(57)【要約】【課題】ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを必要としない水分濃度測定装置及びその測定方法を提供する。【解決手段】実施形態の水分濃度測定装置３０では、原子炉格納容器７０内の陽電子源１から放出された陽電子と雰囲気に含まれる水分子とにより衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を複数のγ線検出器３が検出する。原子炉格納容器７０外の同時計数回路５が複数のγ線検出器３により検出されたγ線を時系列的に計測して対消滅により発生した対となる２個のγ線を検出したγ線検出器の位置を特定する。第１の信号処理ユニット６ａが特定されたγ線検出器の位置から陽電子の飛程を算出して水分子の濃度と陽電子の飛程との相関関係に基づいて水分子の濃度を求める。【選択図】図１
2013104745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水分子の濃度を測定する水分濃度測定装置であって、
前記原子炉格納容器内に配置されて陽電子を発生する陽電子源と、
前記原子炉格納容器内に配置され、前記陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するために陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器と、
前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する、前記原子炉格納容器の外側に配置された同時計数回路と、
前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された飛程演算部と、
水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて、前記飛程演算部により算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された水分濃度算出部と、
を備えることを特徴とする水分濃度測定装置。
【請求項２】
前記複数のγ線検出器は、前記陽電子放射方向と垂直な方向に前記陽電子放射方向の軸を中心としたリング状に並べられ、かつ前記陽電子放射方向に沿って複数のリング状を形成して配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の水分濃度測定装置。
【請求項３】
前記飛程演算部は、前記複数のγ線検出器を前記陽電子放射方向と垂直な方向の面に投影して前記２個のγ線検出器の位置が前記投影した面上で対角の方向に対する場合に、前記２個のγ線検出器の位置の中央の位置として前記対消滅の位置を割り出す
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水分濃度測定装置。
【請求項４】
前記原子炉格納容器内に配置されて前記陽電子源から発生した陽電子を前記陽電子放射方向に放出させるコリメータ
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の水分濃度測定装置。
【請求項５】
開口部を有して前記原子炉格納容器内に配置され、前記陽電子源と、前記複数のγ線検出器と、前記コリメータとを収容し、放射線を遮へいする遮へい体
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の水分濃度測定装置。
【請求項６】
原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水分子の濃度を測定する水分濃度測定方法であって、
前記原子炉格納容器内に陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器から、前記原子炉格納容器内に配置された陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するγ線検出処理ステップと、
前記γ線検出処理ステップの後、前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する同時計数処理ステップと、
前記同時計数処理ステップの後、前記解析された前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する飛程演算処理ステップと、
前記飛程演算処理ステップの後、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて、前記算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する水分濃度算出処理ステップと、
を含むことを特徴とする水分濃度測定方法。
【請求項７】
水分濃度測定装置と水素原子濃度測定装置と水素ガス濃度算出部とを有し、原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を測定する水素ガス濃度測定システムであって、
前記水分濃度測定装置は、
前記原子炉格納容器内に配置されて陽電子を発生する陽電子源と、
前記原子炉格納容器内に配置され、前記陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するために陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器と、
前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する、前記原子炉格納容器の外側に配置された同時計数回路と、
前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された飛程演算部と、
水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて前記飛程演算部により算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された水分濃度算出部とを備え、
前記水素原子濃度測定装置は、前記原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水素原子の濃度を測定し、
前記水素ガス濃度算出部は、前記水分濃度測定装置から算出された前記水分子の濃度と前記水素原子濃度測定装置から測定された前記水素原子の濃度とに基づいて前記原子炉格納容器内の水素ガスの濃度を算出し、前記原子炉格納容器の外側に配置されている
ことを特徴とする水素ガス濃度測定システム。
【請求項８】
前記水素原子濃度測定装置は、
前記原子炉格納容器内に配置されて高速中性子を発生する中性子源と、
前記原子炉格納容器内に配置され、前記中性子源から放出された高速中性子が前記原子炉格納容器内の雰囲気に含まれるガスと衝突して発生する熱中性子を検出する中性子検出器と、
前記検出された熱中性子に基づいて前記水素原子の濃度を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された水素原子濃度算出部と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の水素ガス濃度測定システム。
【請求項９】
開口部を有して前記原子炉格納容器内に配置され、前記陽電子源と前記複数のγ線検出器と前記コリメータとを収容し、放射線を遮へいする第１の遮へい体と、
開口部を有して前記原子炉格納容器内に配置され、前記中性子源と前記中性子検出器とを収容し、放射線を遮へいする第２の遮へい体と、
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の水素ガス濃度測定システム。
【請求項１０】
原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を測定する水素ガス濃度測定方法であって、
前記原子炉格納容器内に陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器から、前記原子炉格納容器内に配置された陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するγ線検出処理ステップと、
前記γ線検出処理ステップの後、前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する同時計数処理ステップと、
前記同時計数処理ステップの後、前記解析された前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する飛程演算処理ステップと、
前記飛程演算処理ステップの後、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて、前記算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する水分濃度算出処理ステップと、
前記原子炉格納容器内に配置された中性子源から放出された高速中性子が、前記原子炉格納容器内の雰囲気に含まれるガスと衝突して発生する熱中性子を検出する熱中性子検出処理ステップと、
前記熱中性子処理ステップの後、検出された熱中性子に基づいて、前記水素原子の濃度を算出する水素原子濃度算出処理ステップと、
前記水分濃度算出処理ステップおよび前記水素原子濃度算出処理ステップの後、前記算出された前記水分子の濃度と前記算出された前記水素原子の濃度とに基づいて、前記原子炉格納容器内の水素ガスの濃度を算出する水素ガス濃度算出処理ステップと、
を含むことを特徴とする水素ガス濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水分濃度測定装置及びその測定方法、ならびに水素ガス濃度測定システム及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電所の原子炉格納容器内の雰囲気モニタにおいては、放射線、水素ガス（Ｈ２）濃度及び酸素ガス（Ｏ２）濃度などの測定を行っており、主として事故時の測定を目的としている。このうち水素ガス濃度測定については、原子炉格納容器の内部のガスをサンプリング装置により原子炉格納容器の外部へ引き出し、冷却除湿を行ったうえで、水素ガス分析計に通して水素ガス濃度を分析している。
【０００３】
しかしながら、このような水素ガス分析計で測定できるようにするために、ガスを除湿する必要がある。また、冷却除湿用の冷却水源の喪失や、設計仕様を上回るガス条件に対しては測定不能となる場合がある。また、冷却除湿を行うためにサンプリングするガスを原子炉格納容器の外部へ引き出す必要があり、サンプリング配管の破損やサンプリング用ポンプの交流電源喪失等の外的要因でも測定不能となる場合がある。
【０００４】
なお、原子炉格納容器内に存在する成分ガスの濃度を測定するガス濃度測定装置において、原子炉格納容器内に存在するガスをサンプルポンプ等で外部に取り出して、そのガスを冷却除湿した後にガスを分析計で成分濃度を測定し、測定後にガスを返送ポンプで原子炉格納容器内に返送すること等が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平４−１４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した水素ガス分析計では、水素ガスの濃度を測定する場合、サンプリングするガスを原子炉格納容器の外部へ引き出すことが必要となる。また、水素ガス分析計で測定する前に、外部へ引き出したガスを冷却除湿して、水分子を除去する必要がある。さらに、汚染されたガスであるために、測定後には原子炉格納容器内に返送する必要がある。このため、除湿用の冷却水源、ガスを引き出しおよび返送するサンプリング配管などが必要となり、事故時においてサンプリング配管の破損や冷却水源の喪失、ポンプなどの交流電源喪失等の外的要因に影響を受けて、水素ガスの濃度を測定することが困難となる。
【０００７】
一方、除湿しないで水素ガス濃度を測定する場合には、雰囲気中の水分(Ｈ２Ｏ濃度)を把握することが重要となるが、事故時の高温環境下においても原子炉格納容器内の水分の濃度を測定できる装置は知られていない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、かかる上記事情に対処してなされたものであり、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを必要としない水分濃度測定装置及びその測定方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明が解決しようとする課題は、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを必要としない水素ガス濃度測定システム及びその測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、実施形態の水分濃度測定装置は、原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水分子の濃度を測定する水分濃度測定装置である。当該水分濃度測定装置は、前記原子炉格納容器内に配置されて陽電子を発生する陽電子源と、前記原子炉格納容器内に配置され、前記陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するために陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器と、前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する、前記原子炉格納容器の外側に配置された同時計数回路と、前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された飛程演算部と、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて、前記飛程演算部により算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された水分濃度算出部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、実施形態の水分濃度測定方法は、原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水分子の濃度を測定する水分濃度測定方法である。当該水分濃度測定方法は、前記原子炉格納容器内に陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器から、前記原子炉格納容器内に配置された陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するγ線検出処理ステップと、前記γ線検出処理ステップの後、前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する同時計数処理ステップと、前記同時計数処理ステップの後、前記解析された前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する飛程演算処理ステップと、前記飛程演算処理ステップの後、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて、前記算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する水分濃度算出処理ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、実施形態の水素ガス濃度測定システムは、水分濃度測定装置と水素原子濃度測定装置と水素ガス濃度算出部とを有し、原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を測定する水素ガス濃度測定システムである。当該水素ガス濃度測定システムにおいて、前記水分濃度測定装置は、前記原子炉格納容器内に配置されて陽電子を発生する陽電子源と、前記原子炉格納容器内に配置され、前記陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するために陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器と、前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する、前記原子炉格納容器の外側に配置された同時計数回路と、前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された飛程演算部と、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて前記飛程演算部により算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する、前記原子炉格納容器の外側に配置された水分濃度算出部とを備え、前記水素原子濃度測定装置は、前記原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水素原子の濃度を測定し、前記水素ガス濃度算出部は、前記水分濃度測定装置から測定された前記水分子の濃度と前記水素原子濃度測定装置から測定された前記水素原子の濃度とに基づいて前記原子炉格納容器内の水素ガスの濃度を算出し、前記原子炉格納容器の外側に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、実施形態の水素ガス濃度測定方法は、原子炉格納容器内の雰囲気に含まれる水素ガスの濃度を測定する水素ガス濃度測定方法である。当該水素ガス濃度測定方法は、前記原子炉格納容器内に陽電子放射方向に沿って並んで配置された複数のγ線検出器から、前記原子炉格納容器内に配置された陽電子源から放出された陽電子が前記雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するγ線検出処理ステップと、前記γ線検出処理ステップの後、前記複数のγ線検出器のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析する同時計数処理ステップと、前記同時計数処理ステップの後、前記解析された前記２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と前記陽電子が通る通路とが交差する位置として前記対消滅の位置を割り出し、それによって前記陽電子源から前記対消滅の位置までの距離として陽電子の飛程を算出する飛程演算処理ステップと、前記飛程演算処理ステップの後、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて、前記算出された前記陽電子の飛程から前記水分子の濃度を算出する水分濃度算出処理ステップと、前記原子炉格納容器内に配置された中性子源から放出された高速中性子が、前記原子炉格納容器内の雰囲気に含まれるガスと衝突して発生する熱中性子を検出する熱中性子検出処理ステップと、前記熱中性子処理ステップの後、検出された熱中性子に基づいて、前記水素原子の濃度を算出する水素原子濃度算出処理ステップと、前記水分濃度算出処理ステップおよび前記水素原子濃度算出処理ステップの後、前記算出された前記水分子の濃度と前記算出された前記水素原子の濃度とに基づいて、前記原子炉格納容器内の水素ガスの濃度を算出する水素ガス濃度算出処理ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る水分濃度測定装置の実施形態によれば、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水分子の濃度を測定することができる。
【００１５】
また、本発明に係る水分濃度測定方法の実施形態によれば、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水分子の濃度を測定することができる。
【００１６】
また、本発明に係る水素ガス濃度測定システムの実施形態によれば、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水素ガスの濃度を測定することができる。
【００１７】
また、本発明に係る水素ガス濃度測定方法の実施形態によれば、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水素ガスの濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る水素ガス濃度測定システムの実施形態における構成図。
【図２】図１のII−II線矢視横断面図。
【図３】図１の実施形態における水素原子濃度測定装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態の水素ガス濃度測定システムについて、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態は、原子炉格納容器における水素ガス濃度測定システムの一例をとりあげて説明する。
【００２０】
以下、本発明に係る水素ガス濃度測定システムの実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。実施形態の水素ガス濃度測定システムは、原子炉７１を格納する原子炉格納容器７０内の水素ガス濃度を測定するためのものであって、水分濃度測定装置３０と水素原子濃度測定装置５０とを備えている。ここで、図１及び図２は、主に実施形態における水分濃度測定装置３０の構成図であり、特に図１には水分濃度測定装置３０の一部を縦断面図で示し、図２は図１のII−II線矢視横断面図である。また、図３は、図１の水素原子濃度測定装置５０の構成を示し、特にその一部を縦断面図で示す。
【００２１】
実施形態の水分濃度測定装置３０は、図１に示すように、陽電子源１と、コリメータ２と、複数のγ線検出器３と、第１のユニット間ケーブル４ａと、第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄと、同時計数回路５と、第１の信号処理ユニット６ａと、第１の遮へい体7ａと、を備えている。
【００２２】
陽電子源１、コリメータ２、複数のγ線検出器３及び第１の遮へい体７ａは、原子炉格納容器７０の内部で例えば原子炉７１の上方の空間に設置されている。一方、同時計数回路５、第１の信号処理ユニット６ａおよび第１のユニット間ケーブル４ａは原子炉格納容器７０の外部に設置されている。
【００２３】
第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄは、原子炉格納容器７０の壁を貫通してその内外に延びている。
【００２４】
第１の遮へい体７ａは、開口部を有した容器である。第１の遮へい体７ａは、その第１の遮へい体７ａ外における原子炉格納容器７０内で放射される放射線をその第１の遮へい体７ａ内に透過することを防ぐ。そのために、第１の遮へい体7ａは、γ線などの放射線を遮蔽可能な鉛(Ｐｂ)等の材質で、例えば円筒状に形成されている。
【００２５】
第１の遮へい体7ａは、陽電子源１、コリメータ２および複数のγ線検出器３などを覆うように、原子炉格納容器７０内に配置される。第１の遮へい体7ａの開口部は原子炉７１の方を向かず、原子炉格納容器７０の壁に向かって開口している。これにより、第１の遮へい体7ａは、その第１の遮へい体７ａの外部から飛来するγ線が複数のγ線検出器３で検出されることを防止している。
【００２６】
陽電子源１は、陽電子を発生する。陽電子源1は、β+崩壊する放射性同位体元素であり、22Ｎａ等が使用される。
【００２７】
コリメータ２は、陽電子源１から発生した陽電子中から所定の陽電子放射方向２１に陽電子を放出させる。コリメータ２には、一個の直線的貫通孔が設けられた鉛(Ｐｂ)、タングステン(Ｗ)等が使用される。
【００２８】
複数のγ線検出器３は、各々の検出器においてγ線を検出する。複数のγ線検出器３は、陽電子源１から放出された陽電子が雰囲気に含まれる水分子と衝突して生ずる対消滅により発生するγ線を検出するために陽電子放射方向２１に沿って並んで配置される。
【００２９】
具体的には、図１および図２に示すように、複数のγ線検出器３は、コリメータ２で定義される陽電子放射方向２１に垂直な面においてリング状に配置され、さらに、複数のリングが陽電子放射方向２１に沿って列状に配置される。複数のγ線検出器３には事故時の高温においても動作可能なものが使用され、例えばシンチレーション検出器、霧箱等が使用される。
【００３０】
以下に、複数のγ線検出器３の構成について、図１および図２を参照しながら、詳しく説明する。
【００３１】
図２では、図１の第１の遮へい体７ａの横断面における複数のγ線検出器３の中の1つのリング状の配列を示している。複数のγ線検出器３は、図２に示すように、第１の遮へい体７ａの容器の中心軸上にある中心Ｐｃから等間隔に、例えばγ線検出器３１ａ、３２ａ、３３ａ、・・・、３１１ａ、３１２ａ（３１ａ〜３１２ａ）がリングのγ線検出器群３ａとされている。このリングのγ線検出器群３ａは、例えば同一の円周上にかつ等間隔となるように配置される。
【００３２】
リングのγ線検出器群３ａのγ線検出器３１ａ〜３１２ａ（３１ａ〜３７ａ〜とも記す）と、同様に、γ線検出器３１ｂ〜３７ｂ〜、γ線検出器３１ｃ〜３７ｃ〜およびγ線検出器３１ｄ〜３７ｄ〜からなる各々のリングのγ線検出器群３ｂ、３ｃおよび３ｄが、さらに陽電子放射方向２１に沿って列状に配置されている。なお、図１および図２に示すγ線検出器の個数は、説明を容易にするために、模式的に示したものであり、これらのリング状に配置される検出器の個数および列方向のリング数は本実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
複数のγ線検出器３と同時計数回路５との間には、第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄが接続されている。例えば、図２に示すリングのγ線検出器群３ａのγ線検出器（３１ａ〜３７ａ〜）の各々に、図１に示す第１のγ線検出器ケーブル群４１ａ中の対応するケーブルの一端が接続されて、他端が同時計数回路５に接続されている。その他のリングのγ線検出器群３ｂのγ線検出器（３１ｂ〜３７ｂ〜）、リングのγ線検出器群３ｃのγ線検出器（３１ｃ〜３７ｃ〜）およびリングのγ線検出器群３ｄのγ線検出器（３１ｄ〜３７ｄ〜）についても、同様に、第２のγ線検出器ケーブル群４１ｂ、第３のγ線検出器ケーブル群４１ｃおよび第４のγ線検出器ケーブル群４１ｄが接続されている。これらの第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄは、原子炉格納容器７０の壁を貫通してその内外に延びている。
【００３４】
また、同時計数回路５と第１の信号処理ユニット６ａとの間には、第１のユニット間ケーブル４ａが接続されている。この第１のユニット間ケーブル４ａは、原子炉格納容器７０の外部において敷設されている。
【００３５】
同時計数回路５は、複数のγ線検出器３により検出されたγ線を時系列的に計測し、対消滅により発生した対となる２個のγ線を検出したγ線検出器を特定する。同時計数回路５は、原子炉格納容器７０の外側に配置されている。
【００３６】
同時計数回路５は、第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａないし４１ｄを通じて、逐次、複数のγ線検出器３からγ線の検出信号を受信している。同時計数回路５は、これらの受信した検出信号に基づいて時系列の比較により同時刻に検出された検出信号を割り出し、かつ予め記憶された複数のγ線検出器３の各々の位置を参照して、対消滅により発生した対となる２個のγ線を検出した検出器の位置を特定する。なお、同時計数回路５において、例えばγ線が検出された同時刻を比較する際に、受信した検出信号の受信時刻から第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａないし４１ｄの各々のケーブル長による伝播遅延時間を補正して算出してもよい。
【００３７】
具体的には、同時計数回路５は、例えば図２に示すような中心Ｐｃを中心とする円の円周上に、異なるリング上または同一のリング上に位置する複数のγ線検出器３を投影して、この中から対となる２個のγ線検出器を特定する。例えば、図１および図２に示す例では、互いに１８０度反対方向に位置するγ線検出器３７ｂおよびγ線検出器３１ｃから、対となる２個のγ線が同時に検出され、それらの検出器の位置が特定される。
【００３８】
同時計数回路５は、例えばフィルタ処理、ピーク検出処理、論理演算処理や記憶処理などの機能の回路等が組み合わされて構成される。この場合、同時計数回路５には、時系列処理する検出信号に対して、十分な時間分解能、周波数分解能などの処理能力を有する回路等が用いられる。
【００３９】
以上により、同時計数回路５は、複数のγ線検出器３のうちの２個のγ線検出器が同時にγ線を検出したときに、それら２個のγ線検出器の位置を解析することができる。
【００４０】
第１の信号処理ユニット６ａは、同時計数回路５から特定された２個のγ線検出器の位置の解析情報を受信する。そのために、第１の信号処理ユニット６ａは、飛程演算部６１ａ、水分濃度演算部６２ａおよび換算表６３ａを備えている。
【００４１】
飛程演算部６１ａは、同時計数回路５により特定された対となる２個のγ線検出器の位置を結ぶ直線と、陽電子が通る通路とが交差する位置として対消滅の位置を割り出す。
【００４２】
例えば、飛程演算部６１ａは、複数のγ線検出器３を陽電子放射方向２１と垂直な方向の面に投影して、対となる２個のγ線検出器の位置が投影した面上で対角の方向に対する場合に、２個のγ線検出器の位置から対消滅の位置Ｘｓを割り出す。
【００４３】
これにより、飛程演算部６１ａは、陽電子源１から対消滅の位置Ｘｓまでの距離として陽電子の飛程を算出する。
【００４４】
水分濃度演算部６２ａは、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係に基づいて、飛程演算部６１ａにより算出された陽電子の飛程から水分子の濃度を算出する。例えば、水分子の濃度と陽電子の飛程との予め求められた相関関係は、後述するように換算表６３ａに格納されている。
【００４５】
換算表６３ａは、水分子の濃度と陽電子の飛程との相関関係についてのデータを記憶している。換算表６３ａには、それらのデータが予め準備され、格納されている。例えば、事故時などにおいて原子炉格納容器７０内の雰囲気には、主に、窒素ガス（Ｎ２）、水素ガス（Ｈ２）、酸素ガス（Ｏ２）、水分子（Ｈ２Ｏ）の含有が想定される。このような場合に、陽電子との散乱断面積は水分子が最も大きいため、陽電子の飛程はガスに含まれる水分子の濃度に強く依存する。このため、予め水分子の濃度と陽電子の飛程との相関関係が求められ、換算表６３ａにこの相関関係についてのデータが予め格納される。
【００４６】
これにより、水分濃度演算部６２ａは、換算表６３ａに格納されたデータに基づいて、陽電子の飛程から水分子の濃度を求めることができる。なお、換算表６３ａに代えて、換算式などを用いてもよい。
【００４７】
図３は、図１に示す実施形態の水素原子濃度測定装置５０の構成図である。実施形態の水素原子濃度測定装置５０は、中性子源１０と、中性子検出器１１と、中性子検出器ケーブル４２と、第２の信号処理ユニット６ｂと、第２の遮へい体７ｂと、を備えている。
【００４８】
水素原子濃度測定装置５０は、原子炉格納容器７０内における水分子（Ｈ２Ｏ）、水素ガス（Ｈ２）などを含む雰囲気中の水素原子（Ｈ）の濃度を測定する。
【００４９】
第２の遮へい体７ｂは、原子炉格納容器７０内の第１の遮へい体７ａの近傍に配置され、その第２の遮へい体７ｂ外からの放射線を遮へいするように、中性子源１０と、中性子検出器１１とを覆っている。第２の遮へい体７ｂは、例えば鉛(Ｐｂ)等の材質で、開口部を有するように円筒状に形成されている。
【００５０】
第２の遮へい体７ｂの開口部は原子炉７１の方を向かず、原子炉格納容器７０の壁に向かって開口している。これにより、第２の遮へい体７ｂは、その第２の遮へい体７ｂの外部から飛来する熱中性子が中性子検出器１１で検出されることを防止する。
【００５１】
中性子源１０は、高速中性子を放出する放射性同位体元素であり、２５２Ｃｆ等が使用される。
【００５２】
中性子検出器１１は、中性子源１０から放出された高速中性子が原子炉格納容器７０内の雰囲気に含まれるガスと衝突して発生する熱中性子を検出する。中性子検出器１１は、熱中性子を検出する装置であり、３Ｈｅ計数管等が使用される。
【００５３】
中性子検出器ケーブル４２は、中性子検出器１１と第２の信号処理ユニット６ｂとの間に接続される。この中性子検出器ケーブル４２は、原子炉格納容器７０の壁を貫通してその内外に延びている。
【００５４】
第２の信号処理ユニット６ｂは、この中性子検出器ケーブル４２を通じて、中性子検出器１１から熱中性子の検出信号を受信する。第２の信号処理ユニット（水素原子濃度算出部）６ｂは、検出された熱中性子の検出信号に基づいて、水素原子の濃度を算出する。第２の信号処理ユニット６ｂは、原子炉格納容器７０の外部に設置されている。
【００５５】
第２のユニット間ケーブル４ｂは、第１の信号処理ユニット６ａと第３の信号処理ユニット６ｃとの間に接続されている。第３の信号処理ユニット６ｃは、この第２のユニット間ケーブル４ｂを通じて、第１の信号処理ユニット６ａから算出された水分子の濃度に関する情報を受信する。
【００５６】
第３のユニット間ケーブル４ｃは、第２の信号処理ユニット６ｂと第３の信号処理ユニット６ｃとの間に接続されている。第３の信号処理ユニット６ｃは、この第３のユニット間ケーブル４ｃを通じて、第２の信号処理ユニット６ｂから算出された水素原子の濃度に関する情報を受信する。
【００５７】
第３の信号処理ユニット（水素ガス濃度算出部）６ｃは、水分濃度測定装置３０から算出された水分子の濃度と、水素原子濃度測定装置５０から算出された水素原子の濃度とに基づいて、原子炉格納容器７０内の水素ガスの濃度を算出する。第３の信号処理ユニット６ｃは、原子炉格納容器７０の外部に設置されている。
【００５８】
ここで、水素原子（Ｈ）は他の原子よりも中性子の減速能が大きいため、熱中性子検出強度は、ガス中の水素分子（Ｈ２）及び水分子（Ｈ２Ｏ）に含まれる水素原子（Ｈ）の濃度に強く依存する。このため、ガス中に含まれる水素原子の濃度と熱中性子検出強度との相関を予め求めておき、第２の信号処理ユニット６ｂにおいて、この相関に基づいて熱中性子検出強度からガス中に含まれる水素原子の濃度を求めることができる。
【００５９】
なお、上記では、中性子源１０を原子炉格納容器７０の内部に設置する場合についての作用と効果を説明したが、原子炉格納容器７０の隔壁を透過可能なエネルギーを持つ高速中性子を放射する中性子源１０を原子炉格納容器７０の外部に設置しても同様の作用と効果を得ることができる。
【００６０】
第３の信号処理ユニット６ｃは、第１の信号処理ユニット６ａにより算出された水分子の濃度と、第２の信号処理ユニット６ｂにより算出された水素原子（Ｈ）の濃度とを用いて、ガス中の水素ガス（Ｈ２）の濃度を算出する。即ち、水分濃度測定装置３０で求めたガス中の水分子（Ｈ２Ｏ）の濃度、および、水素原子濃度測定装置５０で求めたガス中の水素原子（Ｈ）の濃度から、ガス中の水素ガス（Ｈ２）の濃度を求めることができる。
【００６１】
次に、実施形態の水素ガス濃度測定システムにおける処理の流れについて説明する。
【００６２】
水分濃度測定装置３０において、陽電子源１から放出された多数の陽電子はコリメータ２によってビーム状に切り出される。コリメータ２の孔を通過した陽電子は、原子炉格納容器７０内のガスに含まれる電子等と衝突を繰り返して運動エネルギーを徐々に失っていき、最期に周辺の電子と結合して対消滅を起こす。この対消滅の発生と同時に、全質量エネルギーに等しい約５１１ｅＶのエネルギーを持つγ線を、互いに反対となる１８０度方向に２個放出する。
【００６３】
対消滅により放出された対となる２個のγ線は、複数のγ線検出器３の中のいずれかで検出される。複数のγ線検出器３がこれらのγ線を検出した場合に、検出したγ線検出器は検出信号を第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａないし４１ｄを通じて同時計数回路５に伝達する。
【００６４】
同時計数回路５は、第１ないし第４のγ線検出器ケーブル群４１ａないし４１ｄを通じて伝達された検出信号に基づいて、同時刻に検出された２個のγ線の検出位置を解析する。同時計数回路５は、この結果を解析情報として第１の信号処理ユニット６ａに伝達する。
【００６５】
第１の信号処理ユニット６ａの飛程演算部６１ａが、例えば図２に示すように、対となる２個のγ線の検出位置としてγ線検出器３７ｂおよびγ線検出器３１ｃの解析情報を受信する。飛程演算部６１ａは、受信した解析情報に基づいて、γ線検出器３７ｂとγ線検出器３１ｃとの位置を結ぶ直線で定義されるγ線の飛跡９と、コリメータ２の孔を通る直線によって定義される陽電子の飛跡８とから、これらの交差する点である対消滅の位置Ｘｓ（図１に示す）を算出する。
【００６６】
これにより、飛程演算部６１ａは、陽電子源１の位置から算出した対消滅の位置Ｘｓまでの距離を、陽電子の飛程として算出する。
【００６７】
次に、水分濃度演算部６２ａは、飛程演算部６１ａから陽電子の飛程の算出結果を受ける。水分濃度演算部６２ａは、換算表６３ａを参照して、この陽電子の飛程に対応する水分子の濃度を算出する。水分濃度演算部６２ａは、水分子の濃度について第３の信号処理ユニット６ｃに算出結果を送る。
【００６８】
一方、上記水分濃度測定装置３０の処理と並行して、水素原子濃度測定装置５０の処理においては、中性子源１０から放出された高速中性子は、ガスに含まれる原子と衝突を繰り返して運動エネルギーを徐々に失い、中性子の飛跡１３を経て熱中性子となって中性子検出器１１により検出される。
【００６９】
中性子検出器１１は、検出した熱中性子検出強度信号を、中性子検出器ケーブル４２を通じて第２の信号処理ユニット６ｂに伝達する。
【００７０】
次に、第２の信号処理ユニット６ｂは、受信した熱中性子検出強度信号を信号処理して熱中性子検出強度を算出する。第２の信号処理ユニット６ｂは、算出した熱中性子検出強度から、ガス中に含まれる水素原子の濃度と熱中性子検出強度との予め格納された相関関係に基づいて、熱中性子検出強度からガス中に含まれる水素原子の濃度を算出する。第２の信号処理ユニット６ｂは、この水素原子の濃度の算出結果を、第３の信号処理ユニット６ｃに送る。
【００７１】
第３の信号処理ユニット６ｃは、第１の信号処理ユニット６ａにより算出された水分子の濃度と、第２の信号処理ユニット６ｂにより算出された水素原子の濃度とを用いて、ガス中の水素ガス（Ｈ２）の濃度を算出する。
【００７２】
即ち、実施形態の水素ガス濃度測定システムにおいて、水分濃度測定装置３０で算出されたガス中の水分子（Ｈ２Ｏ）の濃度、および水素原子濃度測定装置５０で算出されたガス中の水素原子（Ｈ）の濃度から、原子炉格納容器７０内のガス中の水素ガス（Ｈ２）の濃度を求めることができる。
【００７３】
以上説明したように、実施形態の水分濃度測定装置によれば、ガスの検出部を原子炉格納容器の内部に設置しているため、サンプリングしたガスを原子炉格納容器の外部へ引き出すことが不要となる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子の濃度を求めることができるため、ガスの除湿を必要としない。したがって、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水分子の濃度の濃度を測定することができる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子の濃度を高温環境下で高湿度であっても水分子の濃度を測定することができる。
【００７４】
また、実施形態の水分濃度測定方法によれば、ガスの検出部を原子炉格納容器の内部に設置しているため、サンプリングしたガスを原子炉格納容器の外部へ引き出すことが不要となる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子の濃度を求めることができるため、ガスの除湿を必要としない。したがって、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水分子の濃度の濃度を測定することができる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子の濃度を高温環境下で高湿度であっても水分子の濃度を測定することができる。
【００７５】
また、実施形態の水素ガス濃度測定システムによれば、ガスの検出部を原子炉格納容器の内部に設置しているため、サンプリング用のガスを原子炉格納容器の外部へ引き出すことが不要となる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子および水素原子の濃度を測定して水素ガスの濃度を求めることができるため、ガスの除湿を必要としない。したがって、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水素ガスの濃度を測定することができる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子の濃度を高温環境下で高湿度であっても水素ガスの濃度を測定することができる。
【００７６】
また、実施形態の水素ガス濃度測定方法によれば、ガスの検出部を原子炉格納容器の内部に設置しているため、サンプリング用のガスを原子炉格納容器の外部へ引き出すことが不要となる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子および水素原子の濃度を測定して水素ガスの濃度を求めることができるため、ガスの除湿を必要としない。したがって、ガスの除湿および原子炉格納容器の外部へのサンプリングを行わずに、水素ガスの濃度を測定することができる。また、原子炉格納容器内のガスに含まれる水分子の濃度を高温環境下で高湿度であっても水素ガスの濃度を測定することができる。
【００７７】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００７８】
上記水分濃度測定装置と他の従来技術による水素原子濃度測定装置とを組み合わせて水素ガス濃度測定システムを構成してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１…陽電子源、２…コリメータ、３…複数のγ線検出器、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…リングのγ線検出器群、４ａ…第1のユニット間ケーブル、４ｂ…第２のユニット間ケーブル、４ｃ…第３のユニット間ケーブル、５…同時計数回路、６ａ…第1の信号処理ユニット、６ｂ…第２の信号処理ユニット、６ｃ…第３の信号処理ユニット、７ａ…第１の遮へい体、７ｂ…第２の遮へい体、８…陽電子の飛跡、９…γ線の飛跡、１０…中性子源、１１…中性子検出器、１３…中性子の飛跡、２１…陽電子放射方向、３０…水分濃度測定装置、３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ、３８ａ、３９ａ、３１０ａ、３１１ａ、３１２ａ、３１ｂ、３７ｂ、３１ｃ、３７ｃ、３１ｄ、３７ｄ…γ線検出器、４１ａ…第１のγ線検出器ケーブル群、４１ｂ…第２のγ線検出器ケーブル群、４１ｃ…第３のγ線検出器ケーブル群、４１ｄ…第４のγ線検出器ケーブル群、４２…中性子検出器ケーブル、５０…水素原子濃度測定装置、６１ａ…飛程演算部、６２ａ…水分濃度演算部、６３ａ…換算表、７０…原子炉格納容器、７１…原子炉
【図１】
2013104745.tif 000003
【図２】
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【図３】
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