水中に沈んだ状況において、燃料棒の周囲に気相部が形成されて燃料棒内の水が重力により外に放出された場合、水は膨張しないこと、また、放出された水に替わって燃料棒内に入ってくる空気がないことから、燃料棒内において水が放出された後の空間は真空状態となる。その後、この空間は燃料棒内の水の蒸発により水温に応じた飽和水蒸気圧に等しい圧力になろうとする。
【００２０】
しかし、容器内の水には飽和水蒸気圧に比べて高い大気圧が加わっているため、上記空間は形成されたとしても、すぐに潰されて存在することができない。このため、損傷部が水中にある場合には燃料棒内のＦＰを含む水が外部に放出されないため、損傷を判定することができない。
【００２１】
本発明者は、前記の通り容器内の水には飽和水蒸気圧に比べて高い大気圧が加わっているため、上記空間は形成されたとしても、すぐに潰されて存在することができないが、燃料棒の周囲に形成された気相部の圧力を、前記した飽和水蒸気圧に減圧させれば、燃料棒の内外における圧力差がなくなるため、前記空間が潰れることなく維持されると考えるに至った。そして、このような空間が維持されることにより、燃料棒内の水が水圧の差により周辺の水位と同じ高さに低下するまで外に排出される。このため、損傷部が水中にあっても、燃料棒内のＦＰが溶解した水を回収することができる。そして、回収した水を検査することにより、燃料棒内部にガスが存在しておらず、かつ損傷部が水中にある場合であっても、燃料集合体における損傷の発生の有無を効率良く判定することができる。
【００２２】
即ち、請求項２に記載の発明は、
さらに、前記気相部形成手段により形成された前記気相部の圧力を飽和水蒸気圧に減圧する減圧手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の損傷判定装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料棒内部にガスが存在していない場合であってもＦＰを含む水を充分に回収して、燃料集合体における損傷の発生の有無を効率良く判定することができる燃料集合体の損傷判定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシッピング検査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るシッピング検査装置を用いた検査方法を説明する図である。
【図３】本発明の他の一実施の形態に係るシッピング検査装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の他の一実施の形態に係るシッピング検査装置を用いた検査方法を説明する図である。
【図５】燃料棒の構成を示す図である。
【００２５】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照して説明する。
【００２６】
以下に説明する第１の実施の形態は、燃料集合体を構成する燃料棒の損傷部が、気相部形成手段により形成された気相部にある場合の実施の形態であり、以下に説明する第２の実施の形態は、燃料集合体を構成する燃料棒の損傷部が、水中にある場合の実施の形態である。
【００２７】
（第１の実施の形態）
上記した通り第１の実施の形態は、燃料集合体を構成する燃料棒の損傷部が、気相部形成手段により形成された気相部にある場合の実施の形態である。
【００２８】
１．シッピング検査装置の構成
はじめに本実施の形態のシッピング検査装置の構成について説明する。図１は本実施の形態に係るシッピング検査装置の構成を示す図である。但し、ＦＰ検出手段などは図示していない。図１に示すように、本実施の形態のシッピング検査装置１は、水中密閉容器１１と、水中密閉容器１１内に水中密閉容器内の気相部Ａｆを形成させる気相部形成手段２とを備えている。
【００２９】
水中密閉容器１１には最初水が満たされており（図１は、気相部形成手段２が水中密閉容器内の気相部Ａｆを形成した状態を示している）、燃料集合体Ｆを直立状態で収納することができる。
【００３０】
気相部形成手段２は、一端が水中密閉容器１１に連結され、水中密閉容器１１内の水Ｗを排水する排水ライン２１と、一端が水中密閉容器１１に連結され、他端が外気中に位置し、水中密閉容器１１内に空気を供給する吸気ライン２２とを備えている。排水ライン２１は、水中密閉容器１１内の水を回収（サンプリング）する回収手段を兼ねており、ポンプ２１ａと弁２１ｂが設けられている。また、吸気ライン２２には弁２２ａが設けられている。
【００３１】
２．シッピング検査装置の操作手順
（１）ステップ１（水中密閉容器内の水位低下）
次に、シッピング検査装置の操作手順について説明する。まず、ステップ１で水中密閉容器１１内の水Ｗの水位を所定の水位まで低下させて水中密閉容器内の気相部Ａｆを形成する。具体的には、弁２１ｂおよび２２ａを開にし、ポンプ２１ａを作動させる。このとき、水中密閉容器１１内の水Ｗが排水されると同時に、吸気ライン２２により排水された水中密閉容器１１内の水Ｗと同体積の空気が水中密閉容器１１内に供給され、水中密閉容器１１内の水位が低下する。
【００３２】
これにより、水中密閉容器１１内の上部に水中密閉容器内の気相部Ａｆを形成させて燃料集合体の一部を気中に露出させる。水中密閉容器内の気相部Ａｆを形成した後は、ポンプ２１ａを停止させ、弁２１ｂ、２２ａを閉にする。
【００３３】
図２は本実施の形態のシッピング検査装置１による検査方法を説明する図であって、水中密閉容器１１内に水中密閉容器内の気相部Ａｆが形成された後の水中密閉容器１１内の状態を模式的に示す図である。図２に示すように、損傷穴Ｆｈが気相部１１に露出している場合、損傷穴Ｆｈより上側の燃料集合体Ｆの燃料棒内の水Ｆｗは、水中密閉容器１１内に放出されると共に、水中密閉容器１１内の空気が損傷穴Ｆｈを通って燃料棒内に導入される。
【００３４】
（２）ステップ２（水の回収と検査）
次に、ステップ２で、図１に示すように、弁２１ｂ、２２ａを開にし、ポンプ２１ａを作動させて水中密閉容器１１内の水Ｗ、即ち燃料集合体Ｆの燃料棒内の水Ｆｗを含んだ水を回収（サンプリング）し、図示しないＦＰ検出手段を用いて検査する。
【００３５】
本実施の形態では、水位低下によって水中密閉容器内の気相部Ａｆに露出させた部分について損傷の有無を判定することができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
上記した通り第２の実施の形態は、燃料集合体を構成する燃料棒の損傷部が、水中にある場合の実施の形態である。
【００３７】
１．シッピング検査装置の構成
本実施の形態のシッピング検査装置は、基本的な構成は第１の実施の形態のシッピング検査装置と同じであるが、水中密閉容器１１内の圧力を飽和水蒸気圧にまで減圧する減圧手段を備えている点で相違している。
【００３８】
図３は本実施の形態のシッピング検査装置の構成の一部を示す図である。本実施の形態のシッピング検査装置１は、減圧手段、即ち排気ライン３を備えており、排気ライン３には減圧用の真空ポンプ３ａとバルブ３ｂとが設けられている。
【００３９】
排気ライン３は、一端が水中密閉容器１１の上部に連結され、他端が外気中に位置し、気相部形成手段２によって形成された水中密閉容器内の気相部Ａｆの空気を排気して水中密閉容器１１内の圧力を飽和水蒸気圧にまで減圧できるようになっている。なお、本実施の形態においては、飽和水蒸気圧まで減圧するとして説明する。
【００４０】
２．シッピング検査装置の操作手順
（１）ステップ１（水中密閉容器内の水位低下）
ステップ１は、第１の実施の形態と同じ手順で水中密閉容器１１内の水Ｗの水位を低下させ、水中密閉容器１１内の上部に水中密閉容器内の気相部Ａｆを形成させる。
【００４１】
（２）ステップ２（水中密閉容器内の減圧）
次に、ステップ２で弁２１ｂ、２２ａを閉にし、弁３ｂを開にして、真空ポンプ３ａを作動させ、水中密閉容器内の気相部Ａｆの空気を排気して水中密閉容器１１内の圧力を飽和水蒸気圧にまで減圧する。
【００４２】
図４は本実施の形態のシッピング検査装置１による検査方法を説明する図であって、真空密閉容器１１内を減圧したことによって生じる現象を模式的に示す図である。前記のように、燃料棒の周囲を飽和水蒸気圧まで減圧した場合、内外の蒸気圧が同じになるため、燃料集合体Ｆの燃料棒内の水Ｆｗは、水圧の差により周辺の水位と同じ高さに低下するまで損傷穴Ｆｈから外に放出されて、燃料棒内上部に燃料棒内の空間Ｆａが形成され、放出された水が水中密閉容器１１内に溜まる。
【００４３】
（３）ステップ３（水の回収と検査）
次に、ステップ３で、図３に示すように、その後、弁２１ｂを開にしてポンプ２１ａを作動させ、水中密閉容器１１内の水Ｗ、即ち燃料集合体Ｆの燃料棒内の水Ｆｗを含んだ水を回収（サンプリング）し、ＦＰ検出手段を用いて検査する。
【００４４】
このように、本実施の形態においては、損傷部（損傷穴Ｆｈ）が水面より低い位置であっても燃料棒内の水Ｆｗを回収して、検査することができる。
【００４５】
以上説明したところから明らかなように、第１の実施の形態および第２の実施の形態の燃料集合体の損傷判定装置によれば、燃料棒内部にガスが存在しない満水の場合においても燃料集合体の損傷の有無を判定することが可能であり、燃料集合体単位で効率良く判定することができる。
【００４６】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１                      シッピング検査装置
２                      気相部形成手段
３                      減圧手段
３ａ                    真空ポンプ
３ｂ、２１ｂ、２２ａ    弁
１１                    水中密閉容器
２１                    排水ライン
２１ａ                  ポンプ
２２                    吸気ライン
Ａｆ                    水中密閉容器内の気相部
Ｆ                      燃料集合体
Ｆ１                    燃料棒
Ｆ２                    プレナムスプリング
Ｆ３                    ＵＯ２ペレット
Ｆａ                    燃料棒内の空間
Ｆｈ                    損傷穴
Ｆｗ                    燃料棒内の水
Ｗ                      水中密閉容器内の水
【図１】
2015017877.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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