(57)【要約】    【課題】  構造の欠陥及び欠陥の大きさを検知できる後方散乱中性子非破壊検知装置を提供する。【解決手段】  本考案は、検知装置と核装置モジュールシステム及び速度制御クレーン部品により、中性子放射線で、使用ずみ核燃料貯蔵フレームについて非破壊検知を行い、その中に存在するホウ素シートの分布及び劣化程度を検知する。【選択図】図１
0003113245.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
中性子放射線を発射する中性子放射線源と、
後方散乱の熱中性子放射線を検知する少なくとも一つ以上の三フッ化ホウ素（BF3）中性子検知機と、
当該BF3中性子検知機が出力した信号を増幅する及少なくとも一つ以上の前置増幅器と、
当該BF3中性子検知機に被測定物からでない後方散乱の中性子放射線を直接に照射しないための少なくとも一つ以上の遮蔽ホウ素板と、
が含有されることを特徴とする後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項２】
当該中性子放射線源は、Cf-２５２放射核種であり、放射活度が、少なくとも２０mCi以上であることを特徴とする請求項１に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項３】
当該中性子放射線源と当該BF3中性子検知機の有効作用域は、同一の水平高さにあることを特徴とする請求項１に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項４】
当該BF3中性子検知機は、棒形状であり、その有効作用域の長さが２.５センチメートルであることを特徴とする請求項１に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項５】
両端面がある連続壁である壁体と、
当該壁体の一端面を覆う蓋板と、
当該壁体のもう一端面を覆うガイドヘッドと、
頂端に固定座があり、当該ガイドヘッドが当該壁体と接続する一端面を覆うプラグ座と、が含有され、
当該壁体と、当該蓋板と、当該ガイドヘッドとは、互に密接して、チャンバーを形成し、
当該中性子放射線源は、当該プラグ座の固定座に設置され、
当該中性子放射線源と、当該BF3中性子検知機と、当該前置増幅器と、当該遮蔽ホウ素板とは、当該チャンバーの中に位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項６】
当該遮蔽ホウ素板は、当該ガイドヘッドの上方に位置するガイド溝に挿入され、当該ガイド溝は、十文字形状であることを特徴とする請求項５に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項７】
当該チャンバーの中には、夫々に、異なる方向へ向かう当該BF3中性子検知機と、当該前置増幅器と、当該遮蔽ホウ素板とからなる四組の組み立て体があることを特徴とする請求項５に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項８】
当該チャンバーにおいて、当該蓋板の四隅には、総計が八つの銅接続棒が平均的に分散され、当該ガイドヘッド上のねじ部に螺合され、Ｏリングで当該プラグ座と当該ガイドヘッドを密接させることにより防水になることを特徴とする請求項５に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項９】
当該検知装置は、防水同軸ケーブル継手により、露出した信号線が接続されることを特徴とする請求項５に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【請求項１０】
当該検知装置は、封止防水であることを特徴とする請求項５に記載の後方散乱中性子非破壊検知装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、検知装置に関し、特に、中性子放射線で非破壊検知を行い、中性子吸収物（例えば、ホウ素元素）や原子番号の低い物質（例えば、石油や水）の存在分布を検知し、原子エネルギー工業に適用する場合、検知原子力発電所において使用ずみ核燃料貯蔵フレームの壁体に存在するホウ素中性子吸収物の完全性を検知し、欠陥の大きさについて定量的に測定できるため、燃料水池の底部作業や高放射環境に利用できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
米特許第2,948,810号に記載されているのは、泥土構造にある酸素濃度の差異を記録する記録システムであり、高エネルギー中性子放射線源と、当該放射線源を壁穴に沿って案内して当該壁穴に隣接する構造に対して高エネルギー中性子を衝撃させる補助装置と、当該放射線源と隔離され当該構造により遅延される放射線を検知する装置と、記録器を有する、当該延遲放射線の強度及び壁穴での位置を記録する装置と、が含有される。また、当該泥土構造にある酸素濃度の差異を記録システムに記載されているのは、測定方法であり、当該中性子放射線源を壁穴に沿って移動させ当該壁穴に隣接する構造に対して、高エネルギー中性子を衝撃させ、当該高エネルギー中性子衝撃を中止した後、ガンマ放射線（gamma radiation）を検知し、検知したガンマ放射線の放射時間やエネルギー及び壁穴での位置を記録する測定方法である。これにより、検知した数値により、当該構造にある酸素濃度が算出される。
【０００３】
また、米特許第3,035,174号に記載されるのは、壁穴のデータを記録するシステムであり、基本上ガンマ放射線のない中性子放射線源と、当該放射線源と隔離されるガンマ放射線検知装置と、当該放射線源の中性子を隔離して直接に当該検知装置に照射しないための隔離装置と、当該検知装置を当該壁穴に沿って移動させ当該放射線源をその後を追随するようにして、中性子衝撃が中止された後の延遲ガンマ放射線を検知する装置と、当該放射線源が発射した中性子と反応して発生したアルミニウム−２８の幅射に対応する信号を発生する、当該検知装置に接続されるエネルギー識別装置と、当該放射線源が発射した中性子と反応して発生したナトリウム−２４の幅射に対応する信号を発生する、当該検知装置に接続されるエネルギー識別装置と、当該検知装置が検知した信号比率及び壁穴での位置を記録する記録装置とが含有されるシステムである。また、当該システムは、壁穴が貫通する構造のデータを記録でき、それは、高エネルギー中性子放射線を当該壁穴に沿って異なる構造である土壌に対して中性子衝撃を行い、当該構造材のアルミニウム原子にある中性子作用によって変化があった第１組の原子核と、当該構造材のシリコン原子にある中性子作用によって変化があった第２組の原子核とが、発生され、ガンマ放射線検知装置を内蔵する装置により、夫々当該第１組と当該第２組からの延遲ガンマ放射線を検知して、別々に当該延遲ガンマ放射線の強度及び壁穴での位置を記録するシステムである。これにより、記録したデータにより、土壌構造の特性が分かる。
【０００４】
しかしながら、上記の装置に使用される方法は、中性子放射線を発射した後、ガンマ検知機で発生した延遲ガンマ放射線を測定できるが、泥土構造中の元素成分しか検知できず、構造の欠陥を検知するものではないため、欠陥の大きさが分からないし、水池の底部や高放射環境下で使用されるものでもない。故に、実用上、不足なところがある。
【特許文献１】米特許第2,948,810号公報
【特許文献２】米特許第3,035,174号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案の主な目的は、構造の欠陥及び欠陥の大きさを検知できる後方散乱中性子非破壊検知装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の後方散乱中性子非破壊検知装置は、中性子放射線を発射する中性子放射線源と、後方散乱の熱中性子放射線を検知する少なくとも一つ以上の三フッ化ホウ素（BF3）中性子検知機と、当該BF3中性子検知機が出力した信号を増幅する及少なくとも一つ以上の前置増幅器と、当該BF3中性子検知機に被測定物からでない後方散乱の中性子放射線を直接に照射しないための少なくとも一つ以上の遮蔽ホウ素板と、が含有されることを特徴とする。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１と図２Ａ〜Ｃは、本考案の検知装置とその各素子の組み立て図や本考案のチャンバーの蓋板の上面概念図、本考案のチャンバーのガイドヘッドの上面と正面概念図及び本考案の固定座にある中性子放射線源とプラグ座との組み立てと上面概念図である。図のように、本考案の検知装置は、後方散乱中性子非破壊検知装置であり、中性子放射線源１０８と、BF3中性子検知機１０１と前置増幅器１０２と遮蔽ホウ素板１１０とからなる四組の組み立て体とが含有される。当該中性子放射線源１０８は、Cf-２５２放射核種であり、放射活度が、少なくとも２０mCi以上であり、当該中性子放射線源１０８と当該中性子検知機１０１との有効作用域は、同一の水平高さにあり、当該中性子検知機１０１は、棒形状であり、その有効作用域の長さが、２.５センチメートルである。
【０００８】
本考案の検知装置１は、更にチャンバー１０が含有され、当該チャンバー１０には、両端面と閉鎖連続壁とがある壁体１０４と、当該壁体１０４の上端面を覆う蓋板１０３と、当該壁体１０４の下端面を覆うガイドヘッド１０５と、頂端に固定座１０６があり螺合により緊密的に当該ガイドヘッド１０５の底部端面を覆うプラグ座１０７と、があり、当該プラグ座は、Ｏリング１００で当該ガイドヘッド１０５との密接により防水になり、当該中性子放射線源１０８は、当該プラグ座１０７の固定座１０６上に設置され、当該中性子放射線源１０８と、当該当該中性子検知機１０１と当該前置増幅器１０２と当該遮蔽ホウ素板１１０とからなる四組の組み立て体は、当該チャンバー１０内に位置し、当該遮蔽ホウ素板１１０は、当該ガイドヘッド１０５の上方に位置するガイド溝１１４に挿入され、当該ガイド溝１１４は、十文字形状であり、当該蓋板１０３の四隅には、総計が八つの銅接続棒１０９が平均的に分散され、当該接続棒１０９は、当該ガイドヘッド１０５上のねじ部１１３に螺合され、当該壁体１０４を接続することに供し、当該蓋板１０３と当該ガイドヘッド１０５とは、封止チャンバーを形成し、また、当該壁体１０４がジルコニウム合金であるが、残りの部品は、全てがアルミニウム材である。これにより、当該中性子放射線源が中性子放射線を発生し、近くの水域で速度が落とされて熱中性子になってから、一部は、被測定物であるホウ素シートにより後方散乱になり、また、ホウ素シートと吸収反応を行った後、当該中性子検知機へ伝達されて検知されて、信号を出力することにより、当該貯蔵フレームに存在するホウ素シートの分布及び欠陥の大きさが解析される。
【０００９】
本考案は、更に、図３、４のような当該検知装置１を使用する方法を提供する。
【００１０】
当該方法は、
（ａ）橋型クレーン３１には、信号増幅器（図中未表示）と、シングルレベル分析器（図中未表示）と、計数器（図中未表示）と、速度計（図中未表示）と、マルチバンド記録器（図中未表示）とが含有される核装置モジュールシステム２が設置する。
【００１１】
（ｂ）速度制御クレーン３２と、吊りワイヤ３３と、リンク機構３４とが含有される速度制御クレーン部品３を設置し、当該吊りワイヤ３３は、当該リンク機構３４に接続され、当該リンク機構３４は、当該検知装置１に接続され、当該速度制御クレーン３２により、当該検知装置１の垂直に上昇や降下速度が制御される。
【００１２】
（ｃ）当該検知装置１を、燃料池５の水平面５１より２メータ以上低く降下することにより、人員の安全や環境においての放射量を安全範囲内にすることを確保し、当該検知装置１は、待機状態であり、防水同軸ケーブル継手１１１により、当該検知装置１は、信号線１１２に接続され、当該中性子検知機１０１の出力信号と高圧線２１は、当該核装置モジュールシステム２に接続され、また、当該検知装置１のチャンバー１０の内において、当該中性子検知機１０１と、当該前置増幅器１０２と、当該遮蔽ホウ素板１１０とからなる四組の組み立て体は、夫々、四つの方向へ向かい、同時に当該貯蔵フレームの四つの方向の壁板４１を検知する。
【００１３】
（ｄ）当該中性子検知機１０１のワーク電圧や当該シングルレベル分析器のロー鑑別レベル及び当該信号増幅器の増幅倍数を上昇させる。
【００１４】
（ｅ）当該速度制御クレーン３２の速度と当該マルチバンド記録器の出力速度を校正する。
【００１５】
（ｆ）当該核装置モジュールシステム２と当該検知装置１とは、当該橋型クレーン３１により、使用ずみ核燃料貯蔵フレーム４において、測定しようとする貯蔵フレームの上方へ、水平的に移動され、そして、当該速度制御クレーン３２により、当該検知装置１を当該貯蔵フレームの底部５２まで、降下される。
【００１６】
（ｇ）その後、当該検知装置１は、所定の速度で、底部５２から上昇され、当該中性子検知機１０１により、当該中性子放射線源１０８が発射した高エネルギー中性子の中の被測定物と作用した後の後方散乱の熱中性子を検知して、当該貯蔵フレームの壁板４１に対してスキャンし、同時に、当該マルチバンド記録器に接続して、これにより、測定した中性子強度と当該フレームの壁板４１の高さの分布図（図４を参照）が得られ、当該分布図において、急増する中性子強度のピークに示される高さ位置（例えば、図４のＡ）には、当該貯蔵フレームにおいて、ホウ素シートが紛失や吸収機能劣化であることを示し、或いは、当該貯蔵フレームに隙間が空いているという欠陥があることを示す。
【００１７】
（ｈ）異なるフレームについて、工程（ａ）乃至工程（ｇ）を繰り返して、測定する。
【００１８】
当該チャンバー１０が当該燃料池５内のフレーム４をスキャンする時、その動作や速度は、当該速度制御クレーン３２によって制御され、また、当該速度は、快速移動と慢速移動の二つの速度モードから選択した一つである。当該快速移動モードは、通常スキャンのためのプリセット速度である２m/minの速度であり、当該慢速移動モードは、欠陥の測定のための５cm/minの速度であり、当該分布図において、急増する中性子強度のピークに示される高さ位置に対して、もう一回スキャンする時の速度である。
【００１９】
本考案の検知装置１を使用する時、当該中性子放射線源１０８は、当該チャンバー１０の外へ四つの方向に快中性子放射線を発射し、その後、当該快中性子は、当該フレームの壁に隣接する域において、速度が落とされて熱中性子になり、また、一部の熱中性子は、拡散して（後方散乱ともいう）当該BF3中性子検知機１０１へ戻って検知され、後方散乱過程中、当該熱中性子が被測定フレームの壁４１を通る時、その中に存在するホウ素シート（中性子吸収物）によって、吸収されて強度が減衰される。そして、当該核装置モジュールシステム２によって、当該中性子検知機１０１の出力信号が処理され、そして、当該出力信号を積分電流信号に変換して、当該マルチバンド記録器から出力され、その中、当該信号の大きさは、測定した中性子強度を示し、出力された熱中性子強度の変化により、定性及び定量に、当該被測定フレームにおいて、対応する位置に存在するホウ素シートの分布や完全性及び欠陥の大きさを解析でき、また、当該中性子検知機１０１の有効作用域長さが２.５センチメートルであるため、当該欠陥の大きさは、次の式により（慢速移動モードであれば、５cm/min）算出できる。
【数１】
0003113245.tif 000003
【００２０】
その中、Wは、隙間幅値（単位がセンチメートル）で、Cgapは、隙間による計数率値で、Cunは、フレームの壁板４１の外（即ち、ホウ素シートが存在しない位置）の計数率値で、Cattは、フレーム壁板４１内において、通常位置（完全なホウ素シートが存在する位置）の計数率値であり、しかしながら、欠陥の幅が２.５cmに等しいやより大きい場合、その出力された中性子計数率値（即ち、中性子強度で、出力信号の高さに等しい）は、減衰されない中性子強度（即ち、フレームの壁板４１の外の計数率値）に等しい。
【００２１】
これにより、当該検知装置と、当該核装置モジュールシステムと、当該速度制御クレーン部品により、原子力発電所において、使用ずみ核燃料池５の水平面５１下で、原子力発電所の使用ずみ核燃料貯蔵フレームに存在するホウ素シートをスキャンして、その分布や欠陥及び劣化程度を検知し、当該フレームを利用して乏核燃料棒を貯蔵する前、その貯蔵フレームにホウ素シートが存在することを確認し、或いは、フレームを稼働した後、周期的に貯蔵フレームに存在するホウ素シートの完全性及び連続存在性を検知し、或いは、ホウ素シートに欠陥が発見された場合、定量に、発見した欠陥の大きさを測定する。
【００２２】
本考案は、高エネルギー中性子放射線を利用して、中性子検知機が測定した速度が落とされた後方散乱の中性子の強度減衰や信号及び対応する位置の関係に従って、測定するホウ素シートの分布や劣化（即ち、有効なホウ素元素の減少）及び欠陥の大きさを推定できる。操作する時、当該水密チャンバーを、当該燃料フレームの測定されるフレームの中に入れ置き、高さ方向に移動させてスキャンし、この時、当該チャンバーの真中に位置する当該中性子放射線源（Cf-２５２）は、周囲の四方向へ大量な高エネルギー中性子（快中性子）を発射し、この快中性子は、BF3熱中性子の検知に影響を与えず、また、測定されるフレームの壁の中に存在するホウ素（被測定物）により吸収されて減衰することなく、快中性子が隣接するフレームの水中に入ると、速度が落とされて（熱化とも称され）低いエネルギーの熱中性子になり、当該熱中性子の一部は、拡散して（後方散乱ともいう）発射チャンバーへ戻り、当該チャンバーの中にある当該中性子検知機により検知され、戻り経路において、当該後方散乱される熱中性子がホウ素が存在するフレームの壁を通る時、吸収されることにより、強度が減衰される。被測定物を通る当該中性子の状態は、燃料池の上方に位置する核装置モジュール記録器に記録されて出力され、当該フレームの壁に存在するホウ素物質（シート状）が紛失や隙間の欠陥或いは明らかに劣化した時、出力された当該熱中性子計数率（即ち、強度）の増加は、測定されるフレームの壁において、対応する測定位置に存在するホウ素シートが紛失や隙間の欠陥であることに解釈されるが、２５%の低い中性子計数率（ホウ素によって吸収されない時の計数率と比較）の出力は、ホウ素の存在完全性を確認することに多く適用される。
【００２３】
本装置のより良い実施例は、（１）水池実験室において、模擬ホウ素シートテストを行い、２センチメートルの欠陥幅があるホウ素シートに対して、検知することと、（２）原子力発電所の燃料池において、使用ずみ核燃料貯蔵フレームのホウ素壁について、実際に、測定することとである。快速移動モード（２m/minの速度）で、２センチメートルの欠陥幅があるホウ素シート（トータルの長さが２０センチメートル）について、通常にスキャンし、その結果は、図５Ａに示され、図の縦軸は、中性子強度の変化の分布で、横軸は、スキャンした位置であり、同様に、欠陥のないホウ素シートについてスキャンし、その結果は、図５Ｂに示され、図５Ａと比較するためのものであり、図の縦軸と横軸は、図５Ａと同じであり、当該二つの図において、中性子強度の分布は、右から始め、その後、急下がりの局部分布があり、当該位置は、本装置が始めてホウ素シートを検知した位置であり、吸収反応により、中性子の強度が低下され、その後、左に、急上がりの局部分布があり、装置がホウ素シートから離れる位置である。図５Ａのように、低い中性子の強度分布の領域（中間部分）に強度ピークがあり、それは、装置がホウ素シートの中央に位置する２センチメートルの欠陥を検知したことを示し、この図により、通常モードである２m/minのスキャン速度で、本装置が２センチメートルの幅の欠陥を検知できることを証明する。図５Ｃは、本装置が原子力発電所の燃料水池の上に位置する時の写真であり、図５Ｄは、本装置が原子力発電所の使用ずみ核燃料貯蔵フレームに適用されている写真であり、図５Ｅは、原子力発電所の使用ずみ核燃料貯蔵フレーム（ホウ素シートの長さが4.２m）について実際に検知した検知結果であり、その結果によれば、２センチメートルを超えた幅の欠陥が存在しない。
【００２４】
上記の説明によれば、本考案の後方散乱中性子非破壊検知装置及びその使用方法は、中性子放射線を発生することにより、被測定物と近くの水環境との作用により一部の後方散乱中性子が発生され、中性子検知機へ後方散乱した熱中性子を検知して、信号を出力することで、使用ずみ核燃料貯蔵フレームの壁体に存在するホウ素シートの分布や劣化程度が分析でき、そのため、本考案は、もっと進歩的かつ実用的であるので、法に従って実用新案登録を出願する。
【００２５】
以上は、ただ本考案のより良い実施例であり、本考案の実施範囲は、其れによって制限されるものではなく、本考案の実用新案登録や明細書の内容に従って、簡単な等効変更や修正は、全てが本考案の実用新案登録の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本考案の検知装置とその各素子の組み立て図
【図２Ａ】本考案のチャンバーの上端蓋板の上面概念図
【図２Ｂ】本考案のチャンバーの下端ガイドヘッドの上面と正面概念図
【図２Ｃ】本考案の固定座にある中性子放射線源とプラグ座との組み立てと上面概念図
【図３】本考案の操作システムの各部品を燃料池に配置する時の概念図
【図４】本考案の検知方法の概念図
【図５Ａ】本考案の一つのスキャン結果の概念図
【図５Ｂ】本考案のもう一つのスキャン結果の概念図
【符号の説明】
【００２７】
１…検知装置
１０…チャンバー
１００…Ｏリング
１０１…三フッ化ホウ素（BF3）中性子検知機
１０２…前置増幅器
１０３…蓋板
１０４…壁体
１０５…ガイドヘッド
１０６…固定座
１０７…プラグ座
１０８…中性子放射線源
１０９…接続棒
１１０…遮蔽ホウ素板
１１１…防水同軸ケーブル継手
１１２…信号線
１１３…ねじ部
１１４…ガイド溝
２…核装置モジュールシステム
２１…高圧及び信号線
３…速度制御クレーン部品
３１…橋型クレーン
３２…速度制御クレーン
３３…吊りワイヤ
３４…リンク機構
４…使用ずみ核燃料貯蔵フレーム
４１…壁板
５…燃料池
５１…燃料池水平面
５２…燃料池底部
【図１】
0003113245.tif 000004
【図２Ａ】
0003113245.tif 000005
【図２Ｂ】
0003113245.tif 000006
【図２Ｃ】
0003113245.tif 000007
【図３】
0003113245.tif 000008
【図４】
0003113245.tif 000009
【図５Ａ】
0003113245.tif 000010
【図５Ｂ】
0003113245.tif 000011