(57)【要約】【課題】キャニスタを輸送キャスク内に収納したままキャニスタからのヘリウムの漏洩を検知する。【解決手段】使用済燃料ａを収納したキャニスタ１０内に、０．１〜５Vol ％のヘリウム３とヘリウム４とから構成された混合ガスを封入する工程と、キャニスタ１０を輸送キャスク２０内に収納した後、輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部２５にヘリウム４を充填する工程と、輸送キャスク２０を所定の施設まで輸送し、前記ギャップ部２５に充填されているヘリウム４を排出した後、或いは排出しながらキャニスタ１０から漏洩するヘリウム３をヘリウム漏洩検出器３０によって検出する工程とからなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済燃料を収納したキャニスタ内に、０．１〜５Vol ％のヘリウム３とヘリウム４とから構成された混合ガスを封入する工程と、前記キャニスタを輸送キャスク内に収納した後、該輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部にヘリウム４を充填する工程と、前記輸送キャスクを所定の施設まで輸送し、前記ギャップ部に充填されているヘリウム４を排出した後、或いは排出しながらキャニスタから漏洩するヘリウム３をヘリウム漏洩検出器によって検出する工程とからなるキャニスタの漏洩検知方法。
【請求項２】
使用済燃料を収納したキャニスタ内にヘリウム４を封入する工程と、該キャニスタを輸送キャスク内に収納した後、該輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部にヘリウム３を充填する工程と、該輸送キャスクを所定の施設まで輸送し、前記ギャップ部に充填されているヘリウム３を回収した後、或いは回収しながらキャニスタから漏洩するヘリウム４をヘリウム漏洩検出器によって検出する工程とからなるキャニスタの漏洩検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャニスタに封入するヘリウムと、輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部に封入するヘリウムとを、質量数の異なるヘリウムを使用してキャニスタから漏洩するヘリウムを検出し易いようにしたキャニスタの漏洩検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
使用済燃料を長期間貯蔵する方法として、コンクリートキャスク方式と呼ばれる貯蔵方式が検討されている。このコンクリートキャスク方式では、使用済燃料を収納した薄肉の鋼製容器（以下、キャニスタと称する。）の周りをコンクリートと鋼製ライナとで構成されたハイブリット構造の円筒状の貯蔵容器（以下、オーバーパックという。）で囲って放射線を遮蔽するようにしている（例えば、特許文献１。）。
【特許文献１】特開２００１−１７４５８３号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記キャニスタは、薄肉の鋼製有底円筒状の容器の開口部に鋼製の内蓋及び外蓋を溶接し、容器内に収納した使用済燃料の放射性物質が外部に放出されないようになっている。そして、このキャニスタは、輸送専用の厚肉の鋼製容器（以下、輸送キャスクと称する。）内に収容され、貯蔵施設まで輸送される。
【０００４】
この貯蔵施設では、受け取ったキャニスタを輸送キャスクから貯蔵専用のオーバーパック（図示せず）に詰め替えて長期間貯蔵するのであるが、オーバーパックには、密閉機能がないため、キャニスタを輸送キャスクからオーバーパックに詰め替える際に、キャニスタが完全に密閉構造を維持しているか否か、ヘリウム漏洩試験により再確認する必要がある。
【０００５】
一般に、キャニスタ及び輸送キャスク内には、除熱と腐食防止のためにヘリウムガスが封入されている。従って、キャニスタを輸送キャスク内に収納したまま、輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部を真空に引いてキャニスタから漏洩するヘリウムガスを測定すれば、高精度のヘリウム漏洩試験が可能であると考えられていた。
【０００６】
しかし、実際には、輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部に封入されているヘリウムガスを完全に除去することが難しいため、ヘリウムのバックグランドが高く、キャニスタからの微小なヘリウムの漏洩を検知することは困難である。その理由は、キャニスタからのヘリウムの漏洩を検知するために、輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部を真空に引くと、キャニスタの外表面およびキャスクの内表面に包蔵されているヘリウムガスが放出され、しかも、そのガス放出量が少なくないからである。仮に、キャニスタ外表面とキャスク内表面との合計面積を１４０ｍ2 程度と仮定すると、キャニスタ外表面とキャスク内表面からの放出ガス率を「表１」のステンレス（大気放置後）の値を用いて試算すると、以下のようになる。
【０００７】
【表１】
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１４０×１０4 ×１０-7〜１０-8（Toll・l ／sec ）
＝１．９×１０-2〜１０-3（Pa・m 3 ／sec ）
これは、必要とするヘリウムの漏洩目標値の１０-6Ｐａ・ｍ 3／ｓｅｃに比べると、３〜４桁大きい値であり、ステンレス製のキャニスタ外表面やキャスク内表面からのガス放出を十分小さくしなければ、キャニスタからのヘリウムガスの漏洩の有無を検知することができない。すなわち、キャニスタ外表面やキャスク内表面から放出されるヘリウムガスのバックグラウンドが高く、キャニスタからの微小なヘリウムの漏洩を検知することが困難であると考えられる。
【０００８】
また、残存ヘリウムガスを完全に除去するまでに長時間を掛けると、キャニスタ内の温度が上昇して、収納されている使用済燃料に悪影響を与える可能性がある。
【０００９】
このため、ヘリウムガス以外のガスを適用することも考えられるが、水素以外の不活性ガスの熱伝導率（「表２」参照。）は、ヘリウムガスの１／３以下であるため、ヘリウム以外のガスを使用すると、キャニスタ内の温度が上昇し、収納している使用済燃料に悪影響を可能性がある。
【００１０】
【表２】
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なお、水素は、ヘリウムと同等の熱伝導率であるが、爆発の危険があるため、これを使用することは、現実的でない。
【００１１】
天然のヘリウムガスは、９９．９８５％が質量数４のヘリウム４（以下、Ｈｅ−４と称する。）であるが、化学的性質は、Ｈｅ−４と同一でもＨｅ−４より軽い質量数３のヘリウム３（以下、Ｈｅ−３と称する。）が僅かに存在している。このＨｅ−３を用いて、ヘリウムガスのバックグランドが高い環境、つまり、輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部でキャニスタからの微小漏洩を測定する方法を発明した。
【００１２】
例えば、キャスク内表面から放出されるＨｅ−３の高いバックグランドの中でキャニスタ内から漏洩する微小なＨｅ−４を測定する際のイメージは、図７の通りであり、Ｈｅ−３のバックグランドが高くてもキャニスタ内から漏洩する微小なＨｅ−４を分別して測定することが可能である。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいて発明したものであり、その目的とするところは、新たな漏洩率測定装置を適用することなく、輸送キャスク内にキャニスタを収納したまま、キャニスタからのヘリウムの微小な漏洩率を検知する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、請求項１に記載の発明は、使用済燃料を収納したキャニスタ内に、０．１〜５Vol ％のヘリウム３とヘリウム４とから構成された混合ガスを封入する工程と、前記キャニスタを輸送キャスク内に収納した後、該輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部にヘリウム４を充填する工程と、前記輸送キャスクを所定の施設まで輸送し、前記ギャップ部に充填されているヘリウム４を排出した後、或いは排出しながらキャニスタから漏洩するヘリウム３をヘリウム漏洩検出器によって検出する工程とからなるキャニスタの漏洩検知方法である。
【００１５】
請求項２に記載された発明は、使用済燃料を収納したキャニスタ内にヘリウム４を封入する工程と、該キャニスタを輸送キャスク内に収納した後、該輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部にヘリウム３を充填する工程と、該輸送キャスクを所定の施設まで輸送し、前記ギャップ部に充填されているヘリウム３を回収した後、或いは回収しながらキャニスタから漏洩するヘリウム４をヘリウム漏洩検出器によって検出する工程とからなるキャニスタの漏洩検知方法である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、使用済燃料を収納したキャニスタ内に、０．１〜５Vol ％のヘリウム３とヘリウム４とから構成された混合ガスを封入する工程と、前記キャニスタを輸送キャスク内に収納した後、該輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部にヘリウム４を充填する工程と、前記輸送キャスクを所定の施設まで輸送し、前記ギャップ部に充填されているヘリウム４を排出した後、或いは排出しながらキャニスタから漏洩するヘリウム３をヘリウム漏洩検出器によって検出する工程とからなるため、所定の施設においてキャニスタの漏洩率を高精度で確認することが可能である。従って、キャニスタを貯蔵する前にキャニスタが漏洩していないことを、直接、確認できるため、安全、安心上、非常に有効となる。
【００１７】
また、本発明について云えば、新たに必要になるものは、Ｈｅ−３のみである。その必要量は、キャニスタ１基当たり１１０リットル程度である。
【００１８】
一方、請求項２に記載の発明は、使用済燃料を収納したキャニスタ内にヘリウム４を封入する工程と、該キャニスタを輸送キャスク内に収納した後、該輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部にヘリウム３を充填する工程と、該輸送キャスクを所定の施設まで輸送し、前記ギャップ部に充填されているヘリウム３を回収した後、或いは回収しながらキャニスタから漏洩するヘリウム４をヘリウム漏洩検出器によって検出する工程とからなるため、所定の施設においてキャニスタの漏洩率を高精度で確認することが可能である。従って、キャニスタを貯蔵する前にキャニスタが漏洩していないことを、直接、確認できるため、安全、安心上、非常に有効となる。
【００１９】
また、本発明についても新たに必要になるものは、Ｈｅ−３のみである。その必要量は、キャニスタ１基当たり１３０リットル程度であるが、回収タンクに回収して繰り返し使用できるので、先の例よりも経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
（１）先ず、キャニスタ内にＨｅ−４とＨｅ−３とを混入した形態について説明する。
【００２１】
図３に示すように、キャニスタ１０は、図示しない原子炉発電施設において、薄肉のステンレス鋼製有底円筒状の容器１１の開口部にステンレス鋼製の内蓋１２及び外蓋１３を溶接し、容器１１内に収納した使用済燃料ａの放射性物質が外部に放出されないようになっている。そして、このキャニスタ１０は、輸送専用の厚肉のステンレス鋼製容器（以下、輸送キャスクと称する。）２０に収容され、貯蔵施設まで輸送される。ここで、２１は容器本体、２２は蓋である。
【００２２】
このキャニスタ１０内には、通常、除熱と腐食防止のためにヘリウムガスが封入されているが、本発明では、キャニスタ１０内にＨｅ−４（０４）とＨｅ−３（０３）とを封入している。ここで、Ｈｅ−３の混入率としては、Ｈｅ−３の値段がＨｅ−４に比べて極端に高いこともあり、０．１〜５％が好ましい。通常は、ほぼ１％程度でも支障がない。要は、Ｈｅ−３の混入率が天然のヘリウム中に含まれているヘリウム３の存在比より高ければ良いのである。
【００２３】
一方、輸送キャスク２０とキャニスタ１０との間の隙間であるギヤップ部２５には、Ｈｅ−４（０４）を充填する。
【００２４】
原子炉発電施設から貯蔵施設に輸送されたキャニスタ１０は、輸送キャスク２０からコンクリートと鋼製ライナとで構成されたハイブリット構造のオーバーパック（図示せず）に詰め替えて長期間貯蔵されるのであるが、既に説明したように、オーバーパックには、密閉機能がないため、キャニスタ１０を輸送キャスク２０内に収納したまま、キャニスタ１０からのＨｅ−３の漏洩を検知する必要がある。
【００２５】
Ｈｅ−３の漏洩を検知する場合は、図１に示すように、輸送キャスク２０の蓋２２に設けられている検査孔２３にヘリウム漏洩検出器３０を装着する。
【００２６】
ヘリウム漏洩検出器３０は、分析管３２、ベニング真空計３３、ターボ分子ポンプ３４、真空ポンプ３５、テストバルブ３６、フォアバルブ３７、粗引バルブ３８から構成されている。そして、ヘリウム漏洩検出器の吸引管３１に沿って粗引バルブ３８と真空ポンプ３５を配するとともに、粗引バルブ３８をバイパスするバイパス管３９にテストバルブ３６、ターボ分子ポンプ３４、フォアバルブ３７をこの順に配し、更に、テストバルブ３６とターボ分子ポンプ３４との間のバイパス管３９から分岐した第１分岐管４０に分析管３２を接続させ、第２分岐管４１にベニング真空計３３を接続させている。
【００２７】
そして、先ず、図１に示すように、テストバルブ３６とフォアバルブ３６を「閉」、粗引バルブ３８を「開」にして真空ポンプ３５を作動させ、輸送キャスク２０とキャニスタ１０との間のギャップ部２５を真空にする。
【００２８】
しかる後に、図２に示すように、テストバルブ３６とフォアバルブ３７とを「開」、粗引バルブ３８を「閉」に切り換えると、輸送キャスク２０の内壁面とキャニスタ１０の外壁面から放出されたＨｅ−４（０４）およびＨｅ−３（０３）が分析管３２によって検出されるが、天然のヘリウムガス中のヘリウム３の存在比に比べてＨｅ−３（０３）が高レベルで検出された場合には、キャニスタ１０内のＨｅ−３（０３）が漏洩していることが分かる。
【００２９】
図４は、分析管の動作原理の一例を示しており、試験体（例えば、キャニスタ）の洩れ箇所から流入する微量のヘリウムは、ヘリウムリークディテクタに導かれ、分析管のイオンチャンバ５１内でフィラメント５２からの熱電子ビームｂによりイオン化される。この生成イオンは、加速電圧によって加速され、加速スリット５３から飛び出すが、磁場５４を通過するとき、質量の違いにより異なった円軌道を描くので、ヘリウムイオンｃのみイオンコレクタ５５で集め、更に、イオン電流増幅器５６にて増幅し、メータ５７上に指示する。メータ５７の指示は、洩れ量に比例するので、洩れ量の定量が可能である。
【００３０】
ここで、ｄは重いイオン、ｅは軽いイオン、５８はアーススリット、５９はサブレットスリット、６０はシールドである。
（２）次に、キャニスタ内にＨｅ−４（０４）を封入し、輸送キャスクとキャニスタとの間のギャップ部にＨｅ−３（０３）を封入した形態について説明する。
【００３１】
この場合には、図５に示すように、真空ポンプ３５に回収タンク４２を接続させ、輸送キャスク２０とキャニスタ１０との間のギャップ部２５に充填されていたＨｅ−３（０３）を回収タンク４２に回収し、しかる後に、キャニスタ１０内に充填されているＨｅ−４（０４）の漏洩率を測定するようになっている。
【００３２】
Ｈｅ−４の漏洩を検知する場合は、図５に示すように、輸送キャスク２０の蓋２２に設けられている検査孔２３にヘリウム漏洩検出器３０を装着する。
【００３３】
ヘリウム漏洩検出器３０は、分析管３２、ベニング真空計３３、ターボ分子ポンプ３４、真空ポンプ３５、テストバルブ３６、フォアバルブ３７、粗引バルブ３８から構成されている。そして、ヘリウム漏洩検出器の吸引管３１に沿って粗引バルブ３８と真空ポンプ３５を配するとともに、粗引バルブ３８をバイパスするバイパス管３９にテストバルブ３６、ターボ分子ポンプ３４、フォアバルブ３７をこの順に配し、更に、テストバルブ３６とターボ分子ポンプ３４との間のバイパス管３９から分岐した第１分岐管４０に分析管３２を接続させ、第２分岐管４１にベニング真空計３３を接続させている。
【００３４】
そして、先ず、図５に示すように、テストバルブ３６とフォアバルブ３６を「閉」、粗引バルブ３８を「開」にして真空ポンプ３５を作動させ、輸送キャスク２０とキャニスタ１０との間のギャップ部２５を真空にする。このとき、ギャップ部２５内のＨｅ−３（０３）が回収タンク４２内に回収される。
【００３５】
しかる後に、図６に示すように、テストバルブ３６とフォアバルブ３７とを「開」、粗引バルブ３８を「閉」に切り換えると、輸送キャスク２０の内壁面とキャニスタ１０の外壁面から放出されたＨｅ−３（０３）が分析管３２によって検出されるが、Ｈｅ−４（０４）が高レベルで検出された場合には、キャニスタ１０内のＨｅ−４（０４）が漏洩していることが分かる。
【００３６】
以上の説明では、輸送キャスク２０とキャニスタ１０のギャップ部２５を真空にした後、キャニスタ１０からのヘリウムの漏洩率を測定する場合について説明したが、この方法に限るものではなく、例えば、輸送キャスク２０とキャニスタ１０の間のギャップ部２５を真空に引きながら、Ｈｅ−３（０３）あるいはＨｅ−４（０４）の漏洩を検出しても支障がない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るキャニスタの漏洩検知方法の一例を示す説明図である。
【図２】図１のキャニスタの漏洩検知方法の計測中の説明図である。
【図３】輸送直前の輸送キャスクの説明図である。
【図４】分析管の作動原理図である。
【図５】本発明に係るキャニスタの漏洩検知方法の他の一例を示す説明図である。
【図６】図５のキャニスタの漏洩検知方法の計測中の説明図である。
【図７】ヘリウムディテクタの測定イメージである。
【符号の説明】
【００３８】
ａ  使用済燃料
０３  それより質量数の小さいヘリウム
０４  質量数の大きいヘリウム
１０  キャニスタ
２０  輸送キャスク
２５  ギャップ部
３０  ヘリウム漏洩検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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