(57)【要約】【課題】  溶融燃料の表面近くの放射線量を高精度に測定する放射線測定装置および放射線測定方法を提供する。【解決手段】  実施形態の放射線測定装置は、中性子を入射させる開口部と中空部を備える検出器案内管と、前記検出器案内管の外周を周方向に覆い中性子を遮へいする中性子遮へい被膜と、前記検出器案内管の前記中空部のうち前記開口部側に配置される中性子減速材と、前記中空部に前記中性子減速材の前記検出器案内管の管軸方向に隣接して配置される中性子検出器と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2016121896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子を入射させる開口部と中空部を備える検出器案内管と、
前記検出器案内管の外周を周方向に覆い中性子を遮へいする中性子遮へい被膜と、
前記検出器案内管の前記中空部のうち前記開口部側に配置される中性子減速材と、
前記中空部に前記中性子減速材の前記検出器案内管の管軸方向に隣接して配置される中
性子検出器と、
を有することを特徴とする放射線測定装置。
【請求項２】
前記中性子検出器と前記検出器案内管の管軸方向に隣接して前記中空部に配置されるガ
ンマ線検出器と、
前記ガンマ線検出器の前記中性子検出器と接触しない部分を覆うガンマ線遮へい体と、
を有することを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項３】
前記検出器案内管の中空部に中性子源を備えることを特徴とする請求項１または２に記
載の放射線測定装置。
【請求項４】
溶融燃料を含む測定対象の画像を生成する画像生成ステップと、
溶融燃料から放出される高速中性子を減速させて熱中性子とする減速ステップと、
前記熱中性子の中性子束強度を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにて測定を行なった位置の位置情報を取得する位置情報取得ステップ
と、
前記位置情報取得ステップにて取得した位置情報に基づき、前記測定ステップで測定し
た前記中性子束強度を前記画像上にマッピングし、前記溶融燃料の中性子束分布を作成す
るステップと、
を備えることを特徴とする放射線測定方法。
【請求項５】
前記測定ステップにて、前記溶融燃料のガンマ線強度をさらに測定し、
前記中性子束分布作成ステップにて、前記測定ステップで測定した前記中性子束強度お
よび前記ガンマ線強度を前記画像上にマッピングすることを特徴とする請求項４に記載の
放射線測定方法。
【請求項６】
前記溶融燃料に中性子を照射する中性子照射ステップをさらに備え、
前記測定ステップにて、前記中性子照射ステップで中性子が照射された部位から放出さ
れる中性子の中性子束強度をさらに測定することを特徴とする請求項４または５に記載の
放射線測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放射線測定装置および放射線測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉等が重大事故によって破損し炉心溶融が起きた場合、圧力容器内の核燃料が相当
の割合で溶融破損し、溶融燃料が炉心支持板上、下部プレナム、さらにはペデスタルキャ
ビティまで移行し固化することが考えられる。こうして生じた溶融燃料には、燃焼度の異
なる燃料、被覆管、集合体構造物、制御棒、炉心構造材、コンクリート等が混合している
ことが考えられるが、その組成は生成過程と含有物によって異なるため基本的に未知であ
る。
【０００３】
組成未知の溶融燃料の取り出し時には、臨界安全の観点から細心の注意が求められる。
例えば燃焼が進んでいない、或いは核分裂性物質が多く存在し中性子吸収体が相対的に少
ないような臨界性の高い部分を再配置することや、臨界性の高い領域へ穴を開けて水を流
入させ反応度を上げることなどの、取り出し方法の不備により臨界事故を引き起こす可能
性がある。
【０００４】
このため、臨界事故防止を考慮した取り出し方法を考案・評価するためには溶融燃料の
放射線強度分布を測定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１４５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、溶融燃料の中性子束強度の小さな部分が燃え尽きた燃
料か、もしくは燃えていない燃料かを判別することができず、臨界安全性を考慮した溶融
燃料の切り出し方法が策定できなかった。また溶融燃料の表面は平坦でなく、かつ溶融燃
料の周りは水が張り巡らされていることが一般的であり、溶融燃料表面の中性子束強度を
測定する場合、中性子検出器と溶融燃料の間の距離が一定でないことにより中性子の減衰
も一定でないため正確な測定を行うことができなかった。さらに水中にはセシウム等の核
分裂生成物が存在しガンマ線を放出するため、溶融燃料のガンマ線検出を行う上でも正確
な測定を行うことができなかった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、溶融燃料の表面近くの放射線量を高精度に測定でき
る放射線測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の放射線測定装置は、高速中性子を入射させる開口部と中空部を備える検出器
案内管と、前記検出器案内管の外周を周方向に覆い中性子を遮へいする中性子遮へい被膜
と、前記検出器案内管の前記中空部のうち前記開口部側に配置される中性子減速材と、前
記中空部に前記中性子減速材の前記検出器案内管の管軸方向に隣接して配置される中性子
検出器と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、実施形態の放射線測定方法は、溶融燃料を含む測定対象の画像を生成する画像生
成ステップと、溶融燃料から放出される高速中性子を減速させて熱中性子とする減速ステ
ップと、前記熱中性子の中性子束強度を測定する測定ステップと、前記測定ステップにて
測定を行なった位置の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、前記位置情報取得ス
テップにて取得した位置情報に基づき、前記測定ステップで測定した前記中性子束強度を
前記画像上にマッピングし、前記溶融燃料の燃焼度分布を作成する燃焼度分布作成ステッ
プと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、溶融燃料表面の放射線量を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態にかかる放射線測定装置の構成図。
【図２】第２の実施形態にかかる放射線測定装置の構成図。
【図３】第３の実施形態にかかる放射線測定装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の放射線測定装置および放射線測定方法について図面を参照し
ながら説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる放射線測定装置の構成図である。
【００１４】
本実施形態にかかる放射線測定装置１０は、溶融燃料４の表面上を移動可能に設置され
る検出器案内管１、中性子減速材２、中性子検出器３、信号増幅部８、データ処理部９か
ら構成される。
【００１５】
検出器案内管１は中空部を備える円筒管で、その一端（図１における下端）の高速中性
子を入射させる開口部を溶融燃料４の表面に密着させるように構成されている。また検出
器案内管１は溶融燃料４の表面上のさまざまな位置に移動させて測定を行えるように構成
される。検出器案内管１の外周の周方向面（側面）は、周囲からの中性子を吸収し遮断す
る素材の中性子遮へい被膜１ａで覆われている。このような中性子遮へい被膜１ａの素材
としては、例えば、中性子吸収断面積の大きなカドミウム、ホウ素１０などを用いること
ができる。検出器案内管１の中空部には、検出器案内管１の開口部が設けられる下端側か
ら、中性子減速材２と中性子検出器３が高さ方向（検出器案内管の管軸方向）に重ねられ
て設けられている。すなわち、検出器案内管１の開口部側に中性子減速材２が設けられ、
中性子減速材２に対して、管軸方向の開口部側とは反対側に隣接して中性子検出器３が設
けられる。
【００１６】
検出器案内管１には図示しないアーム等が接続され、溶融燃料４の表面を走査できるよ
うに設置される。アームは、例えば重力方向の軸と、重力方向に垂直に交わりかつ互いに
直交する２つの軸の３方向に移動可能な３軸ステージに接続される。３軸ステージには、
アームの移動量を検出するとともに検出器案内管の位置情報を算出する移動量検出手段が
備えられる。移動量検出手段からの位置情報の出力は、後述するデータ処理部９に送信さ
れるように構成される。
【００１７】
中性子減速材２は溶融燃料４から放出される高速中性子を減速し熱中性子に変化させる
部材で、検出器案内管１の一端（下端）の中空部に配置される。中性子減速材２は、その
中性子の減衰が一定となる、すなわち減速能が一定となるように構成される。中性子減速
材２の材料としては減速能が大きく吸収断面積が小さい、すなわち減速比が大きいものが
適しており、例えばポリエチレン、アクリル等の固体のほか水などの液体を用いることも
できる。中性子減速材２として固体の材料ではなく水等の液体を用いる場合は、上述した
ポリエチレン、アクリル等の減速比の大きい材料、あるいはアルミニウムなどのその他の
材料を用いた中空円筒状の容器を用意し、この容器内に水等の液体が充填したものを検出
器案内管１の一端（下端）の中空部に設けることで、減速能を一定とすることができる。
【００１８】
中性子検出器３は中性子減速材２が減速させた熱中性子を時間情報と共にパルス信号と
して測定する検出器であり、検出器案内管１の内部の中性子減速材２の高速中性子が入射
する面と逆側の面に接触するように設置される。中性子検出器３としてはパッシブ中性子
法による測定が可能なものが使用され、Ｂ−１０比例計数管や核分裂計測管等を用いるこ
とができる。中性子検出器３は信号を送受信するためのケーブルを介して信号増幅部８に
接続される。信号増幅部８は中性子検出器３で測定した熱中性子のパルス信号を増幅する
機器であり、パルスアンプ等を用いることができる。
【００１９】
信号増幅部８にはデータ処理部９が接続される。データ処理部９は、信号増幅部８で増
幅されたパルス信号から中性子束強度を測定し、中性子束強度をマッピングする部分であ
り、プロセッサ、メモリ、記憶装置などを備えるＰＣ等により実現される。またデータ処
理部９には、予めカメラ等を用いて撮影した溶融燃料４のうちの測定を行なおうとする部
分全体の高解像度の写真等の画像情報を記憶する記憶装置を備える。
【００２０】
このような構成からなる本実施形態にかかる放射線測定装置１０の作用について以下に
説明する。
【００２１】
溶融燃料４は、原子炉圧力容器内の濃縮度及び燃焼度の異なる燃料、被膜管、集合体構
造物、制御棒、炉心構造材、さらに原子炉格納容器を構成するコンクリート等が溶解し混
合した溶融燃料が炉心支持板上、下部プレナム、さらにはペデスタルキャビティまで移行
して固化した物質である。溶融燃料４のうち燃焼が進んだ部分には、キュリウム２４４の
自発核分裂を中心とした中性子源やウランなどの核分裂性物質が存在する。溶融燃料４中
のキュリウム２４４が自発核分裂することで高速中性子が発生し、その高速中性子が溶融
燃料４中の核分裂性物質であるウラン２３５やプルトニウム２３９に吸収されることでさ
らに核分裂反応が生じ、高速中性子が発生する。
【００２２】
中性子減速材２と中性子検出器３を内部に収容した検出器案内管１は、原子炉格納容器
や原子炉圧力容器等に開口部を設け挿入される。検出器案内管１内の一端に配置される中
性子減速材２の開口部側の面（検出器案内管１の管軸方向の下側の面）が、溶融燃料４の
表面に密着するように検出器案内管１を設置する。
【００２３】
溶融燃料４から放出される高速中性子は検出器案内管１の中性子減速材２に入射する。
検出器案内管１の側面から入射する熱中性子は、被膜１ａによって遮へいされる。すなわ
ち検出器案内管１は指向性を有し、溶融燃料４からさまざまな方向に放出される高速中性
子のうち、検出器案内管１の管軸方向の速度成分を持つ高速中性子が検出器案内管１の一
端（下端）の開口部から入射するよう構成される。
【００２４】
溶融燃料４から放出され検出器案内管１に入射した高速中性子は検出器案内管１の開口
部近傍に設けられた中性子減速材２に入射する。中性子減速材に入射した高速中性子は、
中性子減速材２の物質の原子核と弾性衝突ならびに非弾性衝突を繰り返すことで減速して
エネルギーを失い、熱中性子に変化する。
【００２５】
中性子減速材２を通過した熱中性子は、中性子減速材２に隣接して配置されている中性
子検出器３で受信され、時間情報と共にパルス信号として測定される。中性子検出器３で
測定されたパルス信号と時間情報は、ケーブルを通して信号増幅部８に送られ、パルス信
号の振幅は増幅される。
【００２６】
データ処理部９では、増幅されたパルス信号が入射信号ごとの時間情報と共にカウント
され、中性子束強度を測定する。この時、検出器案内管１に接続された図示しないアーム
の移動量から検出器案内管１の位置情報を算出し、中性子束強度と共にデータ処理部９に
記録する。
【００２７】
図示しない３軸ステージの移動量検出手段は、アームに接続された検出器案内管１を移
動させた時の３軸ステージの各軸方向の移動量を記録しており、移動量検出手段は検出器
案内管１の位置情報を算出してデータ処理部９に送信する。
【００２８】
また、溶融燃料４の表面のうち、測定を行なおうとする部分全体（測定対象）の高解像
度の写真等の画像情報を撮影等により予め生成する。データ処理部９は、生成した溶融燃
料４の画像情報を、それぞれのピクセルの位置情報を対応付けて記憶装置に記憶させる。
【００２９】
データ処理部９は、記憶装置に予め記憶された溶融燃料４の画像情報と、信号増幅部８
からのパルス信号から測定した中性子束強度を、検出器案内管１の位置情報に基づいて相
互に関連付けることで、溶融燃料４の測定箇所における中性子束強度を位置情報（および
時間情報）と対応付けて記録する。溶融燃料４の表面の全体に亘り検出器案内管１を移動
させて、中性子束強度と位置情報を撮影された画像情報にマッピングすることで、溶融燃
料４の表面の全体における中性子束強度分布を作成できる。
【００３０】
検出器案内管１は一端の開口部に備えられる中性子減速材２が溶融燃料４の表面に密着
するように配置されるため、中性子減速材２と溶融燃料４の表面との間に存在する水の量
は少なくなり、溶融燃料４の周囲を満たす水の影響による高速中性子の中性子束強度の減
衰は小さくなる。また、検出器案内管１の一端の開口部に備えられる中性子減速材２は一
定の減速能をもつため、検出器案内管１に入射する高速中性子の中性子束強度の中性子減
速材２による減衰は常に一定となる。したがって常に同一条件で中性子を測定することが
可能となり、溶融燃料４の表面全体に亘り中性子束強度を測定し、中性子束強度分布の作
成が可能となる。
【００３１】
さらに中性子束強度を測定することで、測定箇所が含むウラン２３５やプルトニウム２
３９等の放射性物質の組成が把握できるため、溶融燃料４の燃焼度を推定することができ
る。
【００３２】
以上述べたように本実施形態によれば、溶融燃料４から放出される高速中性子を中性子
減速材２で熱中性子に変化させ、中性子検出器３で中性子束強度を測定することで、溶融
燃料４における中性子束強度分布を作成することができ、中性子束強度分布から溶融燃料
４の燃焼度分布を推定できる。
【００３３】
本実施形態においては、１つの検出器案内管１を溶融燃料４の表面の全体に亘り移動さ
せて中性子束強度を測定したが、溶融燃料４を多数のブロックに分割し、その各ブロック
に１つずつ対応する検出器案内管１を設置して中性子束強度を測定し、溶融燃料４の表面
の全体における中性子束強度分布を作成しても良い。
【００３４】
また本実施形態では、予め撮影等により溶融燃料４の写真等の画像情報を生成してデー
タ処理部９に保存するように構成したが、変検出器案内管１に接続される図示しないアー
ムに溶融燃料４を撮影するカメラ等を搭載し、中性子束強度の測定と同時に写真を撮影し
ても良い。この場合、カメラ等により撮影された画像は、検出器案内管１の位置情報と対
応付けられてデータ処理部９に送信される。データ処理部９は、測定毎に撮影した写真を
その位置情報に基づいて複数つなぎ合わせることで、測定を行なった箇所全体の画像情報
を生成し、測定を行なった箇所全体の画像に、各測定箇所の位置情報を用いてそれぞれの
中性子束強度情報をマッピングする。
【００３５】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態にかかる放射線測定装置の構成図である。この第２の実
施形態の各部について、図１の第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、その
詳細な説明は省略する。
【００３６】
本実施形態は検出器案内管１の中空部内にさらにガンマ線検出器５を備え、溶融燃料４
から放出されるガンマ線強度を測定するものである。
【００３７】
すなわち、本実施形態にかかる放射線測定装置１０は、検出器案内管１の中空部の内部
にガンマ線検出器５と、ガンマ線遮へい体６を備える。
【００３８】
ガンマ線検出器５は、溶融燃料４から放出されるガンマ線をパルス信号として測定する
検出器で、ガンマ線を検出する面が、中性子検出器３の中性子が入射する面と反対側（す
なわち、検出器案内管１の開口部とは反対側）の面に対向（接触）するように管軸方向に
重ねて配置される。ガンマ線検出器５は信号増幅部８に接続される。ガンマ線検出器５と
してはパッシブ法による測定が可能なものが使用され、電離箱等を用いることができる。
【００３９】
ガンマ線遮へい体６は、ガンマ線を遮へいする部材であり、ガンマ線検出器５が中性子
検出器３に対向しない（中性子検出器３と接触しない）部分を覆うように配置される。ガ
ンマ線遮へい体６は、鉛等を用いる。ガンマ線遮へい体６の形状は、ガンマ線検出器５の
検出するガンマ線が検出器案内管１の開口部から入射するガンマ線のみとなるように、す
なわち同一の視野角となるよう設計される。
【００４０】
このような構成からなる本実施形態にかかる放射線測定装置１０の作用について以下に
説明する。
【００４１】
溶融燃料４中のウラン２３５やプルトニウム２３９が核分裂すると、核分裂生成物とし
てセシウム１３７やユウロピウム１５４が生成される。これら核分裂生成物は特定のエネ
ルギーのガンマ線を放出する。
【００４２】
溶融燃料４から放出されるガンマ線は、中性子減速材２、中性子検出器３を通過し、ガ
ンマ線検出器５で受信され、時間情報と共にパルス信号として測定される。上述の通り、
ガンマ線遮蔽体６の形状はガンマ線検出器５が検出器案内管１の開口部から入射するガン
マ線のみとなるように設計されていることから、ガンマ線検出器５の周囲から入射するガ
ンマ線はガンマ線遮へい体６で遮へいされる。測定されたパルス信号と時間情報はケーブ
ルを通し信号増幅部８に送られ、測定されたパルス信号の振幅は増幅される。
【００４３】
データ処理部９では、増幅されたパルス信号が入射信号ごとの時間情報と共にカウント
され、ガンマ線強度を測定する。データ処理部９は、ガンマ線検出器５にて測定されたパ
ルス信号から測定したガンマ線強度を、溶融燃料４の測定箇所の位置情報に基づいて、予
め備えられた溶融燃料４の画像情報と相互に関連付けて記録する。溶融燃料４の測定対象
の表面の全体に亘り検出器案内管１を移動させて、ガンマ線強度を位置情報（および時間
情報）と対応付け、画像情報にマッピングすることで、溶融燃料４の表面の全体における
ガンマ線強度分布が作成される。
【００４４】
核分裂生成物を含む局所的なガンマ線強度を測定することで、中性子束強度が小さく溶
融燃料４が燃え尽きた箇所か、もしくはまだ燃えていない箇所かを判別することが難しい
箇所においても、燃焼度を推定することができる。例えば溶融燃料４の中性子束強度が小
さくガンマ線強度が強い箇所は核分裂生成物が多数存在するため、燃え尽きた箇所と判定
できる。
【００４５】
以上述べたように本実施形態によれば、溶融燃料４から放出されるガンマ線のガンマ線
強度を測定し、溶融燃料４におけるガンマ線強度分布を作成することで、溶融燃料４が燃
え尽きた箇所か、まだ燃えていない箇所かの判別も同時に行い、燃焼度分布を推定できる
。
【００４６】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態にかかる放射線測定装置の構成図である。この第３の実
施形態の各部について、図１、図２で示した第１、第２の実施形態の各部と同一部分は同
一符号で示し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施形態は中性子源７から溶融燃料４に中性子を照射し、その時の溶融燃料４の照射
部位からの中性子束強度を測定するものである。
【００４８】
すなわち、本実施形態にかかる放射線測定装置１０は、検出器案内管１の近傍に熱中性
子を供給可能な中性子源７を備える。図３に示した本実施形態においては、検出器案内管
１の外部に検出器案内管１に隣接するように高速中性子を発生させる中性子源７を配置し
、中性子源７と溶融燃料４の表面との間に中性子源７から発生した高速中性子を減速させ
る中性子減速材２０を配置している。中性子源７の配置はこれに限らず、放射線測定装置
１０と中性子源７および溶融燃料４の幾何学的配置を一定に保ち、かつ中性子源７は溶融
燃料４に一定の熱中性子を供給できる配置であれば構わない。例えば、検出器案内管１の
開口部側に設置される中性子減速材２の開口部側端部の一部に凹部を設け、この凹部内に
中性子源７を嵌合させて中性子減速材２の一端に隣接して配置することで、中性子源７と
中性子減速材２の開口部側が検出器案内管１の管軸に垂直な平面となるように構成し、中
性子源７から熱中性子を溶融燃料４の方向に照射するようにしてもよい。なお、中性子源
７としては、カリホルニウム２５２等を用いることができる。
【００４９】
このような構成からなる本実施形態にかかる放射線測定装置１０の作用について以下に
説明する。
【００５０】
検出器案内管１内に配置される中性子源７から溶融燃料４の方向に中性子を照射する。
中性子源７から照射された中性子は中性子減速材２０で減速されて熱中性子となり、この
熱中性子が溶融燃料４内に入射する。これにより、溶融燃料４のうち核分裂性物質を含む
部分では核分裂反応が起こり、溶融燃料４から中性子が放出されることから、中性子検出
器３により第１実施形態同様に中性子束強度を測定することができる。一方、溶融燃料４
のうち核分裂性物質を含まない部分、例えば炉心構造材やコンクリート等が存在する箇所
では中性子源７から中性子を照射しても核分裂反応が起こらないため、核分裂反応による
中性子は放出されず、中性子検出器３にて中性子束強度は測定されない。
【００５１】
したがって、溶融燃料４に中性子を照射し中性子束強度を測定することで、溶融燃料４
中の中性子束強度が小さく、燃焼のほとんど進んでいない部分と、炉心構造材やコンクリ
ート等の部分を区別することができる。
【００５２】
以上述べたように本実施形態によれば、中性子源７から溶融燃料４に向かい中性子を照
射することで、照射部位が核分裂性物質を含むかどうか判定することができる。
【００５３】
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。これら新規な実施形態は、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、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】
【００５４】
１・・・検出器案内管
１ａ・・・中性子遮へい被膜
２・・・中性子減速材
３・・・中性子検出器
４・・・溶融燃料
５・・・ガンマ線検出器
６・・・ガンマ線遮へい体
７・・・中性子源
８・・・信号増幅部
９・・・データ処理部
１０・・・放射線測定装置
【図１】
2016121896.tif 000003
【図２】
2016121896.tif 000004
【図３】
2016121896.tif 000005