JP2017026451A - 臨界監視システム及び臨界監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉の構造物で水張りを行う際に、使用する中性子検出器の数を大幅に低減した簡易な構成により臨界監視を実現する臨界監視技術を提供する。
【解決手段】臨界監視システム１０は、変位する水面に浮遊される浮遊体１２と、浮遊体１２に支持され水中に設けられて、中性子信号ｓ_１を出力する水中検出器１３と、浮遊体１２に支持され気中に設けられて、中性子信号ｓ_２を出力する気中検出器１４と、中性子信号ｓ_１、ｓ_２に基づいて水中及び気中の中性子計数率を計測する第１計数率計測部と、各検出器の検出位置を求める検出位置導出部と、水中検出器１３の検出位置を水中での中性子計数率に関連付け、気中検出器１４の検出位置を気中での中性子計数率に関連付けるデータ保存部と、同一の検出位置における水中及び気中の中性子計数率を抽出する抽出部と、抽出された水中及び気中の計数率の比率が判定値より大きいか否かを判定する比率判定部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、原子炉の構造物に対して水張りを行う際に、核燃料含有物質（燃料デブリ）の臨界を監視する臨界監視技術に関する。

一般に、原子炉の燃料取り出し時に核燃料の臨界を監視する場合、核燃料近傍に中性子検出器が配置されて、核燃料から生じる中性子を検出する。そして、中性子の検出信号を信号処理装置で処理して、中性子計数率、その変化率、及びこれらから求められる反応度などを監視して、これらの計測値が判定値を超えた場合に警報を表示する。なお、中性子計数率とは、単位時間あたりの中性子の検出量を意味する。中性子の検出量としては、そのほかの電流計測法における直流電流値など、パルス計測法の計数値以外の形態でも示すことが可能であるが、ここでは、単位時間あたりの中性子の検出量を示す代表して、中性子計数率を用いる。

従来の臨界監視システムとしては、停止中の原子炉において反応度の変化を生じさせる操作時に原子炉の臨界を監視する場合に、中性子検出器を複数の検出位置に設けて、反応度を変化させる操作（例えば、制御棒の挿入など）を行う前の中性子計数率と操作後の中性子計数率との比を求める。そして、この中性子計数率の比に基づいて原子炉の未臨界度性を監視する技術が開示されている。

また、１つの中性検出器に対して中性子源の設置位置を変動させて、中性子源の各位置対する中性子検出器の出力応答に基づいて未臨界度を評価する技術も開示されている。

さらに、再処理施設の未臨界度監視方法として、計測された中性子計数率が所定の判定値を越えた場合に、中性子パルスの統計的な性質から即発中性子減衰定数を求め、この即発中性子減衰定数と汎用核計算コードシステムにより求めた全遅発中性子割合と即発中性子寿命とから未臨界度を求め、未臨界度が浅くなった場合に警報を発生させる技術が開示されている。再処理燃料では、中性子計数率がＰｕの同位体、Ｃｍ−２４４やＡｍ−２４１などの中性子を放出する超Ｐｕ各種の混入によっても変化するおそれがあるが、このような方法により未臨界度を正確に見極めることができ、高精度で警報を発生させることができる。

特開平３−２１５７９７号公報 特許第３１２０９０５号公報 特開２０１４−４８０８９号公報 特許第４３１６３３８号公報 特許第３５２４２０３号公報

ところで、原子力発電所で冷却機能喪失事故が起きた場合、原子炉の核燃料が溶融し、圧力容器を貫通して格納容器などに達して、溶融した核燃料が再固化した燃料デブリが発生する恐れがある。このような事態が発生した場合、燃料デブリを原子炉建屋から取り出す必要がある。

燃料デブリを取り出す場合、この燃料デブリから生じる放射線を遮蔽する観点から、格納容器内に対して水張りを行う必要がある。このとき、気中に存在していた燃料デブリが冠水することで、中性子が減衰され反応度が増加して臨界となる可能性がある。

そこで、この臨界状態の監視方法のひとつとして、格納容器内に中性子検出器を設置して、水張り前後での中性子計数率を計測して臨界監視を行う方法があるが、格納容器内の高さ方向に広範囲にわたって燃料デブリが存在する場合、水の投入により水位の変化がある数十メータ高さの範囲で中性子計数率を計測する必要がある。また、水張り後は、水中で熱中性子の中性子計数率は２０ｃｍで約１桁以上減衰することから、なるべく監視する燃料デブリの近傍への中性子検出器の設置が求められる。

例えば、５桁程度の熱中性子の減衰を許容したとしても１ｍ間隔で中性子検出器の設置が必要となり、高さ２０ｍにわたり燃料デブリは存在する場合、その範囲で水位を上昇させた場合、高さ方向に２０か所に複数の中性子検出器を設置することになる。また、同じ高さにおいて複数の位置で中性子計数率を監視する場合、さらに中性子検出器の設置数が増加する。

中性子検出器の設置数が増えると、信号ケーブル数が増加し、格納容器に信号伝送用の貫通口を多数確保する必要となり構成が複雑になるとともに、格納容器内の気密性の維持が困難となる。また、複数の中性子検出器を設ける場合、検出器出力の信号自体が一般に非常に微小な電流（ｍＡ〜ｐＡ）であるため同軸ケーブルのような特殊なケーブルが多数必要となるなどの問題が生じる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、原子炉の構造物に対して水張りを行う際に、使用する中性子検出器の数を大幅に低減した簡易な構成により核燃料含有物質の臨界監視を実現する臨界監視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臨界監視システムは、原子炉の構造物内部において変位する水面に浮遊される浮遊体と、水中に配置されるように前記浮遊体に支持され、前記構造物内部の核物質含有物から生じる中性子を検出して第１の中性子信号を出力する水中検出器と、気中に配置されるように前記浮遊体に支持され、前記核物質含有物から生じる前記中性子を検出して第２の中性子信号を出力する気中検出器と、出力された第１の中性子信号及び第２の中性子信号のそれぞれに基づいて水中における第１の中性子計数率と気中における第２の中性子計数率とを計測する第１計数率計測部と、前記水中検出器及び前記気中検出器のそれぞれの検出位置を求める検出位置導出部と、前記水中検出器の検出位置を第１の中性子計数率に関連付けて保存し、前記気中検出器の検出位置を第２の中性子計数率に関連付けて保存するデータ保存部と、前記データ保存部から、同一の前記検出位置における第１の中性子計数率と第２の中性子計数率とを抽出する抽出部と、抽出された第１の中性子計数率と第２の中性子計数率との比率を計算して、この比率が所定の判定値より大きいか否かを判定する比率判定部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る臨界監視方法は、原子炉の構造物内部において変位する水面に浮遊される浮遊体を用いて、水中に配置されるように前記浮遊体に支持された水中検出器から、前記構造物内部の核物質含有物から生じる中性子を検出した際に出力される第１の中性子信号を受け付けるステップと、気中に配置されるように前記浮遊体に支持された気中検出器から、前記核物質含有物から生じる前記中性子を検出した際に出力される第２の中性子信号を受け付けるステップと、受け付けた第１の中性子信号及び第２の中性子信号のそれぞれに基づいて水中における第１の中性子計数率と気中における第２の中性子計数率とを計測するステップと、前記水中検出器及び前記気中検出器のそれぞれの検出位置を求めるステップと、前記水中検出器の検出位置を第１の中性子計数率に関連付けて保存し、前記気中検出器の検出位置を第２の中性子計数率に関連付けて保存するステップと、前記データ保存部から、同一の前記検出位置における第１の中性子計数率と第２の中性子計数率とを抽出するステップと、抽出された第１の中性子計数率と第２の中性子計数率との比率を計算して、この比率が所定の判定値より大きいか否かを判定するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態により、原子炉の構造物に対して水張りを行う際に、使用する中性子検出器の数を大幅に低減した簡易な構成により核燃料含有物質の臨界監視を実現する臨界監視技術を提供する。

第１実施形態に係る臨界監視システムの全体構成を示す模式図。 第１実施形態に適用される信号処理装置の構成を示す構成図。 （Ａ）〜（Ｃ）は水位が順次上昇した場合における、浮遊体、水中検出器、及び気中検出器の位置関係を示す図。 （Ａ）は水位に対する水中及び気中の各検出器における中性子計数率の変動の一例を示すグラフ、（Ｂ）は同一の検出位置に補正した後の各検出器における中性子計数率の変動を示すグラフ。 （Ｃ）は水中における中性子の減衰分に基づいて水中検出器における計数率を補正した後の各検出器における中性子計数率の変動を示すグラフ、（Ｄ）は水中検出器と気中検出器との計数率の比率変動を示すグラフ。 本実施形態に係る臨界監視システムにおける臨界監視手順の一例を示すフローチャート。 第２実施形態に係る臨界監視システムの全体構成を示す模式図。 第２実施形態に適用される信号処理装置の構成を示す構成図。 第３実施形態に係る臨界監視システムの全体構成を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る臨界監視システム１０は、核物質含有物を内部に有する原子炉の構造物１１（例えば、原子炉格納容器など）に水を投入し水張りを行う際、水面を浮遊させた浮遊体１２を用いて気中及び水中に中性子検出器を設置する。そして、水位の上昇を利用することで同一の検出位置（検出高さ）における気中及び水中の各中性子計数率を計測して、この計測された中性子計数率に基づいて核物質含有物の臨界を監視するシステムである。

なお、核物質含有物とは、通常の核燃料や原子炉において過酷事故が発生した際に炉心溶融によって生じた燃料デブリを意味する。図１では、構造物１１内部に存在する燃料デブリの一部を例示して記載しているが、燃料デブリは構造物１１の高さ方向に数十メートルにわたり存在している。

図１に示すように第１実施形態に係る臨界監視システム１０は、浮遊体１２と、水中検出器１３と、気中検出器１４と、水位計１７と、信号処理装置５０と、を備えている。

浮遊体１２は、空気などの気体が内部に封入される、あるいは水よりも軽い物質（例えば、発泡スチロール）で構成されており、水の投入により構造物１１内に生じる水面に浮遊される浮き具である。

浮遊体１２の下面側（水中側）には、水中検出器１３を水中で支持するための下部支持部１５が接続される。一方、浮遊体１２の上面側（気中側）には、気中検出器１４を気中で支持するための上部支持部１６が接続される。

浮遊体１２の形状は、下部支持部１５及び上部支持部１６を接続するための接続面を有すれば良く、円形状、矩形状のものなど特に限定されない。浮遊体１２は、水の投入前に、燃料デブリ近傍の気中または水面に設置される。

水中検出器１３は、浮遊体１２に接続された下部支持部１５を介して水中で支持されている。この水中検出器１３は、燃料デブリから生じる中性子を検出して中性子信号ｓ_１（第１の中性子信号）を出力する中性子検出器である。

水中検出器１３としては、中性子を検出して電気信号を生成するガス検出器（特に、比例計数管）が例示される。また、測定対象の燃料デブリの核分裂によって発生するアルファ線、ガンマ線等の他の放射線に対して感度を有する放射線検出器を用いても良い。

気中検出器１４は、浮遊体１２に接続された上部支持部１６を介して気中で支持されている。この気中検出器１４は、燃料デブリから生じる中性子を検出して中性子信号ｓ_２（第２の中性子信号）を出力する中性子検出器である。気中検出器１４としては、水中検出器１３と同一の型の検出器が用いられる。

水中及び気中の各検出器は、水の投入により水位が上昇する際、支持部により浮遊体１２と一定の距離を離れた状態で、水面を浮遊する浮遊体１２とともに上昇する。これにより、各検出器の中性子の検出位置は、水位とともに上昇する。

水中及び気中の各検出器は、水位が上昇する際、一定時間ごとに同一のタイミングで中性子の検出を行う。各検出器で検出された中性子信号ｓ_１、ｓ_２は、信号処理装置５０に順次送信される。

中性子信号ｓ_１、ｓ_２の信号処理装置５０への送信方法は、構造物１１側面の貫通孔を利用して信号処理装置５０まで引き出された有線のケーブルを用いて送信しても良いし、中性子信号を無線信号に変換し、この無線信号を無線通信方式（例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標））を用いて送信しても良い。

水位計１７は、水の投入により変位する水面の位置（水位）を計測する計測器である。

水位計１７は、水位が計測できるものであれば既存の液位計測方式を適用することができ、例えば図１に示すように差圧に基づいて基準位置から水面までの距離（以下、“水位ｈ”とする）を計測する圧力式水位計を用いても良い。また、構造物１１内の上方にレーザセンサを設置して、下方に位置する水面にレーザを照射して、基準位置（レーザセンサの設置位置）から液面までの距離を計測するレーザ式の液位センサを用いても良い。

水位計１７は、水中及び気中の各検出器が中性子の検出を実行するときと同一のタイミングで水位ｈの計測を実行する。計測された水位ｈは、信号処理装置５０に送信される。なお、水位ｈの信号処理装置５０への送信方法は、有線のケーブルを用いて送信しても良いし、水位ｈの情報を無線信号に変換し、この無線信号を無線通信方式を用いて送信しても良い。

図２に示すように信号処理装置５０は、検出信号入力部５１、第１計数率計測部５２と、水位入力部５３と、検出位置算出部５４と、データ保存部５５と、抽出部５６と、減衰補正部５７と、比率判定部５８と、表示部５９と、を備えている。

なお、信号処理装置５０の各構成要素は、受け付けた入力信号を処理するコンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、所定のプログラムコードを、プロセッサなどの電子回路にお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等の電子回路を用いたハードウェア処理で実現したユニットあるいは計算機として構成しても良いし、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たユニットあるいは計算機として構成しても良い。

検出信号入力部５１は、水位上昇の際に、水中検出器１３から送信される中性子信号ｓ_１と気中検出器１４から送信される中性子信号ｓ_２とを一定時間ごとに順次受け付ける。

第１計数率計測部５２は、中性子信号ｓ_１に基づいて水中における中性子計数率ｕ_１（第１の中性子計数率）を計測する。一方、中性子信号ｓ_２に基づいて気中における中性子計数率ｕ_２（第２の中性子計数率）を計測する。第１計数率計測部５２は、一定時間ごとに受け付けられる中性子信号ｓ_１、ｓ_２のそれぞれについて中性子計数率ｕ_１、ｕ_２を計測する。

中性子計数率の計測方法は、パルス状の中性子信号を計数することにより計数率を求めるパルスモードを用いても良いし、中性子信号のゆらぎ（変動）成分の２乗平均電圧値を用いて計数率を求める２乗平均電圧モード（ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｏｄｅ，ＭＳＶモード）を用いても良い。また、中性子信号の信号量に応じて２つのモードを切り替えて計数率を求めても良く、具体的には信号量の低い領域ではパルスモードを用いる一方、信号量が高い領域ではＭＳＶモードを用いて計数率を計測する。

水位入力部５３は、水位上昇の際に、一定時間ごとに検出される水位ｈを順次受け付ける。

検出位置算出部５４、水位ｈと水面に対する両検出器の位置とに基づいて各検出器の検出位置ｈ_１、ｈ_２を算出する。具体的には、水位ｈから、水中検出器１３から水面までの高さ分を除算して水中検出器１３の検出位置ｈ_１を求める。一方、水位ｈから、水面から気中検出器１４までの高さ分を加算して気中検出器１４の検出位置ｈ_２を求める。

なお、水面に対する浮遊体１２の浮遊位置は、検出器の各検出位置を正確に算出する上で維持されることが望ましい。このため、浮遊体１２は、水面の位置を検出するレーザセンサなどを備えて、検出した水面の位置に基づいて浮遊位置が維持されるように、水を内部に取り込むまたは排出する機構、あるいは検出器の支持部を浮遊体１２の軸方向に移動させる機構を備えても良い。

データ保存部５５は、水中検出器１３の検出位置ｈ_１を水中における中性子計数率ｕ_１に関連付けて保存する一方、気中検出器１４の検出位置ｈ_２を気中における中性子計数率ｕ_２に関連付けて保存する。

データ保存部５５は、同一のタイミングで計測された中性子計数率ｕ_１、ｕ_２と検出位置ｈ_１、ｈ_２とを順次関連付けて保存していく。これにより、各検出位置における水中及び気中のそれぞれの中性子計数率が保存される。

ここで、水位の上昇を利用して、同一の検出位置における気中及び水中のそれぞれの中性子計数率を計測、保存する方法を説明する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、水位が順次上昇した場合における、浮遊体１２、水中検出器１３、及び気中検出器１４の位置関係を示している

まず、検出位置Ｈ_ａに位置する気中検出器１４で中性子が検出されて（図３（Ａ））、検出された中性子信号に基づいて気中での中性子計数率が計測されデータ保存部５５に保存される。

そして、水位が上昇して、検出位置Ｈ_ａの位置に水中検出器１３が到達した際に、水中検出器１３で中性子が検出されて（図３（Ｂ））、検出された中性子信号に基づいて水中における中性子計数率が計測されデータ保存部５５に保存される。これにより、検出位置Ｈ_ａにおいて気中及び水中の中性子計数率が計測、保存される。

さらに、検出位置Ｈ_ｂに位置する気中検出器１４で中性子が検出されて（図３（Ｂ））、検出された中性子信号に基づいて気中における中性子計数率が計測されデータ保存部５５に保存される。

そして、水位が上昇して、検出位置Ｈ_ｂの位置に水中検出器１３が到達した際に、水中検出器１３で中性子が検出されて（図３（Ｃ））、検出された中性子信号に基づいて水中における中性子計数率が計測されデータ保存部５５に保存される。これにより、検出位置Ｈ_ｂで気中及び水中の中性子計数率が計測、保存される。

このように、水位の上昇を利用することで、同一の検出位置における気中及び水中の中性子計数率が交互に計測されデータ保存部５５に保存されていく。

抽出部５６（図２）は、各検出位置における気中及び水中の中性子計数率が保存されているデータ保存部５５を参照して、同一の検出位置における水中及び気中のそれぞれの中性子計数率を抽出する。

なお、水中と気中とでは水の存在により検出器の感度差が生じるため、水中における中性子計数率を補正する必要がある。

減衰補正部５７は、水中における中性子の減衰率に基づいて中性子計数率の補正を行い、検出器の感度差を調整する。水中における中性子の減衰率は燃料デブリと水中検出器１３の検出位置との距離に応じて変化するため、設計図面などを利用して燃料デブリの位置を推定し、燃料デブリと水中検出器１３の検出位置との距離に基づいて補正係数を予め計算する。そして、この補正係数を中性子計数率に乗じて補正を行う。

比率判定部５８は、同一の検出位置における、水中における中性子計数率（減衰補正部５７で補正された後の中性子計数率）と気中における中性子計数率との比率を計算する。そして、この比率が所定の判定値より大きいか否か（例えば、１より大きいか否か）を判定する。

この比率は、水の有無による中性子計数率の変化率を示しており、比率が１より大きい場合、水中での中性子の線量が増加したことを意味し、核物質含有物質の未臨界度が浅いおそれがあると判定できる。一方、比率が１以下の場合、水の有無により中性子の線量が増加していないため、核物質含有物質が未臨界度であると判定できる。

比率判定部５８で設定される判定値は、１に限定されるものでは無く、未臨界度が浅いおそれがあると判定可能な値を経験値などから適宜設定しても良い。また、水中及び気中での検出器の感度差を考慮して判定値を設定した場合は、減衰補正部５７を省略できる。

表示部５９は、中性子計数率の比率が判定値より大きいと判定された場合、核物質含有物質の未臨界度が浅いおそれがあるとして作業員に警告を表示する。そして、作業員は、構造物内への水の投入を停止して、水中及び気中における中性子計数率、その変化率、これらから求められる反応度などから核物質含有物質の臨界を詳細に評価する。

次に、気中検出器１４及び水中検出器１３における中性子計数率に基づき臨界の監視を行う方法を、中性子計数率の変動例を用いて説明する。

図４（Ａ）は、上昇する水位に対する水中及び気中の各検出器における中性子計数率の変動の一例を示すグラフである。横軸の水位は、水位計１７の指示値を示している。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す中性子計数率について、同一の検出位置に補正した場合の各検出器における中性子計数率の変動を示している。水位と水面に対する両検出器の位置とに基づいて同一の検出位置における計数率に補正される。

図５（Ｃ）は、水中における中性子の減衰分に基づいて補正された中性子計数率の変動を示している。水中における中性子の減衰率に基づいて水中検出器１３による中性子計数率が補正されて、検出器間の感度差が調整される。

図５（Ｄ）は、水中検出器１３と気中検出器１４における中性子計数率の比率の変動を示している。感度補正後の水中検出器１３による中性子計数率と気中検出器１４による中性子計数率との比率が計算されている。比率が１より大きい場合、水中での中性子の線量が増加したことを意味し、核物質含有物質の未臨界度が浅いおそれがあると判定できる。

図６は、第１実施形態に係る臨界監視システム１０の監視手順の一例を示している（適宜、図１、図２参照）。

まず、浮遊体１２が燃料デブリの近傍に設置される。そして、気中及び水中の各検出器の初期位置でのデータ（中性子計数率）が計測されて、各検出器の初期位置と関連付けてデータ保存部５５に保存される（Ｓ１０）。

初期位置でのデータ取得後、作業員は構造物１１内への水供給を開始する（Ｓ１１）。これにより、構造物１１内の水位の上昇が開始される。

水位上昇の開始後、一定時間ごとに水中及び気中の各検出器で中性子の検出が実行される。また、同一のタイミングで水位の計測が実行される。

検出信号入力部５１は、水中検出器１３及び気中検出器１４で検出される中性子信号を受け付ける（Ｓ１２）。一方、水位入力部５３は、水位計１７で計測された水位を受け付ける（Ｓ１３）。

第１計数率計測部５２は、水中検出器１３の中性子信号に基づいて水中における中性子計数率を計測する一方、気中検出器１４の中性子信号に基づいて気中における中性子計数率を計測する（Ｓ１４）。

検出位置算出部５４は、水位と水面に対する各検出器の位置とに基づいて各検出器の検出位置を算出する（Ｓ１５）。

データ保存部５５は、水中検出器１３の検出位置を水中における中性子計数率に関連付ける一方、気中検出器１４の検出位置を中性子計数率に関連付けて保存する（Ｓ１６）。

抽出部５６は、各検出位置における気中及び水中の中性子計数率が保存されているデータ保存部５５を参照して、同一の検出位置における水中及び気中のそれぞれの中性子計数率を抽出する（Ｓ１７）。

減衰補正部５７は、水中における中性子の減衰率に基づいて水中での中性子計数率の補正を行い、検出器の感度差を調整する（Ｓ１８）。

比率判定部５８は、水中における中性子計数率と気中における中性子計数率との比率を計算して、この比率が所定の判定値より大きいか否かを判定する（Ｓ１９、Ｓ２０）。

表示部５９は、比率判定部５８で判定値より大きいと判定された場合に、未臨界度が浅いおそれがあるとして作業員に警告を表示する（Ｓ２０：ＹＥＳ、Ｓ２１）。そして、作業員は、構造物内への水の投入を停止して、水中及び気中における中性子計数率、その変化率、これらから求められる反応度などから核物質含有物の臨界を詳細に評価する（Ｓ２２、Ｓ２３、終了）。

一方、比率判定部５８で判定値以下の場合、構造物１１への冠水作業が完了するまでＳ１２〜Ｓ２０を続ける（Ｓ２０：ＮＯ、Ｓ２４：ＮＯ）。一方、冠水作業が完了した場合は終了する（Ｓ２４：ＹＥＳ、終了）。

このように、水位の上昇を利用することで同一の検出位置における気中及び水中の中性子計数率を計測して、この中性子計数率に基づいて水有無による核物質含有物の臨界を監視する。これにより、浮遊体１２に接続された水中及び気中の２つの検出器のみの簡易な構成で核物質含有物の臨界を監視できるため、使用する中性子検出器の数や信号伝送用のケーブル数などの必要な機器を大幅に低減することができる。

なお、本実施形態では、水中検出器１３及び気中検出器１４の検出位置を求める方法として、水位計１７で計測した水位を用いて水面と各検出器の位置関係から求めているが、例えば各検出器自体が加速度計を有して、これらの測定値から検出位置を計測する手段を用いても良いし、検出器の位置を判別できるセンサを検出器に取り付けて、センサの位置に基づいて検出器の検出位置を計測する手段などを用いても良い。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る臨界監視システム１０の全体構成を示す模式図であり、図８は、第２実施形態に適用される信号処理装置５０の構成を示す構成図である。なお、第１実施形態と共通の構成また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実施形態における臨界監視システム１０は、構造物１１内部に固定して配置された固定検出器１８（１８_１，１８_２）を備えている。
また、信号処理装置５０が、固定検出器信号入力部６０と、第２計数率計測部６１と、検出器診断部６２と、をさらに備えている。なお、図７では固定検出器１８を２つで構成しているが、１つでも良いし、さらに複数の固定検出器１８を備えても良い。

固定検出器１８は、構造物１１内部に挿入される固定検出器支持部１９に取り付けられており、構造物１１内部で固定して配置される。

各固定検出器１８は、水中検出器１３及び気中検出器１４と同一の型の中性子検出器であり、構造物１１内で生じる中性子検出して、中性子信号ｔ（第３の中性子信号）を出力する。

そして、各固定検出器で検出された中性子信号ｔは、信号処理装置５０に送信される。このとき、中性子信号ｔには、固定検出器１８の配置位置の情報が付与される。

固定検出器信号入力部６０は、固定検出器１８から中性子信号ｔを受け付ける。
第２計数率計測部６１は、受け付けた中性子信号ｔ（ｔ_１，ｔ_２）に基づいて、配置された検出位置における中性子計数率ｖ（ｖ_１，ｖ_２）を計測する。なお、中性子計数率の計測方法は、水中及び気中の検出器と同様の方法で行う。

検出器診断部６２は、データ保存部５５を参照して、配置された検出位置と同一の検出位置での水中検出器１３の中性子計数率を抽出する。そして、この水中の中性子計数率と固定検出器１８での中性子計数との差異を比較して、この差異が予め設定した閾値より大きい場合は水中検出器１３の故障と診断する。

同様に、データ保存部５５を参照して、配置された検出位置と同一の検出位置での気中検出器１４の中性子計数率を抽出して、この気中の中性子計数率と固定検出器１８での中性子計数との差異を比較して気中検出器１４の故障を診断する。

表示部５９は、検出器診断部６２により故障と診断された場合、該当する検出器の故障を作業員に警告する。

このように、構造物１１内に固定検出器１８を配置して、水位の上昇により水中検出器１３または気中検出器１４が固定検出器１８の配置位置を移動するときに故障診断を行うことで、気中検出器１４と水中検出器１３の健全性を臨界監視時に確認することができる。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る臨界監視システム１０の全体構成を示す模式図である。なお、図９において第２実施形態と共通の構成また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。

案内管２０は、浮遊体１２、水中検出器１３及び気中検出器１４を内部に収容するように形成され、構造物１１の内部に挿入される。案内管２０の下部には、管内部と外部の水位を等しくするため貫通孔２１が設けられており、浮遊体１２は水面が変位する方向に沿って案内される。

これにより、水位の変化時に、浮遊体１２、水中検出器１３及び気中検出器１４が周辺の機器と衝突すること無く移動できるため、水中検出器１３及び気中検出器１４で安定的に中性子の検出を行うことができる。

以上述べた各実施形態の臨界監視システムによれば、水面を浮遊する浮遊体を用いて気中及び水中に中性子検出器を設置し、水位の上昇を利用して計測した水中及び気中のそれぞれの中性子計数率に基づいて水有無による核物質含有物の臨界を監視することにより、原子炉の構造物で水張りを行う際に、使用する中性子検出器の数を大幅に低減した簡易な構成により臨界監視を実現できる。

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。

なお、上述の本実施形態では水位の上昇を利用して核物質含有物の臨界監視を行う場合を例に説明したが、水面の変位があれば同一の検出位置における気中及び水中の中性子計数率が計測できるため、例えば水を構造物内から排出される場合にも本発明を適用することができる。

１０…臨界監視システム、１１…原子炉構造物、１２…浮遊体、１３…水中検出器、１４…気中検出器、１５…下部支持部、１６…上部支持部、１７…水位計、１８（１８_１，１８_２）…固定検出器、１９…固定検出器支持部、２０…案内管、２１…貫通孔、５０…信号処理装置、５１…検出信号入力部、５２…第１計数率計測部、５３…水位入力部、５４…検出位置算出部、５５…データ保存部、５６…抽出部、５７…減衰補正部、５８…比率判定部、５９…表示部、６０…固定検出器信号入力部、６１…第２計数率計測部、６２…検出器診断部、ｓ_１…水中検出器の中性子信号、ｓ_２…気中検出器の中性子信号、ｈ…水位、ｕ_１…水中検出器の中性子計数率、ｕ_２…気中検出器の中性子計数率、ｈ_１…水中検出器の検出位置、ｈ_２…気中検出器の検出位置、Ｈ_ａ…検出位置、Ｈ_ｂ…検出位置、ｔ_１…固定検出器１８_１の中性子信号、ｔ_２…固定検出器１８_２の中性子信号、ｖ_１…固定検出器１８_１の中性子計数率、ｖ_２…固定検出器１８_２の中性子計数率。

Claims (7)

1. 原子炉の構造物内部において変位する水面に浮遊される浮遊体と、
   水中に配置されるように前記浮遊体に支持され、前記構造物内部の核物質含有物から生じる中性子を検出して第１の中性子信号を出力する水中検出器と、
   気中に配置されるように前記浮遊体に支持され、前記核物質含有物から生じる前記中性子を検出して第２の中性子信号を出力する気中検出器と、
   出力された第１の中性子信号及び第２の中性子信号のそれぞれに基づいて水中における第１の中性子計数率と気中における第２の中性子計数率とを計測する第１計数率計測部と、
   前記水中検出器及び前記気中検出器のそれぞれの検出位置を求める検出位置導出部と、
   前記水中検出器の検出位置を第１の中性子計数率に関連付けて保存し、前記気中検出器の検出位置を第２の中性子計数率に関連付けて保存するデータ保存部と、
   前記データ保存部から、同一の前記検出位置における第１の中性子計数率と第２の中性子計数率とを抽出する抽出部と、
   抽出された第１の中性子計数率と第２の中性子計数率との比率を計算して、この比率が所定の判定値より大きいか否かを判定する比率判定部と、を備えることを特徴とする臨界監視システム。
2. 前記検出位置導出部は、
   前記水面の位置を測定する水位計と、
   測定された前記水面の位置と前記水面に対する各検出器の位置とに基づいて前記水中検出器及び前記気中検出器のそれぞれの前記検出位置を求める検出位置算出部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の臨界監視システム。
3. 前記比率判定部で前記判定値より大きいと判定された場合に、前記核物質含有物の未臨界度が浅いとして警告を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の臨界監視システム。
4. 前記比率判定部で前記比率を計算する前に、水中における前記中性子の減衰率に基づいて第２の中性子計数率を補正する減衰補正部を備え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臨界監視システム。
5. 前記構造物内部に固定して配置されて、前記構造物内部で生じる第３の中性子信号を検出する固定検出器と、
   検出された第３の中性子信号に基づいて配置された位置での第３の中性子計数率を計測する第２計数率計測部と、
   同一の前記検出位置における、前記第１の中性子計数率または前記第２の中性子計数率と前記第３の中性子計数率との差異に基づいて前記水中検出器または前記気中検出器の故障を診断する検出器診断部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の臨界監視システム。
6. 前記浮遊体、前記気中検出器、及び前記水中検出器を内部に収容し、水面が変位する方向に沿って前記浮遊体を案内する案内管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１項に記載の臨界監視システム。
7. 原子炉の構造物内部において変位する水面に浮遊される浮遊体を用いて、
   水中に配置されるように前記浮遊体に支持された水中検出器から、前記構造物内部の核物質含有物から生じる中性子を検出した際に出力される第１の中性子信号を受け付けるステップと、
   気中に配置されるように前記浮遊体に支持された気中検出器から、前記核物質含有物から生じる前記中性子を検出した際に出力される第２の中性子信号を受け付けるステップと、
   受け付けた第１の中性子信号及び第２の中性子信号のそれぞれに基づいて水中における第１の中性子計数率と気中における第２の中性子計数率とを計測するステップと、
   前記水中検出器及び前記気中検出器のそれぞれの検出位置を求めるステップと、
   前記水中検出器の検出位置を第１の中性子計数率に関連付けて保存し、前記気中検出器の検出位置を第２の中性子計数率に関連付けて前記データ保存部に保存するステップと、
   前記データ保存部から、同一の前記検出位置における第１の中性子計数率と第２の中性子計数率とを抽出するステップと、
   抽出された第１の中性子計数率と第２の中性子計数率との比率を計算して、この比率が所定の判定値より大きいか否かを判定するステップと、を含むことを特徴とする臨界監視方法。

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