JP2015045613A

JP2015045613A - 燃焼度の計測装置及びその計測方法

Info

Publication number: JP2015045613A
Application number: JP2013178140A
Authority: JP
Inventors: 博之矢澤; Hiroyuki Yazawa; 将史黒崎; Masashi Kurosaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: JP6109685B2

Abstract

【課題】保守点検時におけるメンテナンス作業の簡素化を図ることができる燃焼度の計測技術を提供する。【解決手段】燃焼度の計測装置１０は、使用済燃料集合体２１の上端を把持して収容体２２の内部に向かって昇降させるクレーン３１を操作する操作部１１と、この収容体２２の内周面に設けられた動体センサ２３から使用済燃料集合体２１の移動情報ｐを取得する取得部１２と、収容体２２の内周面に設けられた放射線センサ２４から放射線強度信号ｑを検出する検出部１３と、移動情報ｐ及び放射線強度信号ｑから使用済燃料集合体２１の長手方向における放射線分布を導出する導出部１４と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、原子力発電所から排出される使用済燃料集合体の燃焼度の計測技術に関する。

原子力発電所から排出される使用済燃料集合体は、再処理施設等への受入時に、燃焼度の計測装置により、核燃料の残留濃度を示す燃焼度が計測される。
この燃焼度の計測装置は、まず使用済燃料集合体の放射線計測を行い、この放射線計測値から燃焼度を導出する。

この燃焼度の計測装置は、使用済燃料集合体を収容する収容体と、使用済燃料集合体から放出されるガンマ線を計測する放射線検出器と、使用済燃料集合体の下端に当接し長手方向に昇降させるモータ又は水圧シリンダ等の駆動機構と、から構成されている。
このように構成されることにより、燃焼度の計測装置は、使用済燃料集合体を長手方向に一定速度で昇降させ、放射線を計測し、演算により燃焼度分布を求める（例えば、特許文献１）。

なお従来において、使用済燃料集合体を収容体に移送するときは、クレーンで把持して行うが、燃焼度の計測時の昇降動作は、このクレーン操作を伴わない、

特開２０１０−１５１６９６号公報

使用済燃料集合体は、放射性崩壊熱によりそれ自身が発熱するため、常時水中に保持して徐熱する必要がある。
そのため燃焼度の計測装置の駆動機構系も同様に水中に設置されており、保守点検時は、これら駆動機構系を水中から引き上げる必要がある。
その場合は、引き上げを行う大型機械が必要となる。さらにこの駆動機構系は、使用済燃料集合体と同水中に設置されて放射能汚染されているため、引き上げ時に作業員を被ばくさせる懸念がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、保守点検時におけるメンテナンス作業の簡素化を図ることができる燃焼度の計測技術を提供することを目的とする。

実施形態に係る燃焼度の計測装置において、使用済燃料集合体の上端を把持して収容体の内部に向かって昇降させるクレーンを操作する操作部と、前記収容体の内周面に設けられた動体センサから前記使用済燃料集合体の移動情報を取得する取得部と、前記収容体の内周面に設けられた放射線センサから放射線強度信号を検出する検出部と、前記移動情報及び前記放射線強度信号から前記使用済燃料集合体の長手方向における放射線分布を導出する導出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により保守点検時におけるメンテナンス作業の簡素化を図ることができる燃焼度の計測技術が提供される。

第１実施形態に係る燃焼度の計測装置を示す模式図。各実施形態に係る燃焼度の計測装置の動作を説明するフローチャート。（Ａ）は第２実施形態に係る燃焼度の計測装置を示す模式図、（Ｂ）は燃料集合体の収容体の上面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように燃焼度の計測装置１０は、使用済燃料集合体２１の上端を把持して収
容体２２の内部に向かって昇降させるクレーン３１を操作する操作部１１と、この収容体２２の内周面に設けられた動体センサ２３から使用済燃料集合体２１の移動情報ｐを取得する取得部１２と、収容体２２の内周面に設けられた放射線センサ２４から放射線強度信号ｑを検出する検出部１３と、移動情報ｐ及び放射線強度信号ｑから使用済燃料集合体２１の長手方向における放射線分布を導出する導出部１４と、を備えている。

さらに、燃焼度の計測装置１０は、導出された放射線分布に基づいて使用済燃料集合体２１の燃焼度分布を演算する演算部１５と、この演算された燃焼度分布の結果を表示する表示部１６とを備えている。
なお、この演算部１５において、燃焼度の計測装置１０の放射線分布からその燃焼度分布を演算する方法は、公知技術が適用される。

収容体２２は、使用済燃料集合体２１（以下「燃料集合体２１」という）の崩壊熱を冷却するとともに放射線の遮蔽機能を有する水中３０に配置されている。
そして、収容体２２は、上部開口を有し、燃料集合体２１の昇降が中心軸に一致するように案内する案内機構２７を内周面に有し、その下端を支持する支持台２８を底面に有し、放射線を遮蔽する遮蔽材２９を外周面に有している。

クレーン３１は、ワイヤ２５の先端に設けられた把持部２６により燃料集合体２１の上端を着脱自在に把持し、操作部１１により、任意の場所に燃料集合体２１を移動させることができる。
ただし、このクレーン３１による燃料集合体２１の移動は、昇降中に接触や引っ掛かりがあるために、クレーン３１の駆動情報から、燃料集合体２１の正確な移動情報（速度情報）を得ることはできない。

移動情報取得部１２は、収容体２２の内周面に設けられた動体センサ２３から燃料集合体２１の移動情報ｐを取得する。
第１実施形態において、この動体センサ２３は速度センサ２３ａであり、収容体２２の内部で上昇又は下降する燃料集合体２１の移動速度を移動情報ｐとして検知する。
このような速度センサ２３ａの一例として、撮像カメラを適用できる。
放射線検出部１３は、放射線センサ２４に対向する燃料集合体２１の部分（位置）から放出されるγ線の放射線強度信号ｑを検出する。

放射線分布導出部１４は、取得部１２から入力した移動速度（移動情報ｐ）を時間積分しさらに速度センサ２３ａから放射線センサ２４までの距離を考慮して、放射線センサ２４に対向している燃料集合体２１の位置を特定する。
このように、放射線分布導出部１４は、検出部１３で入力した放射線強度信号ｑと、移動情報ｐから導かれる燃料集合体２１の位置とを対応付けて、その長手方向における放射線の分布を導出する。

燃焼度分布演算部１５は、導出された放射線分布に基づいて公知方法により燃料集合体２１の長手方向における燃焼度分布を演算する。
そして、その演算結果が結果表示部１６に表示される。

図２のフローチャートに基づいて第１実施形態に係る燃焼度の計測装置の動作を説明する（適宜、図１参照）。
燃料集合体２１の上端をクレーン３１の把持部２６で把持し（Ｓ１１）、収容体２２の直上に移動させ（Ｓ１２）、その上部開口から内部に向かって下降させる（Ｓ１３）。

燃料集合体２１が収容体２２の内部を下降する過程において、動体センサ２３から、その移動情報ｐを取得するとともに（Ｓ１４）、放射線センサ２４において放射線強度信号ｑを検出する（Ｓ１５，Ｓ１６Ｎｏ）。
そして、燃料集合体２１の上端まで検知されたところで（Ｓ１６Ｙｅｓ）、移動情報ｐ及び放射線強度信号ｑから燃料集合体２１の長手方向における放射線分布が導出され（Ｓ１７）、しかる後に燃焼度分布が演算される（Ｓ１８）。

次に、クレーン操作により燃料集合体２１を上昇に転じ（Ｓ１９）、動体センサ２３から、その移動情報ｐを取得するとともに（Ｓ２０）、放射線センサ２４において放射線強度信号ｑを検出する（Ｓ２１，Ｓ２２Ｎｏ）。
そして、燃料集合体２１の下端まで検知されたところで（Ｓ２２Ｙｅｓ）、移動情報ｐ及び放射線強度信号ｑから燃料集合体２１の長手方向における放射線分布が導出され（Ｓ２３）、しかる後に燃焼度分布が演算される（Ｓ２４）。

燃料集合体２１を収容体２２の内部に一往復させることにより得られた二つの燃焼度分布を対比し（Ｓ２５）、両者の結果が一致していなければ（Ｓ２６Ｎｏ）、エラー判定されて、計測をもう一度やり直す（Ｓ１３）。
そして、両者の結果が一致していれば（Ｓ２６Ｙｅｓ）、合格判定されて、計測を終了する（ＥＮＤ）。

上述のように、本実施形態の燃焼度の計測装置１０は放射線センサ２４で計測した放射線強度信号ｑ及び速度センサ２３ａで計測された燃料集合体２１の移動速度（移動情報ｐ）を基に、その燃焼度を導出する。
そして、水中３０より上に設けたクレーン３１で吊り下げながら燃料集合体２１を収容体２２の内部に昇降移動させても、その移動量を正確に取得する。
これにより、放射能に汚染された水中３０に浸漬される機構部が低減することになるので、保守点検作業を簡素化することができる。

（第２実施形態）
次に図３に基づき第２実施形態について説明する。なお、図３において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第２実施形態に係る燃焼度の計測装置１０において動体センサ２３は、上方から照射されるレーザ光Ｒ_nを水平方向に反射しさらに垂直方向に反射させる反射体２３ｂ_n，２３ｂ_n（ｎ＝１〜Ｎ）である。
図３（Ａ）に示すように、これら反射体２３ｂ_n，２３ｂ_nは、同じ高さに対向配置される二つが対をなし、これら対の複数（ｎ＝１〜Ｎ）が高さ位置が異なるように配置されている。

さらに、図３（Ｂ）に示すように、これら反射体２３ｂ_n，２３ｂ_n（ｎ＝１〜Ｎ）は、上面視において相互に重ならないように、水平方向の位置が互いに異なるように配置されている。
そして、それぞれの反射体２３ｂ_n，２３ｂ_nに対応して、レーザ照射部３２_n及びレーザ入射部３３_nが、水中３０の上部直上に設けられている。

そして、レーザ照射部３２_n（ｎ＝１〜Ｎ）から水中３０に向かって、一方の反射体２３ｂ_n（ｎ＝１〜Ｎ）にレーザ光Ｒが照射されると、このレーザ光Ｒは収容体２２の中心軸に交差する方向に反射する。
この水平方向の反射光Ｒ_n´（ｎ＝１〜Ｎ）のうち燃料集合体２１に遮蔽されないものは、他方の反射体２３ｂ_nに到達し、さらに垂直方向に反射されてレーザ入射部３３_nに入射する。

よって、反射光Ｒ_n´がレーザ入射部３３_nに入射した反射体２３ｂ_nの位置と、反射光Ｒ_n-1´がレーザ入射部３３_n-1に入射しなかった反射体２３ｂ_n-1の位置との間に、昇降中の燃料集合体２１の先端が存在していることになる。
よって、位置分解能を向上させるために反射体２３ｂ_n，２３ｂ_n（ｎ＝１〜Ｎ）は、高さ方向に緻密に配置されることが望ましい。

このように、高さ位置及び水平方向の位置が互いに異なるように配置された複数の反射体２３ｂ_n（ｎ＝１〜Ｎ）のいずれかから、レーザ入射部３３_nを経由して移動情報ｐが取得部１２に伝達される。

放射線分布導出部１４は、取得部１２から入力した燃料集合体２１の先端位置情報（移動情報ｐ）に、レーザ入射部３３_nが入射しなくなった反射体２３ｂ_nから放射線センサ２４までの距離を考慮して、この放射線センサ２４に対向する燃料集合体２１の位置を特定する。
そして、放射線分布導出部１４は、検出部１３で入力した放射線強度信号ｑと、移動情報ｐから導かれる燃料集合体２１の位置と、を対応付けてその長手方向における放射線分布を導出する。

以上説明した第２実施形態によれば、移動情報ｐを取得するのに必要な機構部（レーザ照射部３２_n、レーザ入射部３３_n）が、水中３０より上に設けられているために、保守点検作業の簡素化に貢献することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る燃焼度の計測装置１０は、図１において、速度センサ２３ａが省略された形態であり、収容体２２の長手方向に設けられた複数の放射線センサ２４が動体センサの機能を兼ねる。
つまり、複数の放射線センサ２４から出力されるそれぞれの放射線強度信号ｑが移動情報ｐとして取得部１２に取得されることになる。

燃料集合体２１の移動に伴ってそれぞれの放射線センサ２４において検出される放射線強度信号ｑは、時間に対し起伏に富む連続的な変化をする。
そして、燃料集合体２１が一方向に一回移動すると、長手方向に設けられた放射線センサ２４の数に応じた数の放射線強度信号ｑのタイムチャートが作成される。
そして、複数のタイムチャートのうち対応する信号値のずれ時間と、対応する放射線センサ２４の長手方向間隔と、から燃料集合体２１の移動速度を導くことができる。

そして、放射線分布導出部１４は、取得部１２から入力した移動速度を時間積分して放射線センサ２４に対向する燃料集合体２１の位置を特定し、この特定した位置に放射線強度信号ｑを対応付けて、その長手方向における放射線の分布を導出する。

以上説明した第３実施形態によれば、移動情報ｐを取得するのに必要な機構部を別個に設ける必要がないために、保守点検作業の簡素化に貢献することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の燃焼度の計測装置によれば、収容体に設けられた動体センサから燃料集合体の移動情報を取得することにより、クレーン操作により燃料集合体を昇降させることを可能にし、これによって保守点検時におけるメンテナンス作業の簡素化を図ることができる。

本発明の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。これら実施形態は、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、組み合わせ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…燃焼度の計測装置、１１…クレーン操作部（操作部）、１２…移動情報取得部（取得部）、１３…放射線検出部（検出部）、１４…放射線分布導出部（導出部）、１５…燃焼度分布演算部（演算部）、１６…結果表示部（表示部）、２１…使用済燃料集合体（燃料集合体）、２２…収容体、２３…動体センサ、２３ａ…速度センサ（動体センサ）、２３ｂ_n（ｎ＝１〜Ｎ）…反射体（動体センサ）、２４…放射線センサ、２５…ワイヤ、２６…把持部、２７…案内機構、２８…支持台、２９…遮蔽材、３０…水中、３１…クレーン、３２_n（ｎ＝１〜Ｎ）…レーザ照射部、３３_n（ｎ＝１〜Ｎ）…レーザ入射部、ｐ…移動情報、ｑ…放射線強度信号、Ｒ_n（ｎ＝１〜Ｎ）…レーザ光、Ｒ_n´（ｎ＝１〜Ｎ）…反射光。

Claims

使用済燃料集合体の上端を把持して収容体の内部に向かって昇降させるクレーンを操作する操作部と、
前記収容体の内周面に設けられた動体センサから前記使用済燃料集合体の移動情報を取得する取得部と、
前記収容体の内周面に設けられた放射線センサから放射線強度信号を検出する検出部と、
前記移動情報及び前記放射線強度信号から前記使用済燃料集合体の長手方向における放射線分布を導出する導出部と、を備えることを特徴とする燃焼度の計測装置。
請求項１に記載の燃焼度の計測装置において、
前記動体センサは速度センサで、前記移動情報は前記使用済燃料集合体の移動速度であり、
前記導出部は、前記移動速度に基づいて前記放射線センサが対向する前記使用済燃料集合体の位置を導くことを特徴とする燃焼度の計測装置。
請求項１に記載の燃焼度の計測装置において、
前記動体センサは、上方から照射されるレーザ光を水平方向に反射してさらに垂直方向に反射させる反射体であり、
前記移動情報は、高さ位置及び前記水平方向の位置が互いに異なるように配置された複数の前記反射体のいずれかより前記垂直方向に反射されるレーザ光に基づくことを特徴とする燃焼度の計測装置。
請求項１に記載の燃焼度の計測装置において、
前記収容体の長手方向に設けられた複数の放射線センサが前記動体センサの機能を兼ねることを特徴とする燃焼度の計測装置。
使用済燃料集合体の上端を把持して収容体の内部に向かって昇降させるクレーンを操作するステップと、
前記収容体の内周面に設けられた動体センサから前記使用済燃料集合体の移動情報を取得するステップと、
前記収容体の内周面に設けられた放射線センサから放射線強度信号を検出するステップと、
前記移動情報及び前記放射線強度信号から前記使用済燃料集合体の長手方向における放射線分布を導出するステップと、を含むことを特徴とする燃焼度の計測方法。