JP2011185739A - ナトリウム漏えい検出器、ナトリウム漏えい検出システムおよびナトリウム漏えい検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナトリウムを含むエアロゾルを効率よく判定する。
【解決手段】ナトリウム漏えい検出システムは、冷却材流通用配管の周囲の気体媒体８を吸引可能なサンプリング配管１０と、エアロゾルを検出可能なエアロゾル検出器と、気体媒体８のエアロゾルを捕集するエアロゾル捕集器２０と、エアロゾルのナトリウム濃度を分析するナトリウム分析装置と、を有する。エアロゾル捕集器２０は、本体部２２内に着脱可能に収容されて、エアロゾルを捕集可能で所定の軸周りを回転可能な捕集板２４と、噴出側開口部３６が捕集板２４の表面に互いに間隔をあけて配置されて、気体媒体８が内部を流通した後に噴出側開口３６から排出されて捕集板２４の表面に向かって吹付け可能に構成されたノズル３４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速炉の冷却材用等のナトリウムの漏えいを検出するナトリウム漏えい検出器、ナトリウム漏えい検出システムおよびナトリウム漏えい検出方法に関する。

高速炉等の設備では、冷却材としてナトリウムが使用されている。このナトリウムの漏えいを検出することは、当該高速炉を安全に運転する上で重要である。現状では想定される漏えい規模に応じて、種々のナトリウム漏えい検出用の設備が開発されている。これらの検出用の設備は、ナトリウムが流通する配管（冷却材用配管）等からナトリウムが漏えいしているか否かを監視するために用いられているものが多い。

ナトリウムの漏えいを検出する方法は、例えば、特許文献１に開示されているように、収集した雰囲気ガスにブレークダウン用のパルスレーザを照射して、プラズマ発光させて、分光器等により分光分析を行って、漏えいを検出する方法が知られている。また、微少な漏えいを検出する方法として、特許文献２に開示されているように、ナトリウム原子をイオン化して、ナトリウムの漏えいを検出する方法が知られている。

特開２００１−３１１７９３号公報 特開２００８−０９６１０４号公報

上記のような例でナトリウムの微少な漏えいを検出する場合には、冷却材用配管とこれを覆う保温材との間に形成される間隙にある雰囲気ガスを収集する。収集したガスをエアロゾル検出器等に導いて、このエアロゾルにナトリウムが含まれているか否かを検出する。エアロゾル検出器は、例えば、放射線イオン化検出器等が用いられている。

このエアロゾル検出器は、微量のナトリウムを感度良く検出するとともに、誤報を発生させないことが要求される。しかし、当該検出器の検出原理上、ナトリウムエアロゾル以外のエアロゾルや、塗料等の揮発性物質にも反応してしまうことがある。

このため、エアロゾル検出器がナトリウムを検出して警報を発した場合、エアロゾルをフィルタ等で捕集して、これを純水中に溶出させて、ｐＨを測定して当該警報が正しいか否かを判定することがある。

しかしながら、このような手法では、ナトリウム元素を直接検出することができない。また、エアロゾル検出器の信号が警報閾値を越える時間が短いときには、ナトリウムを捕集する機会を失する可能性がある。このため、上記のような例では、エアロゾル検出器の警報が正しいか否かを正確に確認できないことがある。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エアロゾル検出器がナトリウムを含むエアロゾルを検出したと判定した結果が、正しいか否かを効率よく判定できるようにすることである。

上記目的を達成するための本発明に係るナトリウム漏えい検出器は、ナトリウム流通用配管の内部を流通するナトリウムが前記ナトリウム流通用配管の外部に漏えいしたときに発生して前記ナトリウムを含むエアロゾルを検出するためのナトリウム漏えい検出器において、開口が形成された一方の端部が前記ナトリウム流通用配管の外側面付近に配置されて、前記開口から前記ナトリウム流通用配管の周囲の気体媒体を吸引可能に構成されたサンプリング配管と、前記開口から吸引した前記気体媒体を取り込んで、前記気体媒体に前記エアロゾルが含まれるか否かを検出可能なエアロゾル検出器と、前記エアロゾル検出器に取り込んだ前記気体媒体を収集し、前記気体媒体中の前記エアロゾルを捕集するエアロゾル捕集器と、を有し、前記エアロゾル捕集器は、本体部と、前記本体部内に着脱可能に収容されて、前記エアロゾルを捕集可能な平板状の捕集板と、前記本体部内で且つ噴出側開口部が前記捕集板の表面に互いに間隔をあけて配置されて、前記エアロゾル検出器から収集した前記気体媒体が内部を流通した後に前記噴出側開口から排出されて前記捕集板の表面に向かって吹付け可能に構成されたノズルと、前記捕集板を所定の軸周りに所定の速度で回転させる捕集板回転手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るナトリウム漏えい検出システムは、ナトリウム流通用配管の内部を流通するナトリウムが前記ナトリウム流通用配管の外部に漏えいしたときに発生して前記ナトリウムを含むエアロゾルを検出するためのナトリウム漏えい検出システムにおいて、開口が形成された一方の端部が前記ナトリウム流通用配管の外側面付近に配置されて、前記開口から前記ナトリウム流通用配管の周囲の気体媒体を吸引可能に構成されたサンプリング配管と、前記開口から吸引した前記気体媒体を取り込んで、前記気体媒体に前記エアロゾルが含まれるか否かを検出可能なエアロゾル検出器と、前記エアロゾル検出器に取り込んだ前記気体媒体を収集し、前記気体媒体中の前記エアロゾルを捕集するエアロゾル捕集器と、前記エアロゾル捕集器で捕集した前記エアロゾルのナトリウム濃度を分析するナトリウム濃度分析装置と、を有し、前記エアロゾル捕集器は、本体部と、前記本体部内に着脱可能に収容されて、前記エアロゾルを捕集可能な平板状の捕集板と、前記本体部内で且つ噴出側開口部が前記捕集板の表面に互いに間隔をあけて配置されて、前記エアロゾル検出器から収集した前記気体媒体が内部を流通した後に前記噴出側開口から排出されて前記捕集板の表面に向かって吹付け可能に構成されたノズルと、前記捕集板を所定の軸周りに所定の速度で回転させる捕集板回転手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るナトリウム漏えい検出方法は、ナトリウム流通用配管の内部を流通するナトリウムが前記ナトリウム流通用配管の外部に漏えいしたときに発生して前記ナトリウムを含むエアロゾルを検出するナトリウム漏えい検出方法において、前記ナトリウム流通用配管の周りの気体媒体を収集する気体媒体収集工程と、前記気体媒体収集工程の後に、前記気体媒体に前記エアロゾルが含まれるときに、前記エアロゾルを捕集可能な前記捕集板の表面上の所定領域に前記エアロゾルを照射して、前記捕集板を所定の軸周りに回転させて前記エアロゾルの照射位置を経時的に変化させながら捕集するエアロゾル捕集工程と、前記エアロゾル捕集工程の後に、前記捕集板をナトリウム濃度分析装置に設置する捕集板設置工程と、前記捕集板設置工程の後に、前記捕集板を所定の軸周りに回転させながらナトリウム濃度を分析する分析工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、エアロゾル検出器がナトリウムを含むエアロゾルを検出したと判定した結果が、正しいか否かを効率よく判定することが可能である。

本発明に係る第１の実施形態のナトリウム漏えい検出システムのエアロゾル捕集器の構成を示す一部断面の概略正面図である。 図１の捕集板が取付け可能なナトリウム分析装置の構成を示すブロック図である。 図１のエアロゾル捕集器を含むナトリウム漏えい検出システムの構成の一部を示すブロック図である。 図３の変形例で、エアロゾル検出器およびエアロゾル捕集器を並列に並べた例を示すブロック図である。 本発明に係る第２の実施形態のナトリウム漏えい検出システムのエアロゾル捕集器の構成を示す一部断面の概略正面図である。 本発明に係る第３の実施形態のナトリウム漏えい検出システムのナトリウム分析装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係るナトリウム漏えい検出システムの実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係る第１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るナトリウム漏えい検出システムのエアロゾル捕集器２０の構成を示す一部断面の概略正面図である。図２は、図１の捕集板２４が取付け可能なナトリウム分析装置４０の構成を示すブロック図である。図３は、図１のエアロゾル捕集器２０を含むナトリウム漏えい検出システムの構成の一部を示すブロック図である。図４は、図３の変形例で、エアロゾル検出器１４およびエアロゾル捕集器２０を並列に並べた例を示すブロック図である。

先ず、本実施形態のナトリウム漏えい検出システムの構成について説明する。

このナトリウム漏えい検出システムは、高速炉（図示せず）等の設備内に配置された冷却材流通用配管２の内部を流通する冷却材（ナトリウム）が、当該冷却材流通用配管２の外部に漏えいしたときに、当該漏えいを検出するシステムである。冷却材流通用配管２の半径方向外側には、冷却材流通用配管２の外側面に所定の間隙６を保ちながら半径方向外側から覆うように保温材４が配置されている。この間隙６にある雰囲気ガスは空気である。

このナトリウム漏えい検出システムは、冷却材流通用配管２および保温材４の間に形成された間隙６にある空気を含む気体媒体８を吸引するサンプリング配管１０と、このサンプリング配管１０で吸引した気体媒体８を取込み可能なエアロゾル検出器１４と、このエアロゾル検出器１４に取り込まれた気体媒体８を捕集するエアロゾル捕集器２０と、を有する。さらに、このナトリウム漏えい検出システムは、エアロゾル捕集器２０で捕集したエアロゾルのナトリウム濃度を分析可能なナトリウム分析装置４０を有する。これらは、冷却材流通用配管２が配置される場所に、壁５を介して、すなわち別室に配置される。

サンプリング配管１０は、開口が形成された一方の端部が、冷却材流通用配管２および保温材４の間に形成された間隙６にあるように配置される。このサンプリング配管１０には、エアロゾル検出器１４、エアロゾル捕集器２０、および吸引ポンプ１６が配置される。吸引ポンプ１６は、この開口から当該間隙６にある気体媒体８を吸引するために設けられている。

エアロゾル検出器１４は、サンプリング配管１０に連結されて、サンプリング配管１０の開口から吸引した気体媒体８を取込み可能で、取り込んだ気体媒体８にエアロゾルが含まれているか否かを検出する機能を有する。エアロゾル検出器１４の詳細な説明は省略しているが、ナトリウムイオン化型検出器または放射線イオン化式検出器等が用いられる。

エアロゾル捕集器２０は、エアロゾル検出器１４に取り込まれた気体媒体８が導入されて、気体媒体８に含まれるエアロゾルを捕集する機能を有する。このエアロゾル捕集器２０は、本体部２２と、この本体部２２内に収容された捕集板２４と、この捕集板２４の中心を通るよう連結される捕集器用回転軸２６と、本体部２２内に配置されてエアロゾル検出器１４から取り込まれたエアロゾルを含む気体媒体８が流通可能なノズル３４と、を有する。

捕集板２４は、エアロゾルを捕集可能なフィルタ機能を備えた円板状であって、本体部２２の捕集板収容部２５の内部に配置されている。この捕集板２４は、捕集器用回転軸２６に着脱可能に取り付けられている。本実施形態の捕集板２４は、例えば樹脂製の毛管孔メンブランフィルタである。この毛管孔メンブランフィルタはエアロゾルを表面上に捕集できる。

捕集板収容部２５は、本体部２２内に形成された円柱状の空間を含む。この円柱状の空間に捕集板２４が配置される。捕集板収容部２５の一方の側（図１の上方側）には、後述するノズル３４の噴出側開口部３６が形成される。また、反対側（図１の下方側）、すなわち噴出側開口部３６に対向する位置には、エアロゾル検出器１４から取り込まれた気体媒体８を排出する排出部３８が形成されている。排出部３８は、サンプリング配管１０を介して吸引ポンプ１６に連結される。

捕集器用回転軸２６は、一方の端部（図１の上方端部）が捕集板収容部２５に図１の下方から上方に向かって突出して捕集板２４の中心を貫通するように、配置されている。捕集器用回転軸２６が回転するときに、捕集板２４も回転する。この捕集器用回転軸２６の反対側の端部（図１の下方端部）には、捕集器用モータ２８が連結される。捕集器用回転軸２６は、捕集器用モータ２８によって回転する。

また、エアロゾル捕集器２０は、捕集器用モータ２８の回転数、角速度、および回転角等を制御するため捕集器用モータ制御部３０と、これらの制御情報を記録するレコーダ３２を備えている。

ノズル３４は、エアロゾル検出器１４から送られる気体媒体８が噴出する噴出側開口部３６が形成されている。この噴出側開口部３６は、上記の通り、捕集板収容部２５の上方に形成される。捕集板２４が捕集板収容部２５の内部にあるときに、当該噴出側開口部３６と、捕集板２４の表面とは、所定の間隔が保たれている。

また、このノズル３４は、エアロゾル検出器１４から取り込まれた気体媒体８が内部を流通した後に、噴出側開口部３６から噴出されて捕集板２４の表面に向かって吹付け可能に構成されている。エアロゾルを含む気体媒体８がノズル３４内を流通する状態については、後で説明する。このノズル３４は、捕集板２４の表面に垂直に延びて、捕集板２４の表面に近づくにしたがい内径が除々に小さくなるように構成されている。

噴出側開口部３６から排出されたエアロゾルは、捕集板２４に吹き付けられて、一部が捕集板２４に捕集される。残りは、捕集板２４の外周側に流れ込み、排出部３８から排出される。このときの気体媒体８等の流れについては、後で説明する。

ナトリウム分析装置４０は、エアロゾル捕集器２０とは別の場所に配置されて、エアロゾル捕集器２０から取り外された捕集板２４を取り付けられるように構成されている。このナトリウム分析装置４０は、捕集板２４の中心に取付け可能な分析装置用回転軸４２と、この分析装置用回転軸４２を回転させるための分析装置用モータ４４と、この分析装置用モータ４４の回転数や角速度等を制御する分析装置用モータ制御部４６と、を有する。

この分析装置用回転軸４２は、エアロゾル捕集器２０でエアロゾルを捕集した捕集板２４を取付け可能である。また、分析装置用モータ制御部４６は、後述する信号処理部７８に通信可能に接続されている。

また、ナトリウム分析装置４０は、パルスレーザ光１１４を発振可能なレーザ光発振部４８と、当該パルスレーザ光１１４を集光させて捕集板２４に照射するレーザ光集光照射部５０と、蛍光集光部５６と、元素分析部７４と、を有する。

レーザ光発振部４８は、詳細な図示は省略しているが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ）が用いられる。または、Ｎｄ：ＹＡＧレーザに、高調波発生器（図示せず）を組み合わせて、第２高調波（波長：５３２ｎｍ）、第３高調波（波長：３５５ｎｍ）、および第４高調波（波長：２６６ｎｍ）を発生するようにしたものを用いてもよい。

レーザ光集光照射部５０は、レーザ光発振部４８から送られるパルスレーザ光１１４を反射させて光路を所定の方向に伝送する反射ミラー５２と、この反射ミラー５２で反射されたパルスレーザ光１１４を集光するためのレーザ光集光用レンズ５４と、有する。さらに、レーザ光集光照射部５０は、レーザ光集光用レンズ５４によって集光されたパルスレーザ光１１４を、分析装置用回転軸４２と共に回転する捕集板２４の表面に照射させる照射部を有している。なお、照射部の詳細な図示は省略している。

蛍光集光部５６は、捕集板２４にパルスレーザ光１１４が照射されたときに発生するプラズマ１１６の光を集光する機能を有している。この蛍光集光部５６は、発生した蛍光１１８等の光を集光する蛍光集光用レンズ５８と、この蛍光集光用レンズ５８で集光された蛍光１１８の光路を少なくとも２経路に分岐させるためのハーフミラー６０と、を有する。２つの経路それぞれには、第１波長フィルタ６２および第２波長フィルタ６４が配置されている。

第１波長フィルタ６２が配置される蛍光１１８の経路には、第１波長フィルタ６２を透過した蛍光１１８を検出して電気信号に変換する第１光検出器６６と、この第１光検出器６６から送られる電気信号を増幅させる第１アンプ７０と、が配置されている。また、第２波長フィルタ６４が配置される蛍光１１８の経路には、第２波長フィルタ６４を透過した蛍光１１８を検出して電気信号に変換する第２光検出器６８と、この第２光検出器６８から送られる電気信号を増幅させる第２アンプ７２と、が配置されている。

第１および第２光検出器６６、６８は、詳細な図示は省略しているが、光電倍増管が用いられている。

第１および第２波長フィルタ６２、６４は、それぞれ特定の波長範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタである。第１波長フィルタ６２は、例えばＤ線（波長：５８９ｎｍ）等のナトリウムの蛍光１１８を透過する機能を有している。また、第２波長フィルタ６４は、ナトリウムの蛍光１１８を含まない波長範囲の光を透過する機能を有している。第１および第２波長フィルタ６２、６４の透過波長幅は互いに等しくなるように設定されている。

元素分析部７４は、複数の信号線７６と、これらの信号線７６が電気的に接続される信号処理部７８と、を有する。信号処理部７８は、第１アンプ７０、第２アンプ７２、および分析装置用モータ制御部４６それぞれと、信号線７６を介して電気的に互いに接続されている。この信号処理部７８は、第１アンプ７０、第２アンプ７２および分析装置用モータ制御部４６それぞれから、信号線７６を介して送られた電気信号に基づいて、蛍光１１８の強度等を算出する機能を備えている。

続いて、本実施形態のナトリウム漏えい検出システムを用いて、ナトリウムを検出する方法について説明する。

冷却材流通用配管２および保温材４の間に形成される間隙６にある気体媒体８を、サンプリング配管１０の開口から吸引ポンプ１６を作動させることにより吸引する。吸引された気体媒体８は、エアロゾル検出器１４に取り込まれる。

冷却材流通用配管２から微少のナトリウムが漏えいしたときに、漏えいしたナトリウムが気体媒体８に含まれる酸素と化学反応して、Ｎａ_２Ｏ等を主成分とするエアロゾルが形成される。このエアロゾルを含んだ気体媒体８は、上記のように吸引ポンプ１６により吸引され、サンプリング配管１０を通ってエアロゾル検出器１４に導入される。

ここで、ナトリウム漏えい検出システムは、Ｎａ_２Ｏ等を主成分とするエアロゾルを含む気体媒体８がエアロゾル検出器１４内を流れると、警報を発するように構成されている。なお、警報を発生させる装置等の詳細な説明および図示は省略している。

エアロゾル検出器１４から排出された気体媒体８の一部は、エアロゾル捕集器２０に導入される。

ここで、通常、サンプリング配管１０で吸引するガス流量に比してエアロゾル捕集器２０によるエアロゾル捕集に要するガス流量は小さい。このため、エアロゾル検出器１４を通過した気体媒体８の一部がエアロゾル捕集器２０に流れ込み、残りはバイパス配管１２に流れ込むように構成されている。

図３の例のサンプリング配管１０には、エアロゾル検出器１４よりも下流側でエアロゾル捕集器２０の上流側に気体媒体８の流れを２系統に分岐する分岐部１０ａが設けられて、エアロゾル捕集器２０の下流側に合流部１０ｂが設けられている。バイパス配管１２は、分岐部１０ａから、エアロゾル捕集器２０を通らずに合流部１０ｂに流れるように構成されている。

エアロゾル捕集器２０の排出部３８から排出された気体媒体８と、バイパス配管１２を流通した気体媒体８とは、合流部１０ｂで合流して外気に放出される。

ここでエアロゾル捕集器２０に取り込まれた気体媒体８の流れについて説明する。

エアロゾル捕集器２０に取り込まれたエアロゾルを含む気体媒体８は、ノズル３４内を流通して、噴出側開口部３６から噴出する。このときエアロゾルを含む気体媒体８は、捕集板２４の表面に吹き付けるように噴出される。

噴出側開口部３６から噴出した気体媒体８は、捕集板２４に衝突する。このときエアロゾルを含む気体媒体８の流通方向、すなわち気体媒体８の流線は、図１における点線で示される流線Ａのように、ほぼ９０度曲げられる。このとき、エアロゾルに含まれる大きな粒子１１０は、慣性が大きいため、流線Ａに沿って移動することができずに、捕集板２４に衝突して表面に沈着する。これに対して、小さな粒子１１２は、流線Ａに沿うように流れて、排出部３８から排出される。

すなわち、このノズル３４等は、いわゆる慣性インパクタのように作用する。気体媒体８の流速およびノズル３４の直径は、漏えい時に発生するナトリウムエアロゾルの粒径を考慮して、ナトリウムエアロゾルが捕集板２４に衝突するように設定しておく。

なお、排出部３８から排出された気体媒体８は、上記の通りバイパス配管１２を流通した気体媒体８に合流して外気へ放出される。

一方、捕集板２４は、捕集器用モータ２８によって捕集器用回転軸２６と共に回転している。このときの角速度は、捕集器用モータ制御部３０で一定に保たれる。このとき、レコーダ３２により捕集板２４の回転角度の経時変化が記録される。

気体媒体８に含まれるエアロゾルは、捕集板２４の表面に局所的に捕集される。また、このときの捕集位置は時間経過と共に変化する。レコーダ３２には、捕集位置を示す回転角度と時刻との相関が記録される。

また、本実施形態の捕集板２４には、上記の通り、毛管孔メンブランフィルタが用いられているため、エアロゾルを捕集板２４の内部よりも表面に近い側に効率よく捕集できる。

エアロゾルを捕集した捕集板２４は、１回転する前に、エアロゾル捕集器２０から取り出されて、ナトリウム分析装置４０の内部に分析装置用回転軸４２に取り付けられる。この後に、レーザ光発振部４８から、パルスレーザ光１１４を発生させる。

このときの捕集板２４に照射するパルスレーザ光１１４は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長：３５５ｎｍ）またはＮｄ：ＹＡＧレーザの第４高調波（波長：２６６ｎｍ）を用いるとよい。この場合、樹脂に対するレーザ吸収率が高くなり、後述するレーザアブレーションにより効率よくナトリウムを単原子化および励起することが可能になる。

このパルスレーザ光１１４はレーザ光集光用レンズ５４で集光された後に、捕集板２４の表面に照射される。このとき、レーザアブレーションによりプラズマ１１６が形成される。

プラズマ１１６から発生する蛍光１１８は蛍光集光用レンズ５８によってほぼ平行に整形された後、ハーフミラー６０で２分割されて、２つの経路、すなわち第１経路および第２経路を通る。第１経路を通る蛍光１１８は、第１波長フィルタ６２を介して、ナトリウム蛍光を含む蛍光１１８が第１光検出器６６で電気信号に変換されて、第１アンプ７０で増幅される。増幅された電気信号は、信号処理部７８へ送られる。ハーフミラー６０は、蛍光１１８を必ずしも互いに等しく分割（２等分）する必要はなく、所定の比率で各経路に分割することができる。

また、第２経路を通る蛍光１１８は、第２波長フィルタ６４を介してナトリウム蛍光を含まない蛍光１１８が第２光検出器６８で電気信号に変換されて、第２アンプ７２で増幅される。この後に、増幅された電気信号は、信号処理部７８へ送られる。

一方、捕集板２４は分析装置用モータ４４によって分析装置用回転軸４２と共に回転する。回転速度は、例えば数十分あるいは数時間で１回転程度が好ましい。このときの角速度は分析装置用モータ制御部４６により一定に保たれる。この角速度は、エアロゾル捕集器２０で捕集しているときの回転状態に合わせておくとよい。また、捕集板２４の回転角度の情報は、信号線７６を介して信号処理部７８へ送られる。

信号処理部７８は、第１および第２アンプ７０、７２を介して送られた２種類の電気信号の差分を計算し、予め評価しておいた検量線からナトリウム濃度へ変換して、捕集板２４の回転角度とナトリウム濃度との相関を評価する。

以上の説明からわかるように、本実施形態によれば、捕集板２４の捕集位置の回転角度と、捕集されたエアロゾルに含まれるナトリウムの濃度と、の相関を評価することができるため、気体媒体８に含まれるナトリウム量の経時変化を測定することができる。

また、捕集板２４に毛管孔メンブランフィルタが用いられているため、エアロゾルをその表面に捕集できる。これにより、気体媒体８に含まれるナトリウム量を高感度に測定することができる。

これらにより、エアロゾル検出器１４がナトリウムを含むエアロゾルを検出して警報を発したときに、警報を発した時刻におけるナトリウム量をより正確に調べることが可能になり、警報が正しいか否かを効率よく確認することができる。

したがって、エアロゾル検出器１４がナトリウムを含むエアロゾルを検出したと判定した結果が正しいか否かを正確且つ効率よく判定することが可能である。

なお、図４に示すように、エアロゾル検出器１４およびエアロゾル捕集器２０を互いに並列に配置してもよい。この場合、サンプリング配管１０は、分岐部１０ａがエアロゾル検出器１４およびエアロゾル捕集器２０それぞれの上流側に設けられ、合流部１０ｂは、それぞれの下流側に設けられている。

サンプリング配管１０の開口から吸引された気体媒体８は、分岐部１０ａで所定の流量割合で分岐されて、エアロゾル検出器１４およびエアロゾル捕集器２０それぞれに流れ込む。このときのエアロゾル検出器１４を流通する気体媒体８の流量は、エアロゾル捕集器２０を流通する気体媒体８の流量よりも大きい。エアロゾル検出器１４およびエアロゾル捕集器２０それぞれを通過した気体媒体８は、合流部１０ｂで合流して外気へ放出される。

［第２の実施形態］
本発明に係るナトリウム漏えい検出システムの第２の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係るナトリウム漏えい検出システムのエアロゾル捕集器２０の構成を示す一部断面の概略正面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態のナトリウム漏えい検出システムは、エアロゾル捕集器２０のノズル３４内に空力学レンズ８０が設けられている。本実施形態のノズル３４は、気体媒体８が流通する流路の直径（内径）がほぼ一定の円柱状である。また、本実施形態のナトリウム分析装置４０は、第１の実施形態（図２）と同様である。

この空力学レンズ８０は、中央に流路穴８５が形成された４枚の穴あき円板、すなわち第１穴あき円板８１、第２穴あき円板８２、第３穴あき円板８３、および第４穴あき円板８４を有する。第１〜第４穴あき円板８１〜８４は、ノズル３４内に互いに間隔をあけて、上流側から噴出側開口部３６に向かって第１穴あき円板８１、第２穴あき円板８２、第３穴あき円板８３、第４穴あき円板８４の順に配列される。第１〜第４穴あき円板８１〜８４に形成された流路穴８５は、穴直径が第１穴あき円板８１、第２穴あき円板８２、第３穴あき円板８３、第４穴あき円板８４の順に除々に小さくなるように形成されている。また、各流路穴８５の穴直径は、漏えい時に発生するナトリウムエアロゾルが細いビーム状に整流されるように、空力学的な計算により計算されている。

本実施形態によれば、空力学レンズ８０を用いることにより、第１の実施形態に比べ、気体媒体８に含まれるエアロゾルを、捕集板２４の表面上のより小さい領域に捕集することができる。これにより、捕集板２４の捕集位置の回転角度の分解能を向上することができる。

また、第１の実施形態と同じ回転角度で相関を評価する場合、ナトリウム量の時間変化をより長く行うことが可能になる。

［第３の実施形態］
本発明に係るナトリウム漏えい検出システムの第３の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係るナトリウム漏えい検出システムのナトリウム分析装置４０の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態のナトリウム漏えい検出システムのナトリウム分析装置４０は、第１の実施形態と同様に、エアロゾル捕集器２０とは別の場所に配置されて、エアロゾル捕集器２０から取り外された捕集板２４を取り付けられるように構成されて、分析装置用回転軸４２、分析装置用モータ４４、分析装置用モータ制御部４６、レーザ光発振部４８およびレーザ光集光照射部５０を有する。これらの他に、このナトリウム分析装置４０は、内部に捕集板２４を設置可能な真空チャンバ８８と、ナトリウムイオンの量を質量分析可能なイオン分析部９４と、を有する。

ここで、本実施形態に係るナトリウム漏えい検出システムのエアロゾル検出器２０、エアロゾル捕集器２０、吸引ポンプ１６等は、第１の実施形態と同様である。

真空チャンバ８８は、金属製の容器で、内部を高真空状態に維持できるようシールされている。この真空チャンバ８８は、真空ポンプ９２によって、内部を真空にする。この真空ポンプ９２は、ターボ分子ポンプ等が用いられている。また、この真空チャンバ８８には、レーザ光集光照射部５０から照射されるパルスレーザ光１１４を透光可能なウィンドウ９０が設けられている。

分析装置用回転軸４２は、一方の端部が真空チャンバ８８の内部にあるように配置されている。捕集板２４は、真空チャンバ８８の内部にある分析装置用回転軸４２に取り付けられる。

レーザ光発振部４８から発振されるパルスレーザ光１１４は、レーザ光集光照射部５０によって集光されて、捕集板２４の表面にほぼ垂直に照射される。当該照射位置の付近には、この照射位置を挟み込むように、２枚の電極、すなわち、第１電極９６および第２電極９８が互いに間隔をあけて配置される。これらの第１および第２電極９６、９８それぞれは、金属製の平板で、捕集板２４にほぼ垂直で互いに平行に配置される。第２電極９８の中心部には、開口部が形成されて、この開口部には金属製メッシュ部材（図示せず）が取り付けられている。

また、これらの第１および第２電極９６、９８は、定電圧電源９５に電気的に接続されて電場が形成される。

イオン分析部９４は、飛行時間型質量分析計１００と、信号処理部７８と、を有する。

飛行時間型質量分析計１００は、第２電極９８を挟んで上記照射位置の反対側で真空チャンバ８８に連結されて、その内部は真空状態が保たれている。この飛行時間型質量分析計１００は、反射型であって、内部にイオンディフレクタ１０２、イオンリフレクタ１０４およびイオン検出器１０６等を有する。

イオンディフレクタ１０２は、飛行時間型質量分析計１００の内部で第２電極９８に近い側に配置されて、第２電極９８の方から飛んでくるイオンの方向を偏向する機能を有している。イオンリフレクタ１０４は、飛行時間型質量分析計１００の内部で第２電極９８から遠い方の端部付近に配置されて、飛行しているイオンを反射させる機能を有している。

イオン検出器１０６は、マイクロチャンネルプレートが用いられており、検出したイオンの情報を電気信号の情報に変換する機能を有している。

以下に、本実施形態のナトリウム漏えい検出システムを用いて、ナトリウムを検出する方法について説明する。

先ず、第１の実施形態と同様に、エアロゾル捕集器２０でエアロゾルを捕集した捕集板２４は、エアロゾル捕集器２０から取り出されて、ナトリウム分析装置４０の真空チャンバ８８の内部に設置される。

次に、レーザ光発振部４８はパルスレーザ光１１４を発生させる。このパルスレーザ光１１４は、レーザ光集光照射部５０で集光された後にウィンドウ９０を介して捕集板２４の表面に照射される。

パルスレーザ光１１４を照射された捕集板２４の表面には、レーザアブレーションの現象によって、高温のプラズマ１１６が形成される。このとき、Ｎａ_２Ｏ等の分子構造を有するナトリウムエアロゾルは、原子レベルに分解されて、さらに電子を失ってナトリウムイオンが形成される。

第１および第２電極９６、９８には、定電圧電源９５によって定電圧が印加される。これにより、パルスレーザ光１１４の照射位置、すなわちプラズマ１１６が発生する部位には、電場が形成される。ナトリウムイオンは、電場によるクーロン力を受けて加速され、第２電極９８に設けられた金属製メッシュ部材を通過して、飛行時間型質量分析計１００に向かって飛行する。

ナトリウムイオンは、特定の運動エネルギーを有して、飛行時間型質量分析計１００に入射する。上記ナトリウムイオンは、図６の点線Ｂで示すように、イオンディフレクタ１０２によって偏向された後に、イオンリフレクタ１０４によって反射されて、イオン検出器１０６で検出される。

飛行時間型質量分析計１００に入射するイオンは、質量の小さいものほど速いため、その飛行時間は、質量の大きいものほど長くなる。このような特性を用いて、ナトリウムイオンを選択的に検出することが可能となる。

イオン検出器１０６で検出されたイオンの情報は、電気信号に変換されて信号処理部７８へ送られる。

一方、パルスレーザ光１１４が照射されている捕集板２４は、分析装置用モータ４４によって回転している。この回転の角速度は、分析装置用モータ制御部４６により一定に保たれる。また、このときの捕集板２４の回転角度の情報は信号処理部７８へ送られる。

信号処理部７８は、信号線７６を介してイオン検出器１０６から送られた電気信号から、予め評価しておいた検量線に基づいてナトリウム濃度を求めて、捕集板２４の回転角度とナトリウム濃度との相関を評価する。

これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。

［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、第１の実施形態では、エアロゾル捕集器２０は、エアロゾル検出器１４の下流側に配置されているが、これに限らない。エアロゾル捕集器２０が、エアロゾル検出器１４の上流側に配置されてもよい。

また、第２の実施形態の特徴に、第３の実施形態の特徴を組み合わせてもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、捕集板２４に毛管孔メンブランフィルタを用いているが、これに限らない。エアロゾルを濾過可能なフィルタであればよい。

２…冷却材流通用配管、４…保温材、５…壁、６…間隙、８…気体媒体、１０…サンプリング配管、１０ａ…分岐部、１０ｂ…合流部、１２…バイパス配管、１４…エアロゾル検出器、１６…吸引ポンプ、２０…エアロゾル捕集器、２２…本体部、２４…捕集板、２５…捕集板収容部、２６…捕集器用回転軸、２８…捕集器用モータ、３０…捕集器用モータ制御部、３２…レコーダ、３４…ノズル、３６…噴出側開口部、３８…排出部、４０…ナトリウム分析装置、４２…分析装置用回転軸、４４…分析装置用モータ、４６…分析装置用モータ制御部、４８…レーザ光発振部、５０…レーザ光集光照射部、５２…反射ミラー、５４…レーザ光集光用レンズ、５６…蛍光集光部、５８…蛍光集光用レンズ、６０…ハーフミラー、６２…第１波長フィルタ、６４…第２波長フィルタ、６６…第１光検出器、６８…第２光検出器、７０…第１アンプ、７２…第２アンプ、７４…元素分析部、７６…信号線、７８…信号処理部、８０…空力学レンズ、８１…第１穴あき円板、８２…第２穴あき円板、８３…第３穴あき円板、８４…第４穴あき円板、８５…流路穴、８８…真空チャンバ、９０…ウィンドウ、９２…真空ポンプ、９４…イオン分析部、９５…定電圧電源、９６…第１電極、９８…第２電極、１００…飛行時間型質量分析計、１０２…イオンディフレクタ、１０４…イオンリフレクタ、１０６…イオン検出器、１１０…大きな粒子、１１２…小さな粒子、１１４…パルスレーザ光、１１６…プラズマ、１１８…蛍光

Claims (10)

1. ナトリウム流通用配管の内部を流通するナトリウムが前記ナトリウム流通用配管の外部に漏えいしたときに発生して前記ナトリウムを含むエアロゾルを検出するためのナトリウム漏えい検出器において、
   開口が形成された一方の端部が前記ナトリウム流通用配管の外側面付近に配置されて、前記開口から前記ナトリウム流通用配管の周囲の気体媒体を吸引可能に構成されたサンプリング配管と、
   前記開口から吸引した前記気体媒体を取り込んで、前記気体媒体に前記エアロゾルが含まれるか否かを検出可能なエアロゾル検出器と、
   前記エアロゾル検出器に取り込んだ前記気体媒体を収集し、前記気体媒体中の前記エアロゾルを捕集するエアロゾル捕集器と、
   を有し、
   前記エアロゾル捕集器は、
   本体部と、
   前記本体部内に着脱可能に収容されて、前記エアロゾルを捕集可能な平板状の捕集板と、
   前記本体部内で且つ噴出側開口部が前記捕集板の表面に互いに間隔をあけて配置されて、前記エアロゾル検出器から収集した前記気体媒体が内部を流通した後に前記噴出側開口から排出されて前記捕集板の表面に向かって吹付け可能に構成されたノズルと、
   前記捕集板を所定の軸周りに所定の速度で回転させる捕集板回転手段と、
   を有することを特徴とするナトリウム漏えい検出器。
2. 前記ノズルは、前記捕集板の表面に垂直に延びて、前記気体媒体の入口が出口よりも内径が大きいこと、を特徴とする請求項１に記載のナトリウム漏えい検出器。
3. 前記ノズル内に空力学レンズが配置されて、前記気体媒体の流路が小さくなるように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載のナトリウム漏えい検出器。
4. 前記捕集板は、前記ナトリウムを濾過することで捕集可能なフィルタであること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のナトリウム漏えい検出器。
5. 前記捕集板は、毛管孔メンブランフィルタであること、を特徴とする請求項４に記載のナトリウム漏えい検出器。
6. ナトリウム流通用配管の内部を流通するナトリウムが前記ナトリウム流通用配管の外部に漏えいしたときに発生して前記ナトリウムを含むエアロゾルを検出するためのナトリウム漏えい検出システムにおいて、
   開口が形成された一方の端部が前記ナトリウム流通用配管の外側面付近に配置されて、前記開口から前記ナトリウム流通用配管の周囲の気体媒体を吸引可能に構成されたサンプリング配管と、
   前記開口から吸引した前記気体媒体を取り込んで、前記気体媒体に前記エアロゾルが含まれるか否かを検出可能なエアロゾル検出器と、
   前記エアロゾル検出器に取り込んだ前記気体媒体を収集し、前記気体媒体中の前記エアロゾルを捕集するエアロゾル捕集器と、
   前記エアロゾル捕集器で捕集した前記エアロゾルのナトリウム濃度を分析するナトリウム濃度分析装置と、
   を有し、
   前記エアロゾル捕集器は、
   本体部と、
   前記本体部内に着脱可能に収容されて、前記エアロゾルを捕集可能な平板状の捕集板と、
   前記本体部内で且つ噴出側開口部が前記捕集板の表面に互いに間隔をあけて配置されて、前記エアロゾル検出器から収集した前記気体媒体が内部を流通した後に前記噴出側開口から排出されて前記捕集板の表面に向かって吹付け可能に構成されたノズルと、
   前記捕集板を所定の軸周りに所定の速度で回転させる捕集板回転手段と、
   を有することを特徴とするナトリウム漏えい検出システム。
7. 前記ナトリウム濃度分析装置は、前記気体媒体が照射された前記捕集板を所定位置に設置可能に構成されて、
   前記所定位置に設置された前記捕集板を所定の軸周りに回転させるモータと、
   前記モータにより前記軸周りを回転している前記捕集板の表面に捕集された所定の試料に照射するとプラズマが発生するレーザ光を発振可能なレーザ光発振部と、
   前記レーザ光発振装置から伝送された前記レーザ光を、前記捕集板の表面上で所定の領域内に集光して照射するレーザ光集光照射部と、
   前記プラズマから発生する蛍光の少なくとも一部を集光する蛍光集光部と、
   前記蛍光集光部で集光した前記蛍光のうち互いに異なる所定の波長成分の蛍光を透過させる波長フィルタを少なくとも２つ備え、前記各波長フィルタを透過した前記蛍光の波長およびこの波長の強度に基づいて、元素含有量を定量する元素分析部と、
   を有することを特徴とする請求項６に記載のナトリウム漏えい検出システム。
8. 前記各波長フィルタのちの１つは、Ｄ線のナトリウムの蛍光を透過させること、を特徴とする請求項７に記載のナトリウム漏えい検出システム。
9. 前記ナトリウム濃度分析装置は、
   内部に前記捕集板を設置可能な真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内に設置された前記捕集板を所定の軸周りに回転させるモータと、
   前記モータにより前記軸周りを回転している前記捕集板の表面に捕集された所定の試料に照射するとイオンが生成されるレーザ光を発振可能なレーザ光発振部と、
   前記イオンのうちナトリウムイオンの量を質量分析可能なイオン分析部と、
   を有すること特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載のナトリウム漏えい検出システム。
10. ナトリウム流通用配管の内部を流通するナトリウムが前記ナトリウム流通用配管の外部に漏えいしたときに発生して前記ナトリウムを含むエアロゾルを検出するナトリウム漏えい検出方法において、
    前記ナトリウム流通用配管の周りの気体媒体を収集する気体媒体収集工程と、
    前記気体媒体収集工程の後に、前記気体媒体に前記エアロゾルが含まれるときに、前記エアロゾルを捕集可能な前記捕集板の表面上の所定領域に前記エアロゾルを照射して、前記捕集板を所定の軸周りに回転させて前記エアロゾルの照射位置を経時的に変化させながら捕集するエアロゾル捕集工程と、
    前記エアロゾル捕集工程の後に、前記捕集板をナトリウム濃度分析装置に設置する捕集板設置工程と、
    前記捕集板設置工程の後に、前記捕集板を所定の軸周りに回転させながらナトリウム濃度を分析する分析工程と、
    を有することを特徴とするナトリウム漏えい検出方法。

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