(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃棄物を収容するキャニスタの密封状態を監視する方法であって、
前記キャニスタ内の放射性廃棄物からの放射線を用いて前記キャニスタを構成する部材の歪みを検出し、該検出結果に基づいて前記キャニスタの密封状態を監視することを特徴とするキャニスタの密封監視方法。
【請求項２】
前記キャニスタを構成する部材のうち、前記キャニスタの蓋部又は胴部の部材の歪みを検出することを特徴とする請求項１に記載のキャニスタの密封監視方法。
【請求項３】
放射性廃棄物を収容するキャニスタの密封状態を監視する装置であって、前記キャニスタ内の放射性廃棄物からの放射線を用いて前記キャニスタを構成する部材の歪みを検出する検出装置と、該検出装 置の検出結果に基づいて前記キャニスタの密封状態を監視する制御装置とを備えることを特徴とするキャニスタの密封監視装置。
【請求項４】
前記検出装置は、前記キャニスタを構成する部材のうち、前記キャニスタの蓋部又は胴部の部材の歪みを検出することを特徴とする請求項３に記載のキャニスタの密封監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性廃棄物を収容するキャニスタの密封状態を監視する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等で生じる放射性廃棄物（使用済燃料など）の一部は、耐熱性及び耐放射線性に優れたガラスとともに溶融炉内で混ぜ合わされた後、キャニスタと呼ばれる金属製の容器内に流し込まれ固められることによってガラス固化体に加工される。ガラス固化体は、核燃料の崩壊によって自身が熱を発生するため、その熱を冷却すること等を目的として貯蔵施設（使用済燃料中間貯蔵施設、ガラス固化体貯蔵施設）において所定期間貯蔵される。
【０００３】
キャニスタ内の放射性廃棄物の放射能は、キャニスタ内に密封されることにより安定的に閉じ込めらる。また、その放射線は、キャニスタが収納される貯蔵容器のコンクリート製の壁によって遮蔽される。放射性廃棄物を貯蔵する施設では、こうした技術により、施設からの放射線の線量が法令で定められた線量限度よりも十分低い値に抑えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、放射性廃棄物の放射能を安定的に閉じ込めるために、キャニスタの密封性は重要であり、従来より、その密封状態を監視するための監視技術がいくつか提案されてきた。
【０００５】
キャニスタの密封監視技術としては、例えば、（１）キャニスタ内の圧力変化を直接検出する方法、（２）キャニスタ内への空気の混入に伴うキャニスタの熱変化を検出する方法、（３）キャニスタ内の圧力変化に伴うキャニスタの固有振動数の変化を検出する方法、等が提案されている。
【０００６】
しかしながら、上述した密封監視技術には次のような課題がある。
すなわち、（１）のキャニスタ内の圧力変化を直接検出する方法では、圧力検出用のセンサをキャニスタ内に設置する必要があるため、配線用の孔等によりキャニスタの密封性（バウンダリ）を崩すおそれがある。（２）のキャニスタの熱変化を検出する方法では、密封状態の崩壊が熱変化として顕著に表れない場合が多く、監視精度を十分に保証できない。（３）のキャニスタの固有振動数の変化を検出する方法では、検出用のセンサをキャニスタに接触させる必要があり、センサの長期健全性が保証できない。
【０００７】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、キャニスタの密封状態を良好に監視できる監視方法及び監視装置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】
上記課題を解決するため、本発明は、放射性廃棄物を収容するキャニスタの密封状態を監視する方法であって、放射線を用いて前記キャニスタを構成する部材の歪みを検出し、該検出結果に基づいて前記キャニスタの密封状態を監視することを特徴とする。
このキャニスタの密封監視方法では、放射線を用いてキャニスタを構成する部材の歪みを検出することにより、キャニスタの密封状態を良好に監視することができる。すなわち、キャニスタの密封状態が崩れると、キャニスタ内の圧力が変化し（通常は、圧力が低下する）、これにより、キャニスタを構成する部材に加わる応力が変化する。そのため、その応力変化に伴う上記部材の歪みを検出することにより、キャニスタの密封状態を監視することができる。また、この密封監視方法では、キャニスタの外部からの検出となり、キャニスタ内にセンサを設置する必要がないので、キャニスタの密封性（バウンダリ）を崩すおそれがない。しかも、非接触での検出が可能であるので、センサの交換も容易となり、センサの長期健全性を保つことができる。
【０００９】
この場合において、前記キャニスタを構成する部材のうち、前記キャニスタの蓋部又は胴部の部材の歪みを検出するとよい。
キャニスタの蓋部又は胴部を構成する部材は、他の部位に比べて歪みが生じやすい。そのため、蓋部又は胴部を構成する部材の歪みを検出することにより、より確実にキャニスタの密封状態を監視することができる。
【００１０】
また、前記キャニスタ内の放射性廃棄物からの放射線を用いて前記歪みを検出してもよい。
キャニスタ内の放射性廃棄物からの放射線を用いることにより、放射線を投射する機構を省略することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は、放射性廃棄物を収容するキャニスタの密封状態を監視する装置であって、放射線を用いて前記キャニスタを構成する部材の歪みを検出する検出装置と、該検出装置の検出結果に基づいて前記キャニスタの密封状態を監視する制御装置とを備えることを特徴とする。
この場合において、前記検出装置は、前記キャニスタを構成する部材のうち、前記キャニスタの蓋部又は胴部の部材の歪みを検出するとよい。
また、前記検出装置は、前記放射性廃棄物からの放射線を用いて前記歪みを検出してもよい。
このキャニスタの密封監視装置では、上記構成により、上述した密封監視方法を実施することができる。そのため、放射線を用いてキャニスタを構成する部材の歪みを検出することにより、キャニスタの密封状態を良好に監視することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のキャニスタの密封監視装置の構成の一例を概略的に示す図であり、符号１０はキャニスタ、１１は密封監視装置を示している。
【００１３】
キャニスタ１０には、原子力発電所等で生じる放射性廃棄物（使用済燃料など）が収容されている。放射性廃棄物は、例えば、ガラスとともに溶融炉内で混ぜ合わされた後、ガラス固化体として固められ、キャニスタ１０内に収容される。キャニスタ１０を構成する部材としては、例えば、ステンレス鋼などの金属材料が用いられる。また、キャニスタ１０は、コンクリート製の貯蔵容器１５に収納されており、貯蔵容器１５のコンクリート製の壁により、キャニスタ１０内の放射性廃棄物からの放射線が遮蔽されている。
【００１４】
密封監視装置１１は、キャニスタ１０を構成する部材の歪みを検出する検出装置２０と、検出装置２０の検出結果に基づいてキャニスタ１０の密封状態を監視する制御装置２１とを備えて構成されている。本例では、検出装置２０は、放射線を用いて部材の歪みを検出する。
【００１５】
放射線を用いて部材の歪みを検出する方法としては、例えば、Ｘ線の回折現象を利用したＸ線回折法を用いることができる。以下、Ｘ線回折法について簡単に説明する。
【００１６】
図２（ａ）に、応力が存在しない場合の多結晶試料におけるＸ線の回折条件を示し、図２（ｂ）に、特定の回折条件を満足する結晶粒の法線方向からの角度Ψを変化させた時の回折ピークの形状変化を示す。同様に、圧縮応力が存在する場合の多結晶試料におけるＸ線の回折条件とΨを変化させた時の回折ピークの形状変化を図３に示す。
ここで、Ｘ線回折のブラッグの回折条件を（１）式に示す。２θは回折角、ｄは格子面間隔、λはＸ線の波長である。
２ｄ sinθ ＝ λ    …（１）
【００１７】
試料に応力が存在しなければ、試料中のどの結晶粒についても格子面間隔ｄは全て同じである。したがって、Ψによっても回折条件は変化せず、図２（ｂ）に示したように回折ピークの位置は変化しない。しかし、応力が存在すると、特定の回折条件を満足する結晶粒子毎で、その格子常数が異なる。例えば、試料面に平行な方向に圧縮応力が存在する時、試料法線に垂直な方向の結晶粒の格子面間隔ｄ0に比べて、斜めの方向の結晶粒の格子面間隔は小さくなる（ｄ0−Δｄ）。したがって、Ψが大きくなると、より小さな面間隔を持つ結晶粒が測定されることになり、図３（ｂ）に示したように回折ピークがより広角にシフトする。また、引張応力の場合は逆になる。特に、試料に均一な歪みが存在する場合、図４に示すように、回折角２θは比例する。圧縮応力（compression）の時にはその傾きが正になり、引張応力（tension）の時にはその傾きが負になる。
【００１８】
ここで、格子面間隔ｄ及び応力によるその変化量Δｄとを用いると、歪みεは、（２）式のように表すことができる。
ε＝Δｄ／ｄ    …（２）
また、Ｘ線回折のブラッグの回折条件の（１）式を微分して（３）式が得られる。
Δｄ／ｄ＝−cotθ × Δθ    …（３）
（２）式と（３）式とが等しいこと、及びＸ線の入射方向Ψに対する回折角２θの傾きの（４）式を用いると、歪みεは、（５）式のように表すことができる。
Δθ＝∂（２θ）／∂sin2Ψ    …（４）
ε＝−−cotθ0 × ∂（２θ）／∂sin2Ψ    …（５）
この（５）式を用いることにより、均一歪みの測定が可能である。
【００１９】
このように、Ｘ線回折法では、部材からのＸ線の回折線を検出することにより、その部材の歪みを算出することができる。
【００２０】
図１に戻り、本例の検出装置２０は、Ｘ線を発生するＸ線発生部２５、Ｘ線発生部２５からのＸ線をキャニスタ１０に向けて射出する投射部２６、キャニスタ１０からの回折線の強度を検出する検出部２７等を備えて構成されている。本例では、投射部２６及び検出部２７は、キャニスタ１０の蓋部を構成する部材の歪みを検出するように、キャニスタ１０の上部に配置されている。
【００２１】
制御装置２１は、上述したＸ線発生部２５、投射部２６、及び検出部２７等を統括的に制御するとともに、検出部２７から送られる検出信号、及び上述したＸ線回折法に基づいて、キャニスタ１０を構成する部材の歪みまたは歪みの変化を算出し、その算出結果に基づいてキャニスタ１０の密封状態を監視するように構成されている。
【００２２】
続いて、上記構成の密封監視装置１１を用いてキャニスタ１０の密封を監視する方法の一例について説明する。
まず、制御装置２１は、Ψ角（試料面法線と回折面法線のなす角）を所定の値に設定した後、投射部２６を介してキャニスタ１０の蓋部にＸ線を照射する。また、投射部２６を介してＸ線（入射Ｘ線）を揺動させながら、検出部２７を介して回折線の強度を測定する。これにより、回折線強度のプロファイル（回折角に対する回折線強度のプロファイル曲線）を描くことができる。
【００２３】
次に、制御装置２１は、回折線強度のプロファイルから、ピーク頂上付近を近似した放物線を解析するなどにより、回折線のピーク位置（回折角）を求め、そのピーク位置（回折角）に基づいて現時点のキャニスタ１０の歪み（蓋部の歪み量）を算出する。
【００２４】
次に、制御装置２１は、上述した現時点のキャニスタ１０の歪みを算出した結果に基づいて、キャニスタ１０の密封状態を判別する。具体的には、理想的な密封状態におけるキャニスタ１０の歪みが予め分かっている場合、その歪みと現時点のキャニスタ１０の歪みとを比較することにより、キャニスタ１０の密封状態を判別する。すなわち、キャニスタ１０の密封状態が崩れると、キャニスタ１０内の圧力が変化し（通常は、圧力が低下する）、これにより、キャニスタ１０を構成する部材に加わる応力が変化する。そのため、その応力変化に伴ってキャニスタ１０の歪みが変化することになる。したがって、制御装置２１は、例えば、理想的な密封状態におけるキャニスタ１０の歪みと現時点の歪みとの変化量を求め、その変化量が許容範囲を下回っている場合はキャニスタ１０の密封状態が保持されていると判別し、逆に許容範囲を超えている場合はキャニスタ１０の密封状態が崩れていると判別する。
【００２５】
このように、本実施例では、Ｘ線を用いてキャニスタ１０を構成する部材の歪みを検出し、その検出結果に基づいてキャニスタ１０内の応力変化を検出することにより、キャニスタ１０の密封状態を監視する。Ｘ線を用いた歪み検出では、比較的高精度な歪みの検出が可能であり、その結果、キャニスタ１０内の応力変化を精度よく検出することが可能である。また、キャニスタ１０の密封状態が崩壊した時の応力変化は、キャニスタ１０内の放射性廃棄物の経時変化に伴う応力変化に比べて極めて大きい。こうしたことから、本実施例では、Ｘ線を用いてキャニスタ１０を構成する部材の歪みを検出することにより、キャニスタ１０の密封状態を良好に監視することができる。
【００２６】
また、本実施例では、キャニスタの外部からの検出となり、キャニスタ内にセンサ（検出部など）を設置する必要がないので、キャニスタの密封性（バウンダリ）を崩すおそれがない。しかも、非接触での検出が可能であるので、センサの交換も容易となり、センサの長期健全性を保つことができる。
【００２７】
また、本実施例では、キャニスタを構成する部材のうち、キャニスタの蓋部の部材の歪みを検出する。キャニスタの蓋部を構成する部材は、他の部位に比べて歪みが生じやすい。そのため、蓋部を構成する部材の歪みを検出することにより、より確実にキャニスタの密封状態を監視することができる。なお、キャニスタの蓋部とともに、キャニスタの胴部も他の部位に比べて歪みが生じやすい。したがって、キャニスタの蓋部に代えて、もしくは蓋部とともにキャニスタの胴部の歪みを検出してもよい。
【００２８】
なお、本実施例では、Ｘ線回折法に基づいて、キャニスタを構成する部材の歪みを検出する場合について説明したが、放射線を用いた歪みの検出方法はこれに限定されない。すなわち、本実施例では、キャニスタの歪み（歪み量）の絶対値を求める必要は必ずしもなく、少なくとも理想的な密封状態におけるキャニスタの歪みと現時点の歪みとの変化が判別できればよい。そのため、放射線を用いた歪みの検出方法としては、公知の種々の技術を用いることができる。例えば、キャニスタを構成する部材からの放射線（Ｘ線など）の回折像を撮像し、その撮像結果に基づいて理想の密封状態からのキャニスタの歪みの変化を検出するようにしてもよい。
【００２９】
図５は、本発明に係るキャニスタの密封監視装置の他の構成例を概略的に示す図である。
図５において、本実施例の密封監視装置３０は、上述した実施例と同様に、検出装置３１と、制御装置３２とを備え、検出装置３１は、キャニスタ１０からの放射線を検出する検出部３３等を備えて構成されている。
【００３０】
この密封監視装置３０では、上述した実施例と異なり、検出部３３を介してキャニスタ１０内の放射性廃棄物から生じる放射線を検出し、その検出結果に基づいてキャニスタ１０を構成する部材の歪みを検出する。放射線を検出する方法としては、上述したＸ線回折法の他に、公知の様々な技術を用いることができる。なお、検出部３３は、キャニスタ１０を構成する部材のうち、蓋部又は胴部を通過した放射線を検出するように配置される。
【００３１】
本実施例では、キャニスタ１０内の放射性廃棄物からの放射線を用いることから、放射線を投射する機構（Ｘ線発生部、投射部など）を省略することが可能となり、装置の簡素化及びフットスペースの低減化を図ることができる。
【００３２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のキャニスタの密封監視方法、及び密封監視装置によれば、放射線を用いてキャニスタを構成する部材の歪みを検出することにより、キャニスタの密封状態を良好に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るキャニスタの密封監視装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】  （ａ）は無応力の時のＸ線回折条件を示す図、（ｂ）はΨを変えた時の回折ピークを示す図である。
【図３】  （ａ）は圧縮応力の時のＸ線回折条件を示す図、（ｂ）はその条件においてΨを変えた時の回折ピークを示す図である。
【図４】  応力が存在するときの sin2に対する回折角２θの変化を示す図である。
【図５】  本発明に係るキャニスタの密封監視装置の他の構成例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０  キャニスタ
１５  貯蔵容器
１１，３０  密封監視装置
２０，３１  検出装置
２１，３２  制御装置
２５  Ｘ線発生部
２６  投射部
２７，３３  検出部
【図１】
0003951706.tif 000002
【図２】
0003951706.tif 000003
【図３】
0003951706.tif 000004
【図４】
0003951706.tif 000005
【図５】
0003951706.tif 000006