(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料デブリ近傍の環境下においても、必要な量の中性子吸収材の布設を可能とする布設システムを提供する。【解決手段】燃料デブリ１の表面に中性子吸収材１０５を供給し布設する中性子吸収材布設装置１２０と、中性子吸収材１０５が布設されたことを確認する布設状態確認装置１１０と、一体移動部２００の動作を制御する動作制御部１３１とを備える。布設状態確認装置１１０は、燃料デブリ１からの中性子を検出する中性子検出器１１１と、新たに中性子吸収材を布設した範囲以外の領域から中性子検出器１１１に流入するバックグラウンド中性子を排除するバックグラウンド中性子遮へい構造体１１５と、中性子検出器１１１からの信号を受けて中性子束が規定値未満に低下したか否かを判定する演算判定部１１８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】
核燃料物質を含む燃料デブリの表面に中性子吸収材を供給し布設する中性子吸収材布設装置と、
前記中性子吸収材が布設されたことを確認する布設状態確認装置と、
前記中性子吸収材布設装置と前記布設状態確認装置のうち一体で移動する一体移動部の動作を制御する動作制御部と、
を備え、
前記布設状態確認装置は、
前記燃料デブリからの中性子を検出する中性子検出器と、
新たに中性子吸収材を布設した範囲以外の領域から中性子検出器に流入するバックグラウンド中性子を排除するバックグラウンド中性子遮へい構造体と、
前記中性子検出器からの信号を受けて中性子束が規定値未満に低下したか否かを判定する演算判定部と、
を有することを特徴とする中性子吸収材布設システム。
【請求項２】
前記バックグラウンド中性子遮へい構造体は、
前記布設されたことを確認する前記中性子検出器を前記中性子検出器の前方以外からの放射線から遮へいする中性子検出器遮へい構造体と、
前記燃料デブリの上面の一部を前記燃料デブリの上面の他の部分と仕切る筒状に形成された仕切り筒と、
前記仕切り筒に囲まれた領域の前記燃料デブリ以外の領域からの放射線を抑制するガイド用遮へい体と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の中性子吸収材布設システム。
【請求項３】
前記ガイド用遮へい体は、前記中性子検出器側から前記燃料デブリ側に近づくほど錐状に拡がるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の中性子吸収材布設システム。
【請求項４】
前記仕切り筒が前記燃料デブリ上に着地したことを検出する荷重検出部をさらに有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の中性子吸収材布設システム。
【請求項５】
前記中性子吸収材布設装置は、
前記中性子吸収材を収納する収納容器と、
前記収納容器から前記中性子吸収材を輸送する中性子吸収材輸送管と、
前記中性子吸収材輸送管に設けられて前記中性子吸収材の移送状態と停止状態とを切り替える自動弁と、
を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吸収材布設システム。
【請求項６】
前記中性子吸収材輸送管は、
前記収納容器からの前記中性子吸収材の流路となる外部輸送管と、
前記一体移動部内に設けられ前記中性子吸収材を前記燃料デブリ上に移送する一体移動部内輸送管と、
前記外部輸送管と前記一体移動部内輸送管とを接続するフレキシブル管と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の中性子吸収材布設システム。
【請求項７】
前記演算判定部は、前記中性子検出器からの信号を受けて前記燃料デブリ上に布設された前記中性子吸収材の布設厚さを算出す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吸収材布設システム。
【請求項８】
動作制御部が、駆動装置をして、燃料デブリ上の目標位置に一体移動部を移動させる移動ステップと、
動作制御部が、駆動装置をして、仕切り筒の下端が燃料デブリ上に到達するまで一体移動部を下降させる下降ステップと、
動作制御部が、中性子吸収材布設装置をして、燃料デブリ上に中性子吸収材を所定量布設させる布設ステップと、
演算判定部が、中性子検出器出力から布設が十分か否かを判定する判定ステップと、
を有することを特徴とする中性子吸収材布設方法。
【請求項９】
前記判定ステップは、演算判定部が布設が十分と判定しなかった場合は、前記布設ステップ以降を繰り返すステップを有することを特徴とする請求項８に記載の中性子吸収材布設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、中性子吸収材布設システムおよび中性子吸収材布設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいて、重大事故が発生し、原子炉の炉心の核燃料が溶融した場合、核燃料物質と、原子炉内の構造物等が高温で溶融した後に冷却固化して生成された燃料デブリを冷却するとともに、再臨界を防止する措置が必要である。その上で、最終的には、当該原子力プラントの廃止措置の一環として、燃料デブリを取り出して処理することになる。
【０００３】
再臨界を防止する措置としては、燃料デブリに穴をあけて棒状の中性子吸収材を挿入する方法、燃料デブリの上面に中性子吸収材を含むシートをかぶせる方法等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７５３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
再臨界を防止するために中性子吸収材を燃料デブリ近傍に布設するに際しては、必要な量の中性子吸収材を布設できたか否かを確認しながら行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、燃料デブリ周辺の環境は、高放射線環境下であり、また、炉水の汚濁も予想され、布設状況をカメラ等によって目視確認することは困難である。
【０００７】
本発明の実施形態は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料デブリ近傍の環境下においても、必要な量の中性子吸収材の布設を確認しながら中性子吸収材の布設を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本実施形態に係る中性子吸収材布設システムは、核燃料物質を含む燃料デブリの表面に中性子吸収材を供給し布設する中性子吸収材布設装置と、前記中性子吸収材が布設されたことを確認する布設状態確認装置と、前記中性子吸収材布設装置と前記布設状態確認装置のうち一体で移動する一体移動部の動作を制御する動作制御部と、を備え、前記布設状態確認装置は、前記燃料デブリからの中性子を検出する中性子検出器と、新たに中性子吸収材を布設した範囲以外の領域から中性子検出器に流入するバックグラウンド中性子を排除するバックグラウンド中性子遮へい構造体と、前記中性子検出器からの信号を受けて中性子束が規定値未満に低下したか否かを判定する演算判定部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本実施形態に係る中性子吸収材布設方法は、動作制御部が、駆動装置をして、燃料デブリ上の目標位置に一体移動部を移動させる移動ステップと、動作制御部が、駆動装置をして、仕切り筒の下端が燃料デブリ上に到達するまで一体移動部を下降させる下降ステップと、動作制御部が、中性子吸収材布設装置をして、燃料デブリ上に中性子吸収材を所定量布設させる布設ステップと、演算判定部が、中性子検出器出力から布設が十分か否かを判定する判定ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、燃料デブリ近傍の環境下においても、必要な量の中性子吸収材の布設を確認しながら中性子吸収材の布設を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る中性子吸収材布設システムの構成を示す概念的一部立断面図である。
【図２】実施形態に係る中性子吸収材布設方法の手順を示すフロー図である。
【図３】実施形態に係る中性子吸収材布設装置の上下駆動部の上昇駆動の動作条件を示すブロック図である。
【図４】実施形態に係る中性子吸収材布設装置の水平駆動部の水平駆動の動作条件を示すブロック図である。
【図５】実施形態に係る中性子吸収材布設装置の上下駆動部の下降駆動の動作条件を示すブロック図である。
【図６】実施形態に係る中性子吸収材布設装置の自動弁の動作条件を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る中性子吸収材布設システムおよび中性子吸収材布設方法について説明する。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。
【００１３】
図１は、実施形態に係る中性子吸収材布設システムの構成を示す概念的一部立断面図である。中性子吸収材布設システム１００は、燃料デブリ１からの中性子束を監視しながら、再臨界防止のための中性子吸収材１０５を布設するためのシステムであり、燃料デブリ１上を順次移動しながら中性子吸収材１０５の布設を行うものである。
【００１４】
中性子吸収材布設システム１００は、布設状態確認装置１１０、中性子吸収材布設装置１２０および駆動装置１３０を有する。
【００１５】
布設状態確認装置１１０は、中性子検出器１１１、中性子検出器１１１の周囲に配されたバックグラウンド中性子遮へい構造１１５、および演算判定部１１８を有する。
【００１６】
新たに中性子吸収材１０５を布設した範囲で、中性子吸収材１０５の効果を確認するために、それ以外の領域から中性子検出器１１１に流入するバックグラウンド中性子を排除する必要がある。このためにバックグラウンド中性子遮へい構造１１５が供えられている。バックグラウンド中性子遮へい構造１１５は、中性子検出器遮へい構造体１１２、ガイド用遮へい体１１３、仕切り筒１１４を有する。
【００１７】
仕切り筒１１４は、上下が開放され水平方向には四角形の筒状であり、燃料デブリ１上を仕切る機能と、中性子の遮へい機能とを有する。すなわち、仕切り筒１１４が、燃料デブリ１上に着地した状態では、仕切り筒１１４は、燃料デブリ１上を仕切り筒１１４に囲まれた領域と外側の領域とに区分する。このように、仕切り筒１１４は、燃料デブリ１上に布設される中性子吸収材１０５を保持する。また、仕切り筒１１４は、仕切り筒１１４に囲まれた領域以外の燃料デブリ１からの中性子を遮へいする。
【００１８】
なお、仕切り筒１１４の断面は四角形に限定されず、円形や楕円形、あるいは、三角形や多角形でもよい。仕切り筒１１４の材質は、中性子遮へい材を含む。たとえば、所定の厚みを有する鉛を、外形が筒状をなす鋼製の容器に封入することでもよい。
【００１９】
中性子検出器１１１は、検出窓（図示せず）の向いている方向、すなわち前方からの中性子束を検出する。図１では、中性子検出器１１１は、検出窓を下方に向けて設置されている。すなわち、この場合の前方は下方ということになる。
【００２０】
中性子検出器遮へい構造体１１２は、中性子検出器１１１の前方（下方）以外から中性子検出器１１１の方向に流入する中性子やガンマ線等の放射線を減衰させる。中性子検出器遮へい構造体１１２は、その材料に中性子遮へい材を含む。
【００２１】
ガイド用遮へい体１１３は、錐状あるいはコーン状で、中性子検出器１１１側から中性子検出器１１１の前方に向けて広がっている。ガイド用遮へい体１１３は、仕切り筒１１４で囲まれた領域以外の領域の燃料デブリ１からの中性子やガンマ線等の放射線を減衰させる。
【００２２】
演算判定部１１８は、中性子検出器１１１の出力を受け入れて、燃料デブリ１上への中性子吸収材１０５の布設が十分であるか否かを判定するとともに、布設された中性子吸収材１０５の厚みを推定する。
【００２３】
燃料デブリ１上への中性子吸収材１０５の布設が十分であるか否かの判定は、中性子吸収材１０５の布設後の中性子検出器１１１の出力が、判定値ΦＳ以下であるか否かを判定することにより行う。
【００２４】
燃料デブリ１は、ウラン酸化物などの核燃料物質と、原子炉内の構造物であるステンレスやジルカロイ等が高温で溶融した後に冷却固化して生成されたものである。形状は不定であり、粒状、棒状、塊状等の様々な形状、大きさのものが存在すると考えられている。
【００２５】
布設された中性子吸収材１０５の厚みの推定は、中性子吸収材１０５を布設する前の中性子検出器１１１からの出力をΦ０、中性子吸収材１０５の布設後の中性子検出器１１１からの出力をΦ１とすれば、中性子吸収材１０５の厚さｈ０の推定値ｈは、次の式（１）により与えられ、近似的には、次の式（２）により与えられる。
ｈ＝ｌｏｇｅ２・ｈ１／２・ｌｏｇｅ（Φ０／Φ１）            …（１）
ｈ＝０．６９３・ｈ１／２・ｌｏｇｅ（Φ０／Φ１）            …（２）
【００２６】
ここで、ｈ１／２は、中性子束が半減する中性子吸収材１０５の厚さである。ｈ１／２の値は、中性子のエネルギーにより異なるが、中性子検出器１１１が測定対象とする中性子は熱中性子であることから、ｈ１／２の値は、熱中性子の場合の値を用いてもよい。また、ｌｏｇｅ（Φ０／Φ１）は、底をネイピアの数ｅとする（Φ０／Φ１）の対数、すなわち（Φ０／Φ１）の自然対数である。
【００２７】
中性子吸収材布設装置１２０は、収納容器１２１、中性子吸収材輸送管１２２および自動弁１２５を有する。収納容器１２１は、中性子吸収材１０５を収納する。
【００２８】
中性子吸収材１０５の一例として、中性子吸収材はゲル状（スライム状）の半固形状態にあり、炉心溶融物の表面に塗布されてこの炉心溶融物の表面に被覆を形成するものである。この中性子吸収材１０５は、熱中性子吸収物質およびゲル状物質を有して構成される。
【００２９】
熱中性子吸収物質としては、ホウ素、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、ガドリニウム、ガドリニア（Ｇｄ２Ｏ３）、ハフニウムまたはハフニア（ＨｆＯ２）等を用いることができる。
【００３０】
ゲル状物質としては、ポリビニルアルコールもしくはデンプンなどの高分子材料、あるいは、ケイ酸ナトリウム水溶液を加熱して得られる水ガラス等などを用いることができる。
【００３１】
中性子吸収材輸送管１２２は、一端が収納容器１２１に接続し、他端は、仕切り筒１１４の上方で開放されている。詳細には、中性子吸収材輸送管１２２は、一端が収納容器１２１に接続される外部輸送管１２２ａ、一端が、仕切り筒１１４の上方で開放されている一体移動部内輸送管１２２ｃ、および外部輸送管１２２ａと一体移動部内輸送管１２２ｃを接続し、可撓性を有するフレキシブル管１２２ｂを有する。
【００３２】
自動弁１２５は、外部輸送管１２２ａ上に設けられている。自動弁１２５は、たとえば、電磁自動弁などの遠隔操作が可能な自動弁である。収納容器１２１は、一体移動部内輸送管１２２ｃの開放端の鉛直方向の高さに比べて十分に高い位置に配されており、自動弁１２５が開くと、収納容器１２１内の中性子吸収材１０５は、重力により落下し、一体移動部内輸送管１２２ｃの開放端から仕切り筒１１４に囲まれた燃料デブリ１上の領域に流出する。自動弁１２５は、後述する動作制御部１３１からの指令信号によって開閉する。
【００３３】
ここで、布設状態確認装置１１０の中性子検出器１１１、中性子検出器遮へい構造体１１２、ガイド用遮へい体１１３、仕切り筒１１４、および中性子吸収材布設装置１２０の一体移動部内輸送管１２２ｃは、互いに相対的な位置を保ちながら、一体で移動可能に構成されており、一体移動部２００の一部を形成する。一体移動部２００は、これらの全体を支持する支持構造体２０２、仕切り筒１１４を支持構造体２０２に結合する複数の支持棒２０１をさらに有する。
【００３４】
駆動装置１３０は、一体移動部２００を吊った状態で、上下方向に移動させる上下駆動部１３２、および水平方向に移動させる水平駆動部１３３を有する。水平駆動部１３３は、クレーンガータ１３５上を移動可能に構成されている。
【００３５】
なお、クレーンガータ１３５が、他のレール上を水平に移動し、一体移動部２００を水平方向に２次元的に移動可能とすることでもよい。あるいは、クレーンガータ１３５が、旋回移動可能に構成することでもよい。水平駆動部１３３は、動作制御部１３１から水平方向の目標位置の指示信号を受けて、一体移動部２００をこの水平方向の目標位置に移動駆動する。また、水平駆動部１３３は、一体移動部２００の水平方向の現在位置を示す信号を、常時、出力する。
【００３６】
上下駆動部１３２は水平駆動部１３３に支持されて、一体移動部２００を吊るフック１３６を鉛直方向に上下駆動可能に構成されている。
【００３７】
上下駆動部１３２とフック１３６との間には、荷重検出部１３４が設けられている。一体移動部２００を吊っている状態では、荷重検出部１３４は一体移動部２００の重量に対応する荷重検出結果を出力するが、仕切り筒１１４が燃料デブリ１上に着地すると、荷重検出部１３４に掛かる張力が一体移動部２００の重量分急減するので、着地を検出することができる。上下駆動部１３２は、一体移動部２００の上下方向の高さ位置の現在値を、常時、出力する。
【００３８】
動作制御部１３１は、演算判定部１１８の出力を受け入れて、上下駆動部１３２、水平駆動部１３３、および自動弁１２５に指令信号を出力する。この際の動作条件は、後述する図３ないし図６に示すが、動作制御部１３１は、これらのロジックを格納する。
【００３９】
上下駆動部１３２は、一体移動部２００を上限位置まで上昇させ、また着地位置まで下降させる。ここで、着地位置は、一体移動部２００が燃料デブリ１上に着地した状態の鉛直上下方向の位置である。また、上限位置は、一体移動部２００が燃料デブリ１に接触せずに水平移動可能な上下方向の高さ位置であり、かつ、中性子吸収材１０５の重力落下が可能な上限高さより低い範囲内の高さ位置である。
【００４０】
図２は、実施形態に係る中性子吸収材布設方法の手順を示すフロー図である。
【００４１】
布設を開始して以降、中性子検出器１１１による計測状態を維持する（ステップＳ０１）。中性子検出器１１１の出力は、常時、演算判定部１１８に入力される。
【００４２】
次に、上下駆動部１３２が、一体移動部２００を上限位置に移動駆動する（ステップＳ０２）。図３は、実施形態に係る中性子吸収材布設装置の上下駆動部の上昇駆動の動作条件を示すブロック図である。この動作条件回路は動作制御部１３１内に格納されている。演算判定部１１８による「判定結果が合格」、あるいは、「布設開始の最初の段階」のいずれかの条件（ＯＲ条件）が成立すれば、動作制御部１３１はこれを受けて、上下駆動部１３２に、一体移動部２００を上限位置まで移動駆動するように、上昇指示を発する。本ステップＳ０２は、布設開始の段階にあるという条件が成立している場合に当たる。
【００４３】
次に、動作制御部１３１は、水平駆動部１３３に指令信号を出力し、水平駆動部１３３は、燃料デブリ１上の目標位置に一体移動部２００を移動する（ステップＳ０３）。なお、この状態では、一体移動部２００の上下方向の位置は、上限位置にある。
【００４４】
図４は、実施形態に係る中性子吸収材布設装置の水平駆動部の水平駆動の動作条件を示すブロック図である。上下駆動部１３２の出力は「上限位置」である。また、動作制御部１３１から、「目標位置」の指令が出力されている。この２つの条件（ＡＮＤ条件）が成立することによって、水平駆動部１３３には、目標位置まで一体移動部２００を移動駆動するように水平移動指示が出され、目標位置まで移動駆動する。
【００４５】
水平移動の結果、目標位置に到達すると、動作制御部１３１は、上下駆動部１３２に下降指示を発する。図５は、実施形態に係る中性子吸収材布設装置の上下駆動部の下降駆動の動作条件を示すブロック図である。水平駆動部１３３から目標位置に到達したとの出力が発せられると、動作制御部１３１は、上下駆動部１３２をして、着地位置まで一体移動部２００を下降駆動させる。このように、上下駆動部１３２は、仕切り筒１１４の下端が燃料デブリ１上に到達し、一体移動部２００が燃料デブリ１上に着地するまで、一体移動部２００を下降駆動する（ステップＳ０４）。
【００４６】
一体移動部２００が燃料デブリ１上に着地すると、燃料デブリ１上に中性子吸収材１０５を所定量布設する（ステップＳ０５）。図６は、実施形態に係る中性子吸収材布設装置の自動弁の動作条件を示すブロック図である。上下駆動部１３２からの上下位置の出力信号が、一体移動部２００の着地位置となると、動作制御部１３１は、自動弁１２５に、所定の時間に亘って、開指令信号を発し、所定時間の後に、開指令信号を停止する。自動弁１２５は、開指令信号を受けている間は、開状態を維持し、開指令信号が停止すると閉鎖する。自動弁１２５が開状態にある間、収納容器１２１から中性子吸収材１０５が、中性子吸収材輸送管１２２を経由して、燃料デブリ１上の仕切り筒１１４に囲まれた領域に流出する。自動弁１２５が開状態にある間に、所定量の中性子吸収材１０５が燃料デブリ１上に布設される。
【００４７】
次に、演算判定部１１８は、中性子検出器１１１の出力を受けて、前述の式（１）または式（２）に基づいて、中性子吸収材１０５の厚さｈ０の推定値ｈを算出する（ステップＳ０６）。また、演算判定部１１８は、中性子束の計測値Φ１が判定値ΦＳ未満であるか否かを判定する（ステップＳ０７）。
【００４８】
演算判定部１１８が、中性子束の計測値Φ１が判定値ΦＳ未満であると判定しなかった場合（ステップＳ０７  ＮＯ）、ステップＳ０５以下を繰り返す。演算判定部１１８が、中性子束の計測値Φ１が判定値ΦＳ未満であると判定した場合（ステップＳ０７  ＹＥＳ）、動作制御部１３１は、全ての水平位置について布設を完了したか否かを判定する（ステップＳ０８）。
【００４９】
動作制御部１３１により全ての水平位置について布設を完了したとは判定されなかった場合（ステップＳ０８  ＮＯ）、動作制御部１３１は、新たな目標位置を設定し（ステップＳ０９）、ステップＳ０２以下を繰り返す。動作制御部１３１により全ての水平位置について布設を完了したと判定された場合（ステップＳ０８  ＹＥＳ）、中性子吸収材１０５の布設作業を終了する。ここで、新たな目標位置は、通常、直前の領域に隣接する領域である。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、燃料デブリ近傍の環境下においても、必要な量の中性子吸収材１０５の布設を確認しながら中性子吸収材１０５の布設を可能とすることができる。
【００５１】
［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。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】
【００５２】
1…燃料デブリ、１００…中性子吸収材布設システム、１０５…中性子吸収材、１１０…布設状態確認装置、１１１…中性子検出器、１１２…中性子検出器遮へい構造体、１１３…ガイド用遮へい体、１１４…仕切り筒、１１５…バックグラウンド中性子遮へい構造体、１１８…演算判定部、１２０…中性子吸収材布設装置、１２１…収納容器、１２２…中性子吸収材輸送管、１２２ａ…外部輸送管、１２２ｂ…フレキシブル管、１２２ｃ…一体移動部内輸送管、１２５…自動弁、１３０…駆動装置、１３１…動作制御部、１３２…上下駆動部、１３３…水平駆動部、１３４…荷重検出部、１３５…クレーンガータ、１３６…フック、２００…一体移動部、２０１…支持棒、２０２…支持構造体
【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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