(57)【要約】【課題】漏れ部を高感度に検出して漏洩を早期に把握できる貯蔵装置の管理装置を提供する。【解決手段】管理装置Ａは、大気環境下に設置され、放射性物質を封入するキャニスタ１とキャニスタ１を収容するキャスク２とを備えた貯蔵装置Ｓを管理するものである。キャニスタ１には、大気中に極微量にしか含まれていないキセノンが予め封入されている。管理装置Ａは、キャスク１内あるいはキャスク１周囲のガスを捕集する捕集流路６及び吸引装置７と、捕集したガスの物質組成を求める分析装置１０とを備えている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のガス環境下に設置され、放射性物質を封入するキャニスタと前記キャニスタを収容するキャスクとを備えた貯蔵装置の評価方法であって、
前記キャニスタに、前記所定のガス中に含まれていない又は所定濃度以下だけ含まれる特定物質を封入する封入工程と、
前記キャスク内あるいは前記キャスク周囲のガスを捕集する捕集工程と、
前記捕集したガスの物質組成を求める分析工程と、
前記分析結果に基づいて前記キャニスタに漏れ部があるかどうかを評価する評価工程とを有することを特徴とする貯蔵装置の評価方法。
【請求項２】
前記所定のガスは大気であり、前記特定物質はキセノン及びクリプトンのうち少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１記載の貯蔵装置の評価方法。
【請求項３】
前記所定のガス中の物質組成を予め求め、該求めた結果に基づいて前記キャニスタに封入する特定物質を決定することを特徴とする請求項１記載の貯蔵装置の評価方法。
【請求項４】
前記分析工程は、前記捕集したガスから前記特定物質以外の物質を低減する工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の貯蔵装置の評価方法。
【請求項５】
所定のガス環境下に設置され、放射性物質を封入するキャニスタと前記キャニスタを収容するキャスクとを備えた貯蔵装置の管理装置であって、
前記キャニスタには、前記所定のガス中に含まれていない又は所定濃度以下だけ含まれる特定物質が予め封入されており、
前記キャスク内あるいは前記キャスク周囲のガスを捕集する捕集装置と、
前記捕集したガスの物質組成を求める分析装置とを備えることを特徴とする貯蔵装置の管理装置。
【請求項６】
所定のガス環境下に設置され、放射性物質を封入するキャニスタが収容される内部空間を有する貯蔵キャスクであって、
前記キャニスタには、前記所定のガス中に含まれていない又は所定濃度以下だけ含まれる特定物質が予め封入されており、
前記内部空間のガスを捕集する捕集装置と、
前記捕集したガスの物質組成を求める分析装置とを備えることを特徴とする貯蔵キャスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は使用済燃料等の放射性物質を封入するキャニスタとこのキャニスタを収容するキャスクとを備えた貯蔵装置の評価方法、貯蔵装置の管理装置、貯蔵キャスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉から取り出された使用済燃料（放射性物質）は金属製部材であるキャニスタに封入される。キャニスタはコンクリート製のキャスク内に収容されて貯蔵される。下記文献には、貯蔵キャスクに関する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６６０８５号公報
【０００４】
放射性物質の貯蔵施設では、キャニスタやキャスクから放射性物質が漏洩しないように設計することが重要であるが、万が一キャニスタ等に漏れ部（ひび割れや穴）が存在して放射性物質が漏洩した場合、速やかに漏洩を検出し、漏洩しているキャニスタに対して補修等の適切な措置を施す必要がある。
【０００５】
ところで、キャニスタ内は使用済燃料の特性を変化させない不活性ガスで満たされる場合が多く、キャニスタ内に封入された使用済燃料は発熱するため、放熱効果を高めるために伝熱性の高いヘリウムで満たされる場合が多い。したがって、キャスク内やキャスク周囲のガス中に含まれるヘリウム濃度を検出し、この検出結果に基づいてキャニスタに漏れ部が存在するかどうかを評価することが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、漏洩したヘリウムを検出する方法には、以下に述べる問題が生じる。
大気中にはヘリウムが存在するため、キャニスタから漏洩した漏洩ヘリウムが極微量であると、検出装置でヘリウムを検出する際に大気中のヘリウム成分と区別が付かなくなり、漏洩ヘリウムを高感度に検出できなくなる。また、キャスク内のキャニスタを冷却するために、キャスク内壁とキャニスタとの隙間に送風してキャニスタを空冷することが行われているが、この送風により検出装置のプローブ周辺ではヘリウム濃度が低下して高感度に漏洩ヘリウムを検出できない場合がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、漏れ部を高感度に検出して漏洩を早期に把握できる貯蔵装置の評価方法、貯蔵装置の管理装置、貯蔵キャスクを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の貯蔵装置の評価方法は、所定のガス環境下に設置され、放射性物質を封入するキャニスタと前記キャニスタを収容するキャスクとを備えた貯蔵装置の評価方法であって、前記キャニスタに、前記所定のガス中に含まれていない又は所定濃度以下だけ含まれる特定物質を封入する封入工程と、前記キャスク内あるいは前記キャスク周囲のガスを捕集する捕集工程と、前記捕集したガスの物質組成を求める分析工程と、前記分析結果に基づいて前記キャニスタに漏れ部があるかどうかを評価する評価工程とを有することを特徴とする。
本発明の貯蔵装置の管理装置は、所定のガス環境下に設置され、放射性物質を封入するキャニスタと前記キャニスタを収容するキャスクとを備えた貯蔵装置の管理装置であって、前記キャニスタには、前記所定のガス中に含まれていない又は所定濃度以下だけ含まれる特定物質が予め封入されており、前記キャスク内あるいは前記キャスク周囲のガスを捕集する捕集装置と、前記捕集したガスの物質組成を求める分析装置とを備えることを特徴とする。
本発明の貯蔵キャスクは、所定のガス環境下に設置され、放射性物質を封入するキャニスタが収容される内部空間を有する貯蔵キャスクであって、前記キャニスタには、前記所定のガス中に含まれていない又は所定濃度以下だけ含まれる特定物質が予め封入されており、前記内部空間のガスを捕集する捕集装置と、前記捕集したガスの物質組成を求める分析装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、キャニスタに漏れ部が存在する場合、キャニスタから特定物質が漏洩する。キャニスタが設置されている所定のガス中には特定物質は殆どあるいは全く含まれていないため、漏洩した特定物質を高感度で検出できる。したがって、キャニスタからの漏洩ガスが極微量であっても漏れ部の存在を早期に把握できる。
【００１０】
本発明の貯蔵装置の評価方法において、前記所定のガスは大気であり、前記特定物質はキセノン及びクリプトンのうち少なくともいずれか一方であることを特徴とする。これによれば、キャニスタ及びキャスクを含む貯蔵装置は大気環境下に設置されており、キャニスタには大気中に殆ど含まれていないキセノン又はクリプトンが封入されているので、漏洩したキセノン又はクリプトンを検出することで漏れ部が存在するかどうかを高感度に検出することができる。
【００１１】
本発明の貯蔵装置の評価方法において、前記所定のガス中の物質組成を予め求め、該求めた結果に基づいて前記キャニスタに封入する特定物質を決定することを特徴とする。すなわち、キャニスタ及びキャスクを含む貯蔵装置の設置場所は大気環境下に限られず、任意のガス環境下に設置することができる。この場合、所定のガス中の物質組成を予め求めておき、キャニスタに封入する特定物質を所定のガス中に殆どあるいは全く含まれていない物質にすることで、漏れ部が存在するかどうかを高感度に検出することができる。
【００１２】
本発明の貯蔵装置の評価方法において、前記分析工程は、前記捕集したガスから前記特定物質以外の物質を低減する工程を有することを特徴とする。これによれば、キャニスタからの極微量な漏洩ガスであっても高感度に検出できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の貯蔵装置の管理装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の貯蔵装置（貯蔵キャスク）及び貯蔵装置の管理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、貯蔵装置Ｓは、大気環境下に設置され、使用済燃料（放射性物質）を封入するキャニスタ１と、キャニスタ１を収容するキャスク２とを備えている。キャスク２はコンクリート製容器であって内部空間を有している。キャニスタ１は金属製容器であってキャスク２の内部空間に配置されており、キャスク２の内壁とキャニスタ１との間には隙間３が形成されている。キャスク２の内周面には、炭素鋼あるいはステンレス鋼などの金属製ライナが設けられている。
【００１４】
キャスク２の下部には、キャスク２の内部と外部とを連通し、外部から空気を取り込む給気流路４が設けられている。一方、キャスク２の上部には、キャスク２の内部と外部とを連通し、内部の空気を排気する排気流路５が設けられている。本実施形態において、給気流路４及び排気流路５のそれぞれは２箇所ずつ設けられているが、２箇所に限らず任意の複数位置に設けられていてもよい。給気流路４からキャスク２の内部空間に流入した空気は、キャスク２の内壁とキャニスタ１の外壁との隙間３を通って排気流路５から排気される。隙間３を流通する空気によりキャニスタ１は冷却（空冷）される。
【００１５】
キャスク２の排気流路５には捕集流路（捕集装置）６が接続されている。一端部を排気流路５に接続した捕集流路６の他端部はポンプからなる吸引装置（捕集装置）７に接続されている。吸引装置７を駆動することにより、キャスク２の内部空間のガスは捕集流路６を介して捕集される。
【００１６】
吸引装置７で捕集されたガスは流路８を介して分析装置１０に送られる。分析装置１０は、吸引装置７から送られたガスの物質組成を常時モニタするとともに、ガスの物質組成を分析して求める。なお、吸引装置７から分析装置１０に対するガスの供給は連続的でも定期的（間欠的）でもよい。捕集流路６、吸引装置７、流路８、及び分析装置１０により、貯蔵装置Ｓを管理する管理装置Ａが構成されている。
【００１７】
キャニスタ１内には不活性ガス（希ガス）が予め封入されている。具体的には、ヘリウムガスとキセノンガス（特定物質）とが封入されている。ヘリウムガスはキャニスタ１に封入されている使用済燃料の特性を変化させず、且つ使用済燃料からの発熱を放熱する作用を有する。ここで、キャニスタ１内に満たされる全体のガス成分のうち、キセノンガスは例えば５〜１５％程度であり、残りがヘリウムガスである。キセノンガスは、貯蔵装置Ｓが設置される大気中に極微量にしか存在しない物質である。ここで、封入するキセノンガスが１５％以上であると、ヘリウムガスの減少でヘリウムガスによる放熱効果（冷却効果）が低下し、５％以下であると、後述する漏洩検出の検出感度が低下する。
【００１８】
なお、キャニスタ１にはキセノンガスの代わりにクリプトンガスが封入されてもよいし、キセノンガスとクリプトンガスとの混合ガスが封入されてもよい。クリプトンガスが封入される場合においても前記混合ガスが封入される場合においても、キャニスタ１内に満たされる全体のガス成分のうちクリプトンガス（混合ガス）は５〜１５％程度に設定される。
【００１９】
次に、上述した管理装置Ａを用いて貯蔵装置Ｓを管理（評価）する方法について図２のフローチャート図を参照しながら説明する。
まず、キャニスタ１内に、使用済燃料とともにヘリウムガス及びキセノンガスが封入される（封入工程Ｓ１）。封入されるキセノンガスは上述したように全体のガス成分に対して５〜１５％程度である。そして、キャニスタ１は溶接により密閉され、キャスク２に収容される。使用済燃料とともに封入されたキセノンガスは放射性同位体となる。
【００２０】
給気流路４から流入した空気（冷却用空気）は隙間３を通って排気流路５から排気され、吸引装置７に捕集される。捕集されたガスは流路８を介して分析装置１０に供給される。分析装置１０は捕集されたガスの物質組成を常時監視する。ここで、キャニスタ１に漏れ部（割れ部や穴部）が存在しなければキャニスタ１からはガスが漏洩しないので、キャニスタ１内に封入されているキセノン成分は分析装置１０において検出されない。
【００２１】
一方、キャニスタ１に漏れ部（図１中、符号１２参照）が存在すると漏れ部１２からガスＧが漏れ出す。漏れ部１２から漏洩する漏洩ガスＧには放射性同位体となったキセノン（以下、適宜「放射性キセノン」と称する）が含まれている。漏洩ガスＧは、給気流路４から流入した空気とともに隙間３を通って排気流路５から排気され、吸引装置７に捕集される（捕集工程Ｓ２）。捕集された漏洩ガスＧを含むガスは、流路８を介して分析装置１０に供給される。分析装置１０は捕集したガスの物質組成を求める（分析工程Ｓ３）。
【００２２】
分析装置１０による分析工程では、まず、捕集したガスから検出対象であるキセノン以外の物質（酸素、窒素、炭素など）を低減または除去する処理である低温吸着処理が行われる（低温吸着処理Ｓ３１）。具体的には、捕集したガスを−１００〜−２００℃程度の低温吸着カラムに導入する。ここで、吸着特性に影響する水分や測定を阻害する測定阻害物質（ラドンやトロン等）を別のカラムで予め吸着除去しておく。低温吸着処理の処理条件は酸素や窒素などを除去できる条件に設定されている。低温吸着処理により、低温吸着カラムには不活性ガスであるキセノンが選択的に吸着される。ここで、吸着されたキセノンには、元々大気中に存在するキセノン（以下、適宜「安定キセノン」と称する）と漏洩ガスＧ中の放射性キセノンとが含まれる。低温吸着処理により冷却用空気で希釈されたキセノン成分を濃縮でき、分析処理を高感度に行うことができる。
【００２３】
次いで、放射能分析処理により放射性キセノンを定量する（放射能分析処理Ｓ３２）。放射能分析は質量分析に比べ、定量下限が低い。すなわち、放射能分析は極微量の放射性キセノンを高感度に検出可能である。
【００２４】
ここで、放射性キセノンから生じる放射能は一般に低エネルギーのβγ線であるが高ノイズ領域であることから定量が難しい。しかしながら、上述したように測定阻害物質（ラドンやトロン等）を予め除去し、更に、コインシデンス法を用いることにより、漏洩ガスＧに含まれる放射性キセノンを高精度に定量できる。
【００２５】
なお、コインシデンス法（同時計数法）は、目的のγ線を検出するための検出器のまわりに大気中の放射線（バックグラウンド放射線）を検出するための検出器（ガード検出器）を配置して測定を行う。バンクグラウンド放射線のようにガード検出器と中心の検出器との両方へ同時に入射した放射線に対して、検出信号を出さないように測定回路を組むことで目的のγ線に対して相対的にバックグラウンドが下がって検出感度が向上する。なお、アンチコインシデンス法（逆同時計数法）を用いてもよい。これは、目的のγ線の他に同時に放出されるγ線がある場合に有効な方法で、線源を挟むように２台（以上）の検出器を配置して測定を行う。これら２つのγ線が同時にそれぞれの検出器に入射したときのみ、検出信号とすることで、バックグラウンド放射線からの信号を切り捨てることができ、検出感度が向上する。
【００２６】
放射能分析に基づく漏洩ガスＧに含まれる放射性キセノンの定量処理とは別に、大気中の安定キセノンの定量を質量分析法に基づいて行う（質量分析処理Ｓ３３）。すなわち、質量分析法により大気中のキセノン濃度を検出する。そして、放射性キセノンと安定キセノンとのそれぞれの定量結果から、捕集装置７で捕集したガス中に含まれる放射性キセノンの濃度を評価し、キャニスタ１に漏れ部１２があるかどうかを評価する（評価工程Ｓ４）。そして、放射性キセノン濃度が設定値（許容値）より高く、漏れ部１２があると判断したら、キャニスタ１の補修処理など適切な処置を施す。
【００２７】
以上説明したように、キャニスタ１に大気中に極微量にしか存在しないキセノンを封入しておくことにより、キャスク２内（あるいは周辺）のガスにキセノンが含まれているかどうかを分析することで、漏れ部１２が存在するかどうかを評価・把握することができる。そして、キャニスタ１からの漏洩ガスＧが極微量であっても漏れ部の存在を早期に把握でき、管理装置Ａを用いて貯蔵装置Ｓの監視及び管理を行うことができる。
【００２８】
図３は本発明の管理装置の他の実施形態を示す図である。図３に示す例では、キャスク２が複数基設けられている。そして、管理装置Ａ２は、複数基のキャスク２のそれぞれに接続した捕集流路６と、捕集流路６のそれぞれが接続される切り替えバルブユニット１５と、切り替えバルブユニット１５と吸引装置７とを接続する流路１６と、吸引装置７に流路８を介して接続された分析装置１０と、吸引装置７に流路９を介して接続されたモニタ装置１１とを備えている。モニタ装置１１は分析装置１０より簡易な構成を有し、複数のキャスク２のそれぞれから捕集流路６及び切り替えバルブユニット１５を介してガスが常時送られ、ガス中の物質組成を分析する。一方、分析装置１０にはガスは常時送られない。切り替えバルブユニット１５は流路１６と複数の捕集流路６それぞれとの接続を切り替えるようになっており、モニタ装置１１には複数のキャスク２のうち選択されたキャスク２からのガスが送られる。なお、複数のキャスク２のそれぞれからのガスをバルブユニット１５で集合し、これらを一括してモニタ装置１１に送るようにしてもよい。そして、モニタ装置１１がキセノン成分を検出したら、吸引装置７からのガスが分析装置１１に送られる。分析装置１１は吸引装置７から送られたガスの物質組成を精密測定する。
【００２９】
このように、簡易的なモニタ装置１１でガス成分を常時モニタし、異常が起こったとき（キセノンが検出されたとき）、精密測定可能な分析装置１１で物質組成分析を行う構成とすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、漏れ部を高感度に検出して漏洩を早期に把握できるので、貯蔵装置に対して適切な処置を迅速に行うことができ、貯蔵装置を安全に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の貯蔵装置の管理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の貯蔵装置の評価方法の一実施形態を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の貯蔵装置の管理装置の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１…キャニスタ、２…キャスク、６…捕集流路（捕集装置）、
７…吸引装置（捕集装置）、１０…分析装置、
１１…モニタ装置（分析装置）、Ｓ…貯蔵装置、Ａ…管理装置
【図１】
2004144603.tif 000003
【図２】
2004144603.tif 000004
【図３】
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