(57)【要約】【課題】原子炉の燃料棒の破損検出手段として、主蒸気管から抽出した排気ガス中の放射性希ガスの濃度を検出し、燃料棒の破損状態を検出する手段がある。しかし、排気ガス中には燃料棒の破損とは関係ない窒素の同位体が含まれ、これがバックグランドとなって精度の高い検出が行えなかった。【解決手段】排気ガスＳＧを導き、この排気ガスＳＧを冷却器９により冷却して放射性ガス１５を液化、凝固させる手段を設け、液化、凝固された放射性希ガス１５のガンマ線エネルギーを放射線検出器１２により測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内の燃料棒破損時に発生する放射性希ガスを含む排気ガスを導く手段と、前記手段により導かれた排気ガスを冷却し、排気ガス中の放射性希ガスを液化、凝固させる冷却手段と、前記排気ガス中の放射性希ガスより沸点の低いガスを排出する手段と、前記液化、凝固された放射性希ガスのガンマ線エネルギーを測定する放射線検出器とからなる放射線検出装置。
【請求項２】
排気ガスを導く手段の途中に除湿器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項３】
排気ガスを導く手段の途中に可変オリフィスを設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項４】
冷却手段を加熱する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項５】
加熱手段がレーザ手段であることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出装置。
【請求項６】
原子炉内の燃料棒破損時に発生する放射性希ガスを含む排気ガスを導く手段の少なくとも冷却手段とつながる部分を二重化構成としたことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項７】
放射線検出器に放射線コリメータを設けたことを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
【請求項８】
放射線コリメータの軸が排気ガスを導く方向の軸と、放射性希ガス以外の排気ガスを排出する方向の軸といずれも異なる方向としたことを特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
【請求項９】
冷却手段に測定対象のガンマ線のエネルギーに応じた厚みの活性炭板を使用したことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉燃料棒の破損時に発生する放射性希ガスの濃度を検出する放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原子力発電所における原子炉での燃料棒の破損を検出する手段として、原子炉からタービンに接続する主蒸気管から空気抽出器経由で抽出した排気ガスを放射線検出器により測定し、排気ガスのガンマ線のエネルギーから、発生する核種を推定し、核分裂により燃料棒から発生するキセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）などの放射性希ガスの濃度を確認し、燃料棒の破損状態の情報としている。
【０００３】
しかしながら、実際の測定では、排気ガス中には酸素原子が原子炉内で放射化して生成され、燃料棒の破損とは関係のない窒素の同位体１３Ｎが含まれ、この同位体１３Ｎから発生されるガンマ線が多く、これが測定したい放射性希ガスの同位体から発生するガンマ線のバックグランド（ＢＧ）となり、精度の高い測定の障害となっていた。
【０００４】
従来は、窒素の同位体１３Ｎの半減期が、約９分であり、放射性希ガスの同位体の半減期はこれに比べて長いため、放射性希ガスを１０分のオーダで一次保管し、窒素の同位体１３Ｎのガンマ線量が減衰してから放射性希ガス（Ｘｅ、Ｋｒ）の濃度を測定することにより、Ｓ／Ｎ比の良い測定を行っていた。
【０００５】
しかしながらこの場合、１０分のオーダの時間遅れが発生し、測定に時間がかかるという欠点があった。
この問題を解決する手段として、物理的（ガス分離膜手法）、化学的（オゾンと窒素の化合）により窒素の同位体１３Ｎを除去する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２２１４８３号公報（第３頁左欄４０行−右欄８行）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窒素の同位体１３Ｎを除去する手段では、窒素の同位体１３Ｎが減衰する前に放射性希ガスを精度良く測定するには、特別な窒素の除去装置が必要であり、除去装置が大掛かりになり、コストも高くなる欠点がある。
【０００８】
一方、小規模な除去装置の場合、窒素の同位体１３の半減期以内の処理では、窒素の除去効率が必ずしも高くなく、感度の高い放射線測定は難しかった。
本発明は以上の課題を解決し、簡単な設備で放射性希ガスの検出精度を高めた放射線検出装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、原子炉内の燃料棒破損時に発生する放射性希ガスを含む排気ガスを導く手段と、前記手段により導かれた排気ガスを冷却し、排気ガス中の放射性希ガスを液化、凝固させる冷却手段と、前記排気ガス中の放射性希ガスより沸点の低いガスを排出する手段と、前記液化、凝固された放射性希ガスのガンマ線エネルギーを測定する放射線検出器とからなることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１において、１は原子炉からタービンに接続する主蒸気管から空気抽出器経由で抽出した排気ガス（以下サンプルガスＳＧと称する）を流入させ、ガス流量をコントロールする可変オリフィス、この可変オリフィス１の出口側は除湿器２、前段冷却器３を介して冷却装置４にガス配管５で接続されている。
６は可変オリフィス１の出口側を流れるサンプルガスＳＧの流量を測定する流量計である。
【００１１】
前記した冷却装置４は筒状をした容器７を備え、ガス配管５内を流れてきたサンプルガスＳＧを容器７内に引き込んでいる。８は容器７内に引き込まれたサンプルガスＳＧが流れ路に設けられた冷却板で容器７外部に設けられた冷却器９により設定された温度に冷却されている。１０は容器７の上部に形成された排気筒である。
【００１２】
１１は前記冷却板８だけを見込む視野を持つコリメータ、１２はコリメータ１１に取り付けられた放射線検出器（例えばガンマ線検出器）である。
１３は図示しないが冷却板８の表面に形成されたヒータを制御するヒータコントローラ、１４は流量計６、放射線検出器（Ｇｅ検出器）１２、ヒータコントローラ１３が接続された制御用計算機である。
【００１３】
次に本実施の形態による放射線検出装置の作用について説明する。原子炉から流れてきたサンプルガスＳＧには測定対象の微量の放射性希ガス（Ｘｅ，Ｋｒ）以外に大量の窒素ガスが含まれており、測定可能な最低の流量にするため流量をコントロールする必要がある。また、流量に応じてシステムの感度が左右されるので、流量に応じて感度を補正することにより正確な測定が可能となる。このため、サンプルガスＳＧはまず可変オリフィス１に導入され、最適な流量となるように流量調整される。
【００１４】
次に可変オリフィス１から出たサンプルガスＳＧはガス配管５を通って除湿器２に送られ水分が除去される。
ある程度乾燥されたサンプルガスＳＧはさらにガス配管５を通って前段冷却器３に送られ放射性希ガスが液化しない程度の温度、例えばマイナス数十℃で冷却される。
前段冷却器３で予備冷却されたサンプルガスＳＧはさらにガス配管５を通って冷却装置４の容器７内に導かれ、金属板からなる冷却板８に吹き付けられる。
【００１５】
冷却板８の表面では測定対象の放射性希ガス１５だけが液化、凝固されるが、バックグランドの対象となる窒素ガス、酸素ガスは液化、凝固しない温度（−１６０〜−１８０℃／Ｘｅ（沸点−１０８．１℃、凝固点−１１１．９℃）、Ｋｒ（沸点−−１５３．４℃、凝固点−１５６．６℃）に対し、Ｎ（沸点−１９５．８℃、凝固点−２０９．９℃）、Ｏ（沸点−１８３℃，凝固点−２１８．４℃））に冷却され、放射性希ガス１５が捕集される。
【００１６】
液化温度の低い放射性分解ガス（Ｎ２、Ｏ２）１６は排気筒１０から容器７外へと排出される。
冷却板８に捕集された放射性希ガス１５はコリメータ１１を介して放射性希ガスの同位体からのガンマ線を放射線検出器１２で測定する。
【００１７】
サンプルガスＳＧの流量は流量計６により検出され、制御用計算機１４に信号伝送され、測定された放射線量を流量で割り算し、常に一定の感度となるようにデータ処理される。
【００１８】
これにより、あらかじめサンプルガスＳＧ中の水分を除湿器２で除去するため冷却板８の表面への水分の凝固を防止でき、放射性希ガスの捕集効率並びに冷却効率が向上する。
【００１９】
また、前段冷却器３に送られ放射性希ガスが液化しない程度の温度で予備的に冷却しておくことにより冷却板８の冷却能力に余裕ができ、処理ガス量を増大して測定精度を向上させることができる。
【００２０】
しかしながら除湿器２により取り除き切れなかった水分が冷却板８に残って冷却効率を低減させる恐れがあったり、また冷却板８表面に放射性希ガスが捕集された場合継続的に放射線が測定されてしまう恐れがあるので、クリーンアップのために定期的にヒータコントローラ１３により冷却板８表面に形成されたヒータを加熱し、液化、凝固した物体の霜取りを行う。この場合は冷却器９の運転は停止させておく。
【００２１】
前記コリメータ１１の軸は、ガス配管５の軸と排気筒１０の軸と一致しない方向、例えば二つの軸に対して直角な方向（図１紙面に対して垂直な方向）とすることが好ましい。これはガス配管５や排気筒１０内の同位体１３Ｎもコリメータ１１が直接見込まないためバックグランドを大幅に軽減して精度を向上させるためである。
【００２２】
次に本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。なお以下の実施の形態の説明において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図２において、１７はレーザ発振器で、このレーザ発振器１７からレーザ光１８を冷却板８の表面に照射する。
【００２３】
第１の実施の形態のように冷却板８に設けたヒータを加熱して冷却板８の霜取りをした場合、ヒータコントローラ１３のリード線からの必要以上の熱が冷却板８に侵入し、冷却効果が低くなる恐れがある。
【００２４】
本実施の形態では、ヒータに代わってレーザ発振器１７から光ファイバーを介したレーザ光１８を冷却板８の表面に照射することにより必要以上の熱を加えずに霜取りが行える。
また熱入力を必要最低限にすることにより、霜取り時間、霜取り後の復旧時間を短縮することができる。
【００２５】
次に本発明の第３の実施の形態について図３を参照して説明する。図３において５ａ、５ｂは段違いに配置された第１、第２のガス配管で、それぞれ一端が切換バルブ１９を介して前段冷却器３に接続され、他端は冷却装置４の容器７内に導入している。
【００２６】
８ａ、８ｂはコリメータ１１の軸上に配置された第１、第２の冷却板で、それぞれ容器７外部に設けられた第１、第２の冷却器９ａ、９ｂにより設定された温度に冷却されている。
冷却板８が１枚の場合、冷却板８の霜取り時は冷却器９の運転が停止し、冷却板８が使えないので放射線検出器１２は欠測状態となる。
【００２７】
本実施の形態ではガス配管５の少なくとも冷却器９と連絡される部分を二重化構成とし、一方の冷却板８ａが霜取り中で使用不可能の場合は切換バルブ１９によりガス配管５ａから他方のガス配管５ｂに切換欠測状態を回避するようにして測定信頼性の向上を図ることができる。
【００２８】
また、被測定対象の放射性希ガスの濃度が極単に低い場合、冷却板８を単に金属板とするだけでは効率が低いため、金属板の表面に、測定対象のガンマ線のエネルギーに応じた厚みの活性炭板を取り付けるようにしてもよい。
【００２９】
活性炭板の場合多孔質であり、単なる金属板より捕集効率が良いので、対象ガスの圧力が低い場合でも所定の量の捕集が可能となる。
なお、上記説明においては、各冷却板８ａ、８ｂにそれぞれ冷却器９ａ、９ｂを設けたが、冷却板８ａ、８ｂ共通の冷却器を１個設けるようにしてもよい。
【００３０】
次に本発明の第４の実施の形態について図４を参照して説明する。図４において２０は放射性希ガスと同じ非放射性希ガスが充填された希ガスボンベ（Ｘｅ，Ｋｒボンベ）で、流量コントローラ２１を介してガス配管５に接続されている。
【００３１】
このようにすると、被測定対象ガスの圧力が、冷却板８温度における蒸気圧より低い場合、冷却板８に捕集されるガスより蒸発するガスの方が多くなり、放射性希ガスが捕集できず測定不可能な状態になる場合がある。
【００３２】
このような場合、冷却板８での蒸気圧以上になるように希ガスボンベ２０から非放射性希ガスをガス配管５に注入することにより、放射性希ガスは、非放射性希ガスといっしょに冷却板に、捕集され、測定不可能な状態に至るのを防ぐことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、簡単な設備で放射性希ガスの検出精度を高めた放射線検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すシステム構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すシステム構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示すシステム構成図。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示すシステム構成図。
【符号の説明】
１…可変オリフィス、２…除湿器、３…前段冷却器、４…冷却装置、５…ガス配管、６…流量計、７…容器、８…冷却板、９…冷却器、１０…排気筒、１１…コリメータ、１２…放射線検出器、１３…ヒータコントローラ、１４…制御用計算機、１５…放射性希ガス、１６…放射性分解ガス、１７…レーザ発振器、１８…レーザ光、１９…切換バルブ、２０…希ガスボンベ、２１…流量コントローラ、ＳＧ…サンプルガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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