JP2016176705A - 試験カプセル及び試験片の再装荷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱いが容易で、適切な試験片を得ることができる試験カプセル等を提供する。【解決手段】原子炉容器内に挿入され、原子炉容器の評価試験に用いられる試験片を内部に収容する試験カプセル１において、原子炉容器の収納容器への挿入方向に沿って並べて連結される複数のカプセル容器１３を備え、カプセル容器１３は、試験片を収容して密閉される容器本体と、容器本体の挿入方向の一端に設けられる上部プラグと、容器本体の挿入方向の他端に設けられ、他のカプセル容器１３の上部プラグが連結される下部プラグと、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、原子炉の評価試験に用いられる試験片を内部に収容する試験カプセル及び試験片の再装荷方法に関するものである。

従来、原子炉内に配置される中性子計装管が知られている（例えば、特許文献１参照）。中性子計装管は、その内部に試験片が収容されている。試験片は、中性子が照射されることで、機械的性質が劣化する。この試験片は、所定の期間が経過すると、原子炉内から取り出され、各種の評価試験が行われる。

特開平５−３３３１８９号公報

このように、特許文献１の中性子計装管は、原子炉内から取り出され、内部に収容されている中性子が照射された試験片を用いて、各種の評価試験が行われることで、原子炉容器の健全性が評価されている。

ところで、特許文献１の中性子計装管のような、試験片を収容した試験カプセルは、通常、プラントの新設時において、原子炉内に配置される。このため、試験カプセルは、プラントの新設時における規制基準に基づいて、規定される各種試験に応じた本数が配置される。ここで、プラントの新設時における規制基準（以下、従来の規制基準という）は、改定されることで新たな規制基準となる。新たな規制基準では、従来の規制基準に規定される試験に対し、さらに試験が追加されることから、使用する試験カプセルが増える場合がある。この場合、既存のプラントにおいては、試験カプセルが不足する可能性がある。

なお、新たな試験片を収容した試験カプセルを、原子炉内に配置することも考えられるが、新たな試験片が、原子炉容器に照射される中性子の照射量に到達するためには、時間を要してしまう。このため、原子炉容器の健全性を評価するにあたって、適切な試験片を得ることが難しい。

このため、すでに中性子が照射されている試験片を試験カプセルに収容し、この試験カプセルを原子炉内に配置することが考えられている。しかしながら、中性子が照射されている試験片は、放射線を放射する照射材となっていることから、遠隔操作によって、照射材を試験カプセルに収容する必要があり、取り扱いが容易でない。また、収容後の試験カプセルは、実機環境を模擬したオートクレーブを用いた試験によって検査が行われる。ここで、試験カプセルは照射材を格納しており、取り扱いが容易でないことから、検査に用いられるオートクレーブは、大型の圧力容器を用いることが困難であり、小型の圧力容器を用いる必要がある。一方で、小型の圧力容器を用いたオートクレーブは、その圧力容器の内部に、特許文献１の中性子計装管のような大きさとなる試験カプセルを収容することが困難である。このように、照射材を取り扱うにあたって使用する機器及び空間に制限があることから、照射材を格納した試験カプセルの取り扱いは容易でない。

そこで、本発明は、取り扱いが容易で、適切な試験片を得ることができる試験カプセル及び試験片の再装荷方法を提供することを課題とする。

本発明の試験カプセルは、原子炉内に挿入され、前記原子炉の評価試験に用いられる試験片を内部に収容する試験カプセルにおいて、前記原子炉への挿入方向に沿って並べて連結される複数のカプセル容器を備え、前記カプセル容器は、前記試験片を収容して密閉される容器本体と、前記容器本体の前記挿入方向の一端に設けられる連結プラグと、前記容器本体の前記挿入方向の他端に設けられ、他の前記カプセル容器の前記連結プラグが連結される被連結部プラグと、を有することを特徴とする。

この構成によれば、カプセル容器を挿入方向に沿って複数連結することができるため、連結した分だけ、単体のカプセル容器の長さを短くすることができる。このため、試験片として、例えば、中性子が照射された照射材を用いる場合であっても、カプセル容器単位で取り扱うことができるため、使用される機器及び空間の制限を満足しつつ、試験片の取り扱いを容易なものとすることができる。

また、前記試験片は、中性子が照射され、放射線を放射する照射材であることが好ましい。

この構成によれば、試験片として、中性子が照射された照射材を用いることができる。このため、試験片としては、例えば、原子炉から取り出された試験片を用いることができる。なお、原子炉から取り出された試験片は、再装荷を行うために加工された後、原子炉内に再装荷される。

また、前記連結プラグは、前記挿入方向に突出する凸部を有し、前記被連結プラグは、前記挿入方向に窪み、前記凸部に嵌め合わされる凹部を有し、嵌め合わされた前記凸部及び前記凹部には、連結ピンが挿通される連結孔が形成され、前記連結ピンは、前記連結孔に挿通された状態で溶接されることが好ましい。

この構成によれば、連結ピンを溶接することにより、一方のカプセル容器の連結プラグと、他方のカプセル容器の被連結プラグとを強固に連結することができる。このとき、連結ピンを溶接すればよいことから、溶接部分を小さい領域とすることができ、これにより、溶接による歪みを生じ難くすることができる。

また、前記凸部は、嵌め合わされる前記凹部に面接触する凸側接触面が形成され、前記凹部は、嵌め合わされる前記凸部の前記凸側接触面に面接触する凹側接触面が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、凸部と凹部とを面接触させて、連結プラグと被連結プラグとを嵌め合わせることができるため、連結プラグに対する被連結プラグの位置を適切に規制することができる。

また、前記試験片は、前記容器本体の内部に敷き詰めて複数収容されることが好ましい。

この構成によれば、試験片を敷き詰めることにより、外部からの熱を、容器本体を介して試験片に好適に伝達することができる。このため、試験片への熱伝導を向上させることができることから、試験片に与えられる熱と、容器本体の外部において原子炉に与えられる熱とをほぼ同じ条件とすることができる。

また、前記連結プラグまたは前記被連結プラグには、前記容器本体の内部に連通するガス注入孔が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、ガス注入孔を介して容器本体の内部にヘリウムガス等の置換ガスを供給することで、容器本体の内部を置換ガスに置換することができる。

また、前記原子炉への前記挿入方向に延びて形成され、前記挿入方向の一端が前記カプセル容器に連結されるステー部材と、前記ステー部材の他端に接続され、取り扱い時において保持される保持部材と、をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、ステー部材の挿入方向における長さを調整することで、試験カプセルの挿入方向における全長を調整することができる。また、保持部材を保持して、試験片を取り扱うことができる。

本発明の試験片の再装荷方法は、上記の試験カプセルを用いて、前記試験片を前記原子炉の内部に再装荷する試験片の再装荷方法であって、前記試験片は、前記原子炉の内部に装荷されていたものが取り出して用いられ、前記原子炉から取り出された前記試験片に対して、再装荷を行うための加工を行う試験片加工工程と、加工後の前記試験片を、前記カプセル容器に収容する試験片収容工程と、前記試験片が収容された前記カプセル容器を、前記挿入方向に複数連結して、前記試験カプセルとする試験カプセル作製工程と、作製した前記試験カプセルを前記原子炉内に装荷することで、前記試験片を再装荷する試験片再装荷工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、原子炉の内部に装荷されていた試験片を再装荷することで、中性子が照射された試験片を装荷することができる。このため、中性子が照射された試験片を得ることができ、また、原子炉の評価試験に適した試験片を得ることが可能となる。

図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図である。 図２は、本実施形態の試験カプセルが設けられる加圧水型原子炉の縦断面図である。 図３は、本実施形態の試験カプセルの平面図である。 図４は、本実施形態のカプセル容器の三面図である。 図５は、本実施形態のカプセル容器の断面図である。 図６は、本実施形態の試験片の再装荷方法に関するフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態］
図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図であり、図２は、本実施形態の試験カプセルが設けられる加圧水型原子炉の縦断面図である。

図１に示す原子力発電プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を有する。この原子力発電プラントは、原子炉格納容器１００内において、加圧水型原子炉の原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３および一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。

原子炉容器１０１は、内部に燃料集合体１２０を密閉状態で格納するもので、燃料集合体１２０が挿抜できるように、原子炉容器本体１０１ａとその上部に装着される原子炉容器蓋１０１ｂとにより構成されている。原子炉容器本体１０１ａは、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口側管台１０１ｃおよび出口側管台１０１ｄが設けられている。出口側管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の入口側水室１０３ａに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口側管台１０１ｃは、蒸気発生器１０３の出口側水室１０３ｂに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。

蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。そして、入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続され、出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の二次冷却水管１０６ａが接続され、上部側の側部に、入口側の二次冷却水管１０６ｂが接続されている。

また、原子力発電プラントは、蒸気発生器１０３が、原子炉格納容器１００外で二次冷却水管１０６ａ，１０６ｂを介して蒸気タービン１０７に接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。

蒸気タービン１０７は、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９を有するとともに、発電機１１０が接続されている。また、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９は、湿分分離加熱器１１１が、二次冷却水管１０６ａから分岐して接続されている。また、低圧タービン１０９は、復水器１１２に接続されている。この復水器１１２は、二次冷却水管１０６ｂに接続されている。二次冷却水管１０６ｂは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、復水器１１２から蒸気発生器１０３に至り、復水ポンプ１１３、低圧給水加熱器１１４、脱気器１１５、主給水ポンプ１１６、および高圧給水加熱器１１７が設けられている。

従って、原子力発電プラントでは、一次冷却水が原子炉容器１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換後の冷却した一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介して一次冷却水ポンプ１０４側に回収され、原子炉容器１０１に戻される。一方、熱交換により蒸気となった二次冷却水は、蒸気タービン１０７に供給される。蒸気タービン１０７に係り、湿分分離加熱器１１１は、高圧タービン１０８からの排気から湿分を除去し、さらに加熱して過熱状態とした後に低圧タービン１０９に送る。蒸気タービン１０７は、二次冷却水の蒸気により駆動され、その動力が発電機１１０に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、復水器１１２に排出される。復水器１１２は、取水管１１２ａを介してポンプ１１２ｂにより取水した冷却水（例えば、海水）と、低圧タービン１０９から排出された蒸気とを熱交換し、当該蒸気を凝縮させて低圧の飽和液に戻す。熱交換に用いられた冷却水は、排水管１１２ｃから排出される。また、凝縮された飽和液は、二次冷却水となり、復水ポンプ１１３によって二次冷却水管１０６ｂを介して復水器１１２の外部に送り出される。さらに、二次冷却水管１０６ｂを経る二次冷却水は、低圧給水加熱器１１４で、例えば、低圧タービン１０９から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器１１５で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、主給水ポンプ１１６により送水され、高圧給水加熱器１１７で、例えば、高圧タービン１０８から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１０３に戻される。

このように構成された原子力発電プラントの加圧水型原子炉において、図２に示すように、原子炉容器１０１は、その内部に燃料集合体１２０を含む炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１０１ａに対して原子炉容器蓋１０１ｂが複数のスタッドボルト１２１およびナット１２２により開閉可能に固定されている。

原子炉容器本体１０１ａは、原子炉容器蓋１０１ｂを取り外すことで上部が開口可能であり、下部が半球形状をなす下鏡１０１ｅにより閉塞された円筒形状をなしている。原子炉容器本体１０１ａは、内部にて、入口側管台１０１ｃおよび出口側管台１０１ｄより上方に上部炉心支持板１２３が固定される一方、下方の下鏡１０１ｅの近傍に位置して下部炉心支持板１２４が固定されている。この上部炉心支持板１２３および下部炉心支持板１２４は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板１２３は、複数の炉心支持ロッド１２５を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板１２６が連結されている。

原子炉容器本体１０１ａは、内部に円筒形状をなす炉心槽１２７が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽１２７は、上部が上部炉心板１２６に連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板１２８が連結されている。そして、下部炉心板１２８は、下部炉心支持板１２４に支持されている。即ち、炉心槽１２７は、原子炉容器本体１０１ａの下部炉心支持板１２４に支持されることとなる。

この炉心槽１２７の外部側には、後述する試験カプセル１を収容する収納容器１６０が設けられている。この収納容器１６０は、炉心槽１２７の周方向において、所定の間隔を空けて設けられている。そして、この収納容器１６０に収容される試験カプセル１は、後述する炉心１２９よりも径方向外側に位置すると共に、原子炉容器本体１０１ａよりも径方向内側に位置することとなる。

上部炉心板１２６と炉心槽１２７と下部炉心板１２８とにより炉心１２９が形成されている。炉心１２９は、内部に多数の燃料集合体１２０が配置されている。燃料集合体１２０は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心１２９は、内部に多数の制御棒１３０が配置されている。この多数の制御棒１３０は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ１３１となり、燃料集合体１２０内に挿入可能となっている。上部炉心支持板１２３は、この上部炉心支持板１２３を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管１３２が固定されており、各制御棒クラスタ案内管１３２は、下端部が燃料集合体１２０内の制御棒クラスタ１３１まで延出されている。

原子炉容器１０１を構成する原子炉容器蓋１０１ｂは、上部が半球形状をなして磁気式ジャッキの制御棒駆動装置１３３が設けられており、原子炉容器蓋１０１ｂと一体をなすハウジング１３４内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管１３２は、上端部が制御棒駆動装置１３３まで延出され、この制御棒駆動装置１３３から延出されて制御棒クラスタ駆動軸１３５が、制御棒クラスタ案内管１３２内を通って燃料集合体１２０まで延出され、制御棒クラスタ１３１を把持可能となっている。

この制御棒駆動装置１３３は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ１３１に連結されるとともに、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸１３５を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。

このような加圧水型原子炉は、制御棒駆動装置１３３により制御棒クラスタ駆動軸１３５を移動して燃料集合体１２０から制御棒１３０を所定量引き抜くことで、炉心１２９内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器１０１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口側管台１０１ｄから排出される。即ち、燃料集合体１２０を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材および一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくするとともに、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒１３０を燃料集合体１２０に挿入することで、炉心１２９内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒１３０を燃料集合体１２０に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。原子炉容器１０１は、炉心１２９に対して、その上方に出口側管台１０１ｄに連通する上部プレナム１５２が形成されるとともに、下方に下部プレナム１５３が形成されている。そして、原子炉容器１０１と炉心槽１２７との間に入口側管台１０１ｃおよび下部プレナム１５３に連通するダウンカマー部１５４が形成されている。従って、軽水は、入口側管台１０１ｃから原子炉容器本体１０１ａ内に流入し、ダウンカマー部１５４を下向きに流れ落ちて下部プレナム１５３に至り、この下部プレナム１５３の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板１２４および下部炉心板１２８を通過した後、炉心１２９に流入する。この炉心１２９に流入した軽水は、炉心１２９を構成する燃料集合体１２０から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体１２０を冷却する一方、高温となって上部炉心板１２６を通過して上部プレナム１５２まで上昇し、出口側管台１０１ｄを通って排出される。原子炉容器１０１から排出された軽水は、上述したように、蒸気発生器１０３に送られる。

次に、図３から図５を参照して、試験カプセル１について説明する。図３は、本実施形態の試験カプセルの平面図である。図４は、本実施形態のカプセル容器の三面図である。図５は、本実施形態のカプセル容器の断面図である。

この試験カプセル１は、内部に試験片５を収容している。この試験片５は、原子炉容器１０１の健全性を評価するための評価試験に用いられる。ここで、試験カプセル１は、原子炉容器本体１０１ａよりも径方向内側に位置していることから、試験片５に照射される中性子の照射量は、原子炉容器本体１０１ａよりも大きくなる。このため、試験片５を用いて評価試験を行うことにより、原子炉容器１０１の先行監視を行うことが可能となっている。

ここで、試験片５は、加圧水型原子炉から取り出されたものを、再装荷のために加工したものとなっている。つまり、試験片５は、以前に加圧水型原子炉の収納容器１６０に装荷されたものを用いている。このため、以前の試験片５は、中性子が照射されていることから、放射線を放射する照射材となっている。よって、試験片５は、放射線が漏れない所定の空間であるホットセル内において、マニピュレータ等を用いた遠隔操作によって取り扱われる。

図３に示すように、試験カプセル１は、収納容器１６０に挿入される挿入方向の後端側から順に、保持部材１１と、ステー部材１２と、複数のカプセル容器１３と、先端部材１４とを備えている。ここで、試験カプセル１は、挿入方向の後端側が上方となり、挿入方向の先端側が下方となる。

保持部材１１は、試験カプセル１の取り扱い時において、作業装置により保持される部材となっている。この保持部材１１は、例えば、図示しないチャック装置に対して着脱自在な形状となっている。保持部材１１は、挿入方向の他端がステー部材１２と接続されている。

ステー部材１２は、挿入方向を長手方向とする棒状に形成されており、長手方向の一端に保持部材１１が接続され、長手方向の他端にカプセル容器１３が連結されている。このステー部材１２は、長手方向における長さが調整されることで、試験カプセル１の挿入方向における全長を調整することが可能となっている。

複数のカプセル容器１３は、挿入方向に沿って並べて（直列に）連結されている。図３では、カプセル容器１３を４つ連結しているが、連結数については、特に限定されず、いずれの数であってもよい。連結された複数のカプセル容器１３は、挿入方向の一端にステー部材１２が連結され、挿入方向の他端に先端部材１４が連結されている。このカプセル容器１３は、その内部に複数の試験片５が収容されており、気密に封止されている。カプセル容器１３は、その内部がヘリウムガス（置換ガス）で充満している。なお、カプセル容器１３の詳細については、後述する。

先端部材１４は、挿入方向の先端部が先細りとなる形状に形成されており、挿入方向の一端にカプセル容器１３が連結されている。先端部材１４は、挿入方向に向かって先細りとなる先端部によって、試験カプセル１の挿入を案内している。

従って、収納容器１６０へ試験カプセル１を収容する場合、試験カプセル１は、保持部材１１がチャック装置に保持（装着）された状態で、収納容器１６０へ向けて移動させられる。そして、試験カプセル１は、先端部材１４によって案内されながら、収納容器１６０に収容された後、チャック装置による保持部材１１の保持が解除されることで、収納容器１６０への収容が完了する。これにより、カプセル容器１３に収容された試験片５が原子炉内に再装荷される。

一方で、収納容器１６０から試験カプセル１を取り出す場合、試験カプセル１は、保持部材１１がチャック装置に保持（装着）された状態で、収納容器１６０から取り出される。そして、試験カプセル１は、収納容器１６０から取り出された後、チャック装置による保持部材１１の保持が解除されることで、収納容器１６０からの取り出しが完了する。これにより、カプセル容器１３に収容された試験片５が原子炉から取り出される。

次に、カプセル容器１３について説明する。カプセル容器１３は、図４に示すように、容器本体２１と、上部プラグ（連結プラグ）２２と、下部プラグ（被連結プラグ）２３とを有している。

容器本体２１は、図５に示すように、挿入方向に直交する面で切った断面において、四辺を取り囲む方形枠状に形成されている。そして、容器本体２１は、挿入方向に延びて設けられることで、角筒状に形成されている。この容器本体２１は、囲い板３１と、囲い板３１の開口部を覆う蓋体３２とを、溶接により接合することで、一体となっている。

囲い板３１は、容器本体２１の断面における四辺のうち、三辺を含んで形成されており、平板の両端部を直角に折り曲げた形状となっている。このため、容器本体２１は、断面において、残りの一辺が開口している。蓋体３２は、容器本体２１の断面における四辺のうち、残りの一辺を含んで形成されており、平板の両端部を溶接のために僅かに直角に折り曲げた形状となっている。この囲い板３１及び蓋体３２は、その両端部同士を合せることで、断面において方形枠状となるように組み合わせられ、両端部同士が溶接により接合されることで、容器本体２１として形成される。

上部プラグ２２は、図４に示すように、容器本体２１の挿入方向の一端に設けられ、溶接により接合される。上部プラグ２２は、プラグ本体４１と、プラグ本体４１から挿入方向に突出する凸部４２と、プラグ本体４１に形成されるヘリウムガスを注入するためのガス注入孔４３とを有している。

プラグ本体４１は、挿入方向から見た形状が方形となる四角柱の形状となっている。プラグ本体４１は、容器本体２１側の端部が、僅かに小さい方形となるように形成され、容器本体２１が嵌め合わされて、溶接により接合される。凸部４２は、挿入方向から見た形状が方形となる四角柱の形状となっており、プラグ本体４１よりも小さい方形に形成されている。凸部４２は、容器本体２１側とは反対側となるプラグ本体５１の端部に対して突出して設けられ、他のカプセル容器１３の下部プラグ２３に嵌め合わされる。なお、凸部４２は、四方の外側面が平坦となる接触面（凸側接触面）に形成されており、この接触面に、後述する下部プラグ２３の凹部５２の接触面が面接触する。ガス注入孔４３は、プラグ本体４１の側面から容器本体２１の内部に連通して形成されている。ガス注入孔４３は、容器本体２１の内部雰囲気を、ヘリウムガスに置換するために用いられる。なお、ヘリウムガスの置換後、ガス注入孔４３は、気密に封止される。

下部プラグ２３は、図４に示すように、容器本体２１の挿入方向の他端に設けられ、溶接により接合される。下部プラグ２３は、プラグ本体５１と、プラグ本体５１から挿入方向に窪む凹部５２とを有している。

プラグ本体５１は、挿入方向から見た形状が方形となる四角柱の形状となっている。プラグ本体５１は、容器本体２１側の端部が、僅かに小さい方形となるように形成され、容器本体２１が嵌め合わされて、溶接により接合される。凹部５２は、挿入方向から見た形状が方形となる中空の四角柱の形状となっており、プラグ本体５１よりも小さい方形に形成されている。凹部５２は、容器本体２１側とは反対側となるプラグ本体５１の端部に対して窪んで形成され、他のカプセル容器１３の上部プラグ２２に嵌め合わされる。凹部５２は、四方の内側面が平坦となる接触面（凹側接触面）に形成され、この接触面に、上部プラグ２２の凸部４２の接触面が面接触する。

また、嵌め合わされる上部プラグ２２の凸部４２及び下部プラグ２３の凹部５２には、各プラグ２２，２３同士を連結するための連結ピン５５を挿通する連結孔５６が形成されている。連結孔５６は、断面円形に形成されると共に、挿入方向に対して直交する方向に延びて形成されている。連結孔５６は、凹部５２から凸部４２を通って再び凹部５２に至るように形成されている。連結ピン５５は、連結孔５６と相補的な形状となる円柱形状に形成され、連結孔５６に挿通されることで、凸部４２と凹部５２との挿入方向における相対的な位置を規制する。そして、連結孔５６に挿通された連結ピン５５は、外部側の端部が溶接により下部プラグ２３に接合される。

なお、上部プラグ２２には、下部プラグ２３の他、ステー部材１２が連結される。このとき、ステー部材１２の連結部分には、下部プラグ２３と同様の凹部５２が形成されている。また、下部プラグ２３には、上部プラグ２２の他、先端部材１４が連結される。このとき、先端部材１４の連結部分には、上部プラグ２２と同様の凸部４２が形成されている。

次に、図６を参照し、上記の試験カプセル１を用いて、試験片５を加圧水型原子炉の収納容器１６０に再装荷する試験片５の再装荷方法について説明する。図６は、本実施形態の試験片の再装荷方法に関するフローチャートである。試験片５としては、上記したように、以前に加圧水型原子炉の収納容器１６０に装荷されたものを用いている。

以前の試験片５は、原子炉の内部から取り出されて、機械的な評価試験が行われた後のものである。このため、まず、試験片５を再装荷するために、以前の試験片５に対して、不要な部分を除去したり、形状を整えたりするための試験片加工工程（ステップＳ１）を実行する。なお、試験片加工工程Ｓ１は、照射材となる試験片５を用いることから、放射線が漏れないホットセル内において遠隔操作により行われる。試験片５の加工が終了すると、加工した試験片５を、カプセル容器１３の内部に収容して、カプセル容器１３を作成するカプセル容器作製工程（試験片収容工程：ステップＳ２）を実行する。

ここで、カプセル容器作製工程Ｓ２について具体的に説明する。カプセル容器作製工程Ｓ２は、試験片加工工程Ｓ１と同様に、ホットセル内において遠隔操作により行われる。カプセル容器１３を作製する場合、先ず、囲い板３１を配置し、この内部に、試験片５を配置する。このとき、試験片５は、作製されるカプセル容器１３の内部に敷き詰められて複数配置される。この後、囲い板３１の両端部と蓋体３２両端部とをそれぞれ合わせることで、断面において方形枠状となるように組み合わせられ、両端部同士を溶接により接合することで、容器本体２１を形成する。この後、容器本体２１の一端に上部プラグ２２を嵌め合わせて溶接により接合し、また、容器本体２２の他端に下部プラグ２３を嵌め合わせて溶接により接合することで、カプセル容器１３を作成する。

続いて、作製されたカプセル容器１３に対し、ガス注入孔４３からヘリウムガスを注入することで、カプセル容器１３の内部の雰囲気をヘリウムガスに置換する。ヘリウムガスへの置換後、ガス注入孔４３には、図示しない栓が設けられ、栓は、溶接により接合される。この栓により、カプセル容器１３の内部は、気密に封止される。以上により、カプセル容器１３の作製が完了する。

作製が完了したカプセル容器１３は、引き続いて、各種検査が行われる。先ず、作製されたカプセル容器１３には、内部に封入したヘリウムガスがリークしていないことを検査するヘリウムリーク試験が行われる。ヘリウムリーク試験において、カプセル容器１３からヘリウムガスがリークしていないことを確認すると、続いて、オートクレーブ試験が行われる。オートクレーブ試験では、オートクレーブ装置を用いて原子炉の内部環境を模擬し、模擬した内部環境にカプセル容器１３を晒す。ここで、オートクレーブ装置は、単体のカプセル容器１３を収容する圧力容器を有しており、この圧力容器の内部は、高温・高圧の環境となる。この圧力容器は、労働安全衛生法施行令で規定される第一種圧力容器に該当しないものであり、小型圧力容器または簡易容器に分類されるものである。オートクレーブ試験が行われると、再度、カプセル容器１３に対して、上記と同様のヘリウムリーク試験を行う。ヘリウムリーク試験において、カプセル容器１３からヘリウムガスがリークしていないことを確認すると、カプセル容器１３の寸法検査を行う。寸法検査において、カプセル容器１３が異常な寸法となっていないことを確認すると、検査が終了する。

カプセル容器作製工程Ｓ２が完了すると、続いて、カプセル容器１３を用いて試験カプセル１を作成する試験カプセル作製工程（ステップＳ３）を実行する。

次に、試験カプセル作製工程Ｓ３について具体的に説明する。試験カプセル作製工程Ｓ３は、試験片加工工程Ｓ１及びカプセル容器作製工程Ｓ２と同様に、ホットセル内において遠隔操作により行われる。試験カプセル１を作製する場合、先ず、保持部材１１、ステー部材１２、複数のカプセル容器１３及び先端部材１４を用意する。保持部材１１には、ステー部材１２の一端が接続される。また、ステー部材１２の他端には、カプセル容器１３の上部プラグ２２が連結される。このとき、ステー部材１２とカプセル容器１３とは、連結ピン５５により連結され、連結ピン５５が溶接によりステー部材１２に接合される。

続いて、カプセル容器１３の下部プラグ２３に、他のカプセル容器１３の上部プラグ２２を連結し、これを複数回繰り返すことで、複数のカプセル容器１３を挿入方向に直列に連結する。なお、このときも、一方のカプセル容器１３の下部プラグ２３と、他方のカプセル容器１３の上部プラグ２２とは、連結ピン５５により連結され、連結ピン５５が溶接により下部プラグ２３に接合される。

そして、複数のカプセル容器１３を連結した後、先端側におけるカプセル容器１３の下部プラグ２３に、先端部材１４が連結される。このときも、カプセル容器１３と先端部材１４とは、連結ピン５５により連結され、連結ピン５５が溶接により下部プラグ２３に接合される。以上により、試験カプセル１の作製が完了する。

試験カプセル作製工程Ｓ３が完了すると、続いて、作製した試験カプセル１を原子炉の内部、つまり、収納容器１６０に収納する試験片再装荷工程（ステップＳ４）を実行する。試験片再装荷工程Ｓ４では、試験カプセル１の保持部材１１がチャック装置に保持（装着）され、収納容器１６０へ向けて移動させられた後、先端部材１４によって案内されながら、収納容器１６０に収容される。この後、チャック装置による保持部材１１の保持が解除されることで、収納容器１６０への収容が完了する。これにより、カプセル容器１３に収容された試験片５が原子炉内に再装荷される。

以上のように、本実施形態によれば、カプセル容器１３を挿入方向に沿って複数連結することができるため、連結した分だけ、単体のカプセル容器１３の挿入方向における長さを短くすることができる。このため、試験片５として、中性子が照射された照射材を用いる場合であっても、カプセル容器１３単位で取り扱うことができる。よって、使用されるオートクレーブ装置等の機器の制限を満足しつつ、ホットセル内において、試験片５の取り扱いを容易なものとすることができる。

また、本実施形態によれば、試験片５として、照射材を用いることができることから、原子炉から取り出された試験片５を用いることができる。また、この試験片５を再装荷を行うために加工した後、原子炉内に再装荷することができる。

また、本実施形態によれば、連結ピン５５を下部プラグ２３に溶接することにより、一方のカプセル容器１３の上部プラグ２２と、他方のカプセル容器１３の下部プラグ２３とを強固に連結することができる。このとき、連結ピン５５を溶接すればよいことから、溶接部分を小さい領域とすることができ、これにより、溶接による歪みを生じ難くすることができる。

また、本実施形態によれば、凸部４２と凹部５２とを面接触させて、上部プラグ２２と下部プラグ２３とを嵌め合わせることができるため、上部プラグ２２に対する下部プラグ２３の位置を適切に規制することができる。

また、本実施形態によれば、容器本体２１の内部に試験片５を敷き詰めることにより、外部からの熱を、容器本体２１を介して試験片５に好適に伝達することができる。このため、試験片５への熱伝導を向上させることができることから、試験片５に与えられる熱と、原子炉容器１０１に与えられる熱とをほぼ同じ条件とすることができる。

また、本実施形態によれば、ガス注入孔４３を介して容器本体２１の内部にヘリウムガス等の置換ガスを供給することで、容器本体２１の内部雰囲気を置換ガスに置換することができる。

また、本実施形態によれば、ステー部材１２の挿入方向における長さが調整可能となるため、試験カプセル１の挿入方向における全長を調整することができる。また、保持部材１１を保持して、試験カプセル１を取り扱うことができる。

また、本実施形態によれば、原子炉の内部に装荷されていた試験片５を再装荷することで、中性子が照射された試験片５を装荷することができる。このため、中性子が照射された試験片５を得ることができ、また、原子炉の評価試験に適した試験片５を得ることが可能となる。

なお、本実施形態では、試験片５として、照射材を適用したが、この構成に限定されず、放射線を放射していない新材となる試験片５を適用してもよい。

また、本実施形態では、上部プラグ２２にガス注入孔４３を形成したが、下部プラグ２３にガス注入孔４３を形成してもよく、特に限定されない。

また、本実施形態では、複数のカプセル容器１３を連結することができるため、必要な照射材の収容量に応じて、連結するカプセル容器１３の数を変えてもよい。このとき、試験カプセル１の挿入方向における全長を所定の長さに維持する場合には、ダミーのカプセル容器を連結してもよいし、ステー部材１２の長さを調整してもよい。さらに、原子炉から試験片５を取り出す場合、必要なカプセル容器１３だけ取り出し、残りのカプセル容器１３を原子炉内へ再装荷してもよい。

１ 試験カプセル
５ 試験片
１１ 保持部材
１２ ステー部材
１３ カプセル容器
１４ 先端部材
２１ 容器本体
２２ 上部プラグ
２３ 下部プラグ
３１ 囲い板
３２ 蓋体
４１ プラグ本体
４２ 凸部
４３ ガス注入孔
５１ プラグ本体
５２ 凹部
５５ 連結ピン
５６ 連結孔
１０１ 原子炉容器
１２７ 炉心槽
１６０ 収納容器

Claims (8)

1. 原子炉内に挿入され、前記原子炉の評価試験に用いられる試験片を内部に収容する試験カプセルにおいて、
   前記原子炉への挿入方向に沿って並べて連結される複数のカプセル容器を備え、
   前記カプセル容器は、
   前記試験片を収容して密閉される容器本体と、
   前記容器本体の前記挿入方向の一端に設けられる連結プラグと、
   前記容器本体の前記挿入方向の他端に設けられ、他の前記カプセル容器の前記連結プラグが連結される被連結部プラグと、を有することを特徴とする試験カプセル。
2. 前記試験片は、中性子が照射され、放射線を放射する照射材であることを特徴とする請求項１に記載の試験カプセル。
3. 前記連結プラグは、前記挿入方向に突出する凸部を有し、
   前記被連結プラグは、前記挿入方向に窪み、前記凸部に嵌め合わされる凹部を有し、
   嵌め合わされた前記凸部及び前記凹部には、連結ピンが挿通される連結孔が形成され、
   前記連結ピンは、前記連結孔に挿通された状態で溶接されることを特徴とする請求項１または２に記載の試験カプセル。
4. 前記凸部は、嵌め合わされる前記凹部に面接触する凸側接触面が形成され、
   前記凹部は、嵌め合わされる前記凸部の前記凸側接触面に面接触する凹側接触面が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の試験カプセル。
5. 前記試験片は、前記容器本体の内部に敷き詰めて複数収容されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の試験カプセル。
6. 前記連結プラグまたは前記被連結プラグには、前記容器本体の内部に連通するガス注入孔が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の試験カプセル。
7. 前記原子炉への前記挿入方向に延びて形成され、前記挿入方向の一端が前記カプセル容器に連結されるステー部材と、
   前記ステー部材の他端に接続され、取り扱い時において保持される保持部材と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の試験カプセル。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の試験カプセルを用いて、前記試験片を前記原子炉の内部に再装荷する試験片の再装荷方法であって、
   前記試験片は、前記原子炉の内部に装荷されていたものが取り出して用いられ、
   前記原子炉から取り出された前記試験片に対して、再装荷を行うための加工を行う試験片加工工程と、
   加工後の前記試験片を、前記カプセル容器に収容する試験片収容工程と、
   前記試験片が収容された前記カプセル容器を、前記挿入方向に複数連結して、前記試験カプセルとする試験カプセル作製工程と、
   作製した前記試験カプセルを前記原子炉内に装荷することで、前記試験片を再装荷する試験片再装荷工程と、を備えることを特徴とする試験片の再装荷方法。

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