JP2000221293A - 原子炉燃料の燃焼度測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子炉燃料からの核分裂生成物ガンマ線と捕
獲ガンマ線の測定を適切に行い、簡易でかつ信頼性の高
い燃焼度測定を実現する。 【解決手段】 原子炉燃料１に隣接して水中に配置さ
れ、中性子の捕獲ガンマ線および核分裂生成物ガンマ線
の強度を測定するガンマ線検出器２と、このガンマ線検
出器２と燃料１との間に設けられるガンマ線遮蔽材７
と、ガンマ線検出器２に接続されガンマ線スペクトルを
収集するスペクトル収集手段10，11とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所から
発生する使用済燃料の燃焼度測定装置および測定方法に
係り、特に大型の設備の設置が不可能な発電所等の燃料
プール内において使用済の原子炉燃料からのガンマ線を
測定して燃焼度を簡易かつ非破壊的に測定する原子炉燃
料の燃焼度測定装置および測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所で照射された使用済の燃料
集合体は、燃料プール水中で一定の期間保管し、半減期
の比較的短い放射能を減衰させた後、再処理施設や長期
貯蔵施設へ輸送される。

【０００３】貯蔵や輸送に先立って、使用済の燃料集合
体は、臨界安全性を確保するために、燃焼度や蓄積して
いる核分裂性物質濃度等のいわゆる燃焼パラメータを評
価する必要があり、このため燃料再処理施設には原子炉
燃料の燃焼度測定装置が設置されている。この燃焼度測
定装置は、再処理施設の設計段階から取り入れているた
め、大がかりなものとなっている。

【０００４】この従来の燃焼度測定装置による測定方法
について説明する。使用済原子炉燃料の中に蓄積してい
る核分裂生成物、特にセシウム（Ｃｓ１３７やＣｓ１３
４）から放出されるガンマ線を選択的に測定するガンマ
線スペクトル測定法と、使用済原子炉燃料の中に蓄積し
ている超ウラン元素のキュリウムから主に放出される中
性子を測定する中性子測定法とが、この測定原理の大き
な柱となっている。この２つの測定法は、それぞれ独立
の測定原理に基づいているために、２つの独立した燃焼
度データを得ることができ、データの信頼性を向上させ
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た２つの測定法に基く従来の燃焼度測定方法では、２系
統の検出器および電子回路を必要とするために、装置が
大がかりとなる。

【０００６】一方、近年では、原子力発電所から使用済
燃料を送り出す際に用いる原子炉燃料の燃焼度測定装置
として、測定精度は少々劣ってもよいから小型の装置、
すなわち、既存発電所のプールに簡単に設置して使用で
きる小型の燃焼度計測装置の開発が期待されている。小
型の燃焼度測定装置を実現する際には、ガンマ線の検出
器として、カドミテルル（ＣｄＴｅ）半導体検出器、冷
却装置分離型高純度ゲルマニウム（Ｈｐ−Ｇｅ）検出
器、シンチレータ検出器等を採用することが提案されて
いる。こうした小型のガンマ線検出器による燃焼度測定
は、簡易である一方、単一の測定原理に基づくデータし
か得られないために、中性子測定と併用する場合に比べ
てデータの信頼性が低くなる。

【０００７】また、後ほど図３に基いて詳述するが、Ｃ
ｓ１３７の強度は燃焼度に比例し、Ｃｓ１３４の強度は
燃焼度の２乗に比例するのに対して、燃料から放出され
る中性子の強度は、原子炉から取り出し後数年の冷却期
間を経たウラン燃料の場合は、燃焼度の３〜４乗に比例
する。よって、測定値に誤差がある場合、測定値の誤差
が燃焼度誤差に与える影響は、中性子強度の場合は１／
４〜１／３倍となるから、Ｃｓ１３４やＣｓ１３７の場
合と比べて、測定値の変動に対して誤差の小さいデータ
を得ることが可能である。

【０００８】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、その目的は、小型で簡易な装置によって、Ｃｓ
１３４、Ｃｓ１３７等の核分裂生成物からのガンマ線強
度と中性子強度の情報を同時に取得することにより、信
頼性の高い燃焼度データを得ることができる原子炉燃料
の燃焼度測定方法および測定装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、原子炉燃料に隣接して水中に配置され
この原子炉燃料から放出される中性子が水中の水素に捕
獲されて放出される捕獲ガンマ線および前記原子炉燃料
の核分裂生成物が放出する核分裂生成物ガンマ線の強度
を測定するガンマ線検出器と、このガンマ線検出器と前
記原子炉燃料との間に設けられる第１のガンマ線遮蔽材
と、前記ガンマ線検出器に接続され前記ガンマ線検出器
により検出され送られる検出信号に基きガンマ線スペク
トルを収集するスペクトル収集手段とを具備することを
特徴とする原子炉燃料の燃焼度測定装置を提供する。

【００１０】使用済の原子炉燃料が燃料プール水中にあ
る場合、燃料から発生する中性子は、水中の水素に捕獲
された際に、２．２ＭｅＶのガンマ線（捕獲ガンマ線）
を発生する。この２．２ＭｅＶのガンマ線を測定するこ
とにより、使用済燃料の中性子強度を求めることが可能
であり、また燃焼度も求めることができる。

【００１１】また、使用済の原子炉燃料中の核分裂生成
物のうち、Ｃｓ１３４，Ｃｓ１３７から放出されるガン
マ線は、それぞれ６６２ｋｅＶ，８００ｋｅＶであり、
前述の２．２ＭｅＶの捕獲ガンマ線と干渉することなく
測定することが可能である。

【００１２】これらは、同一の１つのガンマ線検出器で
得られるガンマスペクトルではあるが、データの起源が
違うために、それぞれ違う手法で原子炉燃料の燃焼度を
求めることができるから、燃焼度データの信頼性を向上
させることができる。

【００１３】さらに、本発明は、前記核分裂生成物ガン
マ線としてＣｓ１３７およびＣｓ１３４から放出される
ガンマ線の強度を前記ガンマ線検出器によって測定し、
前記捕獲ガンマ線の強度と前記Ｃｓ１３７およびＣｓ１
３４から選択される１種のセシウムのガンマ線の強度と
の強度比を求める手段と、予め照射履歴データにより前
記捕獲ガンマ線の強度と前記選択された１種のセシウム
のガンマ線の強度との強度比に関する燃焼度との相関曲
線を求める手段と、この相関曲線と前記強度比を求める
手段において求められた強度比とから前記原子炉燃料の
燃焼度を求める手段とを具備することを特徴とする。

【００１４】相関曲線を求める手段においては、原子力
発電所のプロセス計算機による照射履歴データ、すなわ
ち燃焼が進行するにつれての原子炉燃料の各種ガンマ線
の強度の推移に関する既知のデータを用いて、捕獲ガン
マ線と「Ｃｓ１３７あるいはＣｓ１３４」から発生する
ガンマ線との強度比と、燃焼度との相関を、予め相関曲
線として具現化することとする。

【００１５】一般に、ガンマ線の強度の絶対値を測定す
る場合、測定体系により検出効率が異なるため、予め検
出効率の測定が必要となるが、一方で燃料プール水中で
の検出効率の測定は困難であることが多い。また、測定
ガンマ線スペクトルのＣｓ１３４とＣｓ１３７のガンマ
線の強度比は、測定体系の検出効率に対する依存が少な
いため、この強度比を用いる方法が従来使用されてい
る。Ｃｓ１３４のガンマ線強度は燃焼度の２乗に比例
し、Ｃｓ１３７のガンマ線強度は燃焼度に比例するか
ら、この２種のセシウムのガンマ線強度の比（Ｃｓ１３
４／Ｃｓ１３７比）は、燃焼度に比例する。また、原子
炉から取出した後に数年の冷却期間を経たウラン燃料の
場合、燃料集合体から放出される中性子の強度は燃焼度
の３〜４乗に比例するから、該中性子から発生する水素
による捕獲ガンマ線の強度も、燃焼度の３〜４乗に比例
する。よって、捕獲ガンマ線／Ｃｓ１３７比は、燃焼度
の２〜３乗に比例する。

【００１６】したがって、この構成により、従来のＣｓ
１３４／Ｃｓ１３７比を用いて燃焼度を測定する場合よ
りも、測定値の誤差が燃焼度誤差に与える影響を１／２
〜１／３倍と小さくすることができる。

【００１７】また、本発明は、前記ガンマ線検出器と前
記原子炉燃料との間に配置され放射線を集束するコリメ
ータを具備し、前記第１のガンマ線遮蔽材は、少なくと
も前記コリメータの前記原子炉燃料に正対する面の内壁
に配設されてなることを特徴とする。

【００１８】核分裂生成物ガンマ線の強度が非常に高い
ような場合には、ガンマ線検出器の側面から入射する核
分裂生成物ガンマ線をガンマ線遮蔽体で減衰させること
により、相対的にガンマ線検出器で検出される捕獲ガン
マ線の強度を高めるよう調整することにより、燃焼度デ
ータの信頼性をより向上させることができる。

【００１９】なお、この際のガンマ線遮蔽材は、鉛ある
いはタングステンを使用するのが好適であるが、材質は
とくに問わない。ガンマ線遮蔽体によって、核分裂生成
物ガンマ線を大幅に減衰させることができる。タングス
テンを使用する場合には、燃料集合体からガンマ線検出
器の側部に入射する中性子もあわせて遮蔽することがで
きる。

【００２０】さらに、本発明は、前記第１のガンマ線遮
蔽材は、前記コリメータの内壁のうち前記原子炉燃料の
燃料集合体を構成する燃料棒に正対する位置に配設され
てなり、かつ前記コリメータの内壁のうち前記燃料棒の
間隙に正対する位置には前記第１のガンマ線遮蔽材を配
設しないことを特徴とする。

【００２１】燃料棒の間隙には核分裂生成物はほとんど
存在しないから、遮蔽を選択的に行うことで、すなわ
ち、ガンマ線検出器が燃料集合体を見込む視野のうちか
かる燃料棒の間隙部分については遮蔽を行わずに、燃料
棒部分のみを遮蔽することにより、ガンマ線検出器に入
射する捕獲ガンマ線の強度を相対的に高めることができ
る。なお、こうした選択的な遮蔽を行うためにはガンマ
線検出器の見込む視野内に櫛状のガンマ線遮蔽体を配置
するのが好適である。

【００２２】この構成によれば、核分裂生成物ガンマ線
の強度が強い場合においても、核分裂生成物ガンマ線を
効果的に大幅に減衰することができる。また、ガンマ線
遮蔽体としてタングステンを使用する場合、燃料集合体
から検出器側部に入射する中性子も併せて遮蔽すること
ができる。

【００２３】また、本発明は、前記ガンマ線検出器とし
てＮａＩシンチレータ検出器を用いることを特徴とす
る。

【００２４】ＮａＩシンチレータ検出器のエネルギー分
解能は半導体検出器より劣るものの、計数効率が高いた
め検出効率が高く、効率的な測定ができる。この場合、
ゲルマニウム検出器をガンマ線検出器として用いる際に
必要となる冷却装置を必要としないため、装置自体を小
型化することができる。また、比較的長い冷却期間を経
た燃料集合体の燃焼度を測定する場合には、こうした燃
料からのガンマ線ピークは比較的少ないから、シンチレ
ータ検出器の分解能でも十分な測定を行うことができ
る。

【００２５】あるいは、本発明は、前記ガンマ線検出器
として、半導体検出器を用いることを特徴とする。

【００２６】ゲルマニウム検出器に代表される半導体検
出器は、一般に、冷却装置を別途必要とするため、装置
自体は大型化せざるをえない。しかし、エネルギー分解
能が高く、比較的短い冷却期間で、多くのガンマ線ピー
クが存在する場合に有効である。

【００２７】また、ＣｄＴｅ検出器等の常温半導体検出
器は、ゲルマニウム検出器とＮａI検出器の中間程度の
エネルギー分解能である。高エネルギーガンマ線に対す
る効率は悪いが、ガンマ線強度が強い場合にはこうした
常温半導体検出器の使用が可能であり、この場合は装置
自体を小型化することができる。

【００２８】また、本発明は、前記ガンマ線検出器と前
記燃料集合体の間に配置される水素を含有する物質を具
備することを特徴とする。

【００２９】ガンマ線検出器と燃料集合体間の間隙に
は、燃料集合体側に鉛等の中性子吸収の少ないガンマ線
遮蔽材を配置するとともに、ガンマ線検出器側に水相ま
たはポリエチレン等の水素含有物質を配置する。この組
み合わせにより、ガンマ線検出器に入射する捕獲ガンマ
線の強度を相対的に高めることができる。すなわち、鉛
等はガンマ線を遮蔽する能力が高いが、中性子を遮蔽す
る能力は相対的に低い。燃料集合体の近傍で核分裂生成
物ガンマ線を減衰させると同時に、中性子はなるべく透
過させて、ガンマ線検出器の近くで水素と反応させ、
２．２ＭｅＶのガンマ線を発生させるようにすることに
より、相対的に捕獲ガンマ線の強度を高める。

【００３０】また、本発明では、前記ガンマ線検出器と
前記燃料集合体の間に配置される中空の容器を具備する
ことを特徴とする。

【００３１】中空の容器を配置することにより、ガンマ
線検出器の周囲に到達する中性子を増加させ、ガンマ線
検出器に入射する捕獲ガンマ線の強度を相対的に高める
ことができる。すなわち、ガンマ線検出器の近くに、水
またはポリエチレン等の水素含有物質がある場合は、ガ
ンマ線検出器と燃料集合体との間にある水は中性子を減
衰させるため、かかる位置に水が配置されるのは好まし
くはない。そこで、中空のエアボックスを配置して水を
排除することにより、ガンマ線検出器の近傍において中
性子を増加させることができる。

【００３２】また、本発明では、前記ガンマ線検出器
は、少なくとも、前記原子炉燃料から放出される中性子
が水中の水素に捕獲されて放出される捕獲ガンマ線の強
度を測定する第１のガンマ線検出器と、前記原子炉燃料
の核分裂生成物が放出する核分裂生成物ガンマ線の強度
を測定する第２のガンマ線検出器と、からなることを特
徴とする。

【００３３】こうして、複数のガンマ線検出器を配置し
て、少なくとも１つのガンマ線検出器は前記核分裂生成
物ガンマ線を測定し、残りの検出器は前記捕獲ガンマ線
を測定することとする。核分裂生成物ガンマ線用と捕獲
ガンマ線用の双方のガンマ線検出器を交換して測定する
ことにより、２つのガンマ線検出器の検出効率の補正を
行うことができる。

【００３４】また、本発明では、前記ガンマ線検出器の
上方あるいは下方に配置される第２のガンマ線遮蔽材
と、この第２のガンマ線遮蔽材と前記ガンマ線検出器と
の間隙と前記原子炉燃料との間に配置される中空の容器
とを具備することを特徴とする。

【００３５】第２のガンマ線遮蔽材は、いわゆる燃料集
合体の軸方向のコリメート用の遮蔽体であり、これによ
って、ガンマ線検出器の測定位置より上方あるいは下方
からのガンマ線を遮蔽し、すなわち入射ガンマ線の軸方
向位置を特定することにより、軸方向の測定位置分解能
を向上させることができる。

【００３６】また、本発明では、前記原子炉燃料と前記
ガンマ線検出器の間に配置される中性子と反応して捕獲
ガンマ線を放出する物質を具備することを特徴とする。

【００３７】すなわち、ガンマ線検出器の周囲に、重水
等の、中性子と反応し高エネルギーの捕獲ガンマ線を放
出する物質を配置することとする。これにより、水素の
中性子捕獲ガンマ線（２．２ＭｅＶ）が他のガンマ線ピ
ークと干渉して測定が困難となる場合においても、重水
等の他の物質を用いて別のエネルギーのガンマ線ピーク
を作ることで、ガンマ線の測定を行うことができる。

【００３８】また、本発明では、原子炉燃料に隣接して
水中に配置されるガンマ線検出器を用いて前記原子炉燃
料が放出する中性子が水中の水素に捕獲されて放出され
る捕獲ガンマ線の強度を測定する工程と、前記ガンマ線
検出器を用いて前記原子炉燃料の核分裂生成物が放出す
る核分裂生成物ガンマ線の強度を測定する工程と、両ガ
ンマ線の強度により該原子炉燃料の燃焼度を求める工程
と、を有することを特徴とする原子炉燃料の燃焼度測定
方法を提供する。

【００３９】すなわち、原子炉燃料が放出する中性子
が、水中の水素に捕獲されて放出される捕獲ガンマ線の
強度を測定することにより中性子強度を求め、また同時
に燃料集合体中の核分裂生成物が放出する核分裂生成物
ガンマ線の強度を測定することによって、捕獲ガンマ線
と核分裂生成物ガンマ線の強度から、それぞれ独立に原
子炉燃料の燃焼度を求めることができる。

【００４０】さらに、本発明では、前記核分裂生成物は
少なくともＣｓ１３７およびＣｓ１３４を含み、前記捕
獲ガンマ線の強度と、Ｃｓ１３７およびＣｓ１３４から
選択される１種の核分裂生成物が放出する前記核分裂生
成物ガンマ線の強度との強度比を求める工程と、予め照
射履歴データを用いて計算により求めておいた前記強度
比と燃焼度との相関曲線を用いて該原子炉燃料の燃焼度
を求める工程とを有することを特徴とする。

【００４１】この方法によれば、上述したように、従来
のＣｓ１３４／Ｃｓ１３７比を用いて燃焼度を測定する
場合よりも、測定値の誤差が燃焼度誤差に与える影響を
１／２〜１／３倍と小さくすることができる。

【００４２】さらに、本発明では、前記ガンマ線検出器
を前記原子炉燃料に対して斜に配置して前記核分裂生成
物ガンマ線の強度を測定する工程を有することを特徴と
する。

【００４３】また、前記原子炉燃料と前記ガンマ線検出
器との間に放射線を集束させるコリメータを配置し、こ
のコリメータによる前記ガンマ線検出器の検出視野に前
記原子炉燃料が含まれないように前記ガンマ線検出器を
配置して前記核分裂生成物ガンマ線の強度を測定する工
程を有することを特徴とする。

【００４４】燃料集合体からの核分裂生成物ガンマ線と
中性子の水素による捕獲ガンマ線では、前者の強度が圧
倒的に強い。核分裂生成物ガンマ線は燃料集合体から発
生するのに対し、捕獲ガンマ線は水から発生する。そこ
で、コリメータ等によりガンマ線検出器の燃料を見込む
視野を制限し、あるいは、ガンマ線検出器の視野が燃料
棒または燃料集合体を見込まずに水のみを見込むように
配置することにより、燃料集合体からの核分裂生成物ガ
ンマ線を減衰させ、ガンマ線検出器に入射する捕獲ガン
マ線の強度を相対的に高め、より選択的に測定を行うこ
とができる。

【００４５】また、ガンマ線遮蔽体を燃料棒に正対する
位置にのみ選択的に配置し捕獲ガンマ線の強度を相対的
に高める方法と比較して、遮蔽体の取替といった煩雑な
作業を要することなく、視野を調整する際にガンマ線検
出器の位置を回転させるだけでよいので作業性がよいと
いう利点がある。

【００４６】さらに、本発明では、モンテカルロ法によ
るガンマ線輸送計算により前記核分裂生成物ガンマ線と
前記捕獲ガンマ線の検出効率の違いの効果を補正する工
程と、金箔放射化法により検出器位置の中性子束の絶対
値を求め、前記捕獲ガンマ線測定による中性子検出効率
を校正する工程とを有することを特徴とする。

【００４７】６６２ｋｅＶ，８００ｋｅＶ，２．２Ｍｅ
Ｖのそれぞれのガンマ線は、遮蔽材による減衰率が異な
る。こうした減衰率の違いは、簡易的には減衰係数によ
り補正できるが、モンテカルロ法によるガンマ線輸送計
算によって、より精度の高い補正を行うことができる。

【００４８】また、捕獲ガンマ線強度から中性子強度を
求める際には、検出効率の校正が必要である。この際、
金箔放射化法を用いてガンマ線検出器位置の中性子束の
絶対値を求めることにより、簡易に精度良くガンマ線検
出器位置の検出効率を校正することができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】本発明に係る原子炉燃料の燃焼度
測定方法および測定装置の実施の形態について、図面を
参照して説明する。

【００５０】（第１の実施の形態）（図１） 図１に示すように、第１の実施の形態に係る燃焼度測定
装置は、ガンマ線遮蔽体７を内包するコリメータ８と、
ガンマ線検出器２を内包する水密容器１２とを接続して
配置してなり、検出対象である燃料集合体１側にコリメ
ータを配置して検出を行うものである。また、ガンマ線
検出器２と信号ケーブル９ａを介して接続される地上の
リニアアンプ（増幅器）１０と、リニアアンプ１０と信
号ケーブル９ｂを介して接続されるマルチチャンネルア
ナライザ１１を具備する。

【００５１】燃料プール水中の燃料集合体１のある軸方
向位置から発生する核分裂生成物ガンマ線（その動きを
実線矢印３で示した。）は、ガンマ線遮蔽体７、コリメ
ータ８を通して、ガンマ線検出器２に入射して信号を作
る。

【００５２】ここで、ガンマ線遮蔽体７は、少なくとも
コリメータ８の原子炉燃料に正対する面の内側に配設す
る。図では、コリメータ８の内壁のうちガンマ線検出器
２に正対する位置を除き、ガンマ線遮蔽体７を配設して
いる。こうして、コリメータ８の特定の１軸以外の方向
から入射するガンマ線を減衰させる。

【００５３】燃料集合体１から発生する中性子（その動
きを実線矢印４で示した。）は、水中の水素５に吸収さ
れ、２．２ＭｅＶの捕獲ガンマ線を発生する。この補獲
ガンマ線（その動きを破線矢印６で示した。）は、コリ
メータ８を通して、水密容器１２内に収められたガンマ
線検出器２に入射して信号を作る。

【００５４】ガンマ線検出器２による信号は、信号ケー
ブル９ａ，９ｂを通して、地上のリニアアンプ１０にお
いて増幅され、さらにマルチチャンネルアナライザ１１
で収集される。ここで収集されるガンマ線スペクトル
は、数十ＧＷｄ／ｔ程度燃焼して取り出された後に数年
間冷却された燃料集合体の場合は、概略的には図２のよ
うなものとなる。この場合のガンマ線スペクトルは、核
分裂生成物であるＣｓ１３４とＣｓ１３７のピークが顕
著に現れる。

【００５５】図３は、Ｃｓ１３４、Ｃｓ１３７、水素の
中性子捕獲ガンマ線の強度と燃焼度との関係を示してい
る。このグラフの符号１０１，１０２の曲線からわかる
ように、一般に、Ｃｓ１３７は燃焼度に比例して増加
し、Ｃｓ１３４は燃焼度の２乗に比例して増加する。こ
の性質を利用すれば、Ｃｓ１３４およびＣｓ１３７のガ
ンマ線強度を測定することによって、燃焼度を求めるこ
とができる。また、両セシウムのガンマ線強度の比（Ｃ
ｓ１３４／Ｃｓ１３７比）を求めることにより、ガンマ
線強度の絶対値を測定することを必要とせずに、すなわ
ち測定体系の検出効率に依存せずに、燃焼度を推定する
ことができる。

【００５６】また、燃料集合体１からの中性子は、その
ほとんどがキュリウム（Ｃｍ２４２，Ｃｍ２４４）から
放出される。冷却期間がある程度（１〜２年程度）以上
のウラン燃料の場合には、図３の符号１０３の曲線に示
すように、中性子強度は燃焼度の３〜４乗に比例する。
よって、中性子強度を測定することによっても、燃焼度
を求めることができる。

【００５７】また、中性子が水中の水素に吸収される際
には２．２ＭｅＶの捕獲ガンマ線が発生し、この捕獲ガ
ンマ線の強度は中性子強度に比例するため、捕獲ガンマ
線の強度を測定することによっても、燃焼度を求めるこ
とができる。

【００５８】上記の原理を用いると、ガンマ線検出器２
のみで、核分裂生成物ガンマ線による燃焼度測定と中性
子強度による燃焼度測定の２つの方法を同時に行うこと
が可能となる。この測定方法のフローを図４をもとに説
明する。

【００５９】まず、ガンマ線検出器２により得られたガ
ンマ線スペクトルから、バックグラウンドを引き（ステ
ップＳ１）、次にエネルギー効率補正係数を乗じること
によりエネルギー効率補正を行う（ステップＳ２）。エ
ネルギー効率補正係数は、標準線源による校正試験によ
り検出器特有の係数として予め求められる。

【００６０】次に、測定体系に特有のモンテカルロ法等
によるガンマ線輸送計算から予め求めた減衰補正係数を
乗じる（ステップＳ３）ことにより、それぞれのガンマ
線強度が得られる。

【００６１】Ｃｓ１３４、Ｃｓ１３７の場合は、予め燃
焼計算により求めておいた図３の曲線１０１，１０２に
示すようなＣｓ１３７、Ｃｓ１３４の強度と燃焼度の相
関曲線によって、ガンマ線強度を燃焼度に換算する（ス
テップＳ４）ことにより、燃焼度を算出することができ
る。

【００６２】また、セシウムのガンマ線強度の比（Ｃｓ
１３４／Ｃｓ１３７比）を求めることにより、より正確
に燃焼度を算出することができる。すなわち、ガンマ線
の絶対値を算出する場合、検出器と燃料集合体の幾何学
的配置による検出効率の補正が重要である。幾何学的配
置によるガンマ線の減衰は、燃料集合体−検出器間に存
在する物質による減衰と、立体角の減少による減衰の２
つがある。

【００６３】燃料集合体−検出器間に存在する物質によ
る減衰とは、主に両者間の水層の厚さに起因し、ガンマ
線エネルギーにより異なるものであり、特有のモンテカ
ルロ法等によるガンマ線輸送計算から求めた減衰補正係
数を乗じる減衰補正（ステップＳ３）により補正され
る。一方、立体角の減少による減衰は、ガンマ線エネル
ギーとは無相関で、幾何学的配置のみで決まるものであ
るから、Ｃｓ１３４とＣｓ１３７のガンマ線強度の比を
とることにより、立体角に起因するガンマ線の減衰によ
り影響はキャンセルされる。

【００６４】よって、単純にＣｓ１３４またはＣｓ１３
７のガンマ線強度を燃焼度に換算するよりも、ガンマ線
強度比（Ｃｓ１３４／Ｃｓ１３７比）を求めてこれを燃
焼度に換算する方が、より精度の高い燃焼度を算出する
ことができる。

【００６５】一方、これらの補正等のステップＳ１，Ｓ
２，Ｓ３を施し得られた捕獲ガンマ線強度は、予め金箔
放射化法等によって得られる捕獲換算係数に基いて、中
性子強度に換算される（ステップＳ５）。これより、予
め燃焼計算により求めておいた図３の曲線１０３に示す
ような中性子強度と燃焼度の相関曲線によって、中性子
を燃焼度に換算する（ステップＳ６）ことにより、燃焼
度を算出することができる。

【００６６】なお、この際、中性子強度とＣｓ１３７の
ガンマ線強度との比（中性子／Ｃｓ１３７比）を求める
ことにより、燃焼度を算出することも可能である。Ｃｓ
１３４／Ｃｓ１３７比は燃焼度に比例するが、中性子／
Ｃｓ１３７比は燃焼度の２乗〜３乗に比例する。このた
め、中性子／セシウム１３７比の誤差が燃焼度誤差へ与
える影響は、Ｃｓ１３４／Ｃｓ１３７比の１／２〜１／
３倍となるから、この方法によって燃焼度の誤差をさら
に低減することができる。

【００６７】（第２の実施の形態）図５に示すように、
第２の実施形態では、第１の実施の形態におけるガンマ
線検出器２として、ＮａＩシンチレータ検出器を用いる
こととする。すなわち、水密容器１２内に、コリメータ
８側にＮａＩシンチレータ１３を配置し、これに接続し
てリニアアンプ１０側に、「プリアンプおよび光電子増
倍管」１４を配置し、このプリアンプ・光電子増倍管１
４を信号ケーブル９ａを介してリニアアンプ１０と接続
する。なお、他の構成要素は第１の実施の形態と同様で
あるので、説明を省略する。

【００６８】燃料集合体１から発生した核分裂生成物ガ
ンマ線及び水中で発生した捕獲ガンマ線は、遮蔽体７を
内包するコリメータ８を通して、ＮａＩシンチレータ１
３で検出される。ＮａＩシンチレータ１３はガンマ線と
の相互作用で発光する。これを、プリアンプ・光電子増
倍管１４によって増幅し、電気信号化する。この信号
は、信号ケーブル９ａを通して地上のリニアアンプ１０
に伝えられ、増幅されて、マルチチャンネルアナライザ
１１で収集される。

【００６９】燃料集合体１は、原子炉から取り出された
直後は、多くの核分裂生成物からのガンマ線を発生する
ため、ガンマ線スペクトルもそれだけ複雑なものとなる
が、時間の経過とともに半減期の短い核種は減衰し、数
年の冷却の後には、図２に示すようにＣｓ１３７，Ｃｓ
１３４のピークが支配的になる。このような顕著なピー
クの現れる状況では、比較的エネルギー分解能の劣るＮ
ａＩシンチレータ検出器１３でも、十分に燃焼度測定が
可能である。

【００７０】（第３の実施の形態）（図６，図７） 図６に示すように、第３の実施の形態では、第１の実施
の形態におけるガンマ線検出器２として、ゲルマニウム
（Ｇｅ）検出器を用いることとする。すなわち、水密容
器１２内に、コリメータ８側にＧｅ検出器１５を配置
し、これに接続してプリアンプ１７を配置し、このプリ
アンプ１７を信号ケーブル９ａを介してリニアアンプ１
０と接続する。なお、他の構成要素は第１の実施の形態
と同様であるので、説明を省略する。

【００７１】燃料集合体１から発生した核分裂生成物ガ
ンマ線および水中で発生した捕獲ガンマ線は、遮蔽体７
を内包するコリメータ８を通して、Ｇｅ検出器１５で検
出され、プリアンプ１７で増幅される。その検出信号
は、信号ケーブル９ａを通して、地上のリニアアンプ１
０で増幅され、マルチチャンネルアナライザ１１で収集
される。なお、Ｇｅ検出器は液体窒素で常に冷却されて
おり、図６に示した場合では、液体窒素を内包する容器
（液体窒素デュワビン）１６を水中に配置している。

【００７２】ガンマ線スペクトル中に多くのピークが存
在する場合、高エネルギー分解能の半導体検出器を使用
するのが効果的である。Ｇｅ検出器１５は、高いエネル
ギー分解能を示す検出器であり、最近は冷却装置を分離
し、小型化したものも開発されている。かかる検出器を
用いることにより、上述の他の実施の形態と比較してさ
らに信頼性の高い燃焼度測定を実現することができる。

【００７３】なお、本実施の形態におけるＧｅ検出器１
５に対しては、液体窒素デュワビン１６に代えて、図７
に示すように、冷媒供給チューブ１８を介して、地上に
配置された冷却装置２８によって冷却を行なうこととし
てもよい。

【００７４】（第４の実施の形態）（図８，図９） 図８は、第４の実施の形態に係る燃焼度の測定方法を示
しており、また図１と異なり燃料集合体１の上面からみ
た図である。本実施の形態においては、検出器の視野を
制限してガンマ線を検出することにより、検出値におい
て燃料から発生する核分裂生成物ガンマ線を低減するこ
ととする。

【００７５】すなわち、遮蔽体７を内包するコリメータ
８を燃料集合体１に正対させるのではなく、燃料集合体
１に対してコリメータ８を斜に配置することにより、コ
リメータの視野（図中破線１０４ａで示した。）を制限
して、視野１０４ａ内に燃料集合体１が入らないように
する。

【００７６】Ｃｅ１３４やＣｅ１３７等の核分裂生成物
ガンマ線は燃料集合体１から発生するのに対し、捕獲ガ
ンマ線は水から発生する。核分裂生成物ガンマ線の量
は、水素の中性子捕獲ガンマ線の量に比べて圧倒的に大
きいので、通常、核分裂生成物ガンマ線に隠れて、捕獲
ガンマ線のピークは見えない。しかしながら、コリメー
タ８の配置を図８のように変更して、ガンマ線検出器２
の視野１０４ａ内に燃料集合体１が入らないようにする
ことにより、ガンマ線検出器２に入射するガンマ線のう
ち核分裂生成物ガンマ線は、必ず遮蔽体７を通過するた
めに、減衰する。

【００７７】こうして、核分裂生成物ガンマ線を低減し
て相対的に捕獲ガンマ線の量を高めることによって、ス
ペクトル中に捕獲ガンマ線のピークを容易に確認できる
ようにすることができるから、燃焼度の測定精度をより
高めることができる。

【００７８】なお、本実施の形態において、視野１０４
ａを制限したことにより核分裂生成物ガンマ線の量が極
端に少なくなった場合には、図９に示すように、検出器
の視野１０４ｂ内に少し燃料集合体１が入るように視野
を調整することも考えられる。視野１０４ｂを調整する
ことで、核分裂生成物ガンマ線を適度な強度に調節して
燃焼度を測定することもできる。

【００７９】（第５の実施の形態）（図１０） 図１０に示すように、第５の実施の形態では、コリメー
タを介さずにガンマ線検出器２を燃料集合体１に対して
平行に配置し、ガンマ線検出器２の燃料集合体側１に遮
蔽体７を配置した場合を示している。すなわち、第１の
実施の形態におけるコリメータ８を省略し、燃料集合体
に正対して水密容器１２を設け、この水密容器１２内で
燃料集合体１側に遮蔽体７を設け、この遮蔽体に遮蔽さ
れるように水密容器１２内にガンマ線検出器２を配置
し、このガンマ線検出器２を信号ケーブル９ａを介して
リニアアンプ１０と接続する。なお、他の構成要素は第
１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

【００８０】燃料集合体１からの核分裂生成物ガンマ線
３は、遮蔽体７を通して減衰された後に、ガンマ線検出
器２に入射する。一方、燃料集合体１からの中性子４が
水素５に捕獲された際に生じる捕獲ガンマ線もまた、ガ
ンマ線検出器２に入射する。しかしながら、ガンマ線検
出器２の下方あるいは上方から、ガンマ線検出器２に遮
蔽体７を介することなく直接入射する捕獲ガンマ線につ
いては、遮蔽体による減衰をほとんど受けることなく、
ガンマ線検出器２に入射される。

【００８１】この構成により、上記第４の実施の形態と
同様の効果を得ることができる。さらに、この水密容器
１２内の遮蔽体７の厚さを変更することにより、ガンマ
線検出器２に入射される核分裂生成物ガンマ線と捕獲ガ
ンマ線の強度の比率を変えることができる。この場合の
厚さの異なる遮蔽体の交換を行うとなると、上記第３の
実施形態において詳述したコリメータの視野の調節より
も手間がかかる。しかし、本実施の形態においては、遮
蔽体７によるガンマ線の減衰効果は非常に大きいから、
第３の実施の形態における視野の調整程度では両ガンマ
線の検出される強度を調整しきれない場合において有効
である。

【００８２】（第６の実施の形態）（図１１） 図１１は、第６の実施の形態に係る燃焼度の測定装置を
示しており、また図１と異なり燃料集合体１の上面から
みた断面図である。本実施の形態においては、コリメー
タ７中の遮蔽体７の配置を変更することで、燃料棒中の
原子炉燃料から発生する核分裂生成物ガンマ線を特に遮
蔽する効果の大きい位置にのみ遮蔽体７を配設してなる
ことを特徴とする。

【００８３】すなわち、ガンマ線検出器２の視野内に櫛
状の遮蔽体７ａを配置することとする。燃料集合体１の
チャンネルボックス２１とほぼ同一の幅のコリメータ８
を配置する。このコリメータ８内に配設される櫛状の遮
蔽体７ａは、コリメータ８内の燃料集合体１側の壁面に
配設する遮蔽体を燃料集合体１の燃料棒２０が配置され
た位置に正対して配置するとともに、燃料棒２０の間隙
に正対する位置には遮蔽体を配置しないようにしたもの
である。

【００８４】燃料集合体１中の構成要素のなかで核分裂
生成物ガンマ線を放出するのは燃料棒２０のみである。
従って、本実施の形態の構成によれば、燃料集合体に正
対する位置にのみ選択的に遮蔽を行うことによって、ガ
ンマ線検出器２によって検出される核分裂生成物ガンマ
線の量を低減することができる。よって、この構成によ
り、上記第４の実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。

【００８５】（第７の実施の形態）（図１２，図１３） 図１２に示すように、第７の実施の形態では、コリメー
タ８内に水素含有物質２２を配置している。すなわち、
第１の実施の形態におけるコリメータ８内で燃料集合体
１側に遮蔽体７を配置するとともに、コリメータ８内の
ガンマ線検出器２側に、水あるいはポリエチレンに代表
される水素含有物質２２を配置する。なお、他の構成要
素は第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略す
る。

【００８６】水素含有物質２２としては、水、ポリエチ
レンに代表される水素を含む化合物であれば特に制限は
なく、アクリルやプラスチック等で代用しあるいはその
複数または化合物であってもよい。

【００８７】燃料集合体１から発生した核分裂生成物ガ
ンマ線は、コリメータ８内の遮蔽体７により減衰して、
ガンマ線検出器２に入射する。これに対し、中性子は、
遮蔽体７では減衰せずにコリメータ８内を通過するが、
その際に水素含有物質２２の領域において捕獲ガンマ線
を発生し、この捕獲ガンマ線がガンマ線検出器２に入射
する。

【００８８】これにより、ガンマ線検出器２で検出され
るガンマ線のうち、捕獲ガンマ線の相対量が増加するか
ら、上記第４の実施の形態と同様の効果を奏することが
できる。

【００８９】なお、本実施の形態の変形例として、図１
３に示すように、コリメータ８と燃料集合体１の間に中
空容器（中空エアボックス）２３を配置した場合も考え
られる。こうして、中空容器２３によって燃料集合体−
コリメータ間の水を排除することにより、ガンマ線検出
器２の近傍に到達する中性子量の核分裂生成物ガンマ線
に対する割合を増加させることができるから、水素含有
物質２２で発生する捕獲ガンマ線の相対量をさらに増加
させることができる。

【００９０】（第８の実施の形態）（図１４） 第８の実施の形態では、ガンマ線検出器２を複数配置
し、各ガンマ線検出器に対応してコリメータおよび水密
容器を複数配置してなる。すなわち、図１４に示すよう
に、第１の実施の形態におけるコリメータ８と水密容器
１２を複数設けている。図では２つのガンマ線検出器を
設けている。すなわち、第１のガンマ線検出器２４と、
第２のガンマ線検出器２５を設け、それぞれに対応して
水密容器１２Ａ，１２Ｂと、コリメータ８Ａ，８Ｂを設
けてなり、コリメータ８Ａ，８Ｂ内に遮蔽体７Ａ，７Ｂ
を配設している。また、各ガンマ線検出器２４，２５
は、それぞれ信号ケーブル９ａＡ，９ａＢを介してリニ
アアンプ１０に接続されている。なお、他の構成要素は
第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

【００９１】図１４に示した場合では、第１のガンマ線
検出器２４および第２のガンマ線検出器２５を、それぞ
れ符号１０５Ａ，１０５Ｂで示した位置に、互いに視野
が異なるように配置している。

【００９２】ここでは、例えば、第１のガンマ線検出器
２４によって位置１０５Ａにて視野１０６Ａにおける捕
獲ガンマ線を測定し、第２のガンマ線検出器２５によっ
て位置１０５Ｂにて視野１０６Ｂにおける核分裂生成物
ガンマ線を測定することとする。複数のガンマ線検出器
を使用する場合には、通常は、各検出器の検出効率を求
める必要がある。しかし、本実施の形態においては、双
方のガンマ線検出器２Ａ，２Ｂの位置を交換して再び同
一の測定を行うこととする。

【００９３】すなわち、第１のガンマ線検出器２４を位
置１０５Ｂに移動させて視野１０６Ｂにおける核分裂生
成物ガンマ線を測定し、第２のガンマ線検出器２５を位
置１０５Ａに移動させて視野１０６Ａの捕獲ガンマ線を
測定することとする。これによって、それぞれの測定に
おける計数率によって容易に検出効率比を得ることがで
きる。

【００９４】こうした一連の測定を複数のガンマ線検出
器を用いて行うことにより、ガンマ線の測定精度を更に
高めることができる。

【００９５】（第９の実施の形態）（図１５） 図１５に示すように、第９の実施の形態では、図１０に
示した第５の実施の形態において、さらにガンマ線検出
器２を内包する水密容器１２の上部あるいは下部に、間
隙をおいてガンマ線遮蔽体２７を配置する。図では水密
容器１２の下部に配置して場合を示している。さらに、
水密容器１２とガンマ線遮蔽体２７との間隙部と燃料集
合体１との間に中空容器（中空エアボックス）２３を配
置する。なお、他の構成要素は第５の実施の形態と同様
であるので、説明を省略する。

【００９６】また、燃料集合体１からガンマ線検出器２
によって検出される中性子通路位置となる場所に中空容
器２３を配置することにより、ガンマ線検出器２周辺に
到達する中性子を増加させ、その結果、ガンマ線検出器
２の周辺の水中の水素から発生する捕獲ガンマ線を増加
させることができる。よって、上記第４の実施の形態と
同様の効果を奏することができる。

【００９７】さらに、本実施の形態の奏する効果につい
て、第５の実施の形態と比較して説明する。図１０に示
したようなガンマ線検出器の配置の場合には、ガンマ線
検出器２より下部の軸方向については広範囲のガンマ線
を検出してしまうため、測定軸方向位置の分解能が悪く
なるという欠点がある。そこで、軸方向からのコリメー
トを行うためのガンマ線遮蔽体２７を、水密容器１２の
下部に配置することにより、測定位置より下部からのガ
ンマ線の大半を遮蔽し、測定軸方向位置の分解能を向上
させることができる。

【００９８】（第１０の実施の形態）図１６に示すよう
に、第１０の実施の形態では、コリメータ８内に捕獲ガ
ンマ線発生物質２６を配置している。すなわち、図１２
に示した第７の実施の形態におけるコリメータ８内のガ
ンマ線検出器２側に配置される水素含有物質２２に代え
て、重水に代表される捕獲ガンマ線発生物質２６を配置
する。なお、他の構成要素は第７の実施の形態と同様で
あるので、説明を省略する。

【００９９】捕獲ガンマ線発生物質２６とは、重水に代
表される、中性子を捕獲して捕獲ガンマ線を発生する物
質であれば特に制限はない。

【０１００】燃料集合体１から発生した核分裂生成物ガ
ンマ線は、コリメータ８内の遮蔽体７により減衰して、
ガンマ線検出器２に入射する。これに対し、中性子は、
遮蔽体７では減衰せずにコリメータ８内を通過するが、
その際に捕獲ガンマ線発生物質２６の領域において捕獲
ガンマ線を発生し、この捕獲ガンマ線がガンマ線検出器
２に入射する。

【０１０１】これにより、ガンマ線検出器２で検出され
るガンマ線のうち、捕獲ガンマ線の相対量が増加するか
ら、上記第７の実施の形態と同様の効果を奏することが
できる。

【０１０２】なお、本実施の形態は、第２の実施の形態
のように、ガンマ線検出器２としてエネルギー分解能の
劣るＮａＩシンチレータ検出器等を使用する場合で、水
素の捕獲ガンマ線２．２ＭｅＶの近傍にガンマ線ピーク
があり、ピークの分離が困難な場合に、重水等の中性子
を捕獲して捕獲ガンマ線を発生する物資２６を配置する
ことにより、異なるエネルギーピークをもつガンマ線を
発生させることができるから、例えば捕獲ガンマ線発生
物質２６として重水を用いた場合、中性子の捕獲によっ
て６．３ＭｅＶのガンマ線が発生する。こうして、エネ
ルギー分解能の低いガンマ線検出器２を用いた場合で
も、ピークの分離を容易とすることで、燃焼度測定の精
度を向上させることができる。

【０１０３】なお、図１３に示した場合と同様に、コリ
メータ８と燃料集合体１の間に中空容器（中空エアボッ
クス）２３を配置して燃料集合体−コリメータ間の水を
排除することにより、捕獲ガンマ線発生物質２６で発生
する捕獲ガンマ線の相対量をさらに増加させることがで
きる。

【０１０４】以上詳述した各実施の形態においては、複
数の実施の形態を組み合わせて行うことが可能である。
また、各実施の形態は、沸騰水型原子炉、加圧水型原子
炉に限らず、あらゆる多様な炉型の原子炉の使用済燃料
に適用可能であることはいうまでもない。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
核分裂生成物ガンマ線と中性子の捕獲ガンマ線の測定に
より、簡易でかつ信頼性の高い燃焼度測定を行うことが
できる。

【０１０６】さらに、Ｃｓ１３４／Ｃｓ１３７比、捕獲
ガンマ線／核分裂生成物ガンマ線比を用いることによ
り、測定体系の検出効率変動の影響が少なく、測定値の
誤差が燃焼度へ与える影響の少ない燃焼度測定を行うこ
とができる。

【０１０７】さらに、ＮａＩ等のシンチレータ検出器を
用いることにより、高効率の測定を行うことができる。
または、Ｇｅ等の半導体検出器を用いることにより、高
エネルギー分解能の測定を行うことができる。

【０１０８】さらに、コリメータ等で検出器の視野を調
整し、核分裂生成物ガンマ線と捕獲ガンマ線の相対的強
度を調整することができる。櫛状の遮蔽体を併用するこ
とにより、さらに調整範囲を大きくできる。または、ガ
ンマ線検出器を燃料集合体に平行に配置し、燃料集合体
側に遮蔽体を配置し、核分裂生成物ガンマ線と捕獲ガン
マ線の相対的強度を調整することができ、コリメート用
遮蔽体を併用すれば軸方向測定位置分解能を高めること
ができる。

【０１０９】さらに、ガンマ線検出器近傍に水またはポ
リエチレンを配置することにより、捕獲ガンマ線の強度
を相対的に高めることができる。中空エアボックスを併
用することにより、さらに捕獲ガンマ線の強度を高める
ことができる。

【０１１０】さらに、複数のガンマ線検出器を用いて、
核分裂生成物ガンマ線用と捕獲ガンマ線用にすることに
より、核分裂生成物ガンマ線と捕獲ガンマ線の相対的強
度を調整することができる。

【０１１１】さらに、ガンマ線検出器近傍に重水等の捕
獲ガンマ線を発生する物質を配置することにより、異な
るエネルギーのガンマ線ピークを発生させることができ
る。

【０１１２】さらに、モンテカルロ法による減衰補正、
金箔放射化法による効率補正により、測定ガンマ線強度
から燃焼度への換算の精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る原子炉燃料の
燃焼度測定装置の概略を示す断面図である。

【図２】図１の装置によって収集されるガンマ線スペク
トルの一例の概略を示すグラフである。

【図３】Ｃｓ１３７、Ｃｓ１３４、水素の中性子捕獲ガ
ンマ線の強度と燃焼度の関係を概略で示すグラフであ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る原子炉燃料の
燃焼度測定装置において燃焼度を測定する方法を説明す
るフローチャートである。

【図５】本発明の第２の実施の形態として、ガンマ線検
出器にＮａＩシンチレータ検出器を用いた原子炉燃料の
燃焼度測定装置の概略を示す断面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態として、ガンマ線検
出器にＧｅ検出器を用いた原子炉燃料の燃焼度測定装置
の概略を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態の変形例である原子
炉燃料の燃焼度測定装置の概略を示す断面図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態として、ガンマ線検
出器の視野を制限した原子炉燃料の燃焼度測定装置の概
略を示す断面図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態の変形例である原子
炉燃料の燃焼度測定装置の概略を示す断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態として、燃料集合
体に正対して遮蔽材を設けてなる原子炉燃料の燃焼度測
定装置の概略を示す断面図である。

【図１１】本発明の第６の実施の形態として、ガンマ線
検出器の視野内に櫛状の遮蔽体を配置してなる原子炉燃
料の燃焼度測定装置の概略を示す断面図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態として、ガンマ線
検出器の近傍に水素含有物質を配置してなる原子炉燃料
の燃焼度測定装置の概略を示す断面図である。

【図１３】本発明の第７の実施の形態の変形例である原
子炉燃料の燃焼度測定装置の概略を示す断面図である。

【図１４】本発明の第８の実施の形態として、燃料集合
体に正対して中空容器を配置してなる原子炉燃料の燃焼
度測定装置の概略を示す断面図である。

【図１５】本発明の第９の実施の形態として、ガンマ線
検出器検出器を複数配置してなる原子炉燃料の燃焼度測
定装置の概略を示す断面図である。

【図１６】本発明の第１０の実施の形態として、捕獲ガ
ンマ線発生物質を配置してなる原子炉燃料の燃焼度測定
装置の概略を示す断面図である。

【符号の説明】

１…燃料集合体、 ２，２４，２５…ガンマ線検出器、
３…核分裂生成物ガンマ線、 ４…中性子、 ５…水中
の水素、６…水素による中性子の捕獲ガンマ線、 ７，
１９，２７…ガンマ線遮蔽材、８…コリメータ、 ９
ａ，９ｂ…信号ケーブル、 １０…リニアアンプ、１１
…マルチチャンネルアナライザ、 １２…水密容器、１
３…ＮａＩ検出器、 １４…プリアンプおよび光電子増
倍管、１５…Ｇｅ検出器、 １６…液体窒素容器（デュ
ワビン）、１７…プリアンプ、 １８…冷媒供給用チュ
ーブ、 ２０…燃料棒、２１…チャンネルボックス、
２２…水またはポリエチレン、２３…中空容器（エアボ
ックス）、２６…中性子を捕獲し、捕獲ガンマ線を発生
する物質 ２８…冷却装置

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉燃料に隣接して水中に配置されこ
   の原子炉燃料から放出される中性子が水中の水素に捕獲
   されて放出される捕獲ガンマ線および前記原子炉燃料の
   核分裂生成物が放出する核分裂生成物ガンマ線の強度を
   測定するガンマ線検出器と、このガンマ線検出器と前記
   原子炉燃料との間に設けられる第１のガンマ線遮蔽材
   と、前記ガンマ線検出器に接続され前記ガンマ線検出器
   により検出され送られる検出信号に基きガンマ線スペク
   トルを収集するスペクトル収集手段とを具備することを
   特徴とする原子炉燃料の燃焼度測定装置。
2. 【請求項２】 前記核分裂生成物ガンマ線としてＣｓ１
   ３７およびＣｓ１３４から放出されるガンマ線の強度を
   前記ガンマ線検出器によって測定し、前記捕獲ガンマ線
   の強度と前記Ｃｓ１３７およびＣｓ１３４から選択され
   た１種のセシウムのガンマ線の強度との強度比を求める
   手段と、予め照射履歴データにより前記捕獲ガンマ線の
   強度と前記選択された１種のセシウムのガンマ線の強度
   との強度比に関する燃焼度との相関曲線を求める手段
   と、この相関曲線と前記強度比を求める手段において求
   められた強度比とから前記原子炉燃料の燃焼度を求める
   手段とを具備することを特徴とする原子炉燃料の燃焼度
   測定装置。
3. 【請求項３】 前記ガンマ線検出器と前記原子炉燃料と
   の間に配置され放射線を集束するコリメータを具備し、
   前記第１のガンマ線遮蔽材は、少なくとも前記コリメー
   タの前記原子炉燃料に正対する面の内壁に配設されてな
   ることを特徴とする請求項１記載の原子炉燃料の燃焼度
   測定装置。
4. 【請求項４】 前記第１のガンマ線遮蔽材は、前記コリ
   メータの内壁のうち前記原子炉燃料の燃料集合体を構成
   する燃料棒に正対する位置に配設されてなり、かつ前記
   コリメータの内壁のうち前記核分裂生成物が位置しない
   燃料棒の間隙に正対する位置には前記第１のガンマ線遮
   蔽材を配設しないことを特徴とする請求項３記載の原子
   炉燃料の燃焼度測定装置。
5. 【請求項５】 前記ガンマ線検出器としてＮａＩシンチ
   レータ検出器を用いることを特徴とする請求項１記載の
   原子炉燃料の燃焼度測定装置。
6. 【請求項６】 前記ガンマ線検出器として、半導体検出
   器を用いることを特徴とする請求項１記載の原子炉燃料
   の燃焼度測定装置。
7. 【請求項７】 前記ガンマ線検出器と前記燃料集合体の
   間に配置される水素を含有する物質を具備することを特
   徴とする請求項１記載の原子炉燃料の燃焼度測定装置。
8. 【請求項８】 前記ガンマ線検出器と前記燃料集合体の
   間に配置される中空の容器を具備することを特徴とする
   請求項１記載の原子炉燃料の燃焼度測定装置。
9. 【請求項９】 前記ガンマ線検出器は、少なくとも、前
   記原子炉燃料から放出される中性子が水中の水素に捕獲
   されて放出される捕獲ガンマ線の強度を測定する第１の
   ガンマ線検出器と、前記原子炉燃料の核分裂生成物が放
   出する核分裂生成物ガンマ線の強度を測定する第２のガ
   ンマ線検出器と、からなることを特徴とする請求項１記
   載の原子炉燃料の燃焼度測定装置。
10. 【請求項１０】 前記ガンマ線検出器の上方あるいは下
    方に配置される第２のガンマ線遮蔽材と、この第２のガ
    ンマ線遮蔽材と前記ガンマ線検出器との間隙と前記原子
    炉燃料との間に配置される中空の容器とを具備すること
    を特徴とする請求項１記載の原子炉燃料の燃焼度測定装
    置。
11. 【請求項１１】 前記原子炉燃料と前記ガンマ線検出器
    の間に配置される中性子と反応して捕獲ガンマ線を放出
    する物質を具備することを特徴とする請求項１記載の原
    子炉燃料の燃焼度測定装置。
12. 【請求項１２】 原子炉燃料に隣接して水中に配置され
    るガンマ線検出器を用いて前記原子炉燃料が放出する中
    性子が水中の水素に捕獲されて放出される捕獲ガンマ線
    の強度を測定する工程と、前記ガンマ線検出器を用いて
    前記原子炉燃料の核分裂生成物が放出する核分裂生成物
    ガンマ線の強度を測定する工程と、両ガンマ線の強度に
    より該原子炉燃料の燃焼度を求める工程と、を有するこ
    とを特徴とする原子炉燃料の燃焼度測定方法。
13. 【請求項１３】 前記核分裂生成物は少なくともＣｓ１
    ３７およびＣｓ１３４を含み、前記捕獲ガンマ線の強度
    と、Ｃｓ１３７およびＣｓ１３４から選択される１種の
    核分裂生成物が放出する前記核分裂生成物ガンマ線の強
    度との強度比を求める工程と、予め照射履歴データを用
    いて計算により求めておいた前記強度比と燃焼度との相
    関曲線を用いて該原子炉燃料の燃焼度を求める工程とを
    有することを特徴とする請求項１２記載の原子炉燃料の
    燃焼度測定方法。
14. 【請求項１４】 前記ガンマ線検出器を前記原子炉燃料
    に対して斜に配置して前記核分裂生成物ガンマ線の強度
    を測定する工程を有することを特徴とする請求項１２記
    載の原子炉燃料の燃焼度測定方法。
15. 【請求項１５】 前記原子炉燃料と前記ガンマ線検出器
    との間に放射線を集束させるコリメータを配置し、この
    コリメータによる前記ガンマ線検出器の検出視野に前記
    原子炉燃料が含まれないように前記ガンマ線検出器を配
    置して前記核分裂生成物ガンマ線の強度を測定する工程
    を有することを特徴とする請求項１４記載の原子炉燃料
    の燃焼度測定方法。
16. 【請求項１６】 モンテカルロ法によるガンマ線輸送計
    算により前記核分裂生成物ガンマ線と前記捕獲ガンマ線
    の検出効率の違いの効果を補正する工程と、金箔放射化
    法により検出器位置の中性子束の絶対値を求め、前記捕
    獲ガンマ線測定による中性子検出効率を校正する工程と
    を有することを特徴とする請求項１２記載の燃焼度測定
    方法。