(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象とする特定元素を含む流体の流通路に、少なくとも第１、第２の２つのフローセルが設けられ、
第１のフローセルに、流体中に第１の形態で存在する前記元素成分を捕集する第１フィルターが備えられると共に、
第２のフローセルに、流体中に前記第１の形態とは形態を異にする第２の形態で存在する前記元素成分を捕集する第２フィルターが備えられ、かつ、
前記各フローセルのそれぞれに、放射線の照射により捕集物から発せられる蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出器が配備されてなることを特徴とする流体中の特定元素の濃度測定装置。
【請求項２】
前記第１フィルターが、粒子状の形態の成分を捕集するマイクロメンブレンフィルターからなると共に、第２フィルターが、イオンの形態の成分を捕集するイオン交換メンブレンフィルターからなり、第２フローセルが第１フローセルよりも下流側において前記流通路に設けられている請求項１に記載の流体中の特定元素の濃度測定装置。
【請求項３】
前記流通路の流体導入口が第１フローセルよりも上方高所に位置して備えられている請求項１又は２に記載の流体中の特定元素の濃度測定装置。
【請求項４】
前記第２フローセルが第１フローセルよりも下方低所に位置して備えられている請求項１ないし３のいずれか一に記載の特定元素の濃度測定装置。
【請求項５】
前記蛍光Ｘ線検出器からの検出信号によって得られるスペクトルに基づいて特定元素の濃度を解析により求める処理手段が備えられている請求項１ないし４のいずれか一に記載の流体中の特定元素の濃度測定装置。
【請求項６】
測定対象を特定の複数種類の元素とし、前記蛍光Ｘ線検出器からの検出信号によって得られるスペクトルに基づいてそれぞれの特定元素の濃度を解析により求める処理手段が備えられている請求項１ないし５のいずれか一に記載の流体中の特定元素の濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、原子力発電所の加圧水型軽水炉の２次系給水中の鉄、銅等の微量金属成分の濃度の連続測定などに用いられる濃度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所の加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）では、蒸気発生器の健全性維持の観点から、２次系給水中の鉄濃度の低減について種々の対策が検討され実施されているが、この対策の実施及び実施による効果の確認には、２次系給水中に含まれる微量の鉄濃度を精度高く測定しうる高度な測定技術が必要となる。従来、この濃度測定は、濃縮操作等を必要とする手分析法によっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、手分析法は、２次系給水中の鉄がごく微量であることも相俟って、濃縮等の前処理が非常に厄介であり、一回の測定に多くの時間と手間を要するものであった。従って、濃度の連続測定には対応がなかなか困難であった。
【０００４】
本発明は、流体中に含まれる特定の元素の濃度を、これがごく微量であっても、手間と時間を要することなく高精度に測定していくことができる濃度測定装置を提供し、それによって、上記のような問題をも解決していくことを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、測定対象とする特定元素を含む流体の流通路に、少なくとも第１、第２の２つのフローセルが設けられ、
第１のフローセルに、流体中に第１の形態で存在する前記元素成分を捕集する第１フィルターが備えられると共に、
第２のフローセルに、流体中に前記第１の形態とは形態を異にする第２の形態で存在する前記元素成分を捕集する第２フィルターが備えられ、かつ、
前記各フローセルのそれぞれに、放射線の照射により捕集物から発せられる蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出器が配備されてなることを特徴とする流体中の特定元素の濃度測定装置によって解決される。
【０００６】
本発明装置は、広く、流体中に含まれる微量の特定元素を測定の対象とする。即ち、「流体」は、液体であってもよいし、気体でもあってもよい。液体としては、例えば、水、海水、薬品、油などであってよい。また、気体としては、空気、蒸気、有機ガス、エアロゾルなどであってよい。「特定元素」としては、鉄、銅、亜鉛、クロム、ニッケル、鉛などの金属元素や、その他、イオウ、塩素など、流体中に存在する各種の元素であってよい。また、流体中における特定元素の「形態」としては、例えば、粒子状、イオンというようなかたちで分類される形態のほか、粒子サイズの大小というのようなサイズ的に分類される形態、また、金属元素の酸化状態で分類されるような形態、あるいはまた、これらの形態を組合わせたものなどであってよい。
【０００７】
上記の装置では、フローセルのフィルターにて流体中の特定元素成分を捕集し、これを蛍光Ｘ線分析によって検出する形式の測定装置に構成されているものであるから、この特定元素成分の量がごく微量であっても、その濃度を精度良く測定していくことができる。しかも、測定に手間と時間を要さず、測定頻度を増加させ、連続測定を実現することも可能である。
【０００８】
のみならず、ある一つの形態の特定元素成分のみを捕集するのではなく、２以上の複数の形態の特定元素成分を捕集し、それらをその特定元素成分の濃度測定の基礎とするものであるから、流体中に含まれる特定元素成分がごくごく微量の場合であっても、その濃度をきわめて高精度に測定できる。
【０００９】
また、形態ごとに濃度を把握していくということも可能となり、特定元素のうちのどの形態の濃度に変動がみられるかを把握していくことを通じて、濃度変動の原因を詳細に把握特定していくことも可能となる。例えば、原子力発電所の２次系給水中における微量の特定元素を複数の形態において測定していくことにより、２次系内で進行している腐食の種類まで詳しく把握特定していくというようなことも可能となる。
【００１０】
上記の場合、特定元素成分の形態として、粒子状形態の成分とイオン形態の成分とを捕集の対象とすることにより、これら両方の形態の特定元素成分を基礎とした濃度測定が可能となり、微量特定元素成分の濃度を高精度に測定できる。なお、第２フローセルを第１フローセルよりも下流側に介設させることにより、粒子状形態の特定元素成分とイオン形態の特定元素成分とを適正に分別捕集することができる。
【００１１】
また、流通路の流体導入口が第１フローセルよりも上方高所に位置して備えられることにより、自重作用の働く粒子状などの形態の特定元素成分を、流体導入口から第１フローセルへと、流通路内に付着、堆積させることなくスムーズに送り込んでいくことができ、特定元素成分の精度高い濃度測定に役立つ。
【００１２】
更に、第２フローセルが第１フローセルよりも下方低所に位置して備えられることにより、第１フローセルから第２フローセルへと送られる流体の圧力損失を低くでき、流体をスムーズに第２フローセルへと送り込むことができる。特に、流体が液体の場合には効果的である。
【００１３】
また、上記測定装置において、蛍光Ｘ線検出器からの検出信号によって得られるスペクトルに基づいて特定元素の濃度を解析により求める処理手段が備えられることにより、測定を能率的に遂行しえて、連続モニタリングも実現される。即ち、被捕集物にＸ線、γ線等の放射線を照射し、それによって被捕集物から発生する蛍光Ｘ線は、例えば比例計数管にてスペクトル計数することができ、こうして得られるスペクトルに基づいてスペクトル解析を行っていくのである。
【００１４】
更に、測定対象を特定の複数種類の元素とし、蛍光Ｘ線検出器からの検出信号によって得られるスペクトルに基づいてそれぞれの種類の元素の濃度を解析により求める処理手段が備えられることにより、複数の特定元素成分の濃度測定を同時にしかも連続的に遂行していくことができる。従って、例えば、原子力発電所の２次系給水中における複数の特定元素を測定していくことにより、２次系のどの箇所、どの機器において腐食が進んでいるかまで詳しく把握特定していくというようなことも可能となる。より具体的には、例えば、鉄濃度の測定により２次系配管やタービン等の腐食進行状況を予測でき、銅濃度の測定により復水器等の腐食状況を予測できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
本実施形態の濃度測定装置は、原子力発電所の加圧水型軽水炉の２次系給水中に含まれる鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）との２種類の元素を、測定しようとする特定元素とする。図３に示すように、濃度測定装置１への２次系給水の供給は、復水器２にて復水され蒸気発生器３へと向かう２次系冷却材をサンプリング管４を通じてサンプリングすることにより行う。なお、５は原子炉圧力容器、６は加圧器、７は冷却材ポンプ、８はタービン、９は給水ポンプである。
【００１７】
濃度測定装置１は、図１及び図２に示すように、第１、第２の２つのフローセル１１，１２を備えている。第１フローセル１１は、２次系給水中に粒子状の形態で存在するＦｅ成分とＣｕ成分を捕集するもので、ポアサイズが例えば０．４５μｍのマイクロメンブレンフィルター１３を備えている。第２フローセル１２はイオンの形態で存在するこれら元素成分を捕集するもので、イオン交換メンブレンフィルター１４を備えている。
【００１８】
１５はサンプリングライン、１６は中間ライン、１７はドレンラインであり、本発明にいう流通路は、これらのラインによって構成されている。サンプリング管４からのサンプリング水は、まず、装置１のサンプリングライン１５を通じて第１フローセル１１に送り込まれ、マイクロメンブレンフィルター１３を通過する。この通過により、サンプリング水中の粒子状の形態のＦｅ成分とＣｕ成分とがマイクロメンブレンフィルター１３に捕集される。しかる後、サンプリング水は、中間ライン１６を通じて第２フローセル１２に送り込まれ、イオン交換メンブレンフィルター１４を通過する。この通過により、サンプリング水中のイオンの形態のＦｅ成分とＣｕ成分とがイオン交換メンブレンフィルター１４に捕集される。そして、サンプリング水は、ドレンライン１７を通じて装置１から排出される。サンプリングライン１５にはサンプリング水の流量を計測する流量計１８が介設されている。
【００１９】
上記サンプリングライン１５の導入口１９は、本測定装置１において、第１フローセル１１よりも上方高所に位置して備えられており、サンプリングライン１５は導入口１９から第１フローセル１１に向けて下降していくように配管されている。これにより、サンプリングライン１５を構成する管ないしはホース内に、Ｆｅ、Ｃｕ元素成分のうち、粒子状物質が付着、堆積するのを防いで、粒子状物質を滞留させることなくスムーズに第１フローセル１１へと送り込ませることが可能となり、Ｆｅ、Ｃｕ元素成分の精度高い濃度測定を実現することができる。
【００２０】
また、第２フローセル１２は、第１フローセル１１よりも下方低所に位置して備えられている。これにより、第１フローセル１１から第２フローセル１２へと中間ライン１６を通じて送られるサンプリング水の圧力損失を低くすることができ、サンプリング水を勢いを失わせることなくスムーズに第２フローセル１２へと送り込ませることができる。
【００２１】
そして、第１、第２のフローセル１１，１２のそれぞれには、フィルター１３，１４の上方において、蛍光Ｘ線検出器２１，２２が配備されている。蛍光Ｘ線検出器２１，２２は、よく知られているように、試料にＸ線やγ線などの放射線を照射することにより発生する蛍光Ｘ線を検出するもので、これを通じて試料の定性、定量を行うことができる。各蛍光Ｘ線検出器２１，２２には、これに組み合わされて、照射用の線源が備えられている。線源には例えば 244ＣｍなどによるＲＩ、あるいはＸ線管球などが用いられる。
【００２２】
Ｆｅ、Ｃｕの各元素の濃度は、各蛍光Ｘ線検出器２１，２２からの信号を用い、次のような処理手段によって求められるものとなされている。即ち、図２に示すように、蛍光Ｘ線検出器２１，２２からの電気パルスは、増幅器２３を経て、マルチチャンネルアナライザー２４に送られる。そして、マルチチャンネルアナライザー２４によって所定時間単位で得られる蛍光Ｘ線スペクトルデータが、コンピューター２５の記憶部２６に次々と連続的に蓄積、記憶されていく。このスペクトルデータに基づいてＣＰＵ２７がプログラム制御を行い、スペクトル解析によってＦｅ、Ｃｕの各元素の重量が算出され、この重量と流量計１８によるサンプリング流量とからＦｅ、Ｃｕの各元素の濃度が求められる。
【００２３】
このコンピューター処理では、２次系給水中のごく微量のＦｅ、Ｃｕを測定対象としているため、移動平均処理を行う。即ち、記憶部２６に次々と蓄積、記憶されていくスペクトルデータのうち、現時点から時間的に最も近いスペクトルデータから所定数データをさかのぼってこれらスペクトルを積算し、この積算スペクトルをスペクトル解析の基礎として、Ｆｅ、Ｃｕの各元素の濃度を求めるものとしている。
【００２４】
フローセル１１，１２を構成する部品材料は、不純物の含有率が低く低バックグラウンドの材料からなるのがよい。蛍光Ｘ線検出器２１，２２は、フィルター１３，１４に捕集された物質からの放射線のほか、フローセル１１，１２そのそものからのバックグラウンド放射線をも検出してしまい、これが、スペクトル解析上不利に作用し、特定元素の検出下限値を高いものにしてしまう。そこで、このバックグラウンド放射線の検出を低減するのが好ましい。殊に、エネルギーレベルが互いに近接しているＦｅとＣｕのような複数の特定元素成分を測定対象とするような場合は、バックグラウンドの低減により、それぞれの元素成分についてのスペクトル解析を容易なものにすることができる。上記フローセル１１，１２のうち、特に、フィルター１３，１４を保持するホルダー２８は、フィルター１３，１４と検出器２１，２２との間に面して存在するため、蛍光Ｘ線検出器２１，２２は、ホルダー２８からのバックグラウンド放射線を多く検出してしまいやすく、上記のような材料にて製作することが推奨される。上記の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネイトなどのＣ元素、Ｈ元素が主体の合成樹脂、その他、セラミックなどが好適に用いられる。
【００２５】
上記の濃度測定装置を用い、加圧水型軽水炉の２次系給水中に含まれるＦｅとＣｕの２種類の元素について測定を行った試験結果を図４ないし図８に示す。図４は、スペクトルの例である。Ｆｅ、Ｃｕが微量であっても、それぞれについての重量をこのスペクトルに基づいて解析により精度良く算出しうることがわかる。また、図５及び図６は、サンプリング流量を４００ｍｌ／分とし、測定時間を、起動時５分サンプリング、定格出力時１０分サンプリングとして、移動平均処理を実施しながら、Ｆｅ濃度、Ｃｕ濃度を連続測定した結果を示す。この結果より、本測定装置を用いることによって、起動時、定格出力時の連続測定においてＦｅ濃度、Ｃｕ濃度を０．数ｐｐｂ〜数百ｐｐｂのオーダーで測定を行っていけること、出力上昇運転操作において応答性が非常に良好であること、２次給水中のＦｅ、Ｃｕの濃度の挙動を連続監視可能であることを確認し得た。また、図７はＦｅ濃度を粒子の濃度とイオンの濃度にわけて示したものであり、図８はＣｕ濃度を粒子濃度とイオンの濃度にわけて示したものである。この結果より、特にＣｕについては、粒子とイオンの両方の形態を基礎として濃度測定を実施していくことにより、精度の高い濃度測定が実現されることを確認し得た。なお、Ｆｅについては、イオンの形態の濃度が低かったが、これは、サンプリング水中のＦｅイオン濃度がたまたま低かっただけにすぎない。
【００２６】
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更を行い得るものであることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、原子力発電所の加圧水型軽水炉の２次系給水中の特定元素を対象としているが、本発明装置は、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の給水中の特定元素を対象として用いたり、火力発電所の給水中の特定元素を対象として用いたり、半導体洗浄装置に用いられる純水の水質管理の一助として用いたり、あるいはまた、気体中に含まれる特定元素の濃度の測定、監視、検査などにも有効的に用いることができ、用途に制限はなく、各種の用途に有効的、効果的に用いることができる。また、Ｆｅ、Ｃｕのほか、各種の元素を測定対象とし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態ではＦｅとＣｕの２種類の元素を対象としているが、１種類の元素のみを対象としたり、あるいは逆に、３種類以上の元素を対象した構成としてもよい。また、形態の変更に応じて、各種フィルターが用いられてよい。また、フローセルは、捕集しようとする特定元素の形態に応じて３つ以上備えられていてもよい。また、フローセルは、流体がフィルターを適正に通過していけるようにフィルターを保持しうるものであればよく、流体の種類などに応じて各種構造形式のものが採用されてよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上の次第で、本発明の流体中の特定元素の濃度測定装置は、フローセルのフィルターにて流体中の特定元素成分を捕集し、これを蛍光Ｘ線分析によって検出する形式の測定装置に構成したものであるから、この特定元素成分の量がごく微量であっても、その濃度を精度良く測定していくことができ、しかも、測定に手間と時間を要さず、測定頻度を増加させて連続測定を実現することができる。のみならず、複数のフローセルが備えられ、それぞれのフローセルにおいて、特定元素成分を形態を異にして捕集するフィルターが備えられ、これらフローセルのそれぞれに蛍光Ｘ線検出器が配備されたものであるから、２以上の複数の形態の特定元素成分をその特定元素の濃度測定の基礎とすることができ、流体中に含まれる特定元素成分がごくごく微量の場合であっても、その濃度をきわめて高精度に測定していくことができる。この場合、第１フィルターを粒子状の形態の成分を捕集するマイクロメンブレンフィルターとし、第２フィルターをイオンの形態の成分を捕集するイオン交換メンブレンフィルターとすることにより、粒子状形態の成分とイオン形態の成分とを基礎とした精度高い濃度測定が可能となる。
【００２８】
また、流通路の流体導入口を第１フローセルよりも上方高所に位置して備えさせることにより、粒子状等の形態の特定元素成分を、流体導入口から第１フローセルへと、流通路内に付着、堆積させることなくスムーズに送り込んでいくことができる。また、第２フローセルを第１フローセルよりも下方低所に位置して備えさせることにより、第１フローセルから第２フローセルへと送られる流体の圧力損失を低くでき、流体をスムーズに第２フローセルへと送り込むことができる。
【００２９】
更に、上記測定装置において、測定対象を特定の複数種類の元素とし、前記蛍光Ｘ線検出器からの検出信号によって得られるスペクトルに基づいてそれぞれの種類の元素の濃度を解析により求める処理手段を備えさせることにより、複数の特定元素成分の濃度測定を同時遂行していくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定装置の一実施形態を示す一部断面正面図である。
【図２】同装置の全体構成を示す一部断面正面図である。
【図３】加圧水型軽水炉の全体構成を示す説明図である。
【図４】発明装置によって得られたエネルギースペクトル図である。
【図５】Ｆｅ濃度の連続測定の結果を示すグラフ図である。
【図６】Ｃｕ濃度の連続測定の結果を示すグラフ図である。
【図７】Ｆｅ濃度を粒子の濃度とイオンの濃度にわけて示したグラフ図である。
【図８】Ｃｕ濃度を粒子の濃度とイオンの濃度にわけて示したグラフ図である。
【符号の説明】
１…濃度測定装置
１１…第１フローセル
１２…第２フローセル
１３…マイクロメンブレンフィルター（第１フィルター）
１４…イオン交換メンブレンフィルター（第２フィルター）
１５，１６，１７…流通路
２１，２２…蛍光Ｘ線検出器
【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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