JP2845471B2 - 照射燃料の相対燃焼度分布測定方法 - Google Patents

照射燃料の相対燃焼度分布測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は原子炉で照射された燃料の燃焼度の相対分布
を迅速かつ正確に測定するための照射燃料の相対燃焼度
分布測定方法に関する。
(従来の技術) 原子炉照射燃料の燃焼度分布を非破壊で測定する方法
として現在精度の高いものは、Ge半導体検出器を使用し
137Cs等の核分裂生成物の核種分析を行う方法があ
る。しかし、Ge半導体検出器は高価であり、検出器の寸
法が大きいため取り扱いにくく、冷媒を必要とし保守が
大変であり、また測定時間が長い等の欠点を有する。し
たがって、Ge半導体検出器を多数配置して燃焼度の分布
を測定することは、大規模な設備を必要とする。また、
1台のGe半導体検出器を使用して、検出器または燃料を
移動させることにより複数の測定点についての測定を行
う場合には、非常に長い測定時間を要することになる。
そのため、燃料の燃焼度分布を測定する場合には、小
型軽量で取扱いの便利な電離箱等のガンマ線検出器を燃
料の側面に多数配置してその測定信号値の分布を利用す
ることが有効である。この場合測定されるガンマ線信号
は、核分裂生成物ごとに分離して評価できず、全てのガ
ンマ線の総和として得られ、一般にグロスガンマ線と呼
ばれる。グロスガンマ線の放出量は必ずしも燃焼度と比
例関係にあるわけではない。しかし、これまでの資料に
よるとグロスガンマ線の分布と燃焼度の分布との相関関
係について評価したのみで、積極的に補正等を施して燃
焼度の正確な分布を求める試みはなされていなかった
(LA−10758−MS(1986)BWR Spent−Fuel Measurement
s with the ION−1/Fork Detector and a Calorimeter,
LA−UR−87−2970(1987)SPENT FUEL VARIFICATION WI
TH THE LOS ALAMOS FORK DETECTOR参照)。
(発明が解決しようとする課題) 原子炉照射燃料の燃焼度分布を測定する場合に、Ge半
導体検出器を用いて正確な分布を測定しようとすると、
大規模な設備および長い測定時間を必要とする。また、
小型の電離箱等のガンマ線検出器を多数使用して短時間
に測定しようとする場合には、そのままの測定値を用い
ると系統的な誤差が生じる。
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、原子
炉照射燃料の燃焼度の相対分布を迅速かつ正確に測定す
ることができる照射燃料の相対燃焼度分布測定装置を提
供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明に係る照射燃料の相対燃焼度分布測定方法は、
原子炉で中性子が照射された燃料の側面にガンマ線検出
器を多数配置し、これらのガンマ線検出器による検出信
号の分布を求めて演算する一方、燃料の燃焼度と冷却期
間とから予め評価しておいた燃焼度とガンマ線信号の比
例関係からのずれを補正することにより、燃料の相対燃
焼度分布を測定するものである。
(作用) 本発明は、燃料の側面に配置された多数のガンマ線検
出器による検出信号の分布を求めて燃料の相対燃焼度分
布を測定するから、Ge半導体検出器を用いた場合に比較
して、短時間で迅速に測定を行うことができる。
また、燃料の燃焼度と冷却期間とから予め評価してお
いた燃焼度とガンマ線信号の比例関係からのずれを補正
するから、極めて正確な相対燃焼度分布を測定すること
ができる。
(実施例) 本発明の一実施例について添付図面を参照して説明す
る。
本実施例では計算で予め求められたグロスガンマ線測
定信号と燃焼度との比例関係からのずれを用いて、測定
されたグロスガンマ線信号の分布を補正して、正しい燃
焼度分布を求める。以下にグロスガンマ線信号の分布を
補正して正しい燃焼度の分布を求める方法を説明する。
例えば、軽水炉燃料集合体の軸方向燃焼度分布および
これを3年程度冷却した後のグロスガンマ線放出量の分
布は第1図に示すようになる。すなわち、燃焼度分布と
グロスガンマ線放出量の分布はほぼ同じ傾向を示し、燃
料集合体の軸方向中央部でグロスガンマ線放出量がやや
多く、末端部および先端部でグロスガンマ線放出量がわ
ずかに少なくなっている。次に、グロスガンマ線放出量
の燃焼度による変化の計算例を第2図に示す。計算に
は、核燃料の燃焼過程で種々の核種の生成・分裂量を評
価する“ORIGEN"コード等が利用できる。第2図に示す
燃焼度は同一燃料体の中での分布を考慮するために、同
一の照射期間で異なる燃焼度となるよう出力密度を変え
て計算したものである。第2図に示すように冷却日数に
より燃焼度とグロスガンマ線放出量との比例関係にはず
れが見られる。
ここで、グロスガンマ線放出量を燃焼度の関数と考
え、このグロスガンマ線放出量と燃焼度との比を次のよ
うに定義する。
K(BU,Tc)=GG(BU,Tc)/BU ……(1) ここで、BUは燃焼度、Tcは燃料の冷却期間、GG(BU,T
c)は燃焼度がBUで冷却期間がTcのときのグロスガンマ
線放出量である。
第2図と同じ計算結果を用いて、K(BU,Tc)の燃焼
度による変化を示したものが第3図である。冷却日数が
200〜2500日の間では線に傾きが見られ、この傾きの度
合いが燃焼度とグロスガンマ線との比例関係からのずれ
の程度を表している。
このずれが生じる原因は、主に核分裂生成物の内134C
sと154Euによる影響である。134Csや154Euは核分裂生成
物として一時的に生成される133Csおよび153Euの中性子
捕獲によって生成される割合が大きいため、燃焼度に関
して2次曲線的な増加傾向を示し、その計算例を第4図
に示す。また、134Csと154Euは中性子捕獲による生成を
含めた実効的な核分裂収率が比較的大きく、また半減期
も比較的長い。これらの核種の放出するガンマ線の量が
燃料の放出する全ガンマ線量の内に占める割合の冷却期
間による変化の計算例を第5図に示す。このように、冷
却日数が数百日から数千日の範囲のとき、134Csや154Eu
によるガンマ線の寄与率が大きいことと、これらのガン
マ線放出量が燃焼度と2次曲線的な関係にあることが、
ある冷却期間の範囲で特にグロスガンマ線放出量と燃焼
度との比例関係がずれる原因となっている。このこと
は、貯蔵施設あるいは再処理施設に原子炉から使用済燃
料集合体を移送して、貯蔵あるいは再処理する前に移送
された燃料の燃焼度分布を測定しようとする場合等に、
丁度数年程度冷却された燃料が測定対象となる可能性が
高いため、精度のよい測定を行う場合には問題となる。
次に、燃料の位置による分布を考えるとき、グロスガ
ンマ線測定を複数点行うとして、n番目の測定点のグロ
スガンマ線信号をGGn、その測定点の燃焼度をBUnとす
る。また、基準となる点のグロスガンマ線信号をGGo、
その点の燃焼度をBUoとする。これらからn番目の測定
点での分布係数を考え、 gn=GGn/GGo ……(2) rn=BUn/BUo ……(3) とする。gnは測定で得られるグロスガンマ線信号の分布
を、rnはここで求めようとする燃焼度分布をそれぞれ表
している。但し、基準点の燃焼度BUoは分かっているも
のとする。
(1)式〜(3)式の関係にgn≒rnすなわちBUn/BUo
≒gnという近似を用いると次の式が導かれる。
関数K(BU,Tc)は“ORIGEN"等の計算コードを使用し
て得られる結果から、簡単に使用できる関数形にして利
用することができる。(4)式で右辺の分数で表された
因子がグロスガンマ線信号値の分布gnを燃焼度分布rnに
補正するための補正係数を表している。
関数K(BU,Tc)が把握されていれば、グロスガンマ
線測定値gnとBUoおよびTcを(4)式に代入することに
より燃焼度分布rnが求められる。
次に本実施例における測定の手順を第6図を用いて説
明する。この図において、グロスガンマ線は電離箱等で
測定されるが、電離箱はGe半導体検出器に比較して、極
めて小型・軽量で取り扱いやすい。また、測定する量が
電流値であり電流計によって瞬時に計測できるため、例
えばGe検出器のような放射線によるパルスを計数する時
間を要しない。電離箱を要いた測定によって得られるグ
ロスガンマ線信号値の分布を、予め計算で求められたグ
ロスガンマ線と燃焼度との比例関係の補正式で補正する
ことにより、正しい相対燃焼度分布が求められる。ここ
では、補正式を燃料から放出されるグロスガンマ線の量
の計算結果から、測定値の補正に利用しやすい関数形に
近似して使用する例を述べる。
第2図に示した関数K(BU,Tc)の燃焼度BUによる変
化の例では、冷却日数Tcをパラメータとしていくつかの
線が示されている。まず、各冷却日数ごとの線について
燃焼度の関数として最小二乗法により近似直線を導く。
これを、 K(BU,Tc)=La(Tc)・BU+Lb(Tc) ……(5) とする。各直線について得られる係数La(Tc)と定数Lb
(Tc)のTcによる変化を表した例を第7図に示す。ここ
では、貯蔵施設あるいは再処理施設における利用を考
え、冷却期間が1年以上の場合に適用可能であることを
目標とし、また実際の適用に際して、利用しやすいよう
に以下の関数形で最小二乗近似を行った。
Log(La)=Caa・Tc+Cab ……(6) Log(Lb)=Cba・Log(Tc)+Cbb ……(7) 直線Laについては、Tc>365日ではLog(La)がTcに対
し直線関係にあり、また曲線Log(La)がTcに対し直線
関係にあり、また曲線Lbについては、Log(Lb)とLog
(Tc)とが直線関係にあると仮定した。Caa,Cab,Cba,Cb
bを求めることにより次の関数が導かれる。
La(Tc)=EXP(Cab)・EXP(Caa・Tc) ……(8) Lb(Tc)=EXP(Cbb)・Tccba ……(9) これら(8)式,(9)式を(5)式に代入して次式
が得られる。
K(BU,Tc)=EXP(Cab)・EXP(Caa・Tc)・BU+EXP(Cbb)・Tccba ……(10) これを(4)式で示された補正式の中で容易に利用す
ることができる。
このように上記実施例によれば、照射燃料の貯蔵施設
あるいは再処理施設等において、燃料の燃焼度の相対分
布を測定する場合に、グロスガンマ線測定信号値の分布
に対し、予め計算で予測した燃焼度との比例関係のずれ
を補正して正確な燃焼度を求める照射燃料の相対燃焼度
分布測定方法を用いることにより、簡単なガンマ線測定
装置で迅速かつ正確な燃焼度の相対分布を測定すること
ができる。この測定で得られる燃焼度相対分布は、どこ
かある一点で絶対値に規格化することで燃料全体にわた
る正確な燃焼度絶対値分布として評価することができ、
貯蔵あるいは再処理に係る燃料の管理に有用なデータと
することができる。
〔発明の効果〕
本発明は、原子炉で中性子が照射された燃料の側面に
ガンマ線検出器を多数配置し、これらのガンマ線検出器
による検出信号の分布を求めて演算する一方、燃料の燃
焼度と冷却期間とから予め評価しておいた燃焼度とガン
マ線信号の比例関係からのずれを補正することにより、
燃料の相対燃焼度分布を測定するから、原子炉で照射さ
れた燃料の燃焼度の相対分布を迅速かつ正確に測定する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例において軽水炉燃料集合体の
軸方向燃焼度分布およびその燃料集合体を3年程度冷却
した後のグロスガンマ線放出量の分布を示す特性図、第
2図は上記実施例におけるグロスガンマ線放出量と燃焼
度との関係を示す特性図、第3図は上記実施例における
グロスガンマ線放出量と燃焼度との比と燃焼度との関係
を示す特性図、第4図は上記実施例におけるガンマ線放
出率と燃焼度との関係を示す特性図、第5図は上記実施
例におけるグロスガンマ線の中の134Cs等の寄与率と冷
却期間との関係を示す特性図、第6図は上記実施例の測
定の手順を示す図、第7図は第4図に示す関数の近似直
線についての関数における計数と冷却日数との関係を示
す特性図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子炉で中性子が照射された燃料の側面に
    ガンマ線検出器を多数配置し、これらのガンマ線検出器
    による検出信号の分布を求めて演算する一方、燃料の燃
    焼度と冷却期間とから予め評価しておいた燃焼度とガン
    マ線信号の比例関係からのずれを補正することにより、
    燃料の相対燃焼度分布を測定することを特徴とする照射
    燃料の相対燃焼度分布測定方法。
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