(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シッパーキャップを炉水内に存在する燃料集合体に装着する装着工程と、
前記シッパーキャップ内に気体を注入して、前記シッパーキャップ内に存在する炉水の一部または全部を排除する気体注入工程と、
前記燃料集合体のチャンネルボックス内の炉水の圧力と前記燃料集合体内に存在する破損燃料棒内の圧力との圧力差により破損燃料棒内部の核分裂生成物を放出させるように前記シッパーキャップ内を減圧する放出工程と、
前記核分裂生成物を検出する検出工程と
を有することを特徴とする破損燃料検出方法。
【請求項２】
前記放出工程において、前記シッパーキャップを減圧された流体タンクと連絡させ前記シッパーキャップ内の流体の一部または全部を急激に前記流体タンクへ移行させることで、前記シッパーキャップ内を減圧することを特徴とする請求項１記載の破損燃料検出方法。
【請求項３】
前記気体が空気、窒素、不活性気体または二酸化炭素であることを特徴とする請求項１または２記載の破損燃料検出方法。
【請求項４】
炉水内に存在する燃料集合体のチャンネルボックスの上部に装着され、前記チャンネルボックス内に存在する炉水の容積と同等以上の容積を有するシッパーキャップと、
前記シッパーキャップ内へ気体を送り込む送気手段と、
前記シッパーキャップ内の流体を貯留する流体タンクと、
前記シッパーキャップと前記流体タンクとを接続する配管と、
前記配管に設けられた弁を含み、前記シッパーキャップ内の圧力を変化させて前記チャンネルボックス内の炉水の圧力と前記燃料集合体内に存在する破損燃料棒内の圧力との圧力差により前記破損燃料棒内部の核分裂生成物を放出させる圧力制御手段と、
この放出された前記核分裂生成物を検出する検出手段と
を有することを特徴とする破損燃料検出システム。
【請求項５】
前記圧力制御手段が、前記流体タンク内を減圧した状態で前記弁を開放して、前記シッパーキャップ内の流体の一部または全部を急激に前記流体タンクへ移行させることを特徴とする請求項４記載の破損燃料検出システム。
【請求項６】
前記核分裂生成物が破損燃料棒から気体状で放出され、前記流体タンク内に貯留される流体が気体であることを特徴とする請求項４または５記載の破損燃料検出システム。
【請求項７】
前記核分裂生成物が破損燃料棒から気体状で放出され、前記検出手段が前記流体タンク内に貯留される流体から前記気体状の核分裂生成物を分離する手段を有することを特徴とする請求項４または５記載の破損燃料検出システム。
【請求項８】
前記核分裂生成物がヨウ素であり、前記検出手段が前記流体タンク内に貯留される流体からヨウ素を分離する手段を有することを特徴とする請求項４または５記載の破損燃料検出システム。
【請求項９】
前記シッパーキャップの下部に、前記シッパーキャップ内部の圧力が外部の圧力より低いときには閉鎖される気体放出口を有することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項記載の破損燃料検出システム。
【請求項１０】
前記シッパーキャップの上部を角錐型とすることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項記載の破損燃料検出システム。
【請求項１１】
前記シッパーキャップの下端部より上方部分あるいは下端部と上端部の中間部分を球形状あるいは円筒状とすることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項記載の破損燃料検出システム。
【請求項１２】
前記シッパーキャップを複数有することを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項記載の破損燃料検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力の分野で破損燃料を検出する方法およびシステムに関する。特に、原子炉の炉心に装荷された燃料集合体における燃料棒の破損を検出する際に用いられる燃料破損検出方法とシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉で用いられる燃料集合体は複数本の燃料棒から構成されており、この燃料棒中に多数の核燃料ペレットが充填されている。燃料棒は被覆材で被覆されており、核燃料そのものが直接漏洩しないように構成されている。しかし、何らかの理由で被覆管に破損が生じると内部の核分裂生成物が周囲の冷却材中に漏洩し、関連システムなどの放射能汚染を招く可能性があるため、燃料集合体の破損の発生を速やかに検出し、破損燃料の位置を見つけだす必要がある。
【０００３】
シッピング法はこうした破損燃料を検出する方法の一つであり、湿式と乾式がある。どちらも原子炉を停止した状態で検出を行うが、前者は、水中の燃料集合体の上部から、核分裂生成物を含んだ水を吸い上げて分析する方法で、後者は冷却材を空気により排除した状態でその空気中に拡散した核分裂生成物をサンプリングにより測定する方法である。
【０００４】
湿式においては、核分裂生成物としてヨウ素を測定する方法が多く用いられる。図１３を参照してヨウ素測定方法を説明する。
【０００５】
炉心に装荷された複数の燃料集合体１の上部には、シッパーキャップ５１が装着されている。シッパーキャップ５１の内部には、複数の内キャップ５２が設けられており、各内キャップ５２がそれぞれ対応する燃料集合体１を被冠するように、装着されている。
【０００６】
このシッパーキャップ５１と内キャップ５２に気体を送気すると、燃料集合体１のチャンネルボックス８内の冷却材の流れが止められ、燃料棒周辺の冷却材の温度は燃料の崩壊熱で上昇させられる。
【０００７】
こうして冷却材の温度が上昇すると、燃料棒の内圧が高まり、破損燃料棒５４からヨウ素が冷却材中に放出される。放出されたヨウ素を減圧移送系５３で補集し放射能を測定することで燃料棒の破損の有無を判定する。
【０００８】
乾式においては、核分裂生成物としてガスを測定するガスシッピング法が一般に用いられる。図１４を参照して、従来型アウトコアガスシッピング装置を使用したガスシッピング法を説明する。
【０００９】
燃料集合体１を炉心から燃料貯蔵プール５７へ移動し、減圧容器５８に入れ密閉した後、減圧ポンプ５９で減圧容器５８内を減圧する。こうして、減圧容器５８内と燃料棒内部との圧力差により破損燃料棒からガスを放出させる。放出されたガスをライン６０で捕集しその放射能を測定することで破損燃料棒の存在を検出する。
【００１０】
図１５に、ガスシッピング法の別法を示す。炉心内において、燃料交換機マスト５６で燃料集合体１を引き抜くと、水頭圧の差により破損燃料棒内部に蓄積された放射性のガスが放出される。放出されたガスを捕集マウスピースで捕集し、放射能を測定することで燃料棒の破損の有無を検出する。
【００１１】
上述のように、破損燃料棒から放出されるヨウ素を捕集し測定する場合には、破損燃料棒を動かさないで燃料棒の破損の有無を検出できるが、炉水中に存在するバックグランドのヨウ素の影響で検出感度が低下する。また、気体をシッパーキャップ内に送気してチャンネルボックス内の冷却材を周囲から隔離することで燃料棒周辺の冷却材の温度を上昇させ、破損燃料棒からヨウ素を放出させる構成であるため測定に時間がかかる。
【００１２】
破損燃料棒から放出された放射性のガスを測定する場合には、ヨウ素を測定する方法に比べて感度は向上するが、破損燃料を移動しなければならないため、破損が大きいと二次的に破損を拡大させる可能性がある。また、燃料を移動する時間が必要であるため、測定に時間を要する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来のシッピング法においては、燃料を移動させずに破損燃料棒から冷却材中に放出されたヨウ素などの測定を行える反面、検出感度が不十分、測定に時間がかかる等の問題があった。一方、破損燃料棒から放出された放射性のガスを測定する方法では、ヨウ素等を測定する方法に比べて感度は向上するが、破損燃料を移動するため二次的破損の拡大をもたらす可能性があり、燃料を移動する時間も必要であった。
【００１４】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、燃料を移動させることなく高い検出感度を達成できる、迅速かつ高感度のシッピング方法およびシステムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、シッパーキャップを炉水内に存在する燃料集合体に装着する装着工程と、前記シッパーキャップ内に気体を注入して、前記シッパーキャップ内に存在する炉水の一部または全部を排除する気体注入工程と、前記燃料集合体のチャンネルボックス内の炉水の圧力と前記燃料集合体内に存在する破損燃料棒内の圧力との圧力差により破損燃料棒内部の核分裂生成物を放出させるように前記シッパーキャップ内を減圧する放出工程と、前記核分裂生成物を検出する検出工程とを有することを特徴とする破損燃料検出方法である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の破損燃料検出方法において、前記放出工程において、前記シッパーキャップを減圧された流体タンクと連絡させ前記シッパーキャップ内の流体の一部または全部を急激に前記流体タンクへ移行させることで、前記シッパーキャップ内を減圧することを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の破損燃料検出方法において、前記気体が空気、窒素、不活性気体または二酸化炭素であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、炉水内に存在する燃料集合体のチャンネルボックスの上部に装着され、前記チャンネルボックス内に存在する炉水の容積と同等以上の容積を有するシッパーキャップと、前記シッパーキャップ内へ気体を送り込む送気手段と、前記シッパーキャップ内の流体を貯留する流体タンクと、前記シッパーキャップと前記流体タンクとを接続する配管と、前記配管に設けられた弁を含み、前記シッパーキャップ内の圧力を変化させて前記チャンネルボックス内の炉水の圧力と前記燃料集合体内に存在する破損燃料棒内の圧力との圧力差により前記破損燃料棒内部の核分裂生成物を放出させる圧力制御手段と、この放出された前記核分裂生成物を検出する検出手段とを有することを特徴とする破損燃料検出システムである。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の破損燃料検出システムにおいて、前記圧力制御手段が、前記流体タンク内を減圧した状態で前記弁を開放して、前記シッパーキャップ内の流体の一部または全部を急激に前記流体タンクへ移行させることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の破損燃料検出システムにおいて、前記核分裂生成物が破損燃料棒から気体状で放出され、前記流体タンク内に貯留される流体が気体であることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項４または５記載の破損燃料検出システムにおいて、前記核分裂生成物が破損燃料棒から気体状で放出され、前記検出手段が前記流体タンク内に貯留される流体から前記気体状の核分裂生成物を分離する手段を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項４または５記載の破損燃料検出システムにおいて、前記核分裂生成物がヨウ素であり、前記検出手段が前記流体タンク内に貯留される流体からヨウ素を分離する手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項４乃至８のいずれか１項記載の破損燃料検出システムにおいて、前記シッパーキャップの下部に、前記シッパーキャップ内部の圧力が外部の圧力より低いときには閉鎖される気体放出口を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項４乃至８のいずれか１項記載の破損燃料検出システムにおいて、前記シッパーキャップの上部を角錐型とすることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１記載の発明は、請求項４乃至８のいずれか１項記載の破損燃料検出システムにおいて、前記シッパーキャップの下端部より上方部分あるいは下端部と上端部の中間部分を球形状あるいは円筒状とすることを特徴とする。
【００２７】
請求項４乃至８のいずれか１項記載の破損燃料検出システムにおいて、前記シッパーキャップの前記燃料集合体への装着部分が着脱可能であってもよい。前記シッパーキャップが耐圧構造を有してもよい。また、前記シッパーキャップの水平断面が前記燃料集合体のチャンネルボックスの水平断面と同等の形状を有してもよい。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、請求項４乃至１１のいずれか１項記載の破損燃料検出システムにおいて、前記シッパーキャップを複数有することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。上記した従来技術と同じ構成部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施し得るものである。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１に本実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す。８行８列の格子状に燃料棒が配列された燃料集合体１のチャンネルボックス８の上端には、シッパーキャップ２が装着されている。シッパーキャップ２は、輸送ライン３を介して、気体抽出タンク４と接続されている。
【００３２】
輸送ライン３には、二方弁１０および三方弁１１、１２が設けられている。また、弁１２を介してコンプレッサ６および減圧ポンプ５が接続されている。弁１０、１１、１２、減圧ポンプ５、コンプレッサ６等の動作を制御して、輸送ライン３内の流体の力を制御するライン圧力制御系（図示せず）も設けられている。
【００３３】
さらに、気体抽出タンク４に抽出された気体の放射線を測定する放射線検出器７が設けられている。気体抽出タンク４、減圧ポンプ５、コンプレッサ６および放射線検出器７は、炉水外に設置されている。
【００３４】
シッパーキャップ２は、燃料集合体の設置位置の炉水圧に耐えられる耐圧構造を有する。本実施の形態においては、燃料集合体を水深１５ｍ程度に設置するため、約２．５気圧の炉水圧に耐えられる必要がある。シッパーキャップ２の上端には、燃料交換マスト５６を引っかけるための取っ手１３が設けられている。
【００３５】
また、シッパーキャップ２の容積は、燃料集合体１のチャンネルボックス８内の炉水、すなわち冷却材、の存在容積を下回らない範囲で、ほぼ同量である約４０リットルとする。気体抽出タンク４の容積は、シッパーキャップ２の容積の約｛（水深／１０ｍ）＋１｝倍とする。
【００３６】
放射線検出器７としては、β線測定、γ線測定器等が用いられる。本実施の形態においては、気体抽出タンク４で抽出されたサンプルを、アンプルなどに蓄積してから放射線検出器７に移送して、放射線を測定するが、特にこうした構成に限られるものではなく、気体抽出タンク４と放射線検出器７を直接接続してもよい。いずれにしても、抽出した気体を分離操作することなく放射線測定を行うことができる。
【００３７】
上述のシステムを使用して、実際に燃料破損を検出する方法について説明する。
【００３８】
まず、取っ手１３に燃料交換マスト５６を引っかけて、シッパーキャップ２を移動させ、燃料集合体１に被冠させる。シッパーキャップ２の内部は冷却材で充満されている。この時点では、シッパーキャップ２内の圧力は、燃料集合体上部の炉水水深に相当する水圧である。
【００３９】
次いで、弁１１、１２を操作して、減圧ポンプ５と気体抽出タンク４の輸送ライン３への接続を断ち、弁１０を開放する。これにより、コンプレッサ６から圧縮空気をシッパーキャップ２内に送気し、シッパーキャップ２内の炉水、すなわち冷却材、の一部を排除し圧縮空気で置換する。
【００４０】
このとき、冷却材を排除するためには、燃料集合体の設置位置の炉水水深圧以上の加圧が必要である。送気する圧縮空気の量は、燃料集合体の燃料棒が露出しない最大量とする。
【００４１】
シッパーキャップ内を加圧空気で置換後、弁１０を閉じ、弁１１、１２を操作して減圧ポンプ５と気体抽出タンク４の輸送ライン３への接続を開き、減圧ポンプ５を稼動させる。これにより、弁１０よりコンプレッサ６側が減圧され、気体抽出タンク４内は実質的に真空状態となる。
【００４２】
次いで、弁１０と１１を操作して、シッパーキャップの約２．５倍の容積を有する気体抽出タンク４と、弁１１よりコンプレッサ６および減圧ポンプ５側のライン３との接続を断ち、かつ、気体抽出タンク４とシッパーキャップ２を連絡させる。これにより、シッパーキャップ２内の気体が減圧された気体抽出タンク４へ急激に移動し、シッパーキャップ２内が瞬時に減圧される。
【００４３】
以上の工程における弁操作および減圧ポンプ５の稼動は、ライン圧力制御系により制御される。
【００４４】
こうした減圧が生じると、燃料集合体上部の気−液界面での気相の圧力は、シッパーキャップ２と気体抽出タンク４の容積比により、燃料集合体の水深である約１５ｍでの炉水圧力（約２．５気圧）から、約０．７１４気圧へと急激に減圧される。
【００４５】
以下の式により得られる関係から、シッパーキャップ２と気体抽出タンク４の容積比を任意に変えることで、気相の減圧量を調整できる。
【００４６】
Ｐ１・Ｖ１＝Ｐ２（Ｖ１＋Ｖ２）…式１
ここで、
Ｐ１＝キャップ内の圧力（本実施の形態では約２．５気圧）
Ｖ１＝キャップの容積あるいはキャップ内への送気量（本実施の形態では約４０リットル）
Ｐ２＝瞬時に減圧した時のシッパーキャップと気体抽出タンクの圧力（気圧）
Ｖ２＝気体抽出タンクの容積（リットル）
一方、燃料集合体内の気−液界面の液相部分においては、冷却材と燃料集合体の構造材の圧損や炉水の粘性等により徐々に冷却材が燃料集合体内に上昇するため、瞬時には圧力バランスが解消されない。冷却材と燃料集合体の構造による圧力損失は、下式により大まかに評価できる。
【００４７】
Δｐ＝K ・ρ・ｖ２…式２
ここで、
Δｐ：瞬時に減圧したことで生じる圧力差（２．５→０．７１４）、
K ：集合体圧損係数( 約６) 、
ρ：冷却材密度( １０００ｋｇ／ｍ３) 、
ｖ：冷却材移動速度（ｍ／ｓ）
を代入すると、ｖ＝５ｍ／ｓとなる。この値は燃料集合体を円筒と仮定したもので、実際にはこの値よりもｖはかなり小さくなる。したがって、実際の燃料集合体上部を瞬時に減圧した場合には、燃料集合体下部から侵入する冷却材が燃料集合体内に充填するまでには、少なくとも２〜３秒かかることになり、この間は燃料集合体の内部環境圧が減圧状態となり、燃料棒内部と外部との間に圧力差が生じる。
【００４８】
すなわち、周囲の冷却材と圧力平衡を保っていた破損燃料棒内圧は、周囲の冷却材が急激に減圧されると圧力差を生じ、破損燃料棒内部に蓄積されていた放射性の希ガス、ガス状のヨウ素等が燃料棒外部へ放出される。放出された放射性ガスは、圧力差により気体抽出タンク４に導入される。
【００４９】
燃料棒内部と外部との圧力差を大きくするためには、シッパーキャップ２に対する気体抽出タンク４の容積比率が大きい方が効果的であるが、あまり気体抽出タンク４の容積を大きくすると、気体抽出タンク４内で放射性ガスが薄められ検出感度が損なわれる恐れがある。また、冷却材が気体抽出タンク４内に逆流する恐れもある。
【００５０】
シッパーキャップ２内から気体抽出タンク４内に冷却材が流入すると、放射性ガスを冷却材から分離する必要があり、操作や装置が複雑化する。シッパーキャップ２から輸送ライン３への冷却材の流入が、炉水水位で止まるようにすれば、気体抽出タンク４内への冷却材の流入を防ぐことができる。
【００５１】
弁１０開放後の輸送ライン３への冷却材の流入を、炉水水位で止めるためには、シッパーキャップ２から気体抽出タンク４へ気体が流入した後に、気体抽出タンク４内の圧力が周囲の大気圧と同じになる必要がある。したがって、次の式が成立する。
【００５２】
Ｐ１・Ｖ１＝Ｐ２（Ｖ１＋Ｖ２）＝１ｘＶ２…式３
（ここで、Ｐ１、Ｐ２、Ｖ１、Ｖ２は、式１と同様である。）
Ｐ１やＶ１の値は、検査対象となる燃料集合体の容積、設置場所等により異なるが、本実施の形態では、Ｐ１が２．５気圧、Ｖ１が４０リットルとする。この値を、式３に代入すると、Ｖ２（気体抽出タンクの容積）は１００リットル、Ｐ２（瞬時に減圧した時のシッパーキャップと気体抽出タンクの圧力）は約０．７１４気圧となる。
【００５３】
この条件を満たせば、シッパーキャップ２から輸送ライン３への冷却材の流入を炉水水位で止めて、気体抽出タンク４内への冷却材の流入を防ぐことができる。したがって、気体抽出タンク４内へ放射性ガスが移送される際に、冷却材と燃料棒から放出された気体とが分離されるため、測定対象となる放射性ガスの分離も迅速に行える。
【００５４】
もちろん、シッパーキャップ２から気体抽出タンク４内への冷却材の流入を容認し、気体抽出タンク４において、気体と冷却材を分離する構成としてもよい。例えば、シッパーキャップ２と気体抽出タンク４との容積比を大きくすれば、燃料棒内部と外部と圧力差を大きくでき、放射性ガスの破損燃料棒外への放出が促進され好ましい。
【００５５】
気体抽出タンク４においては、放射性ガスを燃料集合体１内に送気された圧縮空気から分離する。分離放射性ガスを放射線検出器７に送り、全放射能または核種別放射能放射線を測定することで燃料体の破損を検出する。放射線検出器に送る前に、放射性ガスを放射線核種ごとに更に分離してもよい。
【００５６】
測定終了後は、全系統をコンプレッサ６の加圧気体で洗浄することにより、迅速に次の測定に移行できる。
【００５７】
こうした構成によれば、燃料集合体内の冷却材の圧力と破損燃料棒内部の圧力の差から、破損燃料棒内の放射性ガスを放出させるため、サンプリングが迅速に行える。放出されたガスの放射能を直接測定することで、破損燃料を高い感度で検出できる。また、バックグランドの高低に関わらず一定の時間内で破損を検出する事ができる。
【００５８】
燃料集合体を移動させなくても、炉内で破損の検出が行えるため、迅速に検査が行える。また、燃料棒の二次的破損の拡大の恐れもなくなる。
【００５９】
式３を満たすように、シッパーキャップ２と気体抽出タンクの容積を設定すれば、弁１０開放時の、シッパーキャップ２から輸送ライン３への冷却材の流入が、炉水水位で止まり、気体抽出タンク４内への冷却材の流入を防ぐことができる。シッパーキャップ内への圧縮空気の送気量を調整してもよい。結果として、気体抽出タンク４内へ放射性ガスが移送される際に、冷却材と燃料棒から放出された気体とが分離されるため、測定対象となる放射性ガスの分離も迅速に行える。
【００６０】
また、シッパーキャップ２に注入する気体として空気を用いることにより、シッパーキャップ２内の圧力制御と気体の移送をコンプレッサ６からの圧縮空気で行えるため、装置が簡素化でき移送ライン３の洗浄も容易に行える。
【００６１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、シッパーキャップ２の燃料集合体への接合部分を取り外し可能としたこと以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００６２】
第１の実施の形態において、シッパーキャップ２を燃料集合体１に装着すると、燃料集合体１の表面に付着した腐食生成物の放射性核種が、シッパーキャップ２と燃料集合体１との接合部分に付着する。
【００６３】
図２に示すように、本実施の形態の構成によれば、シッパーキャップ２の燃料集合体装着部１５は、シッパーキャップ２の本体から取り外し可能な構造となっている。したがって、放射性核種により著しく汚染された部分のみを取り外して、交換あるいは除去できる。これにより、シッパーキャップ２の燃料集合体への装着性能と除染性能を向上でき、コスト軽減にも寄与できる。
【００６４】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、シッパーキャップ２の上部を角錐型としたこと以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００６５】
図３に模式的に示すように、シッパーキャップ２の上部は、移送ライン３に近づくほど、シッパーキャップ２の水平断面積が小さくなるような角錐型となっている。
【００６６】
第１の実施の形態で説明したようにして弁１０を開放すると、シッパーキャップ２内の流体は移送ライン３を経て気体抽出タンク４へ輸送される。また、こうしてシッパーキャップ２内が減圧されると、冷却材と破損燃料棒から放出された放射性の気体とが急激にシッパーキャップ２内に流入し、移送ライン３を経て気体抽出タンク４へ輸送される。
【００６７】
シッパーキャップ２の上部を角錐型とすると、流体が気体抽出タンク４へ輸送される途中でシッパーキャップ２に滞留することが防げる。したがって、放出された放射性の気体も効率よく移送ライン３に送れる。
【００６８】
（第４の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、シッパーキャップ２の燃料集合体装着部より上部分または中間部分を球形状あるいは円筒状としたこと以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００６９】
第１の実施の形態で述べたように、減圧されたシッパーキャップ２の内圧と冷却材領域の外圧の差は約１．８気圧である。この圧力差に耐えるためには、シッパーキャップ２の構造材肉圧を厚くする必要があり、結果としてシッパーキャップ２の重量が増加する。
【００７０】
本実施の形態においては、図４に模式的に示すように、シッパーキャップ２の燃料集合体装着部より上の中間部分１６を球形状とすることで、構造材肉圧を厚くすることなく充分な耐圧強度が得られ、シッパーキャップ２を軽量化できる。
【００７１】
図４には、中間部分１６を球形状とする例を示したが、これに限られるものではなく、燃料集合体装着部より上部分または中間部分１６を円筒状としてもよい。
【００７２】
（第５の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、シッパーキャップ２の水平断面が、燃料集合体１のチャンネルボックス８の水平断面と同等の形状を有し、シッパーキャップ２の内部に圧力差に耐えられる補強１７が施されていること以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００７３】
第１の実施の形態で述べたように、減圧されたシッパーキャップ２の内圧と冷却材領域の外圧の差は約１．８気圧である。この圧力差に耐えるためには、シッパーキャップ２を耐圧構造とする必要がある。
【００７４】
本実施の形態においては、図５に模式的に示すように、シッパーキャップ２の内部に補強１７を施し充分な耐圧強度を達成できるようになっている。補強１７としては、例えば、トラス構造の内張りを設けること等ができるが、特にこれらに限られるものではなく、シッパーキャップ２の内圧と冷却材領域の外圧との圧力差に耐えられる充分な強度を付与できるものであればよい。
【００７５】
さらに、シッパーキャップ２の水平断面が燃料チャンネルボックス８と同様の形状であるため、燃料交換機による装着脱着が容易で、作業時間の短縮が可能となる。
【００７６】
（第６の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、シッパーキャップ２の下部に加圧気体２１の放出口２０を有すること以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００７７】
図６に、本実施の形態のシッパーキャップ２を模式的に示す。放出口２０は、シッパーキャップ２内が減圧状態になったときには閉じるような構造になっている。こうした構造としては、例えば、逆流防止弁のようなものが挙げられるが、特にこれに限られるものではなく、燃料が気中に露出しないように冷却材液面の低下を防止できる構造であればよい。
【００７８】
シッパーキャップ２内の冷却材を、加圧気体２１により排除する際に、冷却材を排除しすぎて燃料集合体領域の冷却材が排除されると、燃料が気中に露出し急激な温度上昇によって更なる破損を生じる可能性がある。本実施の形態によれば、排除された冷却材の液面が放出口２０より下になると放出口２０から気体２１が放出され、それ以上の冷却材液面の低下を防止できる。
【００７９】
また、シッパーキャップ２内が減圧状態になったときには放出口２０の開口を閉じる構成とすることで、シッパーキャップ２や燃料集合体１の外部に存在する冷却材がシッパーキャップ２内に流入することを防ぐ。
【００８０】
（第７の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムにおいては、シッパーキャップ２内に注入する気体として圧縮空気の代わりに極性の強い気体を用い、この気体と破損燃料から放出されたガスとを分離して、分離されたガスの放射線を測定する。それ以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００８１】
図７に本実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す。気体抽出タンク４には、ライン２３を介して、分離装置２２および分離ガス測定チャンバ２６が接続されている。また、分離ガス測定チャンバ２６に移送された気体の放射線を測定する放射線検出器７が設けられている。
【００８２】
本実施の形態においては、極性の強い気体として、二酸化炭素を使用する。分離装置２２にはモレキュラーシーブが充填されている。
【００８３】
第１の実施の形態に述べたようにして、コンプレッサ６を用いて、圧縮空気の代わりに二酸化炭素を加圧気体としてシッパーキャップ２内に送気する。気体抽出タンク４内を実質的に真空状態としてから、弁１０を開き、気体抽出タンク４とシッパーキャップ２を連絡させると、シッパーキャップ２内に送気された二酸化炭素と破損燃料棒内部から放出された放射性の気体とが、気体抽出タンク４に導入される。
【００８４】
気体抽出タンク４から二酸化炭素と放射性の気体とをガス分離装置２２に導入し、ガス分離装置２２内のモレキュラーシーブに通す。
【００８５】
燃料から放出される放射性の気体であるＫｒとＸｅを測定する場合、これらの気体は非常に不活性である。この不活性ガスが、極性の強い二酸化炭素等の気体中に含まれている場合には、両者をモレキュラーシーブを通すことで分離できる。
【００８６】
本実施の形態においては、モレキュラーシーブを二酸化炭素の吸着剤として用いたが、特にこれに限られるものではなく、効率よく極性の強い気体と、ＫｒとＸｅ等の放射性気体とを分離できるものであればよい。例えば、活性炭等も使用できる。
【００８７】
分離装置２２で二酸化炭素と分離された放射性ガスは、分離ガス測定チャンバ２６に移送され、放射線検出器７で放射線を測定される。
【００８８】
こうした構成により、シッパーキャップ２内のガスから放射性の気体のみを分離して測定することが可能になり、検出感度を向上できる。
【００８９】
（第８の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、シッパーキャップ２内に注入する気体として圧縮空気の代わりに不活性気体を用いること以外は、図７に示した第７の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００９０】
本実施の形態においては、不活性気体として、窒素を使用するが、特にこれに限られるものではなく、例えば、非放射性のＫｒやＸｅを用いることもできる。分離装置２２には、第７の実施の形態と同様に、モレキュラーシーブが充填されている。
【００９１】
第１の実施の形態に述べたようにして、コンプレッサ６を用いて、圧縮空気の代わりに窒素を加圧気体としてシッパーキャップ２内に送気する。気体抽出タンク４内を実質的に真空状態としてから、弁１０を開き、気体抽出タンク４とシッパーキャップ２を連絡させると、シッパーキャップ２内に送気された窒素と破損燃料棒内部から放出された放射性の気体とが、気体抽出タンク４に導入される。
【００９２】
次いで、気体抽出タンク４から窒素と放射性の気体とをガス分離装置２２に導入し、ガス分離装置２２内のモレキュラーシーブに通す。
【００９３】
燃料から放出される放射性の気体ヨウ素等の極性の大きい気体は、非常に活性である。したがって、こうした活性気体が、極性の小さい窒素等の気体中に含まれている場合には、両者をモレキュラーシーブを通すことで分離できる。
【００９４】
本実施の形態においては、モレキュラーシーブを窒素の吸着剤として用いたが、特にこれに限られるものではなく、極性の小さい気体と、気体ヨウ素などの極性の大きい放射性気体とを効率よく分離できるものであればよい。例えば、活性炭等も使用できる。
【００９５】
また、適当な注入気体と吸着カラムとを選択すれば、放射性のＫｒとＸｅとを別々のカラムに吸着させて、Ｋｒ単独あるいはＸｅ単独の測定も可能となり検出精度が向上する。
【００９６】
分離装置２２で窒素と分離された放射性ガスは、分離ガス測定チャンバ２６に移送され、放射線検出器７で放射線を測定される。
【００９７】
こうした構成により、シッパーキャップ２中のガスから放射性の気体のみを分離して測定することが可能になり、検出感度をさらに向上できる。
【００９８】
（第９の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、シッパーキャップ２内に注入する気体として単一組成の気体を使用し、分離装置２２が吸着分離カラムを有し、この分離装置２２に吸着されたガスと、吸着分離カラムに吸着されずに分離ガス測定チャンバ２６に収容されるガスとの両方について放射線測定を行う。それ以外は、第７の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【００９９】
図８に本実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す。内部に吸着分離カラムを有する分離装置２２には分離ガス測定チャンバ２６が接続されている。
【０１００】
シッパーキャップ２内に注入する単一組成の気体としては、水素、アルゴン、窒素等が好ましく用いられる。例えば、ヨウ素を分離する場合に空気等の混合気体を使用すると、ヨウ素の化学形態が変化するとともに、空気も窒素と酸素に分離するため、ヨウ素の分離効果が低下する。したがって、単一組成のガスを用いることが好ましい。
【０１０１】
分離装置２２の吸着カラムに吸着されたガスと、吸着されずに分離ガス測定チャンバ２６に送られたガスのそれぞれの放射線強度を測定するために、それぞれ放射線検出器７ａ、７ｂが設けられている。１台の放射線検出装置を利用して測定を行ってもよい。
【０１０２】
例えば、分離装置２２の吸着分離カラムとして、ヨウ素吸着カラムを使用すれば、放射線検出器７ａでカラムに吸着されたヨウ素の放射線量を測定し、放射線検出器７ｂで吸着されなかったＫｒやＸｅの放射線量を測定することができる。
【０１０３】
こうした構成によれば、吸着カラムに吸着される放射性核種と、吸着されずに分離ガス測定チャンバへ送られる放射性核種と、複数核種の測定を別々に行うことで、放射性気体の容積を小さくでき検出感度を向上できる。
【０１０４】
（第１０の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、気体抽出タンク４の代わりに、シッパーキャップ２内の気体および冷却材の両方を受け入れる流体抽出タンク４０を設け、さらに、気体と冷却材の両方からヨウ素を分離するヨウ素分離装置４１を設置したこと以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【０１０５】
図９に本実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す。流体抽出タンク４０は、容積約１５０リットルである。第１の実施の形態の気体抽出タンク４に比べ、容積が大きいのは、気体と冷却材の両方を抽出するためである。ヨウ素分離装置４１内には、ヨウ素吸着分離カラムが設置されている。
【０１０６】
第１の実施の形態で述べたように、式１を満たすように、シッパーキャップ２と気体抽出タンク４の容積比を任意に変えることで、シッパーキャップ２内を減圧する際に、流体抽出タンク４内へ、シッパーキャップ２内の気体および冷却材の両方が流入するように調整できる。
【０１０７】
流体抽出タンク４０に抽出した気液混合状態の放射性流体を、ヨウ素分離装置４１へ移送し、ヨウ素吸着分離カラムを通過させる。この操作により燃料棒から放出された放射性ヨウ素は吸着分離カラムに留まり、他の炉水成分と気体はドレン口から炉心に返される。吸着分離カラムに吸着された放射性ヨウ素を、放射線検出器７で検出することで破損燃料体の検出が行われる。
【０１０８】
こうした構成によれば、シッパーキャップ２と気体抽出タンク４との容積比を大きくすることで、燃料棒内部と外部と圧力差が増加される。したがって、ヨウ素の破損燃料棒外への放出率を高め検出感度を向上できる。特に、破損位置が燃料棒下方に有りガス放出が小さい事象における破損燃料を検出する場合に、迅速かつ高感度の破損燃料の同定が可能になる。
【０１０９】
また、ヨウ素吸着分離カラムを用いることで、ヨウ素とそれ以外の物質とを確実に分離して検出感度を向上できる。
【０１１０】
（第１１の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、チャンネルボックスをもたない燃料集合体の破損を検出するため、燃料集合体より長いシッパーキャップを使用すること以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【０１１１】
図１０に、本実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップ４５を模式的に示す。チャンネルボックスをもたない燃料集合体４６に被せられるシッパーキャップ４５の長さは、シッパーキャップ４５が所定の位置に装着されたときに燃料集合体４６がシッパーキャップ４５で覆われるように、この燃料集合体４６より長くする。好ましくは、シッパーキャップ４５装着時に燃料集合体４６の燃料棒の全長が、シッパーキャップ４５で過不足なく覆われるような長さにする。
【０１１２】
シッパーキャップ４５を燃料集合体４６に装着する際には、燃料集合体４６の上部格子板等を利用して、シッパーキャップ４５を適切な位置に配置できるようにする。
【０１１３】
シッパーキャップ４５の容積は、次のようにして設定する。燃料集合体４６にシッパーキャップ４５を装着し、燃料集合体の燃料棒が気中に露出しない最大量の気体をシッパーキャップ４５内に送気したときに、シッパーキャップ４５内に存在する冷却材の容積をＸとする。燃料集合体４６の容積をＹとする。シッパーキャップ４５の容積は、２Ｘ＋Ｙよりも大きい必要がある。好ましくは、２Ｘ＋Ｙを下回らない範囲でほぼ同量とする。
【０１１４】
こうした構成により、第１の実施の形態と同様にして、シッパーキャップ４５の内部に送気後、シッパーキャップ４６上部を瞬時に減圧すると、燃料集合体構造の圧力損失により集合体４５領域の冷却材の圧力が減圧状態になる。これにより、破損燃料棒内圧と外部の冷却材との間に圧力差が生じ、破損燃料棒内の放射性気体を燃料棒外へ放出させることができる。したがって、チャンネルボックスがない燃料集合体においても、感度の高い破損検出が迅速に行える。
【０１１５】
このように、本実施の形態によれば、シッパーキャップ４６を長くして燃料集合体を覆うようにすることで、チャンネルボックスを有さない燃料集合体を燃料破損検出対象とする場合にも、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１１６】
（第１２の実施の形態）
本実施の形態の破損燃料検出システムは、複数のシッパーキャップを有すること以外は、第１の実施の形態の破損燃料検出システムと基本的に同様である。
【０１１７】
図１１では、便宜上２個のシッパーキャップが示されているが、本実施の形態のシッパーキャップ４８は、縦横２個ずつ合計４個のシッパーキャップがまとめられており、移動時に燃料交換マスト５６に掛けるための取っ手４７が設けられている。各シッパーキャップには、移送ライン４９、３を介して、気体抽出タンク４、減圧ポンプ５、放射線検出器７等が接続されている。
【０１１８】
本実施の形態においては、各シッパーキャップのそれぞれに移送ライン４９を設けたが、図１２に示すように、４個のシッパーキャップの上部を一体に形成して、移送ライン３のみを使用してもよい。
【０１１９】
第１の実施の形態と同様にして、各シッパーキャップを対応する燃料集合体１に装着し、各シッパーキャップに圧縮空気を送気する。その後、弁１０を開いてシッパーキャップ内を減圧し、破損燃料棒から放射性の気体を放出させ、シッパーキャップ内の気体と共に移送ライン４９、３を経て気体抽出タンク４へ移動させる。こうして、同時に４個のシッパーキャップ４８から気体のサンプリングを行えば、破損燃料検出時間を大幅に短縮できる。
【０１２０】
通常の炉心構成では１〜４サイクル燃焼の燃料集合体が１つのセルにあるため、あらかじめ破損燃料体の燃焼度がわかっていれば、大幅に時間を短縮できる。
【０１２１】
本実施の形態においては、４つの燃料集合体からのサンプルの混合物を放射線検出に供したが、例えば、各シッパーキャップのラインにそれぞれ弁を設ければ、これらの弁を操作して、時間差を設けて各シッパーキャップからの気体のサンプリングを行うことができる。したがって、同一の気体抽出タンク４を使用しても、各燃料集合体毎に、破損燃料の検出を行うことができる。
【０１２２】
また、各シッパーキャップのそれぞれに移送ライン３と気体抽出タンク４とを設ける構成も可能である。複数の燃料集合体から同時にサンプリングが可能となり、破損燃料検出時間を大幅に短縮できる。加えて、各燃料集合体毎に、破損燃料の検出を行うことができる。
【０１２３】
さらに、シッパーキャップの数は、４個に限られるものではなく、検出感度、作業効率、コスト等を考慮して、適宜選択可能である。
【０１２４】
第２〜１１の実施の形態に係る破損燃料検出システムにおいて、本実施の形態のように複数のシッパーキャップをまとめた構成とすることも可能である。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料集合体内の冷却材の圧力と破損燃料棒内部の圧力の差から、破損燃料棒内の放射性ガスを放出させることで、燃料を移動させることなく迅速かつ高感度に破損燃料を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す図。
【図２】第２の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの概要を示す図。
【図３】第３の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの概要を示す図。
【図４】第４の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの概要を示す図。
【図５】第５の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの概要を示す図。
【図６】第６の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの概要を示す図。
【図７】第７の実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す図。
【図８】第９の実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す図。
【図９】第１０の実施の形態に係る破損燃料検出システムの概要を示す図。
【図１０】第１１の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの概要を示す図。
【図１１】第１２の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの概要を示す図。
【図１２】第１２の実施の形態に係る破損燃料検出システムのシッパーキャップの他の例の概要を示す図。
【図１３】ヨウ素シッピング装置を使用した従来のシッピング法の一例を示す図。
【図１４】アウトコアガスシッピング装置を使用した従来のシッピング法の一例を示す図。
【図１５】従来のガスシッピング法の他の一例を示す図。
【符号の説明】
１、４６…燃料集合体、２、４５、４８、５１…シッパーキャップ、３、２３、４９、６０…輸送ライン、４…気体抽出タンク、５、５９…減圧ポンプ、６…コンプレッサ、７…放射線検出器、８…チャンネルボックス、１０…二方弁、１１、１２…三方弁、１３、４７…取っ手、１５…燃料集合体装着部、１６…中間部分、１７…トラス、２０…放出口、２１…加圧気体、２２…分離装置、２６…分離ガス測定チャンバ、４０…流体抽出タンク、４１…ヨウ素分離装置、５２…内キャップ、５３…減圧移送系、５４…破損燃料棒、５５…減圧ポンプ、５６…燃料交換機マスト、５７…燃料貯蔵プール、５８…減圧容器。
【図１】
0003854007.tif 000002
【図２】
0003854007.tif 000003
【図３】
0003854007.tif 000004
【図４】
0003854007.tif 000005
【図５】
0003854007.tif 000006
【図６】
0003854007.tif 000007
【図７】
0003854007.tif 000008
【図８】
0003854007.tif 000009
【図９】
0003854007.tif 000010
【図１０】
0003854007.tif 000011
【図１１】
0003854007.tif 000012
【図１２】
0003854007.tif 000013
【図１３】
0003854007.tif 000014
【図１４】
0003854007.tif 000015
【図１５】
0003854007.tif 000016