JP2007183107A - 原子炉内に用いられる放射線照射試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉内で用いられる放射線照射試験装置において、その装置の案内管内部から原子炉の冷却材温度を精度良く測定し、案内管を継続利用すること。
【解決手段】高速炉の冷却材１３中で放射線照射を受けさせる試験片が収納される試験容器２と、その試験容器２が挿入され、上下両端部のうち少なくとも下側の端部が閉鎖されている案内管１と、その案内管１内に入れられ、原子炉の運転時における冷却材１３の温度以下で液体となる低融点金属４と、案内管１内に入れられ、低融点金属４の温度を測定する温度計測手段の熱電対３とを備えている。
【効果】低融点金属を介して熱電対に案内管１外部の冷却材の熱が効率良く伝わり、精度良く冷却材温度を測定でき、また試験容器を案内管で冷却材や放射性ガスから隔離し、試験容器の洗浄作業が省けて経済的である。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉内で放射線照射を試験片に受けさせる放射線照射試験装置に関し、特には、放射線照射環境である原子炉の冷却材の温度を測定する手段を備えている放射線照射試験装置に係わる。

ナトリウムを冷却材として用いた原子炉として、高速炉が公知である。その高速炉の原子炉容器内に放射線照射試験装置を一部分が冷却材に浸漬するように挿入して放射線照射試験装置内にセットした試験片に高速炉の中性子を放射線として照射する試験が公知である（例えば、非特許文献１参照）。

既存の放射線照射試験装置は、下端部分が冷却材に浸漬する案内管内に試験片を収納した試験容器を挿入し、冷却材温度を測定するために、案内管内に温度計測手段として熱電対を取付け、案内管の下端を開放端として、その開放端から案内管内に冷却材を流入させ、その冷却材の温度を熱電対を用いて測定し、試験片への放射線照射試験の試験条件の計測を行っていた。

このため、案内管の内部に挿入されて装荷された試験容器には、案内管内に流入してきた冷却材及び放射性ガスで汚染されることになり、原子炉内から試験容器を取出した後にその試験容器を洗浄する作業が必要である。

〔非特許文献１〕電気通信回線を通じて公表された、旧核燃料サイクル開発機構ホー
ムページに掲載された「炉上部材料照射装置」（インターネット上のアドレスhttp: //www.jnc.go.jp/zooarai/joyo/irradiation/results/upr.htm）

原子炉の冷却材で汚染された放射線照射試験装置の試験容器に関する洗浄作業を省くには、放射線照射試験装置の案内管を密閉構造とし、原子炉の冷却材及び放射性ガスを案内管内部に流入させない構造とし、案内管内部の試験容器が汚染されないようにする必要がある。

しかし、案内管内の試験容器の温度は炉内で照射されるために高温であり、酸化防止等を考慮して隔離された案内管内部はアルゴンガス等の不活性ガスに置き換えすることが考えられるが、この不活性ガスは、原子炉が運転状態での冷却材の温度においては、気体状態であるから熱伝導が金属に比べて著しく悪い状態にある。そのため、案内管の外部の冷却材温度を案内管の内部に取付けた熱電対で測定することは精度が悪くなる。

したがって、本発明の目的は、放射線照射試験装置の試験容器を原子炉の冷却材から隔離しながらもその冷却材の温度を極力精度良く測定することにある。

本発明の課題を解決するための手段は、原子炉の冷却材中で放射線照射を受けさせる試験片が収納される試験容器と、前記試験容器が挿入され、上下両端部のうち少なくとも下側の端部が閉鎖されている案内管と、前記案内管内に入れられ、前記原子炉の運転時における前記冷却材の温度以下で液体となる低融点金属と、前記案内管内に入れられ、前記低融点金属の温度を測定する温度計測手段とを備えた原子炉内に用いられる放射線照射試験装置である。

本発明の放射線照射装置によれば、案内管で試験容器を冷却材及び放射性ガスから隔離することが出来るので、試験容器の汚染に伴う洗浄作業が省け経済性が向上するとともに、冷却材の温度を低融点金属を介して、気体を介すものに比較して精度良く計測できるので、冷却材の温度測定の精度を極力向上することが出来る。

以下に本発明の実施例を、図を参照しながら説明する。冷却材１３としてナトリウムを用いた原子炉として高速炉が知られている。その高速炉の概略は、図５に示すように、核燃料が入っている燃料体１１を複数本束ねて構成された炉心と、その炉心を収納する原子炉容器１０と、原子炉容器１０内に炉心部を浸漬するように入れられた冷却材１３としてのナトリウムと、原子炉容器１０の上部を覆って密封する原子炉容器１０のプラグ１００と、そのプラグ１００の一部分を他部分に対して回転自在に構成した回転プラグ１０１と、前記ナトリウムを図示していない熱交換器と原子炉容器１０との間で循環させる図示していない電磁ポンプとを備えている。

原子炉容器１０内のナトリウムは、燃料体１１内の核燃料の核反応による熱で加熱されて液体の状態で、電磁ポンプにより、熱交換器と原子炉容器１０との間で循環し、熱交換器で熱の一部を熱交換器内を流れる他の液体に伝えて熱エネルギーが原子炉から引き出される。

熱交換器から原子炉容器１０内に戻されてきたナトリウムは液体状のまま炉心の下部から炉心を上方へ通過し、その通過時に再度炉心で摂氏５００度から摂氏５３０度の範囲に加熱され熱交換器側へ送られるという循環を繰り返す。このような高速炉では、図示していない制御棒を炉心に全挿入して炉心出力を止めて出力運転を停止しても、冷却材１３を液体状に維持する加熱保温装置などが稼動し続ける状態を維持するので、炉心の入口側
（炉心の下側）での冷却材１３の温度は摂氏２５０度である。そのため、その冷却材１３の炉心出口側（炉心の上方）での温度は炉心からの崩壊熱などを受けて２５０度を超えるものである。

このような高速炉は、核反応に伴って、炉心で発生した中性子を放射線として試験片に当てるという放射線照射試験にも用いられる。放射線照射試験には、放射線照射試験装置１２を原子炉容器１０内に挿入して用いる。

放射線照射試験装置１２は、図１のように、中空円筒状の案内管１と、案内管１内に入れられている中空な試験容器２と、試験容器２を懸垂支持するフレキシブルチューブ５と、フレキシブルチューブ５が固定されるとともに案内管１の上部を密封するシール装置６と、シール装置６を貫通してフレキシブルチューブ５内を通過して試験容器２上端部近傍にまで延長されている信号線７と、信号線７に接続されていて試験容器２の下端からさらに下方へ引き出されている温度計測手段としての熱電対３と、案内管１の下側の端部を密封するキャップ８と、キャップ８内に入れられて熱電対３と接する低融点金属４とを主たる構成として備える。

案内管１は、図１のように、上端に水平なフランジ１４が形成されていて、そのフランジ１４は回転プラグ１０１に開口している穴の縁に引っかかる大きさを備えている。図１における案内管１の下側の端面には、キャップ８が溶接され、その案内管１の下側の端部はキャップ８によって密封されている。

キャップ８の断面形状は、図２のように、上端部が案内管１と同径とされ、下端部がそれよりも小さな径に絞られて下方へ突き出された中空状の突起８１にされている。その突起の中には、低融点金属４として、鉛又は鉛と錫の合金のいずれかが、図２のように入れられている。

高速炉の定格運転時の冷却材１３の温度は摂氏５００度から摂氏５３０度の範囲に入っているので、低融点金属４として採用した鉛又は鉛と錫の合金は融点が摂氏２５０度未満であることから、高速炉の運転時には、その低融点金属４は原子炉の定格運転時においても炉心出力停止状態においても溶融して液体状となっているものである。

低融点金属４は、高速炉で放射線照射試験する際の冷却材１３の温度未満で液状に成る金属、好ましくは、高速炉が炉心出力を停止して冷却材１３の加熱保温されている状態でのその冷却材１３の温度（例えば、摂氏２５０度）以下の融点を有する金属であれば鉛又は鉛と錫の合金以外の他の金属であっても良い。

案内管１の上端側は、シール装置６で閉鎖されて密封されている。シール装置６は、図３のように、上部に水平なフランジ６１が形成された金属製のシール本体６２と、そのシール本体６２の周囲に組み込んだ弾性素材によるＯリング６３とを備えている。そのシール装置６はフランジ６１部分が案内管１のフランジ１４の上方に重ね置きされた状態で案内管１内に挿入されている。案内管１内に挿入されたシール装置６はシール本体６２と案内管１内面との間にＯリング６３が強く押し付けられてシール本体６２とＯリング６３とで案内管の上側端部を密封するシール機能を発揮している。

シール本体６２の中心部には、フレキシブルチューブ５の上端が接着剤で接着固定されている。フレキシブルチューブ５の下端は試験容器２の上端にねじで螺合結合されている。これにより、試験容器２はフレキシブルチューブ５によってシール装置６から懸垂支持できるようになっている。

その試験容器２は、上部の概略半球状の上蓋部分２２と、下部の概略半球状の下蓋部分２３と、上下両蓋部分との間の円筒状の部分２１とで外殻が構成され、中空の容器であり、放射線照射を受ける試験片が中に入れられる構造となっている。試験片の試験容器２に対する出し入れのために、試験容器２の円筒状の部分２１は縦に半割となる構成となっていて、その半割の円筒状の部分２１は上下両蓋部分にねじで着脱自在となる構成を有する。試験容器２を組み立てるには、その各半割の円筒状の部分は一つの円筒状に合わせられて上下両蓋部分とねじで結合することで達成される。

温度計測手段の熱電対３は、試験容器２の中から試験容器２の下蓋部分２３を貫通してキャップ８の突起８１内にまで到達している。その熱電対３には信号線７の一端が電気的に接続され、その信号線７は、フレキシブルチューブ５内を通過し、シール本体６２を貫通して案内管１の外へ導き出されている。シール本体６２を信号線７が貫通する部分には樹脂が充填されてシール装置６の密封能力が低下しないように配慮されている。信号線７の他端部分には、熱電対３による信号を温度に置き換えて記録する温度計測手段の本体に接続されている。

このような構成の放射線照射試験装置１２は、以下のようにして用いられる。即ち、高速炉の制御棒を炉心に全挿入して炉心出力運転を停止する。次に、高速炉の回転プラグ
１０１に上部から案内管１をキャップ８が下になるように縦向きに通して、原子炉容器
１０の中に案内管１を挿入し、図５のように、案内管１が冷却材１３中に浸漬するようにする。

この状態では、図１のように、案内管１のフランジ１４が回転プラグ１０１に乗って支持されている。このように案内管１を原子炉容器１０内に挿入して回転プラグ１０１から案内管１を支持した状態で、案内管１の内部は原子炉容器１０内の冷却材１３及び放射性ガスから隔離されている。その案内管１の内部に、放射線照射を受ける試料として試験片を入れた試験容器２をフレキシブルチューブ５で吊って案内管１内に吊り降ろし、試験容器２を案内管１内の下部に挿入する。その挿入によって、図５のように、炉心の直上に試験容器２が位置し、原子炉容器１０内の冷却材１３や放射性ガスから案内管１によって試験容器２が隔離される。

このようにして試験容器２を放射線照射を受ける位置に位置させた状態では、シール装置６は案内管１の上部を閉鎖するように挿入されていて、Ｏリング６３が案内管１内面とシール本体６２との間でシール機能を発揮している。必要に応じて、案内管１内にはアルゴンガスなどの不活性ガスが充填される。

案内管１の下部が冷却材１３に浸漬されると、冷却材１３の熱を受けて常温では固体状態であった低融点金属４が溶融して液体状態となる。その後に、試験容器２が案内管１内に吊り下ろされるから、試験容器２の下端から下方へ突き出されている熱電対３はキャップ８の突起８１内に封入された低融点金属４に浸漬され、熱電対３と低融点金属４との接触が密になって両者間での熱伝達が良好となる。

熱電対３は冷却材１３の温度をキャップ８と低融点金属４を介して試験情報として検知するものであるが、このように冷却材１３の温度を測定するもの以外にも、試験容器２内の温度を測定するものがあっても良く、それらは、試験容器２及びフレキシブルチューブ５、更にシール装置６の内部を引き回されている信号線７を通じて炉外へ伝達され、温度計測手段の本体で温度に換算されて記録される。

内部に信号線７が引き回されているフレキシブルチューブ５は、試験容器２を上方に引き抜くことができれば単なる管でも、あるいはワイヤー（ワイヤーの場合、信号線７はワイヤーに束ねる等の処置をする）でも良い。

試験片に放射線照射を受けさせる位置に試験容器２を位置させ、シール装置６を案内管１にセットした後には、炉心から制御棒を引き抜いて定格運転に切り替える。このようにすると、炉心内での核燃料の核反応が活発となって中性子が多く発生する。その中性子が試験片に当てられて放射線照射試験が成される。

放射線照射試験が成されている間も、熱電対３は冷却材１３の温度をキャップ８や低融点金属４を介して間接的に受けて、相応の信号を信号線７を通じて温度計測手段の本体へ伝送している。キャップ８や低融点金属４は気体に比べて熱伝導性の良いものであるから冷却材１３の温度を精度良く計測できる。

放射線照射試験が終わった後には、高速炉の炉心に制御棒を全挿入して炉心出力を停止する。その後に、シール装置６を案内管１から外してフレキシブルチューブ５を引き上げる。その引き上げに伴って、試験容器２は案内管１の上方へ引き抜かれる。このように引き抜かれた試験容器２は、試験容器２の円筒状の部分２１を半割りに分解して、試験容器２内から試験片を取出して次の試験作業に試験片を渡す。

案内管１から引き上げられて取出された試験容器２は、案内管１で原子炉容器１０内の冷却材１３や放射性ガスから隔離されていたので、試験容器２を案内管１から引き抜いた後の試験容器２に対する洗浄作業は必要としない。

放射線照射試験を新たな試験片に施す場合には、その試験片を試験容器２に入れて、上述と同様に案内管１内に挿入し、試験容器２を案内管１で原子炉容器１０内の冷却材１３や放射性ガスから隔離して試験片に照射を受けさせる。このようにして、案内管１や試験容器２を繰り返して使用することが出来る。

低融点金属４を内包するキャップ８の突起８１の内面には、図４のように、低融点金属４との接触によってキャップ８が腐食されるのを防止する目的で、Ｃｒ等の金属メッキ９を施して腐食防止処理を加えることが好ましい。尚、キャップ８や案内管１はステンレス鋼製である。

放射線照射試験が終了して案内管１から試験で使用した試験容器２を取出し、原子炉容器１０に挿入した状態のままの案内管１に新たな試験片を入れた新たな試験容器２を挿入して試験容器２のみを交換し、案内管１等の他の構成を継続利用することであっても良い。

このように、本発明の実施例によれば、液体金属を冷却材１３に用いる高速炉で、炉上部から前記液体金属中に縦向きに挿入される案内管１と、冷却材１３及び放射性ガスと隔離された案内管１の内部に照射試験片を収納した試験容器２にてなる放射線照射試験装置において、案内管１内部の下部に熱伝導の良い低融点金属４を封入することで、案内管１内部の熱電対３で照射試験中の案内管１外部の冷却材１３温度を精度良く測定できる原子炉内における放射線照射試験装置１２が提供できる。

また、案内管１の下端のキャップ８の突起の内面に金属メッキ９を施して案内管１の耐久性を高めて繰り返し使用できる原子炉内における放射線照射試験装置１２が提供できる。

また、冷却材１３及び放射性ガスと隔離された案内管１の内部の試験容器２が汚染されないことで放射線照射試験後の試験容器２の洗浄作業を必要としない原子炉内における放射線照射試験装置１２が提供できる。

本発明の実施例における放射線照射試験装置１２の特徴点は、案内管１内部の下部に熱伝導の良い低融点金属４を封入し、熱電対３をその中に浸漬させることであるから、熱電対３は、熱伝導の悪い不活性ガスを介せず、熱伝導の良い低融点金属４を介することで、案内管１の外部の冷却材１３温度を精度良く測定が可能となる。特に、キャップ８の下端を細く下方へ突き出した突起を設け、その突起の内側に低融点金属４を入れておけば、その突起は案内管１に比較して細いので、冷却材１３の温度変化に追従して突起部の温度変化も変化し、低融点金属４の温度追従性を良好にする。そのため、冷却材１３の温度より精度良く迅速に計測できる。

本実施例における低融点金属４は、炉上部から照射装置を炉内に装荷して使用している時の使用温度では液体で、案内管１を冷却材１３に浸漬する前の放射線照射試験装置１２の組立中や炉外に脱荷した時の常温では固体であるものを使用し、常温での取扱いを容易とする。つまり、原子炉容器１０内の炉内で使用中に低融点金属４が液体であれば熱電対３との密着性が向上され、案内管１外部の冷却材１３の熱が効率良く熱電対３に伝わり、精度良く冷却材１３温度を測定可能となる。また、炉外で取扱い中に低融点金属４が固体の状態であれば放射線照射試験装置１２を横向きにした場合も低融点金属４が流れることはなく取扱い性が容易となる。

この発明は、液体金属を冷却材に使用している原子炉内で放射線照射試験をする装置に利用される。

本発明の実施例による、放射線照射試験装置の縦断面図である。 図１のＡ矢視部の拡大図である。 図１のシール装置部の詳細断面図である。 他の実施例による場合の図１のＡ矢視部の拡大図である。 本発明の実施例による放射線照射試験装置を高速炉に設置した状態の原子炉容器１０の縦断面図である。

符号の説明

１…案内管、２…試験容器、３…熱電対、４…低融点金属、５…フレキシブルチューブ、６…シール装置、７…信号線、８…キャップ、９…金属メッキ、１０…原子炉容器、
１１…燃料体、１２…放射線照射試験装置、１３…冷却材。

Claims (6)

1. 原子炉の冷却材中で放射線照射を受けさせる試験片が収納される試験容器と、
   前記試験容器が挿入され、上下両端部のうち少なくとも下側の端部が閉鎖されている案内管と、
   前記案内管内に入れられ、前記原子炉の運転時における前記冷却材の温度以下で液体となる低融点金属と、
   前記案内管内に入れられ、前記低融点金属の温度を測定する温度計測手段と、
   を備えた原子炉内に用いられる放射線照射試験装置。
2. 請求項１において、前記案内管の前記端部に中空な突起を有し、前記突起の中空空間内に前記低融点金属を入れてある原子炉内に用いられる放射線照射試験装置。
3. 請求項１又は請求項２において、前記低融点金属と接する前記案内管の内面に、前記低融点金属との接触による腐食を防止する処理が施されている原子炉内に用いられる放射線照射試験装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項において、前記原子炉は前記冷却材としてナトリウムを用いる高速炉であり、前記低融点金属は鉛又は鉛と錫の合金である原子炉内に用いられる放射線照射試験装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項において、前記案内管の上部は前記案内管に着脱自在に取付けられたシール装置によって閉鎖され、前記シール装置と前記試験容器とは前記案内管内に配置した長尺部材で機械的に接続されている原子炉内に用いられる放射線照射試験装置。
6. 請求項５において、前記長尺部材はフレキシブルチューブであり、前記フレキシブルチューブ内と前記試験容器内とは連通され、前記温度計測手段の信号線が前記フレキシブルチューブ内に通されている原子炉内に用いられる放射線照射試験装置。
   

Images