JP3891785B2 - 放射性物質貯蔵容器の監視方法、および監視装置を備えた放射性物質貯蔵システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、使用済燃料等の放射性物質を貯蔵した貯蔵容器の健全性を監視する貯蔵容器の監視方法、および監視装置を備えた放射性物質貯蔵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、解体処理されるとともに、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。そして、これらの使用済燃料は、再処理を行うまでの間、密閉された状態で貯蔵されている。このような高放射性物質の貯蔵方法としては、貯蔵プール等による湿式法、あるいは、キャスク等の貯蔵容器を用いた乾式法が知られている。
【０００３】
水に代わり空気によって自然冷却を行う乾式型の貯蔵方法は、湿式法に比較して運転コストが低いことから注目を集め、開発が進められている。また、乾式法に用いる貯蔵容器には種々の構造のものがあるが、コンクリート構造物によって使用済燃料を遮蔽するコンクリートキャスクは、低コストであることから特に注目されている。コンクリートは、中性子遮蔽材として優れ、他の遮蔽材よりも安価であるとともに、構造体として必要な強度が得られる等の利点も備えている。
【０００４】
一般に、このようなコンクリートキャスクは、上部および底部が閉塞された筒状のコンクリート容器を備え、使用済燃料が封入された筒状の金属密閉容器、いわゆるキャニスタ、をこのコンクリート容器内に収納配置することにより、使用済燃料からの放射性物質を遮蔽している。キャニスタは、上記金属製の容器本体と、この容器本体内に配置されたバスケットと、を有し、使用済燃料集合体は、バスケットによって支持された状態で複数体封入されている。
【０００５】
また、キャニスタにおいて、容器本体は底面が閉塞した筒状に形成され、容器本体の上部開口は、遮蔽板、一次および２次蓋によって閉塞されている。これらの一次蓋および二次蓋は所定の隙間を置いて重ねて配置されているとともに、それぞれ周縁部が全周に亘って容器本体の内周面に溶接されている。それにより、キャニスタの密閉性を上げている。また、容器本体内、および一次蓋と二次蓋との間の空間はヘリウム等の気体が封入され、加圧された状態となっている。
【０００６】
このように構成されたコンクリートキャスクでは、高放射性物質を長期間に亘って安全に、かつ、安定して保管する必要があり、長期間に亘って高い放射線遮蔽性能が要求される。
【０００７】
一方、キャニスタに収納されている使用済燃料は発熱体であり、キャニスタが局部的に加熱されて制限温度を越えると、歪みやクラック等の発生を招く。また、一次蓋や二次蓋の溶接部に溶接欠陥がある場合、あるいは、溶接の弱い箇所が経時変化により溶接欠陥となった場合、その部分から放射線が漏洩し、キャニスタの健全性を担保することが困難となる。そこで、貯蔵期間中、キャニスタにおけるクラックや溶接欠陥の発生を監視し、放射線の漏洩等を事前に防止することが安全評価上、および安全保障上望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなキャニスタのクラックや溶接欠陥の発生を監視する方法として、例えば、キャニスタの一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力を監視する方法が考えられる。すなわち、前述したように、一次蓋と二次蓋との間の空間は加圧され、ヘリウム等の気体が封入されている。そして、キャニスタにクラックや溶接欠陥等が発生し、上記空間内のヘリウムが漏洩した場合、上記空間内の圧力が変化する。そこで、この空間内の圧力を監視することにより、キャニスタにおけるクラックや溶接欠陥等の発生を監視することができる。
【０００９】
キャニスタの一次蓋と二次蓋との間の空間における圧力を検出する方法としては、二次蓋に貫通孔を形成し、この貫通孔を通して上記空間内に挿入された圧力センサによって検出する方法が考えられる。しかしながら、このようにキャニスタの二次蓋に貫通孔を形成した場合、キャニスタの密閉性が低下する可能性があり、キャニスタ本来の機能を考慮すると、望ましくない。また、作業性および安全性を考慮した場合、キャニスタをコンクリート容器から取り出すことなく、コンクリート容器の外部からキャニスタの健全性を監視できることが望ましい。
【００１０】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、貯蔵容器の健全性を容易に監視可能な放射性物質貯蔵容器の監視方法、および監視装置を備えた放射性物質貯蔵システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る放射性物質貯蔵容器の監視方法は、貯蔵容器の高さ方向、つまり、軸方向に沿った温度分布を貯蔵容器の外部から測定し、測定した温度分布の変化に基づいて貯蔵容器内の圧力低下を監視することを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵容器の監視方法は、貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を貯蔵容器の外部から測定し、測定した温度の変化に基づいて貯蔵容器内の圧力低下を監視することを特徴としている。
【００１３】
すなわち、貯蔵容器が健全な場合、この貯蔵容器内にはヘリウム等のガスが所定の圧力で封入されている。このヘリウムは空気に比較して熱伝導率が高いため、貯蔵容器内における高さ方向の温度分布は、貯蔵容器の下部では低いが、中間部および上部ではほぼ均一な温度となる。ところが、貯蔵容器に溶接欠陥、クラック等が発生し貯蔵容器内の圧力が低下すると、つまり、貯蔵容器内のヘリウムが外部に漏洩すると、貯蔵容器内の熱伝導率が低下し、温度分布が変化する。具体的には、貯蔵容器内のヘリウムが減少すると、これに伴い、貯蔵容器の高さ方向上部の温度が低下し、高さ方向中間部の温度が上昇してくる。そこで、このような貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布の変化を監視することにより、充填ガスの漏洩の有無、つまり、貯蔵容器の健全性を監視することができる。
【００１４】
また、上記のように、充填ガスの減少に伴い、貯蔵容器の各部位の温度が変化することから、貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度変化を監視することによっても、充填ガスの漏洩の有無、つまり、貯蔵容器の健全性を監視することができる。
【００１５】
以上のことから、この発明に係る監視方法は、放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、コンクリート製貯蔵容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製貯蔵容器の健全性を監視する放射性物質貯蔵容器の監視方法において、上記容器本体の高さ方向に沿って離間した複数箇所の温度である前記容器本体の高さ方向に沿った温度分布を、上記金属製貯蔵容器の外側から測定し、上記測定された温度分布の変化に基づいて上記充填ガスの漏洩を監視することを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係る監視方法は、放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、コンクリート製貯蔵容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属性貯蔵容器の健全性を監視する放射性物質貯蔵容器の監視方法において、上記コンクリート製貯蔵容器内で上記金属製貯蔵容器の外側に設けられた温度測定器により、上記金属製貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を測定し、上記コンクリート製貯蔵容器の外側に設けられているとともに上記温度測定器に接続された検出器により、上記測定された温度の変化に基づいて上記充填ガスの漏洩を監視することを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係る監視方法によれば、上記貯蔵容器の外側で上記コンクリート容器内に設けられた温度検出器により、上記貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布、あるいは貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度、を測定することを特徴としている。
【００１８】
一方、この発明に係る放射性物質貯蔵システムは、内部に収納部を有したコンクリート容器と、上記コンクリート容器の上端開口を閉塞したコンクリート製の蓋体と、を備えたコンクリート製貯蔵容器と、放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体に溶接され容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、上記コンクリート容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製のキャニスタと、上記キャニスタの健全性を監視する監視装置と、を備え、
上記監視装置は、上記コンクリート容器内で上記容器本体の外側に設けられ、上記容器本体の高さ方向に沿って離間した複数箇所の温度である前記容器本体の高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器と、上記温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出する検出器と、を備えていることを特徴としている。
【００１９】
温度測定器としては、キャニスタの高さ方向に沿って複数配置された熱電対、あるいは、キャニスタの高さ方向に沿って配設された光ファイバー等を用いることができる。
【００２０】
また、この発明に係る他の放射性物質貯蔵システムによれば、監視装置は、コンクリート容器内でキャニスタの外側に設けられ、上記キャニスタの内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を測定する温度測定器と、上記温度測定器によって測定された温度の変化を検出する検出器と、を備えていることを特徴としている。温度測定器としては、キャニスタの内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位に設けられた熱電対、あるいは、光ファイバー等を用いることができる。
【００２１】
上記のように構成された放射性物質貯蔵容器の監視方法、および放射性物質貯蔵システムによれば、貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布、あるいは、内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を検出することにより、貯蔵容器の蓋に透孔等を設けることなく、かつ、貯蔵容器の外部から上記貯蔵容器内の圧力変化、つまり、充填ガスの漏洩を容易に検出し、貯蔵容器の健全性を監視することができる。従って、貯蔵容器における溶接欠陥あるいはクラック等の発生を早期に発見し、交換、修理等の適切な処置を施すことができ、放射線の漏洩等を事前に防止することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施の形態に係る監視装置を備えた放射性物質貯蔵システム、および監視方法について詳細に説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、この放射性物質貯蔵システムにおいて、コンクリート製貯蔵容器として機能するコンクリートキャスク１０は、コンクリートにより形成され遮蔽構造体として機能するコンクリート容器１２を備え、このコンクリート容器内には、金属製の密閉貯蔵容器として機能するキャニスタ１４が収納されている。キャニスタ１４は、両端が閉塞した円筒形状に形成され、その内部には、バスケット１６により支持された状態で、使用済燃料集合体１８が複数体封入されている。これらの使用済燃料集合体１８は、例えば、原子炉の使用済燃料であり、崩壊熱に伴う発熱と放射線の発生を伴う放射性物質を含んでいる。そして、キャニスタ１４は、封入された放射性物質が外部に漏洩しないよう、溶接密閉構造を有している。
【００２４】
コンクリートキャスク１０のコンクート容器１２は、底部の閉塞された円筒形状を有し、例えば、高さ約６ｍ、直径約４ｍ程度に形成され、また、コンクリートの壁厚は、約０．９ｍ程度に形成されている。コンクート容器１２の上端開口は、外面が炭素鋼板によって覆われたコンクリート製の蓋体２０により閉塞されている。この蓋体２０は、複数のボルト２１によりコンクリート容器１２の上端にボルト止めされている。なお、コンクート容器１２のコンクリート壁内には、図示しない配筋が施されている。
【００２５】
コンクリート容器１２内には、コンクリート容器の内周面および蓋体２０により、円柱形状の収納部２２が規定されている。そして、この収納部２２内にキャニスタ１４が収納されている。キャニスタ１４は、収納部２２の底面に形成された複数のリブ３１上に載置されているとともに、コンクート容器１２と同軸的に配置されている。
【００２６】
また、収納部２２内に収納された状態において、キャニスタ１４の外周面とコンクート容器１２の内周面との間には、所定の隙間、例えば、１０ｃｍ程度の隙間が形成されている。そして、この隙間により、冷却空気が流れる冷却空気流路２４が形成されている。冷却空気流路２４は、キャニスタ１４の外周面の全周に亘って、かつ、外周面の軸方向全長に亘って形成されている。
【００２７】
コンクート容器１２の底部には複数、例えば４つの吸気口２６が形成され、また、コンクート容器１２の上端部には、同様に、４つの排気口２８が形成され、それぞれ冷却空気流路２４に連通している。４つの吸気口２６は、容器本体１２の円周方向に沿って互いに等間隔離間して設けられ、コンクート容器１２の底部外周面に開口している。また、排気口２８は、コンクート容器１２の円周方向に沿って互いに等間隔離間して設けられ、コンクート容器１２の上端部外周面に開口している。
【００２８】
これらの吸気口２６、排気口２８、および冷却空気流路２４は、空気の自然循環冷却によりコンクリートキャスク１０を除熱する除熱部を構成している。すなわち、吸気口２６からコンクート容器１２内に導入された冷却空気としての外気は、冷却空気流路２４を通ってキャニスタ１４の周囲を流れ、その間、キャニスタ１４およびコンクート容器１２を除熱し冷却する。そして、キャニスタ１４からの熱によって加熱され昇温した冷却空気は、排気口２８からコンクート容器１２の外部に排出される。
【００２９】
一方、コンクート容器１２の内周面には、炭素鋼等の金属からなる円筒状のライナ３０が設けられている。金属からなるライナ３０は、コンクリートに比較して伝熱性が高く、使用済燃料集合体１８から発生した熱の伝熱を促進するとともに、使用済燃料集合体１８からの放射線、主としてγ線、を遮蔽する機能を有している。
【００３０】
次に、キャニスタ１４の構成について詳細に説明する。
図２および図３に示すように、キャニスタ１４は、下端が閉塞されているとともに上端開口を有したほぼ円筒状の容器本体１５を備えている。容器本体１５は、例えばステンレス等の非磁性金属によって形成されている。そして、容器本体１５内には、バスケット１６により支持された状態で、使用済燃料集合体１８が複数体封入されている。
【００３１】
容器本体１５の上端部内周面には環状の支持部材４２が固定され、この支持部材上には、円盤状の遮蔽体４４が載置され容器本体の上端開口を閉塞している。また、容器本体１５の上端部内には、遮蔽体４４に重ねて円盤状の一次蓋４８が装着され、容器本体の上端開口を閉塞している。一次蓋４８の上端側の周縁部は、全周に亘って容器本体１５の内周面に溶接されている。遮蔽体４４および一次蓋４８には、容器本体１５内の排気および排水に利用する流路５０が形成され、この流路は一次蓋４８に固定された栓体５１によって封止されている。
【００３２】
更に、容器本体１５の上端部内には、一次蓋４８に重ねて円盤状の二次蓋５２が装着されている。二次蓋５２の上端側の周縁部は容器本体４０の内周面に溶接され、それにより、二次蓋５２は容器本体４０の上端開口を閉塞し、一次蓋４８の外側に位置している。
【００３３】
このように、容器本体１５の上端開口は、遮蔽体４４、一次蓋４８、および二次蓋５２によって気密に閉塞されている。これら遮蔽体４４、一次蓋４８、および二次蓋５２は、例えばステンレス等の金属によって形成されている。
【００３４】
また、一次蓋４８と二次蓋５２との間には密閉空間５５が形成され、この密閉空間５５には、加圧ガスとして、空気よりも熱伝導率の高いガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）が封入されている。それにより、密閉空間５５は約５気圧程度に加圧されている。同様に、容器本体１５内には、ヘリウムが封入され約３気圧程度に加圧されている。
【００３５】
次に、上記のように構成されたコンクリートキャスク１０に収納されているキャニスタ１４の健全性を監視する監視装置について説明する。
放射性物質貯蔵システムの一部を構成する監視装置６０は、キャニスタ１４の高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器を備え、温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出することにより、容器本体１５内のヘリウムの漏洩の有無、すなわち、キャニスタの健全性を監視する。
【００３６】
詳細に述べると、図２に示すように、監視装置６０は、温度測定器として、コンクリート容器１２内でキャニスタ１４の容器本体１５の外周面に設けられた複数の熱電対６２を備えている。これらの熱電対６２は、容器本体１５の高さ方向、つまり、軸方向、に沿って互いに離間した複数箇所、例えば、容器本体１５の上部、中間部、および下部を含む８箇所にそれぞれ設けられている。そして、これらの熱電対６２は、コンクリート容器１２の外部に配設された検出器６４に電気的に接続されている。
【００３７】
なお、監視装置６０の温度測定器は、キャニスタ１４上部の温度を測定する熱電対として、上記複数の熱電対６２に加え、キャニスタ１４の蓋部、例えば、二次蓋５２の外面中央部の温度を測定する熱電対を含んでいてもよい。
【００３８】
上記構成のコンクリートキャスク１０によれば、キャニスタ１４の貯蔵期間中、監視装置６０によってキャニスタ１４の健全性を監視する。すなわち、監視装置６０は、複数の熱電対６２により容器本体１５の高さ方向に沿った各位置での温度を測定する。そして、検出器６４は、熱電対６２によって測定された各温度から、容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布を検出する。
【００３９】
ここで、容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布は、この容器本体内におけるヘリウムの充填量に応じて変化する。すなわち、キャニスタ１４が健全な場合、容器本体１５内はヘリウムで満たされ所定圧力に維持されている。そして、ヘリウムは空気に比較して熱伝導率が高いため、使用済燃料集合体１８から生じた熱は容器本体１５内で効率よく対流する。従って、容器本体１５内における高さ方向の温度分布は、図４に曲線Ａで示すように、容器本体の下部では低いが、中間部および上部ではほぼ均一な温度となる。
【００４０】
ところが、キャニスタ１４に溶接欠陥、クラック等が発生し容器本体１５内の圧力が低下すると、つまり、容器本体内のヘリウムが外部に漏洩すると、容器本体内部の熱伝導率が低下し、容器本体の高さ方向に沿った温度分布が変化する。例えば、図４における曲線Ｂは、容器本体１５のヘリウムが漏洩し容器本体内の圧力が２気圧に低下した際の温度分布、また、曲線Ｃは、容器本体１５のヘリウムが漏洩し容器本体内の圧力が１気圧に低下した際の温度分布をそれぞれ示すもので、容器本体１５内のヘリウムの低減に伴い、容器本体上部の温度が低下し、高さ方向中間部の温度が上昇してくる。
【００４１】
従って、熱電対６２によって測定した温度に基づき、検出器６４によって容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布の変化を監視することにより、ヘリウムの漏洩の有無、つまり、キャニスタ１４の健全性を監視することができる。
【００４２】
以上のように構成された第１の実施の形態によれば、キャニスタ１４の高さ方向に沿った温度分布の変化を検出することにより、コンクリートキャスク１０の外部からキャニスタ１４の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを得ることができる。
【００４３】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムの監視装置および監視方法について説明する。
図５に示すように、第２の実施の形態によれば、監視装置６０は、温度測定器として光ファイバ６６を備え、この光ファイバ６６は、コンクリート容器１２内でキャニスタ１４の容器本体１５の外周面に接触して設けられ、容器本体１５の高さ方向に沿って、かつ、ほぼ全長に亘って延びている。そして、光ファイバ６６は、排気口２８を通ってコンクリート容器１２の外部に引き出されている。
【００４４】
また、監視装置６０は、光ファイバ６６の入射端に接続され、レーザ光源７０から出射されたパルス状のレーザ光を光ファイバに入射する光方向性結合器６８と、光方向性結合器６８に接続された波長分析器（ＳＣＡ）７２と、を有している。波長分析器７２は、光ファイバ６６中で発生し光ファイバの入射端から出射された後方散乱光を、光方向性結合器６８を介して受け、この後方散乱光の検出および分析を行う。また、波長分析器７２には、データ処理装置７４、および検出結果を表示するモニタ７６が接続されている。なお、波長分析器７２およびデータ処理装置７４は、この発明における検出器を構成している。
【００４５】
光ファイバ３４としては、耐放射線性に優れた純石英コアファイバ、フッ素ドープド石英コアファイバ等が用いられている。
【００４６】
上記のように構成された監視装置６０によってキャニスタ１４の健全性を監視する場合、監視装置６０は、レーザ光源７０からパルス状のレーザ光を光方向性結合器６８を通して光ファイバ６６に入射する。そして、光ファイバ６６に入射したレーザ光は、容器本体１５の外周面に沿って光ファイバ内を伝搬する。その際、光ファイバ６６中で生じた後方散乱光は、光ファイバの入射端から出射し、光方向性結合器６８を介して波長分析器７２に送られる。
【００４７】
波長分析器７２は、入力された後方散乱光を検出および分析し、容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布を測定する。すなわち、光ファイバ６６を通るレーザ光には、容器本体１５の各部位の温度に応じて特有の後方散乱光が発生し、波長分析器７２はこの後方散乱光の強度および波長シフト量を測定する。そして、データ処理装置７４は、波長分析器７２で測定された後方散乱光の強度、波長シフト量から各部位の温度を検出する。同時に、後方散乱光の時間展開から、温度の各測定位置を特定することができる。
【００４８】
なお、監視装置６０による測定精度は、温度±０．１℃、位置精度１０〜３０ｃｍ程度が得られる。
【００４９】
以上のように、監視装置６０によって容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布を測定し、この温度分布の変化を監視することにより、容器本体１５内におけるヘリウムの漏洩の有無、つまり、キャニスタ１４の健全性を監視することができる。
【００５０】
従って、上記構成を有する第２の実施の形態においても、キャニスタ１４の高さ方向に沿った温度分布の変化を検出することにより、コンクリートキャスク１０の外部からキャニスタ１４の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを得ることができる。
【００５１】
なお、第２の実施の形態において、監視装置６０として、ファイバ−ブラッグ−グレーティング（ＦＢＧ）法に基づく監視装置が用いることもできる。この監視装置６０によれば、光ファイバ６６は、容器本体１５の高さ方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の回折格子を有して構成される。この場合、レーザ光源７０から光方向性結合器６８を介して光ファイバ６６に入射したパルス状レーザ光の内、ブラッグの反射条件に合った波長の光のみが回折格子により反射され、その反射光の波長シフト量は波長分析器７２によって測定される。そして、測定された波長シフト量をデータ処理装置７６によって演算処理することにより、容器本体１５の高さ方向に沿った複数位置での温度を検出することができる。なお、監視装置６０による測定精度は、温度±０．１℃、位置精度１０〜３０ｃｍ程度が得られる。
【００５２】
上記のような監視装置６０を用いた場合でも、上述した第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
上述した第１および第２の実施の形態では、キャニスタの高さ方向に沿った温度分布の変化を検出する構成としたが、下記のようなキャニスタの任意の箇所の温度変化を検出してキャニスタの健全性を監視する構成としても良い。
【００５４】
すなわち、図４に曲線Ａ、Ｂ、Ｃで示したように、キャニスタ内の圧力変化に応じて、キャニスタの各部の温度が変化する。例えば、キャニスタ上部の温度は約１５０℃から１１０℃の範囲で変化し、また、キャニスタ中間部の温度は約１５０℃から約１７０℃の範囲で変化する。そこで、そのようなキャニスタ１４の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい任意の部位の温度変化を検出することにより、ヘリウムの漏洩に伴うキャニスタ内の圧力変化を検出し、キャニスタの健全性を監視することができる。
【００５５】
図６に示す第３の実施の形態によれば、監視装置６０は、温度測定器として機能する熱電対６２を備え、この熱電対は、キャニスタ１４の蓋部、例えば、二次蓋５２の外面中央部に設けられている。そして、この熱電対６２は、コンクリート容器１２の外部に配設された検出器６４に電気的に接続されている。他の構成は、前述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５６】
上記第３の実施の形態によれば、キャニスタ１４の貯蔵期間中、監視装置６０は、熱電対６２によりキャニスタ蓋部の温度を測定する。そして、熱電対６２によって測定した温度に基づき、検出器６４によってキャニスタ１４上部の温度変化を検出することにより、ヘリウムの漏洩の有無、つまり、キャニスタ１４の健全性を監視することができる。
【００５７】
なお、第３の実施の形態において、温度を測定する部位は、キャニスタ１４の蓋部に限らず、容器本体１５の上端部、中間部、あるいは他の部位としても良い。但し、測定部位は、キャニスタ内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位を選択する。
【００５８】
また、第３の実施の形態において、監視装置６０は、熱電対と検出器との組合わせに限らず、第２の実施の形態と同様に、光ファイバ、レーザ光源、光方向性結合器、データ処理装置等を備えた監視装置、あるいは、ファイバーブラッグブレーティング法に基づく監視装置を用いてもよい。
【００５９】
その他、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、密閉容器の形状、材質等は上述した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて種々選択可能である。また、キャニスタの容器本体内に充填するガスは、空気よりも熱伝導率の高いガスであればよく、ヘリウムの他、窒素等を用いることができ、かつ、その圧力も任意に設定可能である。更に、キャニスタの高さ方向に沿った温度測定点は、必要に応じて増減可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布を貯蔵容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいて充填ガスの漏洩を監視することにより、貯蔵容器の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを提供することができる。
【００６１】
また、この発明によれば、貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を貯蔵容器の外側から測定し、測定された温度変化に基づいて充填ガスの漏洩を監視することにより、貯蔵容器の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムのコンクリートキャスクを一部破断して示す斜視図。
【図２】上記コンクリートキャスクの縦断面図。
【図３】上記コンクリートキャスクに収納されたキャニスタを一部破断して示す側面図。
【図４】上記キャニスタ内の圧力低下に伴う、上記キャニスタの高さ方向に沿った温度分布の変化を示すグラフ。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムを概略的に示す断面図。
【図６】この発明の第３の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムを概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１０…コンクリートキャクス
１２…コンクリート容器
１４…キャニスタ
１５…容器本体
１８…使用済燃料集合体
２０…蓋体
２２…収納部
４８…一次蓋
５２…二次蓋
５５…密閉空間
６０…監視装置
６２…熱電対
６４…検出器
６６…光ファイバ
６８…光方向性結合器
７０…光源
７２…波長分析器
７４…データ処理装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、使用済燃料等の放射性物質を貯蔵した貯蔵容器の健全性を監視する貯蔵容器の監視方法、および監視装置を備えた放射性物質貯蔵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、解体処理されるとともに、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。そして、これらの使用済燃料は、再処理を行うまでの間、密閉された状態で貯蔵されている。このような高放射性物質の貯蔵方法としては、貯蔵プール等による湿式法、あるいは、キャスク等の貯蔵容器を用いた乾式法が知られている。
【０００３】
水に代わり空気によって自然冷却を行う乾式型の貯蔵方法は、湿式法に比較して運転コストが低いことから注目を集め、開発が進められている。また、乾式法に用いる貯蔵容器には種々の構造のものがあるが、コンクリート構造物によって使用済燃料を遮蔽するコンクリートキャスクは、低コストであることから特に注目されている。コンクリートは、中性子遮蔽材として優れ、他の遮蔽材よりも安価であるとともに、構造体として必要な強度が得られる等の利点も備えている。
【０００４】
一般に、このようなコンクリートキャスクは、上部および底部が閉塞された筒状のコンクリート容器を備え、使用済燃料が封入された筒状の金属密閉容器、いわゆるキャニスタ、をこのコンクリート容器内に収納配置することにより、使用済燃料からの放射性物質を遮蔽している。キャニスタは、上記金属製の容器本体と、この容器本体内に配置されたバスケットと、を有し、使用済燃料集合体は、バスケットによって支持された状態で複数体封入されている。
【０００５】
また、キャニスタにおいて、容器本体は底面が閉塞した筒状に形成され、容器本体の上部開口は、遮蔽板、一次および２次蓋によって閉塞されている。これらの一次蓋および二次蓋は所定の隙間を置いて重ねて配置されているとともに、それぞれ周縁部が全周に亘って容器本体の内周面に溶接されている。それにより、キャニスタの密閉性を上げている。また、容器本体内、および一次蓋と二次蓋との間の空間はヘリウム等の気体が封入され、加圧された状態となっている。
【０００６】
このように構成されたコンクリートキャスクでは、高放射性物質を長期間に亘って安全に、かつ、安定して保管する必要があり、長期間に亘って高い放射線遮蔽性能が要求される。
【０００７】
一方、キャニスタに収納されている使用済燃料は発熱体であり、キャニスタが局部的に加熱されて制限温度を越えると、歪みやクラック等の発生を招く。また、一次蓋や二次蓋の溶接部に溶接欠陥がある場合、あるいは、溶接の弱い箇所が経時変化により溶接欠陥となった場合、その部分から放射線が漏洩し、キャニスタの健全性を担保することが困難となる。そこで、貯蔵期間中、キャニスタにおけるクラックや溶接欠陥の発生を監視し、放射線の漏洩等を事前に防止することが安全評価上、および安全保障上望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなキャニスタのクラックや溶接欠陥の発生を監視する方法として、例えば、キャニスタの一次蓋と二次蓋との間の空間の圧力を監視する方法が考えられる。すなわち、前述したように、一次蓋と二次蓋との間の空間は加圧され、ヘリウム等の気体が封入されている。そして、キャニスタにクラックや溶接欠陥等が発生し、上記空間内のヘリウムが漏洩した場合、上記空間内の圧力が変化する。そこで、この空間内の圧力を監視することにより、キャニスタにおけるクラックや溶接欠陥等の発生を監視することができる。
【０００９】
キャニスタの一次蓋と二次蓋との間の空間における圧力を検出する方法としては、二次蓋に貫通孔を形成し、この貫通孔を通して上記空間内に挿入された圧力センサによって検出する方法が考えられる。しかしながら、このようにキャニスタの二次蓋に貫通孔を形成した場合、キャニスタの密閉性が低下する可能性があり、キャニスタ本来の機能を考慮すると、望ましくない。また、作業性および安全性を考慮した場合、キャニスタをコンクリート容器から取り出すことなく、コンクリート容器の外部からキャニスタの健全性を監視できることが望ましい。
【００１０】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、貯蔵容器の健全性を容易に監視可能な放射性物質貯蔵容器の監視方法、および監視装置を備えた放射性物質貯蔵システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る放射性物質貯蔵容器の監視方法は、貯蔵容器の高さ方向、つまり、軸方向に沿った温度分布を貯蔵容器の外部から測定し、測定した温度分布の変化に基づいて貯蔵容器内の圧力低下を監視することを特徴としている。
【００１２】
また、この発明に係る放射性物質貯蔵容器の監視方法は、貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を貯蔵容器の外部から測定し、測定した温度の変化に基づいて貯蔵容器内の圧力低下を監視することを特徴としている。
【００１３】
すなわち、貯蔵容器が健全な場合、この貯蔵容器内にはヘリウム等のガスが所定の圧力で封入されている。このヘリウムは空気に比較して熱伝導率が高いため、貯蔵容器内における高さ方向の温度分布は、貯蔵容器の下部では低いが、中間部および上部ではほぼ均一な温度となる。ところが、貯蔵容器に溶接欠陥、クラック等が発生し貯蔵容器内の圧力が低下すると、つまり、貯蔵容器内のヘリウムが外部に漏洩すると、貯蔵容器内の熱伝導率が低下し、温度分布が変化する。具体的には、貯蔵容器内のヘリウムが減少すると、これに伴い、貯蔵容器の高さ方向上部の温度が低下し、高さ方向中間部の温度が上昇してくる。そこで、このような貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布の変化を監視することにより、充填ガスの漏洩の有無、つまり、貯蔵容器の健全性を監視することができる。
【００１４】
また、上記のように、充填ガスの減少に伴い、貯蔵容器の各部位の温度が変化することから、貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度変化を監視することによっても、充填ガスの漏洩の有無、つまり、貯蔵容器の健全性を監視することができる。
【００１５】
以上のことから、この発明に係る監視方法は、放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、コンクリート製貯蔵容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製貯蔵容器の健全性を監視する放射性物質貯蔵容器の監視方法において、上記容器本体の高さ方向に沿って離間した複数箇所の温度である前記容器本体の高さ方向に沿った温度分布を、上記金属製貯蔵容器の外側から測定し、上記測定された温度分布の変化に基づいて上記充填ガスの漏洩を監視することを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係る監視方法は、放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、コンクリート製貯蔵容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属性貯蔵容器の健全性を監視する放射性物質貯蔵容器の監視方法において、上記コンクリート製貯蔵容器内で上記金属製貯蔵容器の外側に設けられた温度測定器により、上記金属製貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を測定し、上記コンクリート製貯蔵容器の外側に設けられているとともに上記温度測定器に接続された検出器により、上記測定された温度の変化に基づいて上記充填ガスの漏洩を監視することを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係る監視方法によれば、上記貯蔵容器の外側で上記コンクリート容器内に設けられた温度検出器により、上記貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布、あるいは貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度、を測定することを特徴としている。
【００１８】
一方、この発明に係る放射性物質貯蔵システムは、内部に収納部を有したコンクリート容器と、上記コンクリート容器の上端開口を閉塞したコンクリート製の蓋体と、を備えたコンクリート製貯蔵容器と、放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体に溶接され容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、上記コンクリート容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製のキャニスタと、上記キャニスタの健全性を監視する監視装置と、を備え、
上記監視装置は、上記コンクリート容器内で上記容器本体の外側に設けられ、上記容器本体の高さ方向に沿って離間した複数箇所の温度である前記容器本体の高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器と、上記温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出する検出器と、を備えていることを特徴としている。
【００１９】
温度測定器としては、キャニスタの高さ方向に沿って複数配置された熱電対、あるいは、キャニスタの高さ方向に沿って配設された光ファイバー等を用いることができる。
【００２０】
また、この発明に係る他の放射性物質貯蔵システムによれば、監視装置は、コンクリート容器内でキャニスタの外側に設けられ、上記キャニスタの内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を測定する温度測定器と、上記温度測定器によって測定された温度の変化を検出する検出器と、を備えていることを特徴としている。温度測定器としては、キャニスタの内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位に設けられた熱電対、あるいは、光ファイバー等を用いることができる。
【００２１】
上記のように構成された放射性物質貯蔵容器の監視方法、および放射性物質貯蔵システムによれば、貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布、あるいは、内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を検出することにより、貯蔵容器の蓋に透孔等を設けることなく、かつ、貯蔵容器の外部から上記貯蔵容器内の圧力変化、つまり、充填ガスの漏洩を容易に検出し、貯蔵容器の健全性を監視することができる。従って、貯蔵容器における溶接欠陥あるいはクラック等の発生を早期に発見し、交換、修理等の適切な処置を施すことができ、放射線の漏洩等を事前に防止することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施の形態に係る監視装置を備えた放射性物質貯蔵システム、および監視方法について詳細に説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、この放射性物質貯蔵システムにおいて、コンクリート製貯蔵容器として機能するコンクリートキャスク１０は、コンクリートにより形成され遮蔽構造体として機能するコンクリート容器１２を備え、このコンクリート容器内には、金属製の密閉貯蔵容器として機能するキャニスタ１４が収納されている。キャニスタ１４は、両端が閉塞した円筒形状に形成され、その内部には、バスケット１６により支持された状態で、使用済燃料集合体１８が複数体封入されている。これらの使用済燃料集合体１８は、例えば、原子炉の使用済燃料であり、崩壊熱に伴う発熱と放射線の発生を伴う放射性物質を含んでいる。そして、キャニスタ１４は、封入された放射性物質が外部に漏洩しないよう、溶接密閉構造を有している。
【００２４】
コンクリートキャスク１０のコンクート容器１２は、底部の閉塞された円筒形状を有し、例えば、高さ約６ｍ、直径約４ｍ程度に形成され、また、コンクリートの壁厚は、約０．９ｍ程度に形成されている。コンクート容器１２の上端開口は、外面が炭素鋼板によって覆われたコンクリート製の蓋体２０により閉塞されている。この蓋体２０は、複数のボルト２１によりコンクリート容器１２の上端にボルト止めされている。なお、コンクート容器１２のコンクリート壁内には、図示しない配筋が施されている。
【００２５】
コンクリート容器１２内には、コンクリート容器の内周面および蓋体２０により、円柱形状の収納部２２が規定されている。そして、この収納部２２内にキャニスタ１４が収納されている。キャニスタ１４は、収納部２２の底面に形成された複数のリブ３１上に載置されているとともに、コンクート容器１２と同軸的に配置されている。
【００２６】
また、収納部２２内に収納された状態において、キャニスタ１４の外周面とコンクート容器１２の内周面との間には、所定の隙間、例えば、１０ｃｍ程度の隙間が形成されている。そして、この隙間により、冷却空気が流れる冷却空気流路２４が形成されている。冷却空気流路２４は、キャニスタ１４の外周面の全周に亘って、かつ、外周面の軸方向全長に亘って形成されている。
【００２７】
コンクート容器１２の底部には複数、例えば４つの吸気口２６が形成され、また、コンクート容器１２の上端部には、同様に、４つの排気口２８が形成され、それぞれ冷却空気流路２４に連通している。４つの吸気口２６は、容器本体１２の円周方向に沿って互いに等間隔離間して設けられ、コンクート容器１２の底部外周面に開口している。また、排気口２８は、コンクート容器１２の円周方向に沿って互いに等間隔離間して設けられ、コンクート容器１２の上端部外周面に開口している。
【００２８】
これらの吸気口２６、排気口２８、および冷却空気流路２４は、空気の自然循環冷却によりコンクリートキャスク１０を除熱する除熱部を構成している。すなわち、吸気口２６からコンクート容器１２内に導入された冷却空気としての外気は、冷却空気流路２４を通ってキャニスタ１４の周囲を流れ、その間、キャニスタ１４およびコンクート容器１２を除熱し冷却する。そして、キャニスタ１４からの熱によって加熱され昇温した冷却空気は、排気口２８からコンクート容器１２の外部に排出される。
【００２９】
一方、コンクート容器１２の内周面には、炭素鋼等の金属からなる円筒状のライナ３０が設けられている。金属からなるライナ３０は、コンクリートに比較して伝熱性が高く、使用済燃料集合体１８から発生した熱の伝熱を促進するとともに、使用済燃料集合体１８からの放射線、主としてγ線、を遮蔽する機能を有している。
【００３０】
次に、キャニスタ１４の構成について詳細に説明する。
図２および図３に示すように、キャニスタ１４は、下端が閉塞されているとともに上端開口を有したほぼ円筒状の容器本体１５を備えている。容器本体１５は、例えばステンレス等の非磁性金属によって形成されている。そして、容器本体１５内には、バスケット１６により支持された状態で、使用済燃料集合体１８が複数体封入されている。
【００３１】
容器本体１５の上端部内周面には環状の支持部材４２が固定され、この支持部材上には、円盤状の遮蔽体４４が載置され容器本体の上端開口を閉塞している。また、容器本体１５の上端部内には、遮蔽体４４に重ねて円盤状の一次蓋４８が装着され、容器本体の上端開口を閉塞している。一次蓋４８の上端側の周縁部は、全周に亘って容器本体１５の内周面に溶接されている。遮蔽体４４および一次蓋４８には、容器本体１５内の排気および排水に利用する流路５０が形成され、この流路は一次蓋４８に固定された栓体５１によって封止されている。
【００３２】
更に、容器本体１５の上端部内には、一次蓋４８に重ねて円盤状の二次蓋５２が装着されている。二次蓋５２の上端側の周縁部は容器本体４０の内周面に溶接され、それにより、二次蓋５２は容器本体４０の上端開口を閉塞し、一次蓋４８の外側に位置している。
【００３３】
このように、容器本体１５の上端開口は、遮蔽体４４、一次蓋４８、および二次蓋５２によって気密に閉塞されている。これら遮蔽体４４、一次蓋４８、および二次蓋５２は、例えばステンレス等の金属によって形成されている。
【００３４】
また、一次蓋４８と二次蓋５２との間には密閉空間５５が形成され、この密閉空間５５には、加圧ガスとして、空気よりも熱伝導率の高いガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）が封入されている。それにより、密閉空間５５は約５気圧程度に加圧されている。同様に、容器本体１５内には、ヘリウムが封入され約３気圧程度に加圧されている。
【００３５】
次に、上記のように構成されたコンクリートキャスク１０に収納されているキャニスタ１４の健全性を監視する監視装置について説明する。
放射性物質貯蔵システムの一部を構成する監視装置６０は、キャニスタ１４の高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器を備え、温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出することにより、容器本体１５内のヘリウムの漏洩の有無、すなわち、キャニスタの健全性を監視する。
【００３６】
詳細に述べると、図２に示すように、監視装置６０は、温度測定器として、コンクリート容器１２内でキャニスタ１４の容器本体１５の外周面に設けられた複数の熱電対６２を備えている。これらの熱電対６２は、容器本体１５の高さ方向、つまり、軸方向、に沿って互いに離間した複数箇所、例えば、容器本体１５の上部、中間部、および下部を含む８箇所にそれぞれ設けられている。そして、これらの熱電対６２は、コンクリート容器１２の外部に配設された検出器６４に電気的に接続されている。
【００３７】
なお、監視装置６０の温度測定器は、キャニスタ１４上部の温度を測定する熱電対として、上記複数の熱電対６２に加え、キャニスタ１４の蓋部、例えば、二次蓋５２の外面中央部の温度を測定する熱電対を含んでいてもよい。
【００３８】
上記構成のコンクリートキャスク１０によれば、キャニスタ１４の貯蔵期間中、監視装置６０によってキャニスタ１４の健全性を監視する。すなわち、監視装置６０は、複数の熱電対６２により容器本体１５の高さ方向に沿った各位置での温度を測定する。そして、検出器６４は、熱電対６２によって測定された各温度から、容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布を検出する。
【００３９】
ここで、容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布は、この容器本体内におけるヘリウムの充填量に応じて変化する。すなわち、キャニスタ１４が健全な場合、容器本体１５内はヘリウムで満たされ所定圧力に維持されている。そして、ヘリウムは空気に比較して熱伝導率が高いため、使用済燃料集合体１８から生じた熱は容器本体１５内で効率よく対流する。従って、容器本体１５内における高さ方向の温度分布は、図４に曲線Ａで示すように、容器本体の下部では低いが、中間部および上部ではほぼ均一な温度となる。
【００４０】
ところが、キャニスタ１４に溶接欠陥、クラック等が発生し容器本体１５内の圧力が低下すると、つまり、容器本体内のヘリウムが外部に漏洩すると、容器本体内部の熱伝導率が低下し、容器本体の高さ方向に沿った温度分布が変化する。例えば、図４における曲線Ｂは、容器本体１５のヘリウムが漏洩し容器本体内の圧力が２気圧に低下した際の温度分布、また、曲線Ｃは、容器本体１５のヘリウムが漏洩し容器本体内の圧力が１気圧に低下した際の温度分布をそれぞれ示すもので、容器本体１５内のヘリウムの低減に伴い、容器本体上部の温度が低下し、高さ方向中間部の温度が上昇してくる。
【００４１】
従って、熱電対６２によって測定した温度に基づき、検出器６４によって容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布の変化を監視することにより、ヘリウムの漏洩の有無、つまり、キャニスタ１４の健全性を監視することができる。
【００４２】
以上のように構成された第１の実施の形態によれば、キャニスタ１４の高さ方向に沿った温度分布の変化を検出することにより、コンクリートキャスク１０の外部からキャニスタ１４の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを得ることができる。
【００４３】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムの監視装置および監視方法について説明する。
図５に示すように、第２の実施の形態によれば、監視装置６０は、温度測定器として光ファイバ６６を備え、この光ファイバ６６は、コンクリート容器１２内でキャニスタ１４の容器本体１５の外周面に接触して設けられ、容器本体１５の高さ方向に沿って、かつ、ほぼ全長に亘って延びている。そして、光ファイバ６６は、排気口２８を通ってコンクリート容器１２の外部に引き出されている。
【００４４】
また、監視装置６０は、光ファイバ６６の入射端に接続され、レーザ光源７０から出射されたパルス状のレーザ光を光ファイバに入射する光方向性結合器６８と、光方向性結合器６８に接続された波長分析器（ＳＣＡ）７２と、を有している。波長分析器７２は、光ファイバ６６中で発生し光ファイバの入射端から出射された後方散乱光を、光方向性結合器６８を介して受け、この後方散乱光の検出および分析を行う。また、波長分析器７２には、データ処理装置７４、および検出結果を表示するモニタ７６が接続されている。なお、波長分析器７２およびデータ処理装置７４は、この発明における検出器を構成している。
【００４５】
光ファイバ３４としては、耐放射線性に優れた純石英コアファイバ、フッ素ドープド石英コアファイバ等が用いられている。
【００４６】
上記のように構成された監視装置６０によってキャニスタ１４の健全性を監視する場合、監視装置６０は、レーザ光源７０からパルス状のレーザ光を光方向性結合器６８を通して光ファイバ６６に入射する。そして、光ファイバ６６に入射したレーザ光は、容器本体１５の外周面に沿って光ファイバ内を伝搬する。その際、光ファイバ６６中で生じた後方散乱光は、光ファイバの入射端から出射し、光方向性結合器６８を介して波長分析器７２に送られる。
【００４７】
波長分析器７２は、入力された後方散乱光を検出および分析し、容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布を測定する。すなわち、光ファイバ６６を通るレーザ光には、容器本体１５の各部位の温度に応じて特有の後方散乱光が発生し、波長分析器７２はこの後方散乱光の強度および波長シフト量を測定する。そして、データ処理装置７４は、波長分析器７２で測定された後方散乱光の強度、波長シフト量から各部位の温度を検出する。同時に、後方散乱光の時間展開から、温度の各測定位置を特定することができる。
【００４８】
なお、監視装置６０による測定精度は、温度±０．１℃、位置精度１０〜３０ｃｍ程度が得られる。
【００４９】
以上のように、監視装置６０によって容器本体１５の高さ方向に沿った温度分布を測定し、この温度分布の変化を監視することにより、容器本体１５内におけるヘリウムの漏洩の有無、つまり、キャニスタ１４の健全性を監視することができる。
【００５０】
従って、上記構成を有する第２の実施の形態においても、キャニスタ１４の高さ方向に沿った温度分布の変化を検出することにより、コンクリートキャスク１０の外部からキャニスタ１４の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを得ることができる。
【００５１】
なお、第２の実施の形態において、監視装置６０として、ファイバ−ブラッグ−グレーティング（ＦＢＧ）法に基づく監視装置が用いることもできる。この監視装置６０によれば、光ファイバ６６は、容器本体１５の高さ方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の回折格子を有して構成される。この場合、レーザ光源７０から光方向性結合器６８を介して光ファイバ６６に入射したパルス状レーザ光の内、ブラッグの反射条件に合った波長の光のみが回折格子により反射され、その反射光の波長シフト量は波長分析器７２によって測定される。そして、測定された波長シフト量をデータ処理装置７６によって演算処理することにより、容器本体１５の高さ方向に沿った複数位置での温度を検出することができる。なお、監視装置６０による測定精度は、温度±０．１℃、位置精度１０〜３０ｃｍ程度が得られる。
【００５２】
上記のような監視装置６０を用いた場合でも、上述した第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
上述した第１および第２の実施の形態では、キャニスタの高さ方向に沿った温度分布の変化を検出する構成としたが、下記のようなキャニスタの任意の箇所の温度変化を検出してキャニスタの健全性を監視する構成としても良い。
【００５４】
すなわち、図４に曲線Ａ、Ｂ、Ｃで示したように、キャニスタ内の圧力変化に応じて、キャニスタの各部の温度が変化する。例えば、キャニスタ上部の温度は約１５０℃から１１０℃の範囲で変化し、また、キャニスタ中間部の温度は約１５０℃から約１７０℃の範囲で変化する。そこで、そのようなキャニスタ１４の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい任意の部位の温度変化を検出することにより、ヘリウムの漏洩に伴うキャニスタ内の圧力変化を検出し、キャニスタの健全性を監視することができる。
【００５５】
図６に示す第３の実施の形態によれば、監視装置６０は、温度測定器として機能する熱電対６２を備え、この熱電対は、キャニスタ１４の蓋部、例えば、二次蓋５２の外面中央部に設けられている。そして、この熱電対６２は、コンクリート容器１２の外部に配設された検出器６４に電気的に接続されている。他の構成は、前述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５６】
上記第３の実施の形態によれば、キャニスタ１４の貯蔵期間中、監視装置６０は、熱電対６２によりキャニスタ蓋部の温度を測定する。そして、熱電対６２によって測定した温度に基づき、検出器６４によってキャニスタ１４上部の温度変化を検出することにより、ヘリウムの漏洩の有無、つまり、キャニスタ１４の健全性を監視することができる。
【００５７】
なお、第３の実施の形態において、温度を測定する部位は、キャニスタ１４の蓋部に限らず、容器本体１５の上端部、中間部、あるいは他の部位としても良い。但し、測定部位は、キャニスタ内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位を選択する。
【００５８】
また、第３の実施の形態において、監視装置６０は、熱電対と検出器との組合わせに限らず、第２の実施の形態と同様に、光ファイバ、レーザ光源、光方向性結合器、データ処理装置等を備えた監視装置、あるいは、ファイバーブラッグブレーティング法に基づく監視装置を用いてもよい。
【００５９】
その他、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、密閉容器の形状、材質等は上述した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて種々選択可能である。また、キャニスタの容器本体内に充填するガスは、空気よりも熱伝導率の高いガスであればよく、ヘリウムの他、窒素等を用いることができ、かつ、その圧力も任意に設定可能である。更に、キャニスタの高さ方向に沿った温度測定点は、必要に応じて増減可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、貯蔵容器の高さ方向に沿った温度分布を貯蔵容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいて充填ガスの漏洩を監視することにより、貯蔵容器の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを提供することができる。
【００６１】
また、この発明によれば、貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を貯蔵容器の外側から測定し、測定された温度変化に基づいて充填ガスの漏洩を監視することにより、貯蔵容器の健全性を容易に監視可能な監視方法、および放射性物質貯蔵システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムのコンクリートキャスクを一部破断して示す斜視図。
【図２】上記コンクリートキャスクの縦断面図。
【図３】上記コンクリートキャスクに収納されたキャニスタを一部破断して示す側面図。
【図４】上記キャニスタ内の圧力低下に伴う、上記キャニスタの高さ方向に沿った温度分布の変化を示すグラフ。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムを概略的に示す断面図。
【図６】この発明の第３の実施の形態に係る放射性物質貯蔵システムを概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１０…コンクリートキャクス
１２…コンクリート容器
１４…キャニスタ
１５…容器本体
１８…使用済燃料集合体
２０…蓋体
２２…収納部
４８…一次蓋
５２…二次蓋
５５…密閉空間
６０…監視装置
６２…熱電対
６４…検出器
６６…光ファイバ
６８…光方向性結合器
７０…光源
７２…波長分析器
７４…データ処理装置
Claims (11)
- 放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、コンクリート製貯蔵容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製貯蔵容器の健全性を監視する放射性物質貯蔵容器の監視方法において、
上記容器本体の高さ方向に沿って離間した複数箇所の温度である前記容器本体の高さ方向に沿った温度分布を、上記金属製貯蔵容器の外側から測定し、
上記測定された温度分布の変化に基づいて上記充填ガスの漏洩を監視することを特徴とする放射性物質貯蔵容器の監視方法。 - 上記コンクリート製貯蔵容器内で上記金属製貯蔵容器の外側に設けられた温度測定器により、上記容器本体の高さ方向に沿った温度分布を測定することを特徴とする請求項１に記載の放射性物質貯蔵容器の監視方法。
- 内部に収納部を有したコンクリート容器と、上記コンクリート容器の上端開口を閉塞したコンクリート製の蓋体と、を備えたコンクリート製貯蔵容器と、
放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体に溶接され容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、上記コンクリート容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製のキャニスタと、
上記キャニスタの健全性を監視する監視装置と、を備え、
上記監視装置は、
上記コンクリート容器内で上記容器本体の外側に設けられ、上記容器本体の高さ方向に沿って離間した複数箇所の温度である前記容器本体の高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器と、
上記温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出する検出器と、
を備えていることを特徴とする放射性物質貯蔵システム。 - 上記温度測定器は、上記容器本体の高さ方向に沿って、少なくとも上記容器本体外周面の上部、中間部、および下部を含む複数の位置に配設された複数の熱電対を備えていることを特徴とする請求項３に記載の放射性物質貯蔵システム。
- 内部に収納部を有したコンクリート容器と、上記コンクリート容器の上端開口を閉塞したコンクリート製の蓋体と、を備えたコンクリート製貯蔵容器と、
放射性物質が収納された容器本体と、この容器本体に溶接され容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、上記コンクリート容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製のキャニスタと、
上記キャニスタの健全性を監視する監視装置と、を備え、
上記監視装置は、
上記コンクリート容器内で上記キャニスタの外側に設けられ、上記キャニスタの高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器と、
上記温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出する検出器と、
を備え、
上記温度測定器は、上記キャニスタの外面に接触して設けられ上記キャニスタの高さ方向に沿って延びた光ファイバと、上記コンクリート容器の外部に配設され上記光ファイバにレーザ光を入射するレーザ光源と、を備え、
上記検出器は、上記光ファイバ中で発生し上記光ファイバから出射された散乱光の強度および波長シフト量を測定する波長分析器と、測定した散乱光の強度および波長シフト量から温度を検出するとともに、測定した散乱光の時間展開から上記温度の測定位置を検出するデータ処理装置と、を備えている放射性物質貯蔵システム。 - 内部に収納部を有したコンクリート容器と、上記コンクリート容器の上端開口を閉塞したコンクリート製の蓋体と、を備えたコンクリート製貯蔵容器と、
放射性物質が収納された容器本体と、この容器本体に溶接され容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、上記コンクリート容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製のキャニスタと、
上記キャニスタの健全性を監視する監視装置と、を備え、
上記監視装置は、
上記コンクリート容器内で上記キャニスタの外側に設けられ、上記キャニスタの高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器と、
上記温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出する検出器と、
を備え、
上記温度測定器は、上記キャニスタの外面に接触して設けられ上記キャニスタの高さ方向に沿って延びた光ファイバと、上記コンクリート容器の外部に配設され上記光ファイバにレーザ光を入射するレーザ光源と、を備え、
上記光ファイバは上記キャニスタの高さ方向に離間した複数の位置に設けられた回折格子を有し、
上記検出器は、上記回折格子で反射されたレーザ光の反射光を検出し上記反射光の波長シフト量を測定する波長分析器と、測定した上記波長シフト量から上記回折格子の位置における上記キャニスタの温度を検出するデータ処理装置と、を備えている放射性物質貯蔵システム。 - 放射性物質が収納された筒状の容器本体と、この容器本体の上端開口を閉塞した蓋と、を有し、コンクリート製貯蔵容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製貯蔵容器の健全性を監視する放射性物質貯蔵容器の監視方法において、
上記コンクリート製貯蔵容器内で上記金属製貯蔵容器の外側に設けられた温度測定器により、上記金属製貯蔵容器の内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を測定し、
上記コンクリート製貯蔵容器の外側に設けられているとともに上記温度測定器に接続された検出器により、上記測定された温度の変化に基づいて上記充填ガスの漏洩を監視することを特徴とする放射性物質貯蔵容器の監視方法。 - 上記金属製貯蔵容器の蓋部の温度を測定することを特徴とする請求項７に記載の放射性物質貯蔵容器の監視方法。
- 内部に収納部を有したコンクリート容器と、上記コンクリート容器の上端開口を閉塞したコンクリート製の蓋体と、を備えたコンクリート製貯蔵容器と、
放射性物質が収納された容器本体と、この容器本体に溶接され容器本体の上端開口を閉塞した蓋部と、を有し、上記コンクリート容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製のキャニスタと、
上記キャニスタの健全性を監視する監視装置と、を備え、
上記監視装置は、
上記コンクリート容器内で上記キャニスタの外側に設けられ、上記キャニスタの内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を測定する温度測定器と、
上記コンクリート容器の外側に設けられているとともに上記温度測定器に接続され、上記温度測定器によって測定された温度の変化を検出する検出器と、
を備えていることを特徴とする放射性物質貯蔵システム。 - 上記温度測定器は、上記キャニスタの内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位に接触して設けられた熱電対を備えていることを特徴とする請求項９に記載の放射性物質貯蔵システム。
- 内部に収納部を有したコンクリート容器と、上記コンクリート容器の上端開口を閉塞したコンクリート製の蓋体と、を備えたコンクリート製貯蔵容器と、
放射性物質が収納された容器本体と、この容器本体に溶接され容器本体の上端開口を閉塞した蓋部と、を有し、上記コンクリート容器の収納部内に収納されているとともに、上記容器本体内に空気よりも熱伝導率が高く加圧されたガスが充填された金属製のキャニスタと、
上記キャニスタの健全性を監視する監視装置と、を備え、
上記監視装置は、
上記コンクリート容器内で上記キャニスタの外側に設けられ、上記キャニスタの内部の圧力変化に応じた温度変化の大きい部位の温度を測定する温度測定器と、
上記コンクリート容器の外側に設けられているとともに上記温度測定器に接続され、上記温度測定器によって測定された温度の変化を検出する検出器と、
を備え、
上記温度測定器は、上記キャニスタの外面に接触して設けられた光ファイバと、上記コンクリート容器の外部に配設され上記光ファイバにレーザ光を入射するレーザ光源と、を備え、
上記検出器は、上記光ファイバ中で発生し上記光ファイバから出射された散乱光の強度および波長シフト量を測定する波長分析器と、測定した散乱光の強度および波長シフト量から温度を検出するとともに、測定した散乱光の時間展開から上記温度の測定位置を検出するデータ処理装置と、を備えている放射性物質貯蔵システム。
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