(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料デブリを回収している場所の近傍における反応度を把握する装置及び方法を提供する。【解決手段】局所中性子増倍特性測定装置１０は、主に熱中性子を検出する第１の中性子検出器１１ａとその周囲に設けられた第１の減速部材１２１ａとを有する第１の中性子検出体系４１と、主に熱中性子を検出する第２の中性子検出器１１ｂとその周囲に設けられた第２の減速部材１２１ｂと第２の減速部材１２１ｂと燃料デブリ１間に設けられ平板状の中性子吸収部材１３とを有する第２の中性子検出体系４２と、第１の中性子検出器１１ａからの出力および第２の中性子検出器１１ｂからの出力を入力として受け入れて対象部分の反応度を算出する演算部２０とを有する。【選択図】図１
2016080666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料デブリの対象部分の反応度を測定するための局所中性子増倍特性測定装置において、
主に熱中性子を検出する第１の中性子検出器と、前記第１の中性子検出器の周囲に設けられた第１の減速部材とを有する第１の中性子検出体系と、
主に熱中性子を検出する第２の中性子検出器と、前記第２の中性子検出器の周囲に設けられた第２の減速部材と、前記第２の減速部材と前記燃料デブリ間に設けられ前記燃料デブリの表面に沿って広がった平板状の中性子吸収部材と、を有する第２の中性子検出体系と、
前記第１の中性子検出器からの出力および前記第２の中性子検出器からの出力を入力として受け入れて前記対象部分の反応度を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする局所中性子増倍特性測定装置。
【請求項２】
前記第１の中性子検出器と前記第２の中性子検出器とは同一であり、かつ、前記第１の減速部材と前記第２の減速部材とは同一であり、
前記第１の中性子検出体系と前記第２の中性子検出体系とは、前記中性子吸収部材の移動によって互いに切り替え可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の局所中性子増倍特性測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記第１の中性子検出器の出力ＣＷ／Ｃｄと、前記第２の中性子検出器の出力ＣＮ／Ｃｄと、を受け入れて、次の式によって対象部分の実効増倍率ｋＮ／Ｃｄを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の局所中性子増倍特性測定装置。
ｋＮ/Ｃｄ＝[１−(εＮ/Ｃｄ／εＷ/Ｃｄ)(ＣＷ/Ｃｄ／ＣＮ/Ｃｄ)]／
[１−(εＮ/Ｃｄ／εＷ/Ｃｄ)(ＰＷ/Ｃｄ／ＰＮ/Ｃｄ)(ＣＷ/Ｃｄ／ＣＮ/Ｃｄ)]
ここで、ＣＮ／Ｃｄは第１の中性子検出器の出力、ＣＷ／Ｃｄは第２の中性子検出器の出力、εＮ／Ｃｄは熱中性子に対する第１の中性子検出器の検出効率、εＷ／Ｃｄは熱中性子に対する第２の中性子検出器の検出効率、ＰＮ／Ｃｄは第１の中性子検出体系を含む対象部分の中性子が漏えいしない確率、ＰＷ／Ｃｄは第２の中性子検出体系を含む対象部分の中性子が漏えいしない確率を示す。
【請求項４】
主に熱中性子を検出し前記演算部に出力する第３の中性子検出器と、前記第３の中性子検出器の周囲に設けられた第３の減速部材と、前記第３の減速部材と前記燃料デブリ間に設けられた第１の中性子吸収部材と、前記第１の中性子吸収部材よりも幅の小さな第２の中性子吸収部材とを有する第３の中性子検出体系とをさらに備え、
前記演算部は、前記第１の中性子検出器の出力ＣＮ／Ｃｄと、前記第３の中性子検出器の出力ＣＷ３／Ｃｄと、を受け入れて、前記第２の中性子検出器の出力ＣＷ／Ｃｄと同様の処理により対象部分の実効増倍率ｋＮ３／Ｃｄを算出することにより、前記対象部分の高反応度領域の規模を推定可能とすることを特徴とする請求項３に記載の局所中性子増倍特性測定装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第２の中性子検出器の出力と前記第３の中性子検出器の出力とを比較することによって前記対象部分における高反応度領域の大きさを推定することを特徴とする請求項４に記載の局所中性子増倍特性測定装置。
【請求項６】
前記中性子吸収部材はカドミウムを材料として含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の局所中性子増倍特性測定装置。
【請求項７】
前記第１の中性子検出体系および前記第２の中性子検出体系が前記燃料デブリの表面に沿って移動するよう前記第１の中性子検出体系および前記第２の中性子検出体系を支持し駆動する支持駆動部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６のいずれか一項に記載の局所中性子増倍特性測定装置。
【請求項８】
前記燃料デブリの対象部分を順次除去可能に形成されたデブリ除去部をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の局所中性子増倍特性測定装置。
【請求項９】
燃料デブリの対象部分の反応度を測定するための局所中性子増倍特性測定方法において、
主に熱中性子を検出する第１の中性子検出器と前記第１の中性子検出器の周囲に設けられた第１の減速部材とを有する第１の中性子検出体系で熱中性子束を測定する第１の測定ステップと、
主に熱中性子を検出する第２の中性子検出器と前記第２の中性子検出器の周囲に設けられた第２の減速部材と前記第２の減速部材と前記燃料デブリ間に設けられ前記燃料デブリの表面に沿って広がった中性子吸収部材とを有する第２の中性子検出体系で熱中性子束を測定する第２の測定ステップと、
演算部が、前記第１の測定ステップでの前記第１の中性子検出器からの出力と、前記第２の測定ステップでの前記第２の中性子検出器からの出力とを受け入れて、対象部分の実効増倍率を算出する実効増倍率算出ステップと、
を有することを特徴とする局所中性子増倍特性測定方法。
【請求項１０】
前記第２の測定ステップにおける前記第２の中性子検出器の位置は、前記第１の測定ステップにおける前記第１の中性子検出器の位置と同じ位置で、前記第２の測定ステップは前記第１の測定ステップとは時間を異にして実施されることを特徴とする請求項９に記載の局所中性子増倍特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、燃料デブリの対象部分の反応度を測定するための局所中性子増倍特性測定装置および局所中性子増倍特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
福島第一原子力発電所の１号機、２号機および３号機では、事故により炉心が溶融し、核燃料物質と構造材がデブリとして炉心下部やあるいは原子炉格納容器内部に蓄積していると推定される。
【０００３】
デブリには核燃料物質の他に負の反応度を有する構造材などが多量に含まれていることから、デブリの回収における臨界安全管理においては、一般的な核燃料物質の取り扱いの場合とは異なる特性を考慮する必要がある。
【０００４】
第１に、デブリの回収作業によりデブリ体系の核燃料物質が減少するものの、常に中性子増倍率が低下するわけではなく、構造材などが同時に回収されるため、逆に反応度が増加する可能性があり、この結果、臨界となる場合があることを想定する必要がある。
【０００５】
第２に、構造材等により中性子増倍体系が分断されるため、反応度が上昇しても中性子束の増加が局所的となる可能性がある。したがって、臨界安全管理のための中性子測定は、反応度が上昇している場所の近傍で行う必要がある。すなわち、デブリ回収作業における臨界安全管理では、デブリが回収されている場所に近い位置で中性子増倍特性を測定することが重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−４７５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
中性子増倍特性測定手法の一つに、カドミウム（Ｃｄ）着脱法がある。この手法は一般には水中にある燃料集合体を対象としている。具体的には、中性子吸収体であるＣｄ板を燃料集合体周囲に設置して中性子計数率を測定し、Ｃｄ板を取り除いた時の中性子計数率との比からＣｄ板が無い状態での中性子増倍率を評価する。このＣｄ着脱法をデブリ体系に適用する場合には、デブリを回収している場所の近くにおいて、Ｃｄ板有無の計数率を効率的に測定する方法が課題となる。
【０００８】
そこで、本発明の実施形態は、燃料デブリを回収している場所の近傍における反応度を把握することを目的とする。なお、以下、核燃料物質を含むデブリを燃料デブリと呼ぶこととする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本実施形態は、燃料デブリの対象部分の反応度を測定するための局所中性子増倍特性測定装置において、主に熱中性子を検出する第１の中性子検出器と、前記第１の中性子検出器の周囲に設けられた第１の減速部材とを有する第１の中性子検出体系と、主に熱中性子を検出する第２の中性子検出器と、前記第２の中性子検出器の周囲に設けられた第２の減速部材と、前記第２の減速部材と前記燃料デブリ間に設けられ前記燃料デブリの表面に沿って広がった平板状の中性子吸収部材と、を有する第２の中性子検出体系と、前記第１の中性子検出器からの出力および前記第２の中性子検出器からの出力を入力として受け入れて前記対象部分の反応度を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本実施形態は、燃料デブリの対象部分の反応度を測定するための局所中性子増倍特性測定方法において、主に熱中性子を検出する第１の中性子検出器と前記第１の中性子検出器の周囲に設けられた第１の減速部材とを有する第１の中性子検出体系で熱中性子束を測定する第１の測定ステップと、主に熱中性子を検出する第２の中性子検出器と前記第２の中性子検出器の周囲に設けられた第２の減速部材と前記第２の減速部材と前記燃料デブリ間に設けられ前記燃料デブリの表面に沿って広がった中性子吸収部材とを有する第２の中性子検出体系で熱中性子束を測定する第２の測定ステップと、演算部が、前記第１の測定ステップでの前記第１の中性子検出器からの出力と、前記第２の測定ステップでの前記第２の中性子検出器からの出力とを受け入れて、対象部分の実効増倍率を算出する実効増倍率算出ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、燃料デブリを回収している場所の近傍における反応度を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を示す立断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定方法における中性子増倍率と中性子吸収部材が有る場合の計数率の中性子吸収部材が無い場合の計数率に対する比との関係を示すグラフである。
【図３】第１の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定方法の手順を示すフロー図である。
【図４】第２の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を第１の中性子検出体系について示す立断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を第２の中性子検出体系について示す立断面図である。
【図６】第３の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を示す立断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定方法における高反応度領域との第１の関係を示す立断面図であり、（ａ）は第２の中性子検出体系での測定状態、（ｂ）は第３の中性子検出体系による測定状態を示す。
【図８】第３の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定方法における高反応度領域との第２の関係を示す立断面図であり、（ａ）は第２の中性子検出体系での測定状態、（ｂ）は第３の中性子検出体系による測定状態を示す。
【図９】第４の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を示す立断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置のデブリ除去部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る局所中性子増倍特性の測定装置について説明する。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。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を示す立断面図である。局所中性子増倍特性測定装置１０は、第１の中性子検出体系４１、第２の中性子検出体系４２、演算部２０、および、第１の中性子検出体系４１および第２の中性子検出体系４２を支持し燃料デブリ１の表面に沿って移動させる支持駆動部１４を有する。
【００１５】
第１の中性子検出体系４１は、第１の中性子検出器１１ａ、および第１の中性子検出器１１ａまわりおよび燃料デブリ１との間に設けられた第１の減速部材１２１ａを有する。また、第２の中性子検出体系４２は、第２の中性子検出器１１ｂ、第２の中性子検出器１１ｂまわりに配された第２の減速部材１２１ｂ、および中性子吸収部材１３を有する。
【００１６】
燃料デブリ１中の核分裂生成物からのガンマ線のレベルが高いと予想されるので、第１の中性子検出器１１ａおよび第２の中性子検出器１１ｂは、高ガンマ線場で使用できるＢ−１０検出器や核分裂検出器を使用することでよい。なお、図示していないが、第１の中性子検出器１１ａおよび第２の中性子検出器１１ｂへの高圧電力の供給が必要である。
【００１７】
第１の減速部材１２１ａおよび第２の減速部材１２１ｂはそれぞれ、外形が直方体の容器であり、ポリエチレンを内包している。中性子吸収部材１３は、外形が直方体の容器に、たとえば金属状のカドミウム（Ｃｄ）あるいは１０Ｂを包含したＢ４Ｃなどの中性子吸収材を収納したものである。
【００１８】
演算部２０は、第１の中性子検出器１１ａからの出力である計数率ＣＮ／Ｃｄと、これと同一の検出場所に置かれたときの第２の中性子検出器１１ｂからの出力である計数率ＣＷ／Ｃｄを受けて、燃料デブリ１の検出場所に近接した領域の局所中性子増倍率ｋＮ／Ｃｄを算出する。具体的には、以下のとおりである。
【００１９】
まず、第１の中性子検出体系４１における第１の中性子検出器１１ａの計数率ＣＮ／Ｃｄは次の式（１）により与えられる。
ＣＮ／Ｃｄ＝εＮ／ＣｄＳ／（１−ｋＮ／Ｃｄ）            …（１）
【００２０】
ここで、ＣＮ／Ｃｄは第１の中性子検出器１１ａからの出力、εＮ／Ｃｄは発生した中性子に対する第１の中性子検出器１１ａの検出効率、Ｓは増倍を含まない自発核分裂による自発中性子源強度であり減速材有無には依存しない。
【００２１】
また、局所中性子増倍率ｋＮ／Ｃｄは、次の式（２）のように、無限増倍率ｋ∞と、燃料デブリ１の対象領域と第１の中性子検出体系４１における中性子が漏洩しない確率ＰＮ／Ｃｄで表される。
ｋＮ／Ｃｄ＝ＰＮ／Ｃｄｋ∞                              …（２）
【００２２】
また、中性子吸収部材１３を有する第２の中性子検出体系４２における第２の中性子検出器１１ｂの計数率ＣＷ／Ｃｄは次の式（３）により与えられる。
ＣＷ／Ｃｄ＝εＷ／ＣｄＳ／（１−ｋＷ／Ｃｄ）            …（３）
【００２３】
ここで、ＣＷ／Ｃｄは第２の中性子検出器１１ｂからの出力、εＷ／Ｃｄは発生した中性子に対する第２の中性子検出器１１ｂの検出効率、Ｓは増倍を含まない自発核分裂による自発中性子源強度であり式（１）におけるＳと同じものである。
【００２４】
また、局所中性子増倍率ｋＷ／Ｃｄは、次の式（４）のように、無限増倍率ｋ∞と、燃料デブリ１の対象領域と第２の中性子検出体系４２における中性子が漏洩しない確率ＰＷ／Ｃｄで表される。
ｋＷ／Ｃｄ＝ＰＷ／Ｃｄｋ∞                              …（４）
【００２５】
上記式（１）ないし式（４）から変数ＳおよびＫ∞を消去すると、中性子吸収部材１３がない場合の実効増倍率が次の式（５）のように得られる。
ｋＮ/Ｃｄ＝[１−(εＮ/Ｃｄ／εＷ/Ｃｄ)(ＣＷ/Ｃｄ／ＣＮ/Ｃｄ)]／
[１−(εＮ/Ｃｄ／εＷ/Ｃｄ)(ＰＷ/Ｃｄ／ＰＮ/Ｃｄ)(ＣＷ/Ｃｄ／ＣＮ/Ｃｄ)]
…（５）
【００２６】
支持駆動部１４は、支持手段と駆動手段を有する。支持手段は、たとえば、第１の中性子検出体系４１と第２の中性子検出体系４２を吊り下げるレール等で構成され、燃料デブリ１の除去を順次行う箇所に沿ってあらかじめ敷設されている。駆動手段は、レールに沿って第１の中性子検出体系４１と第２の中性子検出体系４２を移動させる。
【００２７】
図２は、中性子増倍率と中性子吸収部材が有る場合の計数率の中性子吸収部材が無い場合の計数率に対する比との関係を示すグラフである。すなわち、横軸は、式（５）における（ＣＷ／Ｃｄ／ＣＮ／Ｃｄ）を、縦軸は、式（５）におけるｋＮ／Ｃｄを表す。
【００２８】
図２に示すように、中性子吸収部材１３が有る場合に対する無い場合の計数率比が小さいほど、対象とする領域の局所中性子増倍率ｋＮ／Ｃｄは大きくなる。逆に言えば、対象とする領域の局所中性子増倍率ｋＮ／Ｃｄが大きいほど、中性子吸収部材１３の有無の影響が大きい。
【００２９】
図３は、第１の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定方法の手順を示すフロー図である。まず、順次、図示しない除去装置によって燃料デブリ１の一部を順次除去する（ステップＳ０１）。除去を行う段階においては、燃料デブリ１は、中心部等を除いては金属化学的に複雑な形態で固体化していると考えられる。したがって、除去は、流体を除去するような連続的な移動ではなく、ある個所に停止して、除去作業を行い、それが終了すると、次の箇所に移るといった断続的な移動である。
【００３０】
ある個所の燃料デブリ１の一部を除去したら、次に、その除去した個所の近傍に局所中性子増倍特性測定装置１０を移動させ、第１の中性子検出体系４１において測定する（ステップＳ０２）。測定の目的は、燃料デブリ１の一部が除去されることによって局所中性子増倍率が増大して臨界条件に近づくことがないかを確認することなので、燃料デブリ１の状態が変化する都度、測定を行うことが望ましい。
【００３１】
ステップＳ０２の第１の中性子検出体系４１における測定の後に、局所中性子増倍特性測定装置１０を燃料デブリ１に沿って移動駆動し、第２の中性子検出体系４２を、第１の中性子検出体系４１による計測を行った位置まで移動させ、第２の中性子検出体系４２において測定する（ステップＳ０３）。燃料デブリ１は、基本的にほぼ固体化していると考えられるので、第２の中性子検出体系４２で測定する対象である燃料デブリ１の状態は、第１の中性子検出体系４１で測定した時点の燃料デブリ１の状態と変化ないと考えられる。
【００３２】
なお、中心部に溶融部分があって、その部分あるいは近傍を除去する場合は、流動により時間変化する可能性がある。このような場合は、燃料デブリ１の状態変化が僅かであるように微小な量ずつ除去する必要がある。また、第１の中性子検出体系４１と第２の中性子検出体系４２を交互に測定箇所に移動させ、それを高速で切り替えることを行ってもよい。
【００３３】
ここで、ステップＳ０２とステップＳ０３は、互いにいずれが先でもよい。
【００３４】
ステップＳ０２およびステップＳ０３の後に、演算部２０が、第１の中性子検出器１１ａの出力と、第２の中性子検出器１１ｂの出力とを受け入れて、燃料デブリ１の対象領域の実効増倍率ｋＮ／Ｃｄを算出する（ステップＳ０４）。以上のステップＳ０１からステップＳ０４までの手順を、燃料デブリ１の一部を除去する都度、繰り返し実施する。
【００３５】
カリフォルニウム２５２（２５２Ｃｆ）が中性子源として利用されているように、一部の超Ｕ元素は自発核分裂により中性子を放出する。このため、燃料デブリ１においては自発核分裂による中性子が発生している。
【００３６】
図１に示す燃料デブリ１の第１の中性子検出体系４１の近傍で自発核分裂によって発生したエネルギーの高い中性子、すなわち高速中性子の一部は、第１の中性子検出体系側に移動する。移動してきた高速中性子は第１の減速部材１２１ａ中でエネルギーを失って最終的に熱中性子となる。この熱中性子の一部は、燃料デブリ１に戻り、燃料デブリ１内のウラン２３５（２３５Ｕ）等の核燃料物質に吸収され核分裂を生じる。
【００３７】
一方、燃料デブリ１の第２の中性子検出体系４２の近傍で自発核分裂によって発生した高速中性子の一部は、第２の中性子検出体系側に移動する。移動してきた高速中性子は、一部は中性子吸収部材１３で吸収されるが多くは第２の減速部材１２１ｂに移動し最終的に熱中性子となる。Ｃｄあるいは１０Ｂなどの中性子吸収部材１３は熱中性子の吸収断面積が大きいため、燃料デブリ１の方向に戻る熱中性子の多くは中性子吸収部材１３に吸収される。このため、第２の中性子検出体系４２から燃料デブリ１に戻る熱中性子の量は、第１の中性子検出体系４１の場合に比べて少ない。
【００３８】
以上のように、燃料デブリ１のうち第１の中性子検出体系４１に隣接する領域では第１の中性子検出体系４１から熱中性子が供給される領域となる。一方、燃料デブリ１のうち第２の中性子検出体系４２に隣接する領域では第２の中性子検出体系４２からの熱中性子の供給が殆どない領域となる。
【００３９】
この結果、燃料デブリ１のうち第１の中性子検出体系４１に隣接する領域の中性子増倍率ｋＮ／Ｃｄは、第２の中性子検出体系４２に隣接する領域の中性子増倍率ｋＷ／Ｃｄに比べて大きくなる。したがって、第２の中性子検出体系４２に隣接する場合に比べて、第１の中性子検出体系４１に隣接する場合の方が、反応度が高いため、その領域で発生する高速中性子も多く、この結果、第１の中性子検出体系４１の第１の中性子検出器１１ａに到達する熱中性子も多くなり、計数率が高くなる。この違いを利用して、中性子増倍率ｋＮ／Ｃｄは、式（４）のように算出される。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、燃料デブリ１を回収している場所の近傍における反応度を把握することができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を第１の中性子検出体系について示す立断面図である。また、図５は、第２の中性子検出体系について示す立断面図である。
【００４２】
本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第２の実施形態においては、局所中性子増倍特性測定装置１０ａは、１つの中性子検出器１１を有する。中性子検出器１１の周囲には減速部材１２が設けられている。中性子検出器１１と減速部材１２とは、一体で、支持駆動部１４により移動駆動される。
【００４３】
減速部材１２と燃料デブリ１の間には、吸収部材等ガイド部１５が設けられ、減速部材１２に取付けられている。吸収部材等ガイド部１５内には、減速部材１２ａおよび中性子吸収部材１３が収納されている。減速部材１２ａおよび中性子吸収部材１３はそれぞれ、減速部材１２の燃料デブリ１に対向する面と燃料デブリ１との間の設置空間を占有するような平板状である。
【００４４】
減速部材１２ａと中性子吸収部材１３は吸収部材等支持ロッド１６に結合されており吸収部材等駆動部１７によって、設置空間に位置するように互いに切り替えられる。図４は、減速部材１２ａが設置空間にある場合、すなわち第１の中性子検出体系４１（図１）の場合を示し、図５は、中性子吸収部材１３が設置空間にある場合、すなわち第２の中性子検出体系４２（図１）の場合を示している。
【００４５】
このように構成された本第２の実施形態においては、１つの中性子検出器１１の体系を対象とする燃料デブリ１の領域の近傍に移動させることにより、減速部材１２ａと中性子吸収部材１３間の切り替えのみで、第１の中性子検出体系４１と第２の中性子検出体系４２との間の切り替えが可能である。すなわち、同じ対象領域の測定のために支持駆動部１４により体系を移動させる回数が減る。また、第１の中性子検出体系４１の位置と第２の中性子検出体系４２の位置合わせが不要である。
【００４６】
以上のように、本第２の実施形態は、中性子検出器１１の台数が減ること、試験中の操作が簡易化させること等の利点がある。
【００４７】
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を示す立断面図である。本第３の実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、局所中性子増倍特性測定装置１０は、第１の中性子検出体系４１、第２の中性子検出体系４２を有するが、本第３の実施形態においては、局所中性子増倍特性測定装置１０ｂは、第１の中性子検出体系４１、第２の中性子検出体系４２、および第３の中性子検出体系４３を有する。すなわち、第３の中性子検出体系４３をさらに有している。
【００４８】
第１の中性子検出体系４１は、第１の中性子検出器１１ａ、第１の中性子検出器１１ａまわりに配された第１の減速部材１２１ａを有する。第２の中性子検出体系４２は、第２の中性子検出器１１ｂ、第２の中性子検出器１１ｂまわりに配された第２の減速部材１２１ｂ、および第１の中性子吸収部材１３ａを有する。また、第３の中性子検出体系４３は、第３の中性子検出器１１ｃ、第３の中性子検出器１１ｃまわりに配された第３の減速部材１２１ｃ、および第２の中性子吸収部材１３ｂを有する。
【００４９】
ここで、第２の中性子検出体系４２における第１の中性子吸収部材１３ａは、第１の実施形態における第２の中性子検出体系４２における中性子吸収部材１３と同様に第２の中性子検出器１１ｂまわりの第２の減速部材１２１ｂと燃料デブリ１との間に広がっている。一方、第３の中性子検出体系４３における第２の中性子吸収部材１３ｂは、第３の中性子検出器１１ｃまわりの第３の減速部材１２１ｃと燃料デブリ１との間に部分的に広がっている。
【００５０】
図７は、第３の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定方法における高反応度領域との第１の関係を示す立断面図であり、（ａ）は第２の中性子検出体系での測定状態、（ｂ）は第３の中性子検出体系による測定状態を示す。燃料デブリ１の低反応度領域３の中に高反応度領域２ａが存在した場合を示している。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、第２の中性子検出体系４２では、第１の中性子吸収部材１３ａは、第２の中性子検出器１１ｂまわりの第２の減速部材１２１ｂの体系と高反応度領域２ａ間の範囲を超えて広がっている。したがって、高速中性子が高反応度領域２ａから第２の減速部材１２１ｂ側に移動した後に熱化して生じた熱中性子の大部分は、第１の中性子吸収部材１３ａに吸収されて高反応度領域２ａに戻らない。
【００５２】
一方、図７（ｂ）に示す第３の中性子検出体系４３では、第２の中性子吸収部材１３ｂは、第３の中性子検出器１１ｃまわりの第３の減速部材１２１ｃの体系と高反応度領域２ａ間の範囲よりは狭い範囲をカバーしている。したがって、高速中性子が高反応度領域２ａから第３の減速部材１２１ｃ側に移動した後に熱化して生じた熱中性子の相当量は、第２の中性子吸収部材１３ｂ以外の部分を経由して高反応度領域２ａに戻る。したがって、第３の中性子検出体系４３では、第２の中性子検出体系４２よりも計数率が大きくなる。
【００５３】
以上のように、高反応度領域２ａの広がりが、第２の中性子検出体系４２の第１の中性子吸収部材１３ａの広がりよりも狭く、かつ、第３の中性子検出体系４３の第２の中性子吸収部材１３ｂの広がりよりも広い場合は、第２の中性子検出器１１ｂと第３の中性子検出器１１ｃの計数率が異なることになる。
【００５４】
すなわち、第３の中性子検出器１１ｃの計数率をＣＷ３／Ｃｄとすれば、第３の中性子検出体系４３と第１の中性子検出体系４１に基づいて、実効増倍率ｋＮ３／Ｃｄは、次の式（６）のように得られる。
ｋＮ３/Ｃｄ＝［１−(εＮ/Ｃｄ／εＷ３/Ｃｄ)(ＣＷ３/Ｃｄ／ＣＮ/Ｃｄ)］／
[１−(εＮ/Ｃｄ／εＷ３/Ｃｄ)(ＰＷ３/Ｃｄ／ＰＮ/Ｃｄ)(ＣＷ３/Ｃｄ／ＣＮ/Ｃｄ)]
…（６）
ただし、εＷ３／Ｃｄは発生した中性子に対する第３の中性子検出器１１ｃの検出効率である。
【００５５】
前述のように、第３の中性子検出体系４３と第１の中性子検出体系４１に基づいて得られる実効増倍率ｋＮ３／Ｃｄは、第２の中性子検出体系４２と第１の中性子検出体系４１に基づいて得られる実効増倍率ｋＮ３／Ｃｄよりも大きくなる。
【００５６】
図８は、第３の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定方法における高反応度領域との第２の関係を示す立断面図であり、（ａ）は第２の中性子検出体系での測定状態、（ｂ）は第３の中性子検出体系による測定状態を示す。この場合の高反応度領域２ｂの広がりは、第２の中性子検出体系４２の第１の中性子吸収部材１３ａの広がり、および第３の中性子検出体系４３の第２の中性子吸収部材１３ｂの広がりの両者より狭い。したがって、いずれの場合もほとんどの熱中性子は高反応度領域２ｂには戻らないことになる。
【００５７】
以上のように、高反応度領域２ｂの広がりが、第２の中性子検出体系４２の第１の中性子吸収部材１３ａ、第３の中性子検出体系４３の第２の中性子吸収部材１３ｂのいずれの広がりよりも狭い場合は、第２の中性子検出器１１ｂと第３の中性子検出器１１ｃの計数率は同様の値を示すことになる。
【００５８】
また、図示は省略しているが、同様の理由から、高反応度領域２ｂの広がりが、第２の中性子検出体系４２の第１の中性子吸収部材１３ａ、第３の中性子検出体系４３の第２の中性子吸収部材１３ｂのいずれの広がりよりも広い場合は、これらの体系で生じた熱中性子は高反応度領域２ｂに戻ることになる。高反応度領域２ｂに戻る熱中性子の量は、第１の中性子吸収部材１３ａ、第２の中性子吸収部材１３ｂのそれぞれの広がりの程度に依存することから、両者の計数率に差が生ずる。
【００５９】
以上、中性子吸収部材の広がりが２種類の場合を示したが、さらに種類を増やしてもよい。その場合は、さらに、高反応度領域の広がりの程度を精度よく推定することが可能となる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態では、中性子吸収部材の広がりの異なる中性子検出体系を複数設けることによって、燃料デブリ１中の高反応度領域の広がりの程度を推定することができる。
【００６１】
［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態に係る局所中性子増倍特性測定装置の構成を示す立断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態においては、燃料デブリ１から順次除去するデブリ除去部３０をさらに有する。
【００６２】
図１０は、デブリ除去部の構成を示すブロック図である。デブリ除去部３０は、デブリ破壊部３１、デブリ収集部３２、およびデブリ移送部３３を有する。デブリ破壊部３１は、燃料デブリ１の表面が通常特に固いため、ドリル等を用いる。デブリ収集部３２は、たとえば破砕したデブリを容器等で収集、保持する。デブリ移送部３３は、収集した燃料デブリを外部に移送する手段である。
【００６３】
デブリ除去部３０も支持駆動部１４によって移動駆動される。すなわち、図９に示しているのは、燃料デブリ１を取り出している状態であるが、取り出しが終了すれば、デブリ除去部３０は燃料デブリ１側とは切り離され、移動可能な状態となる。
【００６４】
このように、デブリ除去部３０を有することから、燃料デブリ１からの除去作業を行う際に、その近傍の反応度の推定をチェックしながら作業を進めることができ、作業安全の確保につながる。
【００６５】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつか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。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
【００６６】
さらに、これらの実施形態は、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。
【００６７】
これら実施形態やその変形は、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。
【符号の説明】
【００６８】
１…燃料デブリ、２ａ、２ｂ…高反応度領域、３…低反応度領域、１０、１０ａ、１０ｂ…局所中性子増倍特性測定装置、１１…中性子検出器、１１ａ…第１の中性子検出器、１１ｂ…第２の中性子検出器、１１ｃ…第３の中性子検出器、１２、１２ａ…減速部材、１３…中性子吸収部材、１３ａ…第１の中性子吸収部材、１３ｂ…第２の中性子吸収部材、１４…支持駆動部、１５…吸収部材等ガイド部、１６…吸収部材等支持ロッド、１７…吸収部材等駆動部、２０…演算部、３０…デブリ除去部、３１…デブリ破壊部、３２…デブリ収集部、３３…デブリ移送部、４１…第１の中性子検出体系、４２…第２の中性子検出体系、４３…第３の中性子検出体系、１２１ａ…第１の減速部材、１２１ｂ…第２の減速部材、１２１ｃ…第３の減速部材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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