(57)【要約】【課題】複数の中性子検出器が内部に配設された溶融燃料同定装置を用い、相関中性子検出法により核分裂性物質を含む溶融燃料の存在及びその位置を高精度で効率的に同定する。【解決手段】中性子吸収層５とガンマ線遮蔽層６からなり下方が開放したカバー２と、前記カバ２ー内に配設された複数の中性子検出器３と、前記複数の中性子検出器３からの出力に基づいて相関中性子の計数率を求める演算処理部４と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子吸収層とガンマ線遮蔽層からなり下方が開放したカバーと、前記カバー内に配設された複数の中性子検出器と、前記複数の中性子検出器からの出力に基づいて相関中性子の計数率を求める演算処理部と、を有することを特徴とする溶融燃料の同定装置。
【請求項２】
前記中性子検出器を前記カバーの内面に設けるか、又は前記カバーの内面から支持部材を介して前記カバー内の空間に設けることを特徴とする請求項１記載の溶融燃料の同定装置。
【請求項３】
前記同定装置を複数連設したこと特徴とする請求項１又は２記載の溶融燃料の同定装置。
【請求項４】
中性子吸収層とガンマ線遮蔽層からなり下方が開放したカバーを溶融燃料の上部に配置し、次に前記カバー内に配設された複数の中性子検出器からの出力に基づいて相関中性子を検出し、次に単位時間当たりの相関中性子の計数率を求め、前記計数率を設定値と比較することにより核分裂性物質の有無及び位置を同定することを特徴とする溶融燃料の同定方法。
【請求項５】
前記同定された位置に基づいて、核分裂生成物を含む溶融燃料の分布マップを作成することを特徴とする請求項４記載の溶融燃料の同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はシビアアクシデント時における核分裂性物質を含む溶融燃料の同定装置及び同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所においてシビアアクシデントが発生し、炉心に装荷された燃料が溶融した場合には、原子炉圧力容器の下部又は格納容器の底部に溶融燃料が落下することとなる。原子炉圧力容器の下部又は格納容器の底部に落下した溶融燃料は、その形状等によって、原子炉が冷温停止した状態であっても再臨界となる可能性がある。再臨界となった場合、原子炉圧力容器、格納容器又は原子炉建屋の損傷を引き起こし、放射性物質が環境へ放出される恐れがあるため、再臨界を防ぐことは、放射性物質の閉じ込めの観点からも重要である。
【０００３】
しかしながら、核分裂性物質を含む溶融燃料の存在やその位置を正確に確認することは困難である。特に、溶融燃料から放出された放射性セシウム等の核分裂生成物で炉内が汚染されているため、放射線強度のみから再臨界を引き起こす原因となるウランやプルトニウムを含む溶融燃料の位置を確認することは困難である。
【０００４】
一方、核分裂が起きていることを判定する有効な方法として、相関中性子を検出する方法が知られている（非特許文献１）。すなわち、核分裂が起きると、２〜３個の中性子が同時放出されるが（非特許文献２）、放出された中性子はウランと核分裂反応を起こし、引き続き中性子を放出する。このため核分裂性物質の付近では、極めて短い時間に複数の中性子が同時かつ連続的に発生する。これら一連の発生中性子が相関中性子と呼ばれる。
【０００５】
この相関中性子を用いて核分裂性物質の存在を推定しようとする技術は、主に空港や港湾における手荷物やコンテナ等の不審物質検査などの核セキュリティの目的で開発が進められている。
【０００６】
この核セキュリティのための相関中性子検出技術は、バックグラウンド中性子やバックグラウンドガンマ線がほとんどない場所で適用されるため、通常、Ｈｅ−３中性子検出器等の高感度の中性子検出器が使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】第４６回炉物理夏期セミナー「炉物理と原子力安全−未臨界と動特性の基礎と応用」、２０１４年８月６日発行、日本原子力学会刊、ｐ１７４〜ｐ１８３
【非特許文献２】岡嶋成晃他著「原子炉物理学」、平成２４年３月２０日発行、オーム社刊、ｐ５７〜ｐ５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の核セキュリティのための相関中性子を用いた核分裂性物質の検査技術を、高ガンマ線バックグラウンドが存在し、かつ、溶融燃料が点在するため中性子バックグラウンドも存在する、シビアアクシデント後の原子力施設での溶融燃料の存在やその位置の確認・同定のために適用することは困難である。
【０００９】
本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたもので、燃料溶融が生じるようなシビアアクシデントが発生した原子力施設等であっても、核分裂性物質を含む溶融燃料の確認及びその位置を同定することができる溶融燃料の同定装置及び同定方法を提供することを目的とする。
【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本発明の実施形態に係る溶融燃料の同定装置は、中性子吸収層とガンマ線遮蔽層からなり下方が開放したカバーと、前記カバー内に配設された複数の中性子検出器と、前記複数の中性子検出器からの出力に基づいて相関中性子の計数率を求める演算処理部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の実施形態に係る溶融燃料の同定方法は、中性子吸収層とガンマ線遮蔽層からなり下方が開放したカバーを溶融燃料の上部に配置し、次に前記カバー内に配設された複数の中性子検出器からの出力に基づいて相関中性子を検出し、次に単位時間当たりの相関中性子の計数率を求め、前記計数率を設定値と比較することにより核分裂性物質の有無及び位置を同定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、核分裂性物質を含む溶融燃料の有無及びその位置を高精度で効率的に同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る同定装置の概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る同定装置の演算処理部の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る溶融燃料の同定装置及び同定方法の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１５】
［構成］
本発明の実施形態に係る溶融燃料の同定装置１は、下方が開放した円筒状のカバー２と、カバー２内の空間又はカバー２の内周面に分散配置された複数の中性子検出器３と、から構成される。
カバー２は中性子吸収材からなる中性子吸収層５と、ガンマ線遮蔽材からなるガンマ線遮蔽層６の２層構造となっている。
【００１６】
中性子吸収材として、ホウ素化合物、ガドリニウム化合物、ユーロピウム化合物、ディスプロシウム化合物、サマリウム化合物、エルビウム化合物及びハフニウム化合物等が用いられる。
【００１７】
また、ガンマ線遮蔽材として、タングステン、鉛、鉄及びこれらを主構成物質とする合金や薄肉コンクリート等が用いられる。
また、中性子検出器３として、Ｈｅ−３検出器、Ｂ−１０検出器及び核分裂計数管が用いられる。
【００１８】
中性子検出器３は、カバー２の内面に直接設置されるか、又は支持部材７を介してカバー２内の空間に設置される。これらの中性子検出器３はそれぞれ計装ケーブル８を介して外部の演算処理部４に接続される。
【００１９】
カバー２の直径及び高さは、例えば数１０ｃｍ程度であり、クレーン又は移動台車に搭載された多関節アーム等によって吊荷又は把持され、原子力発電所施設内を適宜移動する（図示せず）。
【００２０】
なお、カバー２の形状は円筒状に限定されず、半球状、半楕円球状、釣り鐘状、筐体状等の形状としてもよい。また、カバー２内に配設される中性子検出器３の数は適宜増減できる。
【００２１】
［作用］
上記同定装置１を用いて、原子力発電所施設内の溶融燃料を同定する同定方法について説明する。ここでは、溶融燃料１０が格納容器の底部に点在して堆積している例について説明するが、原子炉容器や建屋又は再処理施設等にも適用できる。
【００２２】
まず、ＴＶカメラ等の撮像装置を用いて、格納容器の底部に点在している溶融燃料１０を確認し、そのうちの一つの溶融燃料１０に、下方が開放した円筒状の同定装置１を移動させ、カバー２が溶融燃料１０を覆うように同定装置１を溶融燃料１０の上部に設置する。同定装置１の移動にはクレーン又は移動台車が用いられる（図示せず）。
【００２３】
同定装置１を測定対象となる溶融燃料１０の上部に設置した後、複数の中性子検出器３を用いて、相関中性子検出法により、溶融燃料１０が核分裂性物質を含むか否かを同定する。
【００２４】
（相関中性子検出法による溶融燃料の同定）
以下に、具体的な溶融燃料１０の同定方法について図２を参照して説明する。
複数の中性子検出器３のうち、一つの中性子検出器３ａの信号が計装ケーブル８を介して演算処理部４に出力され、演算処理部４内の中性子計数部１１ａで計数するとともに、その時刻ｔ１を中性子計数発生時刻記録部１２ａに記録する。
【００２５】
一方、他の中性子検出器３ｂの信号は中性子計数部１１ｂで計数され、その時刻ｔ２が中性子計数発生時刻記録部１２ｂに記録される。
【００２６】
次に、中性子計数発生時刻記録部１２ａの時刻ｔ１と中性子計数発生時刻記録部１２ｂの時刻ｔ２が相関中性子判定部１３で比較され、時間間隔設定部１４で設定された時間間隔ΔＨより小さい場合、相関有りと判定する。式で記述すると下記（１）式のように表される。
｜ｔ１−ｔ２｜＜ΔＨ    （１）
【００２７】
次に、相関有りと判定された場合、相関中性子を相関中性子計数部１５で計数し、時間間隔設定部１４で予め設定された時間間隔ΔＴ（単位時間）あたりの計数率ＣＲを求める。ある時間間隔ΔＴにおける計数値がＣとすると、計数率ＣＲは次式（２）により求められる。
ＣＲ  ＝  Ｃ／ΔＴ      （２）
【００２８】
そして、溶融燃料判定部１６で計数率ＣＲを相関中性子計数率設定部１７で設定された相関中性子計数率ＣＲ（MAX）と比較し、計数率ＣＲが当該設定された相関中性子計数率ＣＲ（MAX）を超える場合、当該溶融燃料が核分裂性物質を含有すると判定し、かつ、その位置を記録する。
【００２９】
なお、上記説明では、便宜上、２つの中性子検出器３ａ、３ｂについて相関中性子の有無を判定する手段について説明したが、これをカバー２内に配設された全ての中性子検出器３の間で行うことはもちろんである。
【００３０】
また、上記作業を格納容器の底部全体に亘って実施することにより、核分裂生成物を含む溶融燃料１０の分布マップを作成し、再臨界管理や溶融燃料１０の撤去作業等に用いることができる。
【００３１】
（変形例）
上記実施形態では、一つの同定装置１を用いて溶融燃料１０の同定作業を行う例を説明したが、同定装置１を複数並列に連設して同定作業を行ってもよく、これにより同定作業の迅速化及び効率化を図ることができる。  
【００３２】
［効果］
本実施形態によれば、中性子吸収層５とガンマ線遮蔽層６からなるカバー２内に複数の中性子検出器３が配設された同定装置１を用い、相関中性子検出法により相関中性子の計数率を求めることで、バックグラウンド放射線に影響されずに核分裂性物質を含む溶融燃料の有無及び位置を高精度で効率的に同定することができる。これによりシビアアクシデント後の再臨界管理や溶融燃料の撤去作業を効率的に実施することができる。
さらに、核分裂生成物を含む溶融燃料１０の分布マップを作成することで、再臨界管理や溶融燃料１０の撤去作業等をさらに効率的に行うことができる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００３４】
１…同定装置、２…カバー、３…中性子検出器、４…演算処理部、５…中性子吸収層、６…ガンマ線遮蔽層、７…支持部材、８…計装ケーブル、１０…溶融燃料、１１ａ、１１ｂ…中性子計数部、１２ａ、１２ｂ…中性子計数発生時刻記録部、１３…相関中性子判定部、１４…時間間隔設定部、１５…相関中性子計数部、１６…溶融燃料判定部、１７…相関中性子計数率設定部
【図１】
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【図２】
2016217876.tif 000004