JP2005331380A

JP2005331380A - 放射性ダストモニタ

Info

Publication number: JP2005331380A
Application number: JP2004150201A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Mogi; 健一茂木; Naohiro Mizushima; 直大水島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】焼却減容設備の煙突から放出される粒子状放射性物質の放射線管理に使用される放射性ダストモニタは、焼却される物質により放出される放射能濃度が変化するため、連続監視の運用がなされている。その従来技術では、サンプルガスを導入するサンプルボックスをヒータで加熱する方法が示されているが、この構成では、ガス中の水蒸気の除去が行えず、腐食性ガスによる各種腐食生成物およびそこに付着したダストがサンプルボックス壁へ付着することが防止できず、入手による除去作業を頻繁に必要としていた。また、フィルタ交換も頻繁に行う必要があり、その為、欠測時間が多く必要となるという課題を解決した放射性ダストモニタを提供する。
【解決手段】サンプルガス取り込み手段と、サクションヘッドにヒータが設けられているとともに、気密ボックスに除湿装置が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、原子力発電所や放射性物質利用施設等で発生する可燃性放射性物質を、焼却して容積を減らすための焼却減容設備において、焼却炉の煙突から放出される粒子状放射性物質の放射線管理を行う放射性ダストモニタに関するものである。

焼却減容設備の煙突から放出される粒子状放射性物質の、放射線管理に使用される放射性ダストモニタは、焼却される物質により放出される放射能濃度が変化するため、連続監視の運用がなされている。
前記放射性ダストモニタによる放射性物質の濃度の計測は、煙突から排気中のダストをフィルタ（濾紙）で捕集し、その捕集ダストから放射される放射線を前記フィルタに近接して設けられた放射線検出器によって計測している。このような放射性ダストモニタに要求される一般的な機能は、
（１）粒子状放射性物質の濃度が、サンプリングにより変動しないよう、つまりサンプリング途中のダストのロスを生じないようフィルタに捕集する必要がある。
（２）対象のガスは腐食性のＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ、ＨＣｌの濃度が高く、また水蒸気も多く含むため、配管やサンプリングボックス内での結露や腐食性酸生成物等が付着しないよう、腐食性ガスの濃度に応じた温度、一般的には１００℃以上の高温にサンプルガスを保持する必要がある。
（３）フィルタに捕集されたダストの放射能を測定する放射線検出器が高温によって劣化しないよう、前記サンプルガスから熱遮蔽する必要がある。
などである。

以上のような機能を備えた従来の放射性ダストモニタとして、ヒータで加熱されたサンプルボックス内に設けたフィルタホルダ上にフィルタを固定して設置し、前記フィルタでダストを捕集するとともに、サンプルボックスと放射線検出器との間に熱遮蔽部材を配設して、断熱構造とするものが示されている（例えば、特許文献１図１参照）。

特開平９−１９７０４８号公報

しかしながら前記特許文献１に示されたサンプルボックスを下部からヒーターで加熱する構成では、ガス中の水蒸気の除去が行えず、水蒸気がサンプルボックス壁へ結露することを防止できず、結露水に腐食性ガスが吸収されて酸を生成し、その酸がサンプルボックスの壁を腐食して各種生成物を生じ、そこにダストが付着してダストのロスを生じるという問題点があった。また、前記各種生成物がフィルタ上に落下したり、またフィルタの吸湿のために、フィルタ（濾紙）の交換も頻繁に行う必要もあり、その交換も人手を介するので、やけど防止のため冷却期間を必要とし、放射線測定の欠測時間が長くなるという問題点も有していた。

この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであって、サンプルガス取り込み手段やサクションヘッド、フィルタ等を外気と蔽断する気密ボックスに除湿装置を設けて低湿度の環境とすることで腐食性ガスによる生成物の発生を防止し、また、フィルタの駆動装置を設けた、さらには放射線計測器部の熱遮蔽を小型筒素化した放射性ダストモニタを提供することを目的としている。

この発明に係る放射性ダストモニタは、サンプルガス取り込み手段と、サクションヘッドと、サクションヘッド上に設けられ、サンプルガスから放出されるガス中のダストを捕集するフィルタと、フィルタに対向して設けられ熱シールド筒を具備した放射線検出器と、サンプルガスの排気手段と、フィルタと放射線検出器とサクションヘッドとを覆う放射線シールドと、放射線シールドとサンプルガス取り込み手段とを覆う気密ボックスとが備えられており、
サンプルガス取り込み手段およびサクションヘッドにはヒータが設けられているとともに、気密ボックスには除湿装置が設けられているものである。

この発明の放射性ダストモニタは、気密ボックスに設けた除湿装置によって低湿度環境を作り出し、気密ボックス内壁や、内蔵品の腐食を防止可能とし、放射線計測精度の向上、腐食生成物および付着物除去の為のモニタ運転停止機会の減少化、さらには付着物を除去するための頻繁な人手作業が少なくなるという効果を奏する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この実施の形態１による放射性ダストモニタ１００の構成を示す図である。図において、入口弁１は図示省略の焼却炉の煙突からサンプルガスを取り入れる役割をもつ。このサンプルガスを導く配管２０には入気ヒータ２が設けられ前記サンプルガスを加熱する。前記入口弁１、入気ヒータ２と配管２０によってガス取り込み手段５０が形成される。フィルタ（濾紙）３はサンプルガス中のダストを捕集するもので、駆動装置４によって後述する、サクションヘッド５上を連続的あるいは間欠的に移動する。サクションヘッド５は、本体の上部に設置された前記フィルタ３を通して前記サンプルガスを後述の排気手段６０によって吸引する機能を持つ。前記サクションヘッド５はサクションヘッドヒータ６により所定の温度に加熱される。
放射線検出器９は、前記フィルタ３に捕集されたダストに含まれる放射性核種からの放射線を検出するものであり、前記フィルタ３に対向して設けられている。熱シールド筒１０は前記放射線検出器９を保持するとともに、周辺から前記放射線検出器９への熱侵入を遮断する。断熱板１１は前記熱シールド筒１０をサンプルガスから熱遮断する為に設けられている。前記放射線検出器９が、周辺還境からの放射線を計測することを防止する為に、放射線シールド１２が設けられている。

気密ボックス７は、前記放射線シールド１２の一部、熱シールド筒１０を具備した放射線検出器９、ガス取り込み手段５０の配管２０と入気ヒータ２の一部、サクションヘッド５とサクションヘッドヒータ６、フィルタ３とその駆動装置４とを収納して、外気から機密保持を行うとともに除湿器８を備えており、前記気密ボックス７内の水蒸気成分を排除する。
測定装置１３は、放射線検出器９の検出信号を入力し、測定処理を行うものである。排気手段６０は、前記サクションヘッド５に配管２１でつながり、サンプルガスに含まれる腐食性ガスの除去を行う腐食性ガス除去装置１４と、サンプルガスの圧力を測定する圧力計１５、流量を測定する流量計１６、サンプルガスを移送するポンプ１７、出口弁１８によって構成されている。

サンプルガスは、例えば原子力発電所の焼却炉煙突からの排ガスがサンプリングされて入口弁１から取り込まれ、サクションヘッド５でサンプルガス中の粒子状物質のダストがフィルタ（濾紙）３に捕集されてから、出口弁１８を介し煙突に戻される。
この実施の形態１に示すフィルタ３は、フィルタ駆動装置４と図示省略した駆動制御装置により、前記サクションヘッド５上を所定の速度で連続的に移動しながらダストを捕集し、同時にダストに含まれる放射能が前記フィルタ３に対向して設けられた放射線検出器９で連続測定される。
なお、放射線検出の応答性よりも高感度測定が優先される場合には、前記駆動制御装置によって前記フィルタ駆動装置４はフィルタ３を所定の一定時間停止した状態でダストの捕集と放射線検出の間欠駆動モード運転を行う。なお、この実施の形態１ではフィルタ駆動装置４を設けた例を示したが、必ずしも駆動装置を設ける必要はなく、従来技術で示されたようなフィルタ固定方式であってもよく、また、気密ボックス７内設置されたフィルタ出し入れ装置によって、枚葉式にフィルタを出し入れする方式であってもよい。このことは後述するように除湿器８によって、気密ボックス内の水蒸気を除去する構成を採用したので水蒸気や腐食生成物によるフィルタへの悪影響がなくなるため、フィルタ設置の自由度が向上するからである。

次に気密ボックス７内での腐食生成物に関して述べる。焼却炉煙突の排ガスには腐食性ガスのＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ、ＨＣｌなどが含まれるため、それらがサンプルガス中の水蒸気と結合して酸を生成しないように、酸露点以上の温度を維持した状態で放射性ダストモニタ１００まで送気される。配管２０に設けられた入気ヒータ２で酸露点以上の温度を保持しながら、またサクションヘッドヒータ６でも同様に酸露点以上の温度を保持しながらダストを捕集し、その後腐食性ガス除去装置１４まで導かれる。腐食性ガス除去装置１４は、放射性ダストモニタが置かれている周囲温度より低い温度であり、腐食性ガスを酸として除去して下流の機器を腐食から保護する。気密ボックス７内部のサンプルガスの主経路は、入気ヒータ２とサクションヘッドヒータ６により常に酸露点以上の温度に保持されので、腐食を防止でき、その結果、腐食生成物にダストが付着することによるサンプルの代表性を損なうという障害も防止できる。
気密ボックス７内部のサクションヘッド５で、配管２０によって導かれたサンプルガスは解放されるため、サンプルガスの水蒸気と腐食性ガスが気密ボックス７内部に拡散する。前記気密ボックス７に設置された除湿器８は、前記サンプルガス中の水蒸気を除湿する。この除湿器８には例えば、吸湿剤をトレイに入れて内部に配置する。吸湿剤としては市販のゼオライト等を使用する。前記の気密ボックス７内部に拡散した水蒸気を除湿器８で常時除湿することにより、腐食生成物の生成が防止できる。吸湿剤はフィルタ３の交換と合わせて交換する。サンプルガス中の水蒸気を除湿できる除湿器８を設けることにより、気密ボックス７の内面及びその内部に設置される各機器に付着する腐食生成物の生成を少なくし、腐食されるのを防止できるため、機器の寿命が飛躍的に長くなる。また、除湿のためのサンプルガスの分流を伴わないので、分流によるダスト試料のロス及びドレン処理が発生しないという効果もある。

実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２に係る除湿器８ａの構成について、図２に基づいて説明する。この実施の形態２の除湿器８ａはその内部に、固体電解質膜を備えていることに特徴がある。以下、構成と動作の詳細を述べる。
図２において、８１は固体電解質膜、８２は陽極、８３は陰極、８４は取付板、８５は取付穴である。固体電解質膜８１は、例えばプロトン伝導性を有する機能膜を陽極８２と陰極８３で挟んだ構造になっており、電極間に直流電圧３Ｖ程度を印加すると水素イオンが水分子を伴って膜中を移動する。なお、図２において図の左側が気密ボックス７の内部側、図の右側が気密ボックス７の外部大気側である。陽極８２と陰極８３は多孔質でかつ触媒作用を有し、陽極８２は水蒸気を取り込んでその触媒作用で酸素イオンと水素イオンに分解し、酸素イオンは陽極８２の表面で酸素ガスになり気密ボックス７内部に放出され、水素イオンは固体電解質膜８１の内部を電界で移動し、陰極８３の触媒作用により気密ボックス７の外気の酸素と結合して水蒸気として放出される。この時、水素イオンに付いてきた水も陰極８３の表面から蒸発して外気に放出される。このようにして気密ボックス７内部の除湿が行われる。
固体電解質膜８１としては、例えば、デュポン社の商品名ナフィオンとして市販されている固体高分子電解質膜を用いることができる。これは電気絶縁性の透明なフィルムであり容易に入手できる。なお、電極間に加える電圧は、３Ｖ程度である。この膜は、フッ素系の樹脂を主鎖に持ち、プロトンを付加することができるスルフォニル基ＳＯ_３ ⁻を側鎖に持つ構造になっている。図３はナフィオンを使った固体電解質の内部を水素イオンが移動するメカニズムを示すもので、水素イオンはスルフォニル基ＳＯ_３ ⁻に沿って電解の方向に移動する。

除湿能力は膜面積がー定の場合、気密ボックス７の内部に滞留したガスの絶対湿度のみに比例し、次式（１）で与えられる。
Ｄ＝６×１０^２×ρ×Ｓ‥（１）
Ｄ：水素分離膜の除湿能力（ｇ／ｈ）
ρ：サンプルガスの絶対湿度（ｇ／ｃｍ^３）
Ｓ：固体電解質膜の有効面積（ｃｍ^２）
前記（１）式に基づき、気密ボックス７内部のサクションヘッド５で、一部拡散したサンプルガスを除湿するのに必要な面積を実験的に求める。このように、固体電解質膜８１を使用した除湿器８ａは、結露を生成することがなく水蒸気を除湿することができ、また吸湿剤交換等の保守が不用となり、さらに使用済み吸湿剤のような放射性廃棄物も発生しないという効果がある。

実施の形態３．
次に実施の形態３に係るサクションヘッド５ａの構成について、図４に基づいて説明する。図４（ａ）はサクションヘッド５ａの断面を示し、図４（ｂ）はその平面図である。前記サクションヘッド５ａはヘッド５１と、サンプルガス取り込み用の配管５２の端部５２ａと、サンプルガスの出口配管５３と、フィルタ３のガイド溝５４と、前記サンプルガス取り込みの配管端部５２ａを前記ヘッド５１に取り付けて設けられたサンプルガス噴出口５５と、前記ガイド溝５４の下面に設けられ、前記サンプルガス噴出口５５に近接して設けられた複数のサンプルガス吸入穴５６と、前記ガス吸入穴５６からのサンプルガスを前記出口配管５３に導く導管５３ａとから構成されている。
また、前記サンプルガス取り込み用配管端部５２ａと、前記導管５３ａ、出口配管５３を一体的に加熱するヒータ６ａが設けられている。このサクションヘッド５ａにおいて、サンプリングガスは配管端部５２ａを通り、噴出口５５から噴出して図４では図示省略したフィルタ３の上面に向かい、フィルタ３でダストが捕集されて複数の吸入穴５６、導管５３ａ、出口配管５３を介し排出される。
このようにこの実施の形態３によるサクションヘッド５ａは、サンプルガス噴出口５５と複数の吸入穴５６とが近接して設けられているので、サンプルガスの気密ボックス７内への拡散防止が可能となり、その結果、高精度な放射能濃度検出が行えるとともに、腐食防止も合わせて行える。さらに、導管５３ａと配管端部５２ａ、出口配管５３を一体化して加熱ヒータ６ａが設けられているので、加熱効率の向上、空間スペースの有効活用がはかれる。

実施の形態４．
次に実施の形態４の放射線検出器９を保持する熱シールド筒１０ａを図５に基づいて説明する。
図５において、熱シールド筒１０ａは、外筒１０１、内筒１０２の２層筒の構造であり、前記内筒１０２の内部で図示省略の放射線検出器９が保持されるとともに、前記内筒１０２と外筒１０１の層間は真空層１０３を生成した構造である。このような構成の熱シールド筒１０ａは前記真空層１０３にて伝熱を遮断することができるので、内筒１０２内の温度上昇を抑制可能となり、ひいては放射線検出器９への熱影響を少なくすることができ、高価な高温用放射線検出器を用いる必要がないという効果を奏する。

実施の形態５．
次に、実施の形態５によるサンプルガスの排気手段５０を構成する腐食性ガス除去装置１４ａの一部を図６に基づいて説明する。
図６において、前記腐食性ガス除去装置１４ａには、スチールウール１４２を収容する容器１４１が設けられており、前記スチールウール１４２は、例えば鉄を繊維状にしたものであり、市販のものでよい。このように前記容器１４１内の繊維状のスチールウール１４２の有する広い表面積にて腐食性ガスをトラップするので、より効率的に腐食性ガスを除去可能となり、また、酸性水の発生が少なく、そのドレン処理が不要で装置が簡単化されるという効果がある。
なお当然のことながら、前記腐食性ガス除去装置１４ａは、腐食性ガスをトラップし易いよう、室温中に設置されるか、さらに高効率のトラップ化の為、必要な冷却が施されたものが使用される。

この発明の実施の形態１〜４に係る放射線ダストモニタは、原子力発電所や放射性物質利用施設等で発生する放射性物質の焼却減容設備に適用可能である。

本発明の実施の形態１の放射性ダストモニタを示す図である。本発明の実施の形態２の除湿器を示す図である。本発明の実施の形態２の固体電界質膜の除湿メカニズムを示す図である。本発明の実施の形態３のサクションヘッドを示す図である。本発明の実施の形態４の熱シールド筒を示す図である。本発明の実施の形態５の腐食性ガス除去装置を示す図である。

符号の説明

２入気ヒータ、３フィルタ、４駆動装置、５，５ａサクションヘッド、
６サクションヘッドヒータ、６ａヒータ、７気密ボックス、８，８ａ除湿器、
９放射線検出器、１０，１０ａ熱シールド筒、１２放射線シールド、
１４腐食性ガス除去装置、２０，２１配管、５０サンプルガス取り込み手段、
５２ａ配管端部、５５サンプルガス噴出口、６０排気手段、８１固体電解質膜、
１００放射性ダストモニタ、１０３真空層、１４２スチールウール。

Claims

可燃性放射性物質を焼却する炉から排気されるガス中の放射性ダストを監視する放射性ダストモニタであって、前記放射性ダストモニタには、サンプルガス取り込み手段と、サクションヘッドと、前記サクションヘッド上に設けられ、前記サンプルガスから放出されるガス中のダストを捕集するフィルタと、前記フィルタに対向して設けられ熱シールド筒を具備した放射線検出器と、前記サンプルガスの排気手段と、前記フィルタと放射線検出器とサクションヘッドとを覆う放射線シールドと、前記放射線シールドと前記サンプルガス取り込み手段とを覆う気密ボックスとが備えられており、
前記サンプルガス取り込み手段およびサクションヘッドにはヒータが設けられているとともに、前記気密ボックスには除湿装置が設けられていることを特徴とする放射性ダストモニタ。
前記放射性ダストモニタにはさらに加えて、前記サクションヘッド上に設けられたフィルタを移動させるフィルタ駆動装置が設けられており、前記気密ボックスが前記フィルタ駆動装置も覆うよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射性ダストモニタ。
前記フィルタ駆動装置には制御装置が設けられており、前記制御装置によって前記フィルタが連続的に、または間欠的に前記サクションヘッド上を移動するよう運転制御されることを特徴とする請求項２に記載の放射性ダストモニタ。
前記除湿装置には、固体電解質膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射性ダストモニタ。
前記サクションヘッドには、前記サンプルガス取り込み手段の配管端部に設けられたサンプルガス噴出口と、前記サンプルガス噴出口に近接して設けられた複数のサンプルガス吸入穴とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射性ダストモニタ。
前記サクションヘッドと、前記サンプルガス噴出口に到る前記サンプルガス取り込み手段の配管とを一体的に加熱するヒータが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の放射性ダストモニタ。
前記熱シールド筒は２層筒構造で形成されており、前記層間を真空層としたことを特徴とする請求項１に記載の放射性ダストモニタ。
前記排気手段には腐食性ガス除去装置が設けられており、前記腐食性ガス除去装置内に設けられたスチールウールにより、前記腐食性ガスをトラップすることを特徴とする請求項１に記載の放射性ダストモニタ。