(57)【要約】【課題】燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質中の中性子発生源の分布状態を精度よく測定する。【解決手段】実施形態によれば、中性子源分布測定装置１００は、中性子を発生する外部中性子源１４と、外部中性子源１４を燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質１に近接した近接位置と、測定対象物質１から離れた後退位置とに移動可能な中性子源駆動部１６と、近接位置の近傍に設けられて、測定対象物質１からの中性子を測定する少なくとも一つの中性子検出器１１と、測定対象物質１において外部中性子源１４が近接位置の場合の中性子検出器１１の出力と、外部中性子源１４が後退位置の場合の中性子検出器１１の出力と、測定点の位置情報とを受けて、測定対象物質１の内部中性子源強度相対値ｓｉの分布を算出する演算部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子を発生する外部中性子源と、
前記外部中性子源を、燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質に近接した近接位置と、前記測定対象物質から離れた後退位置とに移動可能な中性子源駆動部と、
前記近接位置の近傍に設けられて、前記測定対象物質からの中性子を測定する少なくとも一つの中性子検出器と、
前記測定対象物質における複数の測定点のそれぞれにおいての、前記外部中性子源が前記近接位置の場合の前記中性子検出器の出力と、前記外部中性子源が前記後退位置の場合の前記中性子検出器の出力と、当該測定点の位置情報とを受けて、内部中性子源強度相対値ｓｉの分布を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする中性子源分布測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、次の式（１）、式（２）、および式（３）により前記内部中性子源強度相対値ｓｉを算出することを特徴とする請求項１に記載の中性子源分布測定装置。
Ｃｉ＝Ｎｎｉ−Ｎｆｉ                          …（１）
Ｃ１＝Ｎｎ１−Ｎｆ１                          …（２）
ｓｉ＝（Ｎｆｉ／Ｎｆ１）／（Ｃｉ／Ｃ１）      …（３）
ただし、Ｎｎｉはｉ番目の測定位置における外部中性子源が近接位置の場合の中性子検出器の出力信号、Ｎｆｉはｉ番目の測定位置における外部中性子源が後退位置の場合の中性子検出器の出力信号、Ｎｎ１は基準位置における外部中性子源が近接位置の場合の中性子検出器の出力信号、Ｎｆ１は基準位置における外部中性子源が後退位置の場合の中性子検出器の出力信号である。
【請求項３】
前記外部中性子源と前記中性子検出器とを一体で前記測定対象物質の表面に沿って移動可能なユニット駆動装置をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の中性子源分布測定装置。
【請求項４】
前記中性子検出器は、互いに間隔をもって配された複数の中性子検出器を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の中性子源分布測定装置。
【請求項５】
前記外部中性子源を収納し前記中性子源駆動部に駆動されて当該外部中性子源が前記後退位置と前記近接位置との間を移動する方向に延びる中性子源案内管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４のいずれか一項に記載の中性子源分布測定装置。
【請求項６】
前記外部中性子源が前記近接位置にある場合、および前記後退位置にある場合に、前記外部中性子源から放出される中性子が前記中性子検出器に直接達することのないように、前記中性子検出器のそれぞれと前記外部中性子源との間に設けられた中性子吸収体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５のいずれか一項に記載の中性子源分布測定装置。
【請求項７】
前記中性子吸収体は、前記中性子検出器のそれぞれの周囲に設けられた筒状あるいは半割れの筒状であることを特徴とする請求項６に記載の中性子源分布測定装置。
【請求項８】
前記中性子吸収体は、前記外部中性子源の周囲に設けられた筒状であることを特徴とする請求項６に記載の中性子源分布測定装置。
【請求項９】
前記中性子吸収体の材料はカドミウムを含むことを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の中性子源分布測定装置。
【請求項１０】
燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質の第１位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質から離れた後退位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する後退時第１測定ステップと、
前記測定対象物質の第１位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質に近接した近接位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する近接時第１測定ステップと、
前記測定対象物質の第２位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質から離れた後退位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する後退時第２測定ステップと、
前記測定対象物質の第２位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質に近接した近接位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する近接時第２測定ステップと、
前記後退時第１測定ステップ、前記近接時第１測定ステップ、前記後退時第２測定ステップ、および前記近接時第２測定ステップの後に、前記後退時第１測定ステップでの前記中性子検出器による測定結果および前記近接時第１測定ステップでの前記中性子検出器による測定結果と、前記第１位置を算出可能な情報と、前記後退時第２測定ステップでの前記中性子検出器による測定結果および前記近接時第２測定ステップでの前記中性子検出器による測定結果と、前記第２位置を算出可能な情報と、を受け入れて、演算部が前記測定対象物質の内部中性子源強度相対値ｓｉの分布を算出する演算ステップと、
を有することを特徴とする中性子源分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、核燃料を含有する物質中の中性子源分布測定装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所において原子炉の冷却機能を喪失する事故が発生した場合、原子炉の核燃料が溶融し、原子炉圧力容器を貫通し、原子炉格納容器などに達し再固化した燃料デブリが生ずるおそれがある。このような場合、燃料デブリを原子炉建屋から取り出して安全に保管、管理することが必要となる。
【０００３】
燃料デブリを原子炉建屋から取り出す際、燃料デブリ中に含まれる核燃料物質の分布状態を把握することは、取り出し中の再臨界防止や取り出し工程や工法を考えるうえで有用である。
【０００４】
燃料デブリの放射能の分布を調べる技術としては、例えば、画像データと放射線データを組み合わせてマッピングする技術が知られている。放射線測定器には指向性を持たせるためのコリメータを具備するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−４８０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらこの方法では、放射線の種類がガンマ線であるときには、燃料デブリの周囲にある汚染水による影響があるためにほぼあらゆる方向に放射線の分布がみられ、燃料デブリの放射線分布の測定を精度よく実施できない可能性が高い。
【０００７】
一方、放射線が中性子線である場合は、水中で中性子は約１ｍの距離で４桁程度減衰する。このため検出器を燃料デブリに近づけて測定する必要がある。また、検出器を近づけて中性子の分布を測定した場合にも、中性子の測定値と中性子発生源との量の関係は、燃料デブリを含む体系の中性子増倍率によって影響を受ける。
【０００８】
燃料デブリは、原子炉内で燃焼した核燃料が溶融し再固化したものであるが、その組成は、炉内に装荷されていた核燃料、炉心の構造物であったものなどと様々である。デブリの分布として、殆どが構造物材料であり核燃料を含まない部分、殆どが核燃料である部分、などとある程度の判断がなされれば、デブリの処理に際してもそれぞれの箇所での対処法を適切に選択することができ、安全性および作業効率の向上を図ることができる。
【０００９】
燃焼した核燃料中には、２４４Ｃｍ（キュリウム）などの自発中性子を発生する自発核分裂源が含まれる。したがって、燃料デブリ中の核燃料物質の推定をするためには、燃料デブリ中の中性子発生源の分布状況を知ることが有益である。これは、燃焼した核燃料を含む物質であれば、燃料デブリに限らず同様である。
【００１０】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質中の中性子発生源の分布状態を精度よく測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本実施形態に係る中性子源分布測定装置は、中性子を発生する外部中性子源と、前記外部中性子源を、燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質に近接した近接位置と、前記測定対象物質から離れた後退位置とに移動可能な中性子源駆動部と、前記近接位置の近傍に設けられて、前記測定対象物質からの中性子を測定する少なくとも一つの中性子検出器と、  前記測定対象物質における複数の測定点のそれぞれにおいての、前記外部中性子源が前記近接位置の場合の前記中性子検出器の出力と、前記外部中性子源が前記後退位置の場合の前記中性子検出器の出力と、当該測定点の位置情報とを受けて、内部中性子源強度相対値ｓｉの分布を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態に係る中性子源分布測定方法は、燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質の第１位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質から離れた後退位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する後退時第１測定ステップと、前記測定対象物質の第１位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質に近接した近接位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する近接時第１測定ステップと、前記測定対象物質の第２位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質から離れた後退位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する後退時第２測定ステップと、前記測定対象物質の第２位置を測定対象として、外部中性子源を前記測定対象物質に近接した近接位置にして、前記外部中性子源の近傍に設けられた中性子検出器により前記測定対象物質からの中性子を測定する近接時第２測定ステップと、前記後退時第１測定ステップ、前記近接時第１測定ステップ、前記後退時第２測定ステップ、および前記近接時第２測定ステップの後に、前記後退時第１測定ステップでの前記中性子検出器での測定結果および前記近接時第１測定ステップでの前記中性子検出器での測定結果と、前記第１位置を算出可能な情報と、前記後退時第２測定ステップでの前記中性子検出器での測定結果および前記近接時第２測定ステップでの前記中性子検出器での測定結果と、前記第２位置を算出可能な情報と、を受け入れて、演算部が前記測定対象物質の内部中性子源強度相対値ｓｉの分布を算出する演算ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質中の中性子発生源の分布状態を精度よく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の構成を示す立断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視水平断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置による測定の状況を説明する概念的平面図である。
【図４】第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の作用を説明する概念的縦断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の演算記憶部の構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定方法の手順を示すフロー図である。
【図７】第２の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の構成を示す水平断面図である。
【図８】第３の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の構成を示す立断面図であって、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視立断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線矢視水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る中性子源分布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。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の構成を示す立断面図であり、図２のＩ−Ｉ線矢視図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視水平断面図である。中性子源分布測定装置１００は、移動ユニット１０、演算記憶部２０、およびユニット駆動装置３０を有する。移動ユニット１０は、中性子検出器１１、外部中性子源１４、およびこれらを収納する筐体１９を有する。
【００１７】
たとえば、燃料デブリのように、燃焼した核燃料を含む物質である測定対象物質１は、通常発熱しており、少なくとも中性子源分布測定装置１００を用いる段階では、測定対象物質１は冷却水中に水没している。中性子源分布測定装置１００についても、移動ユニット１０は、冷却水中に配されている。
【００１８】
外部中性子源１４は、円筒状の中性子源案内管１５内に収納され、中性子源案内管１５の軸方向に移動可能である。外部中性子源１４は、中性子源案内管１５の軸方向に延びて外部中性子源１４に結合された中性子検出器駆動軸１６ａを介して、中性子源駆動部１６により駆動される。
【００１９】
図１において、実線で表示された外部中性子源１４の位置は、測定対象物質１中に核燃料物質が存在していれば、測定対象物質１に中性子を注入し測定対象物質１の注入された部分の反応度変化をもたらすことが可能な位置であり、近接位置と呼ぶ。また、破線で表示された外部中性子源１４の位置は、外部中性子源１４から発生した中性子が冷却水によって十分減衰し測定対象物質１に到達せず、測定対象物質１に有意な反応度変化をもたらすことのない位置であり、後退位置と呼ぶ。ここで、中性子が冷却水によって減衰する距離は、数１０センチメートル、たとえば５０ｃｍ程度である。
【００２０】
外部中性子源１４は、筐体１９に取り付けられている中性子源駆動部１６により駆動されて中性子源案内管１５内を移動する。外部中性子源１４としては、カリフォルニウム２５２（２５２Ｃｆ）のような強度の強いものが利用し易く適している。
【００２１】
中性子検出器１１は、中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを含む。中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれ、中性子源案内管１５の軸方向に垂直な投影平面（以下、垂直投影面という。）において、外部中性子源１４を中心にして、外部中性子源１４から等距離で、かつ互いに周方向に等しい間隔をもって、筐体１９中に配されている。
【００２２】
中性子検出器１１は、ガンマ線バックグラウンドの影響を受けにくい核分裂計数管が適しているが、適切なガンマ線遮蔽がなされる場合には、ボロン１０（１０Ｂ）塗布化中性子計数管、ＢＦ３ガス封入中性子計数管、あるいは、固体素子の半導体型中性子検出器なども用いることができる。中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄには中性子検出器ケーブル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄがそれぞれ接続されている（中性子検出器ケーブル１３ａ、１３ｂは、図１において、それぞれ中性子検出器ケーブル１３ｃ、１３ｄの奥に配されている。）。中性子検出器ケーブル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、それぞれ、信号ケーブル、電圧付加用ケーブルを含む。
【００２３】
中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各信号ケーブルは、筐体１９の外側に設けられた中性子検出器前置増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄに接続されており、中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの出力信号はそれぞれ増幅される（中性子検出器前置増幅器１２ａ、１２ｂは、図１において、それぞれ中性子検出器前置増幅器１２ｃ、１２ｄの奥に配されている。）。中性子検出器前置増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄから外部には、図示しないケーブルにより接続される。
【００２４】
垂直投影面上で、中性子検出器１１ａの周囲には、円筒状の中性子吸収体１７が設けられている。中性子検出器１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのそれぞれの周囲には、同様に、円筒状の中性子吸収体１７が設けられている。中性子吸収体に使用される中性子吸収材は熱中性子吸収断面積が大きいカドミウム、ホウ素１０（Ｂ１０）等が適している。
【００２５】
ユニット駆動装置３０は、移動ユニット１０の筐体１９の側部を支持し、移動ユニット１０を移動させる。また、ユニット駆動装置３０は、予め計画された順序に従って、移動ユニット１０を所定の位置に順次作動させる。また、後述する外部中性子源１４を駆動する中性子源駆動部１６の状態信号を受けて、それぞれの位置における所定の測定が完了したことや、所定の計画の範囲の測定が終了したことを確認することを行う。なお、この部分は、人間が行ってもよい。
【００２６】
ユニット駆動装置３０は、移動ユニット１０がいずれの軸回りにも回転せずに、平行移動するように、移動ユニット１０との結合部分を含めて構成されている。なお、移動ユニット１０との結合部分は、側部に限定されず、たとえば上部から吊る方式でもよい。ユニット駆動装置３０は、移動ユニット１０の筐体１９と結合し、移動ユニット１０を３次元的に移動可能に構成されている。
【００２７】
このため、移動ユニット１０を測定対象物質１の表面に沿って移動可能であるとともに、測定対象物質１の上方から測定対象物質１近傍にわたり移動可能である。ユニット駆動装置３０の駆動部分は、たとえば、測定対象物質１の水平面上の範囲にアクセス可能な旋回クレーンを用いてもよい。
【００２８】
図３は、第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置による測定の状況を説明する概念的平面図である。図３のＡ、Ｂ、およびＣは、測定対象物質１上の平面的な位置を示している。まず、移動ユニット１０の外部中性子源１４を位置Ａ上に移動する。ここで、外部中性子源１４が近接位置にある場合と、外部中性子源１４が後退位置にある場合のそれぞれについて、中性子検出器１１が演算記憶部２０に出力する。この結果、図３に示す測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４における測定対象物質１上での中性子が中性子検出器１１で測定される。
【００２９】
次に、外部中性子源１４の平面的位置が点Ｂに位置するように移動ユニット１０を移動して、同様に、中性子の測定を行う。この結果、図３に示す測定点Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７およびＰ８における測定対象物質１上での中性子が中性子検出器１１で測定される。さらに、外部中性子源１４の平面的位置が点Ｃに位置するように移動ユニット１０を移動して、同様に、中性子の測定を行う。この結果、図３に示す測定点Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１およびＰ１２における測定対象物質１上での中性子が中性子検出器１１で測定される。このようにして、測定対象物質１の平面的な全域にわたり中性子の測定を行うことができる。
【００３０】
図４は、第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の作用を説明する概念的縦断面図である。外部中性子源１４が後退位置にある時は、測定対象物質１内では、内部中性子源３からのみ中性子が発生し、内部中性子源３から発生した中性子の一部が中性子検出器１１で検出される。なお、外部中性子源１４と中性子検出器１１の間には中性子吸収体１７が設けられているため、外部中性子源１４から中性子検出器１１に直接到達する中性子は無視できる。
【００３１】
一方、外部中性子源１４が、図４のように近接位置にある場合には、外部中性子源１４から発生した中性子は、測定対象物質１内にも移行する。測定対象物質１に中性子が注入されると、数センチメートル、たとえば５ｃｍ程度で、熱中性子となる。主にこの熱中性子によって、中性子が注入された位置の近傍の領域においては、核燃料物質の核分裂反応が起こり、中性子が発生する。すなわち、この領域は図４に示すように反応領域２となる。このため、内部中性子源３からの自発核分裂中性子３ａと、核分裂反応による中性子は、その一部が中性子検出器１１により検出される。核分裂反応による中性子の発生は、測定対象物質１のそれぞれの個所の未臨界度に依存する。
【００３２】
具体的には、中性子検出器１１の信号Ｎは、体系の実効中性子増倍率ｋと、中性子源の強度Ｓ、および比例係数αを用いて、次の式（１）で近似的に表される。
Ｎ＝α・Ｓ／（１−ｋ）            …（１）
【００３３】
このときαは、中性子源の分布状態と中性子検出器の位置等によるが、これらが一定の条件では、中性子信号Ｎは、中性子源の強度Ｓに比例し、また、（１−ｋ）と逆比例することを表している。
【００３４】
本実施形態の場合に置き換えると、体系とは、測定対象物質１内の中性子による核分裂反応の反応度体系である。測定対象物質１を対象として測定する場合の中性子源としては、原子炉内で核燃料が照射された際に生成した中性子発生核種として、キュリウム２４４（Ｃｍ２４４）等が測定対象物質１内に含有されており大きな寄与を持つ。これが、内部中性子源３である。本実施形態の目的は、この内部中性子源３の測定対象物質１における分布状態を知ることである。
【００３５】
一方、中性子源分布測定装置１００における外部中性子源１４は、外部中性子源１４が後退位置にあるときは、この体系への外部中性子源１４の寄与はなく、中性子源としては内部中性子源３のみが考慮される。また、外部中性子源１４が近接位置にあるときは、中性子源の強度Ｓは、内部中性子源３と外部中性子源１４の両方が考慮される。以下、測定対象物質１中のＣｍ２４４などによる内部中性子源３の強度をＳｃｍ、中性子源分布測定装置１００における外部中性子源１４の強度をＳｎｓと表記する。
【００３６】
外部中性子源１４を後退位置に置いた状態で、それぞれの中性子検出器によって中性子信号を測定する。このときのｉ番目の測定点Ｐｉでの中性子検出器１１の中性子信号をＮｆｉとすると、Ｎｆｉは、次の式（２）で表される。
Ｎｆｉ＝αｉ・Ｓｃｍｉ／（１−ｋ）                …（２）
【００３７】
次に、同じ測定位置で、外部中性子源１４を近接位置に移動して中性子信号を測定する。このときの中性子検出器１１の中性子信号Ｎｎｉは、次の式（３）で表される。
Ｎｎｉ＝αｉ・（Ｓｃｍｉ＋Ｓｎｓ）／（１−ｋ）      …（３）
【００３８】
ＮｎｉからＮｆｉを差し引いた値をＣｉとすると、これは、外部中性子源１４が近接位置にあるときの係数値と後退位置にあるときの係数値の差である。式（３）の左辺及び右辺から式（２）の左辺及び右辺を減じると、Ｃｉは次の式（４）となる。内部中性子源Ｓｃｍによる増倍中性子の項が差し引かれるので、外部中性子源Ｓｎｓによる増倍中性子の成分が残る。
Ｃｉ＝Ｎｎｉ−Ｎｆｉ＝αｉ・Ｓｎｓ／（１−ｋ）      …（４）
【００３９】
ここで、基準とするたとえば１番目の測定点Ｐ１について式（４）で求めた値をＣ１とし、ｉ番目の測定点Ｐｉ（ｉ＝２、３、…）での値ＣｉのＣ１に対する比を求めると、式（５）のように比例係数αｉのα１に対する比となる。
（Ｃｉ／Ｃ１）＝（αｉ／α１）                    …（５）
【００４０】
基準とする１番目の測定点Ｐ１について式（２）で求めたＮｆ１と、ｉ番目の測定点Ｐｉについて式（２）で求めたＮｆｉの比（Ｎｆｉ／Ｎｆ１）は、次の式（６）となる。
（Ｎｆｉ／Ｎｆ１）＝（αｉ／α１）（Ｓｃｍｉ／Ｓｃｍ１）    …（６）
【００４１】
式（５）と式（６）から、次の式（７）が導かれる。
（Ｓｃｍｉ／Ｓｃｍ１）＝（Ｎｆｉ／Ｎｆ１）／（Ｃｉ／Ｃ１）    …（７）
【００４２】
すなわち、内部中性子源３の相対的な強度である内部中性子源強度相対値ｓｉの分布を示す内部中性子源の強度の比（Ｓｃｍｉ／Ｓｃｍ１）は、式（７）で示されているように、基準となる測定点Ｐ１での外部中性子源１４の近接位置と後退位置における中性子検出器１１の測定結果、および各測定点Ｐｉでの外部中性子源１４の近接位置と後退位置における中性子検出器１１の測定結果に基づいて求めることができる。
【００４３】
図５は、第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の演算記憶部の構成を示すブロック図である。演算記憶部２０は、演算部２１および記憶部２２を有する。
【００４４】
記憶部２２は、ユニット駆動装置３０から移動ユニット１０の位置信号Ｐｊを入力として受け入れて記憶する。ここで、位置信号Ｐｊに対応する位置は、移動ユニット１０の代表部分、たとえば、外部中性子源１４の位置、あるいはユニット駆動装置３０の移動ユニット１０との結合部分の位置でもよい。また、記憶部２２は、移動ユニット１０が位置信号Ｐｊを発する位置における中性子検出器１１からの各測定点における測定値Ｎｆｉを入力として受け入れて記憶する。測定値は、それぞれの位置における外部中性子源１４が近接位置の時の測定値と後退位置の時の測定値の組である。
【００４５】
また、記憶部２２は、後述する演算部２１で算出、作成されたマッピングデータを演算部２１から入力として受け入れて記憶する。
【００４６】
演算部２１は、記憶部２２から移動ユニット１０の位置信号Ｐｊを入力として受け入れて、移動ユニット１０の位置Ｐｊに基づいて、各中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの測定点Ｐｉの位置を算出する。算出されるＰｉの位置情報は、たとえば、測定対象物質１の平面的な座標軸を決めてその座標に対する位置としてもよい。あるいは、３次元座標でもよい。
【００４７】
図３を例にとれば、移動ユニット１０の代表位置は外部中性子源１４の平面的な中心位置である。移動ユニット１０の代表位置が点Ａの場合、中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄの位置Ｐｉは、それぞれ図３のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４の位置となる。同様に、移動ユニット１０の代表位置が点Ｂの場合、中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄの位置Ｐｉは、それぞれ図３のＰ５、Ｐ６、Ｐ７、およびＰ８の位置となる。これらが、測定点Ｐ１ないし測定点Ｐ８の位置情報として扱われる。演算部２１は以上のような対応関係に基づいて、各測定点のＰｉの位置を算出し、記憶部２２がこれらの位置情報を記憶する。
【００４８】
また、演算部２１は、移動ユニット１０の位置Ｐｊに対応する各測定点ｐｉの位置での測定結果を、記憶部２２から受け入れる。各測定点における測定値Ｎｆｉに基づいて、測定点ｉにおける外部中性子源１４が近接位置の場合の測定値Ｎｎｉと後退位置にある場合の測定値Ｎｆｉの差Ｃｉを求めた上で、式（７）により内部中性子源３の相対的な強度である内部中性子源強度相対値ｓｉを算出する。
【００４９】
また、演算部２１は、各測定点ｐｉの位置と、それぞれの位置における内部中性子源強度相対値ｓｉとに基づいて、内部中性子源３の相対的な強度に関するマッピングデータを作成し、マッピング結果を図示可能なデータを記憶部２２に出力する。マッピング結果は、記憶部２２から、出力部５０に出力され、出力部５０によりマップ図が表示される。
【００５０】
図６は、第１の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定方法の手順を示すフロー図である。まず、外部中性子源１４を後退位置とする（ステップＳ０１）。この状態で、移動ユニット１０を測定対象物質１の上方に移動し、上方から下降させて、測定対象物質１に近接した位置で停止させる（ステップＳ０２）。この位置で、中性子検出器１１が中性子を測定し、測定結果を演算記憶部２０に出力する（ステップＳ０３）。
【００５１】
次に、外部中性子源１４を近接位置に移動する（ステップＳ０４）。この後に、この位置で、中性子検出器１１が中性子を測定し、測定結果を演算記憶部２０に出力する（ステップＳ０５）。ステップＳ０３において出力された中性子検出器１１による測定結果、およびステップＳ０５において出力された中性子検出器１１による測定結果に基づいて、演算部２１が内部中性子源３の相対的な強度である内部中性子源強度相対値ｓｉを算出する（ステップＳ０６）。
【００５２】
ステップＳ０５の後に、ユニット駆動装置３０は、所定の測定範囲についての測定が終了したか否かを判定する（ステップＳ０７）。終了と判定（ステップＳ０７  ＹＥＳ）されれば終了する。終了と判定されなければ（ステップＳ０７  ＮＯ）、外部中性子源１４を後退位置とし（ステップＳ０８）、その後に、ステップＳ０２に戻り、次の測定場所での測定のステップを繰り返す。
【００５３】
なお、移動ユニット１０が同一の位置においては、外部中性子源１４を後退位置として（ステップＳ０１またはステップＳ０８）、中性子検出器１１による測定を行う（ステップＳ０３）のと、外部中性子源１４を近接位置として（ステップＳ０４）、中性子検出器１１による測定を行う（ステップＳ０５）のとの順序は、いずれが先でもよい。
【００５４】
また、移動ユニット１０の移動（ステップＳ０２）前のステップで、外部中性子源１４が後退位置での測定が、外部中性子源１４が近接位置での測定より後であれば、移動ユニット１０の移動（ステップＳ０２）後のステップで、また、外部中性子源１４が後退位置での測定を、外部中性子源１４が近接位置での測定より前に行うというように、順番を交互に入れ替えれば、外部中性子源１４の近接位置と後退位置間の移動回数を減らすことができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、測定対象物質１中の中性子発生源である内部中性子源３の分布状態を精度よく測定することが可能となる。
【００５６】
［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の構成を示す水平断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄは、それぞれ、円筒状の中性子吸収体１７により包囲されているが、本第２の実施形態においては、中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄ、それぞれの外部中性子源１４側に、円筒の半割れ状の中性子吸収体１７ａが設けられている。
【００５７】
なお、中性子吸収体１７ａの形状は、円筒の半割れ状には限らない。外部中性子源１４からの中性子が直接、それぞれの中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄに到達しないように、遮るように設けられていれば、平板状であってもよい。
【００５８】
このように、それぞれの中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄの近傍に設けることによって、外部中性子源１４からの中性子を遮る効果を維持しながら、中性子吸収体の物量を低減することができる。
【００５９】
［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態に係る核燃料含有物質の中性子源分布測定装置の構成を示す立断面図であって、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視立断面図である。また、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線矢視水平断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄが、それぞれ、円筒状の中性子吸収体１７により包囲されている。一方、本第３の実施形態においては、外部中性子源１４の周囲の中性子源案内管１５の周囲に、円筒状の中性子吸収体１８が設けられている。
【００６０】
このように、外部中性子源１４の周囲に、円筒状の中性子吸収体１８を設けることにより、それぞれの中性子検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および１１ｄの周囲に中性子吸収体を設ける必要がなく、中性子検出器１１の径が、外部中性子源１４の周囲の中性子源案内管１５と同等程度である場合は、中性子吸収体の物量を削減することができる。
【００６１】
［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。たとえば、実施形態では、移動ユニット１０が平行移動する場合を例にとって説明したがこれに限定されない。たとえば、測定対象物質１が平坦な形状ではなく、３次元的で、側部の計測も重要である場合には、測定対象位置との対応を図るようにした上で、移動ユニット１０を傾けた状態で計測するようにしてもよい。あるいは、測定対象物質１に、天井部が存在する場合は、上下を逆さまにして測定してもよい。
【００６２】
また、実施形態では、移動ユニット１０は、複数の中性子検出器１１を有し、移動ユニット１０が、測定対象物質１の表面に沿って移動することにより、測定対象物質１の各部からの中性子を測定する場合を示しているが、これに限定はされない。たとえば、測定対象物質１が分散しており、それぞれの塊が小さい、あるいは小さい塊がある場合、移動ユニット１０が有する複数の中性子検出器１１で測定対象物質１における対象とする測定点をカバーできるならば、移動ユニット１０の移動は不要となり、移動ユニット１０内の構成のみで対応可能となる。
【００６３】
あるいは、移動ユニット１０が有する中性子検出器１１が１つであっても、移動ユニット１０が測定対象物質１の表面に沿って移動することによって、測定対象物質１の対象とする測定点はカバーできる。
【００６４】
これらのいずれの場合であっても、演算記憶部２０に、それぞれの測定点における中性子源の後退位置および近接位置における中性子検出器１１の信号、および測定点の位置を算出可能な情報が入力されれば、同様の効果を得ることができる。
【００６５】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、移動ユニット１０内の配置調整の観点から、中性子吸収体を、外部中性子源側と中性子検出器側とに分けて機能を分担させてもよい。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。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】
【００６６】
１…測定対象物質、２…反応領域、３…内部中性子源、３ａ…自発核分裂中性子、１０…移動ユニット、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…中性子検出器、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…中性子検出器前置増幅器、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…中性子検出器ケーブル、１４…外部中性子源、１５…中性子源案内管、１６…中性子源駆動部、１６ａ…中性子検出器駆動軸、１７、１７ａ、１８…中性子吸収体、１９…筐体、２０…演算記憶部、２１…演算部、２２…記憶部、３０…ユニット駆動装置、５０…出力部、１００…中性子源分布測定装置
【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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