(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属を希ガス雰囲気中にて加熱してアルカリ金属蒸気を発生させ、このアルカリ金属蒸気の周囲に該アルカリ金属蒸気より低温の希ガスの気流を生じさせることにより、前記アルカリ金属蒸気の発光を誘起することを特徴とするアルカリ金属蒸気の発光誘起方法。
【請求項２】
アルカリ金属を希ガス雰囲気中にて加熱してアルカリ金属蒸気を発生させ、このアルカリ金属蒸気に希ガスを混入させて混合気体とし、この混合気体を該混合気体より低温の希ガスに接触させることにより、前記アルカリ金属蒸気の発光を誘起することを特徴とするアルカリ金属蒸気の発光誘起方法。
【請求項３】
前記アルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムの群から選択された１種であることを特徴とする請求項１または２記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法。
【請求項４】
前記希ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項１、２または３記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法。
【請求項５】
前記アルカリ金属の加熱温度は、４９３Ｋ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法。
【請求項６】
アルカリ金属蒸気の発光を用いた標準光源であって、
光を透過させる窓が設けられた密閉容器と、該密閉容器内に配置されてアルカリ金属を加熱する加熱手段と、前記密閉容器内に希ガスを供給しかつ加熱により生じたアルカリ金属蒸気の周囲に希ガスの気流を生じさせる希ガス流動手段と、前記密閉容器から排出される希ガスを冷却し再度前記密閉容器内に戻す冷却手段とを備えてなることを特徴とする標準光源。
【請求項７】
アルカリ金属蒸気の発光を用いてアルカリ金属用配管からのアルカリ金属の漏洩を検出する装置であって、
アルカリ金属用配管の周囲に同軸的に設けられた希ガス用配管と、該希ガス用配管から流出する希ガスを冷却し再度前記希ガス用配管内に戻す冷却手段と、前記希ガス用配管内におけるアルカリ金属蒸気の発光を検出する検出手段とを備えてなることを特徴とするアルカリ金属の漏洩検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、ナトリウム等のアルカリ金属を冷却材として用いる原子力施設に用いて好適なアルカリ金属蒸気の発光誘起方法と標準光源及びアルカリ金属の漏洩検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速増殖炉等の原子力施設において冷却材として用いられている溶融ナトリウム、溶融カリウム等のアルカリ金属は、優れた熱的特性を有する一方、消防法の危険物第３類に分類される消火が困難な物質でもある。
特に、溶融ナトリウムは、循環経路から漏洩し、空気や周辺の物質と反応して火災を起こす危険性があり、したがって、ナトリウムの漏洩を早期に検知して適正な対処を施す必要がある。ナトリウムの漏洩を検出する検出器としては、ナトリウムイオン化検出器（ＳＩＤ：Sodium Ionization Detector）、放射線イオン化検出器（ＲＩＤ：Radioactive Ionization Detector）、差圧式検出器（ＤＰＤ：Differential Pressure Detector）等がある。
【０００３】
一方、上記の原子力施設では、自動化したガス系の消火設備の検討がなされており、これまでに、窒素ガスを用いて溶融ナトリウム火災を消火するための検討がなされてきている。
また、アルカリ金属蒸気を含む雰囲気中に消火剤を投入することにより、アルカリ金属の発熱反応を消失させることも検討されている。この場合、消火剤を投入した初期においては、アルカリ金属蒸気の発光が消失し、さらに投入すると発熱反応が消失する。ここでは、アルカリ金属蒸気の発光の有無が消火の可否の判定に用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の消火方法では、溶融ナトリウムの温度が５００℃の場合に生じる火災を消火するためには、周囲の空気中の酸素濃度を３％以下にする必要があること、この空気を窒素ガスで希釈して酸素濃度を１％以下にした場合、緩やかな酸化が継続した後に発光を伴う発熱反応が生じること、窒素ガス中でナトリウム酸化生成物が溶融ナトリウムに接触して発火すること等、さまざまな問題点があり、溶融ナトリウム火災を効果的に消火するのは難しい。
この場合、ナトリウムの漏洩を早期に検出する必要があるが、上述した従来の検出器では、誤動作し易く、煩雑で取り扱いが難しい、高価格である、等の問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、希ガス雰囲気中で温度勾配を利用することにより、比較的低い温度領域でアルカリ金属の発光を誘起することができ、この発光を利用することで、溶融状態のアルカリ金属を用いる施設におけるアルカリ金属の漏洩を容易に検知することができ、したがって、溶融アルカリ金属漏洩火災の防止と速やかな消火を図ることができ、また、波長比較用の標準光源としても用いることができ、しかも、誤動作の虞が無く、簡単な構成で取り扱いがし易く、低価格等の優れた点を有するアルカリ金属蒸気の発光誘起方法と標準光源及びアルカリ金属の漏洩検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様なアルカリ金属蒸気の発光誘起方法と標準光源及びアルカリ金属の漏洩検出装置を提供した。
すなわち、本発明の請求項１記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法は、アルカリ金属を希ガス雰囲気中にて加熱してアルカリ金属蒸気を発生させ、このアルカリ金属蒸気の周囲に該アルカリ金属蒸気より低温の希ガスの気流を生じさせることにより、前記アルカリ金属蒸気の発光を誘起することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法は、アルカリ金属を希ガス雰囲気中にて加熱してアルカリ金属蒸気を発生させ、このアルカリ金属蒸気に希ガスを混入させて混合蒸気とし、この混合蒸気を該混合蒸気より低温の希ガスに接触させることにより、前記アルカリ金属蒸気の発光を誘起することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法は、請求項１または２記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法において、前記アルカリ金属は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）の群から選択された１種であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法は、請求項１、２または３記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法において、前記希ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）の群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法は、請求項１ないし４のいずれか１項記載のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法において、前記アルカリ金属の加熱温度は、４９３Ｋ以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の標準光源は、アルカリ金属蒸気の発光を用いた標準光源であって、光を透過させる窓が設けられた密閉容器と、該密閉容器内に配置されてアルカリ金属を加熱する加熱手段と、前記密閉容器内に希ガスを供給しかつ加熱により生じたアルカリ金属蒸気の周囲に希ガスの気流を生じさせる希ガス流動手段と、前記密閉容器から排出される希ガスを冷却し再度前記密閉容器内に戻す冷却手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載のアルカリ金属の漏洩検出装置は、アルカリ金属蒸気の発光を用いてアルカリ金属用配管からのアルカリ金属の漏洩を検出する装置であって、アルカリ金属用配管の周囲に同軸的に設けられた希ガス用配管と、該希ガス用配管から流出する希ガスを冷却し再度前記希ガス用配管内に戻す冷却手段と、前記希ガス用配管内におけるアルカリ金属蒸気の発光を検出する検出手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法と標準光源及びアルカリ金属の漏洩検出装置の各実施形態について説明する。
本実施形態では、図面を参照して具体的に説明するが、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１４】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法が適用された波長較正用標準光源を示す概略構成図であり、図において、符号１は円筒状のステンレススチール製の密閉容器、２は密閉容器内の下方に配置されアルカリ金属Ｍを貯留しかつ加熱する容器（加熱手段）、３は加熱容器２の底部に設けられ該加熱容器２を加熱するヒーター（加熱手段）、４は密閉容器１内の上方に設けられ該密閉容器１内に希ガスＧを供給しかつ加熱により生じたアルカリ金属蒸気Ｖの周囲に希ガスＧの気流を生じさせるファン（希ガス供給手段）、５はファン４を駆動するモーター、６は密閉容器１から排出される希ガスＧを冷却し再度密閉容器１内に戻す冷却配管（冷却手段）、７は密閉容器１の横方向に設けられアルカリ金属蒸気Ｖの発光Ｌを観測するための石英製の窓である。
【００１５】
アルカリ金属Ｍとしては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）のいずれか１種が好適に用いられる。
希ガスＧとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）及びキセノン（Ｘｅ）から選択された１種または２種以上が好適に用いられる。
【００１６】
次に、この波長較正用標準光源の動作について説明する。ここでは、標準波長としてナトリウムのＤ線を得るために、アルカリ金属Ｍとしてナトリウム（Ｎａ）を用い、希ガスＧとして１００ｖ／ｖ％のアルゴン（Ａｒ）ガスを用いる。
【００１７】
まず、密閉容器１内にアルゴン（Ａｒ）ガスを封入し、このアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で容器２に貯留されたナトリウム（Ｎａ）をヒーター３により４９３Ｋ以上の温度、例えば６７３Ｋまで加熱し、ナトリウム（Ｎａ）蒸気を発生させる。同時に、モーター５を用いてファン４を駆動し、密閉容器１から排出されるアルゴン（Ａｒ）ガスを冷却配管６により冷却し、再度密閉容器１内に戻すことで、アルゴン（Ａｒ）ガスを密閉容器１〜冷却配管６間で循環させ、ナトリウム（Ｎａ）蒸気の周囲にアルゴン（Ａｒ）ガスの気流を発生させる。
【００１８】
この際に、ナトリウム（Ｎａ）蒸気と流動するアルゴン（Ａｒ）ガスとの境界面に、波長５８８．９９５ｎｍと５８９．５９２ｎｍの二重線を有するナトリウムＤ線の発光Ｌが誘起される。このナトリウムＤ線は、石英製の窓７を通して観測することができ、光学機器の波長較正に利用することができる。
なお、加熱容器２にナトリウム（Ｎａ）の替わりにカリウム（Ｋ）を貯留すると、カリウム（Ｋ）の標準波長を有する標準光源となり、ナトリウム（Ｎａ）の替わりにリチウム（Ｌｉ）を貯留すると、リチウム（Ｌｉ）の標準波長を有する標準光源となる。
【００１９】
本実施形態のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法によれば、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でナトリウム（Ｎａ）を４９３Ｋ以上の温度に加熱し、発生するナトリウム（Ｎａ）蒸気の周囲にアルゴン（Ａｒ）ガスの気流を発生させるので、ナトリウム（Ｎａ）ガスと流動するアルゴン（Ａｒ）ガスとの境界面に、波長５８８．９９５ｎｍと５８９．５９２ｎｍの二重線を有するナトリウムＤ線の発光を誘起することができる。この発光は、目視で容易に確認できる程度に強いものであるので、アルカリ金属蒸気の発光を目視で容易に確認することができる。
【００２０】
本実施形態の波長較正用標準光源によれば、密閉容器１の底部にアルカリ金属Ｍを貯留しかつ加熱する容器２及びヒーター３を設け、この密閉容器１の上部に希ガスＧを供給しかつ加熱により生じたアルカリ金属蒸気Ｖの周囲に希ガスＧの気流を生じさせるファン４及びモーター５を設け、さらに、この密閉容器１に希ガスＧを冷却し再度密閉容器１内に戻す冷却配管６を設けたので、アルカリ金属固有の発光を誘起することができ、アルカリ金属固有の標準波長の光強度を目視で確認することができる程度に強く発光させることができ、光学機器の波長較正に利用することができる。
【００２１】
「第２の実施形態」
図２は本発明の第２の実施形態のアルカリ金属の漏洩検出装置を示す構成図であり、原子力施設において冷却材として使われるナトリウム等のアルカリ金属の漏洩を検出する装置の例である。
【００２２】
図において、符号１１は溶融アルカリ金属Ｍ’を循環させるためのアルカリ金属用配管、１２はアルカリ金属用配管１１の周囲に同軸的に設けられ希ガスＧを循環させるための希ガス用配管、１３は希ガス用配管１２から流出する希ガスＧを冷却し再度希ガス用配管１２内に噴き出させる低温希ガス用配管（冷却手段）、１４は低温希ガス用配管１３に設けられ希ガスＧを循環させるための循環ポンプ（冷却手段）、１５は低温希ガス用配管１３内にその軸心に沿って配設され希ガス用配管１２内に生じるアルカリ金属蒸気の発光Ｌ’を伝搬させる光ファイバ、１６は光ファイバ１５からの発光Ｌ’を検出する光電子増倍管（検出手段）である。なお、希ガス用配管１２は、保温性を高めるために、円筒状の断熱材１７の外面及び内面をそれぞれエンクロージャ１８で覆った構成としている。
【００２３】
溶融アルカリ金属Ｍ’としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）のいずれか１種が好適に用いられる。
希ガスＧとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）及びキセノン（Ｘｅ）から選択された１種または２種以上が好適に用いられる。
【００２４】
次に、この漏洩検出装置の動作について説明する。ここでは、溶融アルカリ金属Ｍ’として溶融ナトリウムを用い、希ガスＧとして１００ｖ／ｖ％のアルゴン（Ａｒ）ガスを用いる。また、漏洩個所特定の必要性と範囲、および検出能力によって、希ガス用配管１２に沿う複数個所に観測ポイントを設ける。すなわち、低温希ガス用配管１３〜光電子増倍管１６からなる観測装置を希ガス用配管１２の複数個所に設ける。
【００２５】
まず、アルカリ金属用配管１１と希ガス用配管１２との間に、従来の空気または窒素ガスの代わりにアルゴン（Ａｒ）ガスを充填し、一定の方向、ここでは図中矢印方向に循環させる。このアルゴンガスは循環ポンプ１４により低温希ガス用配管１３を通して循環される。
次いで、この低温希ガス用配管１３により室温にまで冷却されたアルゴンガスを、一定の流速でアルカリ金属用配管１１と希ガス用配管１２との間に吹き出す。
【００２６】
ここで、アルカリ金属用配管１１からナトリウムが漏洩した場合、アルカリ金属用配管１１と希ガス用配管１２との間にナトリウム蒸気とアルゴンガスとの混合気体が形成され、この混合気体がアルゴンガスの循環方向に沿って流れることとなる。この混合気体が観測ポイントに到達し、低温希ガス用配管１３から噴出する低温の希ガスＧに接触すると、温度勾配誘起蛍光が発光Ｌ’する。この発光Ｌ’を光電子増倍管１６が光ファイバ１５を介して検出し、警報音、警報表示灯、警報表示装置等により管理者に知らせる。
【００２７】
本実施形態のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法によれば、ナトリウム蒸気とアルゴンガスとの混合気体を形成し、この混合気体を低温の希ガスＧに接触させることにより温度勾配誘起蛍光を発光Ｌ’させるので、ナトリウム蒸気による発光を誘起することができる。
【００２８】
本実施形態のアルカリ金属の漏洩検出装置によれば、アルカリ金属用配管１１の周囲に同軸的に希ガス用配管１２を設け、この希ガス用配管１２に希ガスＧを冷却し再度希ガス用配管１２内に噴き出させる低温希ガス用配管１３を設け、さらに、この希ガス用配管１２に光ファイバ１５を介して該希ガス用配管１２内に発生する発光Ｌ’を検出する光電子増倍管１６を設けたので、アルカリ金属用配管１１からのナトリウムの漏洩を、速やかにしかも高感度で検出することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法によれば、アルカリ金属を希ガス雰囲気中にて加熱してアルカリ金属蒸気を発生させ、このアルカリ金属蒸気の周囲に該アルカリ金属蒸気より低温の希ガスの気流を生じさせることにより、前記アルカリ金属蒸気の発光を誘起するので、アルカリ金属蒸気と希ガスの気流との境界面に、光強度の比較的強いアルカリ金属蒸気の発光を生じさせることができる。
この発光は、目視で容易に確認できる程度に強いものであるので、アルカリ金属蒸気の発光を目視で容易に確認することができる。
【００３０】
本発明の他のアルカリ金属蒸気の発光誘起方法によれば、アルカリ金属を希ガス雰囲気中にて加熱してアルカリ金属蒸気を発生させ、このアルカリ金属蒸気に希ガスを混入させて混合蒸気とし、この混合蒸気を該混合蒸気より低温の希ガスと接触させることにより、前記アルカリ金属蒸気の発光を誘起するので、光強度の比較的強いアルカリ金属蒸気の発光を生じさせることができる。
【００３１】
本発明の標準光源によれば、光を透過させる窓が設けられた密閉容器と、該密閉容器内に配置されてアルカリ金属を加熱する加熱手段と、前記密閉容器内に希ガスを供給しかつ加熱により生じたアルカリ金属蒸気の周囲に希ガスの気流を生じさせる希ガス流動手段と、前記密閉容器から排出される希ガスを冷却し再度前記密閉容器内に戻す冷却手段とを備えたので、アルカリ金属固有の発光を誘起することができ、アルカリ金属固有の標準波長の光強度を目視で確認することができる程度に強く発光させることができ、光学機器の波長較正に利用することができる。
【００３２】
本発明のアルカリ金属の漏洩検出装置によれば、アルカリ金属用配管の周囲に同軸的に設けられた希ガス用配管と、該希ガス用配管から流出する希ガスを冷却し再度前記希ガス用配管内に戻す冷却手段と、前記希ガス用配管内におけるアルカリ金属蒸気の発光を検出する検出手段とを備えたので、アルカリ金属用配管からのアルカリ金属の漏洩を、速やかにしかも高感度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の波長較正用標準光源を示す概略構成図である。
【図２】  本発明の第２の実施形態のアルカリ金属の漏洩検出装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  密閉容器
２  加熱容器（加熱手段）
３  ヒーター（加熱手段）
４  ファン（希ガス供給手段）
６  冷却配管（冷却手段）
７  窓
１１  アルカリ金属用配管
１２  希ガス用配管
１３  低温希ガス用配管（冷却手段）
１４  循環ポンプ（冷却手段）
１５  光ファイバ
１６  光電子増倍管（検出手段）
Ｇ  希ガス
Ｍ  アルカリ金属
Ｍ’  溶融アルカリ金属
Ｌ、Ｌ’  発光
Ｖ  アルカリ金属蒸気
【図１】
0003903076.tif 000002
【図２】
0003903076.tif 000003