(57)【要約】      （修正有）【課題】原子力発電所のシビアアクシデント時に炉内の燃料溶融が発生した場合、その後の臨界到達（再臨界）をより確実に防止する。【解決手段】中性子吸収材の塗布等確認方法は、溶融燃料１が水中に在る場合に、中性子を吸収する性質を有する中性子吸収要素に、着色料および放射線を受けて発光する発光物質１２の少なくとも一方を含有させた中性子吸収材１０を、溶融燃料１に塗布または注入するステップと、中性子吸収材１０が中性子吸収材１０Ｂである場合に着色料による着色具合の確認、および中性子吸収材１０が中性子吸収材１０Ａである場合に発光物質１２による発光具合の確認の少なくとも一方を行なった結果から、中性子吸収材１０の溶融燃料１への塗布等の具合を判定するステップとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子を吸収する性質を有する中性子吸収要素に着色料および放射線を受けて発光する発光物質の少なくとも一方を含有させた中性子吸収材を、水中に存在する溶融炉心に塗布または注入するステップと、
前記溶融炉心に塗布または注入された前記中性子吸収材に含有される前記着色料および前記発光物質の少なくともいずれかの確認を行なうステップと、
前記確認を行なった結果から、前記中性子吸収材の前記溶融した炉心への塗布または注入の具合を判定するステップと、を備えることを特徴とする中性子吸収材の塗布等確認方法。
【請求項２】
前記中性子吸収材は前記発光物質を含有し、前記確認は前記発光物質の発光量および発光強度の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の中性子吸収材の塗布等確認方法。
【請求項３】
前記確認により得られた前記発光量に基づいて、前記溶融炉心に含まれる燃料の溶融物の多少を推定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２記載の中性子吸収材の塗布等確認方法。
【請求項４】
前記確認により得られた前記発光強度に基づいて、発光が生じている箇所の放射線の強度を推定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載の中性子吸収材の塗布等確認方法。
【請求項５】
前記確認は、前記溶融炉心の存在する水中を外部から撮像した画像により行なうことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の中性子吸収材の塗布等確認方法。
【請求項６】
前記中性子吸収要素は、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、およびハフニウム化合物から選択される少なくとも一つを包含することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の中性子吸収材の塗布等確認方法。
【請求項７】
前記発光物質は、硫化亜鉛系の材料、およびアルミン酸ストロンチウム系の材料から選択される少なくとも一つを包含することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の中性子吸収材の塗布等確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子吸収材の塗布等確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所におけるシビアアクシデントで炉心溶融が生じると、燃料の形状や性状が変化することが想定される。シビアアクシデント後に原子炉が停止した状態であっても、燃料の性状や形状変化があることから、燃料取出しや廃炉に向けての作業を行なう際に原子炉が再び臨界となる「再臨界」事象が生じないようにすることが重要である。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】
各種の原子炉について、再臨界を防ぐ方法は、これまで多数検討されているが、原子炉のうち高速炉は、軽水炉よりも核分裂性物質を多く含むことから、他の原子炉と比べて特に多く検討されている。
【０００４】
これまでに提案されている再臨界を防ぐ技術としては、例えば、燃料集合体下部に、高融点、高密度の再臨界緩和領域を設けることにより再臨界を防止する技術、圧力容器底部に中性子吸収体を配置することにより再臨界を防止する技術、または沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のセパレータおよびドライヤに銀、カドミウム、ホウ素化合物からなる中性子吸収体を含有し炉心溶融時に、これらの吸収体が落下することにより未臨界を維持して再臨界を防止する技術等がある。
【０００５】
炉心溶融の状況によっては、必ずしも、全炉心が溶融し、圧力容器底部に到達するとは限らないことがわかっている。制御棒を構成するステンレスの融点は１７２３℃である一方、燃料として使用される二酸化ウラン（ＵＯ２）の融点は３１２３℃である。従って、炉心溶融が生じる場合、炉内の温度状況によっては、二酸化ウランよりも低融点のステンレス制御棒が先に解け落ち、その後、燃料の溶融が部分的に留まることが起こり得る。燃料の溶融が部分的に留まり、ある高さに溶融した炉心（以下、「溶融炉心」と称する。）が形成された場合、その後の注水により、当該溶融炉心が形成された箇所で再臨界が起きる可能性がある。
【０００６】
燃料の溶融が部分的に留まり、ある高さに溶融炉心が形成されている場合、炉底部に配置される中性子吸収材は、再臨界を防止するために有効ではない。また、セパレータやドライヤが健全のまま、上部に維持されている場合、再臨界を防止するための中性子吸収体の落下が起こらない場合が生じ得る。
【０００７】
溶融炉心の燃料形状が崩壊しており、溶融炉心の崩壊熱によりその温度が高い場合、十分な冷却材の確保ができず、周囲の水が気体（水蒸気）として存在する可能性がある。この状況下にある軽水炉では、核分裂で発生した高速の中性子を、核分裂を起こしやすい熱中性子に減速するための減速材としての水素の量が不足する状態にあるため、核分裂で発生した高速の中性子が十分に減速されて核分裂を起こしやすい低速の熱中性子に変わることがほとんどなく、臨界に至る可能性は比較的小さいといえる。
【０００８】
その一方で、時間が経過していくと、溶融炉心の崩壊熱は減少していくため、溶融炉心の温度も低下する。従って、炉心の温度が高い環境下では気体（水蒸気）として存在していた水が、炉内の温度低下に伴って凝縮して液体の水となることで溶融炉心が再臨界に至る可能性が生じる。また、初期には存在していた制御棒中のホウ素が、時間の経過とともに冷却材とともに流出して減少してしまう可能性があり、このことでも溶融炉心が臨界に至る可能性が生じる。
【０００９】
炉心が溶融した原子炉を廃炉にする場合、廃炉を進める過程で、溶融炉心を外部に取り出す必要があり、取り出し時には、溶融炉心を破壊し、小さな小片の溶融燃料（デブリ）として、例えばクレーンなどのつかみ具によって外部へ取り出す必要がある。溶融炉心を破壊する場合に炉心形状が変化することを「リロケーション」と呼ぶが、このリロケーションにより、臨界に到達する可能性がある。これは、リロケーション前には溶融炉心の内部に浸入しなかった水が、破壊によって内部に浸入できるようになるため、リロケーション前には減速材不足であった溶融燃料に十分な減速材が供給され得るためである。
【００１０】
このように、リロケーションにより、溶融燃料と水が混ざり、溶融燃料が臨界に至る可能性を考慮すれば、リロケーション時、すなわち、溶融燃料の破壊時や破壊後の溶融燃料の取り出し時には、臨界を防止する方策を講じる必要がある。このような臨界を防止するための方策としては、例えば、スラリー状の中性子吸収材を注入する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−９０４８９号公報
【特許文献２】特開２０００−９８０７８号公報
【特許文献３】特開平６−１６０５７２号公報
【特許文献４】特開２０１４−１０９４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述したような従来技術では、燃料溶融が部分的に留まり、ある高さに溶融燃料が形成されている場合等で臨界を防止する機能が十分に発揮されない事態が生じ得る。また、スラリー状の中性子吸収材を注入または塗布（以下、「塗布等」と称する。）するとしても、臨界を防止するために十分な量の中性子吸収材が溶融燃料に注入または塗布されているかを確認することは困難である。また、溶融炉心を破壊する場合に事前に溶融燃料の量を推定できることが好ましい。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、原子力発電所のシビアアクシデント時に炉内の燃料溶融が発生した場合、その後の再臨界をより確実に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の実施形態に係る中性子吸収材の塗布等確認方法は、上述した課題を解決するため、中性子を吸収する性質を有する中性子吸収要素に、着色料および放射線を受けて発光する発光物質の少なくとも一方を含有させた中性子吸収材を、水中に存在する溶融炉心に塗布または注入するステップと、前記溶融炉心に塗布または注入された前記中性子吸収材に含有される前記着色料および前記発光物質の少なくともいずれかの確認を行なうステップと、前記確認を行なった結果から、前記中性子吸収材の前記溶融した炉心への塗布または注入の具合を判定するステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、原子力発電所のシビアアクシデント時に炉内の燃料溶融が発生した場合、その後の臨界到達（再臨界）をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る中性子吸収材の塗布等確認方法（第１の実施例）を説明する概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る中性子吸収材の塗布等確認方法（第２の実施例）を説明する概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る中性子吸収材の注入または塗布確認方法（以下、「塗布等確認方法」とする。）について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２は、それぞれ、本発明の実施形態に係る中性子吸収材の塗布等確認方法の一例を説明する概略図である。より詳細には、図１が中性子吸収材１０の一例である中性子吸収材１０Ａの塗布等確認方法を説明する概略図、図２が中性子吸収材１０の一例である中性子吸収材１０Ｂの塗布等確認方法を説明する概略図である。
【００１９】
中性子吸収材１０Ａは、発光物質や着色料を含まない中性子吸収材に、放射線により発光する発光物質１２を含む発光体を含有させて形成される。
【００２０】
発光物質や着色料を含まない中性子吸収材としては、例えば、ホウ素（Ｂ）化合物、ガドリニウム（Ｇｄ）化合物、ユーロピウム（Ｅｕ）化合物、ディスプロシウム（Ｄｙ）化合物、サマリウム（Ｓｍ）化合物、エルビウム（Ｅｒ）化合物およびハフニウム（Ｈｆ）化合物から少なくとも一つを選択することができる。
【００２１】
発光物質１２としては、放射線により発光する発光物質から任意に選択できるが、中性子吸収材１０の塗布等の確認をより容易にする観点から、例えば、夜光塗料などにも使用されている物質である、硫化亜鉛（ＺｎＳ）系の材料、およびアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ２Ｏ４）系の材料から少なくとも一つ等の発光１３の波長が可視光帯となる物質であることが好ましい。
【００２２】
なお、中性子吸収材１０の他の例として、中性子吸収材に、発光物質１２の代わりに着色料１４を含有させて形成される中性子吸収材１０Ｂを適用することもできる。着色料１４は放射線による発光は生じないものの、一般に発光物質１２よりも安価であり、低コストで中性子吸収材の塗布等を確認することができる利点がある。
【００２３】
続いて、水中（水面３の下）に残存する溶融燃料１へ中性子吸収材１０（１０Ａ，１０Ｂ）を塗布等する場合を例にして、中性子吸収材１０（１０Ａ，１０Ｂ）の塗布等確認方法を説明する。
【００２４】
中性子吸収材１０の塗布等確認方法では、まず、溶融炉心が臨界に至るのを防止するために、中性子吸収材１０を塗布等し、塗布等が終わったら、中性子吸収材１０が塗布等され溶融燃料１を水面３より上部、すなわち溶融燃料１が存在する水中に対する外部に設置されるカメラ４等の撮像手段で撮像する、または作業員が視認する。
【００２５】
中性子吸収材１０が確実に塗布等されていれば、溶融燃料（デブリ）１からの放射線により発光、または着色料１４によって、溶融燃料（デブリ）１が着色するので、中性子吸収材１０を使用すれば、溶融燃料（デブリ）１に中性子吸収材１０が確実に塗布等されているかを視覚的に確認することができる。
【００２６】
また、溶融燃料（デブリ）１内には、通常、燃料の溶融物の多い領域６と少ない領域７とが混在しているが、中性子吸収材１０Ａを使用した場合、燃料の溶融物の多い領域６では中性子吸収材１０Ａに含まれる発光物質１２による発光量（発光１３）は多くなる一方、燃料の溶融物の少ない領域７では、中性子吸収材１０Ａに含まれる発光物質１２による発光量（発光１３）は少なくなる。従って、中性子吸収材１０Ａを使用すれば、溶融燃料（デブリ）１内に存在する燃料の溶融物の多少を、中性子吸収材１０Ａからの発光量の多少として捉えることできる。
【００２７】
さらに、中性子吸収材１０Ａを使用した場合、発光物質１２からの発光１３の強弱は、放射線の強弱に対応するので、溶融燃料（デブリ）１から放射される放射線の強弱を中性子吸収材１０Ａからの発光１３の強弱として捉えることできる。
【００２８】
このように、中性子吸収材１０Ａを使用することで、放射線の強弱を可視光等の光の強弱に変換して捉えることができるが、中性子吸収材１０Ａを使用することの利点は、溶融燃料（デブリ）１から放射される放射線の強弱を簡易に把握することができる点にある。
【００２９】
溶融燃料（デブリ）１を取り出す場合、水中での作業が想定されるが、５〜７メートル［ｍ］程度の水深があると、溶融燃料１からのガンマ線は遮蔽されるために、水面３から放射線の強弱を判定することが困難になる。
【００３０】
一方、中性子吸収材１０Ａを用いれば、溶融燃料１からのガンマ線の強弱を、可視光等の水によって強度がほとんど減衰しない光の強弱に変換することができる。従って、水面３よりも上の位置から発光１３の強度を捉えれば、溶融燃料１からのガンマ線の強弱の推定が可能となる。
【００３１】
また、中性子吸収材１０Ａを用いれば、発光１３の強弱から溶融燃料の量を推定することができるので、臨界防止上重要な位置がどこになるかを特定することができる。従って、作業員は、臨界防止上重要な位置を把握した上で溶融燃料（デブリ）１の取出作業を行なうことができる。
【００３２】
他方、中性子吸収材１０Ｂを使用すれば、中性子吸収材１０Ａと比べて低コストで十分な量の中性子吸収材が溶融燃料１に塗布等されたかを確認することができる。
【００３３】
以上、中性子吸収材１０および中性子吸収材１０の塗布等確認方法によれば、十分な量の中性子吸収材が溶融燃料１に塗布等されたかを発光物質１２からの発光１３または着色料１４による着色によって視認することができる。
【００３４】
中性子吸収材１０Ａを使用する場合には、中性子吸収材１０Ａ（より詳細には発光物質１２）からの発光量の多少を捉えることで、溶融燃料（デブリ）１内に存在する燃料の溶融物の多少を捉えることできる。また、中性子吸収材１０Ａ（より詳細には発光物質１２）からの発光の強弱を捉えることで、溶融燃料（デブリ）１から放射される放射線の強弱を捉えて判定することができる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能である。例えば、発光物質１２および着色料１４の両者を含有する中性子吸収材を使用することもできる。また、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行なうことができる。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】
【００３６】
１  溶融燃料（デブリ）
３  水面
４  カメラ
６  燃料の溶融物の多い領域
７  燃料の溶融物の少ない領域
１０  中性子吸収材
１０Ａ  （発光物質１２を含有する）中性子吸収材
１０Ｂ  （着色料１４を含有する）中性子吸収材
１２  発光物質
１３  発光
１４  着色料
【図１】
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【図２】
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