JP2009236869A

JP2009236869A - 臨界警報装置

Info

Publication number: JP2009236869A
Application number: JP2008086618A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Kono; 野繁宏河
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】臨界警報装置が臨界事象の発生を確実に検出し判定すると共に、臨界事象発生後に臨界事象が継続しているか否かについても確実な判定が可能となる。
【解決手段】臨界警報装置１０は、核施設１００の周縁の距離的に近い位置に設けられた放射線検出器１ａ〜１ｎと、放射線検出器１ａ〜１ｎの出力が所定の時間内で同時に一定値以上であるか否かを判定する同時性判定回路４と、検出された放射線が同時に一定値以上に上昇している場合に臨界事象が発生したものと判定して臨界警報信号を発報する臨界警報発報回路７と、を備えると共に、放射線検出器１ｎの近傍および当該核施設１００外の測定地点で中性子線を検出してレベルが高い場合に中性子線高レベル信号を出力する中性子線検出器１１と、中性子線検出器１１，２１，３１から中性子線高レベル信号が出力されている場合に臨界警報発報回路７からの臨界警報信号の発報を継続させ、中性子線高レベル信号が出力されていない場合に臨界警報信号の発報を停止させる臨界警報停止回路１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、臨界警報装置に関し、特に、発報された臨界警報を確実に停止させる機能を有する理解警報装置に関する。

従来の臨界警報装置においては、臨界事象が発生したときに突発的に大線量となったガンマ線（γ線）を検知するために複数のガンマ線検出器を使用している。また、通常時のガンマ線強度が高い場所での臨界事象の検出のためには複数の核分裂型半導体検出器を用いている。これら複数の検出器出力レベルが同時に予め設定した値を越えた場合に臨界事象発生と判断して臨界警報を発報している。

このような従来の臨界警報装置においては、検出器により検知された検出値レベルが予め設定した値以下になると共に、臨界事象が発生してから一定時間が経過した場合に、臨界警報の発報を停止可能にしている。例えば、特許文献１においては、２つのセンサが同時に高放射能を検知した場合に第１の判定部が警報を発報させ、２つのセンサによる高放射能の検知が一定時間以上の継続を第２の判定部が判定し、検知が正しいものと判定された場合には警報を継続させ、誤りであるものと判定された場合には警報を停止させるようにしている。

また、特許文献２においては、即発臨界判定部が３台の即発臨界検出器からのトリップ信号を入力して２／３論理で核的暴走による瞬時的な即発臨界事象を判定すると共に、緩慢臨界判定部が３台の緩慢臨界検出器からのトリップ信号を入力して２／３論理で徐々に核反応が増加する緩慢臨界事象を判定している。それぞれ判定された即発臨界事象及び緩慢臨界事象が警報発生回路で処理されて臨界警報が発報されるので、即発臨界の検知に加えて緩慢臨界を検知可能な独立した検出系により緩慢臨界事象を確実に検知でき、ノイズや電源断による誤警報を適切に防止でき、監視を中断しない状態で点検を実施でき、点検の煩雑さを解消して点検時間を短縮できる。

また、特許文献３においても、早い臨界事象の検出機能を維持しつつ、１／３以上が継続して検出され、かつ、所定時間以上に亘る２／３異常が検出されると、遅い臨界事象の発生を判定して遅い臨界警報出力することにより、安全性の向上を図っている。

近年、核燃料再処理施設が大型化するのに伴い処理容器も大型化してきたため、上記の文献１ないし３においても従来の即発臨界に加えて容器形状バックリングによる遅発臨界事象も検知するため、より低いレベルのガンマ線（γ線）で警報を発生する検出器を従来の検出器と並行して用いるようになっている。
特開２００２−１１６２８６号公報特開２０００−１３１４８８号公報特開平８−７５８８９号公報

しかしながら、従来の臨界警報装置によれば、臨界事象発生時の爆発力により検出器の破損が発生する場合を予め想定して、臨界事象発生後の測定は必須とはしておらず、臨界警報の停止は専ら経過時間によるものとしていた。しかし、近年発生した臨界事故においては爆発力が小さく、検出機器を破損することは無かったが、臨界事象発生後のγ線レベルが低く臨界事象が収束したのか否かを判断することが難しいという問題がある。

また、上記の遅発臨界に対応した臨界警報装置においては、遅発臨界による低レベルのγ線の発生においても臨界事象の発生を検知して臨界警報を発報することはできるが、臨界警報の停止に関しては、確実に臨界警報の発報を停止することが難しいという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、臨界警報装置が臨界事象の発生を確実に検出し判定すると共に、臨界事象発生後に臨界事象が継続しているか否かについても確実な判定が可能となり、臨界事象が継続しているにも拘わらず誤って臨界警報を停止することのない臨界警報装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の基本構成としての第１構成に係る臨界警報装置は、核施設に近い位置に設置された複数の放射線検出器の出力が予め定められた時間内で同時に一定値以上に上昇した場合に臨界事象が発生したものと見なして臨界警報信号を発生させる臨界警報装置において、前記核施設周縁の距離的に近い位置にそれぞれ設けられた複数の放射線検出器と、前記放射線検出器の複数の出力が予め定められた時間内で同時に一定値以上に上昇しているか否かを判定する同時性判定回路と、前記同時性判定回路により検出放射線が同時に一定値以上に上昇しているものと判定された場合に臨界事象が発生したものと判定して臨界警報信号を発報する臨界警報発報回路と、を備えると共に、前記放射線検出器の近傍および当該核施設以外の測定地点に設けられて前記核施設の周辺および他の測定地点の中性子線を検出してこの中性子線のレベルが高い場合に前記臨界事象が継続していることを示す信号として中性子線高レベル信号を出力する中性子線検出器と、前記複数の中性子線検出器から中性子線高レベル信号が出力されている場合に前記臨界事象が継続しているものと判断して前記臨界警報発報回路からの前記臨界警報信号の発報を継続させると共に、前記中性子線検出器から中性子線高レベル信号が出力されていない場合に前記臨界警報発報回路の前記臨界警報信号の発報を停止させる臨界警報停止回路と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２構成に係る臨界警報装置は、上記第１構成に係る臨界警報装置において、前記臨界警報停止回路は、前記中性子線検出器の出力信号に対して演算処理して前記中性子線高レベル信号を生成する論理回路を備えることを特徴とする。

本発明の第３構成に係る臨界警報装置は、上記第２構成に係る臨界警報装置において、前記論理回路における前記演算処理は、前記中性子線検出器の出力信号に対して中性子線強度が予め設定された値を越えているか否かの判定を含むことを特徴とする。

本発明の第４構成に係る臨界警報装置は、上記第２構成に係る臨界警報装置において、前記論理回路における前記演算処理は、前記中性子線を検出する前記複数の中性子線検出器の出力信号が同時に上昇しているか否かの判定を含むことを特徴とする。

本発明の第５構成に係る臨界警報装置は、上記第１構成に係る臨界警報装置において、前記中性子線検出器は、当該臨界警報装置が設置された第１のシステムとは異なる第２または第３のシステムの構成要素として設けられ、前記第１のシステムの当該臨界警報装置は前記第２または第３のシステムから前記臨界事象が継続していることを示す信号を入力することを特徴とする。

本発明は、臨界事象の発生を確実に検出して判定できると共に、臨界事象発生後に臨界事象が継続しているか否かについても確実な判定が可能となり、臨界事象が継続しているにも拘わらず誤って臨界警報を停止することなく、臨界事象の継続を確実に検出することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る臨界警報装置の実施形態について詳細に説明する。近年の臨界事故から得られた知見によれば、臨界事象の収束の確認は、ガンマ（γ）線レベルの低下よりも中性子線の発生があるか否かで判断するほうがより確実であるというものであった。このため、本発明においては、臨界事象を放射線（ガンマ線）により検知して臨界警報を発報した後、臨界警報を停止する条件として中性子の発生の有無を加えたことにより臨界警報停止の確実性を向上させている。

第１実施形態

まず、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る臨界警報装置について、説明する。図１において、第１実施形態に係る臨界警報装置１０は、核施設１００に近い位置に設置された複数の放射線検出器１ａ〜１ｎの出力が予め定められた時間内で同時に一定値以上に上昇した場合に、臨界事象が発生したものと見なして臨界警報信号Ｓ_Ｃを発生させている。

臨界警報装置１０は、核施設１００の周縁の距離的に近い位置にそれぞれ設けられたｎ個（ｎは２以上の正の整数）の複数個の放射線検出器１ａ〜１ｎと、放射線検出器１ａ〜１ｎの複数の出力が予め定められた時間内で同時に一定値以上に上昇しているか否かを判定する同時性判定回路４と、この同時性判定回路４により検出放射線が同時に一定値以上に上昇しているものと判定された場合に、臨界事象が発生したものと判定して臨界警報信号Ｓ_Ｃを発生させる臨界警報発報回路７とを備える。この複数個の放射線検出器１ａ〜１ｎと同時性判定回路４と臨界警報発報回路７の構成は、従来の構成と略々同じである。

第１実施形態に係る臨界警報装置１０は、さらに、放射線検出器１ａ〜１ｎの近傍および当該核施設１００以外の測定地点に設けられて核施設１００の周辺および他の測定地点の中性子線を検出する複数の中性子線検出器１１，２１，３１と、これら複数の中性子線検出器１１，２１，３１からの検出値に基づく複数の中性子線高レベル信号Ｓ_Ｈが出力されて臨界事象が継続しているものと判断した場合には臨界警報発報回路７からの臨界警報信号Ｓ_Ｃの発報を継続させると共に複数の中性子線検出器１１，２１，３１から複数の中性子線高レベル信号Ｓ_Ｈが出力されていない場合に臨界警報発報回路７の臨界警報信号Ｓ_Ｃの出力を中断する臨界警報停止回路１２とを備えている。

中性子線検出器１１，２１，３１は、中性子線のレベルが高い場合に臨界事象が継続していることを示す信号として中性子線高レベル信号Ｓ_Ｈを出力する。また、臨界警報停止回路１２は、これら複数の中性子線検出器１１，２１，３１からの複数の出力信号を入力して論理演算して中性子線検出器１１，２１，３１から複数の中性子線高レベル信号が出力されている場合に臨界事象が継続しているものと判断する論理手段（図示せず）と、論理手段の判断に基づいて臨界警報発報回路７からの臨界警報信号の出力を継続させると共に中性子線高レベル信号Ｓ_Ｈが出力されていない場合に臨界警報発報回路の臨界警報信号Ｓ_Ｃの発報を中断する臨界警報停止手段（図示せず）を備えている。

図１に示された第１実施形態の基本構成に係る臨界警報停止回路は、複数の中性子線検出器１１，２１，３１の出力信号に対して演算処理して中性子線高レベル信号Ｓ_Ｈを生成する論理回路を備えるように構成されていても良い。

また、その論理回路における演算処理は、中性子線検出器１１，２１，３１の出力信号に対して中性子線強度が予め設定された値を越えているか否かの判定により行なうようにしても良い。

さらに、論理回路における前記演算処理は、中性子線を検出する複数の中性子線検出器１１，２１，３１の出力信号が同時に上昇しているか否かの判定により行なうようにしても良い。

中性子線検出器１１，２１，３１は、ガンマ線補償型であっても良いし、反跳陽子型であっても良い。さらに、中性子線検出器１１，２１，３１は、核分裂電離箱検出器であっても良いし、Ｈｅ^３検出器により構成されても良い。このＨｅ^３検出器により構成した場合、臨界警報停止回路１２は、Ｈｅ^３検出器の出力信号の大きさが予め設定した値以上の場合の計数率が別途設定した回数以上の場合に臨界継続中の信号を臨界警報発報回路７より入力するようにしても良い。

また、中性子線検出器１１，２１，３１は、当該臨界警報装置１０が設置された第１のシステムとは異なる第２のシステム２０または第３のシステム３０の構成要素として設けられ、第１のシステムの当該臨界警報装置１０は、前記第２または第３のシステム２０，３０から臨界事象が継続していることを示す信号を入力する。この場合、第２のシステム２０に設けられた中性子線検出器２１は、第１のシステムの当該臨界警報装置１０の中性子線検出器１１の近傍に設置されている空間線量監視用の検出器であっても良い。また、第２のシステム２０の構成要素である中性子線検出器２１は、核施設１００を含む建屋の外側に設置された環境監視用の中性子線検出器であっても良い。

第２実施形態

図２に本発明の第２実施形態の基本構成を示す。第２実施形態においては、放射線検出器として複数のガンマ線検出器１ａ，…，１ｎが設けられ、ガンマ線強度に比例した信号を出力している。ガンマ線検出器１ａ，…，１ｎの内部には、判定回路２ａ，…，２ｎが設けられて予め設定した値より検出器信号が大きくなった場合に放射線高レベル警報信号Ｓ_Ｈを発生させる。放射線高レベル警報信号は、複数の信号分配回路３ａ，…，３ｎに供給され、１台の検出器１ａまたは１ｎの放射線高レベル警報信号Ｓ_Ｈを複数の同時性判定回路４ａ，…，４ｎに設けられた複数の論理回路６ａ，…，６ｎに分配する。

複数の同時性判定回路４ａ，…，４ｎは、タイマ５ａ，…，５ｎをも内蔵しており、論理回路６ａ，…，６ｎは、タイマ５ａ，…，５ｎの計時により一定時間内に複数のガンマ線検出器１ａ，…，１ｎから放射線高レベル警報が出力された場合に同時性警報を出力する。論理回路６ａ，…，６ｎは、例えば２／３論理（2 out of 3）であったり、２／４論理（2 out of 4）であったり、あるいは単純な論理積（ＡＮＤ）であっても良い。臨界警報発報回路７は、タイマ８と論理回路９を内蔵しており、一定時間内に複数の論理回路６ａ〜６ｎから同時性警報が出力された場合に、放射線の検知レベルが高レベルであるものと判定して臨界警報信号Ｓ_Ｃの発報を出力する。

論理回路６ａ，…，６ｎと同様に論理回路１４は、例えば２／３論理（2 out of 3）であったり、２／４論理（2 out of 4）であったり、あるいは単純な論理積（ＡＮＤ）であっても良い。臨界警報停止回路１２は、とタイマ１３と、論理回路１４と、セット／リセット回路１５とを内蔵する。タイマ１３は、臨界警報発報回路７から臨界警報が発報された時点で起動して、予め設定された時間を経過した後に、一定時間経過信号１６を出力する。

論理回路１４は、タイマ１３からの一定時間の経過信号１６と、ガンマ線検出器１ａ〜１ｎの放射線高レベル信号Ｓ_Ｈと中性子線検出器１１の中性子線高レベル信号１７と、第２のシステム２０から出力される中性子線高レベル信号２７と、第３のシステム３０から出力される中性子線高レベル信号３７を入力して、各高レベル信号の論理輪の否定信号と一定時間経過信号１６の論理積を出力して、セット／リセット回路１５は、臨界警報信号Ｓ_Ｃをリセット入力として論理回路１４の出力をセット信号とし、その結果を臨界警報停止信号１８として臨界警報発報回路７に出力する。

臨界警報発報回路７は、臨界警報停止回路１２から臨界警報停止信号１８を入力した時に臨界警報Ｓ_Ｃを停止する。臨界警報装置１０では、臨界警報Ｓ_Ｃの誤発報による影響を考慮して誤発報の確率を低減するために冗長化論理回路を構成しているが、臨界警報の停止条件として用いる中性子線検出器１１に対してはその必要性は必須ではないので、中性子線検出器１１は１台であっても良いし、複数台であっても良い。中性子線検出器１１を複数台用いる場合は、論理回路１４に高レベル信号を入力する前に、論理回路１４を設置して冗長化論理を構成する事も可能である。

また、中性子線検出器１１に求められる条件は、臨界事象発生後の強いガンマ（γ）線場で中性子を検出することであるので、ガンマ（γ）線補償型の中性子検出器が適している。また、反跳陽子型中性子検出器や核分裂型中性子線検出器もガンマ（γ）線感度を低くして中性子感度を高くすることが可能であるので適用可能である。また、H e^３検出器を用いる場合は、検出器出力の波高値が中性子線エネルギに比例するため、検出器出力に波高弁別を行なうことで宇宙線のバックグランドの影響を低減することができる。

第２のシステム２０の具体例としては、臨界警報装置のガンマ（γ）線検出器が設置されている場所と同じ場所あるいは同じ建屋に設置されている中性子線検出器２１を有するエリア放射線モニタシステムが挙げられる。また、第３のシステム３０の具体例としては、臨界警報装置１０が設置されている施設の周辺に設置されている環境監視用モニタリングポストシステムの中性子線検出器３１を有する局舎が挙げられる。

本発明によれば、臨界警報装置において臨界事象発生後に臨界事象が継続しているか否かの判定が可能となり、臨界事象が継続しているときに誤って臨界警報を停止することが無くなる。

本発明の第１実施形態に係る臨界警報装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る臨界警報装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ〜１ｎ放射（ガンマ）線検出器
４同時性判定回路
７理解警報発報回路
１０臨界警報装置（第１のシステム）
１１，２１，３１中性子線検出器
１２臨界警報停止装置
２０第２のシステム
３０第３のシステム

Claims

核施設に近い位置に設置された複数の放射線検出器の出力が予め定められた時間内で同時に一定値以上に上昇した場合に臨界事象が発生したものと見なして臨界警報信号を発生させる臨界警報装置において、
前記核施設周縁の距離的に近い位置にそれぞれ設けられた複数の放射線検出器と、
前記放射線検出器の複数の出力が予め定められた時間内で同時に一定値以上に上昇しているか否かを判定する同時性判定回路と、
前記同時性判定回路により検出放射線が同時に一定値以上に上昇しているものと判定された場合に臨界事象が発生したものと判定して臨界警報信号を発報する臨界警報発報回路と、を備えると共に、
前記放射線検出器の近傍および当該核施設以外の測定地点に設けられて前記核施設の周辺および他の測定地点の中性子線を検出してこの中性子線のレベルが高い場合に前記臨界事象が継続していることを示す信号として中性子線高レベル信号を出力する中性子線検出器と、
前記複数の中性子線検出器から中性子線高レベル信号が出力されている場合に前記臨界事象が継続しているものと判断して前記臨界警報発報回路からの前記臨界警報信号の発報を継続させると共に、前記中性子線検出器から中性子線高レベル信号が出力されていない場合に前記前記臨界警報信号の発報を停止させる臨界警報停止回路と、
を備えることを特徴とする臨界警報装置。
前記臨界警報停止回路は、前記中性子線検出器の出力信号に対して演算処理して前記中性子線高レベル信号を生成する論理回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の臨界警報装置。
前記論理回路における前記演算処理は、前記中性子線検出器の出力信号に対して中性子線強度が予め設定された値を越えているか否かの判定を含むことを特徴とする請求項２に記載の臨界警報装置。
前記論理回路における前記演算処理は、前記中性子線を検出する前記複数の中性子線検出器の出力信号が同時に上昇しているか否かの判定を含むことを特徴とする請求項２に記載の臨界警報装置。
前記中性子線検出器は、当該臨界警報装置が設置された第１のシステムとは異なる第２または第３のシステムの構成要素として設けられ、前記第１のシステムの当該臨界警報装置は前記第２または第３のシステムから前記臨界事象が継続していることを示す信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の臨界警報装置。