(57)【要約】【課題】燃料被覆管により被覆された使用済燃料を収納しヘリウムガスを充填したキャニスタにおいて、燃料被覆管に損傷が発生したかどうかの健全性を監視するキャニスタ監視装置が望まれていた。【解決手段】キャニスタ１内に検知用空洞共振器６ａと基準用空洞共振器６ｂとを設け、燃料被覆管の損傷に基づく検知用空洞共振器６ａと基準用空洞共振器６ｂとの共振特性の差の発生から燃料被覆管の健全性を監視する。【選択図】  図１
2005049133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済燃料を収納し、ガスが充填されたキャニスタ内に設置され、前記キャニスタ内のガスが内部に拡散するようにした検知用空胴共振器と、前記キャニスタ内のガスとの比較対照となるガスを封入した基準用空胴共振器と、前記検知用空胴共振器と前記基準用空胴共振器とにマイクロ波を送信し、前記それぞれの空洞共振器から得られる信号から前記検知用空胴共振器と前記基準用空胴共振器との共振特性の差を演算処理する信号処理装置と、前記信号処理装置の演算結果に基づいてキャニスタ内部の使用済燃料の健全性を監視する監視装置とからなるキャニスタ監視装置。
【請求項２】
キャニスタに封入するガスを基準用空胴共振器内に封入したことを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ監視装置。
【請求項３】
キャニスタ内に設置する検知用空胴共振器と基準用空胴共振器とがほぼ同じ位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ監視装置。
【請求項４】
キャニスタ内に設置する検知用空胴共振器と基準用空胴共振器との組み合わせを複数組設けたことを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ監視装置。
【請求項５】
監視装置がキャニスタを密封した時点の信号処理装置の出力を基準としてそこからの出力変化に基づいて使用済燃料の健全性を評価する機能を有することを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ監視装置。
【請求項６】
使用済燃料を収納し、ガスが充填されたキャニスタ内に設置され、前記キャニスタ内のガスが内部に拡散するようにした空胴共振器と、前記空胴共振器にマイクロ波を送信し、前記空洞共振器から得られる信号を記憶保持するとともに、前記記憶保持した信号と異なる時間に前記空胴共振器から得られる信号とから共振特性の変化を演算処理する信号処理装置と、前記信号処理装置の演算結果に基づいてキャニスタ内部の使用済燃料の健全性を監視する監視装置とからなるキャニスタ監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高放射性物質からなる原子炉の使用済燃料を収容して、貯蔵あるいは運搬をするための貯蔵容器であるキャニスタの健全性を監視するキャニスタ監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高放射性物質である原子炉の使用済燃料は、解体処理されると共にプルトニウムなどの再度燃料として使用可能な物質を回収するため再処理される。そして、これら使用済燃料は再処理されるまでの間密封された状態で貯蔵、保管される。この使用済燃料の貯蔵に用いられる貯蔵容器にはコンクリート製、ステンレススティール製など種々のものがある。
【０００３】
一般に貯蔵容器は、上部、底部が閉塞された筒状の貯蔵キャスクの中に使用済燃料が封入された筒状のキャニスタを収納することにより使用済燃料からの放射性物質を遮蔽している。
【０００４】
キャニスタは筒状の容器本体と、この容器本体内に配置された燃料バスケットとを有し、使用済燃料集合体はバスケットに支持された状態で複数本封入されている。
このように構成された貯蔵容器は高放射性物質を長期間に亘って安全に、かつ安定して保管する必要があり、長期間に亘って高い放射線遮蔽性能が要求される。
【０００５】
一方、キャニスタに収納されている使用済燃料は崩壊熱により発熱する発熱体であり、キャニスタが局部的に過熱されると歪やクラックなどの欠陥が発生する恐れがある。
【０００６】
そのような欠陥が発生した場合、キャニスタの健全性を維持することが困難となり、その部分から放射線が漏洩する恐れがある。
そこで、使用済燃料の貯蔵期間中、キャニスタの歪やクラックなどの欠陥の発生を監視し、放射線の漏洩などを事前に防止することが重要になってくる。
【０００７】
このような従来のキャニスタ監視装置としては、使用済燃料を大気圧より高圧のヘリウムガス雰囲気中で封入したキャニスタを貯蔵キャスク内に間隙を置いて収納し、キャニスタの略全面に沿って前記間隙を空気が流れるように貯蔵キャスクの上下に入側と出側の通気孔を形成し、出側の通気孔にキャニスタの漏洩を監視するヘリウムガス検出手段を備えたものが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１７４５８３号公報（第３頁、左欄３８行〜右欄６行、図２）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のキャニスタ監視装置は、キャニスタの健全性は監視することができるが、キャニスタ内部に収納された使用済燃料の燃料被覆管が破損されたかどうかという使用済燃料の健全性を監視することはできなかった。
【００１０】
本発明は以上の課題を解決し、キャニスタ内に収納された使用済燃料の燃料被覆管が破損した場合でもそれを検知できるキャニスタ監視装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、使用済燃料を収納し、ガスが充填されたキャニスタ内に設置され、前記キャニスタ内のガスが内部に拡散するようにした検知用空胴共振器と、前記キャニスタ内のガスとの比較対照となるガスを封入した基準用空胴共振器と、前記検知用空胴共振器と基準用空胴共振器とにマイクロ波を送信し、それぞれの空洞共振器から返ってくる信号から検知用空胴共振器と基準用空胴共振器との共振特性の差を演算処理する信号処理装置と、前記信号処理装置の演算結果に基づいてキャニスタ内部の使用済燃料の健全性を監視する監視装置とからなることを特徴とする。
【００１２】
また請求項６に記載の発明は、使用済燃料を収納し、ガスが充填されたキャニスタ内に設置され、前記キャニスタ内のガスが内部に拡散するようにした空胴共振器と、前記空胴共振器にマイクロ波を送信し、空洞共振器から返ってくる信号を記憶保持するとともに、前記記憶保持した信号と異なる時間に前記空胴共振器から返ってくる信号とから共振特性の変化を演算処理する信号処理装置と、前記信号処理装置の演算結果に基づいてキャニスタ内部の使用済燃料の健全性を監視する監視装置とからなることを特徴とする。
【００１３】
【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の実施の形態によるキャニスタ監視装置を示す断面図で、図１において、１は使用済燃料などの高放射性物質を収納するキャニスタで、およそ直径１．７ｍの上下端が閉塞された円筒形を成し、図２に示すように金属製のバスケット２の中に燃料被覆管により包まれた使用済燃料３を収納している。また、キャニスタ１内にはヘリウムガスＨｅ（以下、単にガスと称する）が充填されている。
４は前記キャニスタ１を収納する貯蔵キャスクで、貯蔵施設の床面５上に載置されている。
【００１４】
６ａ、６ｂはキャニスタ１内に配置固定された２つの空洞共振器で、一方の空洞共振器６ａを検知用空洞共振器とし、他方の空洞共振器６ｂを基準用空洞共振器としている。この２つの空洞共振器６ａ、６ｂは全く同じ構造を成し、検知用空洞共振器６ａにはキャニスタ１内のガスＨｅが空洞内に拡散できるように取り付けられ、基準用空洞共振器６ｂ内にはキャニスタ１内に充填されたガスＨｅとの比較対象となるヘリウムガスが封入され、キャニスタ１内に充填されたガスＨｅが入らないように密封されている。
【００１５】
本実施の形態で用いる空胴共振器６ａ、６ｂは直径・高さともに１０ｃｍ以内の大きさの円筒型で、共振周波数が数ＧＨｚである。このため、図２に示すようにキャニスタ１内の空間部に設置することが可能である。また、後述する検出原理から検知用空胴共振器６ａと基準用空胴共振器６ｂは燃料被覆管の損傷がない場合には同一の共振特性を有するように設定されている。このため、図２に示すように２つの空胴共振器６ａ、６ｂはキャニスタ１内のほぼ同じ位置に配置固定され、使用済燃料の局所的な温度分布の影響を受けにくいようにしている。
【００１６】
７は空洞共振器６ａ、６ｂに高周波ケーブル８及びコネクタ９を介して接続され、マイクロ波を発振して、空洞共振器６ａ、６ｂから得られる信号を演算処理する信号処理装置、１０は信号処理装置７の信号を解析してキャニスタ１内部の使用済燃料の被覆管の健全性を判定する監視装置である。
【００１７】
前記のキャニスタ１は放射性物質を密閉する役目を果たしているためマイクロ波の空胴共振器６ａ、６ｂへの送受信には導波管でなく高周波ケーブル８を用い、コネクタ５には例えばハーメチックシールのように気密性を確保できる構造のものを用いるのが好ましい。
【００１８】
次に本実施の形態の作用について説明する。本実施の形態においては、検知用空胴共振器６ａと基準用空胴共振器６ｂとを全く同じ構造としている。これにより、２つの空胴共振器６ａ、６ｂ内に同じ種類のガスが封入されている場合に同じ共振特性を持つことになる。そして、２つの空胴共振器６ａ、６ｂから信号処理装置７に戻ってくる信号のうち片方の位相を１８０°ずらして他方の信号と掛け合わせる。すると、２つの空胴共振器６ａ、６ｂの共振特性が同じ場合には、信号が打ち消しあって出力はゼロとなる。
【００１９】
ところで、空胴共振器はその中に含まれるガスの性質、この場合は特に誘電率によって共振特性が変化するので、検知用空胴共振器６ａ中のガスと基準用空胴共振器６ｂ中のガスの誘電率に差が生じると共振特性が異なり、その差が信号として出力される。
【００２０】
この出力は、図３において、移相器１１、ロックイン・アンプ１２の位相を適当に調節することにより下式のように比誘電率の変化に比例することがわかっている。
Ｖ∝Ｑ（Δε／ε）      （式１）
【００２１】
ここで、Ｖは出力信号、Ｑは共振器のＱ値、εは基準用空胴共振器６ｂ中のガスの比誘電率、△εは検知用空胴共振器６ａ中のガスと基準用空胴共振器６ｂ中のガスの比誘電率の差である。
【００２２】
なお、この出力の検知には例えば図３に示すように、微小な出力でも精度良く検知できるような回路構成としている。まず、発振器１３の出力を電力分配器１４で等分に分割する。一方の信号は送波用ミキサ１７でロックイン・アンプ１２からの変調波で変調され、方向性結合器１５を介して検知用空胴共振器６ａと基準用空胴共振器６ｂに送られる。
【００２３】
２つの空洞共振器６ａ、６ｂから信号処理装置７に入力された信号のうち一方は位相が１８０°ずらされて掛け合わされる。その後、増幅器１６で増幅された後に、位相を調整するため先の電力分配器１４で分配され移相器１１で位相を調整されたマイクロ波と受波用ミキサ１８で掛け合わされる。その後、低周波フィルタ１９で高周波成分を取り除いたあとでロックイン・アンプ１２により信号出力を計測する。監視装置７ではこの信号出力から使用済燃料の健全性を監視し判定を行う。
【００２４】
ところで、この手法ではガスの比誘電率の違いを検出するため、キャニスタ１内に最初に充填されるガスＨｅと異なる比誘電率を持つガスが発生しないと検出できない。燃料被覆管が損傷した場合にはクリプトンやキセノンのようにヘリウムガスとは比誘電率の異なる放射性ガスが発生する。
【００２５】
本実施の形態によれば、使用済燃料の燃料被覆管が破損した場合にはクリプトンあるいはキセノンなどの放射性ガスが発生し、キャニスタ１内に充填されたガスＨｅに比誘電率が異なる異種のガスが混入することになる。すると検知用空胴共振器６ａ内にはこの混合ガスが拡散してくるので空洞共振器の共振特性がガスＨｅのみのときと異なったものになるが、基準用空胴共振器６ｂは密閉されているためキャニスタ１内のガスがその空胴内に拡散せず初期のガスＨｅのままである。したがって、２つの空洞共振器６ａ、６ｂの共振特性に差が生じ、前述したように２つの空胴共振器６ａ、６ｂ内のガスの比誘電率の差に比例した信号が出力されるので、燃料被覆管が破損されていないかどうかを検出し、使用済燃料の健全性を監視することができる。
【００２６】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、キャニスタ１にガスＨｅを封入し、蓋を閉める際に基準空胴共振器６ｂにもキャニスタ１に封入したガスＨｅと同じガスを封入・密閉する。
【００２７】
キャニスタ１内はガスＨｅが充填されるが、使用済燃料３は通常、燃料プールに保管されており、キャニスタ１への収納時に湿気が残っており、キャニスタ１に封入するガスＨｅ中に水分が混入する可能性がある。水分は比誘電率が大きいため、ガスＨｅ中に混入していると空胴共振器の共振特性が純粋のヘリウムガスのみのときと異なったものとなる。
【００２８】
そして、キャニスタ１内のガスＨｅが循環する検知用空胴共振器６ｂ内のヘリウムガスＨｅに最初から水分が含まれることになるので、純粋なガスＨｅを基準用空胴共振器６ｂ内に封入すると最初から２つの空胴共振器６ａ、６ｂの特性に差が生じ、出力がゼロでなくなり、健全性の評価を誤る可能性がある。
【００２９】
さらに、初期の出力をゼロとするためキャニスタ１内に封入するガスＨｅから完全に湿度を取り除くためには追加作業が発生し燃料収納の作業工程が複雑化する。
【００３０】
本実施の形態によれば、キャニスタ１内に封入されるのと同じガスＨｅを基準用空胴共振器６ｂ内に密封するので、初期の出力をゼロとすることができ、キャニスタ監視装置の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
次に本発明の第３の実施の形態について図４を参照して説明する。図４において図２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。
本実施の形態では、キャニスタ１内に配置する検知用空胴共振器６ａと基準用空胴共振器６ｂとをそれぞれ複数用いる。
【００３２】
キャニスタ１は図４に示すように円筒状の容器に角柱型の使用済燃料９を収納するので、周囲に一部空間ができる。例えば図４に示すように一組の検知用空胴共振器６ａと基準用空胴共振器６ｂとをキャニスタ１の一方の内面に沿って隣同士に配置し、キャニスタ１の対向する反対側の内面に沿ってにもう１組の検知用空胴共振器６ａと基準用空胴共振器６ｂとを設置する。
【００３３】
キャニスタ１内は使用済燃料９の崩壊熱で発熱するためガスＨｅが内部を対流するが、万一燃料被覆管が破損し、クリプトンやキセノンガスを放出したとしてもそれがキャニスタ１内に拡散するのは必ずしも時間的に早くはない。
【００３４】
このため、本実施の形態では、設置場所を変えた空胴共振器の組を複数用意することによりクリプトンやキセノンガスの拡散が早くなくともガスの放出を早期に検知でき、キャニスタ監視装置の検知性能及び信頼性を向上させることができる。
【００３５】
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、信号処理装置７に出力のゼロ点を調整する機能を有するようにしたものである。
例えば、基準用空胴共振器６ｂに純粋なガスＨｅを封入した場合、キャニスタ１内に封入されるガスＨｅは第２の実施の形態で説明したように、純粋なものとはならない可能性がある。
【００３６】
この場合には、２つの空胴共振器６ａ、６ｂの差による出力は最初からゼロとはならない。使用済燃料３は保管当初は健全性が保たれていると考えると、信号出力は誤認識を防止するためにも出力をゼロとしたほうが良い。
【００３７】
保管当初から燃料被覆管が破損し放射性ガスが放出されている可能性もあり得るが、当然この場合には放射性ガスの放出が続くので、初期の出力をゼロとしても時間とともに出力が増大するので健全性の監視ができなくなるようなことはない。
本実施の形態によれば、保管当初の出力をゼロに設定できるため、使用済燃料の健全性の監視における信頼性を向上させることができる。
【００３８】
次に本発明の第５の実施の形態について図５を参照して説明する。本実施の形態は、検知用空胴共振器と基準用空胴共振器とを１つの空洞共振器２０とし、検知用と基準用とを兼用するようにしたものである。
【００３９】
本実施の形態では、発振器２２からマイクロ波を発振し、１つの空胴共振器２０のある時間の出力を信号処理装置７の記憶装置２１に記憶させ、例えばこれを基準空胴共振器の信号とする。さらにこれに続く時間の出力を検知用空胴共振器の出力とし、これと記憶装置２０に記憶された信号を演算装置２３で演算することにより共振特性の違いを出力とし、空胴共振器２０内のガスの比誘電率の変化を計算し、この出力に基づいて使用済燃料の監視を行う。
【００４０】
本実施の形態では、キャニスタ１内に設置する空胴共振器の数を減らすことが可能となるので、装置が簡略になり製作コストの小さいキャニスタ監視装置を提供することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、キャニスタ内に収納された使用済燃料の燃料被覆管が破損した場合でもそれを検知できるキャニスタ監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるキャニスタ監視装置を示す概略縦断面図。
【図２】同じく本発明の第１の実施の形態によるキャニスタを示す概略横断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における信号処理装置を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態によるキャニスタ監視装置を示す概略横断面図。
【図５】本発明の第５の実施の形態における信号処理装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１…キャニスタ、３…使用済燃料、４…貯蔵キャスク、６ａ…検知用空胴共振器、６ｂ…基準用空胴共振器、７…信号処理装置、８…高周波ケーブル、９…コネクタ、１０…監視装置、１１…移相器、１２…ロックイン・アンプ、１３…発振器、１４…電力分配器、１５…方向性結合器、１６…増幅器、１７…送波用ミキサ、１８…受波用ミキサ、１９…低周波フィルタ、２０…空胴共振器、２１…記憶装置、２２…発振器、２３…増幅器、Ｈｅ…ヘリウムガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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