JP2011021923A - Method for measuring neutron irradiation amount and method for detecting nuclear fuel failure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中性子照射量測定方法及び核燃料破損検出方法及びこれらの方法を実施するための装置に関する。 The present invention relates to a neutron irradiation measurement method, a nuclear fuel damage detection method, and an apparatus for carrying out these methods.
高速炉の破損燃料検出の1手法であるタギング法は、燃料集合体(燃料棒)ごとに同位体比を変えたXe(キセノン),Kr(クリプトン)等の標識ガス(タグガス)を予め燃料被覆管内に封入しておき、燃料破損時に放出されてカバーガス空間に移行するタグガスの同位体比を分析することにより破損してタグガスを放出した燃料棒を同定する手法である。 The tagging method, which is a method for detecting damaged fuel in fast reactors, is pre-clad with a labeling gas (tag gas) such as Xe (xenon) or Kr (krypton) with different isotope ratios for each fuel assembly (fuel rod). This is a technique for identifying a fuel rod that has been broken and released a tag gas by analyzing the isotope ratio of the tag gas that is sealed in a tube and released when the fuel is broken and moves to the cover gas space.
この手法は、炉内で試験片をクリープ破断させる照射試験において、破断した試験片の同定にも応用されているが、照射試験で重要なパラメタである中性子照射量は、多重放射化箔法により別途測定・評価するようにしている。 This method is also applied to the identification of fractured specimens in an irradiation test in which a specimen is creep ruptured in a furnace. However, the neutron irradiation dose, which is an important parameter in the irradiation test, is determined by the multiple activation foil method. Separately measured and evaluated.
従来の照射試験において、中性子照射量の測定を行う多重放射化箔法は、数種類以上のドシメータセットを試験片の照射位置ごとに合わせて照射する必要があり、かつ、その測定は、全照射試験が終了して照射試験装置を炉外に取り出した後に回収し、放射線計測を行うものであり、多大な手間を要する問題がある。また、放射化箔の放射化の飽和と減衰の問題により、得られる実験値は照射終了間際の平均フラックスであり、さらに、個々の試験片の破断時の照射量は、別途運転履歴による積分計算を行わなければならない面倒さがある。 In the conventional irradiation test, the multiple activation foil method for measuring the neutron irradiation amount requires irradiation with several dosimeter sets according to the irradiation position of the test piece. After the irradiation test is completed, the irradiation test apparatus is taken out of the furnace and collected, and radiation measurement is performed. Also, due to the saturation and decay problems of the activation foil, the experimental value obtained is the average flux just before the end of irradiation, and the irradiation amount at the time of rupture of each specimen is separately calculated by integral calculation based on the operation history There is a hassle that must be done.
本発明の1つの目的は、原子炉に使用する部材の破損に至る中性子照射量を容易に求めることができる中性子照射量測定方法を提供することにある。 One object of the present invention is to provide a method for measuring a neutron irradiation amount that can easily determine the amount of neutron irradiation that leads to breakage of a member used in a nuclear reactor.
本発明の他の目的は、原子炉内で破損した燃料棒を容易に同定することができる核燃料破損検出方法を提供することにある。特に、炉内に実装される燃料棒に設定するタグガスの種類を少なくすることができるようにする。 Another object of the present invention is to provide a nuclear fuel failure detection method capable of easily identifying a fuel rod damaged in a nuclear reactor. In particular, the type of tag gas set for the fuel rods mounted in the furnace can be reduced.
本発明の他の目的は、中性子照射量測定方法及び核燃料破損検出方法の実現に好適な測定装置及び検出装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a measurement device and a detection device suitable for realizing a neutron irradiation measurement method and a nuclear fuel damage detection method.
本発明の他の目的は、前記測定装置及び検出装置に使用するのに好適な分析装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an analysis device suitable for use in the measurement device and the detection device.
本発明の中性子照射量測定方法は、タグガス(Xe,Kr)の組成(同位体比)が中性子照射量に応じて変化することに着目し、被検出部材に所定の組成のタグガスを含ませておき、この被検出部材が破損することによって放出されたタグガスの組成を計測し、該組成の変化量を算出することにより、被検出部材の破損と該破損に至る中性子照射量を求めるものである。 The neutron irradiation measurement method of the present invention focuses on the fact that the composition (isotope ratio) of the tag gas (Xe, Kr) changes according to the neutron irradiation amount, and includes a tag gas having a predetermined composition in the detected member. In addition, by measuring the composition of the tag gas released when the detected member is damaged, and calculating the amount of change in the composition, the detected member is damaged and the amount of neutron irradiation resulting in the damage is obtained. .
被検出部材が原子炉機材の材料開発試験片である場合には、複数の試験片に各試験片に異なる特有の組成のタグガスを含ませておき、これらの試験片を試験炉内に入れて放射線照射を行い、試験片が破損することによって放出されたタグガスの組成を計測し、該組成の変化量を算出することにより、破損した試験片の同定と該試験片の中性子照射量を求める。 If the member to be detected is a material development test piece for nuclear reactor equipment, each test piece contains a tag gas having a different specific composition, and these test pieces are placed in the test reactor. Irradiation is performed, the composition of the tag gas released when the test piece is damaged is measured, and the amount of change in the composition is calculated, whereby the damaged test piece is identified and the neutron irradiation amount of the test piece is obtained.
本発明の原子炉内で破損した燃料棒を同定する核燃料破損検出方法は、燃料交換が群単位で異なる時期に行われることに着目し、原子炉に実装する燃料棒を同一交換時期のものを1つの群とする複数群に区分し、各群内における燃料棒(燃料被覆管内)に封入するタグガスは該燃料棒が破損して放出されたときにその組成を測定して識別することによって各群内での同定を行うことができるように変えておき、燃料棒破損時に放出されたタグガスの組成によって各群における燃料棒を同定し、どの群の燃料棒かの識別は、放出されたタグガスの組成の変化量を算出することにより該燃料棒が実装されたときからの中性子照射量を求め、この中性子照射量に基づいて実装時期(交換時期)を求めて行うものである。 The nuclear fuel damage detection method for identifying fuel rods damaged in the nuclear reactor of the present invention pays attention to the fact that fuel exchange is performed at different times for each group, and the fuel rods installed in the nuclear reactor are those of the same replacement time. The tag gas is divided into a plurality of groups as one group, and the tag gas sealed in the fuel rod (in the fuel cladding tube) in each group is identified by measuring its composition when the fuel rod is broken and discharged. It is changed so that the identification within the group can be performed, and the fuel rod in each group is identified by the composition of the tag gas released when the fuel rod is broken. The amount of neutron irradiation from when the fuel rod is mounted is determined by calculating the amount of change in the composition of the fuel, and the mounting time (replacement time) is determined based on the amount of neutron irradiation.
本発明の中性子照射量測定方法及び核燃料破損検出方法の実現に好適な測定装置及び検出装置は、被検出部材の破損によって放出されたタグガスの組成を測定し、該組成の変化量(同位体比の変化量)を算出し、算出した組成の変化量に基づいて中性子照射量を求めることができるように構成する。 A measurement apparatus and a detection apparatus suitable for realizing the neutron irradiation measurement method and the nuclear fuel damage detection method of the present invention measure the composition of the tag gas released by the damage of the detected member, and the amount of change in the composition (isotope ratio). The amount of neutron irradiation can be determined based on the calculated amount of change in composition.
このような測定方法及び検出方法においてタグガスの組成を測定するのに好適な装置は、測定対象の元素に固有の共鳴エネルギーに等しい波長のレーザ光を照射し、共鳴励起・イオン化して質量分析するレーザ共鳴イオン化質量分析装置であり、具体的には、イオン化室内に導入したサンプリングガスにレーザ光を照射することにより共鳴励起・イオン化し、制御電極群によってイオンビーム形態としてマスゲートを通過せることによりタグガスイオンビームとし、このタグガスイオンビームを反射電極群によって反射させることによりタグガスイオン(原子・分子)を質量の小さい順にマイクロチャンネルプレートに到達させて質量スペクトル信号に変換するように構成する。 An apparatus suitable for measuring the composition of the tag gas in such a measurement method and detection method irradiates a laser beam having a wavelength equal to the resonance energy specific to the element to be measured, and performs mass spectrometry by resonance excitation / ionization. This is a laser resonance ionization mass spectrometer, specifically, a resonance gas is excited and ionized by irradiating a sampling gas introduced into the ionization chamber with laser light, and the control electrode group passes the mass gate in the form of an ion beam. A gas ion beam is used, and the tag gas ion beam is reflected by a group of reflecting electrodes so that the tag gas ions (atoms / molecules) reach the microchannel plate in ascending order of mass and are converted into mass spectrum signals.
本発明の中性子照射量測定方法は、被検出部材が破損することによって放出されるタグガスの組成の測定し、その変化量を算出することにより、被検出部材の破損と該破損に至る中性子照射量を求めるようにしたことにより、原子炉に使用する部材の破損に至る中性子照射量を容易に求めることができる。 The neutron irradiation measuring method of the present invention measures the composition of the tag gas released when the member to be detected is damaged, and calculates the amount of change, thereby damaging the member to be detected and the amount of neutron irradiation leading to the damage. Therefore, it is possible to easily determine the amount of neutron irradiation that leads to breakage of members used in the nuclear reactor.
本発明の核燃料破損検出方法は、燃料棒(燃料被覆管内)に封入するタグガスは該燃料棒が破損して放出されたときにその組成を測定することによって各群内での同定し、どの群の燃料棒かの識別は、放出されたタグガスの組成を計測し、その変化量を算出して行うようにしたことにより、原子炉内で破損した燃料棒を少ない種類のタグガスを使用して容易に同定することができる。 In the nuclear fuel damage detection method of the present invention, the tag gas sealed in the fuel rod (in the fuel cladding tube) is identified within each group by measuring the composition of the tag gas when the fuel rod is broken and released, and which group It is easy to identify the fuel rods by measuring the composition of the released tag gas and calculating the amount of change. Can be identified.
本発明の中性子照射量測定方法及び核燃料破損検出方法を実現するための測定装置及び検出装置は、被検出部材の破損によって放出されたタグガスの組成を測定し、該組成の変化量(同位体比の変化量)を算出するように構成したことにより、放出されたタグガスの組成と該組成の変化量に基づいて破損した被検出部材の同定と該破損に至るまでの中性子照射量を求めることができる。 The measuring device and the detecting device for realizing the neutron irradiation measuring method and the nuclear fuel damage detecting method of the present invention measure the composition of the tag gas released by the damage of the detected member, and the change amount of the composition (isotope ratio). The amount of change in the amount of neutron irradiation until the breakage is identified based on the composition of the released tag gas and the change in the composition. it can.
本発明の分析装置は、導入したサンプリングガスにレーザ光を照射することにより共鳴励起・イオン化し、制御電極群によってイオンビーム形態としてマスゲートを通過せることによりタグガスイオンビームとし、このタグガスイオンビームを反射電極群によって反射させることによりタグガスイオン(原子・分子)を質量の小さい順にマイクロチャンネルプレートに到達させて質量スペクトル信号に変換するように構成したことにより、被検出部材の破損によって放出されたタグガスの組成と中性子照射量による組成を正確に測定し、その変化量(同位体比)を正確に求めることができる。 The analyzer according to the present invention is configured to resonantly excite and ionize the introduced sampling gas by irradiating a laser beam, and to pass through a mass gate as an ion beam form by a control electrode group to form a tag gas ion beam. This tag gas ion beam The tag gas ions (atoms / molecules) reach the microchannel plate in ascending order of mass and are converted into mass spectrum signals by reflecting the light from the reflective electrode group, and released due to damage to the detected member. It is possible to accurately measure the composition of the tag gas and the composition according to the neutron irradiation amount, and to accurately determine the amount of change (isotope ratio).
本発明は、タグガスの組成(同位体比)が中性子照射量に応じて変化することに着目し、被検出部材に所定の既知の組成のタグガスを含ませておき、被検出部材が破損することによって放出されるタグガスの組成を測定し、該組成の変化量を算出することにより、被検出部材の破損に至る中性子照射量を求めるものであり、
複数の被検出部材の破損と中性子照射量を検出するときには、各被検出部材に異なる特有の組成のタグガスを含ませておき、これらの被検出部材を試験炉内に入れて放射線照射を行い、被検出部材が破損することによって放出されたタグガスの組成を測定し、該組成の変化量を算出することにより、破損した被検出部材の同定と該被検出部材の中性子照射量を求めるものである。
The present invention pays attention to the fact that the composition (isotope ratio) of the tag gas changes according to the neutron irradiation amount, and the detected member is damaged by including the tag gas having a predetermined known composition in the detected member. Measure the composition of the tag gas released by the, calculate the amount of change in the composition, to determine the amount of neutron irradiation that leads to damage of the detected member,
When detecting breakage of a plurality of detected members and the amount of neutron irradiation, tag materials having different specific compositions are included in each detected member, and these detected members are placed in a test furnace and irradiated with radiation. By measuring the composition of the tag gas released when the detected member is damaged and calculating the amount of change in the composition, the identification of the damaged detected member and the neutron irradiation amount of the detected member are obtained. .
タグガスの組成の変化量は、所定の2つの同位体の比の変化を算出して求めるように構成する。Xeをタグガスとして使用する場合には、129Xeと130Xeの同位体比(130Xe/129Xe)の変化量を求めるように構成するのが好適である。 The amount of change in the composition of the tag gas is determined by calculating the change in the ratio of two predetermined isotopes. When Xe is used as a tag gas, it is preferable that the amount of change in the isotope ratio ( 130 Xe / 129 Xe) between 129 Xe and 130 Xe is obtained.
複数の被検出部材の破損と中性子照射量を検出する場合において各被検出部材に含ませるタグガスの特有の組成は、放射線照射によって生じる組成の変化によって他の被検出部材に含ませたタグガスの組成と混同して破損した被検出部材の同定と中性子照射量を求めることができなくなるのを避けることができるように異ならせておくことが必要である。 The specific composition of the tag gas contained in each detected member when detecting the breakage of a plurality of detected members and the amount of neutron irradiation is the composition of the tag gas contained in the other detected member due to the change in composition caused by radiation irradiation. It is necessary to make them different from each other so that it is possible to avoid the identification of the member to be detected that has been confused and damaged and the inability to determine the neutron irradiation amount.
破損した被検出部品の同定と該被検出部材の中性子照射量を検出するために使用するタグガスとしては、XeやKrが存在するが、中性子反応断面積が大きく、有意な組成変化を測定することが可能なガスとしてはXeが好適であり、中性子照射量を高精度で検出するにはXeの使用が望ましい。 The tag gas used to identify damaged parts to be detected and to detect the neutron irradiation amount of the detected member includes Xe and Kr, but has a large neutron reaction cross-section and measures a significant composition change. Xe is suitable as a gas that can be used, and it is desirable to use Xe in order to detect the neutron irradiation with high accuracy.
図1は、中性子照射量測定システムの系統図である。この中性子照射量測定システムにおいて、被検出部材であるクリープ破断試験片1は、中空状に形成してその内部にヘリウムガス(He)と所定(既知)の組成のタグガス(Xe)を混合して封入・加圧して構成する。このように構成したクリープ破断試験片1は、照射装置2によって原子炉容器3の炉心部3aに設置する。原子炉容器3内には冷却液4を流通させ、上部空間5はカバーガス(Ar)で満たす。原子炉容器3の上部空間5に開口するガスパイプ6は、カバーガスをガスサンプリング装置7に連通してカバーガスをガスサンプリング装置7に導く。タグガス測定装置8は、ガスサンプリング装置7によって定期的にサンプリングしたカバーガスに含まれるタグガスの組成を測定するように構成する。コンピュータ9は、クリープ破断試験片1に封入したタグガス(Xe)の初期組成データを保持し、タグガス測定装置8から測定データを取得し、初期組成データと測定データを比較することにより、検出したタグガスの組成(種類)を同定すると共に組成の変化量を算出して中性子照射量を求めるように構成する。
FIG. 1 is a system diagram of a neutron irradiation measurement system. In this neutron irradiation measuring system, a creep rupture test piece 1 as a member to be detected is formed in a hollow shape, and helium gas (He) and a tag gas (Xe) having a predetermined (known) composition are mixed therein. Enclose and pressurize. The creep rupture test piece 1 configured as described above is installed in the
ボイド検出装置10は、照射装置2に内蔵したボイド検出用熱電対に接続し、このボイド検出用熱電対の検出信号(クリープ破断試験片1が破断ことにより発生する温度のゆらぎに応動する。)に基づいてクリープ破断試験片1に破断が発生したことを検出するように構成する。
The
このように構成した中性子照射量測定システムは、照射装置2によって原子炉容器3の炉心部3aに設置したクリープ破断試験片1が破断すると、ボイド検出装置10におけるボイド検出用熱電対から出力される検出信号にゆらぎが発生するのでクリープ破断試験片1の破断を検出することができる。そして、破断によってクリープ破断試験片1から放出されるヘリウムガスとタグガスが気泡11となって冷却液4中を上昇して上部空間5のカバーガスに混入する。
In the neutron irradiation measuring system configured as described above, when the creep rupture test piece 1 installed in the
ガスサンプリング装置7は、カバーガスを定期的にサンプリングしてタグガス測定装置8に移送する。タグガス測定装置8は、移送されたカバーガスをレーザ共鳴イオン化質量分析法により質量分析することによってカバーガスに含まれるタグガスの組成を測定する。
The gas sampling device 7 periodically samples the cover gas and transfers it to the tag
コンピュータ9には、クリープ破断試験片1に封入するタグガス(Xe)の初期組成データを予め入力して保持させておき、タグガス測定装置8から測定データを取得して初期組成データと比較することにより、測定したタグガスの組成から予想される組成変化量だけシフトした組成に近似する初期組成データのガスを封入したタグガスと同定すると共に測定したタグガスの組成(同位体比)の変化量を算出して中性子照射量を求める。
In the computer 9, the initial composition data of the tag gas (Xe) to be sealed in the creep rupture test piece 1 is input and held in advance, and the measurement data is acquired from the tag
物性の異なる複数のクリープ破断試験片1を同時にクリープ破断試験するときには、封入するタグガスをクリープ破断試験片1ごとに異なる特有の組成(同位体比)のものとし、
測定データと初期組成データと比較することにより、測定したタグガスの組成から予想される組成変化量だけシフトした組成に近似する初期組成データのガスを封入したタグガス(破断したクリープ破断試験片1)と同定すると共に組成(同位体比)の変化量を算出して中性子照射量を求める。
When a plurality of creep rupture test pieces 1 having different physical properties are subjected to a creep rupture test at the same time, the tag gas to be sealed has a unique composition (isotope ratio) that is different for each creep rupture test piece 1.
A tag gas (ruptured creep rupture test piece 1) encapsulating a gas having an initial composition data that approximates a composition shifted by the expected composition change amount from the measured tag gas composition by comparing the measured data with the initial composition data. At the same time, the amount of change in composition (isotope ratio) is calculated and the neutron irradiation amount is obtained.
中性子照射量とタグガスの組成(同位体比)の変化量の関係は、封入するタグガスの種類ごとに予め照射試験により測定及び計算により求めてテーブル化してコンピュータ9に保持させておくことにより、クリープ破断試験においては、求めたタグガスの組成(種類)と組成変化量に基づいてテーブル参照することにより中性子照射量を求める。 The relationship between the amount of neutron irradiation and the amount of change in the composition (isotope ratio) of the tag gas is obtained by preliminarily obtaining a table by measuring and calculating by the irradiation test for each type of tag gas to be sealed, In the fracture test, the amount of neutron irradiation is obtained by referring to a table based on the obtained composition (type) of tag gas and the amount of composition change.
ガスサンプリング装置7は、サンプリングしたガスを収容するガス収容容器を切り離し可能に設け、ガスサンプリング装置7から遠く離れて位置するタグガス測定装置8にガス収容容器を搬送して接続することによりタグガスの組成を測定するように構成することも可能である。このような構成は、タグガス測定装置8を他のシステムのガス測定装置として共用することを可能にする。
The gas sampling device 7 detachably provides a gas storage container for storing the sampled gas, and transports and connects the gas storage container to the tag
図2は、タグガスとして使用するXeガスの同位体比を中性子捕獲面積と併せて示すグラフである。同位体比は、天然比とほぼ同一である。中性子照射による同位体比の変化としては、124Xeの断面積が最大であるが、存在比が小さいため、変化量の絶対値としては小さく、最大となるのは、129Xe(n,γ)と130Xeである。変換先の130Xeの存在比は129Xeの1/7程度であるので、129Xeと130Xeの比(130Xe/129Xe)の変化量を求めるのが最善である。 FIG. 2 is a graph showing the isotope ratio of the Xe gas used as the tag gas together with the neutron capture area. The isotope ratio is almost the same as the natural ratio. As the change in isotope ratio due to neutron irradiation, the cross-sectional area of 124 Xe is the largest, but since the abundance ratio is small, the absolute value of the amount of change is small and the largest is 129 Xe (n, γ) And 130 Xe. Since the abundance ratio of the destination 130 Xe is about 1/7 of the 129 Xe, that determine the amount of change in the ratio of 129 Xe and 130 Xe (130 Xe / 129 Xe ) is best.
図3は、Xeの中性子照射量と組成変化の特性を示している。同位体比130Xe/129Xeは、全中性子照射量6.9×1022n/cm2で20%増加する。なお、被検出部材破断により放出されたタグガスの測定では、放出前のカバーガスに含まれているXeを予め測定しておき、放出後の測定値から差し引くことが必要である。 FIG. 3 shows the characteristics of Xe neutron irradiation and composition change. The isotope ratio 130 Xe / 129 Xe increases by 20% at a total neutron dose of 6.9 × 10 22 n / cm 2 . In the measurement of the tag gas released due to the breakage of the detected member, it is necessary to measure in advance Xe contained in the cover gas before release and subtract it from the measured value after release.
図4は、タグガス測定装置8の具体的な構成を示す模式図である。このタグガス測定装置8は、レーザ共鳴イオン化質量分析法によってタグガスの組成を測定する装置であり、測定対象の元素に固有の共鳴エネルギーに等しい波長のレーザ光を照射し、共鳴励起・イオン化して質量分析するものであり、原理的にバックグラウンドイオンが発生せず、S/N比を大幅に向上させることを可能とする。波長可変システムと飛行時間型質量分析計を使用して極微量の希ガス同位体分析システムを構成することにより、レーザ光の散乱等による妨害イオンの除去等の工夫を行うことによって、定量限界(バックグラウンドゆらぎの10σ)は、Xeの同位体については2ppt、Krの同位体については5pptを達成可能とするものである。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a specific configuration of the tag
飛行時間型質量分析計81は、試料ガスイオン化室部811と質量分析管部812を備える。
The time-of-
試料ガスイオン化室部811は、ターボ分子ポンプ813とスクロールポンプ814によって高度に真空排気し、ガスサンプリング装置7から超音速パルス分子線バルブ8111を通してサンプリングガスをイオン化室内に導入し、導入したサンプリングガスにレーザ光を照射して共鳴励起・イオン化し、制御電極群8112によってイオンビーム82として質量分析管部812内に送り出す。レーザ光は、レーザ光入口窓8113からイオン化室内に導入し、偏光フィルタ付きレーザ光出口窓8114から導出する。
The sample
質量分析管部812は、ターボ分子ポンプ815とスクロールポンプ816によって高度に真空排気し、試料ガスイオン化室部811から送り込まれたイオンビーム82をマスゲート8121によって偏向制御してタグガス組成成分のみを通過させる。マスゲート8121を通過したタグガスイオンビーム82は、反射電極群8122によって反射させてイオン検出部であるマイクロチャンネルプレート8123に入射させる。タグガスイオンビーム(原子・分子)82は、質量の小さい順にマイクロチャンネルプレート8123に到達して質量スペクトル信号に変換される。
The mass
試料ガスイオン化室部811のイオン化室内に導入したサンプリングガスに照射するレーザは、YAGを励起に用いたYAGレーザ発振器817で発振したレーザ光を波長可変システム818により試料ガスイオン化に好適な波長の共鳴イオン化用レーザビーム83に調整し、ガスイオン化部に集束するようにレンズ819により絞ってレーザ光入口窓8113からイオン化室内に入射させる。
The laser that irradiates the sampling gas introduced into the ionization chamber of the sample
デジタル信号処理装置84は、コンピュータ9と連係し、超音速パルス分子線バルブ8111とYAGレーザ発振器817を制御し、マイクロチャンネルプレート8123から出力される
そして、コンピュータ9は、前述したように、予め入力されるタグガス(Xe)の初期組成データと、中性子照射による組成変化量(予想値)と、中性子照射量とタグガスの組成(同位体比)の変化量の関係を示す中性子照射量テーブルを保持させておき、タグガス測定装置8から測定データを取得して初期組成データと比較することにより、測定したタグガスの組成から予想される組成変化量だけシフトした組成に近似する初期組成データのガスを封入したタグガスと同定すると共に組成(同位体比)の変化量を算出して中性子照射量テーブルを参照することにより中性子照射量を求める処理を行う。
The digital
ちなみに、図5は、組成の異なるXeタグガスを封入した複数の被検出部材を炉内クリープ試験して中性子を照射し、被検出部材破断後にタグガス(試験炉のカバーガス)を採取して、レーザ共鳴イオン化質量分析法によりXeタグガスの同位体組成比を測定して得た質量スペクトルを示している。タグガスは、カバーガス空間において核種濃度で100〜102ppbまで希釈されるが、レーザ共鳴イオン化質量分析法により良好な質量スペクトルが得られ、これにより求められた同位体比を用いてタグガスの組成(破断した被検出部材)を同定し、同位体組成の変化量に基づいて中性子照射量を求めることができる。 Incidentally, FIG. 5 shows that a plurality of detected members filled with Xe tag gases having different compositions are subjected to a creep test in the furnace and irradiated with neutrons, and after the detected member breaks, the tag gas (test furnace cover gas) is collected and laser The mass spectrum obtained by measuring the isotopic composition ratio of the Xe tag gas by resonance ionization mass spectrometry is shown. The tag gas is diluted to a radionuclide concentration of 10 0 to 10 2 ppb in the cover gas space, but a good mass spectrum is obtained by laser resonance ionization mass spectrometry, and the tag gas The composition (the fractured member to be detected) is identified, and the neutron irradiation amount can be obtained based on the amount of change in the isotope composition.
原子炉内で破損した燃料棒を同定する場合には、原子炉に実装する燃料棒を同一交換時期のものを1つの群とする複数群に区分し、各群内における燃料棒(燃料被覆管内)に封入するタグガスは該燃料棒が破損して放出されたときにその組成を測定して識別することによって各群内での同定を行うことができるように変えておき、実施例1で説明した中性子照射量測定システムにおけるタグガス測定装置8を使用して、定期的にサンプリングされた原子炉内のカバーガスを測定することにより、燃料棒破損時に放出されたタグガスの組成に基づいて各群における燃料棒を同定し、どの群の燃料棒かの識別は、放出されたタグガスの組成の変化量を算出することにより該燃料棒が実装されたときからの中性子照射量を求め、この中性子照射量に基づいて実装時期(交換時期)を求めて行う。
When identifying broken fuel rods in a nuclear reactor, the fuel rods installed in the nuclear reactor are divided into multiple groups with the same replacement period as one group, and the fuel rods in each group (in the fuel cladding tube) The tag gas to be enclosed in () is changed so that identification can be performed within each group by measuring and identifying the composition when the fuel rod is broken and released. By using the tag
原子炉内における燃料棒の中性子照射量(被爆量)は、燃料棒が実装されてからの原子炉運転時間によって計算することができることから、原子炉運転時間と中性子照射量(被爆量)の関係を予め計算により求めてテーブル化したものを運転時間テーブルとしてコンピュータ9に保持させておき、タグガス測定結果から求めた中性子照射量(被爆量)により運転時間テーブルを参照することによって実装時期(燃料棒群)を同定する。 Since the neutron irradiation amount (exposure amount) of the fuel rod in the reactor can be calculated by the reactor operation time after the fuel rod is mounted, the relationship between the reactor operation time and the neutron irradiation amount (exposure amount) Is calculated and tabulated in advance and is stored in the computer 9 as an operation time table, and the operation time table is referred to by the neutron irradiation amount (exposure amount) obtained from the tag gas measurement result. Group).
1…クリープ破断試験片、2…照射装置、3…原子炉容器、3a…炉心部、4…冷却液、5…上部空間、6…ガスパイプ、7…ガスサンプリング装置、8…タグガス測定装置、9…コンピュータ、11…気泡、81…飛行時間型質量分析計、811…試料ガスイオン化室部、812…質量分析管部、8121…マスゲート、8122…反射電極群、8123…マイクロチャンネルプレート、817…YAGレーザ発振器、818…波長可変システム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Creep rupture test piece, 2 ... Irradiation device, 3 ... Reactor vessel, 3a ... Core part, 4 ... Coolant, 5 ... Upper space, 6 ... Gas pipe, 7 ... Gas sampling device, 8 ... Tag gas measuring device, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Computer, 11 ... Bubble, 81 ... Time-of-flight mass spectrometer, 811 ... Sample gas ionization chamber part, 812 ... Mass spectrometer tube part, 8121 ... Mass gate, 8122 ... Reflective electrode group, 8123 ... Microchannel plate, 817 ... YAG Laser oscillator, 818 ... wavelength variable system.
Claims (10)
燃料棒が破損することによって放出されるタグガスをサンプリングするガスサンプリング装置と、サンプリングしたタグガスの組成を測定するタグガス測定装置と、
測定したタグガスの組成によって各群における燃料棒を同定し、測定した組成の変化量を算出し、測定した組成に基づいて破損した群を同定する手段を備えたことを特徴とする核燃料破損検出装置。 When the fuel rods to be mounted are divided into a plurality of groups having the same replacement period as one group, the tag gas sealed in the fuel rods (in the fuel cladding tube) in each group is released when the fuel rods are broken and released. In the reactor of the configuration changed so that identification within each group can be performed by measuring and identifying its composition,
A gas sampling device that samples the tag gas released when the fuel rod is broken; a tag gas measurement device that measures the composition of the sampled tag gas;
A nuclear fuel failure detection device comprising means for identifying fuel rods in each group according to the measured tag gas composition, calculating a change amount of the measured composition, and identifying a damaged group based on the measured composition .
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