JP2014020894A - 破損燃料検査装置および破損燃料検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済燃料集合体を吊り上げることなく使用済燃料集合体の放射能漏れを検知する破損燃料検査を可能とする。
【解決手段】冷却水中に没している使用済燃料集合体１０内の燃料棒の破損の有無を検査する破損燃料検査装置１００は、使用済燃料集合体１０の上部に着脱可能に装着されて使用済燃料集合体１０の上部が閉じた空間を形成するシッパーキャップ５１と、シッパーキャップ５１を貫通し使用済燃料集合体１０内の燃料棒間の間隙に挿入され使用済燃料集合体１０内を加熱する加熱ロッド４１と、シッパーキャップ５１を貫通し、上部空間からのガスを導出するサンプリング管５２と、サンプリング管５２により取り出されたガス内の放射性物質を検出するための検査装置５０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、破損燃料検査装置および破損燃料検査方法に関する。

原子炉の運転中に燃料棒の破損が発生した場合、原子炉を停止した後に、この破損した燃料棒が存在する燃料集合体を特定するシッピング検査が行われる。破損した燃料棒が存在すると、その内部から放射性ガスが放出される。このため、検査対象の燃料集合体の近傍のガスや水を採取して放射能測定を行うことにより、破損燃料棒の存在の有無を判断することができる。

燃料集合体が炉心に存在する状態で行うシッピング検査として、燃料集合体の上部にシッパーキャップを取り付け、このシッパーキャップの内部を減圧したり攪拌したりすることにより、放射性ガスを採取する技術が知られている（たとえば、特許文献１、２）。

燃料集合体を炉外に取り出して行うシッピング検査として、燃料集合体をシッピングカンと呼ばれる容器に封入し、このシッピングカンの内部の水またはガスを採取する技術が知られている（たとえば、特許文献３）。

さらに、このシッピングカンの底部に加熱器を配置して、ガス放出を促す技術が知られている（たとえば、特許文献４）。

また、炉水内で燃料集合体を炉心から上方に移動させることにより、燃料棒に付与される水圧を低下させ、破損燃料棒からのガス放出を促し、上方で採取するマストシッピング技術が知られている（たとえば、特許文献５）。

特許第４３０１６８５号公報 特許第３２８９０１０号公報 特開昭６２−４３５９７号公報 実開昭５９−１８５６９７号公報 特開平８−２２０２８５号公報

これら従来のシッピング検査は、通常、燃料棒の破損が判明し、原子炉を停止し冷却を開始してから比較的短い時間内に行われる。このため、ヨウ素１３１（半減期約８日）やキセノン１３３（半減期約５．２日）のような比較的半減期の短い放射性ガスを分析対象とすることができ、測定感度を確保することができる。また、核燃料の残留熱が高いため、燃料棒を温度上昇させて内部のガス放出を促すことが比較的容易である。

ところが、原子炉に大規模災害が発生した場合、従来のシッピング検査が想定する軽微な燃料棒の破損状態とは様相が大きく相違する。

たとえば、燃料貯蔵プールのプール水が一時的に減少し、貯蔵中の使用済燃料が残留熱によって高温化して燃料棒が破損したり、あるいは燃料貯蔵プールの崩落等といった外的要因によって燃料棒が破損したりする可能性がある。

このような大規模災害が発生した場合、周辺を含めた復旧対策に長期間を要する。このため、たとえば１年を超えるといった長さの期間が経過し、破損燃料が充分に冷却された後に、検査が開始される場合がある。

このような場合、半減期の短い放射性ガスは、放射能が減衰していて検出することができない。このため、半減期の長いクリプトン８５（半減期１０．８年）を検査対象にする必要がある。しかし、クリプトン８５は、放射能の強度が低いため、検査にあたり、できるだけ破損燃料から多量に放出させて捕集する必要がある。

また、燃料棒の破損状態が深刻な場合は、ハンドルを持って使用済燃料集合体を吊り上げることが困難となる。そのような場合は、従来技術のマストシッピングを実行することはできず、またシッピングカンへ使用済燃料集合体を移動させることもできない。

また、使用済燃料集合体の上部に取り付けたシッパーキャップの内部を減圧したり攪拌したりする従来技術では、クリプトンガスを多量に捕集することは困難である。

そこで、本発明は、使用済燃料集合体を吊り上げることなく使用済燃料集合体の放射能漏れを検知する破損燃料検査を可能とすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、冷却水中に没している使用済燃料集合体内の燃料棒の破損の有無を検査する破損燃料検査装置であって、前記使用済燃料集合体の上部に装着されて前記使用済燃料集合体の上部に閉じた空間を形成するシッパーキャップと、前記シッパーキャップを貫通し、前記使用済燃料集合体内の前記燃料棒間の間隙に挿入され前記使用済燃料集合体内を加熱する加熱ロッドと、前記シッパーキャップを貫通し、前記空間からガスを導出するサンプリング管と、前記サンプリング管により取り出された前記ガス内の放射性物質を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、冷却水中に没し使用済燃料集合体内の燃料棒の破損の有無を検査する破損燃料検査方法であって、前記使用済燃料集合体内を加熱する集合体内加熱ステップと、前記加熱ステップにより前記使用済燃料集合体内から放出されたガスを捕集するガス捕集ステップと、前記捕集ステップにおいて捕集されたガス中の放射能を検査する検査ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、使用済燃料集合体を吊り上げることなく使用済燃料集合体の放射能漏れを検知することが可能となる。

第１の実施形態による破損燃料検査装置を適用した状態を示す立断面図である。 第１の実施形態による破損燃料検査装置の構成を示す立断面およびブロック図である。 第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッドの挿入状態を示す使用済燃料集合体の立断面図である。 第１の実施形態による破損燃料検査装置の構成の詳細を示す使用済燃料集合体の最上部の立断面図である。 第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッド、加熱ロッド中間案内管および加熱ロッド上部案内管の使用済燃料集合体内上部における挿入状態を示した図４のV−V線矢視平断面図である。 第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッド、加熱ロッド中間案内管および加熱ロッド上部案内管の使用済燃料集合体内上部における詳細平断面図である。 第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッドおよび加熱ロッド中間案内管の使用済燃料集合体内中間部における挿入状態を示した図４のVII−VII線矢視平断面図である。 第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッドの使用済燃料集合体内下部における挿入状態を示す詳細平断面図である。 第１の実施形態による破損燃料検査方法を示すチャートである。 第２の実施形態による破損燃料検査装置の構成の詳細を示す使用済燃料集合体の最上部の立断面図である。 第３の実施形態による破損燃料検査装置の構成を示す立断面およびブロック図である。 第４の実施形態による破損燃料検査装置の構成細を示す立断面およびブロック図である。 第５の実施形態による破損燃料検査装置の構成を示す立断面およびブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る破損燃料検査装置および破損燃料検査方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による破損燃料検査装置を適用した状態を示す立断面図である。

燃料貯蔵プール３０内はプール水３５に満たされており、プール水３５の中に燃料ラック３１が浸されている。燃料ラック３１は、格子状に配列された複数の角管３２で構成されており、角管３２内のスペース３３内もプール水３５で満たされている。

角管３２内は、底面に開口２１を有しており、開口２１に使用済燃料集合体１０の下部タイプレート１３が係入している。ここで、角管３２とは、図示されるような軸方向に連続した管状である場合のほかに、プレートを正方格子状に配置した支持格子である場合も含む。

このように、原子炉から排出された使用済核燃料は、使用済燃料集合体１０を単位に燃料ラック３１に収容され、放射線及び残留熱が減衰するまで燃料貯蔵プール３０において一定期間冷却される。

使用済燃料集合体１０は、上方から取り扱いが可能なようにハンドル１６を有している。そして、この使用済燃料集合体１０は、このハンドル１６を、備え付けのクレーン（図示略）で吊って、燃料ラック３１から出し入れされる。

試験対象の使用済燃料集合体１０の上部にはシッパーキャップ５１が装着されている。破損燃料検査装置１００は、加熱装置４０および検査装置５０を備える。加熱装置４０は、使用済燃料集合体１０に挿入される加熱ロッド４１と加熱源４３を有する。また、検査装置５０は、シッパーキャップ５１とシッパーキャップ５１に接続するサンプル捕集管５２およびガス検査部５５を有する。

図２は、第１の実施形態による破損燃料検査装置の構成を示す立断面およびブロック図である。

加熱装置４０は、加熱ロッド４１、加熱源４３を有する。加熱源４３は、高温水供給部４５、開閉弁４６およびこれらを制御する加熱制御部４４を有する。また、加熱ロッド４１は先端にノズル４１ａが形成されている。

高温水供給部４５は高温水を供給する。開閉弁４６は、高温水の供給路を開放したり閉止したりする。高温水は、加熱ロッド４１に供給され、加熱ロッド４１内を通過してノズル４１ａから使用済燃料集合体１０内に供給される。ここで、高温水とは、少なくともプール水３５よりも高温の水を言う。燃料棒１１の破損口からガスを放出させるためには、温度の高いほど望ましい。

検査装置５０は、シッパーキャップ５１、サンプル捕集管５２およびガス検査部５５を有する。シッパーキャップ５１は、取付手段により、使用済燃料集合体１０の上部の外縁に嵌合して着脱可能に取り付けられ、使用済燃料集合体１０の上部に密閉空間を形成する。サンプル捕集管５２は、シッパーキャップ５１に接続されている。

ガス検査部５５は、サンプル捕集管５２を経由してシッパーキャップ５１の内側に滞留する気泡とプール水３５との混合体であるガスのサンプルを吸引しそれぞれに分離する気液分離部５６と、気液分離部５６で分離されたガスを分析しガス内の放射性物質の有無を検出するために設けられた放射線分析部５７を有する。

気液分離部５６で分離された液体は戻り管５６ａを経由して燃料貯蔵プール３０に戻される。放射線分析部５７は、ベータ線あるいはガンマ線を測定する放射線検出器を用いて構成することができ、クリプトン８５が放出するベータ線あるいはガンマ線を測定する。

加熱ロッド４１は、シッパーキャップ５１を貫通して使用済燃料集合体１０内に挿入され、使用済燃料集合体１０内の燃料棒１１（図３参照）間の間隙に挿入される。この状態で、加熱ロッド４１は、使用済燃料集合体１０内を加熱する。

図３は、第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッドの挿入状態を示す使用済燃料集合体の立断面図である。使用済燃料集合体１０は、複数の燃料棒１１、上部タイプレート１２、下部タイプレート１３、燃料スペーサ１４およびチャンネルボックス１５を有する。上部タイプレート１２の一部は上方に延びてハンドル１６を形成している。

複数の燃料棒１１は長手方向に並列に正方格子状に配列（図７参照）されている。燃料棒１１は、その上端および下端に上部端栓８１および下部端栓８２を有し、上部端栓８１は上部タイプレート１２の図示しない孔部に、および下部端栓８２は下部タイプレート１３の図示しない孔部に挿入されることにより、これらの燃料棒１１はそれぞれ上部および下部で拘束される。

燃料スペーサ１４は、燃料棒１１の相互の水平方向の間隔を保つために、使用済燃料集合体１０の長手方向（上下方向）に互いに間隔をあけて複数個所に設けられている。また、チャンネルボックス１５は四角筒状であって、燃料棒１１の径方向に設けられ燃料棒１１の四面を覆っており、また、チャンネルボックス１５の上部は上部タイプレート１２と結合し、下部は下部タイプレート１３と嵌合している。

燃料棒１１のうちの一部はタイロッド１１ａと呼ばれ、上端及び下端に雄螺子が刻設された端栓が溶接されている。このタイロッド１１ａの下部端栓は下部タイプレート１３に刻設された雌螺子に螺入し、上部端栓は上部タイプレート１２を貫通して雌螺子ナットに螺入する。このタイロッド１１ａは、４つのコーナを除く最外周に８本配置されている。

その他の燃料棒１１ｂは、上端及び下端に溶接された端栓が、それぞれ上部タイプレート１２及び下部タイプレート１３の孔部に挿入される。

使用済燃料集合体１０は、上述した構造をとるために、ハンドル１６を把持して吊り上げる際に、その総重量はタイロッド１１ａによって支えられることになる。このため、タイロッド１１ａが損傷した場合、ハンドル１６を把持して使用済燃料集合体１０を吊り上げて搬送することが不可能になる。

加熱ロッド４１は、シッパーキャップ５１を貫通し、使用済燃料集合体１０の上部タイプレート１２、複数の燃料スペーサ１４を通過して、下部タイプレート１３の上方まで到達している。

図４は、第１の実施形態による破損燃料検査装置の構成の詳細を示す使用済燃料集合体の最上部の立断面図である。

加熱ロッド上部案内管４２ｂが、シッパーキャップ５１を貫通してシッパーキャップ５１の上面に取り付けられている。加熱ロッド上部案内管４２ｂは、シッパーキャップ５１内の使用済燃料集合体１０の上部空間内に挿入されており、その先端は上部タイプレート１２の貫通孔の上面近くまでに達する。また、加熱ロッド上部案内管４２ｂの入口はテーパー状になっている。

シッパーキャップ５１を使用済燃料集合体１０上部の外縁に嵌合すること、あるいは、ハンドル１６に嵌合することで、加熱ロッド上部案内管４２ｂの先端の水平方向の中心位置を加熱ロッド４１の挿入の位置に設定する。

加熱ロッド上部案内管４２ｂの内側に、加熱ロッド中間案内管４２ａが設けられている。加熱ロッド上部案内管４２ｂの上部にはストッパ４２ｃが設けられており、加熱ロッド上部案内管４２ｂの挿入深さを維持できるようになっている。また、加熱ロッド上部案内管４２ｂの上端には、加熱ロッド４１の挿入を容易にするためにガイド部４２ｄが設けられている。

また、サンプル捕集管５２もシッパーキャップ５１の上面に取り付けられている。図４では、サンプル捕集管５２は、シッパーキャップ５１の上部分の下面より下方に突き出ていないが、多少突き出ていてもよい。また、サンプル捕集管５２のシッパーキャップ５１に取り付けられた部分は短くして、サンプル捕集管５２全体としてはそれに継ぎ足すことでよい。

図５は、第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッド、加熱ロッド中間案内管および加熱ロッド上部案内管の使用済燃料集合体内上部における挿入状態を示した図４のV−V線矢視平断面図である。また、図６は、第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッド、加熱ロッド中間案内管および加熱ロッド上部案内管の使用済燃料集合体内上部における詳細平断面図である。

上部タイプレート１２には、チャンネルボックス１５を螺子１７ｃにより締結するボス部１７ｄと、使用済燃料集合体１０の通常の搬送時に把持されるハンドル１６とが設けられている。

また、チャンネルボックス１５の上端に上部タイプレート１２のボス部１７ｄに当接して、チャンネルファスナ１７ｂと、２つのコーナ片１７ａとが、螺子１７ｃにより締結されている。チャンネルファスナ１７ｂは、炉心内で隣接する燃料集合体との間隔を調整する。また、チャンネルボックス１５の２つの側面には炉心内で隣接する燃料集合体との間隔を調整するチャンネルスペーサ１８が設けられている。

このように、使用済燃料集合体１０の上部においては、平面的にみるとチャンネルボックス１５より外側にチャンネルファスナ１７ｂ等が張り出している。この点については、図示を省略しているが、シッパーキャップ５１側で干渉部分を切欠くなどを行うことにより、シッパーキャップ５１の使用済燃料集合体１０上部への装着が可能である。

加熱ロッド上部グループ４１ｄが、上部タイプレート１２の中の、燃料棒１１を拘束する部分間の空隙の上部に存在する。ここで、加熱ロッド上部グループ４１ｄとは、加熱ロッド４１、加熱ロッド中間案内管４２ａおよび加熱ロッド上部案内管４２ｂの便宜的な総称である。

したがって、加熱ロッド上部グループ４１ｄの最外径は、加熱ロッド上部案内管４２ｂの外径に等しい。加熱ロッド上部案内管４２ｂは、使用済燃料集合体１０の上部空間内に挿入されており、上部タイプレート１２を貫通しないので、図に示すように、加熱ロッド上部グループ４１ｄの最外径は、上部タイプレート１２の中の空隙を通過しなくともよい。

図７は、第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッドおよび加熱ロッド中間案内管の使用済燃料集合体内中間部における挿入状態を示した図４のVII−VII線矢視平断面図である。使用済燃料集合体１０は、正方格子状に配列された燃料棒１１と、中央に２本のウォータロッド１０ａを有している。

上部タイプレート１２の空間部を貫通した後、加熱ロッド中間案内管４２ａおよび加熱ロッド中間案内管４２ａ内に収納された加熱ロッド４１は、燃料棒１１の間を下方に延びている。

図８は、第１の実施形態による破損燃料検査装置の加熱ロッドの使用済燃料集合体内下部における挿入状態を示す詳細平断面図である。

加熱ロッド４１は、燃料スペーサ１４内の空隙を通過している。加熱ロッド４１は、このようにして複数の燃料スペーサ１４を通過し、使用済燃料集合体１０の下部にまで延びるように挿入される。

加熱ロッド中間案内管４２ａは、燃料スペーサ１４内の空隙の上部まで加熱ロッド４１をガイドできればよい。

図９は、第１の実施形態による破損燃料検査方法を示すチャートである。

まず、検査対象とする使用済燃料集合体１０を選定する（Ｓ０１）。

ステップＳ０１の後に、検査対象の使用済燃料集合体１０の上部にシッパーキャップ５１を、嵌合するように装着する（Ｓ０２）。なお、この際、加熱ロッド上部案内管４２ｂと、サンプル捕集管５２のシッパーキャップ５１への取り付け部分は、シッパーキャップ５１と一体で検査対象の使用済燃料集合体１０の上部に取り付けられる。

したがって、この段階で、シッパーキャップ５１の内部、すなわち、検査対象の使用済燃料集合体１０の上部は、プール水３５に満たされた上部が閉じた空間を形成する。

ステップＳ０２の後に、シッパーキャップ５１に加熱ロッド４１を挿入する（Ｓ０３）。具体的には、加熱ロッド中間案内管４２ａを挿入し、その後に加熱ロッド４１を挿入する。

すなわち、まず、シッパーキャップ５１と一体で検査対象の使用済燃料集合体１０の上部に設置されている加熱ロッド上部案内管４２ｂの上端のテーパー部から、加熱ロッド中間案内管４２ａをストッパ４２ｃが効くまで挿入する。その後に、加熱ロッド中間案内管４２ａ上端のガイド部４２ｄから、加熱ロッド４１を挿入する。

ステップＳ０３の後に、加熱ロッドによる加熱を行う（Ｓ０４）。具体的には、加熱制御部４４による制御状態のもとに、高温水供給部４５から開閉弁４６を経由して、加熱ロッド４１の内部に高温水を供給する。この結果、加熱ロッド４１の先端のノズル４１ａから高温水が使用済燃料集合体１０内に注入される。

ステップＳ０４によって使用済燃料集合体１０内の温度が上昇する時点で、気泡の捕集を行う（Ｓ０５）。すなわち、サンプル捕集管５２を経由して気液分離部５６に、シッパーキャップ５１内の空間からサンプルを捕集する。捕集したサンプルは気液分離部５６で気液分離し、ガス分を分離する。

ステップＳ０５の後に、放射線分析部５７で、ガス分を分析してガス中の放射能の有無を検査する（Ｓ０６）。

ステップＳ０６の後に、さらに対象とする使用済燃料集合体１０がなく終了してよいかか否かを判定する（Ｓ０７）。終了していなければ、更なる対象の使用済燃料集合体１０について以上のステップを繰り返し、更なる対象がなければ終了する。

（作用）
ここで、破損した燃料棒１１におけるガスの内圧がプール水３５による外圧よりも高いときは、燃料棒１１の破損口からガスが放出され、逆に外圧が内圧よりも高いときは破損口からプール水３５が内部に浸入する。

浸入した水が燃料棒１１の下部に溜まり、内部空間の体積が減少し、外圧と内圧が均衡した時点で、水の浸入は止まる。

燃料棒１１が破損したままプール水３５に浸漬され続けると、残留熱の除去にしたがい、内圧が低下し、水の浸入量の増加が予想される。このために、通常の状態のままでは、燃料貯蔵プール３０に長期間放置された使用済燃料集合体１０から大量の放射性ガスを捕集することは困難である。

本実施形態においては、高温水供給部４５から供給された高温水が開閉弁４６を経由して加熱ロッド４１内を下降しノズル４１ａから使用済燃料集合体１０内の下部から流出する。ノズル４１ａは使用済燃料集合体１０の高さ方向の中央部よりも下部に位置することで、効率的に使用済燃料集合体１０を昇温することができる。このため、燃料棒１１の内部のガス圧力を上昇させ、クリプトン８５を含む放射性ガスの破損口からの放出を促す。

破損口から流出したガスは、シッパーキャップ５１内に蓄積し、サンプル捕集管５２から気液分離部５６を経て放射線分析部５７に確実に移送することができ、検査される。

（効果）
大規模災害によって電源が喪失し、燃料貯蔵プール３０内のプール水３５を冷却する機能が失われると、残留熱によりプール水３５が蒸発し、気中に露出した使用済燃料集合体１０の温度がさらに上昇して燃料棒１１が破損する場合がある。

特にタイロッド１１ａが破損した使用済燃料集合体１０は、機械的強度の低下によりハンドル１６を把持した吊り上げに耐えられない可能性がある。

従って、複数の使用済燃料集合体１０のうちいずれの使用済燃料集合体１０がそのような吊り上げに耐えられないかを特定することは使用済燃料集合体１０を吊り上げることによる使用済燃料集合体１０の損壊を防止するうえでも大きな効果がある。破損燃料を有する使用済燃料集合体１０を特定することはこの点で有効である。

以上のような本実施形態における構成、方法によれば、使用済燃料集合体を吊り上げることなく使用済燃料集合体の放射能漏れを検知することが可能となる。

［第２の実施形態］
図１０は、第２の実施形態による破損燃料検査装置の構成の詳細を示す使用済燃料集合体の最上部の立断面図である。本実施形態は第１の実施形態の変形であり、図１０に示すように、加熱ロッド上部案内管４２ｂは周囲に発熱体４７を有する。

このように構成された本実施形態では、加熱ロッド４１による使用済燃料集合体１０内の加熱の際に、発熱体４７の発熱により加熱ロッド４１内を通過する高温水をシッパーキャップ５１内で加熱することができる。

このため、高温水が、対象の使用済燃料集合体１０に到達するまでに、プール水３５により冷やされるようなことがある場合においても使用済燃料集合体１０内の加熱を確実に行うことができる。

［第３の実施形態］
図１１は、第３の実施形態による破損燃料検査装置の構成を示す立断面およびブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、加熱ロッド４１の先端部分は、自身が発熱する発熱体４７を有する。この発熱体４７は、加熱源４３ｂによりエネルギーを供給される。

加熱源４３ｂは、ヒータ電源４８およびこれを制御する加熱制御部４４を有する。発熱体４７は、ヒータ電源４８により電源を供給され通電により発熱する電気抵抗体である。

第１の実施形態のような高温水を注入する代わりに、発熱体４７を使用済燃料集合体１０の燃料棒１１の間隙に挿入する。この発熱体４７は、効率的に使用済燃料集合体１０内を昇温させることができ、燃料棒１１の内部のガス圧力を上昇させ、クリプトン８５を含む放射性ガスの破損口からの放出を促す。

なお、発熱体４７として電気抵抗体を例に示したが、これに限定されるものでなく、スペース３３の水を昇温させるものであれば適宜採用することができる。

以上のような本実施形態によれば、使用済燃料集合体を吊り上げることなく使用済燃料集合体の放射能漏れを検知することが可能となる。

［第４の実施形態］
図１２は、第４の実施形態による破損燃料検査装置の構成細を示す立断面およびブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、温度検出部６０を備えている。温度検出部６０は、温度センサ６１および温度計測部６２を有する。

温度センサ６１は、使用済燃料集合体１０内の温度を計測する。温度計測部６２は、温度センサ６１が出力する温度情報を取得してデータ処理する。

温度センサ６１は、使用済燃料集合体１０の燃料棒１１の間隙に沿って、使用済燃料集合体１０の底部付近および中央部付近に挿入される。

なお、加熱源４３ｃは、第１の実施形態における加熱源４３、あるいは第３の実施形態における加熱源４３ｂのいずれの方式でもよい。

対象の使用済燃料集合体１０の検査の際に、まず、使用済燃料集合体１０内の温度を測定する。核燃料が長期間冷却された場合、残留熱が低下するために、スペース３３内の水温は低下していると考えられる。

そこで、燃料棒１１のうち破損しているものから十分にガスを放出させるために必要な昇温幅を設定することができ、この設定に基づいて加熱制御部４４で温度制御することができる。温度変化による燃料棒１１からのガス放出量は、ボイル・シャルルの法則に則り定量的に推定することができ、検査の確実性が担保される。

［第５の実施形態］
図１３は、第５の実施形態による破損燃料検査装置の構成を示す立断面およびブロック図である。本実施形態は、第４の実施形態の変形であり、使用済燃料集合体１０内の観察を可能とする観察機構７０をさらに備える。

観察機構７０は、ファイバースコープ７１、ファイバースコープ案内管７１ａおよび内部観察部７２を有する。ファイバースコープ７１は使用済燃料集合体１０内の画像情報を取得する。内部観察部７２は、ファイバースコープ７１の画像情報を処理して分析、表示を行う。

ファイバースコープ７１は、使用済燃料集合体１０内の燃料棒１１の間隙に沿って、上部から徐々に挿入されていく。この挿入途中の画像が順次、内部観察部７２に蓄積される。

内部観察部７２は、蓄積された画像データを分析し、燃料棒１１の色の変化や傷、亀裂の有無を判断する。燃料棒１１の表面の画像から燃料棒１１に傷、亀裂があると判断された場合は、破損燃料である可能性が高いため、採取されたサンプル水の放射線分析結果をより注目して監視することができる。

また、燃料棒１１の色がある特定の位置において急激に変化している場合、事故後に燃料貯蔵プール３０のプール水３５が一時的に減少した形跡である可能性が高い。この場合は、その燃料貯蔵プール３０内に保管されていた使用済燃料集合体１０は破損燃料である可能性が高い。

このような情報が得られることにより、採取されたサンプル水の放射線分析結果をより注目して監視することができる。このように、ファイバースコープによる内部観測は、破損燃料検査を補助し、破損燃料の特定をさらに確実にすることができる。

なお、本実施形態は、第４の実施形態に加えて観察機構７０をさらに備えるものであるが、第４の実施形態における温度計測機能と、観察機構７０とは独立のものである。したがって、第１の実施形態の変形として、観察機構７０を備えることでもよい。

［その他の実施形態］
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。すなわち、第１の実施形態の特徴である加熱機能、第２の実施形態の特徴である加熱ロッド上部案内管４２ｂでの発熱、第３の実施形態の特徴である加熱ロッド４１下端での発熱、第４の実施形態の特徴である温度測定機能、第５の実施形態の特徴である観察機構７０は、これらを組み合わせてもよい。

さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…使用済燃料集合体、１０ａ…ウォータロッド、１１…燃料棒、１１ａ…タイロッド、１１ｂ…タイロッド以外の燃料棒、１２…上部タイプレート、１３…下部タイプレート、１４…燃料スペーサ、１５…チャンネルボックス、１６…ハンドル、１７ａ…コーナ片、１７ｂ…チャンネルファスナ、１７ｃ…螺子、１７ｄ…ボス部、１８…チャンネルスペーサ、２１…開口、３０…燃料貯蔵プール、３１…燃料ラック、３２…角管、３３…スペース、３５…プール水、４０…加熱装置、４１…加熱ロッド、４１ａ…ノズル、４１ｄ…加熱ロッド上部グループ、４２ａ…加熱ロッド中間案内管、４２ｂ…加熱ロッド上部案内管、４２ｃ…ストッパ、４２ｄ…ガイド部、４３、４３ｂ、４３ｃ…加熱源、４４…加熱制御部、４５…高温水供給部、４６…開閉弁、４７…発熱体、４８…ヒータ電源、５０…検査装置、５１…シッパーキャップ、５２…サンプル捕集管（サンプリング管）、５５…ガス検査部、５６…気液分離部、５６ａ…戻り管、５７…放射線分析部、６０…温度検出部、６１…温度センサ、６２…温度計測部、７０…観察機構、７１…ファイバースコープ、７１ａ…ファイバースコープ案内管、７２…内部観察部、８１…上部端栓、８２…下部端栓、１００…破損燃料検査装置

Claims (11)

1. 冷却水中に没している使用済燃料集合体内の燃料棒の破損の有無を検査する破損燃料検査装置であって、
   前記使用済燃料集合体の上部に装着されて前記使用済燃料集合体の上部に閉じた空間を形成するシッパーキャップと、
   前記シッパーキャップを貫通し、前記使用済燃料集合体内の前記燃料棒間の間隙に挿入され前記使用済燃料集合体内を加熱する加熱ロッドと、
   前記シッパーキャップを貫通し、前記空間からガスを導出するサンプリング管と、
   前記サンプリング管により取り出された前記ガス内の放射性物質を検出する検出部と、
   を備えることを特徴とする破損燃料検査装置。
2. 前記加熱ロッドは、外部から前記冷却水より高温の水を前記使用済燃料集合体内に導く管であることを特徴とする請求項１に記載の破損燃料検査装置。
3. 前記加熱ロッドは、先端部分に発熱部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の破損燃料検査装置。
4. 前記発熱部は、電気抵抗体であることを特徴とする請求項３に記載の破損燃料検査装置。
5. 前記シッパーキャップは、上部を前記使用済燃料集合体の軸方向に貫通して前記加熱ロッドの前記使用済燃料集合体内への挿入性を向上するガイド部をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の破損燃料検査装置。
6. 前記シッパーキャップは、前記使用済燃料集合体の上部に着脱自在に嵌合することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の破損燃料検査装置。
7. 前記使用済燃料集合体内の冷却水の温度を測定する温度検出部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の破損燃料検査装置。
8. 前記使用済燃料集合体内の観察を可能とする観察機構をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の破損燃料検査装置。
9. 前記観察機構は、ファイバースコープを有することを特徴とする請求項８に記載の破損燃料検査装置。
10. 冷却水中に没し使用済燃料集合体内の燃料棒の破損の有無を検査する破損燃料検査方法であって、
    前記使用済燃料集合体内を加熱する集合体内加熱ステップと、
    前記加熱ステップにより前記使用済燃料集合体内から放出されたガスを捕集するガス捕集ステップと、
    前記捕集ステップにおいて捕集されたガス中の放射能を検査する検査ステップと、
    を有することを特徴とする破損燃料検査方法。
11. 前記捕集ステップは、
    前記使用済燃料集合体にシッパーキャップを取り付けて上部空間を形成する取付ステップと、
    前記集合体内加熱ステップの後に、前記上部空間内のガスを捕集するガス捕集ステップと、
    を有し、
    前記集合体内加熱ステップは、
    前記シッパーキャップを貫通し対象使用済燃料集合体内に加熱ロッドを挿入する挿入ステップと、
    前記挿入ステップで挿入された加熱ロッドにより対象使用済燃料集合体内を加熱する加熱ロッド加熱ステップと、
    を有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の破損燃料検査方法。

Images