JP3345275B2 - Method and system for loading fissile material into storage container - Google Patents

Method and system for loading fissile material into storage container

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JP3345275B2
JP3345275B2 JP18304496A JP18304496A JP3345275B2 JP 3345275 B2 JP3345275 B2 JP 3345275B2 JP 18304496 A JP18304496 A JP 18304496A JP 18304496 A JP18304496 A JP 18304496A JP 3345275 B2 JP3345275 B2 JP 3345275B2
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neutron
loading
fissile material
subcriticality
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、核分裂性の核種を
含む物質を容器へ収納する過程及び容器内が十分な未臨
界状態に保たれていることを保障する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for storing a substance containing a fissile nuclide in a container and a technique for ensuring that the inside of the container is maintained in a sufficiently subcritical state.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、提案されている未臨界度の評価方
法としては、「パルス中性子法」や「自発中性子増倍
法」などが挙げられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, methods of evaluating subcriticality include a "pulse neutron method" and a "spontaneous neutron multiplication method".

【0003】「パルス中性子法」は、外部中性子源から
測定対象(例えば、未臨界状態にある原子炉)にパルス
状の高速中性子を打ち込み、中性子を打ち込まれてから
元の状態に戻るまでの測定対象内の熱中性子密度の時間
変化が未臨界度によって異なることを利用して測定する
ものである(安 成弘著「原子炉の理論と設計」東大出
版会 pp.154〜156)。
[0003] In the "pulse neutron method", pulsed high-speed neutrons are injected from an external neutron source into an object to be measured (for example, a nuclear reactor in a subcritical state), and measurement is performed after the neutrons are injected until the state returns to the original state. The measurement is based on the fact that the temporal change of the thermal neutron density in the target varies depending on the subcriticality (Narihiro Yasu, "Reactor Theory and Design", The University of Tokyo Press, pp.154-156).

【0004】「自発中性子増倍法」(特開平1−169398
号公報)は、使用済燃料の貯蔵を対象として、装荷する
使用済燃料集合体1体毎の軸方向の燃焼度分布,依存群
定数,自発中性子源分布を測定または評価しておき、こ
れを基に容器内に1体燃料が装荷されていく度の中性子
束を3次元固定源計算で求めると共に、収納容器内に設
置した中性子検出器で実測し、両者(計算値と実測値)
の比が一定となるように核定数(例えば高速中性子によ
る核分裂発生率)を変更しながら計算を行って、Keff
を評価するものである。
"Spontaneous neutron multiplication method" (JP-A-1-169398)
Publication) measures or evaluates the axial burnup distribution, dependent group constant, and spontaneous neutron source distribution for each loaded spent fuel assembly for storage of spent fuel, and The neutron flux is calculated by a three-dimensional fixed source calculation each time a single body fuel is loaded into the container based on the neutron detector, and measured by a neutron detector installed in the storage container. Both (calculated value and measured value)
Is calculated while changing the nuclear constant (for example, the rate of fission generation by fast neutrons) so that the ratio of
Is evaluated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

(パルス中性法に対して)通常、核分裂性物質を収納す
る容器は、貯蔵対象となる核分裂性物質で容器内に満た
した場合でも十分に深い未臨界度が保たれるよう設計さ
れている。深い未臨界度の状態では、実効遅発中性子割
合βや即発中性子寿命lがKeff に対して変化するよう
になるので、未臨界度の正確な評価が非常に困難とな
る。また、使用済み燃料は自らも中性子を放出すること
から、パルス中性子源には強力なものを使用する必要が
ある。
Normally, the container containing fissile material (as compared to the pulse neutral method) is designed to have a sufficiently deep subcriticality even when the container is filled with the fissile material to be stored. . In a state of deep subcriticality, since the effective delayed neutron ratio β and the prompt neutron lifetime 1 change with respect to Keff, it is very difficult to accurately evaluate the subcriticality. In addition, since spent fuel itself emits neutrons, it is necessary to use a strong pulsed neutron source.

【0006】(自発中性子増倍法に対して)燃料集合体
は、置かれていた炉心内での位置や運転条件によって、
さまざまな燃焼度分布を持つ。このため未臨界度を計算
により正確に評価するには、個々の使用済燃料集合体の
軸方向や周方向の燃焼度分布を精度良く測定した上で、
各装荷ステップ毎にKeff を計算する必要がある。
[0006] The fuel assembly (for spontaneous neutron multiplication) depends on its location in the core where it was placed and operating conditions.
It has various burnup distributions. For this reason, in order to accurately evaluate the subcriticality by calculation, the burnup distribution in the axial direction and circumferential direction of each spent fuel assembly is accurately measured, and then
It is necessary to calculate Keff for each loading step.

【0007】本発明の目的は、核分裂性物質を容器へ装
荷した際、容器内の未臨界度余裕を確保する方法を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a method for securing a subcriticality margin in a container when a fissile material is loaded into the container.

【0008】本発明の他の目的は、核分裂性物質の装荷
中に容器内が臨界を超過することを防止する方法を提供
することにある。
It is another object of the present invention to provide a method for preventing the inside of a container from exceeding the criticality during loading of fissile material.

【0009】本発明の他の目的は、上記2つの目的を達
成する核分裂性物質の装荷システムを提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a fissile material loading system which achieves the above two objects.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
請求項1の発明の特徴は、核分裂性物質を含有する物体
を収納する容器に濃度や組成が既知の核分裂性物質と、
中性子の計数率が測定可能な中性子検出器と、中性子源
とを同時に設置し、前記容器へ核分裂性物質を装荷して
いく過程での未臨界性を、中性子計数率及び中性子束の
いずれか一方の変化から確認した後、濃度や組成が既知
の前記核分裂性物質と中性子検出器と中性子源を除去す
ることにより、中性子増倍率が基準値以下となるように
容器内に一定以上の未臨界度余裕を持たせたことにあ
る。
A feature of the first aspect of the present invention that achieves the object of the present invention is that a container containing a substance containing a fissile substance has a known concentration and composition,
A neutron detector capable of measuring the neutron count rate and a neutron source are installed at the same time, and the subcriticality in the process of loading the vessel with fissile material is determined by the neutron count rate and the neutron flux.
After confirming from either one of the changes, by removing the fissile material, neutron detector and neutron source whose concentration and composition are known, the neutron multiplication factor is less than the reference value . located in the kite to have a certain level of subcriticality margin.

【0012】本発明の目的を達成する請求項2の発明の
特徴は、請求項1の発明において、容器への収納対象と
なる核分裂性物質を含有する物体には自発的に中性子を
放出する物質が含まれており、中性子源は別途設置され
ていないことにある。
A feature of the invention of claim 2 that achieves the object of the present invention is that, in the invention of claim 1, a substance containing a fissile substance to be stored in a container emits neutrons spontaneously. And the neutron source is not installed separately.

【0013】本発明の他の目的を達成する請求項3の発
明の特徴は、請求項1または請求項2において、濃度や
組成が既知の核分裂性物質による実効中性子増倍率への
寄与が、未臨界度の測定対象とする容器中が臨界(実効
中性子増倍率=1)となるときに、予め定められた未臨
余裕(1−実効中性子増倍率)より大きくなるよ
う、前記核分裂物質の濃度,組成,構造を定めたことに
ある。
Another feature of the third aspect of the present invention that achieves another object of the present invention is that, in the first or second aspect, the contribution of the fissile material of known concentration and composition to the effective neutron multiplication factor is not provided. when a container to be measured of the critical degree becomes critical (effective neutron multiplication factor = 1), the subcriticality margin predetermined (1-effective neutron multiplication factor) than larger as the concentration of the fissile material , Composition and structure.

【0014】本発明の他の目的を達成する請求項4の発
明の特徴は、請求項1または請求項2において、収納対
象となる核分裂性物質を含有する物体は原子炉の使用済
燃料集合体であり、前記燃料集合体は複数個が1つの収
納容器に装荷される場合、前記収納容器内で臨界(実効
中性子増倍率=1)となるような条件下で、濃度や組成
が既知の核分裂性物質による実効増倍率への寄与が、少
なくとも前記容器への装荷を許容される最小の燃焼度の
燃料が持つ実効中性子増倍率への寄与と、予め定められ
た未臨界余裕(1−実効中性子増倍率)との和より大
きくなるよう前記核分裂物質の濃度,組成または構造を
定めたことにある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel assembly according to the first or second aspect, wherein the object containing fissile material to be stored is a spent fuel assembly of a nuclear reactor. In the case where a plurality of the fuel assemblies are loaded in one storage container, fission with a known concentration and composition is performed under conditions such that the storage container becomes critical (effective neutron multiplication factor = 1). contribution to the effective multiplication factor by sex material, the contribution to the effective neutron multiplication factor with the minimum burnup of fuel is allowed to loading to at least said container, subcriticality margin (1-effective predetermined Neutron multiplication factor), the concentration, composition or structure of the fission material is determined.

【0015】本発明の他の目的を達成する請求項5の発
明の特徴は、濃度や組成,分布が既知の核分裂性物質
と、中性子の計数率が測定可能な中性子検出器,前記中
性子検出器での中性子計数率を記録する手段,前記の記
録された中性子計数率と装荷過程で測定された容器内の
中性子束との比が制限値を満たすか否かから未臨界を確
認する手段からなり、濃度や組成,分布が既知の核分裂
性物質と中性子の計数率が測定可能な中性子検出器は、
核分裂性核種を含む物質を収納する容器内に設置され、
前記の濃度や組成,分布が既知の核分裂性物質と中性子
の計数率が測定可能な中性子検出器は、装荷対象となる
核分裂性核種を含む物質がすべて装荷された場合に容器
内の未臨界度マージンが確保されることが前記の未臨界
を確認する手段によって確認された時に、容器から取り
外されることにある。
According to another aspect of the present invention, there is provided a neutron detector capable of measuring a fissile material having a known concentration, composition and distribution, a neutron counting rate, and the neutron detector. Means for recording the neutron count rate in the vessel, and means for confirming subcriticality based on whether or not the ratio between the recorded neutron count rate and the neutron flux in the container measured during the loading process satisfies the limit value. A neutron detector that can measure the fissile material whose concentration, composition, distribution is known, and the neutron counting rate,
Installed in a container containing a substance containing fissile nuclides,
The neutron detector that can measure the counting rate of fissile materials and neutrons with known concentrations, compositions, and distributions has a subcriticality in a container when all materials containing fissile nuclides to be loaded are loaded. When the margin is confirmed by the means for confirming subcriticality, the margin is removed from the container.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】本発明の他の目的を達成する請求項の発
明の特徴は、請求項5において、収納対象となる核物質
の容器への装荷に伴う中性子計数率の時間変化が予め定
めた上限値を越えた場合、容器内に中性子吸収材が自動
挿入されることにある。
According to a sixth aspect of the present invention which achieves another object of the present invention, the time change of the neutron counting rate due to the loading of the nuclear material to be stored into the container is a predetermined upper limit. If the value is exceeded, the neutron absorber may be automatically inserted into the container.

【0019】本発明の他の目的を達成する請求項の発
明の特徴は、請求項5において、装荷対象となる核分裂
性物質の装荷は、装荷機を用い装荷機の制御装置を操作
することにより行われ、未臨界を確認する手段によって
臨界を越える可能性があると判断された段階で、装荷中
の核分裂性物質の装荷を停止するか、あるいは取り出す
ような制御信号が未臨界を確認する手段から装荷機へ送
られることにある。
[0019] Features of the invention of claim 7 to achieve the another object of the present invention, in claim 5, loading of the fissile material to be loaded subject to operate the control device for loading machine with loading machine is performed by, at the stage where it is determined that there is a possibility to exceed the critical by means for confirming subcritical, or to stop the loading of the fissile material in the loading, or control signals as taken to confirm subcritical It is to be sent to the unit or RaSo load machine.

【0020】[0020]

【0021】本発明の他の目的を達成する請求項の発
明の特徴は、請求項において、濃度や組成,分布が既
知の核分裂性物質が複数に分割可能であり、分割された
部分毎に独立に取り出し可能としたことにある。
[0021] Features of the invention of claim 8 to achieve the another object of the present invention, in claim 5, the concentration and composition distribution are divisible known fissile material into a plurality of divided each part That it can be taken out independently.

【0022】未臨界状態での中性子束の大きさは、中性
子源の強度に強く影響される。このため、自発核分裂な
どで自発中性子を発生する核種をほとんど含まない核分
裂性物質では、使用済燃料と異なり中性子源となるもの
が存在しないため、Keff が大きくなり臨界に近づいて
も中性子計数率の変化は非常に小さくなる。従って、自
発中性子放出核種を含まないか、少量しか含まない核分
裂性物質での未臨界度余裕の確保のためには中性子源が
必要となる。このとき、中性子源の強度が既知である必
要はないが、同時に装荷されている中性子検出器で検出
可能な強度は最低限必要である。
The size of the neutron flux in the subcritical state is strongly affected by the intensity of the neutron source. For this reason, fissile materials that contain few nuclides that generate spontaneous neutrons due to spontaneous fission, etc., have no neutron source unlike spent fuel. The change is very small. Therefore, a neutron source is required to ensure a subcriticality margin with fissile materials that do not contain or contain only a small amount of spontaneous neutron emitting nuclides. At this time, the intensity of the neutron source does not need to be known, but the intensity that can be detected by the neutron detector loaded at the same time is a minimum.

【0023】濃度や組成や分布などが既知の核分裂性物
質を中性子検出器と共に測定対象となる核物質収納容器
に装荷することで、系内の中性子増倍率(Keff )をか
さ上げする。図2に示すように、一般に核分裂性物質が
容器内に装荷されていくにつれて容器内のKeff は大き
くなり、臨界状態に近づいていく。従って、前記核物質
収納容器内のKeff をかさ上げしてある状態で収納対象
となる核分裂性物質を装荷し、未臨界であることが確認
されれば、前記の濃度や組成や分布などが既知の核分裂
性物質を除去することにより、少なくとも前記核分裂性
物質によるKeff のかさ上げ分だけ前記収納容器内の未
臨界度余裕を確保することができる。
A neutron multiplication factor (Keff) in the system is increased by loading a fissile material having a known concentration, composition, distribution, etc. together with a neutron detector into a nuclear material storage container to be measured. As shown in FIG. 2, generally, as fissile material is loaded into a container, Keff in the container increases and approaches a critical state. Therefore, when the fissile material to be stored is loaded in a state where Keff in the nuclear material storage container is raised and the subcriticality is confirmed, the concentration, composition, distribution, etc., are known. By removing the fissile material, the subcriticality margin in the storage container can be secured at least by the increase of Keff by the fissile material.

【0024】また、濃度や組成などが既知の核分裂性物
質によるKeff のかさ上げの大きさは、容器内が臨界に
近づくにつれて小さくなる。そこで、Keff をかさ上げ
をした状態で容器内が臨界となるとき、かさ上げの大き
さが、必要とされる未臨界度余裕(1−Keff )以上と
なるよう前記の核分裂性物質の濃度や組成を設定すれ
ば、かさ上げ状態での未臨界を確認するだけで(未臨界
度の深さに関わりなく)少なくとも必要な未臨界度余裕
を得ることができる。
Further, the magnitude of the increase of Keff by a fissile material whose concentration, composition, etc. are known becomes smaller as the inside of the container approaches the criticality. Therefore, when the inside of the vessel becomes critical while Keff is raised, the concentration of the fissile material and the concentration of the fissile material are adjusted so that the magnitude of the raising becomes equal to or more than the required subcriticality margin (1-Keff). By setting the composition, it is possible to obtain at least a necessary margin of subcriticality simply by checking subcriticality in a raised state (regardless of the depth of subcriticality).

【0025】尚、請求項3に記載した発明のように、容
器への核分裂性物質の装荷が終了し、容器内が未臨界で
あることが確認されて、前記の濃度や組成,分布が既知
の核分裂性物質が測定体系から除去された後、さらに新
たな核分裂性物質が装荷される場合は、前記の濃度や組
成,分布が既知の核分裂性物質として、未臨界度余裕を
担保するためのKeff のかさ上げに加えて、新たに装荷
される核分裂性物質によるKeff のかさ上げに必要な核
分裂性物質濃度,組成,分布を持たせる必要がある。
As described in the third aspect of the present invention, the loading of the fissile material into the container is completed, and it is confirmed that the inside of the container is subcritical, and the concentration, composition, and distribution are known. If a new fissile material is loaded after the fissile material is removed from the measurement system, the fissile material whose concentration, composition, and distribution are known is used to secure a subcriticality margin. In addition to raising Keff, it is necessary to have the fissile material concentration, composition, and distribution necessary for raising Keff by newly loaded fissile material.

【0026】容器内部が未臨界のとき、容器内部の中性
子束の大きさは時間の経過と共に平衡に達するが、臨界
を越えると時間と共に増大し続ける。従って、核分裂性
物質を装荷したときの中性子検出器の計数率の時間変化
をモニタリングし、中性子束の大きさが平衡に達するこ
とを確認すれば未臨界であることを容易に確認できる。
When the inside of the container is subcritical, the size of the neutron flux inside the container reaches an equilibrium with the passage of time, but continues to increase with time after the criticality is exceeded. Therefore, the subcriticality can be easily confirmed by monitoring the time change of the count rate of the neutron detector when the fissile material is loaded and confirming that the neutron flux reaches the equilibrium.

【0027】一方、容器への核分裂性物質の装荷に伴っ
て未臨界度が浅くなる(中性子増倍率が1に近づく)
と、図18に示したように僅かなKeff の変化に対して
中性子束が大きく変化するようになる。そこで、容器内
の臨界条件に対して十分な裕度を持って未臨界を確保し
たい場合は、 ・ステップ状装荷では、単位装荷ステップ当たりの中性
子計数率の増加量 ・連続装荷では、単位装荷時間当たりの中性子計数率の
増加量 に上限値を設定しておき、装荷過程で上限値を超えた時
点で装荷停止、さらには装荷中の核物質の引き抜きをす
ればよい。
On the other hand, the subcriticality becomes shallower as the fissile material is loaded into the container (the neutron multiplication factor approaches 1).
As a result, as shown in FIG. 18, the neutron flux greatly changes with a slight change in Keff. Therefore, if you want to ensure subcriticality with a sufficient margin for the critical conditions in the container: ・ In the case of step loading, the increase in the neutron count rate per unit loading step ・ In the case of continuous loading, the unit loading time An upper limit may be set for the increase in the neutron count rate per hit, and loading may be stopped when the upper limit is exceeded during the loading process, and the nuclear material being loaded may be withdrawn.

【0028】装荷対象となる核分裂性物質の濃度や組
成,分布がわかっていれば、容器にその核分裂性物質が
装荷されたときの容器内のKeff や中性子束分布は中性
子の輸送計算によってある程度評価できる。誤装荷によ
り本来装荷する予定の核分裂性物質とは濃度や組成,分
布の異なるものが装荷されると、容器内のKeff が計算
値とは異なったものになり、中性子束にも違いを生じ
る。Keff が小さい(未臨界度が深い)状態ではKeff
が多少変化しても中性子束の変化は小さく、装荷する核
分裂性物質の中に自発中性子発生核種の含まれている場
合には、自発中性子による中性子束の変化と区別がつか
ない可能性がある。しかし、Keff が大きい(0.95
程度)場合には僅かなKeff の変化(例えば0.02)
でも大きな中性子束の変化(約1.5 倍)を引き起こす
ため、誤装荷によるKeff の変化を容器内の中性子束の
測定により容易につかむことができる。
If the concentration, composition, and distribution of the fissile material to be loaded are known, Keff and neutron flux distribution in the container when the fissile material is loaded in the container are evaluated to some extent by neutron transport calculations. it can. If a fissile material with a different concentration, composition, and distribution is loaded due to misloading, the Keff in the container will differ from the calculated value, and the neutron flux will also differ. When Keff is small (subcriticality is deep), Keff
The neutron flux change is small even if it changes slightly, and if the loaded fissile material contains spontaneous neutron generating nuclides, it may be indistinguishable from the change in neutron flux due to spontaneous neutrons . However, Keff is large (0.95).
Degree), a slight change in Keff (for example, 0.02)
However, since a large change in neutron flux (about 1.5 times) is caused, a change in Keff due to misloading can be easily grasped by measuring the neutron flux in the container.

【0029】容器内のKeff が最も大きくなるのは装荷
の最終段階であるが、容器を臨界設計限界の反応度を持
つ核分裂性物質のみで満たすことは、現実にはまずあり
得ないため、装荷最終段階でも容器内のKeff は0.9
よりかなり低い状態に保たれている。本発明では濃度や
組成,分布が既知の核分裂性物質によりKeff がかさ上
げ(条件にもよるが0.05 程度)されているのでKef
f は大きくなり、より誤装荷の検知が容易になる。
The maximum Keff in the container is at the final stage of loading. However, it is practically impossible to fill the container only with the fissile material having the reactivity of the critical design limit. Even in the final stage, Keff in the container is 0.9
It is kept much lower. In the present invention, Keff is raised (about 0.05 depending on conditions) by a fissile material whose concentration, composition, and distribution are known.
f increases, making it easier to detect misloading.

【0030】核分裂性物質を含む物体の持つ無限中性子
増倍率k∞は、速中性子の核分裂増加率ε,共鳴脱出確
率p,熱中性子利用率f,熱中性子による核分裂中性子
の発生率ηの4つの因子の積で表され、核分裂性物質の
核種の種類や濃度,分布、あるいは中性子を吸収する各
種の存在によって、それぞれの因子の少なくとも1つが
影響を受ける。そして、この無限中性子増倍率に中性子
の漏れる効果を付与した実効中性子増倍率Keff も影響
を受けることになる。
The infinite neutron multiplication factor k∞ possessed by an object containing fissile material is represented by four factors: a fast neutron fission increase rate ε, a resonance escape probability p, a thermal neutron utilization rate f, and a thermal fission neutron generation rate η. Expressed as the product of factors, at least one of each factor is affected by the type, concentration, distribution, or presence of neutrons in the fissile material. Then, the effective neutron multiplication factor Keff, which gives the infinite neutron multiplication factor the effect of neutron leakage, is also affected.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施例1)本発明の未臨界度余裕を確保する方法を原
子炉の使用済燃料貯蔵に適用した実施例を図1,図2を
用いて説明する。本方法は、大きく分けて図1に示した
ような4つのステップからなる。以下、各ステップに関
して説明する。
(Embodiment 1) An embodiment in which the method for securing a subcriticality margin of the present invention is applied to spent fuel storage of a nuclear reactor will be described with reference to FIGS. The method generally includes four steps as shown in FIG. Hereinafter, each step will be described.

【0032】ステップ1 未臨界度の測定対象となるキャスクやキャニスタなどの
核分裂性物質を収納する容器2に、濃度,組成、及び濃
度分布が既知な核分裂性物質12と中性子検出器11か
らなる装置1(以下未臨界モニタと称する)を設置す
る。この未臨界モニタ1を装荷する前に容器2内が空で
ある場合、容器2内の実効中性子増倍率Keff は0から
未臨界モニタ1の内蔵する核分裂性物質12による寄与
分だけ増加し、図2中aで示される値となる。この値は
核分裂性物質12の濃度,組成、及び濃度分布や容器形
状等によって異なる。
Step 1 An apparatus comprising a fissile substance 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution and a neutron detector 11 in a vessel 2 containing a fissile substance such as a cask or canister to be measured for subcriticality. 1 (hereinafter referred to as a subcritical monitor). If the container 2 is empty before loading the subcritical monitor 1, the effective neutron multiplication factor Keff in the container 2 increases from 0 by the contribution of the fissile material 12 built in the subcritical monitor 1, The value is indicated by a in FIG. This value varies depending on the concentration and composition of the fissile material 12, the concentration distribution, the shape of the container, and the like.

【0033】尚、このステップで容器2内が空である必
要はない。容器2内の未臨界度が十分に深い(Keff が
1よりずっと小さい)状態であれば、すでに容器2内に
使用済燃料集合体3が装荷されていても良い。
In this step, it is not necessary that the container 2 is empty. If the subcriticality in the container 2 is sufficiently deep (Keff is much smaller than 1), the spent fuel assembly 3 may already be loaded in the container 2.

【0034】ステップ2 前記容器2に使用済燃料集合体3を装荷しつつ、前記未
臨界モニタ1に備えられた中性子検出器11で、装荷に
伴う中性子計数率の変化を測定する。装荷によっても容
器2内の未臨界が維持されていれば、容器2内の中性子
束は一定値に収束するので、これを用いて容器2内が未
臨界となっていることを確認する。使用済燃料集合体3
の装荷体数が増えるに従ってKeff は大きくなる。ま
た、使用済燃料集合体3の装荷が進みKeff が大きくな
るにつれて、未臨界モニタ1を装荷したことによるKef
f の上昇分は小さくなっていく。
Step 2 While the spent fuel assembly 3 is loaded in the container 2, a change in the neutron counting rate accompanying the loading is measured by the neutron detector 11 provided in the subcritical monitor 1. If the subcriticality in the container 2 is maintained even by loading, the neutron flux in the container 2 converges to a constant value, so that it is confirmed that the inside of the container 2 is subcritical. Spent fuel assembly 3
As the number of loaded bodies increases, Keff increases. Further, as the loading of the spent fuel assembly 3 progresses and Keff increases, the Kef caused by loading the subcritical monitor 1 increases.
The rise in f becomes smaller.

【0035】ステップ3 容器2内に使用済燃料集合体3の装荷を終了した時点で
容器2内が未臨界であることを、ステップ2と同様の方
法で確認する。このときKeff は図2中bの値となった
とする(bの値は未臨界モニタ1の内蔵する核分裂性物
質量や装荷する使用済燃料の持つ無限増倍率等によって
異なる)。
Step 3 When the loading of the spent fuel assemblies 3 into the container 2 is completed, it is confirmed by the same method as in step 2 that the inside of the container 2 is subcritical. At this time, Keff is assumed to be the value of b in FIG. 2 (the value of b depends on the amount of fissile material contained in the subcritical monitor 1, the infinite multiplication factor of the spent fuel loaded, and the like).

【0036】ステップ4 容器2内に装荷していた未臨界モニタ1を取り出す。こ
れにより容器2内の未臨界度は、未臨界モニタに内蔵さ
れている核分裂性物質12によるKeff の増加分だけ小
さくなる。先にも述べたように、未臨界モニタに内蔵さ
れている核分裂性物質12によるKeff の増加分は容器
2内のKeff が大きくなるにつれて小さくなるので、未
臨界モニタ1を装荷した状態で容器2内が臨界(Keff
=1)に達する条件下で、未臨界モニタ1によるKeff
の増加分が予め規制などで定められた未臨界度余裕ΔK
0以上となるように、未臨界モニタ1に内蔵されている
核分裂性物質12の濃度や組成や分布を決めておけば、
ステップ4の時点で確実に未臨界度余裕が確保されてい
ることになる。
Step 4 The subcritical monitor 1 loaded in the container 2 is taken out. As a result, the subcriticality in the container 2 is reduced by the increase of Keff due to the fissile material 12 built in the subcriticality monitor. As described above, the increase in Keff due to the fissile material 12 contained in the subcritical monitor becomes smaller as the Keff in the container 2 increases. Inside is critical (Keff
= 1), Keff by subcritical monitor 1
Subcriticality margin ΔK is determined in advance by regulations, etc.
If the concentration, composition and distribution of the fissile material 12 contained in the subcritical monitor 1 are determined so as to be 0 or more,
At the time of step 4, the subcriticality margin is surely secured.

【0037】(実施例2)本発明の未臨界度余裕を確保
する方法を原子炉の使用済燃料貯蔵に適用した他の実施
例を図3,図4を用いて説明する。本実施例では、未臨
界モニタ1を容器内の使用済燃料集合体装荷位置に挿入
して測定を行う。本実施例の方法は、大きく分けて図3
に示したような5つのステップからなる。ステップ1か
ら4までは実施例1と同様であるため、説明を省略す
る。本実施例が実施例1と異なるのは、ステップ5で未
臨界モニタ1の取り出し後にも使用済燃料集合体3を装
荷する点にある。このため、未臨界モニタ1装荷後に挿
入される使用済燃料集合体によるKeff 増加分を考慮
し、最後に装荷される1体が想定される最大の反応度を
持つ使用済燃料集合体である時でも未臨界余裕ΔK0が
確保できるように、未臨界モニタ1を装荷した状態で容
器2内が臨界(Keff =1)に達する条件下で、未臨界
モニタ1によるKeff の増加分がΔK0とΔK1の和以
上となるように、未臨界モニタ1に内蔵されている核分
裂性物質12の濃度や組成や分布を決めておけば、ステ
ップ5の時点で確実に未臨界度余裕が確保されているこ
とになる。
(Embodiment 2) Another embodiment in which the method of securing a subcriticality margin according to the present invention is applied to spent fuel storage of a nuclear reactor will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the measurement is performed by inserting the subcriticality monitor 1 into the spent fuel assembly loading position in the container. The method of the present embodiment is roughly divided into FIG.
Consists of five steps as shown in FIG. Steps 1 to 4 are the same as in the first embodiment, and a description thereof will not be repeated. This embodiment differs from the first embodiment in that the spent fuel assembly 3 is loaded even after the subcritical monitor 1 is taken out in step 5. For this reason, taking into account the increase in Keff due to the spent fuel assemblies inserted after loading the subcritical monitor 1, when the last loaded one is the spent fuel assembly with the assumed maximum reactivity, However, in order to secure the subcritical margin ΔK0, under the condition that the inside of the container 2 reaches the critical state (Keff = 1) with the subcritical monitor 1 loaded, the increase of Keff by the subcritical monitor 1 is ΔK0 and ΔK1. If the concentration, composition, and distribution of the fissile material 12 contained in the subcritical monitor 1 are determined so as to be equal to or greater than the sum, it is ensured that the subcriticality margin is secured at the time of Step 5. Become.

【0038】尚、本実施例では何らかの理由(燃料集合
体の誤装荷,中性子減速条件の変化など)で何体目かの
使用済燃料集合体3の装荷中に臨界を越えそうになった
場合でも、ΔK1が十分に大きければ(例えば最後に装
荷される使用済燃料集合体が新燃料集合体と等価な反応
度を持つと仮定して求められた値であれば)、前記燃料
集合体の装荷を一旦中止し、未臨界モニタ1を取り出せ
ば、前記燃料集合体を装荷してもΔK0以上の未臨界度
余裕は確保できる。
In this embodiment, the criticality is almost exceeded during the loading of a certain number of spent fuel assemblies 3 for some reason (misloading of the fuel assemblies, changes in the neutron deceleration conditions, etc.). However, if ΔK1 is sufficiently large (for example, a value obtained assuming that the last used fuel assembly has reactivity equivalent to that of the new fuel assembly), If the loading is stopped once and the subcritical monitor 1 is taken out, a subcritical margin of ΔK0 or more can be secured even if the fuel assembly is loaded.

【0039】実施例1及び2に関連して、使用済燃料集
合体3の効果的な装荷例を示す。図5に示すように、中
性子検出器11の近くから使用済み燃料集合体3を装荷
してゆく。使用済燃料集合体3を示す図5中の四角の枠
内に示した数字は、使用済燃料集合体の装荷順序を示
す。使用済燃料集合体3は、容器2内で未臨界度モニタ
のまわりから順に装荷される。使用済燃料集合体3は一
般に水中で容器2に装荷されるため、発生する中性子
は、水中で減速・吸収され、中性子束は使用済燃料燃料
集合体3から離れるにつれて指数関数的に小さくなる。
従って、使用済燃料集合体3が核分裂性物質12や他の
装荷済の使用済燃料集合体とは離れた位置から装荷され
ていくと、初期段階では、核分裂に寄与せずに消滅する
中性子の割合が大きくなるため、本実施例に比べてKef
f は過小な値となり、後期段階では装荷済の使用済燃料
集合体を間を新たに装荷される使用済燃料集合体が埋め
る形となるため中性子が核分裂に利用されやすくなり、
Keff が急激に増加(中性子束も急激に増加)する(図
25参照)。一方、本実施例では装荷された使用済燃料
集合体3から放出される中性子が、最も効果的に核分裂
性物質12に到達する配置が常に保たれる。最終的な使
用済燃料集合体3の配置が同じであれば、装荷過程に関
わらずKeff の値は同じとなるが、装荷体数増に伴うK
eff の変化率の最大値は本実施例が最小となる。
In connection with Embodiments 1 and 2, an example of effective loading of the spent fuel assembly 3 will be described. As shown in FIG. 5, the spent fuel assemblies 3 are loaded near the neutron detector 11. The numbers shown in the square frames in FIG. 5 showing the spent fuel assemblies 3 indicate the loading order of the spent fuel assemblies. The spent fuel assemblies 3 are loaded in the container 2 sequentially from around the subcriticality monitor. Since the spent fuel assembly 3 is generally loaded into the container 2 in water, the generated neutrons are decelerated and absorbed in the water, and the neutron flux decreases exponentially as the distance from the spent fuel assembly 3 increases.
Therefore, when the spent fuel assembly 3 is loaded from a position away from the fissile material 12 and other loaded spent fuel assemblies, in the initial stage, the neutrons that disappear without contributing to fission are removed. Since the ratio becomes large, Kef
f becomes an undervalue, and in the later stage, the loaded spent fuel assemblies are filled with newly loaded spent fuel assemblies, so that neutrons are easily used for fission,
Keff sharply increases (neutron flux also sharply increases) (see FIG. 25). On the other hand, in this embodiment, the arrangement in which neutrons emitted from the loaded spent fuel assemblies 3 reach the fissile material 12 most effectively is always maintained. If the final arrangement of the spent fuel assemblies 3 is the same, the value of Keff will be the same regardless of the loading process, but the K
The maximum value of the rate of change of eff is minimum in this embodiment.

【0040】図6に実施例1及び2で述べた未臨界モニ
タの構造の一例を示す。本実施例では、BWRの燃料集
合体(STEPII)の構造を流用しており、燃料集合体内の
水ロッド部分に中性子検出器11(核分裂計数管,BF
3計数管など)が設置されており、燃料棒内に濃度,組
成、及び濃度分布が既知の核分裂性物質12が詰められ
ている。本実施例によれば、容器内に特別な支持構造な
どを持たせることなく燃料装荷位置に未臨界モニタの設
置が可能であり、既存のキャニスタへの適用が容易であ
る。また、Keff に大きな影響を与える、核分裂性物質
の(特に軸方向の)分布を燃料集合体と同様にできるの
で、十分な未臨界余裕を与えるための核分裂性物質の濃
度や組成を評価・設定しやすくなる。本実施例におい
て、臨界評価に与える影響の小さい部品については必ず
しも燃料集合体と同一構造,同一材質である必要はな
く、例えばスペーサや上部・下部タイプレート等は簡略
化可能である。またチャンネルボックス材質はジルカロ
イでなくても良い。
FIG. 6 shows an example of the structure of the subcritical monitor described in the first and second embodiments. In the present embodiment, the structure of the BWR fuel assembly (STEP II) is used, and the neutron detector 11 (fission counter, BF
3), and the fuel rod is filled with a fissile material 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution. According to the present embodiment, the subcriticality monitor can be installed at the fuel loading position without providing a special support structure or the like in the container, and application to an existing canister is easy. In addition, the distribution of fissile material (especially in the axial direction), which has a large effect on Keff, can be made similar to that of fuel assemblies. Easier to do. In this embodiment, parts having little effect on criticality evaluation do not necessarily have to have the same structure and the same material as the fuel assembly. For example, spacers, upper and lower tie plates, and the like can be simplified. Further, the material of the channel box may not be Zircaloy.

【0041】図7に未臨界モニタの他の実施例を示す。
本実施例では中性子検出器11を内蔵したパイプの外側
が、中性子の減速材14で囲まれ、その周りを核分裂性
物質が更にとりまく構造となっている。核分裂性物質で
発生した速中性子の多くは減速材14で熱化されて中性
子検出器11に入射し、中性子検出器の感度は一般的に
熱中性子に対して高いことから容器内の中性子束の変化
を高感度で検知することができる。本実施例では中性子
検出器11,減速材14,核分裂性物質12共に円筒形
となっているが、核分裂により発生した高速中性子が減
速材で熱化されて中性子検出器に入射する構造となって
いれば、角形や球形など任意の形で同様の効果が得られ
る。また、減速材の厚みや核分裂性物質の濃度,組成,
分布についても、必要とされる未臨界度余裕や、容器の
構造,容器に収納される核分裂性物質の種類などに合わ
せて自由に変えて良い。
FIG. 7 shows another embodiment of the subcriticality monitor.
In the present embodiment, the outside of the pipe containing the neutron detector 11 is surrounded by a neutron moderator 14, and the surrounding area is further surrounded by fissile material. Most of the fast neutrons generated by fissile material are thermalized by the moderator 14 and incident on the neutron detector 11, and the sensitivity of the neutron detector is generally high for thermal neutrons. Changes can be detected with high sensitivity. In the present embodiment, the neutron detector 11, the moderator 14, and the fissile material 12 are all cylindrical, but high-speed neutrons generated by fission are thermally converted by the moderator and incident on the neutron detector. Then, a similar effect can be obtained in an arbitrary shape such as a square or a sphere. In addition, the moderator thickness, fissile material concentration, composition,
The distribution may be freely changed according to the required margin of subcriticality, the structure of the container, the type of fissile material contained in the container, and the like.

【0042】図8に未臨界モニタの他の実施例を示す。
本実施例は、先の未臨界モニタの実施例において、軸方
向に複数の検出器を配置(a)、または検出器を軸方向
に可動(b)とし、軸方向の中性子束分布を測定可能と
したものである。それぞれの軸方向位置での測定結果か
ら、核分裂性物質の装荷に伴う中性子束の大きさの変化
率が最も高い軸方向位置での測定値を選択し、未臨界性
を評価することにより、より確実な未臨界余裕の確保が
可能となる。
FIG. 8 shows another embodiment of the subcriticality monitor.
This embodiment is different from the previous embodiment of the subcritical monitor in that a plurality of detectors are arranged in the axial direction (a) or the detectors are movable in the axial direction (b), and the neutron flux distribution in the axial direction can be measured. It is what it was. From the measurement results at each axial position, by selecting the measurement value at the axial position where the rate of change of the neutron flux size due to the loading of fissile material is the highest, and evaluating the subcriticality, It is possible to secure a certain subcritical margin.

【0043】図14及び図15に未臨界モニタの他の実
施例を示す。本実施例は、図6に示したように濃度,組
成,分布が既知の核分裂性物質12が、軽水炉の燃料集
合体のように多数に分割された形(燃料棒)で構成され
ている未臨界モニタにおいて、それぞれの部分(燃料
棒)を取り替え可能としたものである。そして収納対象
となる核分裂性物質の組成や必要とされる未臨界余裕に
合わせて、必要な核分裂性物質濃度,組成,分布が得ら
れるよう、濃度や組成,分布の異なる燃料棒に入れ替え
る。図14に示した実施例では、中性子検出器11の周
囲の燃料棒を濃縮度Aの燃料棒12Aから濃縮度Bのよ
り高濃縮度の燃料棒12Bに取り替えて、未臨界モニタ
装着によるKeff のかさ上げ分を増している。このよう
な燃料棒の入れ替えにより、収納対象とする核分裂性物
質や収納容器の種類が変化しても1つの未臨界モニタで
対応が可能となる。
FIGS. 14 and 15 show another embodiment of the subcriticality monitor. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the fissile material 12 having a known concentration, composition, and distribution is formed in a form (fuel rod) divided into a large number like a fuel assembly of a light water reactor. In the criticality monitor, each part (fuel rod) can be replaced. Then, according to the composition of the fissile material to be stored and the required subcritical margin, fuel rods having different concentrations, compositions, and distributions are replaced so that the required fissile material concentration, composition, and distribution can be obtained. In the embodiment shown in FIG. 14, the fuel rods around the neutron detector 11 are changed from the fuel rods 12A having the enrichment of A to the fuel rods 12B having a higher enrichment of the B. The amount of increase is increasing. Even if the type of the fissile material to be stored or the type of the storage container changes due to such replacement of the fuel rods, it is possible to cope with the change with one subcritical monitor.

【0044】図9に円筒状の核分裂性物質を収納する容
器2内での未臨界モニタの配置の一例を示す。本実施例
では、核分裂性物質(使用済燃料,超ウラン元素廃棄物
など)を収納する容器2内の隙間部分に未臨界モニタ1
(中性子検出器11と濃度,組成,濃度分布が既知の核
分裂性物質12により構成される)を挿入する。本実施
例は請求項2の発明に適用可能であり、収納する使用済
燃料集合体3は自発中性子放出核種を含んでいる必要が
ある。図9では未臨界モニタ1として、濃度,組成,濃
度分布が既知の核分裂性物質12と中性子検出器11が
一体化されているが、これは必須の条件ではなく図10
に示したように、濃度,組成,分布が既知の核分裂性物
質と中性子検出器11が別の位置に挿入されていても良
い。図10のような配置で濃度,組成,濃度分布が既知
の核分裂性物質12と中性子検出器11が挿入されてい
るとき、急激なKeff の変化をさけるため、収納対象と
なる使用済燃料集合体3の装荷は、濃度,組成,濃度分
布が既知の核分裂性物質の周囲から始めるか、濃度,組
成,濃度分布が既知の核分裂性物質と中性子検出器11
の間を埋めるように装荷していくことが望ましい。
FIG. 9 shows an example of an arrangement of a subcritical monitor in a container 2 for accommodating a cylindrical fissile material. In this embodiment, a subcritical monitor 1 is provided in a gap portion in a container 2 for storing fissile materials (spent fuel, transuranium element waste, etc.).
(A neutron detector 11 and a fissile material 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution are inserted). This embodiment is applicable to the invention of claim 2, and the stored spent fuel assembly 3 needs to contain spontaneous neutron emitting nuclides. In FIG. 9, as the subcritical monitor 1, a fissile material 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution and a neutron detector 11 are integrated. However, this is not an essential condition, and FIG.
As described above, the fissile material whose concentration, composition, and distribution are known and the neutron detector 11 may be inserted at different positions. When the fissile material 12 and the neutron detector 11 whose concentration, composition, and concentration distribution are known in the arrangement as shown in FIG. 10 are inserted, a sharp change in Keff is avoided, so that a spent fuel assembly to be stored is stored. The loading of 3 starts around the fissile material of known concentration, composition and concentration distribution, or the fissile material of known concentration, composition and concentration distribution and the neutron detector 11
It is desirable to load to fill the gap.

【0045】図11に円筒状の容器2内での未臨界モニ
タ1の配置の一例を示す。本実施例は、図9に示した実
施例とは異なり、自発中性子発生核種を含まないか、ま
たは自発中性子放出率の非常に低い核分裂性物質(例え
ば燃焼前の原子炉燃料など)の未臨界余裕確保に本発明
を適用したものである。このため、カリフォルニウム
(Cf)やアメリシウム(Am)−ベリリウム(Be)
のように自発核分裂や核反応によって中性子を発生する
中性子源4が容器内に設置されている。この中性子源か
ら発生した中性子は装荷された収納対象の使用済燃料集
合体3や未臨界モニタを構成している核分裂性物質12
に入射し、容器内の実効増倍率に応じて中性子を発生さ
せる。これらの中性子が未臨界モニタ1を構成している
中性子検出器11で捉えられ未臨界の判定に用いられ
る。装荷が進み、未臨界の判定が必要なくなった時点で
未臨界モニタ1と共に中性子源4も取り出される。
FIG. 11 shows an example of the arrangement of the subcritical monitor 1 in the cylindrical container 2. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 9 in that it does not contain a spontaneous neutron generating nuclide or has a subcriticality of a fissile material having a very low spontaneous neutron emission rate (for example, a reactor fuel before combustion). The present invention is applied to secure a margin. For this reason, Californium (Cf) and Americium (Am) -Beryllium (Be)
A neutron source 4 for generating neutrons by spontaneous fission or nuclear reaction as shown in FIG. Neutrons generated from this neutron source are loaded into the spent fuel assembly 3 to be stored and the fissile material 12 constituting the subcritical monitor.
And generate neutrons according to the effective multiplication factor in the vessel. These neutrons are captured by the neutron detector 11 constituting the subcritical monitor 1 and used for subcritical determination. The neutron source 4 is taken out together with the subcritical monitor 1 when the loading progresses and the subcritical determination is no longer necessary.

【0046】尚、使用する中性子源4の絶対強度は既知
である必要はないが、収納対象燃料の装荷初期の段階か
ら未臨界モニタ1を構成する中性子検出器11で中性子
束の測定が可能な程度の強度は必要である。また、本実
施例では中性子源と未臨界モニタ1を別置きとしたが、
中性子源4と未臨界モニタ1を構成する核分裂性物質1
2とは一体化していても良い。
Although the absolute intensity of the neutron source 4 to be used does not need to be known, the neutron flux can be measured by the neutron detector 11 constituting the subcritical monitor 1 from the initial stage of loading the fuel to be stored. A certain degree of strength is required. In this embodiment, the neutron source and the subcritical monitor 1 are separately provided.
Fissile material 1 constituting neutron source 4 and subcritical monitor 1
2 may be integrated.

【0047】図12に円筒状の容器2内での濃度,組
成,濃度分布が既知の核分裂性物質12と、中性子検出
器11の配置の一例を示す(本実施例では核分裂性物質
を40体収納の容器を想定)。本実施例では、中性子検
出器11を中性子の漏れの最も少ない容器2中心部に置
き、濃度,組成,濃度分布が既知の核分裂性物質12を
4カ所に分けて別の部分に装荷している。特に大型の収
納容器では、収納する核分裂性物質1体がKeffに与え
る影響が小さくなるため、Keffをかさ上げするために
装荷している濃度,組成,濃度分布が既知の核分裂性物
質12の量を多くする必要が出てくる。これを装荷する
核分裂性物質1体分のスペースで実現しようとすると、
濃度を高くする必要があり、製造・管理が非常に困難と
なる。一方、本実施例のように濃度,組成,濃度分布が
既知の核分裂性物質12を複数に分割して装荷すれば、
1体当たりの濃度を大きくすることなく(たとえば従来
燃料に使われている程度の濃度でも)大容量の収納容器
に本発明の方法を適用できる。濃度,組成、及び濃度分
布が既知の核分裂性物質12を分割して装荷するという
点に注目すれば、図7に示したような中性子検出器11
と濃度,組成、及び濃度分布が既知の核分裂性物質12
とが一体化された未臨界モニタ1複数を容器2内へ装荷
することでも同様の効果が得られる。図13に配置の一
例を示す。このとき、各々の未臨界モニタ1の中性子検
出器11で中性子束を測定し、使用済燃料集合体3の装
荷に伴うそれぞれの検出器の計数率の変化を比較すれ
ば、容器2内の実効中性子増倍率Keff の変化による中
性子束の変化をより正確に見積もることができる(最も
計数率変化の小さいところが最も良くKeff の変化を反
映している。計数率変化の大きい部分は、装荷した使用
済燃料集合体3の自発中性子や中性子の漏れ効果の低下
による中性子束増加の影響をより強く受けている)。容
器2内の未臨界性を確保しながら使用済燃料集合体3を
装荷し、装荷終了時には一定レベル以上の未臨界余裕を
確保するシステムの例を図16に示す。本実施例のシス
テムは、濃度,組成,分布が予め定められている核分裂
性物質と中性子検出器11とからなる、例えば図6に示
したような未臨界モニタ1と、前記の中性子検出器11
に中性子が入射することにより発生する信号を増幅し、
計数率に変換する計数率測定手段15と、測定された計
数率を記録する計数率記録手段16と得られた計数率デ
ータより未臨界性を判定する未臨界判定手段17と、前
記未臨界判定手段で臨界に接近したと判定された場合に
警報を発生する警報発生手段18からなる。これらのう
ち未臨界モニタ1は、測定対象となる容器内に収納対象
となる使用済燃料集合体3の装荷が始まる前に、容器2
内に設置されている。ここで未臨界モニタ1に内蔵され
る核分裂性物質の濃度,組成,濃度分布は、容器2内が
未臨界モニタ1と装荷対象となる使用済燃料集合体3と
同様の形状とサイズの核分裂性物質で満たされた状態で
臨界となるような条件で、未臨界モニタ1を容器2外へ
取り出したときの未臨界余裕(1−Keff )が一定値
(例えば0.05 )となるように決める。
FIG. 12 shows an example of the arrangement of a fissile material 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution in the cylindrical container 2 and a neutron detector 11 (in this embodiment, 40 fissile materials are used). Assume storage container). In the present embodiment, the neutron detector 11 is placed at the center of the vessel 2 with the least leakage of neutrons, and the fissile material 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution is divided into four parts and loaded in another part. . In particular, in a large storage container, since the effect of a single fissile material on Keff is small, the amount of fissile material 12 of known concentration, composition, and concentration distribution loaded in order to raise Keff is known. You need to make more. To realize this in the space of one fissile material to be loaded,
It is necessary to increase the concentration, which makes production and management extremely difficult. On the other hand, if the fissile material 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution is divided into a plurality and loaded as in this embodiment,
The method of the present invention can be applied to a large-capacity storage container without increasing the concentration per one body (for example, even at a concentration that is conventionally used for fuel). Noting that the fissile material 12 having a known concentration, composition, and concentration distribution is divided and loaded, the neutron detector 11 shown in FIG.
And fissile material 12 of known concentration, composition, and concentration distribution
The same effect can also be obtained by loading a plurality of subcritical monitors 1 in which is integrated into the container 2. FIG. 13 shows an example of the arrangement. At this time, the neutron flux is measured by the neutron detector 11 of each subcritical monitor 1 and the change in the counting rate of each detector accompanying the loading of the spent fuel assembly 3 is compared. It is possible to more accurately estimate the change in the neutron flux due to the change in the neutron multiplication factor Keff (the portion where the change in the count rate is the smallest reflects the change in Keff the best. The neutron flux is more strongly affected by the decrease in the spontaneous neutrons and the neutron leakage effect of the fuel assembly 3). FIG. 16 shows an example of a system in which the spent fuel assemblies 3 are loaded while ensuring the subcriticality in the container 2 and a subcritical margin of a certain level or more is secured at the end of the loading. The system according to the present embodiment includes a neutron detector 11 and a fissile material whose concentration, composition and distribution are predetermined, for example, a subcritical monitor 1 as shown in FIG.
Amplifies the signal generated by neutrons incident on the
A count rate measuring means 15 for converting into a count rate; a count rate recording means 16 for recording the measured count rate; a subcriticality determining means 17 for determining subcriticality from the obtained count rate data; It comprises an alarm generating means 18 for generating an alarm when it is determined that the criticality is approached by the means. Of these, the sub-criticality monitor 1 performs the measurement of the container 2 before loading of the spent fuel assembly 3 to be stored in the container to be measured.
It is installed in. Here, the concentration, composition, and concentration distribution of the fissile material contained in the subcritical monitor 1 are the same as those of the subcritical monitor 1 and the spent fuel assembly 3 to be loaded. The subcritical monitor 1 is taken out of the container 2 so that the subcritical margin (1-Keff) becomes a constant value (for example, 0.05) under the condition that the subcritical monitor 1 becomes critical when filled with the substance. .

【0048】本実施例の動作を図16,図17を用いて
説明する。まず、未臨界モニタ1を測定対象となる容器
2に挿入し(101)、容器内の中性子計数率C0を計
数率測定手段15により測定する(102)。この中性
子計数率をフロッピーディスクや磁気カード,光ディス
クなどの計数率記録手段16により記録した(103)
後、収納対象となる1体の使用済燃料集合体3を容器に
装荷しながら(104)、中性子計数率Cを測定する(1
05)。このとき、計数率測定手段15から送られてく
る現在の中性子計数率Cと計数率記録手段16に残され
ている(現在装荷中の使用済み燃料が装荷される前の中
性子計数率C0との差をC0で割ったものを計算する
(106)と、その値は(装荷する使用済燃料集合体の
無限増倍率が1以上である限り)燃料の図18に示した
ように、装荷中の使用済燃料集合体3の容器2への装荷
深さが大きくなるにつれて大きくなり、その装荷深さの
変化に対する平均の変化率も未臨界度が浅くなる(Keff
が1に近づく)につれて大きくなる。1体の核分裂性物
質12を完全に装荷した段階で、(C−C0)/C0が予
め定めておいた制限値以内であるかどうかを未臨界判定
手段17で判定し(107)、制限値以内であれば容器2内
に使用済燃料集合体3を更に装荷する場所があるかどう
かを確認の上で(108)、更に装荷が可能であればそ
の時点で最新の中性子計数率CをC0と置き換えて(1
09)計数率記録手段にC0を記録(103)、以下同様
の手順で装荷を進める。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, the subcritical monitor 1 is inserted into the container 2 to be measured (101), and the neutron counting rate C0 in the container is measured by the counting rate measuring means 15 (102). This neutron count rate was recorded by the count rate recording means 16 such as a floppy disk, a magnetic card, and an optical disk (103).
Thereafter, the neutron counting rate C is measured while loading one spent fuel assembly 3 to be stored in the container (104).
05). At this time, the current neutron count rate C sent from the count rate measuring means 15 and the current neutron count rate C remaining in the count rate recording means 16 (the neutron count rate C0 before the used fuel currently loaded is not loaded). When the difference divided by C0 is calculated (106), the value is calculated as shown in FIG. 18 for the fuel (as long as the infinite multiplication factor of the spent fuel assembly to be loaded is 1 or more). As the loading depth of the spent fuel assemblies 3 into the container 2 increases, the average rate of change with respect to the change in the loading depth also decreases in the subcriticality (Keff
Becomes closer to 1). When one fissile material 12 is completely loaded, it is determined by the subcriticality determining means 17 whether (C−C0) / C0 is within a predetermined limit value (107), and the limit value is determined. If it is within the range, it is confirmed whether there is a place in the container 2 for further loading the spent fuel assembly 3 (108), and if loading is possible, the latest neutron counting rate C at that time is set to C0. With (1
09) C0 is recorded in the count rate recording means (103), and loading is proceeded in the same procedure.

【0049】一方、未臨界を判定するステップ107に
おいて(C−C0)/C0が予め定めておいた制限値以
上となった場合は、未臨界判定手段17から警報発生手
段18に信号が送られ、装荷作業を行う作業員に警報が
発せられる(111)。警報が発せられた場合は装荷中の
使用済燃料集合体3を容器2外へ取り出し(112)、更
に未臨界モニタ1を容器2外へ取り出す(110)こと
により、予め定められた値(例えば0.05 )以上の未
臨界余裕が付加される。
On the other hand, if (C-C0) / C0 is equal to or greater than a predetermined limit value in step 107 for determining subcriticality, a signal is sent from subcriticality determination means 17 to alarm generation means 18. Then, an alarm is issued to the worker performing the loading operation (111). When an alarm is issued, the loaded spent fuel assembly 3 is taken out of the container 2 (112), and the subcritical monitor 1 is taken out of the container 2 (110) to obtain a predetermined value (for example, 0.05) or more.

【0050】また、容器内に使用済燃料集合体3を更に
装荷する場所があるかどうかを確認するステップ108
において、装荷する場所がない(全量装荷)と判断され
た場合にも、未臨界モニタ1を容器2外へ取り出す(1
10)ことにより、予め定められた値(例えば0.05
)以上の未臨界余裕が付加される。
Step 108 for confirming whether or not there is a place in the container for further loading the spent fuel assembly 3.
In the above, even when it is determined that there is no place to be loaded (full loading), the subcritical monitor 1 is taken out of the container 2 (1).
10), a predetermined value (for example, 0.05
) The above subcritical margin is added.

【0051】本実施例では未臨界の判定に、装荷作業中
の燃料集合体の装荷深さに対する計数率の変化をその燃
料集合体の装荷前の計数率を基準として求め使用してい
るが、中性子計数率の絶対値Cを判定の基準としても良
い。この場合、装荷する燃料集合体の発する自発中性子
による中性子束を考慮して基準を定めることが望まし
い。
In this embodiment, the change in the count rate with respect to the loading depth of the fuel assembly during the loading operation is determined and used based on the count rate before the loading of the fuel assembly for the determination of subcriticality. The absolute value C of the neutron counting rate may be used as a criterion for determination. In this case, it is desirable to determine the criterion in consideration of the neutron flux due to spontaneous neutrons emitted from the loaded fuel assembly.

【0052】本実施例は、使用済燃料集合体を例にとっ
て説明したが、核分裂性核種を含有するすべての物質を
容器へ装荷する際にも適用できる。
Although the present embodiment has been described with reference to a spent fuel assembly as an example, the present invention can be applied to the case where all materials containing fissile nuclides are loaded into a container.

【0053】また、本実施例は自発中性子を発生する使
用済燃料集合体を例に取ったものであるが、本実施例の
構成に加えて、中性子源を容器内に追加すれば、新燃料
集合体など自発中性子をほとんど発生しない核分裂性物
質にも適用できる。このとき中性子源は未臨界モニタと
共に容器内に設置し、未臨界モニタの容器外への取り出
しと共に取り出すことが望ましい。
In this embodiment, a spent fuel assembly that generates spontaneous neutrons is taken as an example. However, if a neutron source is added to the container in addition to the configuration of this embodiment, new fuel It can also be applied to fissile materials that generate few spontaneous neutrons such as aggregates. At this time, it is desirable that the neutron source is installed in the container together with the subcritical monitor, and is taken out together with the subcritical monitor taken out of the container.

【0054】容器2内の未臨界性を確保しながら使用済
燃料集合体3を装荷し、装荷終了時には一定レベル以上
の未臨界余裕を確保するシステムの他の実施例を図20
に示す。本実施例で先の実施例(図16)と異なるの
は、先の実施例では未臨界判定手段17において臨界に
接近したと判定された場合に警報発生手段18に信号が
送られて警報を発生するのに対して、本実施例では警報
発生手段に代わって、使用済燃料集合体の装荷機コント
ローラ5に信号が送られ、この信号を受けて前記コント
ローラ5が装荷機6に対して停止または装荷中の燃料集
合体を取り出す(引き上げる)ようコントロール信号を
送る点にある。この場合、作業者に対して臨界が接近し
つつあるという警報を出すと共に、仮に装荷作業を行っ
ている作業者が装荷作業を続行しようとする(危険側
の)操作を行っても、これを受け付けないようにするこ
とが望ましい。
FIG. 20 shows another embodiment of the system for loading the spent fuel assemblies 3 while ensuring the subcriticality in the container 2 and securing a subcritical margin of a certain level or more at the end of the loading.
Shown in The difference between the present embodiment and the previous embodiment (FIG. 16) is that in the previous embodiment, when the sub-criticality judging means 17 judges that the criticality is approached, a signal is sent to the alarm generating means 18 to issue an alarm. On the other hand, in this embodiment, a signal is sent to the loader controller 5 of the spent fuel assembly in place of the alarm generating means in this embodiment, and the controller 5 stops the loader 6 in response to this signal. Alternatively, the control signal is sent to remove (pull up) the loaded fuel assemblies. In this case, a warning is issued to the worker that the criticality is approaching, and even if the worker who is performing the loading operation attempts to continue the loading operation (dangerous side), the warning is issued. It is desirable not to accept.

【0055】図21に、本実施例のシステムの動作を表
す流れ図を示す。図19と異なるのは、装荷停止警報ス
テップ111に代わって装荷機の停止または装荷中の燃
料集合体の取り出しを装荷機に指示するステップ113
が入った点である。
FIG. 21 is a flowchart showing the operation of the system of this embodiment. 19 is different from FIG. 19 in that the load stop warning step 111 is replaced with a step 113 for instructing the loader to stop the loader or to remove the fuel assembly being loaded.
Is the point where

【0056】容器内に設置された中性子検出器を用い
て、容器内へ使用済燃料集合体を装荷している過程で、
容器内が臨界を越えているか否かを判定する、臨界超過
検知手段の動作の流れの一例を図22に示す。まず、容
器内へ使用済燃料集合体を装荷した後一定時間経過後
(t=t1)の中性子計数率Ct1を容器内に設置され
た中性子検出器と容器の外に設けられた計数率測定手段
により測定し(202)、更に一定時間経過後(t=t
2)の中性子計数率Ct2を測定して(203)、両者
の比Ct2/Ct1を求める。図26に示したように、
容器内が臨界を越えていない場合、中性子束は使用済燃
料集合体の装荷と共に急増するが、すぐに平衡となり一
定値に近づくため、Ct2/Ct1は1かそれに近い値
となる。一方、臨界を越えると中性子束は増加し続ける
ため、Ct2/Ct1は未臨界の場合に比べてけた違い
に大きくなる。そこでCt2/Ct1の値に制限値を設
け、これを超過した場合は臨界超過、超過しない場合は
未臨界または臨界状態にあると判定する(204)。
In the process of loading the spent fuel assembly into the container using the neutron detector installed in the container,
FIG. 22 shows an example of the operation flow of the over-criticality detection means for determining whether or not the inside of the container has exceeded the criticality. First, the neutron counting rate Ct1 after a certain time (t = t1) has elapsed after loading the spent fuel assembly into the container is measured by the neutron detector installed in the container and the counting rate measuring means provided outside the container. (202), and after a certain period of time (t = t
2) The neutron count rate Ct2 is measured (203), and the ratio Ct2 / Ct1 of both is obtained. As shown in FIG.
If the inside of the container does not exceed the criticality, the neutron flux rapidly increases with the loading of the spent fuel assembly, but soon becomes equilibrium and approaches a constant value, so that Ct2 / Ct1 becomes 1 or a value close thereto. On the other hand, when the criticality is exceeded, the neutron flux continues to increase, so that Ct2 / Ct1 becomes larger by an order of magnitude than in the subcritical case. Therefore, a limit value is provided for the value of Ct2 / Ct1, and if it exceeds this value, it is determined that the criticality has been exceeded, and if it has not been exceeded, it is determined to be in a subcritical or critical state (204).

【0057】収納対象となる使用済燃料集合体3の装荷
中に容器2内が臨界を越えた場合、負の反応度を挿入す
る装置の一例を図23に示す。本実施例の装置は、減圧
または真空に保たれたタンク7とボロン水で満たされた
ボロン水タンク8および両者を接続する配管に設置され
ており、臨界超過検知手段9からの信号で開放される弁
10から構成され、減圧または真空に保たれたタンク7
は容器2内に挿入されている。尚、ボロン水タンク8に
満たされているボロン水の量はタンク7の容量より大き
く、ボロン水タンク8からタンク7への配管はボロン水
タンク8の底部からタンク7の上部に接続されている。
また、タンク7の設置位置は、容器2の中心付近が望ま
しい。
FIG. 23 shows an example of a device for inserting a negative reactivity when the inside of the container 2 exceeds the criticality during loading of the spent fuel assembly 3 to be stored. The apparatus of this embodiment is installed in a tank 7 kept under reduced pressure or vacuum and a boron water tank 8 filled with boron water and a pipe connecting the two, and is opened by a signal from the supercritical detection means 9. Tank 7 which is composed of a valve 10
Are inserted into the container 2. Incidentally, the amount of boron water filled in the boron water tank 8 is larger than the capacity of the tank 7, and the pipe from the boron water tank 8 to the tank 7 is connected from the bottom of the boron water tank 8 to the top of the tank 7. .
Further, the installation position of the tank 7 is preferably near the center of the container 2.

【0058】通常時、弁10は常に閉じられており、タ
ンク7は減圧または真空に保たれているので、入射した
中性子はほとんど減速・吸収されることはなく、容器内
のKeff に大きな影響を与えない。しかし、使用済燃料
集合体の装荷によって容器2内が臨界を越え、臨界超過
検知手段9により検知されると、弁10を開放させる信
号が臨界超過検知手段9より発せられ、弁10は開放さ
れる。容器2内に設置されたタンク7は減圧となってい
るので、圧力差によってボロン水タンク8からタンク7
へ移送される(このときボロン水タンク8はタンク7よ
り高い位置に存在していると、タンク7の容量より大量
のボロン水を運ぶことができる)。タンク7にボロン水
が流入すると、タンク7に入射した中性子は水によって
減速、主として10Bによって吸収されるため容器内の
Keff は減少し、臨界超過は解消される。
Normally, since the valve 10 is always closed and the tank 7 is kept under reduced pressure or vacuum, incident neutrons are hardly decelerated or absorbed, and have a great effect on Keff in the vessel. Do not give. However, when the inside of the container 2 exceeds the criticality due to the loading of the spent fuel assembly and is detected by the supercritical detecting means 9, a signal to open the valve 10 is issued from the supercritical detecting means 9, and the valve 10 is opened. You. Since the pressure in the tank 7 installed in the container 2 is reduced, the pressure difference between the boron water tank 8 and the tank 7
(At this time, if the boron water tank 8 is located at a higher position than the tank 7, it can carry a larger amount of boron water than the capacity of the tank 7.) When boron water flows into the tank 7, the neutrons incident on the tank 7 are decelerated by the water, and are mainly absorbed by 10B, so that Keff in the vessel is reduced and the supercritical state is resolved.

【0059】本実施例のタンク7は、図6に示したよう
な未臨界モニタに内蔵すれば臨界超過時のKeff 低減効
果が大きく、設置の手間も減らせる。
If the tank 7 of this embodiment is built in a subcritical monitor as shown in FIG. 6, the effect of reducing Keff when the criticality is exceeded is large, and the labor for installation can be reduced.

【0060】本実施例は原子炉の使用済み燃料集合体の
輸送容器への誤装荷防止手段に本発明を適用した例を表
したものである。
This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a means for preventing a spent fuel assembly of a nuclear reactor from being misloaded into a transport container.

【0061】燃料集合体を10体収納可能な容器2内
に、すべて燃焼度30GWd/tの使用済燃料集合体を
順に装荷していくが収納されたときの、容器中心部での
中性子束の変化を図24に波線で示す。ここで、5体目
の装荷時に新燃料集合体が装荷されたとすると、容器中
心部での中性子束は図24に実線で示したように変化
し、その後装荷される燃料集合体が正しかったとして
も、すべて正しい装荷が行われた場合の中性子束とは大
きくかけ離れた値となっていく。従って、容器内に入れ
た中性子検出器11の計数率から中性子束を評価し、そ
の装荷に伴う変化傾向を正しく容器の装荷されていく場
合の中性子束の計算値と比較し、両者の違いの有無から
誤装荷発生の有無を確認、両者に違いの発生したとき
は、両者の比較値が変化し始める部分を探すことによっ
て、誤装荷発生の位置を特定することができる。
The spent fuel assemblies having a burnup of 30 GWd / t are sequentially loaded in the container 2 capable of storing 10 fuel assemblies. The change is shown by a dashed line in FIG. Here, assuming that the new fuel assembly is loaded at the time of the fifth loading, the neutron flux at the center of the container changes as shown by the solid line in FIG. 24, and it is assumed that the subsequently loaded fuel assembly is correct. However, the value of the neutron flux will be far away from the neutron flux when all are loaded correctly. Therefore, the neutron flux is evaluated from the counting rate of the neutron detector 11 placed in the container, the change tendency accompanying the loading is compared with the calculated value of the neutron flux when the container is loaded correctly, and the difference between the two is compared. The presence / absence of misloading is confirmed from the presence / absence, and when a difference occurs between the two, the position of the occurrence of misloading can be specified by searching for a part where the comparison value of both begins to change.

【0062】[0062]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、自発中性子放
出核種を含有しない、または放出率の低い核物質を収納
容器に装荷した際の未臨界余裕を容易に確保できる。
Effects of the Invention According to the present invention, containing no spontaneous neutron emission nuclide, or a low emissivity nuclear material can be easily ensured subcriticality margin when loaded into the container.

【0063】請求項2の発明によれば、自発中性子放出
核種を含有する核分裂性物質を収納容器に装荷した際の
未臨界余裕を容易に確保できる。
[0063] According to the invention of claim 2, the subcriticality margin when loaded with fissile material containing spontaneous neutron-emitting nuclides in the container can be easily ensured.

【0064】請求項3および請求項4の発明によれば、
請求項1または2の発明において、一定値以上の未臨界
余裕を確実に保つための、実効中性子増倍率Keff の
かさ上げ用の核分裂性物質の濃度や組成,分布などを定
めることができる。
According to the third and fourth aspects of the present invention,
In the invention of claim 1 or 2, the subcriticality which is not less than a certain value
To keep the degree margin to ensure the concentration and composition of the fissile material for raising the effective neutron multiplication factor Keff, it can be determined and distributed.

【0065】請求項5の発明によれば、請求項1または
2の発明において、核分裂性物質を収納容器に装荷した
際の未臨界余裕を確保する方法を容易に実施可能とな
る。
[0065] According to the fifth aspect of the present invention, in the invention of claim 1 or 2, and easily implement the method of securing the subcriticality margin when loaded with fissile material container.

【0066】[0066]

【0067】[0067]

【0068】請求項の発明によれば、請求項5の発明
において、収納対象の核分裂性物質を装荷中に万一容器
内が臨界を越える事態に陥った場合でも、容器内を未臨
界状態に戻すことが可能となる。
According to the invention of claim 6, in the invention of claim 5, even if the inside of the container exceeds the critical state while loading the fissile material to be stored, the inside of the container is kept in a subcritical state. It is possible to return to.

【0069】請求項の発明によれば、請求項5の発明
において、収納対象の核分裂性物質を装荷中に容器内が
臨界を越える事態を未然に防止することができる。
According to the invention of claim 7 , according to the invention of claim 5,
In the container while loading the fissile material to be stored
A situation exceeding the criticality can be prevented beforehand .

【0070】請求項の発明によれば、請求項5の発明
において収納容器に装荷する核分裂性物質の種類や、必
要とされる未臨界余裕の大きさが変わった場合でも、同
一のシステムを利用しながら容易に対応ができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the same system can be used even if the type of fissile material loaded in the storage container or the required size of the subcritical margin changes in the fifth aspect of the present invention. You can easily respond while using it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】使用済燃料集合体を収納する容器への使用済燃
料集合体の装荷に適用した場合の本発明の一実施例の手
順を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a procedure of an embodiment of the present invention when applied to loading of a spent fuel assembly into a container for storing the spent fuel assembly.

【図2】図1の手順を採用したときの、使用済燃料集合
体の装荷と未臨界モニタの取り出しに伴う実効中性子増
倍率の変化を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in an effective neutron multiplication factor associated with loading of a spent fuel assembly and removal of a subcritical monitor when the procedure of FIG. 1 is adopted.

【図3】使用済燃料集合体を収納する容器への使用済燃
料集合体の装荷に適用した場合の本発明の一実施例(未
臨界モニタ取り出し後に更に燃料を装荷)の手順を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a procedure of an embodiment of the present invention (additional fuel after taking out a subcritical monitor) when applied to loading of a spent fuel assembly into a container for storing a spent fuel assembly. is there.

【図4】図3の手順を実施したときの、使用済燃料集合
体の装荷と未臨界モニタの取り出しに伴う実効中性子増
倍率の変化を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in an effective neutron multiplication factor associated with loading of a spent fuel assembly and removal of a subcritical monitor when the procedure of FIG. 3 is performed.

【図5】使用済燃料集合体の容器への装荷順序の一例を
示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing an example of an order of loading spent fuel assemblies into containers.

【図6】中性子検出器と濃度,組成,濃度分布の既知な
核分裂性物質が一体化された未臨界モニタの一例を示す
斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a subcritical monitor in which a neutron detector and a fissile material having a known concentration, composition, and concentration distribution are integrated.

【図7】中性子検出器と濃度,組成,濃度分布の既知な
核分裂性物質が一体化された未臨界モニタの他の一例を
示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing another example of a subcritical monitor in which a neutron detector and a fissile material whose concentration, composition, and concentration distribution are known are integrated.

【図8】中性子検出器と濃度,組成,濃度分布の既知な
核分裂性物質が一体化された未臨界モニタにおいて、中
性子検出器を軸方向に複数設置、または移動可能とした
例を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example in which a plurality of neutron detectors are installed or movable in the axial direction in a subcritical monitor in which a neutron detector is integrated with a fissile material having a known concentration, composition, and concentration distribution. It is.

【図9】未臨界モニタを、容器内の使用済燃料集合体装
荷位置以外のところに配置した一例を示す模式図であ
る。
FIG. 9 is a schematic view showing an example in which a subcritical monitor is arranged at a position other than a position where a spent fuel assembly is loaded in a container.

【図10】中性子検出器と濃度,組成,濃度分布の既知
な核分裂性物質とを収納容器内の別の場所に配置した一
例を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example in which a neutron detector and a fissile material having a known concentration, composition, and concentration distribution are arranged at different locations in a storage container.

【図11】未臨界モニタの他に中性子源を使用済燃料集
合体容器内に配置した一例を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing an example in which a neutron source is arranged in a spent fuel assembly container in addition to the subcriticality monitor.

【図12】濃度,組成,濃度分布の既知な核分裂性物質
を使用済燃料集合体容器内に複数に分散して配置した一
例を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic view showing an example in which fissile materials having known concentrations, compositions, and concentration distributions are dispersed and arranged in a spent fuel assembly container.

【図13】未臨界モニタを使用済燃料集合体収納容器内
に複数に分散して配置した一例を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic view showing an example in which a plurality of subcritical monitors are dispersed and arranged in a spent fuel assembly storage container.

【図14】濃度,組成,濃度分布の既知な核分裂性物質
の一部を入れ替え可能とした未臨界モニタの一例を示す
横断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a subcritical monitor capable of replacing a part of a fissile material having a known concentration, composition, and concentration distribution.

【図15】図14のA−A断面図である。FIG. 15 is a sectional view taken along line AA of FIG. 14;

【図16】図1の実施例に用いられる未臨界余裕監視シ
ステムの一例を示す構成図である。
FIG. 16 is a configuration diagram illustrating an example of a subcritical margin monitoring system used in the embodiment of FIG. 1;

【図17】図16の未臨界余裕監視システムの動作フロ
ーを示す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an operation flow of the subcritical margin monitoring system of FIG. 16;

【図18】収納容器内での使用済燃料集合体の装荷深さ
に対する収納容器内の中性子計数率比の変化を示す特性
図である。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing a change in a neutron counting rate ratio in the storage container with respect to a loading depth of the spent fuel assembly in the storage container.

【図19】収納容器内の使用済燃料集合体の装荷体数の
増加に対する容器内の中性子計数率の変化を示す特性図
である。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing a change in a neutron counting rate in the container with respect to an increase in the number of loaded fuel assemblies in the storage container.

【図20】図1の実施例に適用可能な未臨界余裕監視シ
ステムの他の実施例の構成図である。
FIG. 20 is a configuration diagram of another embodiment of the subcritical margin monitoring system applicable to the embodiment of FIG. 1;

【図21】図20の未臨界余裕監視システムの動作フロ
ーを示す説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an operation flow of the subcritical margin monitoring system of FIG. 20;

【図22】使用済燃料集合体を容器内に装荷していく過
程での臨界超過検知手段の動作を示す説明図である。
FIG. 22 is an explanatory view showing the operation of the supercritical detecting means in the process of loading the spent fuel assembly into the container.

【図23】容器内の臨界超過時作動する、臨界超過防止
装置の構成と動作を示す模式図である。
FIG. 23 is a schematic diagram showing the configuration and operation of a supercritical prevention device that operates when the supercritical state in the container is exceeded.

【図24】燃焼度が既知の使用済燃料集合体を収納容器
へ装荷する際、誤装荷により容器内の中性子束が予測値
からずれていくことを示す特性図である。
FIG. 24 is a characteristic diagram showing that a neutron flux in a container deviates from a predicted value due to erroneous loading when a spent fuel assembly having a known burnup is loaded into a storage container.

【図25】収納容器内への使用済燃料集合体の装荷順序
を最適化した場合としなかった場合の、装荷体数増加に
伴う実効中性子増倍率Keff の変化の差を示す特性図で
ある。
FIG. 25 is a characteristic diagram showing a difference in a change in the effective neutron multiplication factor Keff with an increase in the number of loaded bodies, in a case where the order of loading the spent fuel assemblies into the storage container is not optimized;

【図26】収納容器内への使用済燃料集合体の装荷時、
容器内が臨界を越えた場合と越えなかった場合での容器
内の中性子計数率の時間変化の差を示す特性図である。
FIG. 26 shows a state where a spent fuel assembly is loaded into a storage container.
It is a characteristic diagram which shows the difference of the time change of the neutron count rate in a container when the inside of a container exceeds the criticality, and when it does not exceed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…未臨界モニタ、2…容器、3…使用済燃料集合体、
4…中性子源、5…装荷機コントローラ、6…装荷機、
7…タンク、8…ボロン水タンク、9…臨界超過検知手
段、10…弁、11…中性子検出器、12…濃度,組
成,濃度分布が既知の核分裂性物質、13…チャンネル
ボックス、14…減速材、15…計数率測定手段、16
…計数率記録手段、17…未臨界判定手段、18…警報
発生手段。
1 ... subcritical monitor, 2 ... container, 3 ... spent fuel assembly,
4: neutron source, 5: loader controller, 6: loader,
7 ... tank, 8 ... boron water tank, 9 ... supercritical detection means, 10 ... valve, 11 ... neutron detector, 12 ... fissile material with known concentration, composition and concentration distribution, 13 ... channel box, 14 ... deceleration Material, 15 ... counting rate measuring means, 16
... counting rate recording means, 17 ... subcritical judgment means, 18 ... alarm generation means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 秀昭 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 丸山 博見 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 山口 正男 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山中 庸靖 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 17/00 G21C 17/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Hideaki Kurokawa 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Power & Electric Equipment Development Division (72) Inventor Hiromi Maruyama Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 7-2-1, Hitachi, Ltd. Electric Power & Electric Equipment Development Division (72) Inventor Masao Yamaguchi 3-2-1, Saimachi, Hitachi, Ibaraki Pref. Hitachi Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Yoyasu Yamanaka Ibaraki 3-1-1, Sachimachi, Hitachi-shi Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G21C 17/00 G21C 17/06

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】核分裂性物質を含有する物体を収納する容
器に濃度や組成が既知の核分裂性物質と、中性子の計数
率が測定可能な中性子検出器と、中性子源とを同時に設
置し、前記容器へ核分裂性物質を装荷していく過程での
未臨界性を、中性子計数率及び中性子束のいずれか一方
の変化から確認した後、濃度や組成が既知の前記核分裂
性物質と中性子検出器と中性子源を除去することによ
り、中性子増倍率が基準値以下となるように容器内に一
定以上の未臨界度余裕を持たせたことを特徴とする核
裂性物質の収納容器内への装荷方法。
A container containing an object containing a fissile material, a fissile material having a known concentration and composition, a neutron detector capable of measuring a neutron counting rate, and a neutron source are simultaneously installed. Subcriticality in the process of loading the container with fissile material, after confirming from the change of either the neutron counting rate or neutron flux, the concentration and composition of the fissile material and neutron detector with known by removing the neutron source, nuclear fraction, characterized in that it gave at least a certain subcriticality margin as the container neutron multiplication factor is equal to or less than a reference value
A method for loading a fragile substance into a storage container.
【請求項2】請求項1において、前記容器への収納対象
となる核分裂性物質を含有する物体には自発的に中性子
を放出する物質が含まれており、中性子源は別途設置さ
れていないことを特徴とする核分裂性物質の収納容器内
への装荷方法。
2. The object according to claim 1, wherein the object containing a fissile substance to be stored in the container contains a substance that spontaneously emits neutrons, and a neutron source is not separately provided. loading method into the storage container of nuclear fissile material characterized by.
【請求項3】請求項1または請求項2において、濃度や
組成が既知の核分裂性物質による実効中性子増倍率への
寄与が、未臨界度の測定対象とする容器中が臨界となる
ときに、予め定められた前記未臨界余裕より大きくな
るよう、前記核分裂物質の濃度,組成,構造を定めたこ
とを特徴とする核分裂性物質の収納容器内への装荷方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the contribution of the fissile material having a known concentration or composition to the effective neutron multiplication factor becomes critical when the container whose subcriticality is to be measured becomes critical. predetermined said to be greater than the subcriticality margin, the concentration of the fissile material, composition, loading method into the storage container of nuclear fissile material, characterized in that defining the structure.
【請求項4】請求項1または請求項2において、収納対
象となる核分裂性物質を含有する物体は原子炉の使用済
燃料集合体であり、前記燃料集合体は複数個が1つの収
納容器に装荷される場合、前記収納容器内で臨界となる
ような条件下で、濃度や組成が既知の核分裂性物質によ
る実効増倍率への寄与が、少なくとも前記容器への装荷
を許容される最小の燃焼度の燃料が持つ実効中性子増倍
率への寄与と、予め定められた前記未臨界余裕との和
より大きくなるよう前記核分裂物質の濃度,組成または
構造を定めたことを特徴とする核分裂性物質の収納容器
内への装荷方法。
4. An object according to claim 1, wherein the object containing fissile material to be stored is a spent fuel assembly of a nuclear reactor, and a plurality of the fuel assemblies are contained in one storage container. when loaded, under conditions such that the critical in the storage container, the concentration and composition contribution to effective multiplication factor with known fissile material, the minimum allowed the loading to at least said container fission characterized the contribution to the effective neutron multiplication factor with the combustion of the fuel, the concentration of the fissile material to be larger than the sum of the subcriticality margin predetermined that defined composition or structure loading method into storage container sexual material.
【請求項5】濃度や組成,分布が既知の核分裂性物質
と、中性子の計数率が測定可能な中性子検出器,前記中
性子検出器での中性子計数率を記録する手段,前記の記
録された中性子計数率と装荷過程で測定された容器内の
中性子束との比が制限値を満たすか否かから未臨界を確
認する手段からなり、濃度や組成,分布が既知の核分裂
性物質と中性子の計数率が測定可能な中性子検出器は、
核分裂性核種を含む物質を収納する容器内に設置され、
前記の濃度や組成,分布が既知の核分裂性物質と中性子
の計数率が測定可能な中性子検出器は、装荷対象となる
核分裂性核種を含む物質がすべて装荷された場合に容器
内の未臨界度マージンが確保されることが前記の未臨界
を確認する手段によって確認された時に、容器から取り
外されることを特徴とする核分裂性物質の収納容器内へ
の装荷システム。
5. A fissile material having a known concentration, composition and distribution, a neutron detector capable of measuring a neutron count rate, means for recording a neutron count rate at said neutron detector, and said recorded neutrons. It consists of a means for confirming subcriticality based on whether the ratio between the counting rate and the neutron flux in the container measured during the loading process satisfies the limit value, and counts fissile materials and neutrons whose concentration, composition, and distribution are known. Neutron detectors with measurable rates
Installed in a container containing a substance containing fissile nuclides,
The neutron detector that can measure the counting rate of fissile materials and neutrons with known concentrations, compositions, and distributions has a subcriticality in a container when all materials containing fissile nuclides to be loaded are loaded. A system for loading fissile material into a container, wherein the container is removed from the container when it is confirmed by the subcriticality confirming means that the margin is secured.
【請求項6】請求項5において、収納対象となる核物質
の容器への装荷に伴う中性子計数率の時間変化が予め定
めた上限値を越えた場合、容器内に中性子吸収材が自動
挿入されることを特徴とする核分裂性物質の収納容器内
への装荷システム
6. A neutron absorber according to claim 5, wherein a neutron absorbing material is automatically inserted into the container when the time change of the neutron counting rate accompanying the loading of the nuclear material to be stored into the container exceeds a predetermined upper limit. A system for loading fissile material into a container.
【請求項7】請求項5において、装荷対象となる核分裂
性物質の装荷は、装荷機を用い装荷機の制御装置を操作
することにより行われ、未臨界を確認する手段によって
臨界を越える可能性があると判断された段階で、装荷中
の核分裂性物質の装荷を停止するか、あるいは取り出す
ような制御信号が未臨界を確認する手段から装荷機へ送
られることを特徴とする核分裂性物質の収納容器内への
装荷システム。
7. The method according to claim 5, wherein the loading of the fissile material to be loaded is performed by operating the control device of the loading machine using the loading machine, and the possibility of exceeding the criticality by means of confirming the subcriticality is obtained. in step it is determined that there is nuclear fissile material, characterized in that to stop the loading of the fissile material in the loading, or control signals as retrieving is sent from the means to ensure subcritical to loading machine Loading system in the storage container.
【請求項8】請求項5において、濃度や組成,分布が既
知の核分裂性物質が複数に分割可能であり、分割された
部分毎に独立に取り出し可能としたことを特徴とする核
分裂性物質の収納容器内への装荷システム。
8. A nucleus according to claim 5, wherein the fissile material having a known concentration, composition, and distribution can be divided into a plurality of parts, and each of the divided parts can be independently taken out.
Loading system into storage container of fissile material.
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