JP2632712B2 - 核分裂性物質の臨界管理と濃度測定を行うための装置 - Google Patents
核分裂性物質の臨界管理と濃度測定を行うための装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、核物質の臨界管理装置に関する。
従来の技術 核物質を扱う設備においては、核分裂性物質が蓄積し
て発散性核連鎖反応を起こす可能性のある臨界濃度に達
する危険性がないよう管理する必要がある。また、核分
裂性物質の含有量を測定することも必要であろう。
て発散性核連鎖反応を起こす可能性のある臨界濃度に達
する危険性がないよう管理する必要がある。また、核分
裂性物質の含有量を測定することも必要であろう。
この問題を解決するのに受動的な方法を利用した装置
が既に多数知られている。これら装置は、自発核分裂に
よる自然中性子放射またはα粒子が軽元素と反応するこ
とによって発生する中性子放射を検出することに基づい
ている。
が既に多数知られている。これら装置は、自発核分裂に
よる自然中性子放射またはα粒子が軽元素と反応するこ
とによって発生する中性子放射を検出することに基づい
ている。
自発ガンマ線放射を検出するという別の方法も用いら
れており、この方法は中性子を計数する方法と組み合わ
されることもある。
れており、この方法は中性子を計数する方法と組み合わ
されることもある。
発明が解決しようとする課題 しかし、これらの方法には限界がある。管理区域内で
の重い原子核の同位体の組成を予め知っている必要があ
る。さらに、上記の方法はウランサイクルに対しては有
効な結果をもたらさないためにこのサイクルに利用する
ことができない。
の重い原子核の同位体の組成を予め知っている必要があ
る。さらに、上記の方法はウランサイクルに対しては有
効な結果をもたらさないためにこのサイクルに利用する
ことができない。
本発明の目的は、上記の問題点を解決した能動的中性
子反応測定法、すなわち、核反応を誘起し、次いで、そ
の解析を行うことによって核廃棄物に含まれる放射性元
素の量を決定することができるようにした能動的中性子
反応測定方法に基づいて、核分裂性物質の臨界制御と濃
度測定を行うための装置を提供することにある。
子反応測定法、すなわち、核反応を誘起し、次いで、そ
の解析を行うことによって核廃棄物に含まれる放射性元
素の量を決定することができるようにした能動的中性子
反応測定方法に基づいて、核分裂性物質の臨界制御と濃
度測定を行うための装置を提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明は、管理区域内の核物質中で誘起された核分裂
の結果として放射された中性子の数を測定する装置であ
って；該核物質をはさんで配置された第１水素含有材料
製ブロックおよび第２水素含有材料製ブロックと；中性
子線源と；該第１水素含有材料製ブロック内であって該
中性子線源から放射される中性子により該核物質で核分
裂が誘起されるように該核物質に十分に接近した第１位
置と、該中性子線源から放射される中性子により該核物
質で核分裂が実質的に生じなくなる該核物質から十分に
離れた第２位置との間で該中性子線源を移動させる中性
子線源移動手段と；該第１水素含有材料製ブロックの内
部で該第１位置の近傍に配置されて即発中性子を検出す
る第１中性子検出手段と；該第１位置にある該中性子線
源から放射された中性子が実質的に全く届かないよう
に、該第１位置から十分に離して該第２水素含有材料製
ブロックの内部に配置され、遅発中性子を検出する第２
中性子検出手段と；該第２水素含有材料製ブロックを包
囲する熱中性子阻止手段と；該中性子線源が該第１位置
に保持されている第１期間と該中性子線源が該第２位置
に保持されている第２期間とにそれぞれ該第１および第
２の中性子検出手段が出力する信号に基づき、該中性子
線源から放射された中性子によって該核物質に誘起され
た核分裂の結果として該第１期間に発生した即発中性子
の数と該第２期間に発生した遅発中性子の数とを算出す
る信号処理手段と；を備えることを特徴としている。
の結果として放射された中性子の数を測定する装置であ
って；該核物質をはさんで配置された第１水素含有材料
製ブロックおよび第２水素含有材料製ブロックと；中性
子線源と；該第１水素含有材料製ブロック内であって該
中性子線源から放射される中性子により該核物質で核分
裂が誘起されるように該核物質に十分に接近した第１位
置と、該中性子線源から放射される中性子により該核物
質で核分裂が実質的に生じなくなる該核物質から十分に
離れた第２位置との間で該中性子線源を移動させる中性
子線源移動手段と；該第１水素含有材料製ブロックの内
部で該第１位置の近傍に配置されて即発中性子を検出す
る第１中性子検出手段と；該第１位置にある該中性子線
源から放射された中性子が実質的に全く届かないよう
に、該第１位置から十分に離して該第２水素含有材料製
ブロックの内部に配置され、遅発中性子を検出する第２
中性子検出手段と；該第２水素含有材料製ブロックを包
囲する熱中性子阻止手段と；該中性子線源が該第１位置
に保持されている第１期間と該中性子線源が該第２位置
に保持されている第２期間とにそれぞれ該第１および第
２の中性子検出手段が出力する信号に基づき、該中性子
線源から放射された中性子によって該核物質に誘起され
た核分裂の結果として該第１期間に発生した即発中性子
の数と該第２期間に発生した遅発中性子の数とを算出す
る信号処理手段と；を備えることを特徴としている。
また、本発明のひとつの態様に従うと、上記本発明に
係る装置において、前記第２位置を内部に含み、前記第
１水素含有材料製ブロック内の前記第１位置と該第２位
置との間で連通した、前記中性子線源を案内する案内管
を含む第３の水素含有材料製ブロックを設けることがで
きる。
係る装置において、前記第２位置を内部に含み、前記第
１水素含有材料製ブロック内の前記第１位置と該第２位
置との間で連通した、前記中性子線源を案内する案内管
を含む第３の水素含有材料製ブロックを設けることがで
きる。
更に、本発明の他の態様によると、上記の装置におい
て、前記核分裂物質と前記第２の水素含有材料製ブロッ
クとの間に配置された前記第４の水素含有材料製ブロッ
クを設けることが好ましい。
て、前記核分裂物質と前記第２の水素含有材料製ブロッ
クとの間に配置された前記第４の水素含有材料製ブロッ
クを設けることが好ましい。
また更に、上記装置において、前記核分裂物質の周辺
に配置された第５の水素含有材料製ブロックと、該第５
の水素含有材料製ブロックの内部に配置され且つ前記信
号処理装置に接続された第３の中性子検出器とを備える
ことができる。
に配置された第５の水素含有材料製ブロックと、該第５
の水素含有材料製ブロックの内部に配置され且つ前記信
号処理装置に接続された第３の中性子検出器とを備える
ことができる。
作用 上記の特徴により、管理区域内の核分裂性物質を直接
表す情報と、この核分裂性物質の増倍率と含有量を表す
情報とを非侵入的かつ非破壊的に測定することが可能に
なる。
表す情報と、この核分裂性物質の増倍率と含有量を表す
情報とを非侵入的かつ非破壊的に測定することが可能に
なる。
尚、ここでいう増倍率とは、ある時間に発生する全中
性子数と、同じ時間内における吸収および漏れによる全
損失中性子数との比であり、より実際的には、核分裂過
程の間に１つの中性子によって生成される新しい中性子
の平均数を意味している。
性子数と、同じ時間内における吸収および漏れによる全
損失中性子数との比であり、より実際的には、核分裂過
程の間に１つの中性子によって生成される新しい中性子
の平均数を意味している。
本発明の他の特徴ならびに利点は、実施例を示す添付
の図面を参照した以下の説明によりさらに明瞭になるで
あろう。なお、本発明がここに説明する実施例に限定さ
れることはない。
の図面を参照した以下の説明によりさらに明瞭になるで
あろう。なお、本発明がここに説明する実施例に限定さ
れることはない。
実施例 第１図には、本発明による核分裂性物質の臨界管理の
ための装置の全体が図示されている。
ための装置の全体が図示されている。
参照番号２は管理区域である。この管理区域には、固
体形態の核分裂性物質（例えば燃料集合体、燃料棒また
は燃料ペレット）、分割された固体形態の核分裂性物質
（例えば、燃料ピンの切断片）、液体形態の核分裂性物
質（例えば酸性溶液にした核物質）または堆積物の形態
の核分裂性物質（スラリー、粉状堆積物）が収容され
る。ここでは、増倍率ｋが１よりも大きく且つ発散性の
核連鎖反応が起こるような物理的、幾何学的条件下に核
分裂性物質が蓄積されることによって危険な臨界状態と
ならないように管理する必要がある。さらに、管理区域
２内の核分裂性物質の含有量および／または濃度の値を
測定する必要もある。本発明の装置を用いると、核分裂
性物質の臨界管理と濃度測定を行うことができる。
体形態の核分裂性物質（例えば燃料集合体、燃料棒また
は燃料ペレット）、分割された固体形態の核分裂性物質
（例えば、燃料ピンの切断片）、液体形態の核分裂性物
質（例えば酸性溶液にした核物質）または堆積物の形態
の核分裂性物質（スラリー、粉状堆積物）が収容され
る。ここでは、増倍率ｋが１よりも大きく且つ発散性の
核連鎖反応が起こるような物理的、幾何学的条件下に核
分裂性物質が蓄積されることによって危険な臨界状態と
ならないように管理する必要がある。さらに、管理区域
２内の核分裂性物質の含有量および／または濃度の値を
測定する必要もある。本発明の装置を用いると、核分裂
性物質の臨界管理と濃度測定を行うことができる。
この装置は、４つのユニットE1、E2、E3、E4を主構成
要素として備えている。
要素として備えている。
第１のユニットE1は水素含有材料、例えば、CH2タイ
プの第１水素含有材料製ブロック４を備えている。この
ブロックには高速中性子線源６を収容するための凹部が
設けられている。中性子線源６は、例えばAm241−Beま
たはCf252である。また、第１水素含有材料製ブロック
４の近くには収納用防護キャスク８が設置されている。
この収納用防護キャスクは、第２水素含有材料製ブロッ
クにより構成されている。更に、ユニットE1は、第１水
素含有材料製ブロック４の凹部（放射位置）から収納用
保護キャスク８（収納位置または保管位置）に向けて中
性子線源６を移動させ、再びこの中性子線源６を放射位
置に戻すことができる移動手段を備えている。この移動
手段は、水素含有材料製ブロック４の内部と収納用防護
キャスク８の内部とを連通させるガイド用チューブ40を
含む。更に、一端を回転ドラム43に、他端を中性子線源
６に結合された可撓性ケーブル41を備えている。回転ド
ラム43は、モータ、例えばステッピングモータ45によっ
て回転駆動される。従って、モータ45を一方向に回転さ
せると中性子線源６をブロック４内に導入することがで
き、反対方向に回転させると収納用防護キャスク８内の
収納位置に移動させることができる。この移動に要する
時間は、実際には、約30秒である。
プの第１水素含有材料製ブロック４を備えている。この
ブロックには高速中性子線源６を収容するための凹部が
設けられている。中性子線源６は、例えばAm241−Beま
たはCf252である。また、第１水素含有材料製ブロック
４の近くには収納用防護キャスク８が設置されている。
この収納用防護キャスクは、第２水素含有材料製ブロッ
クにより構成されている。更に、ユニットE1は、第１水
素含有材料製ブロック４の凹部（放射位置）から収納用
保護キャスク８（収納位置または保管位置）に向けて中
性子線源６を移動させ、再びこの中性子線源６を放射位
置に戻すことができる移動手段を備えている。この移動
手段は、水素含有材料製ブロック４の内部と収納用防護
キャスク８の内部とを連通させるガイド用チューブ40を
含む。更に、一端を回転ドラム43に、他端を中性子線源
６に結合された可撓性ケーブル41を備えている。回転ド
ラム43は、モータ、例えばステッピングモータ45によっ
て回転駆動される。従って、モータ45を一方向に回転さ
せると中性子線源６をブロック４内に導入することがで
き、反対方向に回転させると収納用防護キャスク８内の
収納位置に移動させることができる。この移動に要する
時間は、実際には、約30秒である。
別の実施態様によれば、上記移動手段は空気圧装置を
利用して構成できる。この手段は、第３図に示すよう
に、中性子線源６が通過できる大きさの内径を有するガ
イド用チューブ40を備えている。ガイド用チューブ40は
水素含有材料製ブロック４の内部と、収納用防護キャス
ク８の内部とで連通している。また、この移動手段は、
中性子線源６が侵入しないようにチューブ40の断面より
も小さい断面を有するチューブ42を備えており、このチ
ューブ42の両端部がガイド用チューブ40の両端部に結合
されている。更に、このチューブ42は、複数のバルブ46
を介して圧縮ガス源44、例えば圧縮空気ボンベに接続さ
れている。これらチューブ42上のバルブ46およびチュー
ブ42を圧縮ガス源44に接続するチューブ48上のバルブ46
を選択的に開放することにより、中性子線源６に一方か
ら空気圧を印加することができる。従って、中性子線源
６を、水素含有材料製ブロック４内の放射位置へ高速で
導入し、あるいは、収納用防護キャスク８内へ高速で戻
すことができる。
利用して構成できる。この手段は、第３図に示すよう
に、中性子線源６が通過できる大きさの内径を有するガ
イド用チューブ40を備えている。ガイド用チューブ40は
水素含有材料製ブロック４の内部と、収納用防護キャス
ク８の内部とで連通している。また、この移動手段は、
中性子線源６が侵入しないようにチューブ40の断面より
も小さい断面を有するチューブ42を備えており、このチ
ューブ42の両端部がガイド用チューブ40の両端部に結合
されている。更に、このチューブ42は、複数のバルブ46
を介して圧縮ガス源44、例えば圧縮空気ボンベに接続さ
れている。これらチューブ42上のバルブ46およびチュー
ブ42を圧縮ガス源44に接続するチューブ48上のバルブ46
を選択的に開放することにより、中性子線源６に一方か
ら空気圧を印加することができる。従って、中性子線源
６を、水素含有材料製ブロック４内の放射位置へ高速で
導入し、あるいは、収納用防護キャスク８内へ高速で戻
すことができる。
ユニットE1はさらに、例えば核分裂電離箱または3He
型検出器からなる中性子検出器10を備えている。この中
性子検出器10は、水素含有材料製ブロック４内で中性子
線源６の側方に配置されている。この中性子検出器10
は、管理区域内またはこの管理区域外に設置することも
できる。
型検出器からなる中性子検出器10を備えている。この中
性子検出器10は、水素含有材料製ブロック４内で中性子
線源６の側方に配置されている。この中性子検出器10
は、管理区域内またはこの管理区域外に設置することも
できる。
更に、第１図に示す臨界管理装置は、例えばCH2タイ
プの第３水素含有材料製ブロック14を含む第２のユニッ
トE2を備えている。ユニットE2内には核分裂電離箱また
は3He型検出器からなる中性子検出器16が設置されてい
る。水素含有材料製ブロック14は、熱中性子を大量に吸
収する材料、例えば炭化ホウ素および／またはカドミウ
ムからなる熱中性子阻止層18に包囲されている。
プの第３水素含有材料製ブロック14を含む第２のユニッ
トE2を備えている。ユニットE2内には核分裂電離箱また
は3He型検出器からなる中性子検出器16が設置されてい
る。水素含有材料製ブロック14は、熱中性子を大量に吸
収する材料、例えば炭化ホウ素および／またはカドミウ
ムからなる熱中性子阻止層18に包囲されている。
ここで、ユニットE2は、管理区域に対してユニットE1
とは反対側に配置することが好ましい。例えば第１図に
示すように、ユニットE1とE2は直径方向において互いに
反対側に設置され、管理区域の全部または一部分によっ
て相互に分離されている。これらユニットE1、E2が管理
区域の一部分によってしか相互に分離されていない場合
には、ユニットE1とE2を管理区域に対して可動にする
か、あるいは、固定のユニットE1とE2に対して管理区域
を可動にして、管理区域全体が管理できるように構成し
なければならない。
とは反対側に配置することが好ましい。例えば第１図に
示すように、ユニットE1とE2は直径方向において互いに
反対側に設置され、管理区域の全部または一部分によっ
て相互に分離されている。これらユニットE1、E2が管理
区域の一部分によってしか相互に分離されていない場合
には、ユニットE1とE2を管理区域に対して可動にする
か、あるいは、固定のユニットE1とE2に対して管理区域
を可動にして、管理区域全体が管理できるように構成し
なければならない。
管理区域２および測定装置の他の部分に対する収納用
防護キャスク８の位置と、この収納用防護キャスクの厚
さとは、中性子線源６が収納用防護キャスク内の収納位
置にあるときにこの中性子線源が中性子検出器10、16の
信号と管理区域内に収容されている核分裂性物質に対し
て及ぼす影響が無視できる程度になるように決められ
る。
防護キャスク８の位置と、この収納用防護キャスクの厚
さとは、中性子線源６が収納用防護キャスク内の収納位
置にあるときにこの中性子線源が中性子検出器10、16の
信号と管理区域内に収容されている核分裂性物質に対し
て及ぼす影響が無視できる程度になるように決められ
る。
本発明の臨界管理装置には更に、第３のユニットE3を
設けることができる。即ち、第３のユニットE3の使用は
任意である。第３のユニットE3は、例えばCH2タイプ等
の水素含有材料製の第４のブロック20を備える。第４水
素含有材料製ブロック20は、管理区域２とユニットE2の
間に設置されている。
設けることができる。即ち、第３のユニットE3の使用は
任意である。第３のユニットE3は、例えばCH2タイプ等
の水素含有材料製の第４のブロック20を備える。第４水
素含有材料製ブロック20は、管理区域２とユニットE2の
間に設置されている。
また更に、本発明の管理装置は、内部に第３の中性子
検出器23が設置された少なくとも１つの第５水素含有材
料製ブロックを含むユニットE4を備えることができる。
この中性子検出器23を用いると、特に核分裂性物質が検
出器10から離れているときに、遅発中性子の検出効率を
向上させることができる。
検出器23が設置された少なくとも１つの第５水素含有材
料製ブロックを含むユニットE4を備えることができる。
この中性子検出器23を用いると、特に核分裂性物質が検
出器10から離れているときに、遅発中性子の検出効率を
向上させることができる。
以上のように構成された装置は、以下のように動作す
る。
る。
中性子線源６が放射位置にあるときは、中性子線源６
から放射された高速中性子は管理区域内で減速される。
これは、管理区域に水素含有材料が含まれているからで
ある。この高速中性子は、管理区域２内に収容されてい
る核分裂性原子核の分裂を誘起し、この核分裂の際に再
び高速中性子が放射されて新たな核分裂鎖が生じる。こ
れら中性子は中性子検出器16で検出される。中性子検出
器16による検出の計数率は、管理区域での増倍率ｋの関
数である。
から放射された高速中性子は管理区域内で減速される。
これは、管理区域に水素含有材料が含まれているからで
ある。この高速中性子は、管理区域２内に収容されてい
る核分裂性原子核の分裂を誘起し、この核分裂の際に再
び高速中性子が放射されて新たな核分裂鎖が生じる。こ
れら中性子は中性子検出器16で検出される。中性子検出
器16による検出の計数率は、管理区域での増倍率ｋの関
数である。
実際に、エネルギが約2MeVの高速中性子が、吸収され
て新たな分裂を引き起こすまでに移動する平均行程は約
15cmである。これに対して、本発明に係る装置では、中
性子線源６と、管理区域に対してこの中性子線源と反対
側に位置する中性子検出器16との間の距離が、管理区域
２に含まれる水素含有材料の厚さが液体の水に換算して
約30cmとなるように決める。ここで、管理区域が十分な
量の水素含有材料を含んでいない場合には、適当な厚さ
の水素含有材料製ブロック20を追加して、中性子線源と
中性子検出器16との間の水素含有材料の厚さが液体の水
に換算して約30cm以上になるように決める。このような
構成により、中性子線源６から放射された高速中性子は
中性子検出器16に到達することがなく、新たに発生した
中性子による新たな分裂に起因する中性子のみが中性子
検出器16で検出される（新たに発生した高速中性子束の
減少の比減衰距離は約4.8cmである）。尚、中性子検出
器16で検出される誘発核分裂時に放射される高速中性子
の数は増倍率ｋが大きいほどを多くなる。
て新たな分裂を引き起こすまでに移動する平均行程は約
15cmである。これに対して、本発明に係る装置では、中
性子線源６と、管理区域に対してこの中性子線源と反対
側に位置する中性子検出器16との間の距離が、管理区域
２に含まれる水素含有材料の厚さが液体の水に換算して
約30cmとなるように決める。ここで、管理区域が十分な
量の水素含有材料を含んでいない場合には、適当な厚さ
の水素含有材料製ブロック20を追加して、中性子線源と
中性子検出器16との間の水素含有材料の厚さが液体の水
に換算して約30cm以上になるように決める。このような
構成により、中性子線源６から放射された高速中性子は
中性子検出器16に到達することがなく、新たに発生した
中性子による新たな分裂に起因する中性子のみが中性子
検出器16で検出される（新たに発生した高速中性子束の
減少の比減衰距離は約4.8cmである）。尚、中性子検出
器16で検出される誘発核分裂時に放射される高速中性子
の数は増倍率ｋが大きいほどを多くなる。
中性子線源６の中性子によって誘発された核分裂の際
に放射される中性子を中性子検出器16が検出することに
よって得られる有効信号Su2は、下記の式で表すことが
できる。
に放射される中性子を中性子検出器16が検出することに
よって得られる有効信号Su2は、下記の式で表すことが
できる。
（ここで、Ｓは中性子線源の強度（ｎ・s-1）であり、
ｋは管理区域２の増倍率ｋであり、Ｃはこの装置の管理
区域の幾何学形状および構成物質と、中性子検出器16の
構成および効率に依存した定数であり、この定数は較正
によって求める） また、水素含有材料製ブロック14は熱中性子を大量に
吸収する炭化ホウ素またはカドミウムなどの材料層で包
囲されている。従って、例えば、中性子線源６の中性子
によって誘発される核分裂時に放射される中性子に起因
する熱中性子はこの熱中性子吸収層18で止められ、ユニ
ットE2は高速中性子に対してのみ感応する。換言すれ
ば、高速中性子は熱中性子吸収層18を貫通するので、中
性子検出器16がこれら中性子を検出できるように、熱中
性子化すなわち減速させる必要がある。その役割を水素
含有材料製ブロック14が担う。この結果、中性子検出器
16から出力された信号は、高速中性子の数に対応した信
号となる。従って、中性子検出器16の有効信号と、中性
子線源の強度と、定数Ｃとがわかれば、上記の式を利用
して増倍率ｋを算出することができる。
ｋは管理区域２の増倍率ｋであり、Ｃはこの装置の管理
区域の幾何学形状および構成物質と、中性子検出器16の
構成および効率に依存した定数であり、この定数は較正
によって求める） また、水素含有材料製ブロック14は熱中性子を大量に
吸収する炭化ホウ素またはカドミウムなどの材料層で包
囲されている。従って、例えば、中性子線源６の中性子
によって誘発される核分裂時に放射される中性子に起因
する熱中性子はこの熱中性子吸収層18で止められ、ユニ
ットE2は高速中性子に対してのみ感応する。換言すれ
ば、高速中性子は熱中性子吸収層18を貫通するので、中
性子検出器16がこれら中性子を検出できるように、熱中
性子化すなわち減速させる必要がある。その役割を水素
含有材料製ブロック14が担う。この結果、中性子検出器
16から出力された信号は、高速中性子の数に対応した信
号となる。従って、中性子検出器16の有効信号と、中性
子線源の強度と、定数Ｃとがわかれば、上記の式を利用
して増倍率ｋを算出することができる。
但し、管理区域に収容されている原子核自体が高速中
性子放射線源であるときには、そこから発生する中性子
のために中性子検出器16から出力される信号には余分な
ノイズが現れることになる。そこで、中性子線源６が放
射位置にあるときと保護遮蔽キャスク８内の遮蔽位置に
あるときに中性子検出器16の信号S2を測定し、適切な信
号処理によって、管理区域内の増倍率ｋと核分裂性物質
の含有量とを表す信号Su2を得ることができる。尚、こ
のような信号処理を実行する手段は、例えば、中性子線
源６が放射位置にあるときに中性子検出器16から放射さ
れる信号とこの中性子線源が遮蔽位置にあるときにこの
同じ中性子検出器から放射される信号との差を計算する
減算回路22とすることができる。更に、平均化回路24
が、この減算回路によって計算された差の平均を所定の
期間にわたって計算する。
性子放射線源であるときには、そこから発生する中性子
のために中性子検出器16から出力される信号には余分な
ノイズが現れることになる。そこで、中性子線源６が放
射位置にあるときと保護遮蔽キャスク８内の遮蔽位置に
あるときに中性子検出器16の信号S2を測定し、適切な信
号処理によって、管理区域内の増倍率ｋと核分裂性物質
の含有量とを表す信号Su2を得ることができる。尚、こ
のような信号処理を実行する手段は、例えば、中性子線
源６が放射位置にあるときに中性子検出器16から放射さ
れる信号とこの中性子線源が遮蔽位置にあるときにこの
同じ中性子検出器から放射される信号との差を計算する
減算回路22とすることができる。更に、平均化回路24
が、この減算回路によって計算された差の平均を所定の
期間にわたって計算する。
このような信号処理手段の具体的な構成は当業者には
公知であるためこれ以上は説明しない。また、余分な中
性子に起因する信号が無視できる場合には、中性子線源
を移動させる必要がなく、固定しておくことができる。
公知であるためこれ以上は説明しない。また、余分な中
性子に起因する信号が無視できる場合には、中性子線源
を移動させる必要がなく、固定しておくことができる。
上記のような構成の装置を用いることにより、遅発中
性子、即ち崩壊時間が約十分の数秒〜数10秒である核種
によって遅延して放射された中性子を検出することがで
きる。その手順は以下のようなものである。
性子、即ち崩壊時間が約十分の数秒〜数10秒である核種
によって遅延して放射された中性子を検出することがで
きる。その手順は以下のようなものである。
まず、中性子線源６を放射位置にして、管理区域内に
収容されている核分裂性物質の原子の核分裂を誘起させ
る。次に、中性子線源を引き戻して収納位置に退避さ
せ、中性子検出器10、23、必要に応じて更に中性子検出
器16を用いて、誘起核分裂によって形成された先駆物質
から放射された遅発中性子を検出する。次いで、中性子
検出器から出力される信号を処理して遅発中性子の数を
計算し、その結果から分裂性核種の含有量を算出する。
収容されている核分裂性物質の原子の核分裂を誘起させ
る。次に、中性子線源を引き戻して収納位置に退避さ
せ、中性子検出器10、23、必要に応じて更に中性子検出
器16を用いて、誘起核分裂によって形成された先駆物質
から放射された遅発中性子を検出する。次いで、中性子
検出器から出力される信号を処理して遅発中性子の数を
計算し、その結果から分裂性核種の含有量を算出する。
第５図ａには、中性子線源の存在／不存在に関するタ
イミングチャートが示されている。参照番号50は中性子
線源６が放射位置にある期間Ｉを示し、参照番号51はこ
の中性子線源が収納位置に退避している期間Ｐを示す。
放射と収納は周期的に行われ、その周期ＴはＩ＋Ｐであ
る。
イミングチャートが示されている。参照番号50は中性子
線源６が放射位置にある期間Ｉを示し、参照番号51はこ
の中性子線源が収納位置に退避している期間Ｐを示す。
放射と収納は周期的に行われ、その周期ＴはＩ＋Ｐであ
る。
中性子線源が放射位置にあるときは、第５図ｂに示す
ように、管理区域内に存在している核分裂性物質内で一
定数の核分裂が期間Ｉにわたって誘起される。この核分
裂により、先に説明したようにして検出可能な即発中性
子のほか、中性子線源を退避させた後約十分の数秒〜数
10秒たってから発生する遅発中性子も放射される。ここ
で、各中性子検出器10、14から出力される信号では、即
発中性子と遅発中性子が共にカウントされている。従っ
て、この信号は期間Ｉの間は一定であり、中性子線源を
退避させた後に急激に小さくなる。これは、即発中性子
の放射が無くなったという現象に対応している。続い
て、この信号は時間とともに徐々に小さくなる。この信
号は、第５図ｃに示すように、遅発中性子に対応してい
る。
ように、管理区域内に存在している核分裂性物質内で一
定数の核分裂が期間Ｉにわたって誘起される。この核分
裂により、先に説明したようにして検出可能な即発中性
子のほか、中性子線源を退避させた後約十分の数秒〜数
10秒たってから発生する遅発中性子も放射される。ここ
で、各中性子検出器10、14から出力される信号では、即
発中性子と遅発中性子が共にカウントされている。従っ
て、この信号は期間Ｉの間は一定であり、中性子線源を
退避させた後に急激に小さくなる。これは、即発中性子
の放射が無くなったという現象に対応している。続い
て、この信号は時間とともに徐々に小さくなる。この信
号は、第５図ｃに示すように、遅発中性子に対応してい
る。
以上のような各検出器からの出力信号を適切に処理す
ることにより、即発中性子と遅発中性子の両方に対応す
る期間Ｉを除去し、遅発中性子のみに対応する期間Ｐを
残すことができる。
ることにより、即発中性子と遅発中性子の両方に対応す
る期間Ｉを除去し、遅発中性子のみに対応する期間Ｐを
残すことができる。
第５図ｄは理論曲線を表し、第５図ｅはそこから余分
なノイズを除去した真の信号を表す。このような信号処
理は、以下のようにして行うことができる。
なノイズを除去した真の信号を表す。このような信号処
理は、以下のようにして行うことができる。
期間Ｐ＝Ｔ−Ｉの間に受信された信号を平均し、次に、
得られた結果に対して、下記の式； Ｇ（ｔ）＝Af（ｔ）＋Ｂ （ただし、ｆ（ｔ）は誘起核分裂後の遅発中性子の放射
に特徴的な形状の公知の関数であり、Ａは増倍率と核分
裂性物質の含有量を表す係数であり、Ｂは余分なノイズ
である） により得られるＧ（ｔ）によって最小二乗法で平滑化を
行う。
得られた結果に対して、下記の式； Ｇ（ｔ）＝Af（ｔ）＋Ｂ （ただし、ｆ（ｔ）は誘起核分裂後の遅発中性子の放射
に特徴的な形状の公知の関数であり、Ａは増倍率と核分
裂性物質の含有量を表す係数であり、Ｂは余分なノイズ
である） により得られるＧ（ｔ）によって最小二乗法で平滑化を
行う。
例えば、プルトニウム239の場合には、即発中性子の
数に対する遅発中性子の数の割合は他の核分裂性核種の
場合とは著しく異なっているので、即発中性子の数と遅
発中性子の数の核測定結果を組み合わせると、管理区域
の核分裂性核種全体の中のPu239の割合を決定すること
ができる。
数に対する遅発中性子の数の割合は他の核分裂性核種の
場合とは著しく異なっているので、即発中性子の数と遅
発中性子の数の核測定結果を組み合わせると、管理区域
の核分裂性核種全体の中のPu239の割合を決定すること
ができる。
第２図には、中性子を照射された燃料の再処理用のホ
イールタイプの溶解槽が図示されている。
イールタイプの溶解槽が図示されている。
公知のように、高速中性子増殖炉または軽水炉の燃料
ピンまたは燃料棒は、PuO2および／またはUO2のペレッ
トを含む被覆で構成されており、寿命に達したペレット
は複数の小さな断片57に切断される。この断片57は、ホ
イール52の中心に開口しているパイプ50を介してホイー
ルに装入される。ホイール52は、複数、例えば12個のバ
ケットを備えており、図中の矢印54の方向に回転してい
る。また、このホイール52の一部は、溶解槽58のタンク
に収容された沸騰した濃硝酸浴56に一部が浸されてい
る。中性子に被曝した原子核燃料物質は、硝酸によって
溶解された後、次の処理段階に送られる。
ピンまたは燃料棒は、PuO2および／またはUO2のペレッ
トを含む被覆で構成されており、寿命に達したペレット
は複数の小さな断片57に切断される。この断片57は、ホ
イール52の中心に開口しているパイプ50を介してホイー
ルに装入される。ホイール52は、複数、例えば12個のバ
ケットを備えており、図中の矢印54の方向に回転してい
る。また、このホイール52の一部は、溶解槽58のタンク
に収容された沸騰した濃硝酸浴56に一部が浸されてい
る。中性子に被曝した原子核燃料物質は、硝酸によって
溶解された後、次の処理段階に送られる。
上記のような装置においては、ホイール52のバケット
に装入された核分裂物が臨界状態に達する危険性を解消
する必要がある。そのためには、本発明に係る装置を、
第３図にIII−III断面で示すように構成して用いること
ができる。
に装入された核分裂物が臨界状態に達する危険性を解消
する必要がある。そのためには、本発明に係る装置を、
第３図にIII−III断面で示すように構成して用いること
ができる。
即ち、ホイール52の側方（第３図の左側）には、ユニ
ットE1が設置されている。ユニットE1は、中性子線源６
とその近傍に配置された中性子検出器10とを備えてい
る。、中性子検出器10としては、例えば3He管を使用す
ることができる。これら中性子検出器10および中性子線
源６は、先に説明したように何れも水素含有材料製ブロ
ック４の内部に配置されている。ここで、中性子線源６
は、水素含有材料製ブロック４の内部で鉛直方向に延在
するガイド用チューブを用いることによって収納位置に
退避させることができる。収納用防護キャスクは、中性
子線源６の放射位置の上方または下方に配置することが
できるが、図示の実施例では、収納用防護キャスク８が
中性子線源６の放射位置の下方に配置されている。
ットE1が設置されている。ユニットE1は、中性子線源６
とその近傍に配置された中性子検出器10とを備えてい
る。、中性子検出器10としては、例えば3He管を使用す
ることができる。これら中性子検出器10および中性子線
源６は、先に説明したように何れも水素含有材料製ブロ
ック４の内部に配置されている。ここで、中性子線源６
は、水素含有材料製ブロック４の内部で鉛直方向に延在
するガイド用チューブを用いることによって収納位置に
退避させることができる。収納用防護キャスクは、中性
子線源６の放射位置の上方または下方に配置することが
できるが、図示の実施例では、収納用防護キャスク８が
中性子線源６の放射位置の下方に配置されている。
一方、ホイール52を挟んで反対側（第３図の右側）に
は、ユニットE2が配置されている。ユニットE2は、水素
含有材料製ブロック14内とそれに埋め込まれた中性子検
出器16とを備えている。ここで、水素含有材料製ブロッ
ク14は、熱中性子を大量に吸収する層18に包まれてい
る。尚、この実施例の装置に対しても、第１図を参照し
て既に説明した水素含有材料製ブロック20を装着し得る
ことは勿論である。このような水素含有材料製ブロック
は、管理区域の水素含有材料の内部の中性子の行程を長
くする機能を有する。
は、ユニットE2が配置されている。ユニットE2は、水素
含有材料製ブロック14内とそれに埋め込まれた中性子検
出器16とを備えている。ここで、水素含有材料製ブロッ
ク14は、熱中性子を大量に吸収する層18に包まれてい
る。尚、この実施例の装置に対しても、第１図を参照し
て既に説明した水素含有材料製ブロック20を装着し得る
ことは勿論である。このような水素含有材料製ブロック
は、管理区域の水素含有材料の内部の中性子の行程を長
くする機能を有する。
以上のように構成された装置を用いると、核分裂性物
質を収容したホイール52のバケットが中性子線源６と中
性子検出器16との間を通過するときに、バケットに装入
されている核分裂性物質から放射される即発中性子と遅
発中性子の数を測定することができる。更に、測定した
即発中性子の数から増倍率ｋを知り、増倍率が許容可能
な増大値（１未満）を越えないように監視することがで
きる。また、遅発中性子の数を測定することによって、
プルトニウムやウラニウム等の同位体に含まれている核
分裂性物質の含有量を知ることができる。
質を収容したホイール52のバケットが中性子線源６と中
性子検出器16との間を通過するときに、バケットに装入
されている核分裂性物質から放射される即発中性子と遅
発中性子の数を測定することができる。更に、測定した
即発中性子の数から増倍率ｋを知り、増倍率が許容可能
な増大値（１未満）を越えないように監視することがで
きる。また、遅発中性子の数を測定することによって、
プルトニウムやウラニウム等の同位体に含まれている核
分裂性物質の含有量を知ることができる。
第４図は、本発明に係る装置の他の構成例を示す図で
ある。
ある。
第３図の実施例と同様に、この装置は、制御すべき燃
料集合体60の一方の側方に位置するユニットE1に相当す
る部分と、燃料集合体60に対して反対側に位置するユニ
ットE2に相当する部分とを備えている。公知のように、
燃料集合体60は燃料棒の束として構成されており、更に
燃料棒の束は、例えば端板と一体になったタイロッドま
たは案内管の集合体に取付けられたスペーサ用グリッド
によって互いに平行に保持されている。また、燃料集合
体60は水中に保持されており、オペレータの被曝を防止
している。従って、この燃料集合体の管理は水中で行わ
なければならず、上記の各ユニットE1、E2は燃料集合体
保管用プールの水中に沈められている。
料集合体60の一方の側方に位置するユニットE1に相当す
る部分と、燃料集合体60に対して反対側に位置するユニ
ットE2に相当する部分とを備えている。公知のように、
燃料集合体60は燃料棒の束として構成されており、更に
燃料棒の束は、例えば端板と一体になったタイロッドま
たは案内管の集合体に取付けられたスペーサ用グリッド
によって互いに平行に保持されている。また、燃料集合
体60は水中に保持されており、オペレータの被曝を防止
している。従って、この燃料集合体の管理は水中で行わ
なければならず、上記の各ユニットE1、E2は燃料集合体
保管用プールの水中に沈められている。
各ユニットE1、E2は、第３図に示した装置のユニット
と同じものである。従って、ここではその詳細な説明は
省略するが、この装置でも中性子線源６はやはり鉛直方
向に移動可能であり、即発中性子と遅発中性子の測定が
可能に構成されている。尚、実際の装置では、冗長性を
もたせ、かつ信頼性を向上させるために、中性子検出器
の数を例えば３倍にし、中性子線源システムの数を２倍
にすることもできる。更に、中性子線源を燃料集合体60
に沿って鉛直方向に移動させることにより、燃料集合体
の高さ方向全体を管理し、且つ、中性子線源を収納位置
に退避させることもできる。
と同じものである。従って、ここではその詳細な説明は
省略するが、この装置でも中性子線源６はやはり鉛直方
向に移動可能であり、即発中性子と遅発中性子の測定が
可能に構成されている。尚、実際の装置では、冗長性を
もたせ、かつ信頼性を向上させるために、中性子検出器
の数を例えば３倍にし、中性子線源システムの数を２倍
にすることもできる。更に、中性子線源を燃料集合体60
に沿って鉛直方向に移動させることにより、燃料集合体
の高さ方向全体を管理し、且つ、中性子線源を収納位置
に退避させることもできる。
実験 264本の燃料棒を含む原子燃料集合体を試料として用
意した。各燃料集合体は、4.5kgの放射性物質（235U、
239Puおよび241Pu）を含む450kgの238Uからなる。この
試料に対して測定された増倍率ｋは0.4と0.8の間だっ
た。また、増倍率ｋの測定において、各測定は１％から
２％の精度でおよそ10分で行われた。尚、使用した中性
子線源は、放射輝度4.108中性子／秒の252Cfである。
意した。各燃料集合体は、4.5kgの放射性物質（235U、
239Puおよび241Pu）を含む450kgの238Uからなる。この
試料に対して測定された増倍率ｋは0.4と0.8の間だっ
た。また、増倍率ｋの測定において、各測定は１％から
２％の精度でおよそ10分で行われた。尚、使用した中性
子線源は、放射輝度4.108中性子／秒の252Cfである。
発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明に係る装置を用い
ることにより、非侵入的かつ非破壊的に核分裂性物質か
ら放射される即発中性子と遅発中性子の数を測定するこ
とができる。従って、管理区域内における核分裂物質の
含有量並びに増倍率を検出することが可能になる。
ることにより、非侵入的かつ非破壊的に核分裂性物質か
ら放射される即発中性子と遅発中性子の数を測定するこ
とができる。従って、管理区域内における核分裂物質の
含有量並びに増倍率を検出することが可能になる。
第１図は、核分裂性物質の臨界管理を行うための本発明
による装置の全体図である。 第２図は、中性子を照射された燃料の再処理用溶槽の概
略図である。 第３図は、核分裂性物質の臨界管理を行うための本発明
による装置を第２図の溶解槽に応用した実施例を示す図
である。 第４図は、臨界管理を行うための本発明による装置を水
中の燃料集合体の増倍率の測定に応用した別の実施例を
示す図である。 第５図ａ〜第５図ｅは、中性子検出器の信号処理の様子
を示す図である。 〔主な参照番号〕 ２……管理区域、４、14、20、21……水素含有材料製ブ
ロック、 ６……中性子線源、８……収納用防護キャスク、 10、16、23……中性子検出器、18……熱中性子吸収材料
層、 22……減算回路、24……平均化回路、 40……ガイド用チューブ、41……可撓性ケーブル、 42、48……チューブ、43……回転ドラム、 44……圧縮ガス源、45……ステッピングモータ、 46……バルブ、52……ホイール、 56……硝酸浴、58……溶解槽、 60……燃料集合体、E1〜E4……ユニット
による装置の全体図である。 第２図は、中性子を照射された燃料の再処理用溶槽の概
略図である。 第３図は、核分裂性物質の臨界管理を行うための本発明
による装置を第２図の溶解槽に応用した実施例を示す図
である。 第４図は、臨界管理を行うための本発明による装置を水
中の燃料集合体の増倍率の測定に応用した別の実施例を
示す図である。 第５図ａ〜第５図ｅは、中性子検出器の信号処理の様子
を示す図である。 〔主な参照番号〕 ２……管理区域、４、14、20、21……水素含有材料製ブ
ロック、 ６……中性子線源、８……収納用防護キャスク、 10、16、23……中性子検出器、18……熱中性子吸収材料
層、 22……減算回路、24……平均化回路、 40……ガイド用チューブ、41……可撓性ケーブル、 42、48……チューブ、43……回転ドラム、 44……圧縮ガス源、45……ステッピングモータ、 46……バルブ、52……ホイール、 56……硝酸浴、58……溶解槽、 60……燃料集合体、E1〜E4……ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャック ピネル フランス国84120 ボーモン ドゥ ペ ルチュイ ラ コリーヌ ３ (72)発明者 ジャック ロメイェ デルベイ フランス国13100 エクス アン プロ ヴァンス アヴニュ サン ジェローム 49テール 「レ スリジエ」 バティ マン ベー (56)参考文献 特開 昭50−80880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−11291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−211682（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】管理区域内の核物質中で誘起された核分裂
の結果として放射された中性子の数を測定することによ
って該核物質の増倍率と濃度を測定する装置であって； 該核物質をはさんで配置された第１水素含有材料製ブロ
ックおよび第２水素含有材料製ブロックと； 該管理領域内の核物質に対して中性子を照射することが
できる第１位置に配置可能な中性子線源と； 該第１水素含有材料製ブロック内であって該中性子線源
から放射される中性子により該核物質で核分裂が誘起さ
れるように該核物質に十分に接近した該第１位置と、該
中性子線源から放射される中性子による該核物質の核分
裂が実質的に生じなくなる、該核物質から十分に離れた
第２位置との間で該中性子線源を移動させる中性子線源
移動手段と； 該第１水素含有材料製ブロックの内部で該第１位置の近
傍に配置された第１中性子検出手段と； 該第１位置にある該中性子線源から放射された中性子が
実質的に全く届かないように、該第１位置から十分に離
して該第２水素含有材料製ブロックの内部に配置された
第２中性子検出手段と； 該第２水素含有材料製ブロックを包囲する熱中性子阻止
手段と； 該中性子線源が該第１位置に保持されている第１期間と
該中性子線源が該第２位置に保持されている第２期間と
にそれぞれ該第１および第２の中性子検出手段が出力す
る信号に基づき、該中性子線源から放射された中性子に
よって該核物質に誘起された核分裂の結果として該第１
期間に発生した即発中性子の数と該第２期間に発生した
遅発中性子の数とを算出する信号処理手段と； を備えることを特徴とする装置。 - 【請求項２】請求項１に記載された装置であって、前記
信号処理手段が、前記第１期間の前記第２中性子検出器
の出力値から、前記第２期間の該第２中性子検出器の出
力値を減算することにより、即発中性子数に対応する第
１の値を算出する手段を備えることを特徴とする装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載された装置
であって、前記信号処理手段が、前記中性子線源が前記
第１位置から前記第２位置に移動した直後の前記第１お
よび第２の中性子検出器の出力から決定された遅発中性
子数に対応する第３の値と前記第１の値との比として表
される第２の値を算出する手段を更に備えることを特徴
とする装置。 - 【請求項４】請求項１から請求項３までの何れか１項に
記載された装置であって、前記第１水素含有材料製ブロ
ック内の前記第１位置と前記第２位置との間で連通した
前記中性子線源を案内する案内管の一部と、該案内管の
内部で該中性子線源を移動させる手段とを備え、該第２
位置を内部に含む第３の水素含有材料製ブロックを備え
ることを特徴とする装置。 - 【請求項５】請求項１から請求項４までの何れか１項に
記載された装置であって、前記核分裂物質と前記第２の
水素含有材料製ブロックとの間に配置された前記第４の
水素含有材料製ブロックを備えることを特徴とする装
置。 - 【請求項６】請求項１から請求項５までの何れか１項に
記載された装置であって、前記核分裂物質の周辺に配置
された第５の水素含有材料製ブロックと、該第５の水素
含有材料製ブロックの内部に配置され且つ前記信号処理
装置に接続された第３の中性子検出器とを備えることを
特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8712423 | 1977-09-08 | ||
| FR8712423A FR2620235B1 (fr) | 1987-09-08 | 1987-09-08 | Dispositif de controle de criticite et de mesure de concentration de matiere fissile |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6491044A JPS6491044A (en) | 1989-04-10 |
| JP2632712B2 true JP2632712B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=9354693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22335388A Expired - Lifetime JP2632712B2 (ja) | 1987-09-08 | 1988-09-06 | 核分裂性物質の臨界管理と濃度測定を行うための装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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