JP3534727B2 - 放射性物質貯蔵容器およびヘリウムガス検出方法 - Google Patents

放射性物質貯蔵容器およびヘリウムガス検出方法

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JP3534727B2 JP2001319527A JP2001319527A JP3534727B2 JP 3534727 B2 JP3534727 B2 JP 3534727B2 JP 2001319527 A JP2001319527 A JP 2001319527A JP 2001319527 A JP2001319527 A JP 2001319527A JP 3534727 B2 JP3534727 B2 JP 3534727B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は放射性物質貯蔵容器
および放射性物質貯蔵容器におけるヘリウムガス検出方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】原子力発電所で発生した使用済み核燃料
は、貯蔵容器に密閉収納して所定期間中間貯蔵した後に
再処理して再び燃料として再利用されている。使用済み
核燃料を密閉収納する貯蔵容器として、上端が開放され
内部に使用済み核燃料が収納された金属からなる筒形の
内部容器本体およびこの内部容器本体の上端開放部を閉
塞する金属からなる蓋を備えた内部容器と、上端部が開
放され内部に内部容器が収容されたコンクリートからな
る外部容器本体およびこの外部容器本体の上端開放部を
閉塞するコンクリートからなる蓋を備え外部容器とを具
備するものがある。すなわち、使用済み核燃料を収容し
た金属からなる内部容器をコンクリーからなる外部容器
に収納して貯蔵する。
【0003】そして、使用済み核燃料は時間の経過とと
もに崩壊熱を発して内部容器を介して外部容器の内部が
加熱されるので、外部容器では外部容器本体の下端部に
空気入口を設け、外部容器本体の上端部に空気出口を設
けて、空気入口から冷却用の空気を外部容器本体の内部
に取入れ、使用済み核燃料の崩壊熱により熱せられたて
温度上昇して外部容器本体の内部で上昇した空気を空気
出口で排出することにより崩壊熱を外部へ放出するよう
にしている。
【0004】ところで、内部容器では燃料からの発熱を
効率良く外部へ伝熱することと、燃料の腐食を防止する
ために内部にヘリウムガスを封入されているが、貯蔵容
器を輸送する場合などに内部容器本体が破損して亀裂を
生じると、封入されていたヘリウムガスが内部容器本体
の亀裂から外部容器本体の内部へ漏洩することがある。
【0005】そこで、従来は外部容器の内部に圧力計を
設けて、外部容器内部の圧力変動を検知してヘリウムガ
スの漏洩を検出している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、外部容器の内
部に圧力計を設けて、外部容器内部の圧力変動を検知し
てヘリウムガスの漏洩を検出することは、外部容器内部
のヘリウムガスの濃度が薄いこと、また空気中における
ヘリウムガスのバックグラウンドの問題などの理由によ
り、ヘリウムガスの漏洩すなわち内部容器の破損を有効
に検出することができないことがある。
【0007】本発明は、内部容器から外部容器へのヘリ
ウムガスを有効に検出できる放射性物質貯蔵容器を提供
することを目的とする。
【0008】本発明は、内部容器から外部容器へのヘリ
ウムガスを有効に検出できる放射性物質貯蔵容器におけ
るヘリウムガス検出方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の放射性
物質貯蔵容器は、上端が開放され内部に放射性物質が収
納された金属からなる筒形の内部容器本体およびこの内
部容器本体の上端開放部を閉塞する金属からなる蓋を備
えた内部容器と、上端部が開放され内部に前記内部容器
が収容されたコンクリートかたなる外部容器本体および
この外部容器本体の上端開放部を閉塞するコンクリート
からなる蓋を備え、前記外部容器本体の内部に冷却用の
空気を取入れる空気入口および前記外部容器本体の内部
で温度上昇した空気を排出する空気出口を有する外部容
器と、ヘリウム検査時に前記外部容器の空気入口および
空気出口を夫々閉じる蓋および前記空気出口を閉塞する
蓋に接続されて前記外部容器本体の内部から流出する空
気を通す流通管と、この流通管に接続されこの流通管を
流れる空気に含まれるヘリウムガスを検出するヘリウム
検出器とを具備することを特徴とする。
【0010】請求項2の発明の放射性物質貯蔵容器にお
けるヘリウムガス検出方法は、上端が開放され内部に放
射性物質が収納された金属からなる筒形の内部容器本体
およびこの内部容器本体の上端開放部を閉塞する金属か
らなる蓋を備えた内部容器と、上端部が開放され内部に
前記内部容器が収容されたコンクリートかたなる外部容
器本体およびこの外部容器本体の上端開放部を閉塞する
コンクリートからなる蓋を備え、前記外部容器本体の内
部に冷却用用の空気を取入れる空気入口および前記外部
容器本体の内部で温度上昇した空気を排出する空気出口
を有する外部容器とを具備する放射性物質貯蔵容器にお
いて、前記外部容器の空気入口および空気出口を夫々閉
じて前記外部容器内部における空気の流れを停止して外
部容器内部内部の圧力を高め、前記外部容器の内部の空
気を取り出して、この空気に含まれるヘリウムガスを検
出することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
1および図2を参照して説明する。図1および図2はこ
の実施の形態における放射性物質貯蔵容器を模式的に示
すもので、図1は断面図、図2は外部容器の蓋を取外し
て示す平面図である。図中1は内部容器、2は外部容器
である。
【0012】内部容器1は、上端が開放されるとともに
下端が閉塞された立て形の円筒体をなすステンレス鋼な
どの金属により形成された内部容器本体11を有し、こ
の内部容器本体11の内部には放射性物質の一例である
使用済み核燃料3が集合して収納されている。内部容器
本体11の上端開放部にはステンレス鋼などの金属によ
り形成された円板形をなす蓋14が嵌合されて溶接が施
されて固定されている。この内部容器1の内部には燃料
からの発熱を効率良く外部へ伝熱することと、燃料の腐
食を防止するためにヘリウムガスが封入されている。
【0013】外部容器2は上端および下端が開放された
立形の円筒体をなすコンクリートからなる胴体21と、
この胴体21の開放された下端部に嵌合された円板形を
なすコンクリートからなる底体22とを組み合わせてな
る外部容器本体23を有しており、この外部容器本体2
3の胴体21の開放された開放された上端部には円板形
をなすコンクリートからなる蓋24が嵌合されてボルト
29により固定されている。なお、胴体21の内面およ
び底体22の内面には鉄板25が夫々張り付けられ、蓋
体24の内面には鉄板26が張り付けられている。
【0014】また、外部容器2では外部容器本体23の
下端部、すなわち胴体21と底体22との間には周方向
に等間隔を存した複数箇所、例えば4箇所に空気入口2
7が設けられており、この空気入口27は外部容器本体
23の半径方向に貫通して外部の空気を外部容器本体2
3の下端部から内部に取入れるようになっている。外部
容器本体23の上端部、すなわち胴体21と蓋体24と
の間には周方向に等間隔を存した複数箇所、例えば4箇
所に空気出口28が設けられており、この空気出口28
は外部容器本体23の半径方向に貫通して外部容器本体
23の内部の空気を上端部から外部へ排出するようにな
っている。
【0015】すなわち、内部容器1に収納された使用済
み核燃料3が発する崩壊熱により外部容器1の内部の空
気が加熱されて温度上昇する。この温度上昇した空気は
上方へ流れて外部容器2の上端部に設けた各空気出口2
8を通って外部容器2の外部へ流出する。この空気の流
れに伴い外部の空気が外部容器2の下端部に設けた各空
気入口27を通って外部容器2の内部に流入して内部容
器1を冷却する。このようにして空気入口27から空気
出口28へ外部容器2の内部で空気を流して内部容器1
の熱を外部へ放出して外部容器2の内部の温度上昇を抑
える。
【0016】このように構成された貯蔵容器は、貯蔵時
などにおいて何らかの理由により内部容器1を構成する
部品または部品同士の接合部に亀裂(破損)を生じる
と、内部に封入されたヘリウムガスがその亀裂から外
部、すなわち外部容器2の内部へ漏れ出す。
【0017】そこで、定期的または適時に内部容器1か
ら外部容器2の内部にヘリウムガスが漏れ出している
か、否かを調べる検査を行う。この検査に際しては、外
部容器2の下端部に設けた複数の空気入口28の夫々に
おける容器外部に面した開口部を蓋31で閉塞する。ま
た、外部容器2の上端部に設けた複数の空気出口29の
夫々における容器外部に面した開口部を蓋32で閉塞す
る。これら蓋31,32は例えばステンレス鋼などの金
属板からなるもので、例えばねじ止めにより外部容器2
の外面に着脱可能に取付ける。
【0018】また、複数の空気出口28を閉塞する蓋3
2のうち少なくとも1個の蓋32には外部容器2から流
出する気体を流す流通管33を接続し、この流通管33
にはこの流通管33を流れる気体に含まれるヘリウムを
検出するヘリウム検出器34を接続する。
【0019】このヘリウム検出器34は例えば次に述べ
る原理によりヘリウムの検出を行う。このヘリウム検出
器34は気体をイオンの生成過程でイオン化し、次いで
イオン分析過程でヘリウムイオンだけを質量分離し、さ
らにイオン収集過程で分離したイオンを収集、検出す
る。すなわち、イオン生成過程では、気体をグリッドに
流入させて熱フィラメントから発生されて電場で加速さ
れた熱電子と衝突させることによりイオンを生成する。
イオン分析過程では、イオンを扇状のマグネットで作ら
れる磁場を通過し、ここでイオンの運動方向に対して直
角の電磁力が作用してイオンが円軌道を描いて曲げられ
る。磁場および加速電圧を一定とすれば、軌道半径は気
体分子の質量の差により異なる。このため、イオン収集
過程では、気体分子を案内するスリットをヘリウムイオ
ンの軌道半径に合せて設置しており、このスリットでヘ
リウムイオンだけを収集する。さらに、イオン収集過程
では収集したヘリウムイオンをコレクタに通し、このコ
レクタに発生する電流を利用してヘリウムイオンを検出
して、その検出量を増幅して計器で表示する。ここで検
出して表示するのは単位時間(例えば1秒)当りに通過
するヘリウムガスの通過量である。
【0020】次にヘリウムガスを検出する方法について
説明する。
【0021】外部容器2に設けた空気入口27と空気出
口28を蓋31,32で閉塞することにより空気入口2
7および空気出口28における気体の流れが停止され、
この結果外部の空気が空気入口27を通って外部容器2
の内部に流入し、外部容器2の内部で内部容器1と熱交
換して上昇して流れ、空気出口28を通って外部へ流出
するという空気の流れが遮断されて空気が外部容器2の
内部で停滞する。このため、使用済み核燃料3の崩壊熱
で熱せられた内部容器1の熱を外部容器2の外部へ放出
してこれを冷却する作用が行なわれなくなり、内部容器
1の内部の温度が上昇して内部容器1の内部に封入され
ているヘリウムガスを圧力が上昇する。この圧力上昇に
より内部容器1の内部にあるヘリウムガスが内部容器1
に生じた亀裂を通って内部容器1の外部、すなわち外部
容器2の内部に漏れ出す。
【0022】さらに、この漏れ出したヘリウムガスは外
部容器2の内兎の空気とともに外部容器2の空気出口2
8を閉じる蓋32に接続された流通管33に入り、流通
管33の内部を流れて流通管33に接続されたヘリウム
検出器34を通過する。ヘリウム検出器34はヘリウム
ガスを含む空気が通過すると、前述した作用により通過
する空気のなかからヘリウムガスを取り出して、単位時
間当りにヘリウムガスが通過する量、すなわち漏洩量を
計測する。ヘリウム検出器34はヘリウムガスを検出す
ることにより、内部容器1からヘリウムガスが漏れ出し
ていること、すなわち内部容器1が破損して亀裂を生じ
ていることを知ることができる。
【0023】このようにして外部容器2の空気入口27
および空気出口28を夫々閉じて外部容器2内部におけ
る空気の流れを停止して、使用済み核燃料3の熱により
内部容器1内部の圧力を高め、次いで外部容器2の内部
の空気を取り出して、この空気に含まれるヘリウムガス
を検出するので、従来における検査方法に比較してヘリ
ウムガスを容易且つ確実に検出して内部容器1における
破損を知る上で大変有効である。
【0024】例えば、空気入口27および空気出口28
を夫々閉じることにより外部容器2内部の圧力は、内部
容器1の破損が無い場合には4時間で約5%の上昇があ
り、約1000Aqとなる。内部容器1に破損がある場
合には4時間で約5.5%の上昇があり、約1100A
qになる。
【0025】また、内部容器1の亀裂発生を検査する定
期検査を行う間隔は例えば1年とする。これは亀裂発生
の場合、内部容器内部のヘリウムガスが全部抜けきらな
いので、本発明を適用して内部容器の亀裂発生の検査が
可能であるからである。
【0026】なお、本発明は前述した実施の形態に限定
されず、種々変形して実施することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明の放射性物質貯蔵容器および放射
性物質貯蔵容器におけるヘリウムガス検出方法によれ
ば、外部容器の空気入口および空気出口を夫々閉じて外
部容器内部における空気の流れを停止して外部容器内部
の圧力を高め、外部容器の内部の空気を取り出して、こ
の空気に含まれるヘリウムガスを検出するので、内部容
器から外部容器へのヘリウムガスを容易且つ確実に検出
して、内部容器における破損を良好に知ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における貯蔵容器を模式
的に示す断面図。
【図2】同実施の形態における貯蔵容器を模式的に示す
平面図。
【符号の説明】
1…内部容器 2…外部容器 11…内部容器本体 12…蓋 23…外部容器本体 24…蓋 27…空気入口 28…空気出口 31…蓋 32…蓋 33…流通管 34…ヘリウム検出器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−295493(JP,A) 特開2001−174583(JP,A) 特開 昭56−93085(JP,A) 特開 昭62−179699(JP,A) 特開2002−148387(JP,A) 特開2002−202400(JP,A) 実開 昭63−17499(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 19/06 G21F 5/10 G21F 5/12 G21F 9/36 G21C 19/32

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上端が開放され内部に放射性物質が収納
    された金属からなる筒形の内部容器本体およびこの内部
    容器本体の上端開放部を閉塞する金属からなる蓋を備え
    た内部容器と、上端部が開放され内部に前記内部容器が
    収容されたコンクリートからなる外部容器本体およびこ
    の外部容器本体の上端開放部を閉塞するコンクリートか
    らなる蓋を備え、前記外部容器本体の内部に冷却用の空
    気を取入れる空気入口および前記外部容器本体の内部で
    温度上昇した空気を排出する空気出口を有する外部容器
    と、ヘリウム検査時に前記外部容器の空気入口および空
    気出口を夫々閉じる蓋および前記空気出口を閉塞する蓋
    に接続されて前記外部容器の内部から流出する空気を通
    す流通管と、この流通管に接続されこの流通管を流れる
    空気に含まれるヘリウムガスを検出するヘリウム検出器
    とを具備することを特徴とする放射性物質貯蔵容器。
  2. 【請求項2】 上端が開放され内部に放射性物質が収納
    された金属からなる筒形の内部容器本体およびこの内部
    容器本体の上端開放部を閉塞する金属からなる蓋を備え
    た内部容器と、上端部が開放され内部に前記内部容器が
    収容されたコンクリートからなる外部容器本体およびこ
    の外部容器本体の上端開放部を閉塞するコンクリートか
    らなる蓋を備え、前記外部容器本体の内部に冷却用用の
    空気を取入れる空気入口および前記外部容器本体の内部
    で温度上昇した空気を排出する空気出口を有する外部容
    器とを具備する放射性物質貯蔵容器において、前記外部
    容器の空気入口および空気出口を夫々閉じて前記外部容
    器内部における空気の流れを停止して外部容器内部内部
    の圧力を高め、前記外部容器の内部の空気を取り出し
    て、この空気に含まれるヘリウムガスを検出することを
    特徴とする放射性物質貯蔵容器におけるヘリウムガス検
    出方法。
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