JP4644871B2 - 気密容器内の物理量測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質を収容した気密容器内の物理量を測定する物理量測定装置および測定方法に関し、特に、貯蔵容器内に気密状態で貯蔵されたＭＯＸ粉末（ウランとプルトニウムの混合酸化物粉末）の温度・圧力の測定に用いて好適な測定装置および測定方法に関するものである。

再処理工場において使用済み燃料から分離精製されたプルトニウム（Ｐｕ）およびウラン（Ｕ）は、マイクロ波加熱直接脱硝法（ＭＨ法）等によりＭＯＸ粉末に転換された後、高速増殖炉用燃料として使用されている。
ＭＨ法等により製造されたＭＯＸ粉末は、燃料製造工程に移行する前に、貯蔵庫に一時保管されることとなるが、その保管に際して、図５に示すように、グローブボックス１内で粉末缶と呼ばれる金属製の容器２の中に充填され、このＭＯＸ粉末を充填した容器は、４缶ずつ、貯蔵容器と呼ばれるさらに別のステンレス鋼製の気密容器３内に収納される。それら容器２，３のハンドリングにはマテハン装置が使用され（例えば、特許文献１参照）、ＭＯＸ粉末の充填から貯蔵に至るまでの一連の操作が自動運転或いは遠隔操作で行われるようになっている。

ＭＯＸ粉末は、それ自身が原子核の崩壊に伴い自己発熱することから、発熱による粉末の物性の変化（酸化数の変化）を防止するため、その貯蔵・管理にあたっては、冷却が必要とされている（例えば、特許文献２参照）。また、ＭＯＸ粉末の保管時においては、貯蔵容器３内の空気（酸素）がＭＯＸ粉末表面の酸化に使われるため、貯蔵容器３内の圧力が減圧状態になると考えられている。

このため、ＭＯＸ粉末の貯蔵中における安全評価を行うためには、貯蔵容器３内の温度や圧力の把握が必要であり、その測定のために、従来より様々な検討が行われている。しかしながら、これまでは、以下に示すような問題点があり、貯蔵容器３内の温度や圧力を実測することはできなかった。

（１）貯蔵容器３内を気密状態に保つ必要があるため、容器内に温度・圧力センサを取り付けたとしても、それらセンサからの信号線を容器外に取り出すことは困難である。
（２）仮に、図６に示すように、信号線Ｌを容器外に取り出すことができたとしても、その信号線Ｌがマテハン装置によるハンドリングの邪魔となり、自動運転に支障を来す虞がある。
（３）また、その場合、図７（ａ）に示すように、容器内の汚染雰囲気下にあった信号線Ｌが非汚染雰囲気に露出することにより、汚染拡大の懸念もある。
（４）さらに、信号線Ｌを介してデータを出力する際には、図７（ｂ）に示すように、粉末缶２をグローブボックス１内に移して、センサから延びる信号線Ｌをデータ受信側の信号線またはコネクタに接続する必要があるが、その場合、データ受信側の信号線またはコネクタの取付部分（グローブボックス１の壁面を貫通する部分Ｐ）から汚染がグローブボックス１外に漏れないように特別な加工を施す必要がある。
（５）貯蔵容器３と粉末缶２との間には僅かな空間しか存在しないため、測定機器を設置することが難しく、また、当該空間に温度センサを設置することができたとしても、ＭＯＸ粉末の中心部の温度を測定することはできない。

以上のような問題点により、従来は、ＭＯＸ粉末を収容した貯蔵容器３内の温度や圧力を実測することが困難であったため、その代わりに、計算コードにより伝熱計算を行い、その結果を基に、ＭＯＸ粉末の貯蔵中における安全評価を行うようにしていた。しかしながら、計算コードで解析する方法にあっては、粉末缶２内のＭＯＸ粉末の熱伝導率が未知であるため、推定値を利用せざるを得ず、また、これまでは実測データが存在しなかったため、計算コードにより得られた結果が貯蔵中のＭＯＸ粉末の状態をどの程度的確に反映しているのか評価することもできなかった。
特開２００２−１２８４５４号公報 特開平１１−１０９０８９号公報

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、気密容器の気密性が損なわれたり、マテハン装置の自動運転に支障を来たしたり、或いは気密容器から汚染が漏れたりする等の問題が生じること無く、安全且つ容易に気密容器内の物理量を測定することができる気密容器内の物理量測定装置および測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る気密容器内の物理量測定装置は、放射性物質であるウランとプルトニウムの混合酸化物の粉末を収容した気密容器内の物理量を測定する測定装置であって、上記物理量を検出するセンサと、上記気密容器内に設置され、上記センサの検出データをその検出時刻に関連づけて順次記憶する記憶装置と、上記気密容器内に設置され、所定条件が成立した際に、上記記憶装置に蓄積された上記検出データを無線通信により外部装置に転送する通信装置とを備え、上記粉末中に柱状の取付治具が立設されるとともに、上記センサは、上記気密容器内の上記放射性物質の温度を検出する温度センサを含み、かつ上記粉末中に配置された当該温度センサは、その上下に介装された断熱用ネジにより上記気密容器および上記取付治具と熱的に遮断された状態で上記取付治具に取り付けられていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る気密容器内の物理量測定方法は、放射性物質であるウランとプルトニウムの混合酸化物の粉末を収容した気密容器内の物理量を測定する測定方法であって、予め、柱状の取付治具に温度センサを取り付けるとともに当該温度センサの上下に断熱用ネジを介装し、上記気密容器内に上記粉末を充填した後に、上記粉末中に上記取付治具を立設することにより上記粉末中に上記温度センサを上記気密容器および上記取付治具と熱的に遮断された状態で配置し、かつ上記気密容器内に、記憶装置および通信装置を配設しておき、所定時間毎に、上記センサにより上記物理量を検出して、その検出データをその検出時刻に関連づけて上記記憶装置に順次記憶するとともに、所定条件が成立した際に、上記通信装置による無線通信によって、上記記憶装置に蓄積された上記検出データを外部装置に転送することを特徴とするものである。

ここで、気密容器内の物理量を検出するセンサには、例えば、気密容器内の放射性物質の温度を検出する温度センサや、気密容器内の圧力を検出する圧力センサの他、搬送中の容器に作用する加速度を検出するセンサ、気密容器内の特定物質の濃度（例えば酸素濃度など）を検出するセンサ、気密容器内の湿度を検出するセンサなども含まれる。
所定条件の成立には、例えば、外部装置から検出データの転送要求があったときや、予め設定された時間が経過したとき、或いは検出データが閾値を超えたとき等が挙げられる。
「気密容器内」とは、容器等によって気密性が保たれた閉鎖空間のことを云い、当該閉鎖空間には、特定の気密容器のみによって形成される閉鎖空間のみならず、特定の気密容器内の空間と結合された閉鎖空間（例えば、グローブボックスの内部空間）も含まれる。
外部装置は、気密容器外に設置されて、上記通信装置から無線で転送される上記検出データを受信できるものであれば、如何なる装置であっても良い。

本発明によれば、気密容器内に設置した記憶装置にセンサの検出データを蓄積し、所定条件が成立した際（例えば、外部装置から検出データの転送要求があったとき）に、その蓄積した検出データを無線で外部装置に転送するようにしたので、センサからの信号線を容器外に取り出す必要がなくなり、その結果、気密容器の気密性が損なわれたり、マテハン装置の自動運転に支障を来たしたり、或いは気密容器から汚染が漏れたりする等の問題が生じること無く、安全且つ容易に気密容器内の物理量を測定することができる。
また、得られた検出データに基づいて、気密容器内の放射性物質の安全性を評価することができ、その評価の結果、放射性物質の貯蔵条件の変更等が必要な場合には、それを速やかに実行することができる。
また、得られた検出データを計算コードの妥当性評価や高度化等にも役立てることができ、安全性の更なる向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る気密容器内の物理量測定装置の一実施形態を示す模式図である。この物理量測定装置１０は、粉末缶２内のＭＯＸ粉末５の温度を検出する温度センサ（熱電対）１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、粉末缶２内の圧力を検出する圧力センサ１２と、それらセンサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２の検出データを記憶するとともに、記憶した検出データを所定条件の成立に基づき外部装置３０に無線で転送する測定ユニット１３と、これらセンサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２および測定ユニット１３を粉末缶２内の所定位置に配置する取付治具２０とを備えて構成されている。

測定ユニット１３は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４、ＲＴＣ（Real Time Clock）１５、記憶装置１６および無線モジュール（通信装置）１７等を、収容ケース１８内に収容してユニット化したものである。
この測定ユニット１３の記憶装置１６には、ＣＰＵ１４により実行される各種処理プログラムや制御データ等を記憶する記憶領域の他、圧力センサ１２や各温度センサ１１ｂ，１１ｃ，１２からの検出データを格納する記憶領域などが設けられている。

この測定ユニット１３のＣＰＵ１４は、上記記憶装置１６に格納された各種処理プログラムを読み込んで実行することにより、所定時間毎に、各センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２の検出信号を入力して、その検出データを、ＲＴＣ１５から取得した時刻に関連づけて、記憶装置１６の所定記憶領域に順次記憶する処理を実行する。
また、測定ユニット１３のＣＰＵ１４は、外部装置３０から無線モジュール１７に検出データの転送要求があったときに、記憶装置１６の所定記憶領域に格納された検出データを読み込んで、これを無線モジュール１７から外部装置３０に無線で転送する処理を実行する。なお、本実施形態では、無線モジュール１７として、電池を内蔵したセミパッシブタイプＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグが用いられている。

収容ケース１８は、中心部に貫通孔を有する略円筒状のケースで、例えば、プラスチックや金属などにより形成されている。この収容ケース１８は、図１に示すように、ＭＯＸ粉末５の上方位置で、取付治具２０の測定ユニット固定用当て板２３（後述）に下端部が支承された状態で、粉末缶２内に配置されている。本実施形態では、この収容ケース１８に、圧力センサ１２が取り付けられるとともに、粉末缶２内のＭＯＸ粉末５の表層部の温度を検出する温度センサ１１ｃが吊設されている。なお、この収容ケース１８近傍の温度が、放射性物質の崩壊熱等により高温になることが予想される場合には、ケース内部のＣＰＵ１４やＲＴＣ１５等を熱から保護するために、ケース壁面に断熱処理を施すことが好ましい。

取付治具２０は、図１および図３に示すように、粉末缶２の底面から蓋近傍に至る長さに設定された柱状部材であって、先端（下端）が先細に形成されたステンレス鋼製のロッド部２１と、このロッド部２１の基端（上端）に連結された引抜用アイボルト２２と、ロッド部２１の基端側に粉末缶２の蓋面と略平行となるように設けられた測定ユニット固定用当て板２３とを備えている。ロッド部２１は、温度センサ１１ａ，１１ｂの取付部２４ａ，２４ｂを備え、各取付部２４ａ，２４ｂの上部と下部には、伝熱（ロッド部２１を介して他の位置から伝わる熱）を遮断するための断熱用ネジ２５がそれぞれ介装されている。同様に、ロッド部２１の先端部と下端部にも断熱用ネジ２５がそれぞれ介装されている。本実施形態では、取付治具２０の長さ方向における中央位置に第１取付部２４ａが設けられ、この第１取付部２４ａとロッド部２１先端との中央位置に第２取付部２４ｂが設けられている。

外部装置３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶装置、入力装置、表示装置、通信装置等を有する周知のコンピュータにより構成されている。通信装置には、ＲＦＩＤリーダ３１が用いられており、測定ユニット１３のＲＦＩＤタグと無線で通信可能となっている。この外部装置３０の記憶装置には、ＣＰＵにより実行される各種処理プログラムや制御データ等を記憶する記憶領域の他、測定ユニット１３から転送された温度センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃや圧力センサ１２の検出データ等を格納する記憶領域などが設けられている。

次に、上記物理量測定装置１０を用いた気密容器内の温度・圧力の測定方法の一実施形態について、ＭＯＸ粉末５の貯蔵時における操作フローに沿って説明する。

ＭＨ法等により製造されたＭＯＸ粉末５を貯蔵する場合には、図４に示すように、先ず、グローブボックス１内において、ＭＯＸ粉末５を粉末缶２内に充填し（ステップＳ１）、その粉末缶２内に、上記物理量測定装置１０を設置する（ステップＳ２）。すなわち、各センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２および測定ユニット１３を取付治具２０に取り付けて、当該取付治具２０のロッド部２１を粉末缶２内のＭＯＸ粉末５中に挿入することにより、各センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２および測定ユニット１３を粉末缶２内の所望位置に配置する。それら機器の設置が完了したら、粉末缶２の蓋締めを行う（ステップＳ３）。
その後、貯蔵容器３をグローブボックス１に接続して、気密蓋３ａを取り外した後、蓋締めした粉末缶２を１缶ずつ貯蔵容器３内に収納する（ステップＳ４）。そして、貯蔵容器３内の粉末缶２が４缶に達したところで、貯蔵容器３に気密蓋３ａを取り付けて、貯蔵容器３を気密状態とした後、貯蔵容器３をグローブボックス１から切り離して、これに外蓋３ｂを取り付け（ステップＳ５）、貯蔵庫に搬送・入庫する（ステップＳ６）。これにより、ＭＯＸ粉末５が貯蔵庫に保管された状態となる。

この状態においては、ＭＯＸ粉末５が核分裂により発熱することとなるが、その熱が、粉末缶２内部の放熱フィン（図示省略）により除熱されるとともに、貯蔵容器３の外表面に空気が供給されることにより、外部からＭＯＸ粉末５が冷却される。
また、この状態においては、測定ユニット１３が、所定時間毎に、各センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２の検出信号を入力して、その検出データを、ＲＴＣ１５から取得した時刻に関連づけて、記憶装置１６の所定記憶領域に順次記憶する処理を行う。

測定ユニット１３の記憶装置１６に格納された検出データを取得する際には、先ず、貯蔵庫に格納された貯蔵容器３を出庫して（ステップＳ７）、グローブボックス１まで搬送した後、貯蔵容器３の外蓋３ｂを取り外して、貯蔵容器３をグローブボックス１に接続する（ステップＳ８）。次いで、貯蔵容器３の気密蓋３ａを取り外して、貯蔵容器３内の粉末缶２をグローブボックス１内に取り出した後（ステップＳ９）、取り出した粉末缶２の蓋２ａを取り外す操作を行う（ステップＳ１０）。
これにより、粉末缶２内の測定ユニット１３とグローブボックス１外の外部装置３０とが無線で通信可能な状態となる。この状態において、外部装置３０から測定ユニット１３に検出データの転送要求が送信されると、これを受信した測定ユニット１３は、記憶装置１６に格納された検出データをＲＦＩＤタグの識別データとともに外部装置３０に無線で転送する処理を行う（ステップＳ１１）。データ転送が完了したら、粉末缶２は蓋締めされた後（ステップＳ１２）、前述したステップＳ４〜Ｓ６の操作を経て、再び貯蔵庫に保管される。

以上のように、本実施形態によれば、粉末缶２内に測定ユニット１３を設置して、その記憶装置１６にセンサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２の検出データを蓄積し、外部装置３０から検出データの転送要求があったときに、その蓄積した検出データを無線で外部装置３０に転送するようにしたので、センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２からの信号線を容器外に取り出す必要がなくなり、その結果、貯蔵容器３の気密性が損なわれたり、マテハン装置の自動運転に支障を来たしたり、或いは貯蔵容器３やグローブボックス１から汚染が漏れたりする等の問題が生じること無く、安全且つ容易に貯蔵容器３内の圧力やＭＯＸ粉末５の各部位（表層部、中心部、底部）の温度を測定することができる。これにより、例えば、貯蔵容器３内で貯蔵中のＭＯＸ粉末５の温度変化、貯蔵中に冷却しない場合のＭＯＸ粉末５の温度変化、ＭＯＸ粉末５を貯蔵している貯蔵容器３内の圧力変動など、安全評価を行う上で必要となるデータを容易に取得することができる。また、計算コードから得られた結果と比較検討することにより、計算コードの更なる高度化を図り、信頼性を向上させることができる。

また、検出データとともにＲＦＩＤタグの識別コードを転送するようにしたので、貯蔵容器３内に複数の測定ユニット１３を設置した場合においても、取得した検出データがどの粉末缶２のデータであるのか容易に特定することができる。
また、外部装置３０から検出データの転送要求があったときにのみ、測定ユニット１３に蓄えた検出データを外部装置３０に転送するようにしたので、消費電力を僅かに抑えることができ、ＲＦＩＤタグの電池寿命を大幅に伸ばすことができる。

なお、本実施形態においては、測定ユニット１３の記憶装置１６に格納された検出データを外部装置３０に転送する際に、良好な通信状態を確保するために、測定ユニット１３が設置された粉末缶２をグローブボックス１内に移して、グローブボックス１内から外部装置３０と無線で通信を行うようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば気密容器がプラスチックやガラス製で、気密容器内からでも良好な通信状態を確保できる場合には、気密容器内から直接、外部装置３０に検出データを転送するようにしてもよい。
また、本実施形態においては、各センサの検出データを分単位で取得するようにしたが、物理量の測定間隔は、物理量の変化の程度や、測定時間の長さ、記憶装置１６の容量等に応じて、任意に設定することが可能である。

本発明に係る気密容器内の物理量測定装置の一実施形態を示す模式図である。 測定ユニットの概略構成を示すブロック図である。 取付治具の正面図である。 図１の物理量測定装置を用いた気密容器内の温度・圧力の測定方法を説明するための模式図である。 ＭＯＸ粉末の貯蔵手順を説明するための模式図である。 気密容器内の温度や圧力を測定する際の従来の問題点を説明するための模式図である。 気密容器内の温度や圧力を測定する際の従来の問題点を説明するための模式図である。

符号の説明

１ グローブボックス
２ 粉末缶
３ 貯蔵容器（気密容器）
５ ＭＯＸ粉末（放射性物質）
１０ 気密容器内の物理量測定装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 温度センサ
１２ 圧力センサ
１３ 測定ユニット
１４ ＣＰＵ
１６ 記憶装置
１７ 無線モジュール（通信装置）
１８ 収容ケース
２０ 取付治具
３０ 外部装置

Claims (6)

1. 放射性物質であるウランとプルトニウムの混合酸化物の粉末を収容した気密容器内の物理量を測定する測定装置であって、
   上記物理量を検出するセンサと、
   上記気密容器内に設置され、上記センサの検出データをその検出時刻に関連づけて順次記憶する記憶装置と、
   上記気密容器内に設置され、所定条件が成立した際に、上記記憶装置に蓄積された上記検出データを無線通信により外部装置に転送する通信装置とを備え、
   上記粉末中に柱状の取付治具が立設されるとともに、上記センサは、上記気密容器内の上記放射性物質の温度を検出する温度センサを含み、かつ上記粉末中に配置された当該温度センサは、その上下に介装された断熱用ネジにより上記気密容器および上記取付治具と熱的に遮断された状態で上記取付治具に取り付けられていることを特徴とする気密容器内の物理量測定装置。
2. 上記センサは、上記温度センサおよび上記気密容器内の圧力を検出する圧力センサが含まれるとともに、上記温度センサは、上記粉末の表層部、中心部および底部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の気密容器内の物理量測定装置。
3. 上記通信装置がＲＦＩＤタグにより構成され、このＲＦＩＤタグから無線で送信された上記検出データを、上記気密容器外に設置された上記外部装置のＲＦＩＤリーダが受信するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の気密容器内の物理量測定装置。
4. 上記通信装置および上記記憶装置を収容する収容ケースと、この収容ケースを上記放射性物質の上方位置に配置する取付治具とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の気密容器内の物理量測定装置。
5. 上記取付治具は、上記センサを所望位置に配設するためのセンサ取付部を有することを特徴とする請求項４に記載の気密容器内の物理量測定装置。
6. 放射性物質であるウランとプルトニウムの混合酸化物の粉末を収容した気密容器内の物理量を測定する測定方法であって、
   予め、柱状の取付治具に温度センサを取り付けるとともに当該温度センサの上下に断熱用ネジを介装し、上記気密容器内に上記粉末を充填した後に、上記粉末中に上記取付治具を立設することにより上記粉末中に上記温度センサを上記気密容器および上記取付治具と熱的に遮断された状態で配置し、かつ上記気密容器内に、記憶装置および通信装置を配設しておき、所定時間毎に、上記センサにより上記物理量を検出して、その検出データをその検出時刻に関連づけて上記記憶装置に順次記憶するとともに、
   所定条件が成立した際に、上記通信装置による無線通信によって、上記記憶装置に蓄積された上記検出データを外部装置に転送することを特徴とする気密容器内の物理量測定方法。

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