(57)【要約】本発明は、放射性物質を検出するための方法および装置の開発分野に属する。非破壊検査装置は、ガンマ線防護および中性子増殖の機能を有する鉛で形成される内筒と、中性子熱化の機能を有するポリエチレンで形成される外筒との、同軸に配置された２つの筒体を備える。カドミウムフィルターを有する１５個のヘリウム３計数管は、外筒の母線と平行に配され、平面視で円形を形成するように、外筒の壁に等間隔で組み込まれる。１４ＭｅＶの等方性重水素‐三重水素中性子源は、外筒の母線に垂直となるように、外筒の壁に装着される。内筒の底部には、軸に沿った垂直移動が可能な台座が装着される。構造材料を収容する容器が装置に搭載される前にガンマ走査が容器に対して行われる。次いで、構造材料の質量中心がヘリウム３計数管に対向するように、容器は移動可能な台座によって内筒の内部に配置される。このような非破壊検査装置により、核分裂性物質検出の精度および速度が向上する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレン容器に装着される、カドミウムフィルターを有するヘリウム３計数管とパルス中性子源とによって、密閉容器内における低濃度の核分裂性物質の非破壊検査装置であって、
ガンマ線防護および中性子増殖の機能を有する鉛で形成される内筒と、中性子熱化の機能を有するポリエチレンで形成される外筒の２つの筒体を、同軸上に備え、
前記内筒の底部には、軸に沿った垂直移動が可能な台座が装着され、
前記台座は、ガンマ走査があらかじめ行われた容器に収容される構造材料の質量中心が、前記ヘリウム３計数管に対向するように、前記容器を前記内筒の内部に配置する
ことを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記カドミウムフィルターを有する前記ヘリウム３計数管の数は、１５個であり、
前記ヘリウム３計数管は、前記外筒の母線に平行に配され、平面視で円形を形成するように、前記外筒の壁に等間隔で組み込まれる
ことを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質を検出するための方法および装置の開発に関する技術分野に属し、特に、核分裂性物質を迅速に検出するための装置の開発に関する。本発明は、使用済燃料集合体の構造材料の処理時に、金属基材が含有する核分裂性物質の非破壊検査に利用される。
【背景技術】
【０００２】
構造材料中の核分裂性物質の含有量の、有効な（operative）非破壊検査装置は、アクティブ中性子制御方法に基づく分析機器である。使用済核燃料の再処理のために開発された技術では、主要な測定パラメータの一つは、使用済燃料集合体の破壊された構造材料中の核分裂性物質の含有量である。これにより、構造材料中の核分裂性物質の含有量が０．００１重量％を超える場合は、アクチニドを抽出する追加操作が必要となる。
【０００３】
使用済燃料集合体の構造材料の特徴は、誘導放射能により生じるバックグラウンドガンマ線である。従来の放射分析方法に基づく測定では、この特徴により重大な誤差が生じ、保持容器内での材料の不均一な配置もまた測定精度に悪影響を及ぼす。
【０００４】
したがって、使用済燃料集合体の構造材料の後処理や利用を決定するには、濃度が０．００１質量％である核分裂性物質の含有量を、有効に管理できる確実な方法が必要である。この方法であれば、バックグラウンドガンマ線および材料の空間的配置に影響されることはない。
【０００５】
現存する利用可能な技術的解決策の主な目的は、技術的応用ではなく、環境管理に係る問題の解決および核物質の不正取引の規制である。
【０００６】
特許文献１は、ＤＤ反応により２．５ＭｅＶの中性子を生成する中性子源と、検出部と、処理部とを備える核物質検出装置を提案する。この検出装置の目的は、密閉容器内で遮蔽材料（鉄）に覆われた核物質（ウラン２３５およびプルトニウム２３９）の含有量を、移動プラットフォーム（トラック）を用いて検出することである。
【０００７】
上記核物質検出において重要なことは、２．５ＭｅＶのパルス中性子源が１台の自動車に搭載され、検出部および処理部は別の１台の自動車に搭載されることである。中性子源および検出部が検査対象の容器に隣接して配置されるように、これら自動車は容器の近くに停止する。そして、中性子源が作動し、検出部がパルスモードで中性子測定を行う。
【０００８】
中性子源のパルスの周波数を１０Ｈｚにして測定した結果、１０分間当たりで１ｋｇのウラン２３５が検出された。
【０００９】
この装置の欠点は、ガンマ線から検出部を十分に防護できないことと、中性子源としてＤＤ中性子源を用いるので、核分裂性物質の最小検出可能質量が大きくなって、その物自体のバックグラウンド中性子と比較すると、プルトニウム２３９の信号レベルがきわめて低いことである（図１）。
【００１０】
特許文献２は、鞄、旅客手荷物、貨物や輸送手段に隠された少量の特殊核物質の検出方法を開示する。当該方法は、輸送容器を走査するための二重エネルギーラジオグラフィーシステム（system of two-energy radiography）を使用して行われる。その結果、ガンマ線量子が通過すると、物質の原子番号Ｚに依存して異なる減衰が生じる。
【００１１】
したがってこの検出方法によれば、物体の中で、原子番号が大きく密度が高い物質が含まれる領域を局在化することができる。
【００１２】
本発明の課題を解決する上での上記検出方法の欠点は、アクチニドの応答を原子番号Ｚが大きな他の物質から分離できないことと、構造材料および保持容器中に鉄原子が存在する場合にも分離できないことである。したがって、構造材料内部の少量の核分裂性物質を検出することは困難である。
【００１３】
特許文献３は、土壌の適切な区域または税関検査場を通過する手荷物に対して、高速中性子（１ＭｅＶ以上のエネルギーを有する）または熱中性子のパルス流または間欠流を照射し、中性子計数管によって、強制核分裂から生じる遅発中性子を検出することにより核分裂性物質を検出する方法を開示する。
【００１４】
ウラン２３５およびプルトニウム２３９を検出するには、これらと断面積が等しい熱中性子、すなわち断面積が５８６バーンの熱中性子および７４８バーンの熱中性子による核分裂過程が用いられる。ウラン２３８およびプルトニウム２３８を検出するには、高速中性子の直接束（direct flux）を照射しなければならない。
【００１５】
上記検出方法のプルトニウム２３９に対する感度は、０．０００１％に達する。上記検出方法の欠点は、使用済燃料集合体の構造材料の特徴である、強力なガンマ線源であるコバルト６０およびマンガン５４が存在する場合での使用を想定していないことである。
【００１６】
航空旅客手荷物に対する核分裂性物質の検査装置が知られている（非特許文献１）。この文献には、核分裂性物質の不正輸送を規制する各種方法も記載されており、課題を解決するため微分減衰方法（method of differential attenuation）が選択されている。
【００１７】
上記検査装置の主な構成要素は、有機ガラスからなる測定室である。この測定室に検査対象物が配置される。測定室の底部には、ＩＮＧが埋め込まれる。測定室の外側には、核分裂の中性子を検出する検出器（ヘリウム３計数管）が配置される。内部には、体積中の熱中性子の照射野を制御する複数の検出器が配置される（これにより、手荷物中の中性子吸収材を検出できる）。検出器からの信号は、時間分析器（time analyzer）に供給され、そしてコンピュータ上で処理される。その結果、この検査装置では５秒間で５ｇのウラン２３５を検出できる。
【００１８】
この検査装置の欠点としては、測定室の寸法が小さいことと、構造材料の誘導放射能により生じる高いバックグラウンドガンマ線に対して構造的に不適合であることが挙げられる。
【００１９】
上記検査装置とは別に、中性子源として各種の核分裂性放射性核種が用いられるアクティブ制御装置の使用が考慮されるべきである。このような装置は、国内外の企業によって開発されてきた。例えば、アクティブウェル型同時計数装置（ＡＷＣＣ）では、放射線源として２つのＡｍＬｉ源が使用される。
【００２０】
中性子同時計数技術は、アクティブモードとパッシブモードの両方で使用される。この装置がアクティブモードで検出可能なウラン２３５の最小質量は、約１ｇである。このようなアクティブ制御装置の欠点としては、使用する検出器の数が多いことと、測定室の寸法が小さいことが挙げられる。
【００２１】
本発明に最も類似する技術は、容器内の核分裂性物質の質量を対象とするアクティブ中性子制御装置である（非特許文献２）。この文献では、平行六面体状のポリエチレン容器の壁に、カドミウムフィルターを有する８個のヘリウム３計数管が組み込まれたアクティブ中性子制御装置が提案されている。
【００２２】
活性化物質は、パルス重水素‐三重水素中性子源ＩＮＧ‐０７Ｔである。設計上の欠点として、信号検出効率が測定容器内の核分裂性物質の位置に依存することと、同位体であるコバルト６０およびマンガン５４の誘導放射能により生じるバックグラウンドガンマ線が重大な誤差を生じさせることが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】ロシア特許第２５８９２６９号明細書
【特許文献２】ロシア特許第２３４９９０６号明細書
【特許文献３】ロシア特許出願番号第９４０２０２２７号明細書
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ｙｅ．Ｐ．Ｂｏｇｏｌｕｂｏｖ、Ｓ．Ａ．Ｋｏｒｏｔｋｏｖ、Ｌ．Ａ．Ｋｏｒｙｔｋｏ、「パルス中性子源に基づいた、手荷物から核分裂性物質を検出するための方法およびシステム」、Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ロシア連邦、２００４年、第２１３巻、ｐ．４３９−４４４
【非特許文献２】Ｖ．Ｆ．Ｂａｔｙａｅｖ、Ｏ．Ｖ．Ｂｏｃｈｋａｒｅｖ、Ｓ．Ｖ．Ｓｋｌｙａｒｏｖ、「中性子ダイアウェイ時間差分析法による核分裂性物質の検出」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、シンガポール、２０１４年、第２７巻、ｐ．１４６０１３０−１−１４６０１３０−８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明者らは、強力なバックグラウンドガンマ線の条件下で動作可能であって、使用済燃料集合体の構造材料に含まれる少量（０．００１質量％）の核分裂性物質を、収容容器内の構造材料の空間的配置に影響されることなく検出する装置を開発するという課題に直面した。
【００２６】
本発明は、核分裂性物質を検出する精度および速度を（パッシブ中性子制御方法と比較して）高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明に係る非破壊検査装置は、ポリエチレン容器に装着される、カドミウムフィルターを有するヘリウム３計数管とパルス中性子源とによって、密閉容器内における低濃度の核分裂性物質の非破壊検査装置であって、ガンマ線防護および中性子増殖の機能を有する鉛で形成される内筒と、中性子熱化の機能を有するポリエチレンで形成される外筒の２つの筒体を、同軸上に備え、前記内筒の底部には、軸に沿った垂直移動が可能な台座（pedestal）が装着され、前記台座は、ガンマ走査があらかじめ行われた容器に収容される構造材料の質量中心が、前記ヘリウム３計数管に対向するように、前記容器を前記内筒の内部に配置することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】特許文献１に係る核物質検出装置により検出されるプルトニウム２３９の信号レベルと、使用済燃料集合体自体のバックグラウンド成分との測定結果を示すグラフである。
【図２】収容容器内の核分裂性物質の位置によって、ヘリウム３計数管の応答に与える影響を示すグラフである。
【図３】非破壊検査装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ガンマ線防護および中性子増殖の機能を有する鉛で形成される内筒と、中性子熱化の機能を有するポリエチレンで形成される外筒との、同軸に配置された２つの筒体を、本発明の設計の基礎とすることにより、上記技術的効果が得られる。
【００３０】
カドミウムフィルターを有する１５個のヘリウム３計数管は、外筒の壁に、その母線に平行かつ等間隔に、平面視で円を形成するように配される。１４ＭｅＶのパルス等方性重水素‐三重水素中性子源(pulsed isotropic deuterium-tritium 14 MeV neutron generator)が、外筒の壁に外筒の母線に垂直となるように装着される。
【００３１】
内筒の底部には、軸に沿った垂直移動が可能な台座が設けられる。この装置の概略を図３に示す。
【００３２】
構造材料を収容する容器が装置に搭載される前に、構造材料の質量中心を求めるためにガンマ走査が容器に対して行われる。次いで、構造材料の質量中心が検出器に対向するように、容器は軸方向に移動可能な台座によって内筒の内部に配置される。
【００３３】
本発明の技術的解決策は、カドミウムフィルターを有するヘリウム３計数管と、１４ＭｅＶのパルス重水素‐三重水素中性子源と、ガンマ線防護および中性子増幅の機能を有する鉛からなる内筒との組み合わせを用いた中性子微分減衰方法に基づく。
【００３４】
収容容器に対してあらかじめガンマ走査を行うことおよび移動可能な台座を設けることによって、中性子源と検出器の間で構造材料の質量中心を正確に位置決めできるので、高い信号検出率を達成できる。
【００３５】
収容容器内の核分裂性物質の位置が、ヘリウム３計数管の応答に与える影響を、図２に示す。
【００３６】
上記構成により、３倍のバックグラウンド誤差を超えて信号レベルが１２倍上昇し、プルトニウム２３９の含有量を直接的かつ明確に検出でき、他のアクチニドを公知の比Ｐｕ：Ａｍで間接的に検出できる。これは、検出結果が試料の空間的配置およびガンマ照射の影響を受けないことによるものである。
【００３７】
さらに、上記検出装置はパッシブモードでの動作、すなわち、キュリウム含有量の検出が可能である。よって、プルトニウム２３９とともにキュリウム２４２およびキュリウム２４４の含有量が分かるので、ＭPu239／（ＭCm242＋ＭCm244）の比を求めることができる。これにより、使用済燃料集合体の構造材料および燃料要素に含まれる他のアクチニドの質量を確実に推定することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2021512278.tif 000005
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