JP3004673B2 - 原子炉ドライウェル内の監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は原子炉ドライウェル内を遠隔地から光学的
に監視する原子炉ドライウェル内の監視装置に係り、特
にドライウェル内の構造物や配管系統などの監視を定常
的に行なうことができる原子炉ドライウェル内の監視装
置に関する。

（従来の技術） 軽水炉としての沸騰水型原子炉は第６図に示すように
構成され、原子炉格納容器１内に原子炉圧力容器（以
下、RPVという。）２が格納される。このRPV2はRPV支持
ペデスタル３上に支持される。

一方、原子炉格納容器１内はドライウェル４として画
成されており、このドライウェル４内に主蒸気系５や原
子炉給水系６、原子炉再循環系７の各機器配管が配設さ
れるとともにドライウェル４内を空調する換気空調系
（図示を省略）が設けられる。また、原子炉の周りには
原子炉補助系や原子炉の安全性を確保する原子炉非常系
（共に図示せず）がそれぞれ設けられる。

これらの主蒸気系５や原子炉給水系６、原子炉再循環
系７や換気空調系、さらには原子炉非常系や原子炉圧力
容器２および熱遮蔽壁等の原子炉格納容器１内部構造物
は、原子炉ドライウェル４内の監視対象箇所に挙げられ
ている。これらの監視対象箇所は主として原子炉の定期
検査時に作業員がドライウェル４内に入り、目視により
監視している。

原子炉は、一定期間（例えば１年）毎に所定期間（例
えば３ヶ月程度）原子炉の運転を停止させて定期検査が
行なわれる。この定期検査時には、ドライウェルカバー
８やスロットプラグ９が撤去され、さらに、原子炉格納
容器１の上蓋1aや原子炉圧力容器２の上蓋2aが天井クレ
ーン10により取り外されて炉心部に装架された燃料が交
換されるとともに、制御棒駆動機構11の分解・点検作業
が行なわれる。

また、原子炉の定期検査時には、主蒸気ラインの水抜
きをして主蒸気隔離弁12の漏洩試験や分解点作業を行な
ったり、主蒸気逃がし安全弁（図示せず）の分解・点検
作業を行なっている。また、原子炉再循環系７の再循環
ポンプ7aの点検作業も行なって、原子炉ドライウェル４
内の監視対象箇所を点検し、損傷状態や異常の有無を監
視している。

（発明が解決しようとする課題） 原子炉ドライウェル４内は主蒸気系５や原子炉給水系
６、原子炉再循環系７、原子炉非常系等の各構成機器や
配管が多数設けられる一方、放射線の影響を受ける環境
下にあり、作業環境が悪いため、ドライウェル４内に作
業員がアクセスして監視するのが容易でなく、困難であ
った。

特に、原子炉運転中、ドライウェル４内は高温・高放
射線の環境下にある。このような環境下にある原子炉ド
ライウェル４内の監視対象箇所を、原子炉運転時に定常
的に遠隔監視する方法は確立されておらず、そのための
遠隔監視装置も開発されていない。

ところで、原子炉運転時に原子炉ドライウェル内を監
視するためには、高温・高放射線下の環境にあることを
考慮すると、耐熱性や耐放射線性に優れ、放射線ノイズ
にも耐え得る装置でなくてはならない。このノイズ対策
を考慮すると、電気的に信号処理する監視装置は、原子
炉ドライウェル４内の監視装置として不適当であり、用
いることができない。

この点から、高温・高放射線の環境下にある原子炉ド
ライウェル内を定常的に遠隔地から監視できる装置を如
何に構成したら開発できるか問題になっていた。

この発明は上述した事情を考慮してなされたもので、
作業環境の悪い原子炉ドライウェル内を原子炉運転時に
も遠隔地から光学的にかつ定常的に効率よく、監視する
ことができる原子炉ドライウェル内の監視装置を提供す
ることを目的とする。

この発明の他の目的は、放射線ノイズ等のノイズ対策
を不要にし、耐熱性や耐放射線性に優れた原子炉ドライ
ウェル内の監視装置を提供するにある。

この発明の別の目的は、原子炉ドライウェル内の障害
箇所を遠隔地からの監視で同定できる簡単な構造の原子
炉ドライウェル内の監視装置を提供するにある。

〔発明の効果〕

（課題を解決するための手段） この発明に係る原子炉ドライウェル内の監視装置は、
上述した課題を解決するために、レーザビームを出力さ
せる複数の発振部をドライウェル内に備えたレーザ装置
と、上記各発振部から出力されるレーザビームをドライ
ウェル内で光学的にそれぞれ走査し、被測定部に照射さ
せる複数系統の走査光学系と、被測定部に照射されたレ
ーザビームの反射光を受光する受光検出系と、この受光
検出系で検出された信号から被測定部の欠損や漏洩等の
異常を検知する前記ドライウェル外装置の遠隔監視手段
とを有するものである。

また、上述した課題を解決するために、この発明の原
子炉ドライウェル内の監視装置においては、レーザ装置
はレーザビームを出力させる複数の発振部を原子炉格納
容器の頂部にそれぞれ設ける一方、走査光学系は発振部
に対応して複数系統有し、上記各系統は発振部からのレ
ーザビームをスキャニングする回転自在な一次ミラー
と、この一次ミラーでスキャニングされたレーザビーム
を被測定部に照射する回転かつ移動自在な二次ミラーと
を組み合せて構成したものである。

さらに、この発明は、上述した課題を解決するため
に、受光検出系はレーザ装置の発振部に設けられた受光
検出部を有し、この受光検出部に被測定部に照射された
レーザビームの反射光が走査光学系を経て入力されるよ
うに形成した原子炉ドライウェル内の監視装置を提供す
るにある。

（作用） この原子炉ドライウェル内の監視装置は、レーザ装置
から出力されるレーザビームを走査光学系により原子炉
ドライウェル内を走査して被測定部に照射し、その反射
光を受光検出系で検出して遠隔監視手段により被測定部
の欠損や漏洩等の異常を光学的に検出するようにしたか
ら、作業環境の悪い原子炉ドライウェル内の監視対象箇
所を原子炉運転時にも遠隔地から定常的に効率よく監視
することができる。

この監視装置は原子炉ドライウェル内のレーザビーム
をスキャニングする走査光学系を設ければよく、この走
査光学系は、レーザビームを光学的に走査するものであ
るので、放射線ノイズ等のノイズの影響を受けず、耐熱
性や耐放射線性に優れたものとなる。

また、この監視装置は、原子炉ドライウェル内でレー
ザビームを走査する走査光学系を複数系統設けたので、
原子炉ドライウェル内で監視対象箇所である被測定部の
同定を行なうことができるとともに、走査光学系は一次
ミラーと二次ミラーとを組み合せたものであり、受光検
出系は、上記走査光学系を利用して反射系を検出するよ
うにしたもので、構造も簡単であり、原子炉ドライウェ
ル内の監視対象箇所を遠隔地から効率よく検出すること
ができる。

（実施例） 以下、この発明の原子炉ドライウェル内の監視装置の
一実施例について添付図面を参照して説明する。

第１図はこの発明に係る原子炉ドライウェル内の監視
装置の一例を示すものであり、第２図はこの発明を軽水
炉としての沸騰水型原子炉に適用した例を示す。

沸騰水型原子炉は、第２図に示すように、原子炉建屋
20内に原子炉格納容器21が格納されており、この原子炉
格納容器21内に原子炉圧力容器（RPV）22が収納され
る。RPV22はRPV支持ペデスタル23上に支持されており、
このRPV22の下方にサプレッションチャンバ24が形成さ
れる。

一方、原子炉圧力容器22内には核燃料を配列した炉心
25が形成され、この炉心25で発生した熱は原子炉冷却材
に伝えられる。この冷却材は炉心25を通るとき熱を受け
て沸騰した後、気水分離器26および蒸気乾燥器27で水と
蒸気とに分離される。このうち分離された蒸気は、主蒸
気系28を介して図示しないタービン系に導かれ、蒸気タ
ービンを駆動させる。タービン系で仕事をした蒸気は凝
縮されて復水となった後、原子炉復水・給水系29を経て
RPV22内に供給される。

また、原子炉格納容器21内の空間は原子炉ドライウェ
ル30として画成されており、このドライウェル30内に主
蒸気系28や原子炉給水系29の機器や配管が配設されると
ともに、原子炉再循環系31の配管機器や原子炉補助系32
や原子炉非常系33の機器の配管の一部が設けられる。

原子炉再循環系31は原子炉圧力容器22内の冷却材を炉
心25に再び循環させるものである。原子炉補助系32は原
子炉の周りに設置され、原子炉運転中に使用する原子炉
冷却材浄化系35、原子炉停止時冷却系36や原子炉補機冷
却系等があり、また、原子炉非常系33は配管破断等の重
大事故やその他の異常事態に際して原子炉の安全性を確
保するもので、原子炉格納容器冷却系37、低圧注入系
（原子炉残留熱除去系）38、高圧炉心スプレイ系39、低
圧炉心スプレイ系40、逃し安全弁41を有する自動減圧系
42およびほう酸水注入系43等がある。

ところで、原子炉ドライウェル内の監視装置45は第１
図に示すように構成され、パルスレーザなどのレーザビ
ームを出力させるレーザ装置46と、このレーザ装置46か
ら出力されたレーザビームを原子炉ドライウェル30内で
走査し、監視対象箇所である被測定部47に照射する走査
光学系48と、被測定部47からの反射光を受光する受光検
出系49と、受光検出系49で検出された信号から被測定部
47の欠損や漏洩等の異常を遠隔地で検出し、監視する遠
隔監視手段50とを有する。

レーザ装置46は原子炉格納容器21の頂部（上蓋21a）
に設けられた複数個例えば２個の発振部46a,46bを有す
る。この発振部46a,46bはレーザ装置そのものであって
もよく、また、鎖線で示すようにレーザ装置46から出力
され、ハーフミラー51および角度ミラー52を経て入力さ
れるレーザビームの発振部であってもよい。前者の場
合、レーザ装置46は原子炉格納容器21の上蓋21aに設け
られ、後者の場合には、レーザ装置46は原子炉格納容器
21の外側に配置される。

走査光学系48はレーザ装置46の発振部46a,46bに対応
してそれぞれ複数系統53,54設けられ、各走査光学系53,
54は発振部の直下に設けられ、回転可能な一次ミラー56
a,56bと、この一次ミラー56a,56bから離間して設けら
れ、回転かつ移動自在に設けられた二次ミラー57a,57b
とを組み合せたものである。一次ミラー56a,56bは公知
の回転制御装置により回転可能に制御され、その回転位
置は回転制御装置の作動制御により回転角度が調節され
る。また、二次ミラー57a,57bも公知の移動機構に支持
された回転制御装置により回転かつ移動自在に支持され
る。走査光学系53,54は一次ミラー56a,56bと二次ミラー
57a,57bをそれぞれ作動制御することにより、レーザ装
置46から出力されたレーザビームを原子炉ドライウェル
30内で縦横に走査し、監視対象箇所である被測定部に照
射することができる。

また、レーザビームを被測定部47に照射することによ
り、被測定部47から反射したレーザビームは走査光学系
48を経て発振部46a,46bに備えられた受光検出系49の受
光部に入力される。受光部に入力された信号は光ファイ
バケーブル59等を経て原子炉格納容器21の外側に設けら
れた遠隔監視手段50に入力され、この遠隔監視手段50に
よって通常時の測定データと比較することにより、原子
炉ドライウェル30内を遠隔監視できるようになってい
る。この遠隔監視手段50により、被測定部47の欠損や漏
洩等の異常を原子炉運転時にも定常的に監視することが
できる。

その際、発振部46a,46bや受光部の各配置、および走
査光学系53,54の一次ミラー56a,56bと二次ミラー57a,57
bの作動を適宜組み合せたことにより、２つの検出系統
の死角が最小限となるように設定される。

ところで、原子炉ドライウェル30内の監視対象箇所に
は、 （１）原子炉圧力容器（RPV）22、 （２）原子炉再循環系31の機器配管、 （３）原子炉主蒸気系28や原子炉給水系29、原子炉補助
系32、原子炉非常系33等の原子炉圧力バウンダリーに属
する設備 （４）逃がし安全弁等の自動減圧系42の機器、配管、 （５）RPV支持ペデスタル23、 （６）熱遮蔽壁等の原子炉格納容器内部構造物、 （７）換気空調設備、 （８）その他、 がある。

これらの監視対象箇所のうち、原子炉再循環系31、原
子炉非常系33、原子炉給水系29や補給水系、換気空調系
および原子炉格納設備は、監視が以下の理由で特に強く
求められている。

原子炉再循環系31は、原子炉定期検査の合理化、作業
員の被曝低減化、機器の運転性向上を図るため、原子炉
ドライウェル30内を原子炉運転時に監視できるようにす
ることが望ましい。

また、原子炉非常系33の炉心スプレイ系39,40や高圧
注水系は原子炉運転や保守点検作業の簡略化、水張ベン
ト作業の簡略化を図るために、監視が必要であり、この
監視により定期検査の合理化を進め、機器の生産コスト
の低減、廃棄物発生量の低減を図ることができる。

さらに、換気空調系は原子炉ドライウェル30内に配置
される機器の信頼性を向上させるために監視が必要であ
る。原子炉格納施設は作業環境を改善するために監視が
必要であり、また監視を強化することにより、機器の信
頼性を向上させ長寿命化を図ることができる。

次に、原子炉ドライウェル30内の監視装置45Aの他の
実施例を第３図を参照して説明する。

この監視装置45Aは原子炉格納容器21の外側にレーザ
装置46および遠隔監視手段50を設けたものである。レー
ザ装置46から出力されたレーザビームは光ファイバケー
ブル60により原子炉格納容器21のケーブルペネトレショ
ン部62を経て発振部としてのファイバプローブ63a,63b,
63cに案内され、これらのファイバプローブ63,63b,63c
から原子炉ドライウェル30内に設けられた配管64等の被
測定部65に照射される。

各ファイバプローブ63a,63b,63cはプローブ支持盤66
に設けられる。このプローブ支持盤66は遠隔制御される
図示しない駆動手段によりタイミングをおいて角度変化
動作を行ない、走査光学系として機能する。プローブ支
持盤66に角度変化動作を与えることにより、各ファイバ
プローブ63s,63b,63cから発振されるレーザビームはス
キャニングされ、被測定部65に照射される。

被測定部65を照射することにより反射したレーザビー
ムは、ファイバプローブ63a,63b,63cの受光部にそれぞ
れ入力され、光ファイバケーブル60を経て遠隔監視手段
50の光検出器67a,67b,67cに入力される。この場合、フ
ァイバプローブ63a,63b,63cはレーザ装置46の発振部と
受光検出系49の受光部の両機能を備えている。

遠隔監視手段50Aの光検出器67a,67b,67cに入力された
光信号は電気信号に変換され、増幅器68a,68b,68cおよ
び周波数追跡器69a,69b,69cをそれぞれ経てCPUやマイク
ロコンピュータ等の制御部70に入力される。制御部70で
は、物体の三次元振動速度や最大振動方向速度等の種々
の演算処理が行なわれ、これらの演算処理結果と原子炉
ドライウェル30内の構造から、被測定部65を同定し、こ
の部分の三次元振動情報を計測し、この計測結果から被
測定部65の欠損や漏洩等の異常を検出することができ
る。

この振動計測は、被測定部位を直接計測し、監視する
ことは不可能であるが、被測定部65の異常振動発生方向
と振動速度をレーザ計測で検知し、この計測結果と原子
炉ドライウェル30内の構造（構成）から異常振動発生箇
所を特定することができる。

第４図および第５図は、原子炉ドライウェル内監視装
置の他の変形例を示すものである。

これらの変形例に示された監視装置70A,70bは、原子
炉ドライウェル内の雰囲気成分を分光分析により遠隔地
から計測し、監視できるようにしたものである。

このうち、第４図に示される監視装置70Aはレーザ装
置46を複数台用意し、各レーザ装置46から出力されるレ
ーザビームを光ファイバケーブル71a,71b,71cを介して
原子炉ドライウェル30内に案内し、この原子炉ドライウ
ェル30内で複数本のレーザビームパスを形成したもので
ある。各光ファイバケーブル71a,71b,71cから案内され
るレーザビームは同様な光ファイバケーブル72a,72b,72
cを経て受光検出系としての光吸収計測用ディテクタ73
a,73b,73cで検出するとともに、レーザ装置46に備えら
れるラマン計測用ディテクタでも検出される。これらの
検出により、原子炉ドライウェル30内を走査されるレー
ザビームの光路長中における平均濃度、平均温度を計測
し、拡散方程式により雰囲気成分の濃度分布を求める。

しかし、原子炉ドライウェル30内には複雑に配置され
た配管や構造物からのノイズ光（反射光）のためにレー
ザビームを第４図に示すように走査して計測すること
は、一般的には困難性を伴うので、実用化のためには、
第５図に示すように測定することが効率的である。

第５図に示された監視装置70Bは、レーザ装置46,46か
ら出力されたレーザビームを光ファイバケーブル74a,74
bを介して原子炉ドライウェル30内に案内し、この光フ
ァイバケーブル74a,74bからのレーザビームを拡散、照
射させて、ノイズ光による影響を少なくし、反射光ノイ
ズ対策を施す。このレーザビームを原子炉ドライウェル
30内でスキャンさせてドライウェル空間を網羅した測定
を行なう、レーザビームをスキャンし、ある光路で異常
検出されたとき、別のレーザビームがその光路に沿って
移動し、移動発生部位を特定する。

このように、原子炉ドライウェル30内の作業環境や遠
隔測定の要求や放射線ノイズ等のノイズ対策を考慮する
と、レーザビームを監視に利用する光学的な監視手法は
適したものとなる。

〔発明の効果〕

以上の述べたように、この発明に係る原子炉ドライウ
ェル内の監視装置においては、ドライウェル内の各発振
部から出力されたレーザビームを原子炉ドライウェル内
で複数系統の走査光系によりそれぞれ光学的に走査して
被測定部に照射し、その反射光を受光検出系で検出して
ドライウェル外設置の遠隔監視手段により光学的に検知
し、監視するようにしたから、原子炉ドライウェル内の
監視対象箇所を複数系統の走査光学系により遠隔地から
同定することが容易となり、作業環境の悪い原子炉ドラ
イウェル内の監視対象箇所を原子炉運転時にも遠隔地か
ら定常的かつ自動的に効率よく監視することができる。

また、この監視装置は、原子炉ドライウェル内にレー
ザビームを光学的にスキャニングする走査光学系を複数
系統設ければよく、複数系統の走査光学系により光学的
に処理されるので、放射線ノイズ等のノイズの悪影響を
受けることがなく、原子炉ドライウェル内を効率よく、
正確に監視することができ、しかも、耐熱性や耐放射線
性に優れたものとなる。

さらに、原子炉ドライウェル内に設けられた複数系統
の走査光学系は一次ミラーと二次ミラーとを組み合せた
もので、受光検出系は走査光学系を利用して反射光を受
光させたから、構造が簡単であり、原子炉ドライウェル
内の監視対象箇所を遠隔地から安全に効率よく監視する
ことができる。

さらにまた、この発明の原子炉ドライウェル内の監視
装置でドライウェル内を光学的に遠隔から監視すること
ができるので、原子炉プラントの信頼性を維持すること
ができ、さらに、原子炉点検時の巡視項目を減らして合
理化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る原子炉ドライウェル内の監視装
置の一実施例を示す破断断面図、第２図はこの発明を適
用した沸騰水型原子炉を示す図、第３図はこの発明に係
る原子炉ドライウェル内の監視装置の他の実施例を示す
図、第４図および第５図は原子炉ドライウェル内の監視
装置の各変形例を原理的にそれぞれ示す図、第６図は沸
騰水型原子炉の一般的な断面構造を示す図である。 20……原子炉建屋、21……原子炉格納容器、22……原子
炉圧力容器、23……RPV支持ペデスタル、25……炉心、2
8……主蒸気系、29……原子炉（復水）給水系、30……
原子炉ドライウェル、31……原子炉再循環系、32……原
子炉補助系、33……原子炉非常系、39,40……炉心スプ
レイ系、42……自動減圧系、45,45A,70A,70B……監視装
置、46……レーザ装置、46a,46b……発振部、47,65……
被測定部、48,53,54……走査光学系、49……受光検出
系、50,50A……遠隔監視手段、56a,56b……一次ミラ
ー、57a,57b……二次ミラー、60……光ファイバケーブ
ル、63a〜63c……ファイバプローブ（発振部、受光
部）、66……プローブ支持盤（走査光学系）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保川 俊彦 神奈川県鎌倉市梶原４―７―１ 株式会 社野村総合研究所内 (72)発明者 高木 栄 神奈川県鎌倉市梶原４―７―１ 株式会 社野村総合研究所内 (72)発明者 横澤 誠 神奈川県鎌倉市梶原４―７―１ 株式会 社野村総合研究所内 (56)参考文献 特開 平１−152414（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 17/00 ＪＯＩＳ（ＪＩＣＳＴ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザビームを出力させる複数の発振部を
   ドライウェル内に備えたレーザ装置と、上記各発振部か
   ら出力されるレーザビームをドライウェル内で光学的に
   それぞれ走査し、被測定部に照射させる複数系統の走査
   光学系と、被測定部に照射されたレーザビームの反射光
   を受光する受光検出系と、この受光検出系で検出された
   信号から被測定部の欠損や漏洩等の異常を検知する前記
   ドライウェル外設置の遠隔監視手段とを有することを特
   徴とする原子炉ドライウェル内の監視装置。
2. 【請求項２】レーザ装置はレーザビームを出力させる複
   数の発振部を原子炉格納容器の頂部にそれぞれ設ける一
   方、走査光学系は発振部に対応して複数系統有し、上記
   各系統は発振部からのレーザビームをスキャニングする
   回転自在な一次ミラーと、この一次ミラーでスキャニン
   グされたレーザビームを被測定部に照射する回転かつ移
   動自在な二次ミラーとを組み合せて構成した請求項１記
   載の原子炉ドライウェル内の監視装置。
3. 【請求項３】受光検出系はレーザ装置の発振部に設けら
   れた受光検出部を有し、この受光検出部に被測定部に照
   射されたレーザビームの反射光が走査光学系を経て入力
   されるように形成した請求項１記載の原子炉ドライウェ
   ルの監視装置。