JP2015227817A - 燃料デブリの燃焼度計測装置及びその燃焼度計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心溶融により生じた燃料デブリについて、信頼性の高い燃焼度を取得することが可能な燃料デブリの燃焼度計測技術を提供する。【解決手段】燃料デブリの燃焼度計測装置１０は、燃料デブリが収納されたデブリ収納部１１を把持して、本体フレーム２１に挿入するハンドリング部１２と、挿入されるデブリ収納部１１の位置決めをする上部ガイド機構１３と、燃料デブリから放出される放出中性子を検出する第１中性子検出器１７と、中性子源１８が発する中性子により核反応が誘起された燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出する第２中性子検出器１９と、燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出するガンマ線スペクトル検出器２０と、放出中性子、アクティブ中性子及びガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて計算された燃料デブリの燃焼度の１つを選択するデータ処理部２３と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、炉心溶融により発生した燃料デブリの燃焼度を計測する燃料デブリの燃焼度計測技術に関する。

原子力事故により冷却能力が喪失すると、核燃料の崩壊熱により、燃料集合体及び炉心構造物が過熱融解して、燃料デブリ（炉心溶融物）が発生するおそれがある。燃料デブリが発生した際には、安全に移送・保管することが重要な課題となる。

放射線物質を含み健全性が損なわれた燃料デブリを安全に移送・保管するためには、臨界とならないように、燃料デブリを形状管理された金属缶に収納する必要がある。さらに、燃料デブリに対して燃焼度評価を実施して、核燃料物質の残存量管理を行う必要がある。

従来、使用済燃料集合体に対しては、使用済燃料の放射線測定を行い、その測定値に基づく燃焼度評価が行われてきた。

使用済燃料の放射線測定を行う主な方法として、使用済燃料に蓄積されている核分裂生成物、特にセシウム（Ｃｓ−１３７、Ｃｓ−１３４等）から放出されるガンマ線を測定するガンマ線スペクトル測定法や使用済燃料に蓄積されている超ウラン元素のキュリウム等から放出される中性子を測定する放出中性子測定法が知られている。

これらの放射線測定方法を用いて、使用済み燃料の燃焼度を精度良く計測する様々な燃焼度計測装置が開発、検討されてきた。例えば、燃料集合体を静置させて、その軸方向の中央部近傍に対向するようにガンマ線スペクトル検出器と中性子検出器とを固設し、さらに燃料集合体の軸方向に沿ってグロスガンマ線検出器を固設して、各放射線検出器の測定値に基づいて使用済燃料集合体の燃焼度を計測する計測装置が開示されている。

また、形状・寸法を異にする複数の種類の使用済燃料を、同一条件下で計測するため、上部及び下部に設置されたセンタリング機構を用いて、燃料集合体の両側面に配置されたグロスガンマ線検出器の相互の中心位置及び、対向するように設置されたガンマ線検出器の相互の中心位置に使用済燃料集合体を保持させる計測装置が開示されている。

また、使用済燃料集合体の設置角度によらずに燃焼度を計測することを目的として、ガンマ線スペクトル検出器を可動させて計測する計測装置も開示されている。

特開平２−２２２８８４号公報 特開平７−３０６２９１号公報 特開２０１２−１１７８２４号公報

従来の燃焼度計測装置は、使用済燃料集合体を対象として燃焼度計測を行う技術であり、燃料集合体種別・形状・初期濃縮度、原子力発電所の運転履歴等の既知情報から燃焼度（残留濃縮度）を予め算出することが可能であった。このため、予め算出した燃焼度と装置の計測結果とを比較評価することが可能であり、計測結果の信頼性が担保されていた。

一方、炉心溶融により生じる燃料デブリは、圧力容器や炉内外の構造物などの鉄系材料、被覆管やチャンネルボックス材料のジルコニウム材、核燃料中に含まれている酸化物燃料（酸化ウランや酸化プルトニウム）、ＦＰ（核分裂生成物）酸化物等の様々な物質が不均一な状態で混在するものである。したがって、燃料デブリについては、燃料集合体種別・形状、運転履歴等の既知情報を一切利用することができない。

このため、燃料デブリの燃焼度計測を行う場合、従来の使用済燃料集合体を対象とするような単一の予め決められた計測システムでは、信頼性の高い燃焼度を取得することは困難であるという問題点があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、炉心溶融により生じた燃料デブリについて、信頼性の高い燃焼度を取得することが可能な燃料デブリの燃焼度計測技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測装置において、燃料デブリが収納されたデブリ収納部を把持して、本体フレームに挿入するハンドリング部と、前記本体フレームの上部に設けられて、挿入される前記デブリ収納部の位置決めをする上部ガイド機構と、前記上部ガイド機構に設けられて、前記燃料デブリから放出される放出中性子を検出する第１中性子検出器と、前記上部ガイド機構に設置された中性子源の近傍に設けられて、前記中性子源が発する中性子により核反応が誘起された前記燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出する第２中性子検出器と、前記上部ガイド機構に設けられて、前記燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出するガンマ線スペクトル検出器と、検出された前記放出中性子、前記アクティブ中性子及び前記ガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて計算された前記燃料デブリの燃焼度の１つを選択するデータ処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測方法において、燃料デブリが収納されたデブリ収納部を把持して、本体フレームに挿入するステップと、前記本体フレームの上部に設けられた上部ガイド機構を用いて、挿入される前記デブリ収納部の位置決めをするステップと、前記上部ガイド機構に設けられた第１中性子検出器を用いて、前記燃料デブリから放出される放出中性子を検出するステップと、前記上部ガイド機構に設置された中性子源の近傍に設けられた第２中性子検出器を用いて、前記中性子源が発する中性子により核反応が誘起された前記燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出するステップと、前記上部ガイド機構に設けられたガンマ線スペクトル検出器を用いて、前記燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出するステップと、検出された前記放出中性子、前記アクティブ中性子及び前記ガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて計算された前記燃料デブリの燃焼度の１つを選択するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態により、炉心溶融により生じた燃料デブリについて、信頼性の高い燃焼度を取得することが可能な燃料デブリの燃焼度計測技術が提供される。

第１実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測装置の構成図。 各放射線検出器から検出信号が送信されるデータ処理部の構成を示す図。 （Ａ）燃料デブリが収納された金属缶を示す斜視図、（Ｂ）金属缶が複数配列されたキャニスタを示す斜視図。 第１実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測装置の変形例を示す構成図。 本実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測動作を示すフローチャート。 第２実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測装置の構成図。 第２実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測装置の変形例を示す構成図。

以下、本実施形態を添付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、第１実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測装置１０（以下、燃焼度計測装置１０とする）は、燃料デブリが収納されたデブリ収納部１１を把持して、本体フレーム２１に挿入するハンドリング部１２と、本体フレーム２１の上部に設けられて、挿入されるデブリ収納部１１の位置決めをする上部ガイド機構１３と、上部ガイド機構１３に設けられて、燃料デブリから放出される放出中性子を検出する第１中性子検出器１７と、上部ガイド機構１３に設置された中性子源１８の近傍に設けられて、中性子源１８が発する中性子により核反応が誘起された燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出する第２中性子検出器１９と、上部ガイド機構１３に設けられて、燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出するガンマ線スペクトル検出器２０と、検出された放出中性子、アクティブ中性子及びガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて計算された燃料デブリの燃焼度の１つを選択するデータ処理部２３と、を備える。

なお、第１中性子検出器１７と第２中性子検出器１９とは、同一種類の中性子検出器であり、第１中性子検出器１７は燃料デブリから直接放出される中性子を検出する一方、第２中性子検出器１９は中性子源１８により核反応が誘起された燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出するものであり、それぞれの検出器は検出対象が異なる。

ハンドリング部１２は、燃料デブリが収納されたデブリ収納部１１の一端を把持して、本体フレーム２１の任意位置にデブリ収納部１１を挿入するための可動アームである。

デブリ収納部１１は、炉心溶融により生じた燃料デブリを収納する金属製の収納部材であり、収納された燃料デブリが臨界とならないように形状管理されている。

本体フレーム２１は、デブリ収納部１１を収容する中空状のフレームである。本体フレーム２１の底部には、デブリ収納部１１を着座させる着座部２２を備えられている。なお、燃料デブリが回収されデブリ収納部１１に収納された後そのまま燃焼度計測を実施する場合は、本体フレーム２１は水中（例えば、燃料プール等）に設置される。

上部ガイド機構１３は、本体フレーム２１の上部に設置されて、本体フレーム２１内に挿入されるデブリ収納部１１の位置決めをするものである。上部ガイド機構１３は、本体フレーム２１から着脱可能に設置されている。

上部ガイド機構１３は、ガイド１４と、ガイド固定部材１５と、上部フレーム１６と、を備えている。

上部フレーム１６は、本体フレーム２１上に設置されており、本体フレーム２１への挿入口となる開口部が形成されている。
ガイド１４は、デブリ収納部１１を本体フレーム２１内の所定位置に案内するための縦長のガイド板である。

ガイド１４は、上部フレーム１６に形成されている開口部の内周面側に設けられており、挿入されるデブリ収納部１１に近接または当接するように配置されて、デブリ収納部１１を本体フレーム２１内部に案内する。ガイド１４と上部フレーム１６とは、ガイド固定部材１５を介して固定される。

ハンドリング部１２は、上部ガイド機構１３を介して、把持したデブリ収納部１１を一定速度で本体フレーム２１内部に挿入する。

第１中性子検出器１７は、本体フレーム２１内に挿入されるデブリ収納部１１内の燃料デブリから直接放出される放出中性子を検出する中性子検出器である。第１中性子検出器１７は、ガイド１４に固定して設置される。

第１中性子検出器１７は、ハンドリング部１２により挿入されるデブリ収納部１１の下端が第１中性子検出器１７の側方を通過する際に測定を開始する。そして、放出中性子が検出された場合は、検出信号をデータ処理部２３に送信する。

そして、第１中性子検出器１７は、デブリ収納部１１の上端が第１中性子検出器１７の側方を通過する際に測定を終了する。第１中性子検出器１７は、デブリ収納部１１の下端から上端までが通過する間測定を行い、デブリ収納部１１全体の放出中性子測定を行う。

中性子源１８は、デブリ収納部１１に収納された燃料デブリに対して核反応を誘起するために用いるものであり、自発核分裂により中性子を発するカルホルニウム等の放射性同位体を用いた中性子線源である。中性子源１８は、ガイド１４に固定して設置される。

中性子源１８から発せられる中性子による第１中性子検出器１７への干渉を避けるため、第１中性子検出器１７は中性子源１８とは対向しない位置に設置される。例えば、図１に示すようにガイド１４の上部に第１中性子検出器１７を設置する一方、中性子源１８をガイド１４の下部に設置する。

また、第１中性子検出器１７の測定面以外にカドミニウム板等の中性子を遮断する部材を設けて、中性子源１８からの干渉を低減する構成としても良い。

第２中性子検出器１９は、中性子源１８が発する中性子による核反応（（ｎ、ｆ）反応）の誘起により燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出する中性子検出器である。第２中性子検出器１９は、中性子源１８の近傍でガイド１４に固定して設置される。

第２中性子検出器１９は、ハンドリング部１２により挿入されるデブリ収納部１１の下端が第２中性子検出器１９の側方を通過する際に測定を開始する。そして、アクティブ中性子が検出された場合は、検出信号をデータ処理部２３に送信する。

そして、第２中性子検出器１９は、デブリ収納部１１の上端が第２中性子検出器１９の側方を通過する際に測定を終了する。第２中性子検出器１９は、デブリ収納部１１の下端から上端までが通過する間測定を行い、デブリ収納部１１全体のアクティブ中性子測定を行う。

ガンマ線スペクトル検出器２０（２０ａ、２０ｂ）は、燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出する検出器である。ガンマ線スペクトル検出器２０は、上部フレーム１６に固定して設置される。

２つのガンマ線スペクトル検出器２０ａ、２０ｂは、挿入されるデブリ収納部１１に対して等距離に配置されており、それぞれ独立してガンマ線スペクトルを検出する。ガイド１４は、挿入されるデブリ収納部１１と２つのガンマ線スペクトル検出器２０との距離を一定に保持する役割を有している。

また、中性子源１８から発せられる中性子によるガンマ線スペクトル検出器２０への干渉を避けるため、第１中性子検出器１７と同様に、ガンマ線スペクトル検出器２０は中性子源１８とは対向しない位置に設置される。

ガンマ線スペクトル検出器２０は、ハンドリング部１２により挿入されるデブリ収納部１１の下端がガンマ線スペクトル検出器２０の側方を通過する際に測定を開始する。そして、ガンマ線スペクトルの検出信号をデータ処理部２３に送信する。

そして、ガンマ線スペクトル検出器２０は、デブリ収納部１１の上端が第２中性子検出器１９の側方を通過する際に測定を終了する。ガンマ線スペクトル検出器２０は、デブリ収納部１１の下端から上端までが通過する間測定を行い、デブリ収納部１１全体のガンマ線スペクトル測定を行う。

このように、デブリ収納部１１を本体フレーム２１に挿入する際に、３つの放射線検出器を用いてデブリ収納部１１全体の放射線測定を並行して行う。なお、デブリ収納部１１を一旦着座部２２に着座させた後、ハンドリング部１２によりデブリ収納部１１を引き抜く際に、デブリ収納部１１全体の放射線測定を行っても良い。

なお、本体フレーム２１を、金属容器であるキャニスタ３３（図３（Ｂ）参照）とした場合、キャニスタ３３への実装作業中に放射線測定を行うことができるため、作業効率を向上させることができる。

図２は、各放射線検出器から送信された検出信号を処理して燃料デブリの燃焼度（平均燃焼度）を計測するデータ処理部２３の構成図を示している。

データ処理部２３は、放出中性子記録部２４と、第１燃焼度計算部２５と、弁別回路２６と、アクティブ中性子記録部２７と、第２燃焼度計算部２８と、ガンマ線スペクトル記録部２９と、第３燃焼度計算部３０と、燃焼度選択部３１と、を備えている。なお、データ処理部２３を構成する各ユニットの機能は、所定のプログラムコードを、プロセッサを用いて実行することによって実現しても良く、このようなソフトウェア処理に限らず、例えば、ＡＳＩＣ等を用いたハードウェア処理で実現しても良いし、ソフトウェア処理とハードウェア処理とを組み合わせて実現しても良い。

放出中性子記録部２４は、第１中性子検出器１７による放出中性子の測定開始から終了まで、放出中性子の検出信号を第１中性子検出器１７から入力して記録する。

第１燃焼度計算部２５は、記録されている放出中性子の検出信号からデブリ収納部１１全体における放出中性子計数を求める。そして、この放出中性子計数との相関に基づいて燃料デブリの燃焼度を計算する。そして、計算した燃焼度を燃焼度選択部３１に出力する。

なお、第１燃焼度計算部２５は、計測対象が存在しない状態で検出される信号（例えば、α線、計測系によるノイズ信号（ホワイトノイズ）あるいはガイド１４の汚染等）により計数されるバックグランド計数を保存している。そして、求めた放出中性計数が、このバックグランド計数と比較して十分に大きな場合にのみ燃焼度の計算を実行する。これにより、求めた放出中性計数が、計数値として信頼できる場合にのみ燃焼度の計算が実行される。

弁別回路２６は、第２中性子検出器１９によるアクティブ中性子の測定開始から終了まで、アクティブ中性子の検出信号を第２中性子検出器１９から入力する。

第２中性子検出器１９からの検出信号には、アクティブ中性子によって検出される信号の他に中性子源１８から発せられた中性子が直接第２中性子検出器１９で検出される信号がノイズ信号として含まれる場合がある。

弁別回路２６は、このノイズ信号を弁別するものであり、検出信号の波高値により弁別を行い、アクティブ中性子による検出信号のみをアクティブ中性子記録部２７に出力する。なお、カドミニウム板等を利用して、中性子源１８から発せられた中性子が第２中性子検出器１９に入らないようにした場合は、必ずしも弁別回路２６は必要としない。

アクティブ中性子記録部２７は、弁別回路２６から出力されたアクティブ中性子による検出信号を入力して記録する。
第２燃焼度計算部２８は、記録されているアクティブ中性子の検出信号からデブリ収納部全体におけるアクティブ中性子計数を求める。そして、このアクティブ中性子計数との相関に基づいて燃料デブリの燃焼度を計算する。そして、計算した燃焼度を燃焼度選択部３１に出力する。

なお、第２燃焼度計算部２８は、計測対象が存在しない状態で検出される信号により計数されるバックグランド計数を保存している。そして、求めたアクティブ中性子計数が、このバックグランド計数と比較して十分に大きな場合にのみ燃焼度の計算を実行する。これにより、求めたアクティブ中性子計数が、計数値として信頼できる場合にのみ燃焼度の計算が実行される。

ガンマ線スペクトル記録部２９は、ガンマ線スペクトル検出器２０によるガンマ線スペクトルの測定開始から終了まで、ガンマ線スペクトルの検出信号を入力して記録する。

第３燃焼度計算部３０は、核分裂生成物に対応するガンマ線スペクトル計数との相関に基づいて燃料デブリの燃焼度を計算する。そして、計算した燃焼度を燃焼度選択部３１に出力する。

また、第３燃焼度計算部３０は、計測対象が存在しない状態で検出される信号により計数されるバックグランド計数を保存している。そして、求めたガンマ線スペクトル計数が、このバックグランド計数と比較して十分に大きな場合にのみ燃焼度の計算を実行する。これにより、求めたガンマ線スペクトル計数が、計数値として信頼できる場合にのみ燃焼度の計算が実行される。

燃焼度選択部３１は、第１燃焼度計算部２５、第２燃焼度計算部２８、及び第３燃焼度計算部３０のそれぞれで計算された燃焼度を入力する。そして、３つの燃焼度の最大値／最小値／中央値からいずれかを１つを燃焼度計測装置１０で計測された燃焼度として選択する。

燃焼度の選択方法は、定量管理の観点で最も信頼性の高い燃焼度を選択する、例えば燃料デブリを想定した模擬実験あるいはシュミュレーション計算により求めた、核物質の残留質量と検出器計数との相関データに基づいて３つの燃焼度のうちから最も信頼度の高い計算値を選択する方法等がある。

あるいは、最も燃焼度が低い値、言い換えると核燃料物質の残留濃縮度が最も高いものを選択しても良い。これにより、安全性の観点において信頼性の高い燃焼度を選択することも可能となる。

３つの放射線測定方法を用いて測定された放出中性子、アクティブ中性子及びガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて燃料デブリの燃焼度を計算して、その１つを選択することにより、炉心溶融により生じた燃料デブリについて、信頼性の高い燃焼度を取得することが可能となる。

続いて、第１実施形態に係る燃焼度計測装置１０の変形例について説明する。
本変形例では、燃料デブリが収納された金属缶３２がキャニスタ３３（金属容器）に複数配列して形成されたデブリ収納部１１を燃焼度計測の対象とする（図３（Ａ）、図３（Ｂ））。

図４は、第１実施形態に係る燃焼度計測装置１０の変形例を示す構成図である。なお、図１に示す燃焼度計測装置１０と同一の構成、動作については説明を省略する。

ハンドリング部１２は、上部ガイド機構１３を介して、把持したデブリ収納部１１を一定速度で回転させながら本体フレーム２１内部への挿入を行う。そして、各放射線検出器を用いてデブリ収納部１１の軸方向並びに周方向の放射線測定を実施する。これにより、デブリ収納部１１の径が大きい場合であっても、デブリ収納部１１全体の放射線測定を行うことができる。

なお、本体フレーム２１を、キャニスタ３３を集合させる大型容器であるキャスクとした場合、キャニスタ３３への実装作業中に放射線測定を行うことができるため、作業効率を向上させることができる。

図５は、本実施形態に係る燃料デブリの燃焼度計測動作を示すフローチャートである（適宜、図１、図２参照）。

ハンドリング部１２は、デブリ収納部１１を把持して、本体フレーム２１への挿入を開始する。（Ｓ１０）。

第１中性子検出器１７は、デブリ収納部１１の燃料デブリから放出される放出中性子を検出する（Ｓ１１）。放出中性子記録部２４は、放出中性子の検出信号を第１中性子検出器１７から入力して記録する（Ｓ１２）。

第２中性子検出器１９は、中性子源１８が発する中性子による核反応の誘起により燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出する（Ｓ１３）。弁別回路２６は、アクティブ中性子による検出信号のみを弁別してアクティブ中性子記録部２７に出力する（Ｓ１４）。アクティブ中性子記録部２７は、弁別回路２６から出力されたアクティブ中性子による検出信号を入力して記録する（Ｓ１５）。

ガンマ線スペクトル検出器２０は、燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出する（Ｓ１６）。ガンマ線スペクトル記録部２９は、ガンマ線スペクトルの検出信号をガンマ線スペクトル検出器２０から入力して記録する（Ｓ１７）。

デブリ収納部１１全体の測定が終了するまで各放射線検出器を用いて並行して放射線測定を実施する（Ｓ１８：ＮＯ）。

第１燃焼度計算部２５は、放射線測定が終了後、記録されている放出中性子の検出信号からデブリ収納部全体における放出中性子計数を求める。そして、この放出中性子計数が検出器バックグラウンド計数よりも十分大きな場合に、その計数との相関に基づいて燃料デブリの燃焼度を計算する（Ｓ１８：ＹＥＳ、Ｓ１９）。

第２燃焼度計算部２８は、記録されているアクティブ中性子の検出信号からデブリ収納部全体におけるアクティブ中性子計数を求める。そして、このアクティブ中性子計数が検出器バックグラウンド計数よりも十分大きな場合に、その計数との相関に基づいて燃料デブリの燃焼度を計算する（Ｓ２０）。

第３燃焼度計算部３０は、核分裂生成物に対応するガンマ線スペクトル計数が検出器バックグラウンド計数よりも十分大きな場合に、その計数との相関に基づいて燃料デブリの燃焼度を計算する（Ｓ２１）。

燃焼度選択部３１は、第１燃焼度計算部２５、第２燃焼度計算部２８、及び第３燃焼度計算部３０のそれぞれで計算された３つの燃焼度の最大値／最小値／中央値のいずれかを１つを選択し、燃焼度計測装置１０で計測された燃焼度として選択する（Ｓ２２）。

このように、３つの放射線検出器を用いて測定された放出中性子、アクティブ中性子及びガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて燃料デブリの燃焼度を計算して、その１つを選択することにより、形状、組成等が不均一な燃料デブリについて、信頼性の高い燃焼度取得することが可能となる。

また、本体フレーム２１から着脱可能な上部ガイド機構１３に各放射線検出器を設置するという簡易な構成で装置を実現することが可能であることから、故障リスクが低く、本装置をメンテナンスする際の作業員の被ばくも低減される。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る燃焼度計測装置１０の構成を示している。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、重複する動作については説明を省略する。

第１実施形態と異なる点は、着座部２２に着座されたデブリ収納部１１の軸方向に沿って第１中性子検出器１７を移動させる第１駆動機構３５と、着座部２２に着座されたデブリ収納部１１の軸方向に沿って第２中性子検出器１９を移動させる第２駆動機構３６と、着座部２２に着座されたデブリ収納部１１の軸方向に沿ってガンマ線スペクトル検出器２０を移動させる第３駆動機構３７（３７ａ、３７ｂ）と、を備える点にある。

着座部２２は、ハンドリング部１２により挿入されたデブリ収納部１１を着座させる。なお、ハンドリング部１２は、デブリ収納部１１を着座部２２に着座させた後、把持を解除して本体フレーム２１外部に移動される。

第１駆動機構３５は、第１中性子検出器１７をデブリ収納部１１の軸方向に沿って昇降させるための駆動機構である。

第１駆動機構３５は、デブリ収納部１１の軸方向に沿って形成されており、ガイド固定部材１５ａに連結されている。第１駆動機構３５によりガイド固定部材１５ａが昇降されることにより、ガイド１４ａに固定されている第１中性子検出器１７はガイド固定部材１５ａに連動して上昇あるいは下降する。

そして、第１中性子検出器１７は、デブリ収納部１１の軸方向に沿って上昇あるいは下降する際に、デブリ収納部１１全体の放出中性子測定を行う。

第２駆動機構３６は、第２中性子検出器１９をデブリ収納部１１の軸方向に沿って昇降させるための駆動機構である。

第２駆動機構３６は、デブリ収納部１１の軸方向に沿って形成されており、ガイド固定部材１５ｂに連結されている。第２駆動機構３６によりガイド固定部材１５ｂが昇降されることにより、ガイド１４ｂに固定されている第２中性子検出器１９はガイド固定部材１５ｂに連動して上昇あるいは下降する。

そして、第２中性子検出器１９は、デブリ収納部１１の軸方向に沿って上昇あるいは下降する際に、デブリ収納部１１全体のアクティブ中性子測定を行う。

第３駆動機構３７（３７ａ、３７ｂ）は、ガンマ線スペクトル検出器２０をデブリ収納部１１の軸方向に沿って昇降させるための駆動機構である。

第３駆動機構３７は、デブリ収納部１１の軸方向に沿って形成されており、上部フレーム１６の両側に形成された昇降台３４に連結されている。ガンマ線スペクトル検出器２０は、昇降台３４に固定して設置されている。

第３駆動機構３７により昇降台３４が昇降されることにより、ガンマ線スペクトル検出器２０は昇降台３４に連動して上昇あるいは下降する。

ガンマ線スペクトル検出器２０は、デブリ収納部１１の軸方向に沿って上昇あるいは下降する際に、デブリ収納部１１全体のガンマ線スペクトル測定を行う。

なお、各駆動機構は、各放射線検出器をデブリ収納部１１の軸方向に沿って上昇あるは下降させることが可能な駆動機構で有れば良く、例えばボールネジ等が例示される。

このように、デブリ収納部１１を着座部２２に静置し、各放射線検出器を昇降させる駆動機構を用いてデブリ収納部１１全体をスキャン測定することで、安定的な放射線測定が可能となり、信頼性のより高い燃焼度を取得することができる。

図７は、第２実施形態に係る燃焼度計測装置１０の変形例を示している。なお、図６に示す燃焼度計測装置１０と同一の構成、動作については説明を省略する。本変形例では、燃料デブリが収納された金属缶３２がキャニスタ３３に複数配列して形成されたデブリ収納部１１を燃焼度計測の対象とする（図４（Ｂ）参照）。

図６に示す燃焼度計測装置１０と異なる点は、着座部２２が着座させたデブリ収納部１１を一定速度で回転させる回転機構３８を備える点にある。

デブリ収納部１１を着座部２２に着座させ一定速度で回転させながら、各放射線検出器によりスキャン測定する。これにより、デブリ収納部１１の軸方向並びに周方向を安定して放射線測定することができるため、信頼性のより高い燃焼度を取得することが可能となる。

以上述べた各実施形態の燃料デブリの燃焼度計測装置によれば、３つの放射線測定方法を用いて測定された放出中性子、アクティブ中性子及びガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて燃料デブリの燃焼度を計算して、その１つを選択することにより、炉心溶融により生じた燃料デブリについて、信頼性の高い燃焼度を取得することが可能となる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０…燃焼度計測装置、１１…デブリ収納部、１２…ハンドリング部、１３…上部ガイド機構、１４（１４ａ，１４ｂ）…ガイド、１５（１５ａ，１５ｂ）…ガイド固定部材、１６…上部フレーム、１７…第１中性子検出器、１８…中性子源、１９…第２中性子検出器、２０（２０ａ，２０ｂ）…ガンマ線スペクトル検出器、２１…本体フレーム、２２…着座部、２３…データ処理部、２４…放出中性子記録部、２５…第１燃焼度計算部、２６…弁別回路、２７…アクティブ中性子記録部、２８…第２燃焼度計算部、２９…ガンマ線スペクトル記録部、３０…第３燃焼度計算部、３１…燃焼度選択部、３２…金属缶、３３…キャニスタ、３４…昇降台、３５…第１駆動機構、３６…第２駆動機構、３７（３７ａ，３７ｂ）…第３駆動機構、３８…回転機構。

Claims (8)

1. 燃料デブリが収納された前記デブリ収納部を把持して、本体フレームに挿入するハンドリング部と、
   前記本体フレームの上部に設けられて、挿入される前記デブリ収納部の位置決めをする上部ガイド機構と、
   前記上部ガイド機構に設けられて、前記燃料デブリから放出される放出中性子を検出する第１中性子検出器と、
   前記上部ガイド機構に設置された中性子源の近傍に設けられて、前記中性子源が発する中性子により核反応が誘起された前記燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出する第２中性子検出器と、
   前記上部ガイド機構に設けられて、前記燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出するガンマ線スペクトル検出器と、
   検出された前記放出中性子、前記アクティブ中性子及び前記ガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて計算された前記燃料デブリの燃焼度の１つを選択するデータ処理部と、を備えることを特徴とする燃料デブリの燃焼度計測装置。
2. 前記データ処理部は、
   前記第１中性子検出器で検出された前記放出中性子の計数に基づいて前記燃焼度を計算する第１燃焼度計算部と、
   前記第２中性子検出器で検出された前記アクティブ中性子の計数に基づいて前記燃焼度を計算する第２燃焼度計算部と、
   前記ガンマ線スペクトル検出器で検出された前記ガンマ線スペクトルの計数に基づいて前記燃焼度を計算する第３燃焼度計算部と、
   前記第１燃焼度計算部、前記第２燃焼度計算部、及び前記第３燃焼度計算部のそれぞれで計算された前記燃焼度からいずれか１つを選択する燃焼度選択部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料デブリの燃焼度計測装置。
3. 前記上部ガイド機構は、前記本体フレームから着脱可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料デブリの燃焼度計測装置。
4. 前記第１中性子検出器及び前記ガンマ線スペクトル検出器は、前記中性子源と対向しない位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料デブリの燃焼度計測装置。
5. 前記デブリ収納部は、前記燃料デブリが収納された金属缶がキャニスタ内に複数配列して形成されて、
   前記ハンドリング部は、前記デブリ収納部を回転させて挿入することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料デブリの燃焼度計測装置。
6. ハンドリング部により前記本体フレームに挿入された前記デブリ収納部を着座させる着座部と、
   着座された前記デブリ収納部の軸方向に沿って前記第１中性子検出器を移動させる第１駆動機構と、
   着座された前記デブリ収納部の軸方向に沿って前記第２中性子検出器を移動させる第２駆動機構と、
   着座された前記デブリ収納部の軸方向に沿って前記ガンマ線スペクトル検出器を移動させる第３駆動機構と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料デブリの燃焼度計測装置。
7. 前記着座部は、着座させた前記デブリ収納部を回転させる回転機構を備えることを特徴する請求項６に記載の燃料デブリの燃焼度計測装置。
8. 燃料デブリが収納された前記デブリ収納部を把持して、本体フレームに挿入するステップと、
   前記本体フレームの上部に設けられた上部ガイド機構を用いて、挿入される前記デブリ収納部の位置決めをするステップと、
   前記上部ガイド機構に設けられた第１中性子検出器を用いて、前記燃料デブリから放出される放出中性子を検出するステップと、
   前記上部ガイド機構に設置された中性子源の近傍に設けられた第２中性子検出器を用いて、前記中性子源が発する中性子により核反応が誘起された前記燃料デブリから放出されるアクティブ中性子を検出するステップと、
   前記上部ガイド機構に設けられたガンマ線スペクトル検出器を用いて、前記燃料デブリから放出されるガンマ線を測定してガンマ線スペクトルを検出するステップと、
   検出された前記放出中性子、前記アクティブ中性子及び前記ガンマ線スペクトルのそれぞれに基づいて計算された前記燃料デブリの燃焼度の１つを選択するステップと、を含むことを特徴とする燃料デブリの燃焼度計測方法。

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