JP2013130414A

JP2013130414A - 二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法およびその装置

Info

Publication number: JP2013130414A
Application number: JP2011278360A
Authority: JP
Inventors: Koichi Okada; 耕一岡田; Atsushi Nukaga; 淳額賀
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】
本発明は、放射線を用いた金属容器内の二相流などの計測において、金属容器による放射線の減衰を低減させると共に、容器内部の流れる流体を観測可能な二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法およびその装置を提供する。
【解決手段】
容器内部の内部を流れる流体に放射線物質を溶解させることにより、容器内部を線源とすることで、放射線が透過する金属容器領域を低減させると共に、計測対象そのものから放射線を検出し、容器内部の流れを観測する。
【選択図】図３

Description

本発明は放射線を利用して配管内部の二相流などの流体の流動様式を測定する二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法およびその装置に関する。

例えば、軽水炉では燃料の冷却材として水を用いる。沸騰水型原子炉の場合、炉心で温められた水は液体と気体の混合した二相流となる。炉心内部の燃料棒の冷却は主に液相領域で行われる。水は燃料棒間を流れる間に燃料棒から熱を受け取り、燃料棒は冷却される。一方、温められた水は蒸気となり、エネルギーを伝達する役割を担う。従って、燃料集合体の構造を、液相で十分な冷却が可能で、気相の圧力損失を低減する構造とすることで、原子炉に装荷した燃料に対する出力の効率が向上する。

このため二相流の挙動解明は効率的な炉心設計のために必要となる。運転条件の変化に対する二相流挙動の変化を解明するためには、二相流の変化を時系列で追跡しなければならない。しかし、原子炉の運転条件時の二相流は高温高圧であり、金属製の圧力容器に収められている。従って、原子炉の運転条件における二相流を目視することはできない。

目視が不可能な環境において、内部の情報を取得する方法として炉心内部を模擬し放射線を利用した方法がある。放射線透過を用いて二相流の流動状態を取得する方法として、特許文献1に示すようなボイド率測定法がある。ボイド率測定法は対象とする箇所のボイド率の時間的または空間的な平均値を測定する方法である。この他にも、二次元検出器を用いた、透過撮像やCT撮像などが存在する。いずれの方法も配管や容器を挟むように対向した位置に放射線源と検出器を配置する方法である。

特開昭６０−１０５９５１号公報

例えば、二相流の時間変化を観測する方法として、物質の放射線透過を利用した方法が用いられる。物質の透過を利用した方法の例としては、線ボイド率の計測や透過撮像システムが挙げられる。

放射線による物質内部の観測では、計測される放射線量が透過する物質の構造に依存する。放射線の減衰が高い物質や、透過する距離が長い場合は、計測される放射線量は少なくなる。計測される放射線量が少なくなると、長時間の測定が必要になり、内部の時間変化情報を得ることが出来ない。また、計測される放射線量がさらに少ないと、十分なS/Nが得られず、内部の情報が取得できないこともある。

また、透過計測する場合、容器内部での減衰量の差異が内部の情報となる。つまり、二相流を対象とし場合、液相による減衰量と気相による減衰量の差異が内部の情報として得られる。仮に十分な放射線量が計測されたとしても、減衰量の差が小さい場合は、内部情報を取得することができない。

容器を透過撮像する場合、線源と検出器は容器を挟んで対向する位置に設置される。線源としてはＸ線管や放射性同位元素が用いられる。放射線同位元素を用いた場合、高レベルの放射能を有す放射性同位元素を用いない限り放出される放射線量は小さくなり、長い計測時間が必要となる。容器による放射線の減衰量を低減するために高エネルギーの放射線を放出する放射性同位元素を線源とした場合、気相と液相の減衰量の差が小さくなり、内部の情報の取得が難しくなる。一方、気相と液相の減衰量の差が大きくなるように低エネルギーの放射線を放出する放射性同位元素を線源とした場合、容器による放射線の減衰が大きく、十分な信号を計測することが難しくなる。

Ｘ線管から放出される光子のエネルギースペクトルは連続であり、エネルギーを決定する事は出来ない。線源から放出された放射線は容器を構築する物質を透過した後、容器内部の物質を透過、容器から出る際に再び容器を構築する物質を透過して、検出器へ入射する。原子炉運転条件下の二相流は、高温高圧に耐えうるため、容器は厚く、強固に作られる。このような圧力容器または配管では、放射線の減衰量が多く、計測される放射線量は少なくなる。特に低エネルギーの放射線は透過力が低いため、Ｘ線管から放出される連続スペクトルのうち、支配的となる低エネルギー光子は圧力容器を透過することができない。また、高エネルギー成分は放射線同位元素を用いた場合と同様に、気相と液相の減衰量の差が小さくなり、内部の情報の取得が難しくなる。従って、高温高圧環境下の二相流を放射線を利用して観測する場合、時間変化を計測することが容易では無くなるか、そもそも内部情報を取得することが困難となる可能性がある。

そこで本発明は、放射線を用いた金属容器内の二相流などの計測において、金属容器による放射線の減衰を低減させると共に、容器内部の流体の流れを観測可能な二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法およびその装置を提供することを目的とする。

本発明の二相流の流動様式計測方法では、容器内部の二相流に一定量の放射性物質を溶解させることにより、容器内部に線源を作る。容器内部に線源がある場合、容器を透過する回数は容器内部から外部へ出る時の一度だけなので、容器による減衰量は、容器外部に線源がある場合に比べて小さくなる。また、放射性同位元素から発生する放射線を用いるため、溶解させる同位元素の選定次第では、高エネルギーの単色放射線を線源とすることが可能であり、低エネルギー放射線の透過力が低い問題は解消される。さらに、計測量の差異は気相と液相の減衰量の差異ではなく、気相と放射性物質が溶解している液相との体積比によるため、高エネルギーの放射線による減衰量比の減少の影響が無くなる。

また、本方法では放出される放射線のエネルギーを単色とすることが出来るため、検出器をコリメータで指向性を持つように遮蔽し、計測される放射線のエネルギー分析を行い、散乱線の寄与である低エネルギー領域をカットすれば、想定した観測範囲のみから放出された放射線のみを選択的に計測できるので、そのように計測してもよい。

さらに、容器内部の同じ高さに複数の流路が存在し、それぞれの流動様式が異なる時にそれぞれの内部の流体の量を計測してもよい。実施例の説明では簡単のため、流路が２本の場合について説明する。

また、２本の流路のうち一方に近い容器外部に検出器を１個、もう一方の流路に近い位置に検出器をもう一個設置してもよい。この時二つの検出器の観測高さは同じである。両方の流路に流れる流体（液相）の量が等しければ、両方の検出器で等しい計測量が得られるはずである。しかし、流路間で流体の量に偏りがあった場合、流体が多い方の流路に近い側の検出器で計測される放射線量の方がもう一方の検出器で計測される放射線量よりも多くなるはずである。これは２本の流路に限らず、流路の数だけそれぞれ流路に近い位置に検出器を配置してもよく、それぞれの流体の量を観測することが可能となる。

以上説明した二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法およびその装置では、配管外部には計測系のみがあれば良いので、線源を設置する必要は無く、設置に対するスペースの制限は減少する。

以上説明したように、本発明は容器内部の水に放射線物質を溶解させることにより、容器内部を線源とすることで、放射線を用いて圧力容器内部の流体の流動様式を観測することを特徴とする。

本発明によれば、放射線を用いて圧力容器内部の流体の流動様式を観測することができる二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法およびその装置を提供することができる。

単管の容器内の二相流の液相と気相の比を観測するための実施例１、２の概念図である。流路が二つある容器内の二相流の液相と気相の比を観測するための実施例３の概念図である。単管の容器内の二相流の液相と気相の比の流れ方向への分布を観測するための実施例４の概念図である。流路が二つある容器内の二相流の混合の様子を観測するための実施例５の概念図である。流路が二つある容器内の二相流の混合の様子および液相と気相の比の流れ方向への分布を観測するための実施例６の概念図である。流路が二つある容器内の水の混合の様子を観測するための実施例７の概念図である。孔から流出する水の広がり方を観測するための実施例８の概念図である。本発明の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置の一実施形態を示す図である。

図８は本発明の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置１０の一実施形態を示す図である。二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置１０は、放射性水貯蔵タンク４２２に貯蔵されている放射性物質を含有する流体である放射性水１０２を、計測対象である容器１０１に循環水駆動部４２３で循環させて、容器１０１内の二相流等の流れの状態を放射線検出部１００で観測する。処理制御装置４２１は、放射線検出器１０３の出力を取り込み、データを処理する。また、処理制御装置４２１は、循環配管４１７を循環する放射性水１０２の流量、放射能濃度を取り込み、流量及び放射能濃度が一定になるように、制御弁４１４、４１５を制御する。制御弁４１４、４１５を制御することにより、放射性物質貯蔵タンク４１３及び水貯蔵タンク４１６より放射性物質及び水が補給される。なお、流量は流量センサ４１１で、放射能濃度は放射能検出器４１２で測定する。

以下、本実施形態における計測対象である容器１０１の構成と、その構成に対する放射線検出部１００の構成の実施例を説明する。なお、図１乃至図７において放射線検出部の符号１００を省略している。
(実施例1)
図１に、第１の実施例である実施例１における計測対象とそれに対応する放射線検出部１００の構成を示す。

実施例１は、容器１０１の内部には放射性水１０２が単に流れている計測対象における二相流の流動様式を推定する。容器１０１の外部には放射線検出部１００が設置されている。放射線検出部１００は、１台の放射線検出器１０３と放射線検出器を覆うコリメータ付き遮蔽体１０７で構成されている。容器１０１は径１００ mmで厚さ２ mmのステンレス製である。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われており、観測する範囲はコリメータの径に依存して決まる。つまり、ある一定の範囲を検出器１０３は観測する。容器１０１内部の放射性水１０２は二相流であり、気泡１０４、蒸気１０５、液滴１０６も存在している。液相側が上流で気相側が下流である。液相には放射性水１０２のほか液滴１０６を含み、気相には気泡１０４のほか蒸気１０５を含む。放射性水１０２には放射性物質が溶解している。ここでは例として放射性物質をKClとするが、KCl以外の放射性物質でも良い。

天然に存在するKの0.0117%は放射線同位元素である⁴⁰Kである。従ってKClは放射線を放出する。K 1gあたりの放射能は３０Bqである。放射性水１０２に溶解したKClは⁴⁰Kの崩壊あたり約１０ %の確率で１４６０ keVのガンマ線を放出する。このガンマ線のエネルギーは比較的高いため、容器１０１を透過する能力は高い。KClは放射性水１０２に溶解しているため、放射性水１０２の密度に依存してガンマ線を放出し、放射線検出器１０３でそのガンマ線を検出することができる。従って、放射線検出器１０３が観測する範囲の放射性水１０２の量によって検出されるガンマ線の量は異なる。このため、二相流のうち放射性水１０２のみの領域、気泡１０４の存在する領域、液滴１０６の存在する領域、蒸気１０５のみの領域で放出されるガンマ線量が異なり、放射線検出器１０３が観測する領域の流動様式によって検出されるガンマ線量が異なる。このため、本発明のシステムによって、放射線検出器１０３の出力から観測領域の液相と気相の比を測定することができ、流動様式を推定することができる。

(実施例２)
実施例２は、実施例１と同じ計測対象と同じ放射線検出部１００の構成で、容器１０１の内部の放射性水１０２が高温高圧である場合の例であり、実施例1と同様の測定が可能である。

容器１０１内部に放射性水１０２を流し、容器１０１の外部に１台の放射線検出器１０３を設置する。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われている。容器１０１内部の放射性水１０２は二相流であり、気泡１０４、蒸気１０５、液滴１０６が存在している。放射性水１０２にはKClが溶解している。温度、圧力の条件が異なったとしても、内部が二相流であることには代わり無いが、内部の高い圧力に耐えるため、容器は厚くなる。ここでは、容器径１００mm、厚さ５mmのステンレス製とする。ここで容器１０１をステンレス製としたが、ステンレスである必要は無く、圧力を保持可能であれば、金属の種類、厚さは自由に選択できる。

容器１０１が厚くなったため、容器に対する放射線の透過率は減少するが、高エネルギーであるため、影響は小さい。実際、容器厚さ２mmの時に対する容器厚さ５ mmの時の⁴⁰Kから放出されるガンマ線の透過率の減少率は1割程度に過ぎない。このため、容器１０１内部の放射性水１０２が高温高圧であったとしても、本発明のシステムによって、放射線検出器１０３の出力から観測領域の液相と気相の比を測定することができ、流動様式を推定することができる。

(実施例３)
図２に、第３の実施例である実施例３における計測対象とそれに対応する放射線検出部１００の構成を示す。
実施例３は、実施例１と放射線検出部１００が同じで、計測対象が異なる。計測対象である容器１０１の内部に複数の流路が構成されている例である。図２では流路が二つの時の例を示しているが、流路は２つ以上であっても良い。

容器１０１の内部には放射性水１０２が流れている。容器１０１の外部には放射線検出器１０３が１台設置されている。流路はそれぞれ径５０mmで厚さ２mmのステンレスで構成されている。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われており、観測する範囲はコリメータの径に依存して決まる。つまり、ある一定の範囲を放射線検出器１０３は観測する。容器１０１の内部には二つの流路があり、液相入口２０２からは液体の放射性水１０２が流入し、気相入口２０３からは気体の蒸気１０５が流入している。二つの流路は連結部２０１で繋がっており、液相と気相が混合される。液相と気相は混ざり合い、下流へ流れが伝わる。このため、連結部２０１の周辺から下流にかけて二つの流路は二相流となる。放射性水１０２には放射性物質が溶解している。ここでは例として放射性物質をKClとするが、KCl以外の放射性物質でも良い。

放射性水１０２に溶解しているKClはガンマ線を放出するため、放射線検出器１０３が観測する範囲の放射性水１０２の量によって検出されるガンマ線の量は異なる。このため、二相流のうち放射性水１０２のみの領域、気泡１０４の存在する領域、液滴１０６の存在する領域、蒸気１０５のみの領域で放出されるガンマ線量が異なり、放射線検出器１０３が観測する領域の流動様式によって検出されるガンマ線量が異なる。また、放射線検出器１０３を流れに垂直な断面に沿うように位置を変化させると、それぞれの流路の放射性水１０２の量によって、計測される放射線量は異なる。この計測される放射線量の変化により、両流路の液相と気相の比を測定可能であり、流動様式を推定することが出来る。

(実施例４)
図３に、第４の実施例である実施例４における計測対象とそれに対応する放射線検出部１００の構成を示す。
実施例４は、実施例１と計測対象が同じで、放射線検出部１００が異なる。実施例４の放射線検出部１００は、放射線検出器１０３および放射線検出器を覆うコリメータ付き遮蔽体１０７が流れ方向に沿って複数ある場合の例である。図３では放射線検出器１０３が３個の例を示しているが、放射線検出器は３個である必要は無く、何個あっても良い。

容器１０１の内部には放射性水１０２が流れている。容器１０１の外部には放射線検出器１０３が３個設置されている。容器１０１は径１００mmで厚さ２mmのステンレス製である。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われており、観測する範囲はコリメータの径に依存して決まる。つまり、ある一定の範囲をそれぞれの放射線検出器１０３は観測する。容器１０１内部の放射性水１０２は二相流であり、気泡１０４、蒸気１０５、液滴１０６も存在している。液相側が上流で気相側が下流である。放射性水１０２には放射性物質が溶解している。ここでは例として放射性物質をKClとするが、KCl以外の放射性物質でも良い。

放射性水１０２に溶解しているKClはガンマ線を放出するため、放射線検出器１０３が観測する範囲の放射性水１０２の量によって検出されるガンマ線の量は異なる。このため、二相流のうち放射性水１０２のみの領域、気泡１０４の存在する領域、液滴１０６の存在する領域、蒸気１０５のみの領域で放出されるガンマ線量が異なり、放射線検出器１０３が観測する領域の流動様式によって検出されるガンマ線量が異なる。

３個の放射線検出器１０３を用いる場合、同時に３箇所の観測が可能であるため、二相流の流動様式の変化を流れに沿って追跡することができる。液相から気相へ遷移する境界が時間的に変化する場合、流れに沿った複数の放射線検出器１０３から、その位置を判断することが出来る。また、液相と気相の流れに沿った方向への分布を測定することが可能である。

(実施例５)
図４に、第５の実施例である実施例５における計測対象とそれに対応する放射線検出部１００の構成を示す。
実施例５は、実施例２と計測対象が同じで、放射線検出部１００が異なる。実施例５の放射線検出部１００は、放射線検出器１０３および放射線検出器を覆うコリメータ付き遮蔽体１０７が流れに垂直な断面に沿って複数ある場合の例である。図４では放射線検出器１０３が２個の例を示しているが、放射線検出器は２個である必要は無く、何個あっても良い。また、放射線検出器１０３は容器１０１を挟んで対向する位置に存在する必要はない。また、図４では流路が二つの時の例を示しているが、流路は２つ以上であっても良い。

容器１０１の内部には放射性水１０２が流れている。容器１０１の外部には放射線検出器１０３が流れに垂直な断面に沿って２個設置されている。流路はそれぞれ径５０mmで厚さ２mmのステンレスで構成されている。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われており、観測する範囲はコリメータの径に依存して決まる。つまり、ある一定の範囲を放射線検出器１０３は観測する。容器１０１の内部には二つの流路があり、液相入口２０２からは液体の放射性水１０２が流入し、気相入口２０３からは気体の蒸気１０５が流入している。二つの流路は連結部２０１で繋がっており、液相と気相が混合される。液相と気相は混ざり合い、下流へ流れが伝わる。このため、結合部周辺から下流にかけて二つの流路は二相流となる。放射性水１０２には放射性物質が溶解している。ここでは例として放射性物質をKClとするが、KCl以外の放射性物質でも良い。

線源の役目を果たす溶解している放射性物質の量により放射線検出器１０３で計測される放射線量が異なるため、２個の放射線検出器１０３で計測された放射線の量から二つの流路それぞれに存在する放射性水１０２の量がわかる。このため、連結部２０１で気相と液相の混ざる量を測定することができる。

（実施例６）
図５に、第６の実施例である実施例６における計測対象とそれに対応する放射線検出部１００の構成を示す。
実施例６は、実施例５と計測対象が同じで、放射線検出部１００が異なる。実施例６の放射線検出部１００は、実施例５に加えて放射線検出器１０３および放射線検出器を覆うコリメータ付き遮蔽体１０７が流れ方向に沿って複数ある場合の例である。図５では放射線検出器１０３が流れに垂直な断面に沿って２個、流れに沿って２箇所の計４個設置されているが、流れに垂直な断面方向に設置する放射線検出器の数は２個である必要はなく、少なくとも２個の放射線検出器があれば良い。同様に流れに沿って２箇所に放射線検出器１０３を設置する必要は無く、少なくとも１箇所に放射線検出器があれば良い。また、図５では流路が二つの時の例を示しているが、流路は２つ以上であっても良い。

容器１０１の内部には放射性水１０２が流れている。容器１０１の外部には放射線検出器１０３が流れに垂直な断面に沿って２個設置されている。また、流れに沿った方向にも２個の放射線検出器１０３が設置されている。流路はそれぞれ径５０ mmで厚さ２mmのステンレスで構成されている。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われており、観測する範囲はコリメータの径に依存して決まる。つまり、ある一定の範囲を放射線検出器１０３は観測する。容器１０１の内部には二つの流路があり、液相入口２０２からは液体の放射性水１０２が流入し、気相入口２０３からは気体の蒸気１０５が流入している。二つの流路は連結部２０１で繋がっており、液相と気相が混合される。液相と気相は混ざり合い、下流へ流れが伝わる。このため、結合部周辺から下流にかけて二つの流路は二相流となる。放射性水１０２には放射性物質が溶解している。ここでは例として放射性物質をKClとするが、KCl以外の放射性物質でも良い。

線源の役目を果たす溶解している放射性物質の量により放射線検出器１０３で計測される放射線量が異なるため、２個の放射線検出器１０３で計測された放射線の量から二つの流路それぞれに存在する放射性水１０２の量がわかる。このため、連結部２０１で気相と液相の混ざる量を測定することができる。さらに、２個の放射線検出器１０３が流れ方向に沿って設置されているため、同時に２箇所において二つの流路の液相と気相の比を計測可能である。従って、二つの流路の二相流の流動様式の変化を流れに沿って推定することができる。液相から気相へ遷移する境界が時間的に変化する場合、流れに沿った複数の放射線検出器から、その位置を判断することが出来る。また、液相と気相の流れに沿った方向への分布を測定することが可能である。

（実施例７）
図６に、第７の実施例である実施例７における計測対象とそれに対応する放射線検出部１００の構成を示す。
容器１０１内の流体は二相流である必要はない。実施例7は、実施例６と計測対象、放射線検出部１００が共に同じであるが、二相流以外への適用の例である。図６では放射線検出器１０３が流れに垂直な断面に沿って２個、流れに沿って２箇所の計4個設置されているが、流れに垂直な断面方向に設置する放射線検出器１０３の数は２個である必要はなく、少なくとも２個の放射線検出器があれば良い。同様に流れに沿って２箇所に放射線検出器１０３を設置する必要は無く、少なくとも１箇所に放射線検出器があれば良い。また、図６では流路が二つの時の例を示しているが、流路は２つ以上であっても良い。

容器１０１の内部には放射性水１０２が流れている。容器１０１の外部には放射線検出器１０３が流れに垂直な断面に沿って２個設置されている。また、流れに沿った方向にも２個の放射線検出器１０３が設置されている。流路はそれぞれ径５０ mmで厚さ２mmのステンレスで構成されている。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われており、観測する範囲はコリメータの径に依存して決まる。つまり、ある一定の範囲を放射線検出器１０３は観測する。容器１０１の内部には二つの流路があり、共に放射性水１０２が流入している。二つの流路は連結部２０１で繋がっており、この時、例えば二つの流路間に圧力差があり、二つの流路は混合される。当然、圧力差ではなく、対流のみによる混合であっても良い。二つある流路のうち一方には放射性物質を溶解した放射性水１０２を流す。ここでは例として放射性物質をKClとするが、KCl以外の放射性物質でも良い。また、もう一方の流路には放射性物質は溶解していない水を流す。従って、図８に示す二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置１０に、水貯蔵タンク４１６から水をもう一方の流路に注入するラインを設ける。

放射性水１０２に溶解しているKClはガンマ線を放出するため、非混合領域３０１を観測する放射線検出器１０３はKClを溶解した流路から放出される放射線を計測する。一方、連結部２０１よりも下流の混合領域３０２を観測する放射線検出器１０３は二つの流路から放出される放射線を計測する。従って、混合領域３０２を観測する放射線検出器１０３から得られる出力から連結部２０１の環境によって流体が混合する割合を測定することができる。

（実施例８）
図７に、第８の実施例である実施例８における計測対象とそれに対応する放射線検出部１００の構成を示す。
実施例8は、実施例7と同様に容器１０１の内部の流体が二相流では無いが、実施例７とは、計測対象、放射線検出部１００が共に異なる。実施例８は、容器１０１の内部の流路が単数の場合の例である。

図７では放射線検出器１０３が流れに垂直な断面に沿って３個、流れに沿って２箇所に計６個設置されているが、流れに垂直な断面方向に設置する放射線検出器の数は３個である必要はなく、複数の放射線検出器があれば良い。同様に流れに沿った方向に２箇所に放射線検出器１０３を設置する必要は無く、少なくとも流れ方向に沿って２箇所に放射線検出器があれば良い。

容器１０１の内部には放射性水１０２が流れている。容器１０１の外部には放射線検出器１０３が流れに垂直な断面に沿って３個設置されている。また、流れに沿った方向に、流入孔４０１を挟んで２箇所に放射線検出器１０３が設置されている。放射線検出器１０３はコリメータ付き遮蔽体１０７に覆われており、観測する範囲はコリメータの径に依存して決まる。つまり、ある一定の範囲を放射線検出器１０３は観測する。図７では放射線検出器１０３は示されていないが、コリメータ付き遮蔽体１０７に覆われている。容器１０１の内部には流入孔４０１が存在し、流入孔４０１よりも上流側と下流側は流入孔のみで連結されている。従って、下流側から上流側に流れるためには流入孔４０１を経由しなければならない。容器１０１内はあらかじめ放射性水１０２で満たしておく。一方、流入する放射性水１０２には放射性物質を溶解している。ここでは例として放射性物質をKClとするが、KCl以外の放射性物質でも良い。

放射性水１０２に溶解しているKClはガンマ線を放出するため、流入孔４０１の下流および上流において、流入孔４０１近傍とその他の位置から放出される放射線量を比較することにより、容器１０１に流入した放射性水１０２が流入孔へ流入する様子、流入孔から放出される様子を観測することができる。

（実施例９）
上記に示した全ての例に対して、放射線検出器１０３がエネルギー分析可能であると、より精度の高い計測が可能となる。

放射性水１０２に溶解した放射性物質から放出される放射線１０３は容器１０１または放射性水１０２自身と反応し、散乱線を発生させる。散乱線は構造物が存在するあらゆる位置で発生する可能性があり、計測上はノイズとなる。散乱線の特徴としては、散乱した際にエネルギーを失うため、放射性物質から放出された時よりもエネルギーが低くなる。従って、放射線検出器１０３がエネルギー分析可能な場合、あらかじめ想定されるエネルギーよりも低いエネルギーが得られた時に信号としてカットすることにより散乱線によるノイズを低減することができる。特に、本システムではＸ線管のような連続エネルギーとなる放射線を対象としているわけではなく、想定される放射線のエネルギーは単色であるため、厳密に対象とするエネルギーを選択できる。なお、エネルギー分析は、放射線検出器１０３の検出結果に基づいて、処理制御装置４２１で実施してもよい。

（実施例１０）
上記実施例は全て放射性物質として、天然に存在するKを利用しているが、KClに含まれる⁴⁰Kの割合を増加させても良い。この場合、放射能強度が大きくなるため、計測される放射線の個数が増加し、計測精度が向上する。

（実施例１１）
また、放射性物質として⁴⁰Kでは無く、化学形態をCsClとし、⁴⁰Kの代わりに¹³⁴Csや¹³⁷Csを用いても良い。¹³⁷Csを用いた場合、放出されるガンマ線のエネルギーは662 keVである。これは、⁴⁰Kを用いた場合に放出されるガンマ線のエネルギーの半分以下であるため、放出されるガンマ線の透過力では⁴⁰Kを用いた場合に劣る。しかし、CsClの方がKClよりも溶解度が高いため、放射能強度はKClを用いた場合より、CsClを用いた場合の方が高くなる。

本発明のシステムを用いることで、容器内の液体の流動様式を観測することが可能である。

１０：放射線
１００：放射線検出部１０１：容器
１０２：放射性水１０３：放射線検出器
１０４：気泡１０５：蒸気
１０６：液滴１０７：コリメータ付き遮蔽体
２０１：連結部２０２：液相入口
２０３：気相入口３０１：非混合領域
３０２：混合領域４０１：流入孔
４１１：流量センサ４１２：放射能検出器
４１３：放射性物質貯蔵タンク４１４、４１５：制御弁
４１６：水貯蔵タンク４１７：循環配管
４２１：処理制御装置４２２：放射性水貯蔵タンク
４２３：循環水駆動部

Claims

容器と、前記容器の内部に流れる流体と、前記容器の外側に設置された放射線検出器と、前記放射線検出器の検出結果を処理する処理制御装置とを備え、前記流体の流れの状態を観測する二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記流体は前記流体に溶解した放射性物質を含有し、前記容器外に設けられ、前記流体からの放射線を検出する放射線検出器を有することを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記放射性物質は⁴⁰K、⁴⁰Kの化学形態がKCl、¹³⁷Cs、¹³⁴Csのうちいずれかであることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記流体は水であることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記容器の内部を流れる前記流体が二相流であることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記容器が高温高圧の前記流体を保持可能な圧力容器であることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記放射線検出器にコリメータが設置されていることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記処理制御装置が前記検出結果によりまたは前記放射線検出器がエネルギー分析を行うことを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記容器内に少なくとも２個の流路が存在することを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記容器の同じ横断面を観測する位置に前記放射線検出器を複数設けたことを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記容器の異なる横断面を観測する位置に前記放射線検出器を複数設けたことを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
請求項１または請求項２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置において、
前記容器はその内部に流入孔を有することを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測装置。
容器と、容器内部に流れる流体と、前記容器の外側に設置された放射線検出器を備えた容器内の流体の流れの状態を観測する二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記流体は前記流体に溶解した放射性物質を含有し、前記容器外に設けられた放射線検出器で前記流体からの放射線を検出して、前記流体の流れの状態を観測することを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請求項１２に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記放射性物質は⁴⁰K、⁴⁰Kの化学形態がKCl、¹³⁷Cs、¹³⁴Csのうちいずれかであることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請求項１２または請求項１３に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記流体は水あることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請求項１２または請求項１３に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記容器の内部を流れる前記流体が二相流であることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請求項１２または請求項１３に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記流体は高温高圧であることを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請請求項１２または請求項１３に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
エネルギー分析を行うことを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請求項１２または請求項１３に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記容器内に少なくとも２個の流路が存在することを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請求項１２または請求項１３に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記容器内の流体の流れの横断面の複数の方向から前記流体からの放射線を検出することを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。
請求項１２または請求項１３に記載の二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法において、
前記容器内の流体の流れ方向の複数の横断面から前記流体からの放射線を検出することを特徴とする二相流の流動様式または単相流の混合状態計測方法。