JP4376590B2 - トリチウムサンプラ - Google Patents
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Description
本発明は、例えば原子力発電所などの軽水型原子炉施設における排気筒から放出される気体廃棄物内に含まれるトリチウムの放射能濃度を測定する際に使用するトリチウムサンプラに関するものである。
トリチウムは、空気を主体とする気体廃棄物中に水蒸気(ＴＨＯ、Ｔ２Ｏ)の形態で存在することから、原子力発電所では主に冷却凝縮法を採用したトリチウムサンプラが使用されている。一方、「発電用軽水型原子炉施設における放出放射性物質の測定に関する指針」では、冷却凝縮法による場合は、温度計・湿度計を設置する必要があるとしている。また、冷却凝縮法による場合は、得られた水試料の一部を計測試料として、１カ月に１回以上の頻度で、液体シンチレーション計数装置等を使用して凝縮試料水のトリチウム濃度を計測するとしている。更に、測定された水のトリチウム濃度(凝縮試料水の放射能濃度)から次のようにしてトリチウムの放出放射能を算出するとしている。
Ｃ＝Ｃｗ×Ｗ×Ｈ×１０−２ (Ｂｑ／ｃｍ３)・・・(１)
但し、Ｃｗ：凝縮試料水の放射能濃度 (Ｂｑ／ｇ)
Ｗ：試料採取期間における平均飽和水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｈ：試料採取期間における平均相対湿度 (％)
但し、Ｃｗ：凝縮試料水の放射能濃度 (Ｂｑ／ｇ)
Ｗ：試料採取期間における平均飽和水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｈ：試料採取期間における平均相対湿度 (％)
従来、試料採取期間における平均飽和水蒸気密度は、記録計の１カ月間の温度記録から目視で平均温度を読み取り、その平均温度に対応する飽和水蒸気圧をＪＩＳ−Ｚ８８０６の表と照合して求めていた。同様に、記録計の１カ月間の相対湿度記録から目視で平均相対湿度を求めていた。
相対湿度は、空気中の水蒸気密度が一定でも温度に依存して大きく変化するため、記録計の記録から平均相対湿度を読み取る場合、読み取り誤差が大きい欠点があった。これを改善するために、塩化リチウム露点計で露点を測定する方法が導入された。この場合、記録計から目視で平均露点を読み取り、その平均露点に対応する飽和水蒸気圧を、同様にＪＩＳ−Ｚ８８０６の表と照合して求める(例えば特許文献１参照)。
以上のような装置においては空気中の水蒸気密度が一定の場合、温度が変化しても露点は変わらないため、相対湿度に比べて昼夜の指示の変動が小さくなり、１カ月間の平均値の読み取り誤差は改善された。しかしながら、１カ月分の記録紙から、温度計と湿度計の場合は平均温度と平均湿度を、露点計の場合は平均露点を目視で読み取るために、平均値読み取りに誤差が生じること、記録紙の回収と読み取り作業に手間がかかるという問題があった。
また、フィルタの目詰まりにより、サンプリング点の圧力とトリチウムサンプラの水蒸気密度測定点の圧力に差が生じてこれが水蒸気密度の測定誤差をうみ、ひいてはトリチウムの放出放射能評価に誤差を生じさせる問題があった。
また、フィルタの目詰まりにより、サンプリング点の圧力とトリチウムサンプラの水蒸気密度測定点の圧力に差が生じてこれが水蒸気密度の測定誤差をうみ、ひいてはトリチウムの放出放射能評価に誤差を生じさせる問題があった。
この発明はトリチウムの放出放射能評価の誤差をより小さくできるとともに作業性を向上させたトリチウムサンプラを提供することを目的とする。
この発明は、気体廃棄物内に含まれるトリチウムの放射能濃度を測定する際にトリチウムを捕集するために使用するトリチウムサンプラであって、トリチウムを含む空気をサンプリングしこのサンプリング空気の採取期間中の所定周期毎の水蒸気密度を測定する手段と、前記採取期間中の所定周期毎に得られた前記水蒸気密度の平均水蒸気密度を算出する手段と、前記平均水蒸気密度を記憶する手段と、前記平均水蒸気密度を記録、表示する手段と、前記採取期間中のサンプリング空気を加圧しさらに冷却してトリチウムを含む水蒸気を凝縮しトリチウムを水の形で捕集するトリチウム捕集手段と、を備えたことを特徴とするトリチウムサンプラにある。
この発明のトリチウムサンプラは、水蒸気密度に基づき試料採取期間の平均水蒸気密度を算出して記録・表示するようにしたので、トリチウムの放出放射能評価の誤差を小さくできるとともに作業性が向上する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わるトリチウムサンプラの構成を示すブロック図である。同図において、吸気ノズル１は例えば原子力発電所などの軽水型原子炉施設における排気筒(図示せず)からサンプリングした気体廃棄物としての空気を吸入し、入口弁２は吸気の遮断を行い、エアーフィルタ３はサンプリングした空気から粒子状物質を除去する。温度計４および湿度計５はサンプリングした空気の温度、湿度をそれぞれ測定し、コンプレッサ６は排気筒から空気をサンプリングして加圧する。
図１はこの発明の実施の形態１に係わるトリチウムサンプラの構成を示すブロック図である。同図において、吸気ノズル１は例えば原子力発電所などの軽水型原子炉施設における排気筒(図示せず)からサンプリングした気体廃棄物としての空気を吸入し、入口弁２は吸気の遮断を行い、エアーフィルタ３はサンプリングした空気から粒子状物質を除去する。温度計４および湿度計５はサンプリングした空気の温度、湿度をそれぞれ測定し、コンプレッサ６は排気筒から空気をサンプリングして加圧する。
冷却装置７は加圧された空気を冷却して水蒸気を凝縮して試料水を捕集する。オートドレン８は試料水が所定のレベルまで溜まると自動的に排出し、ポリ容器９は排出された試料水を試料採取期間の間溜めておく。加圧空気圧力計１０は加圧された空気の圧力を測定し、圧力調整弁１１は加圧空気圧力計１０の指示を見ながら加圧空気の圧力を所定の値に調整し、排気ノズル１２はサンプリングした気体廃棄物としての空気を排気筒へ排気する。制御回路１３はコンプレッサ６と冷却装置７を制御する。シーケンサ１４はコンピュータ等により構成されるプログラムに従って動作する制御部でありこれに記録計１５、入力機能および表示機能を備えた操作表示装置１６が接続されている。
シーケンサ１４は、操作表示装置１６からコンプレッサ６と冷却装置７の操作データを受け、制御回路１３に起動・停止信号として出力する。また、シーケンサ１４は、温度計４の温度信号、湿度計５の相対湿度信号として得られる温度測定値と相対湿度測定値から水蒸気密度を計算し、その水蒸気密度に基づいて試料採取期間の平均水蒸気密度を計算して記録計１５と操作表示装置１６に出力する。記録計１５はシーケンサ１４から出力された測定値に基づきサンプリング空気の温度と相対湿度と平均水蒸気密度を記録する。操作表示装置１６は操作画面と表示画面を搭載し、操作画面を選択して表示されたボタンを操作することによりコンプレッサ６と冷却装置７の起動・停止を行う。操作画面にはコンプレッサ６と冷却装置７の運転状態も表示される。表示画面を選択することにより、例えばサンプリング空気の温度、相対湿度、平均水蒸気密度が表示される。
シーケンサのメモリ１４ａには、温度に対する飽和水蒸気圧のテーブルが記憶されており、サンプリング空気の温度と前記テーブルを照合してその温度の飽和水蒸気圧を求める。その飽和水蒸気に対応する水蒸気密度は、例えば次式から計算できる。
Ｗｈｎ＝(Ｈｎ／100)×{0.000804／(1＋0.00366Ｔｎ)}×(ｅｎ／Ｐｎ)・・・(２)
但し、Ｗｈｎ：サンプリング空気の水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｈｎ：サンプリング空気の相対湿度 (％)
Ｔｎ：サンプリング空気の温度 (℃)
ｅｎ：Ｔｎ℃における飽和水蒸気圧
Ｐｎ：サンプリング空気の圧力(ｅｎと同じ単位)
＊通常、Ｐｎは大気圧(標準状態圧力：固定値)としている。また水蒸気密度Ｗｈは上記(１)式のＷ×Ｈに相当する。
但し、Ｗｈｎ：サンプリング空気の水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｈｎ：サンプリング空気の相対湿度 (％)
Ｔｎ：サンプリング空気の温度 (℃)
ｅｎ：Ｔｎ℃における飽和水蒸気圧
Ｐｎ：サンプリング空気の圧力(ｅｎと同じ単位)
＊通常、Ｐｎは大気圧(標準状態圧力：固定値)としている。また水蒸気密度Ｗｈは上記(１)式のＷ×Ｈに相当する。
図２はシーケンサ１４における平均水蒸気密度の計算手順を示すフローチャートである。ステップＳ０１では定周期毎にサンプリング空気の温度Ｔｎと相対湿度Ｈｎを入力する。ステップＳ０２では計算式(２)に基づき水蒸気密度(量)Ｗｈｎを計算する。ステップＳ０３では試料採取期間の積算水蒸気密度(量)ΣＷｈｉを計算してその値と積算回数ｎをメモリ１４ａに上書きする。ステップＳ０４では平均水蒸気密度(量)Ｗｈａｖ＝(ΣＷｈｉ)／ｎを計算し、メモリ１４ａに上書きして記録計１５と操作表示装置１６に出力する。
図３は操作表示装置１６の表示画面例を示すもので、サンプリング開始時に「試料採取開始」ボタン(特に図示せず)をタッチする。すると開始日時が表示される。通常は、サンプリング空気の温度と相対湿度、試料採取期間の平均水蒸気密度、試料採取開始日時が表示される。試料採取終了時に新しいポリ容器９に置き換え、「試料採取終了」ボタン(特に図示せず)をタッチすると終了日時が表示される。これらの日時は例えばシーケンサ１４内でプログラムによりタイマで管理される。さらに図３に示す温度、相対湿度、平均水蒸気密度、試料採取開始、終了日時はメモリ１４ａに随時記憶される。
図４は記録計１５における温度と湿度と平均水蒸気密度の日変化例を模式的に表した図で、ａは温度、ｂは相対湿度、ｃは試料採取開始からの平均水蒸気密度を示す。晴天の場合、温度ａは５〜１０℃程度変化し、その影響で相対湿度は２０〜３０％変化するのに対し、平均水蒸気密度ｃの日変化は殆どない。
試料採取期間終了時に、操作表示装置１６に表示された平均水蒸気密度を記録してポリ容器に入った１カ月分の試料水を持ち帰り、分析室でその試料水の一部について液体シンチレーション計数装置を使用して試料水のトリチウム(放射能)濃度Ｃｗを計測し、その測定結果と前記平均水蒸気密度Ｗｈａｖ(＝上記(１)式の(Ｗ×Ｈ)の平均に相当)の記録に基づき上記(１)式でサンプル空気のトリチウム(放射能)濃度Ｃを計算する。したがって、記録紙を現場から持ち帰って分析室で試料採取期間の平均温度と平均相対湿度を読み取るという手間のかかる作業がなくなり、また、平均水蒸気密度の計算も不要になり作業を省力化できる。
なおシーケンサ１４は図示のように入力弁２、圧力調整弁１１等も含めた制御部であってもよい。
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係わるトリチウムサンプラの構成を示すブロック図である。同図において上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。サンプリング空気圧力計１７はサンプリング空気の圧力を測定する。エアーフィルタ３が目詰まりしてくるとサンプリング空気圧力計１７の指示は、源流のサンプリング点の圧力に対して差を生じる。サンプリング点は概ね大気圧であり、その差はエアーフィルタ３の圧力損失と配管の圧力損失である。配管の圧力損失は小さいため平均水蒸気密度への影響は無視できる程度に小さいが、エアーフィルタ３の目詰まりによる圧力損失の影響は、例えば１５％程度になることもある。
図５はこの発明の実施の形態２に係わるトリチウムサンプラの構成を示すブロック図である。同図において上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。サンプリング空気圧力計１７はサンプリング空気の圧力を測定する。エアーフィルタ３が目詰まりしてくるとサンプリング空気圧力計１７の指示は、源流のサンプリング点の圧力に対して差を生じる。サンプリング点は概ね大気圧であり、その差はエアーフィルタ３の圧力損失と配管の圧力損失である。配管の圧力損失は小さいため平均水蒸気密度への影響は無視できる程度に小さいが、エアーフィルタ３の目詰まりによる圧力損失の影響は、例えば１５％程度になることもある。
平均水蒸気密度はサンプリング点のものとして評価しているので、エアーフィルタ３の圧力損失が大きい場合は圧力補正することが望ましい。しかもエアーフィルタ３の圧力損失は刻々と変化するため、水蒸気密度の計算毎に補正することが望ましい。サンプリング空気圧力計１７はこの圧力補正のために設置されるもので、測定されたサンプリング空気圧力値はシーケンサ１４に入力され、次式により補正計算が実行される。
Ｗｈｐｎ＝Ｗｈｎ×(Ｐ０／Ｐｎ) (ｇ／ｃｍ３) ・・・(３)
但し、Ｗｈｐｎ：補正後のサンプリング空気の水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｗｈｎ：サンプリング空気の水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｐｎ：サンプリング空気圧力
Ｐ０：標準状態圧力(固定値)(Ｐｎと同じ単位)
但し、Ｗｈｐｎ：補正後のサンプリング空気の水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｗｈｎ：サンプリング空気の水蒸気密度 (ｇ／ｃｍ３)
Ｐｎ：サンプリング空気圧力
Ｐ０：標準状態圧力(固定値)(Ｐｎと同じ単位)
図６はシーケンサ１４における水蒸気密度の圧力補正の計算手順を示すフローチャートである。ステップＳ０１１では定周期毎にサンプリング空気の温度Ｔｎと相対湿度Ｈｎと圧力Ｐｎを入力する。ステップＳ０２１では計算式(３)に基づき水蒸気密度(量)Ｗｈｐｎを計算する。ステップＳ０３１では試料採取期間の積算水蒸気密度(量)ΣＷｈｐｉを計算してその値と積算回数ｎをメモリ１４ａに上書きする。ステップＳ０４１では平均水蒸気密度(量)Ｗｈｐａｖ＝(ΣＷｈｐｉ)／ｎを計算し、メモリ１４ａに上書きして記録計１５と操作表示装置１６に出力する。
このように水蒸気密度の計算に圧力補正項を加えることにより、トリチウムの放出放射能評価の誤差を小さくできる。
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係わるトリチウムサンプラのシーケンサ１４におけるトリチウム捕集異常警報出力の演算手順を示すフローチャートである。例えば実施の形態１の図２のステップＳ０４の後、ステップＳ０５では加圧空気圧力計１０からの加圧空気の圧力Ｐ、冷却装置７からの冷却温度Ｔｃを入力する。ステップＳ０６では許容圧力下限値≦加圧空気の圧力Ｐ≦許容圧力上限値と、許容温度下限値≦冷却温度Ｔｃ≦許容温度上限値のＡＮＤ条件を満たす場合は図２のステップＳ０１へ戻り、前記条件を満たさない場合はステップＳ０７でトリチウム捕集異常警報を、例えば記録計１５や操作表示装置１６、あるいは後述する図８に示す伝送ケーブル１８を介して監視装置１９へ出力する。なお、加圧空気の圧力Ｐの許容圧力下限値および上限値、冷却温度Ｔｃの許容温度下限値および上限値はそれぞれ例えばシーケンサ１４のメモリ１４ａ内に予め格納されている。
図７はこの発明の実施の形態３に係わるトリチウムサンプラのシーケンサ１４におけるトリチウム捕集異常警報出力の演算手順を示すフローチャートである。例えば実施の形態１の図２のステップＳ０４の後、ステップＳ０５では加圧空気圧力計１０からの加圧空気の圧力Ｐ、冷却装置７からの冷却温度Ｔｃを入力する。ステップＳ０６では許容圧力下限値≦加圧空気の圧力Ｐ≦許容圧力上限値と、許容温度下限値≦冷却温度Ｔｃ≦許容温度上限値のＡＮＤ条件を満たす場合は図２のステップＳ０１へ戻り、前記条件を満たさない場合はステップＳ０７でトリチウム捕集異常警報を、例えば記録計１５や操作表示装置１６、あるいは後述する図８に示す伝送ケーブル１８を介して監視装置１９へ出力する。なお、加圧空気の圧力Ｐの許容圧力下限値および上限値、冷却温度Ｔｃの許容温度下限値および上限値はそれぞれ例えばシーケンサ１４のメモリ１４ａ内に予め格納されている。
加圧空気の圧力Ｐが許容圧力下限値より小さい場合は、単位体積当たりに内包できる許容水蒸気量が大きくなるため、冷却温度が一定でも試料水の捕集効率が低下することになり、試料水のトレーサビリティが問題になる。また、加圧空気の圧力Ｐが許容圧力上限値より大きい場合は、サンプルリング空気の流量が低下し、同様に試料水のトレーサビリティが問題になる。また、冷却温度Ｔｃが許容温度下限値より小さい場合は、過冷却で氷が生成されて空気の通路が閉塞される。こうした状態は、復旧に多大な時間を要し、長時間欠側(測定不能)の問題を生じる。冷却温度Ｔｃが許容温度上限値より大きい場合は、試料水の捕集効率を低下させる。従来は、定期パトロール時に加圧空気の圧力と冷却温度を念入りにチェックしていた。加圧空気の圧力異常及び冷却温度異常を検知して警報を出力することにより、保守の作業性が向上するとともに早期異常検知により欠側を未然に防止できる。
なお上記説明では実施の形態１にこの機能を追加する場合について説明しているが、実施の形態２の図６のステップＳ０４１の後に図７のステップＳ０５を開始し、ステップＳ０６、Ｓ０７の後に図６のステップＳ０１１に戻るようにしてもよく、同様の効果が得られる。
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係わるトリチウムサンプラの構成を示すブロック図である。図８において、シーケンサ１４はデータを伝送する伝送ケーブル１８により遠隔から現場のトリチウムサンプラを監視する監視装置１９に接続されている。シーケンサ１４はメモリ１４ａに試料採取の開始日時と終了日時及び平均水蒸気密度を記憶しており、例えば監視装置１９が設けられた分析室からシーケンサ１４へアクセスすることにより前記データを容易に入手でき、トリチウムの放出放射能計算の作業性が向上する。また、分析室から所望する運転パラメータを見ることができるので、定期パトロールの回数を減らす等の省力化が可能となる。
図８はこの発明の実施の形態４に係わるトリチウムサンプラの構成を示すブロック図である。図８において、シーケンサ１４はデータを伝送する伝送ケーブル１８により遠隔から現場のトリチウムサンプラを監視する監視装置１９に接続されている。シーケンサ１４はメモリ１４ａに試料採取の開始日時と終了日時及び平均水蒸気密度を記憶しており、例えば監視装置１９が設けられた分析室からシーケンサ１４へアクセスすることにより前記データを容易に入手でき、トリチウムの放出放射能計算の作業性が向上する。また、分析室から所望する運転パラメータを見ることができるので、定期パトロールの回数を減らす等の省力化が可能となる。
以上この本発明のトリチウムサンプラは、水蒸気密度に基づき試料採取期間の平均水蒸気密度を算出して記録・表示するようにしたので、トリチウムの放出放射能評価の誤差を小さくできるとともに作業性が向上する。
また、サンプリングした空気の圧力を測定して水蒸気密度の圧力補正を行うようにしたので、トリチウムの放出放射能評価の誤差を小さくできる。
また、加圧した空気の圧力と冷却温度を測定し、その測定値に基づきトリチウム捕集機能の診断を行うようにしたので、定期的な見回り点検における点検項目が削減でき、点検の作業性が向上する。
また、前回試料採取の開始日時と終了日時及び平均水蒸気密度を記憶して、遠隔でサンプラの運転状態を監視でき、遠隔でデータを入手できるようにしたので、点検及びトリチウムの放出放射能評価の作業性が向上する。
また、サンプリングした空気の圧力を測定して水蒸気密度の圧力補正を行うようにしたので、トリチウムの放出放射能評価の誤差を小さくできる。
また、加圧した空気の圧力と冷却温度を測定し、その測定値に基づきトリチウム捕集機能の診断を行うようにしたので、定期的な見回り点検における点検項目が削減でき、点検の作業性が向上する。
また、前回試料採取の開始日時と終了日時及び平均水蒸気密度を記憶して、遠隔でサンプラの運転状態を監視でき、遠隔でデータを入手できるようにしたので、点検及びトリチウムの放出放射能評価の作業性が向上する。
１ 吸気ノズル、２ 入口弁、３ エアーフィルタ、４ 温度計、５ 湿度計、６ コンプレッサ、７ 冷却装置、８ オートドレン、９ ポリ容器、１０ 加圧空気圧力計、１１ 圧力調整弁、１２ 排気ノズル、１３ 制御回路、１４ シーケンサ、１４ａ メモリ、１５ 記録計、１６ 操作表示装置、１７ サンプリング空気圧力計、１８ 伝送ケーブル、１９ 監視装置。
Claims (5)
- 気体廃棄物内に含まれるトリチウムの放射能濃度を測定する際にトリチウムを捕集するために使用するトリチウムサンプラであって、
トリチウムを含む空気をサンプリングしこのサンプリング空気の採取期間中の所定周期毎の水蒸気密度を測定する手段と、
前記採取期間中の所定周期毎に得られた前記水蒸気密度の平均水蒸気密度を算出する手段と、
前記平均水蒸気密度を記憶する手段と、
前記平均水蒸気密度を記録、表示する手段と、
前記採取期間中のサンプリング空気を加圧しさらに冷却してトリチウムを含む水蒸気を凝縮しトリチウムを水の形で捕集するトリチウム捕集手段と、
を備えたことを特徴とするトリチウムサンプラ。 - 前記記憶手段が、前記サンプリング空気の温度に対する飽和水蒸気圧の関係を示すテーブルを記憶し、
前記水蒸気密度を測定する手段が、前記サンプリング空気の温度と相対湿度を測定する手段と、前記測定されたサンプリング空気の温度、相対湿度、前記測定されたサンプリング空気の温度における前記テーブルによって得られる飽和水蒸気圧の大気圧との比、に基づき前記サンプリング空気の水蒸気密度を求める手段と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のトリチウムサンプラ。 - 前記水蒸気密度を測定する手段が、前記サンプリング空気の加圧前の圧力を測定する手段と、この測定された圧力と所定の標準状態圧力の比により前記水蒸気密度の圧力補正を行う手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のトリチウムサンプラ。
- 前記記憶手段が、前記トリチウム捕集手段における加圧空気の圧力と冷却温度のそれぞれの上限値と下限値をさらに記憶し、
前記トリチウム捕集手段における加圧空気の圧力と冷却温度を測定する手段と、
測定された加圧空気の圧力と冷却温度の少なくともいずれかがそれぞれの前記上限値と下限値の間の範囲にない時に警報を発生する手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のトリチウムサンプラ。 - 前記サンプリング空気の採取期間の開始、終了を指定する手段を備え、
前記記憶手段が、算出された前記平均水蒸気密度に対する指定された試料採取の開始日時と終了日時をさらに記憶し、
前記トリチウムサンプラを遠隔監視し前記記憶手段にアクセス可能な遠隔監視手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のトリチウムサンプラ。
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Publications (2)
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