JP2015087350A - 原子燃料のシッピング装置およびシッピング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中容器を利用したシッピング検査において、放射性ガスの回収効率を向上させて、原子燃料の損傷を高感度で検出することができる原子燃料のシッピング装置およびシッピング方法を提供する。
【解決手段】損傷した原子燃料２０から放出される放射性ガスを検出する原子燃料のシッピング装置１であって、内部に水が満たされており、原子燃料を収容する水中容器２２と、放射線検出器８と、超音波を発振する超音波振動子１０とを備え、超音波振動子１０から発振された超音波を水中容器２２の内部の水に照射して、キャビテーションを発生させることにより水中からの脱気を促進させ、脱気されたガスを水中容器２２から回収して、回収したガスに含まれる放射性ガスの検査を放射線検出器８により行う原子燃料のシッピング装置１、および原子燃料のシッピング方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子燃料の損傷の有無を検出するためのシッピング装置およびシッピング方法に関する。

原子力発電所では、原子炉運転中に炉心内の原子燃料が損傷した場合、原子炉の運転を停止させた後、損傷した原子燃料を特定するための検査（シッピング検査）が実施される。

シッピング検査方法の１つに、水中に設置された容器の中に１体の原子燃料を格納し、容器内のガスを容器上部に接続したガス回収ラインを介して回収し、損傷した燃料棒から放出される放射性ガスが回収されたガスから検出されるか否かを放射線検出器によってモニタリングするという手法がある（例えば、特許文献１、２）。

上記において使用されるシッピング装置の一例を図７に示す。図７に示すように、シッピング装置５０は、使用済燃料ピット６２の水中に配置されて内部に水が満たされている水中容器５２と、水中容器５２の上部に接続されて容器内からガスを回収するガス回収ライン５４と、ガス回収のためのポンプ５６と、回収されたガスに含まれる放射性ガスを検出する放射線検出器５８とを備えている。

このようなシッピング装置では、先ず、検査対象となる原子燃料６０を水中容器５２内に格納する。これにより、原子燃料６０の損傷部位から放出された放射性ガスが、水中容器５２内に満たされた水中に気泡となって漏出し、水中容器５２の上部のガス回収ライン５４に到達する。そして、ガス回収ライン５４に到達した放射性ガスをポンプ５６を用いて回収し、放射線検出器５８に送り、放射性ガスを検出することにより検査が行われる。

実公平２−２０７１８号公報 特公昭５８−５３７５８号公報

しかしながら、上記のようなシッピング装置では、放射性ガスを十分に回収することができず、損傷した原子燃料の特定が困難になる場合があった。このため、放射性ガスの回収効率を向上させて、シッピング検査の検出感度をより向上させることが望まれていた。

本発明は、水中容器を利用したシッピング検査において、放射性ガスの回収効率を向上させて、原子燃料の損傷を高感度で検出することができる原子燃料のシッピング装置およびシッピング方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題の解決について鋭意検討を行うにあたって、従来のシッピング装置の場合、何故に放射性ガスを十分に回収することができなくなるのか、その原因について検討を行った。

その結果、従来のシッピング装置の場合、損傷部位から放出された放射性ガスの大部分がガス回収ラインに到達することなく周辺の水に溶解しているため、放出された放射性ガスの一部しかガス回収ラインに捕集されず、回収効率を低下させていることが分かった。

即ち、放射性ガスの大部分は、原子燃料内のＵＯ_２（二酸化ウラン）ペレットの核分裂により生じるＸｅ（キセノン）やＫｒ（クリプトン）によって占められているが、原子燃料の損傷は目視で確認できないほど小さい場合が多いため、水中に気泡となって漏出する放射性ガスの大部分は極めて小さい粒径の気泡となる。

そして、この微細な気泡は、約４ｍの高さを有する原子燃料に沿って、粒径に比べて遙かに長い距離を経由してガス回収ラインまで到達する。

このとき、ＸｅおよびＫｒの標準状態（０℃、１気圧）における１００ｍｌの水に対する溶解度は、それぞれ、約２１ｍｌおよび約１１ｍｌと比較的高く、微細な気泡を取り巻く水の体積が十分に大きいため、放射性ガスの大部分が水に溶解してしまう。

このように、損傷部位から放出された放射性ガスが水に溶解することにより、放射性ガスの回収効率低下を招いていることが分かったため、本発明者は、一旦水へ溶解した放射性ガスを再び気泡とすることができれば、回収効率の向上を図ることができると考え、種々の実験と検討を行った。

その結果、適切な周波数の超音波を発振することで、超音波が水中容器の内部にまで到達して、水中に溶け込んだガスを気泡として取り出すこと（キャビテーション）ができることを利用すれば、放射性ガスの水中からの脱気を促進させ、放射性ガスの回収効率を従来よりも向上できることに思い至り本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、上記の知見に基づく発明であり、
損傷した原子燃料から放出される放射性ガスを検出する原子燃料のシッピング装置であって、
内部に水が満たされており、原子燃料を収容する水中容器と、
放射線検出器と、
超音波を発振する超音波振動子と
を備え
前記超音波振動子から発振された超音波を前記水中容器の内部の水に照射して、キャビテーションを発生させることにより水中からの脱気を促進させ、脱気されたガスを前記水中容器から回収して、回収したガスに含まれる放射性ガスの検査を前記放射線検出器により行う原子燃料のシッピング装置である。

本請求項の発明によれば、上記したように、従来から使用されているシッピング装置を用いて、水中容器の内部の水に超音波を照射するという極めて簡便な手段により、放射性ガスの回収効率を向上させることができるため、安価でありながら、検出感度が高く、汎用性が高いシッピング装置を提供することができる。また、検出方法自体は、従来の検出方法を採用することができるため、従来の検査閾値や検査判定式を変更する必要がない。

また、原子炉の運転停止から時間経過した原子燃料は、時間の経過とともにその放射性崩壊により安定核種に壊変し、かつ損傷燃料棒の内圧と周辺の水圧との差が小さくなることにより、放射性ガスの放出量が益々低下するため、時間経過した原子燃料の損傷を特定することが物理的に難しくなるという問題がある。これに対して、本請求項の発明においては、水中に溶けた放射性ガスを回収することが可能となるため、原子炉の運転停止から長時間が経過した後でも原子燃料の損傷を検出できる可能性が高まる。

なお、本請求項の発明において、超音波の照射は連続照射に限定されず、間欠照射で行ってもよい。

請求項２に記載の発明は、
前記超音波振動子が、支持板に複数個固定されて前記水中容器の外側近傍に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の原子燃料のシッピング装置である。

本請求項の発明によれば、複数個の超音波振動子が固定された支持板を水中容器の外側近傍に配設して、適切な距離から超音波を水中容器内の水に照射することができるため、キャビテーションを適切に発生させ、水中に溶け込んだ放射性ガスの回収効率をさらに向上させることができる。さらに、超音波振動子を支持板に複数個固定したものを後から追加するだけで、既設のシッピング装置の検出感度を簡単に向上させることができる。

なお、本請求項の発明において、「水中容器の外側近傍に配設する」には、水中容器の外側表面に超音波振動子を非接触で配設する以外に、水中容器の外側表面に超音波振動子を接触させて配設する場合も含まれる。

また、支持板に固定する超音波振動子の数は、原子燃料のタイプや水中容器のサイズなどを考慮して適宜調整することができる。

また、超音波振動子と支持板との固定構造は、保守を容易にするという観点から、ネジ留めやバネ接続などの取り外し可能な方法を用いることが好ましい。

請求項３に記載の発明は、
前記超音波振動子が、前記水中容器の側面近傍および／または底面近傍に配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子燃料のシッピング装置である。

超音波振動子の設置位置は、水中容器の形状や設置位置に応じて適宜変更することができるが、水中容器の側面近傍および／または底面近傍に超音波振動子を配置することにより、より適切に超音波を照射してキャビテーションを生じさせることができる。

請求項４に記載の発明は、
前記超音波振動子が、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数の超音波を発振する超音波振動子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の原子燃料のシッピング装置である。

上記数値範囲内の超音波を、水中容器内の水に照射することにより、より適切にキャビテーションを生じさせることができる。

請求項５に記載の発明は、
損傷した原子燃料から放出される放射性ガスを検出する原子燃料のシッピング方法であって、
内部に水が満たされている水中容器内に原子燃料を格納し、
前記水中容器の内部の水に超音波を照射して、キャビテーションを発生させることにより水中からの脱気を促進し、
脱気されたガスを前記水中容器から回収して、回収したガスから放射性ガスを検出する
ことを特徴とする原子燃料のシッピング方法である。

前記したように、水中容器に向けて超音波を照射して、水中容器内の水にキャビテーションを生じさせることにより、放射性ガスの回収効率を向上させ、シッピング検査の感度を向上させることができる。

本発明によれば、水中容器を利用したシッピング検査において、放射性ガスの回収効率を向上させて、原子燃料の損傷を高感度で検出することができる原子燃料のシッピング装置およびシッピング方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る原子燃料のシッピング装置を示す概略図である。 複数の超音波振動子を固定した支持板の斜視図である。 図１に示すシッピング装置の支持板と水中容器との位置関係を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。 複数の超音波振動子を固定した支持板の斜視図である。 支持板の他の例を示す平面図である。 支持板の他の例を示す図であり、（Ａ）は支持板の平面図であり、（Ｂ）は支持板と水中容器との位置関係を示す側面図である。 従来の原子燃料のシッピング装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る原子燃料のシッピング装置およびシッピング方法について図面を参照しながら説明する。

１．シッピング装置
図１は本実施の形態に係る原子燃料のシッピング装置を示す概略図であり、図２は複数の超音波振動子を固定した支持板の斜視図であり、図３は図１に示すシッピング装置の支持板と水中容器との位置関係を示す図である。

本実施の形態に係るシッピング装置１は、従来のシッピング装置と同様に、使用済燃料ピット２２の水中に配置されて内部に水が満たされている水中容器２と、水中容器２から放射性ガスを回収して検出する放射線検出器８とを備えている。また、図１中の４はガス回収ラインであり、６はポンプであり、９は排気処理装置である。

水中容器２は、断面矩形の箱型の金属製容器であり、約４ｍの高さの原子燃料２０が収容できるように構成されている。また、水中容器２の上部には、ガス回収ライン４が接続されている。

放射線検出器８は、上記のガス回収ライン４を介して、水中容器２の上部に接続されており、ガス回収ライン４上のポンプ６の稼働により、水中容器２内からガスを回収して、回収されたガスに含まれる放射性ガスを検出する。また、放射線検出器８の下流には、検査後のガスを排出する排気処理装置９が設けられている。

本実施の形態に係るシッピング装置１は、水中容器２の内部の水に超音波を照射する超音波振動子１０を備えている点で、従来のシッピング装置１とは異なる。

例えば、超音波振動子１０は、水中容器２の外側近傍に配置される。図２に示すように、超音波振動子１０は、平板状の支持板１２に複数個固定され、ケーブル１４を介して、使用済燃料ピット２２の外部に配設された超音波発振器１６と接続されていることが好ましい。

図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、上記の支持板１２を水中容器２の側面２ａに対面して配置することによって、複数の超音波振動子１０が水中容器２の外側近傍に配設される。

超音波振動子１０（支持板１２）と水中容器２との距離は、周辺の既存設備との物理的な干渉や超音波の強度減衰などを考慮して１ｍ以下に設定されることが好ましく、超音波振動子１０と水中容器２とを接触させてもよい。

なお、支持板１２は、１枚の板で構成されている必要はなく、図４に示すように、分割された複数枚の板を分割位置Ｌで組み立てたものであってもよい。このように分割された支持板とすることにより、支持板の保管スペースを節約することができ好ましい。

そして、支持板１２の上端部の左右には、吊具１８ａ、１８ｂが取り付けられていることが好ましい。吊具１８ａ、１８ｂにクレーンなどを取り付けて搬送することにより、シッピング検査の開始前に、支持板１２を使用済燃料ピット２２内の所定の位置に容易に配設することができる。配設された支持板１２は、使用済燃料ピット２２内に自立させてもよいが、使用済燃料ピット２２内に予め設けられた構造物に支持させてもよい。

なお、水中容器２に対する支持板の配設は特に制限されない。例えば、図５（Ａ）に示すように、２枚の支持板１２ａ、１２ｂを、水中容器２の２つの側面２ａ、２ｂに対面するように配設することができる。これにより、２方向から超音波が発振されるため、水中容器２内の水にキャビテーションを生じさせやすくなる。

また、図５（Ｂ）に示すように、断面Ｌ字型の支持板１２ｃを、水中容器２の２つの側面２ａ、２ｂに対面するように配設してもよい。

さらに、図５（Ｃ）に示すように、断面がコ字形の支持板１２ｄを、水中容器２の３つの側面２ａ、２ｂ、２ｃに対面するように配設してもよい。

また、支持板は、水中容器２の側面２ａでなく、底面２ｄの近傍に配設してもよい。例えば、図６に示すように、複数の超音波振動子１０が固定された支持板１２ｅを、水中容器２の底面２ｄと対面するように、使用済燃料ピット２２の底２２ａに配設してもよい。

また、超音波振動子１０は、超音波を水中容器２の内部の水に照射できる位置に配設されていればよく、上記のように支持板に取り付ける以外に、水中容器２に直接取り付けられていてもよいし、水中容器２の内部に超音波振動子１０が収容されていてもよい。この場合であっても、発振した超音波を水中容器２内部の水に照射させて、キャビテーションを生じさせることができる。

２．シッピング方法
上記のシッピング装置１を使用した、原子燃料のシッピング方法について説明する。

先ず、複数の超音波振動子１０が固定された支持板１２を搬送し、使用済燃料ピット２２内の水中容器２の側面２ａの近傍に配設する。

次に、検査対象の原子燃料２０を、水中容器２内に格納する。なお、水中容器２内には、予め、水が満たされている。

原子燃料２０が損傷している場合、原子燃料２０の損傷箇所から放射性ガスが放出され、水中容器２内の水に漏出し、水中容器２の上部に向かって移動する。このとき、前記したように、移動する放射性ガスが水中容器２内の水に溶解する。

次に、超音波発振器１６を稼働させて、支持板１２に固定された複数の超音波振動子１０から、原子燃料２０が格納された水中容器２に向けて超音波を発振させる。このときの超音波の周波数は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内に制御することが好ましい。

超音波振動子１０から発振された超音波は、水中容器２を透過し、水中容器２内の水まで到達して、水中容器２内の水にキャビテーションを生じさせる。これにより、水中容器２内の水に溶け込んだ放射性ガスが水中から脱気される。このとき、支持板１２に超音波振動子１０が複数配設されているため、放射性ガスの脱気が促進される。

そして、ポンプ６を稼働させ、水中容器２上方のガス回収ライン４から水中容器２の内部のガスを回収する。放射線検出器８は、回収されたガスに放射性ガスが含まれている場合、原子燃料２０に損傷が生じていると判定する。なお、放射線検出器８を通過した後のガスは、排気処理装置９から排気される。

本実施の形態によれば、水中容器２内の水に溶解した放射性ガスを再び気泡にして回収することができるため、従来よりも放射性ガスの回収効率が向上する。

また、複数個の超音波振動子１０が固定された支持板１２を水中容器２の近傍に配設するのみで、水中容器２内の水に溶解した放射性ガスを再び気泡にして回収することができるため、既設のシッピング装置を改造することなく、従来よりも放射性ガスの回収効率を向上させて、原子燃料の損傷に対する検出感度を容易に向上させることができる。

そして、従来の検査閾値や検査判定式を用いて検出を行うため、従来のシッピング装置では検出できなかったような程度の損傷も検出することができ、損傷した原子燃料の検出感度を大幅に向上させることできる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。

１ シッピング装置
２ 水中容器
４ ガス回収ライン
６ ポンプ
８ 放射線検出器
９ 排気処理装置
１０ 超音波振動子
１２、１２ａ〜１２ｅ 支持板
１４ ケーブル
１６ 超音波発振器
１８ａ、１８ｂ 吊具
２０ 原子燃料
２２ 使用済燃料ピット
２２ａ 使用済燃料ピットの底
Ｌ 支持板の分割位置

Claims (5)

1. 損傷した原子燃料から放出される放射性ガスを検出する原子燃料のシッピング装置であって、
   内部に水が満たされており、原子燃料を収容する水中容器と、
   放射線検出器と、
   超音波を発振する超音波振動子と
   を備え
   前記超音波振動子から発振された超音波を前記水中容器の内部の水に照射して、キャビテーションを発生させることにより水中からの脱気を促進させ、脱気されたガスを前記水中容器から回収して、回収したガスに含まれる放射性ガスの検査を前記放射線検出器により行う原子燃料のシッピング装置。
2. 前記超音波振動子が、支持板に複数個固定されて前記水中容器の外側近傍に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の原子燃料のシッピング装置。
3. 前記超音波振動子が、前記水中容器の側面近傍および／または底面近傍に配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子燃料のシッピング装置。
4. 前記超音波振動子が、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数の超音波を発振する超音波振動子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の原子燃料のシッピング装置。
5. 損傷した原子燃料から放出される放射性ガスを検出する原子燃料のシッピング方法であって、
   内部に水が満たされている水中容器内に原子燃料を格納し、
   前記水中容器の内部の水に超音波を照射して、キャビテーションを発生させることにより水中からの脱気を促進し、
   脱気されたガスを前記水中容器から回収して、回収したガスから放射性ガスを検出する
   ことを特徴とする原子燃料のシッピング方法。

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