JP2014062739A - 情報処理装置、情報処理方法、及び、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉内を観測することで得られるチェレンコフ光に関する情報から当該原子炉内の状態を推定する技術を提供する。
【解決手段】本発明の一側面に係る情報処理装置は、原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得する画像取得部と、前記画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データを用いて、取得された画像の各領域における濃淡値を、該各領域において発生した前記チェレンコフ光の光子数に換算し、換算した該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内の状態を推定する状態推定部と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、情報処理装置、情報処理方法、及び、プログラムの技術に関する。

非特許文献１には、プール型研究用原子炉において、チェレンコフ光の光子数を光電管及び光電子増倍管を用いて測定し、原子炉出力値との比較を行う方法が開示されている。

非特許文献２には、研究用原子炉において、燃焼計算コードであるＯＲＩＧＥＮコード（Oak Ridge Isotope Generation and Depletion Code）等を利用した崩壊熱計算に基づ
いて算出される原子炉停止後の熱出力比の変化とチェレンコフ光をカメラで撮影した光の強度との関係が示されている。

非特許文献３には、フォトダイオードアレイ検出器、電子回路、コリメータ、表示装置等を用いて研究原子炉の出力変化に対する炉心のチェレンコフ光の観察を行う方法が開示されている。

S.E.RIPPO, "Cherenkov detectors for the measurement of reactor power" Nuclear Instruments and Methods 21 (1963), p.192-196 M.Arkani, M.Gharib, "Residual heat estimation by using Cherenkov radiation in Tehran Research Reactor" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, p.417-421 (2008) M.Arkani, M.Gharib, "Reactor core power measurement using Cherenkov radiation and its application in Tehran Research Reactor" Annals of Nuclear Energy, p.896-900 (2009) 「電力中央研究所報告書 紫外部チェレンコフ光による使用済燃料集合体の確認法」財団法人電力中央研究所発行、１９８３年４月２８日

チェレンコフ光は、荷電粒子が媒質を通過する際に、当該荷電粒子の速度が媒質中の光の速度を超える場合に発生する光である。原子炉運転中の燃料要素（核燃料要素）又は使用済み燃料要素の近傍におけるチェレンコフ光の発光は、燃料内に発生した核分裂生成物（ＦＰ：Fission Products）から放出されるガンマ線の水中におけるコンプトン散乱による散乱電子及び燃料被覆材から透過したベータ線に起因している。

従来、このように発生するチェレンコフ光の強度又は光子数を原子炉の出力値毎に測定すること、及び、チェレンコフ光の波長を測定することは行われてきた。しかしながら、原子炉内を観測することで得られるチェレンコフ光に関する情報から当該原子炉内の状態を推定することについては研究されてこなかった。

本発明の目的は、一側面では、原子炉内を観測することで得られるチェレンコフ光に関する情報から当該原子炉内の状態を推定する技術を提供することである。

本発明の一側面に係る情報処理装置は、原子炉内を観察する撮像装置により撮像された
チェレンコフ光の画像を取得する画像取得部と、前記画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データを用いて、取得された画像の各領域における濃淡値を、該各領域において発生した前記チェレンコフ光の光子数に換算し、換算した該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内の状態を推定する状態推定部と、を備える。

本発明の一側面に係る情報処理装置によれば、原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像が取得される。また、画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データに基づいて、取得された画像の各領域における濃淡値が、当該各領域において発生したチェレンコフ光の光子数に換算される。そして、換算した当該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、原子炉内の状態が推定される。

従って、本発明の一側面に係る情報処理装置によれば、チェレンコフ光の画像から原子炉内の状態を推定することが可能になるため、原子炉内を観測することで得られるチェレンコフ光に関する情報から当該原子炉内の状態を推定することが可能になる。

また、上記情報処理装置の別の形態として、前記状態推定部は、前記原子炉内の状態として、換算した前記各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内において発生した少なくともベータ線及びガンマ線のいずれか一方のエネルギーに関する情報を推定してもよい。

また、上記情報処理装置の別の形態として、前記状態推定部は、前記原子炉内の状態として、換算した前記各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内における燃料の燃焼度を推定してもよい。

また、上記情報処理装置の別態様としては、以上の各構成を実現する情報処理方法であってもよいし、情報処理システムであってもよいし、プログラムであってもよいし、このようなプログラムを記録したコンピュータその他装置、機械等が読み取り可能な記憶媒体であってもよい。ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的、又は、化学的作用によって蓄積する媒体である。また、情報処理システムは、１又は複数の情報処理装置によって実現されてもよい。

本発明によれば、原子炉内を観測することで得られるチェレンコフ光に関する情報から当該原子炉内の状態を推定することが可能になる。

図１は、実施の形態における原子炉のチェレンコフ光の測定に係る装置構成を例示する。 図２は、チェレンコフ光の放射の模式図を示す。 図３は、コンプトン散乱の模式図を示す。 図４は、減光フィルタによるチェレンコフ光の透光率特性を示す。 図５は、実施の形態に係る情報処理装置を例示する。 図６は、実施の形態に係る情報処理装置における各種データの作成に関する処理手順を例示する。 図７は、実施の形態に係る情報処理装置における原子炉内の状態推定に関する処理手順を例示する。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、それぞれの実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

なお、本実施形態において登場するデータを自然言語により説明しているが、より具体的には、コンピュータが認識可能な疑似言語、コマンド、パラメタ、マシン語等で指定される。

§１ 構成例
図１は、本実施形態における原子炉のチェレンコフ光の測定に係る装置構成を例示する。図１に示される例では、炉内で発生するチェレンコフ光を観察するために、プール型原子炉の炉心観察孔にカメラ２が設置されている。カメラ２は、例えば、ＣＣＤカメラである。

本実施形態に係る情報処理装置１は、原子炉内を観察する撮像装置であるカメラ２により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得する。次に、情報処理装置１は、画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データを用いて、取得した画像の各領域における濃淡値を、当該各領域において発生したチェレンコフ光の光子数に換算する。そして、情報処理装置１は、換算した当該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、原子炉内の状態を推定する。

これにより、本実施形態に係る情報処理装置１によれば、チェレンコフ光の画像から原子炉内の状態を推定することが可能になる。そのため、本実施形態に係る情報処理装置１によれば、原子炉内を観測することで得られるチェレンコフ光に関する情報から当該原子炉内の状態を推定することが可能になる。

なお、情報処理装置１は、原子炉内の状態として、換算した各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、原子炉内において発生した少なくともベータ線及びガンマ線のいずれか一方のエネルギーに関する情報を推定してもよい。ベータ線及びガンマ線のエネルギーに関する情報とは、例えば、原子炉内において発生したベータ線及びガンマ線の量又はエネルギーの値である。

また、情報処理装置１は、原子炉内の状態として、換算した各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、原子炉内における燃料の燃焼度を推定してもよい。本実施形態では、情報処理装置１が、原子炉内において発生したベータ線及びガンマ線の量、並びに、燃料の燃焼度、を推定する例を示す。

また、本実施形態に係る情報処理装置１は、原子炉内を観察する撮像装置であるカメラ２より撮像されたチェレンコフ光の画像を取得し、当該原子炉内に存在する燃料に関する条件と当該燃料の燃焼条件とを取得してもよい。また、情報処理装置１は、取得した各条件とに基づいて、取得した画像の各領域に対応する範囲において、チェレンコフ光を発光した際に生成される光子数を推定してもよい。そして、情報処理装置１は、取得した画像の各領域における濃淡値と、当該各領域に対応する範囲において生成されると推定した光子数と、を対応付けることで、画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データを作成してもよい。

なお、原子炉内を観察するカメラ２は、情報処理装置１に直接接続されていなくてもよい。例えば、カメラ２の出力を分岐するために、情報処理装置１とカメラ２とは、コント
ローラを介して接続されてもよい。そして、情報処理装置１の他に、炉内の状態を監視するためのモニタにカメラ２が接続されてもよい。

［チェレンコフ光と炉内状況との関係］
本実施形態に係る情報処理装置１は、カメラ２により撮像した炉内で発生したチェレンコフ光の画像により炉内の状況を推定する。そこで、チェレンコフ光と炉内状況との関係を説明する。なお、炉内の状況は、例えば、炉内において放出されるベータ線及びガンマ線の量、燃料の燃焼度等により示される。

図２は、チェレンコフ光の放射の模式図を示す。チェレンコフ光は荷電粒子が水のような媒質を通過する際に、その粒子の速度が水中の光速度を超える場合に放出される光である。媒質の屈折率をｎ、荷電粒子の速度（粒子速度）をｖ、粒子速度と真空中の光の速度との比をβとする。これらの関係は、数１及び２のように表わされる。粒子速度がｃ／ｎより大きくなると角度θ_ｃの方向に電磁気的衝撃波が生じ、粒子エネルギーが減衰するまで飛跡に沿って円錐状に光が発生する。この光が、チェレンコフ光である。

使用中又は使用済み各燃料要素近傍におけるチェレンコフ光の発光は、基本的には、燃料内に発生した核分裂生成物から放出されるガンマ線の水中におけるコンプトン散乱による散乱電子及び燃料被覆材から透過したベータ線に起因している。上述の通り、チェレンコフ光を生じさせる粒子の速度は媒質の光速度を超えている。そのため、相対論的効果を考慮して、速度ｖで運動する電子の静止質量をｍとすると、相対論的全エネルギーＥは、数３のように表わされる。

また、相対論的全エネルギーＥは、静止エネルギーと相対論的運動エネルギーＫとの和であるから、数４のように表わされる。

上述の通り、チェレンコフ光は、「βｃ＞ｃ／ｎ」を満たす場合に、発生する。換言すると、電子の速度が「β＞１／ｎ」を満たす場合にチェレンコフ光は発生する。そのため、チェレンコフ光を発光するための電子の相対論的全エネルギーＥのしきい値は数５のように表わされる。

ここで、水の屈折率を１．３３、電子の静止エネルギーを０．５１１ＭｅＶとすると、チェレンコフ光が発生する電子の相対論的運動エネルギーＫのしきい値は、０．２６４ＭｅＶとなる。つまり、０．２６４ＭｅＶを超えるエネルギーを有するベータ線が発生する場合に、核分裂生成物から放出されるベータ線に起因してチェレンコフ光が発生する。

一方、図３は、コンプトン散乱の模式図を示す。コンプトン散乱による散乱電子の最大運動エネルギーＫ_ｍａｘは、コンプトン散乱におけるエネルギー保存則（数６及び７）、運動量保存則（数８）により、入射ガンマ線のエネルギーをε_１、散乱後のガンマ線のエネルギーをε_２、ガンマ線の散乱角をθ、電子の運動量をｐ、電子の散乱角をφとすると、以下のように導くことができる。

ここで、数８の式は、数９のように変形することができる。

また、数９の式を数６及び７に代入すると、数１０の式を導出することができる。

そのため、コンプトン散乱後のガンマ線のエネルギーは、数１１のように表わすことができる。

散乱電子の相対論的運動エネルギーＫは、散乱前後のガンマ線エネルギーの差に等しいことから、数１２のように表わされる。

散乱電子の相対論的運動エネルギーが最大となるのは、ガンマ線の散乱角θが−πとなる場合であるため、散乱電子の最大運動エネルギーＫ_ｍａｘは、数１３のように表わすことができる。

上述の通り、チェレンコフ光が発生する電子の相対論的運動エネルギーＫのしきい値は０．２６４ＭｅＶである。この点を考慮すると、数１３より、チェレンコフ光が発生する入射ガンマ線のエネルギーのしきい値が０．４２３ＭｅＶであることを導くことができる。従って、０．４２３ＭｅＶを超えるエネルギーを有するガンマ線が発生した場合に、核分裂生成物から放出されるガンマ線に起因してチェレンコフ光が発生する。

一方、このように発生するチェレンコフ光において発生する光子の数（光子数）Ｎ［ｐｈｏｔｏｎｓ］は、荷電粒子の媒質中の減衰から導くことができる。荷電粒子（電子）が媒質中を通過する際に単位長さ（ｘ［ｃｍ］）あたりに放出される光子数は、波長の領域をλ_１〜λ_２、微細構造定数をαとすると、数１４のように表わすことができる。

数１４により、波長λ_１〜λ_２間の領域における単位時間あたりの光子数が求められる。これにより、チェレンコフ光の発光スペクトルは電子のエネルギーに無関係であり、数１４より得られる光子数Ｎは数１５で表わすことができる。

電子の物質中での減衰は電子のエネルギーによらず、およそ１．８７［ＭｅＶ／ｃｍ］であることが知られている（数１６、非特許文献４）。これにより、チェレンコフ光の発光に寄与する荷電粒子のエネルギーをＥ_ｅとすると、数１５は、数１７のようになる。

更に、荷電粒子のエネルギーと媒質中での速度との関係は、数１８のように知られている。

従って、数１７及び１８において、核分裂生成物から放出されるベータ線のエネルギーをＥ_ｅに代入することで、チェレンコフ光において発生する光子数を算出することができる。

また、ガンマ線に関して、数１７におけるエネルギー依存項をＮγとすると、ガンマ線の多重コンプトン散乱により発生するチェレンコフ光の光子数Ｎは、数１９のように表わすことができる。

ガンマ線の多重コンプトン散乱は、例えば、モンテカルロ・シミュレーション法により、シミュレーションすることができる。ガンマ線のエネルギーをＥ_γとした場合に、モン
テカルロ・シミュレーション法によりＮγを算出すると、例えば、数２０のような結果が得られる。

従って、数１９及び２０において、核分裂生成物から放出されるガンマ線のエネルギーをＥ_γに代入することで、チェレンコフ光において発生する光子数を算出することができる。

以上の導出より、対象とする波長領域並びにチェレンコフ光の発生に寄与するベータ線のエネルギー及びガンマ線のエネルギーが分かれば、チェレンコフ光において発生する光子数を推定することができる。

ここで、炉内において放出されるベータ線及びガンマ線は、燃料を燃焼することで生じる核分裂生成物（ＦＰ）に起因する。核分裂生成物（ＦＰ）の発生量は、燃料の組成、量、及び、燃焼度から求めることができる。つまり、炉内において放出されるベータ線及びガンマ線は燃料の燃焼度から求めることができる。

従って、炉内において放出されるベータ線及びガンマ線の量、又は、炉内に存在する燃料の燃焼度が分かれば、チェレンコフ光において発生したと推定される光子数を算出することができる。反対に、チェレンコフ光において発生したと推定される光子数が分かれば、炉内において放出されるベータ線及びガンマ線の量、燃料の燃焼度等、炉内の状況を推定することが可能になる。

そこで、本実施形態に係る情報処理装置１は、チェレンコフ光を撮像した画像の濃淡値とその範囲において発生したと推定される光子数との関係を光子発生数換算データとして保持しておくことで、チェレンコフ光において発生した光子数を推定する。そして、情報処理装置１は、チェレンコフ光において発生したと推定される光子数から、炉内において放出されるベータ線及びガンマ線の量、燃料の燃焼度等、炉内の状況を推定する。

なお、京都大学研究用原子炉（KUR：Kyoto University Research Reactor Institute）において、図１に示される装置に、更に、紫外・可視領域の光の波長（２００〜１１００ｎｍ）の測定が可能な分光器を利用して、チェレンコフ光の観察の実験を行った。その結果、チェレンコフ光の波長範囲は３８０ｎｍ〜７００ｎｍであり、絶対放射照度の最大値を示す波長は４００ｎｍであることが分かった。そこで、本実施形態では、この結果に基づいて、波長λ_１及びλ_２の値が適宜選択される。例えば、情報処理装置１は、λ_１＝３００ｎｍ、λ_２＝６００ｎｍと設定する。

また、４００ｎｍの波長に着目し、減光フィルタによる絶対放射照度への影響を調べたところ、図４に示される結果が得られた。図４により、分光器を用いた測定値は、減光フィルタの性能を示すカタログ値とほぼ一致することが分かった。つまり、図４より、減光フィルタの性能を示すカタログ値通り、チェレンコフ光が減光されることが分かった。

［情報処理装置の構成例］
図５は、本実施形態に係る情報処理装置１を例示する。情報処理装置１は、図５に示されるとおり、そのハードウェア構成として、バス１３に接続される、記憶部１１、制御部１２、入出力部１４、及び、通信部１５等を有する。

記憶部１１は、制御部１２で実行される処理で利用される各種データ及びプログラムを記憶する（不図示）。記憶部１１は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶装置によって実現される。

また、記憶部１１は、燃料内ベータ／ガンマ線発生数換算データ２１、寄与ベータ／ガンマ線数換算データ２２、光子発生数換算データ２３、及び、燃焼度換算データ２４を格納する。

燃料内ベータ／ガンマ線発生数換算データ２１は、燃焼によって生成される核分裂生成物の種類及び量と燃料内に発生するベータ線及びガンマ線の発生数との対応関係を示す。寄与ベータ／ガンマ線数換算データ２２は、燃料内に発生するベータ線及びガンマ線の数と、燃料付近においてチェレンコフ光の発生に寄与するベータ線及びガンマ線の数と、チェレンコフ光の光子数と、の対応関係を示す。光子発生数換算データ２３は、チェレンコフ光の光子数と画像の濃淡値との対応関係を示す。燃焼度換算データ２４は、チェレンコフ光の光子数と燃料の燃焼度との対応関係を示す。なお、燃焼度は、燃料の燃焼具合を示すものであり、燃料要素の燃焼日数等から求めることができる。

本実施形態では、情報処理装置１は、これらのデータを後述する処理により作成する。しかしながら、情報処理装置１は、これらのデータを自身において作成しなくてもよく、例えば、他の情報処理装置により作成されたデータを、ネットワーク、記憶媒体等を介して、取得してもよい。これらのデータの詳細については、後述する。

制御部１２は、マイクロプロセッサ又はＣＰＵ（Central Processing Unit）等の１又
は複数のプロセッサと、当該１又は複数のプロセッサの処理に利用される周辺回路（ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、インタフェース回路等）と、を有する。制御部１２は、記憶部１１に格納されている各種データ及びプログラムを実行することにより、本実施形態における情報処理装置１の処理を実現する。ＲＯＭ、ＲＡＭ等は、制御部１２内のプロセッサが取り扱うアドレス空間に配置されているという意味で主記憶装置と呼ばれてもよい。

図５に示されるとおり、制御部１２は、画像取得部３１、データ作成部３２、及び、状態推定部３３を含む。画像取得部３１、データ作成部３２、及び、状態推定部３３は、例えば、記憶部１１に格納されたプログラム等が制御部１２の周辺回路であるＲＡＭ等に展開され、制御部１２のプロセッサにより実行されることによって実現される。

画像取得部３１は、原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得する。例えば、画像取得部３１は、原子炉内を観察するために炉心観察孔に設置されたカメラ２から、炉内で発生したチェレンコフ光の画像を取得する。

データ作成部３２は、原子炉内に存在する燃料に関する条件と当該燃料の燃焼条件とを取得し、取得した燃料に関する条件と燃焼条件とに基づいて、取得した画像の各領域に対応する範囲において、チェレンコフ光を発光した際に生成される光子数を推定する。そして、データ作成部３２は、取得した画像の各領域における濃淡値と、当該各領域に対応する範囲において生成されると推定した光子数と、を対応付けることで、光子発生数換算データ２３を作成する。本実施形態では、後述するとおり、データ作成部３２は、光子発生数換算データ２３の他、燃料内ベータ／ガンマ線発生数換算データ２１、寄与ベータ／ガンマ線数換算データ２２、及び、燃焼度換算データ２４を作成する。

状態推定部３３は、画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データ２３を用いて、取得された画像の各領域における濃淡値を、当該各領域において発生したと推
定されるチェレンコフ光の光子数に換算する。そして、状態推定部３３は、換算した当該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、原子炉内の状態を推定する。

なお、状態推定部３３は、原子炉内の状態として、換算した当該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、原子炉内において放出された少なくともベータ線及びガンマ線のいずれか一方のエネルギーに関する情報を推定してもよい。ベータ線及びガンマ線のエネルギーに関する情報とは、例えば、原子炉内において放出されたベータ線及びガンマ線の量又はエネルギーの値である。

また、状態推定部３３は、原子炉内の状態として、換算した当該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、原子炉内における燃料の燃焼度を推定してもよい。

入出力部１４は、情報処理装置１の外部に存在する装置とデータの送受信を行うための１又は複数のインタフェースである。入出力部１４は、例えば、入力装置及び出力装置等のユーザインタフェースと接続するためのインタフェース、若しくは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等のＵＳＢインタフェースを備えた装置とＵＳＢ接続するためのインタフェース、又は、これらのインタフェースの組合せである。入出力部１４は、例えば、不図示のユーザインタフェース（タッチパネル、テンキー、キーボード、マウス、ディスプレイ等の入出力装置）と接続してもよい。また、入出力部１４は、カメラ２と接続してもよい。この場合、情報処理装置１は、当該入出力部１４を介して、炉内で発生したチェレンコフ光の画像をカメラ２から取得する。

通信部１５は、ネットワークを介して、他の装置とデータ通信を行うための１又は複数のインタフェースである。情報処理装置１とカメラ２とがネットワークを介して接続される場合、情報処理装置１は、当該通信部１５を介して、炉内で発生したチェレンコフ光の画像をカメラ２から取得する。

なお、情報処理装置１の構成要素は、実施の形態に応じて、適宜、削除、置換、追加等が可能である。情報処理装置１は、例えば、ＰＣ等の汎用コンピュータや仮想環境のコンピュータである。

§２ 動作例
図６及び７は、本実施形態に係る情報処理装置１の処理手順の一例を示す。図６及び７は、ステップを「Ｓ」と略称する。なお、以下で説明する動作例は、本実施形態に係る情報処理装置１の情報処理の一例に過ぎず、各処理は、当該各処理の前に実行された処理の結果を用いる等の従属関係がない場合等、可能な限り入れ替えられてよい。

［各種データの作成例］
図６は、本実施形態に係る情報処理装置１における各種データの作成に関する処理手順を示す。例えば、ユーザによる操作に応じて、記憶部１１に格納されたプログラムが、制御部１２のＲＡＭ等に展開される。そして、制御部１２のＲＡＭ等に展開された当該プログラムが、制御部１２のプロセッサにより実行される。このようにして、情報処理装置１は、処理を開始する。

ステップ１０１では、画像取得部３１は、原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得する。例えば、画像取得部３１は、カメラ２から、炉内で発生したチェレンコフ光の画像を取得する。

ステップ１０２では、データ作成部３２は、原子炉内に存在する燃料に関する条件と当該燃料の燃焼条件とを取得する。例えば、データ作成部３２は、ステップ１０１において
取得されたチェレンコフ光の画像が撮像された時点における、炉内に存在する燃料に関する条件及び当該燃料の燃焼条件の入力を受け付けることで、これらの条件を取得する。燃料に関する条件とは、例えば、燃料の組成及び量である。また、燃焼条件とは、例えば、燃料の燃焼日数及び冷却日数である。

ステップ１０３では、データ作成部３２は、燃焼計算コードを用いて、ステップ１０２で取得した各条件から、原子炉内に存在する核分裂生成物の種類毎にＦＰ量を算出する。そして、データ作成部３２は、算出したＦＰ量に基づいて、燃料内に発生したと推定されるベータ線及びガンマ線の量（発生数）とエネルギーとを求める。燃焼計算コードは、核燃料の燃焼をシミュレーションするために用いられるコードであり、例えば、ＯＲＩＧＥＮコードである。

ここで、既知の情報として、核分裂生成物の種類（核種）毎に崩壊で放出されるベータ線及びガンマ線の量やエネルギーを示す情報が知られている。データ作成部３２は、燃料内に発生したと推定されるベータ線及びガンマ線の量を求めるために、このような既知の情報を用いてもよいし、既存の情報ではなくユーザによって作成された情報を用いてもよい。

なお、本実施形態では、発生するベータ線及びガンマ線の量は、ベータ崩壊及びガンマ崩壊が生じる時間と単位時間当たりにベータ崩壊及びガンマ崩壊する数（ベクレル）とに基づいて、算出されるものであるとする。

ステップ１０４では、データ作成部３２は、燃料内ベータ／ガンマ線発生数換算データ２１を作成する。例えば、データ作成部３２は、ステップ１０３において推定した核分裂生成物の種類及び量と燃料内に発生したと、推定されるベータ線及びガンマ線の量（発生数）と、を対応付けることで、燃料内ベータ／ガンマ線発生数換算データ２１を作成する。情報処理装置１は、燃料内ベータ／ガンマ線発生数換算データ２１を作成することで、ステップ１０３の処理において、一度計算した情報を再利用することが可能になる。

ステップ１０５では、データ作成部３２は、輸送計算コードを用いて、ステップ１０３において燃料内で発生したと推定されるベータ線及びガンマ線の量及びエネルギーから、燃料表面に到達し、チェレンコフ光の発光に寄与したと推定されるベータ線及びガンマ線の量及びエネルギーを算出する。輸送計算コードには、例えば、ＭＣＮＰ（Monte Carlo N-Particle Transport Code）が利用される。また、本処理において、燃料内で発生した
と推定されるベータ線及びガンマ線のうちチェレンコフ光の発光に寄与すると推定されるベータ線及びガンマ線を選別するために、上述した、ベータ線及びガンマ線のエネルギーのしきい値が利用される。

ステップ１０６では、データ作成部３２は、ステップ１０５で算出したチェレンコフ光の発光に寄与したと推定されるベータ線及びガンマ線の量及びエネルギーから、燃料付近で発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数を算出する。数１〜２０により示したとおり、チェレンコフ光に寄与するベータ線及びガンマ線のエネルギーから、ベータ線及びガンマ線の単位量あたりのチェレンコフ光の光子数を算出することができる。よって、データ作成部３２は、数１〜２０における導出に基づいて、ステップ１０５で算出したチェレンコフ光の発光に寄与したと推定されるベータ線及びガンマ線の量及びエネルギーから、燃料付近で発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数を算出することができる。

ステップ１０７では、データ作成部３２は、ステップ１０３において燃料内で発生したと推定したベータ線及びガンマ線の量及びエネルギーと、ステップ１０５において算出したチェレンコフ光の発光に寄与したと推定されるベータ線及びガンマ線の量及びエネルギ
ーと、ステップ１０６において算出した光子数と、を対応付けることで、寄与ベータ／ガンマ線数換算データ２２を作成する。

情報処理装置１は、寄与ベータ／ガンマ線数換算データ２２を作成することで、ステップ１０５の処理において、一度計算した情報を再利用することが可能になる。また、情報処理装置１は、寄与ベータ／ガンマ線数換算データ２２を作成することで、燃料付近で発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数から、チェレンコフ光の発光に寄与したと推定されるベータ線及びガンマ線の量及びエネルギーを求めることが可能になる。

ステップ１０８では、データ作成部３２は、ステップ１０２において取得した各条件から求めることができる燃料の燃焼度と、ステップ１０６において算出したチェレンコフ光の光子数と、を対応付けることで、燃焼度換算データ２４を作成する。情報処理装置１は、燃焼度換算データ２４を作成することで、燃料付近で発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数から燃料の燃焼度を推定することが可能になる。

ステップ１０９では、データ作成部３２は、測定対象となる光の波長領域における水の吸収係数を用いて、ステップ１０６で算出した光子数を補正する。これにより、データ作成部３２は、燃料付近で発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数を、カメラ２付近に到達したと推定されるチェレンコフ光の光子数に補正する。

ステップ１１０では、データ作成部３２は、ステップ１０１において取得した画像の各領域における濃淡値と、ステップ１０９において算出した当該各領域に対応する範囲において発生したと推定される光子数と、を対応付けることにより、光子発生数換算データ２３を作成する。これにより、情報処理装置１は、各種データの作成に係る処理を終了する。

なお、情報処理装置１は、光子発生数換算データ２３を作成することで、画像の各領域における濃淡値から、当該各領域に対応する範囲において発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数を推定することが可能になる。

［炉内状況の推定例］
図７は、本実施形態に係る情報処理装置１における原子炉内の状態推定に関する処理手順を例示する。

ステップ２０１では、画像取得部３１は、原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得する。例えば、画像取得部３１は、カメラ２から、炉内で発生したチェレンコフ光の画像を取得する。

ステップ２０２では、状態推定部３３は、画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データ２３を用いて、取得された画像の各領域における濃淡値を、当該各領域において発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数に換算する。ステップ２０２で利用される光子発生数換算データ２３が上述の処理により作成されたデータである場合、ステップ２０２で得られる光子数は、水の吸収係数を用いて求められた、カメラ２付近に到達したと推定されるチェレンコフ光の光子数である。

なお、光子発生数換算データ２３は、上述の処理以外の方法で作成されたものであってもよい。光子発生数換算データ２３を作成する方法として、例えば、次のような方法が挙げられる。

データ作成部３２は、光のエネルギーと波長とが特定された光源をカメラで撮影した画
像を取得する。当該光源は、チェレンコフ光以外の現象によるものであってよい。光のエネルギーと波長とが特定されている場合、光子のエネルギーは波長によって特定することができるため、当該光源から発生する光子数を特定することができる。そこで、データ作成部３２は、当該光源から発生している光子数を特定し、取得した画像の濃淡値と特定した光子数とを対応付けることで、光子発生数換算データ２３を作成してもよい。この方法によれば、チェレンコフ光以外の現象で発生する光を観察することで、光子発生数換算データ２３を作成することができる。そのため、情報処理装置１は、このような方法で作成された光子発生数換算データ２３を利用する場合、上述したステップ１０１、１０９、及び、１１０の処理を省略することができる。つまり、本実施形態では、チェレンコフ光で発生した光子数を推定するための光子発生数換算データ２３は、チェレンコフ光を観察することで生成することができるものに限定されない。

ステップ２０３では、状態推定部３３は、光子発生数換算データ２３を作成する際におけるステップ１０９の補正処理を考慮して、ステップ２０２で得た光子数から、燃料付近において発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数を算出する。

ステップ２０４では、状態推定部３３は、原子炉内の状態として、燃料付近において発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数から、炉内で放出されたと推定されるベータ線及びガンマ線の量を求める。状態推定部３３は、例えば、ステップ２０３で得たチェレンコフ光の光子数に基づいて、寄与ベータ／ガンマ線数換算データを参照することで、炉内で放出されたと推定される、チェレンコフ光の発光に寄与するベータ線及びガンマ線の量を求める。

ステップ２０５では、状態推定部３３は、原子炉内の状態として、燃料付近において発生したと推定されるチェレンコフ光の光子数から原子炉内における燃料の燃焼度を推定する。状態推定部３３は、例えば、ステップ２０３で得たチェレンコフ光の光子数に基づいて、燃焼度換算データ２４を参照することで、燃料の燃焼度を推定する。これにより、情報処理装置１は、炉内状況の推定に係る処理を終了する。

１…情報処理装置、２…カメラ、
１１…記憶部、１２…制御部、１３…バス、１４…入出力部、１５…通信部、
２１…燃料内ベータ／ガンマ線発生数換算データ、
２２…寄与ベータ／ガンマ線数換算データ、
２３…光子発生数換算データ、２４…燃焼度換算データ、
３１…画像取得部、３２…データ作成部、３３…状態推定部

Claims (5)

1. 原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得する画像取得部と、
   前記画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データを用いて、取得された画像の各領域における濃淡値を、該各領域において発生した前記チェレンコフ光の光子数に換算し、換算した該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内の状態を推定する状態推定部と、
   を備える情報処理装置。
2. 前記状態推定部は、前記原子炉内の状態として、換算した前記各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内において発生した少なくともベータ線及びガンマ線のいずれか一方のエネルギーに関する情報を推定する、
   請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記状態推定部は、前記原子炉内の状態として、換算した前記各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内における燃料の燃焼度を推定する、
   請求項１又は２に記載の情報処理装置。
4. コンピュータが、
   原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得するステップと、
   前記画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データを用いて、取得された画像の各領域における濃淡値を、該各領域において発生した前記チェレンコフ光の光子数に換算するステップと、
   換算した該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内の状態を推定するステップと、
   を実行する情報処理方法。
5. コンピュータに、
   原子炉内を観察する撮像装置により撮像されたチェレンコフ光の画像を取得するステップと、
   前記画像の濃淡値を光子数に換算するための光子発生数換算データを用いて、取得された画像の各領域における濃淡値を、該各領域において発生した前記チェレンコフ光の光子数に換算するステップと、
   換算した該各領域におけるチェレンコフ光の光子数に基づいて、前記原子炉内の状態を推定するステップと、
   を実行させるためのプログラム。

Images