JP4952729B2

JP4952729B2 - 中性子検出器構体

Info

Publication number: JP4952729B2
Application number: JP2009033806A
Authority: JP
Inventors: 茂永吉; 光盛梅田; 伸二深草; 淳一藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: JP2010190644A

Description

この発明は、熱中性子を電気信号に変換する中性子検出器構体に関するものである。

熱中性子（平均エネルギー０．０２５ｅＶ）を測定する中性子検出器では、熱中性子より高エネルギーの中速・高速中性子は中性子検出器を透過する確立が高く、測定することが難しい。中速・高速中性子を測定するためには、中性子が中性子検出器へ入射する前にエネルギーを熱中性子レベルまで減衰させる必要がある。

加圧水型炉を採用している原子力発電所では、熱中性子を測定する中性子検出器を原子炉の内外で使用している。炉外に設置する中性子検出器は、原子炉停止時（熱中性子が少ない状態）から全出力運転（熱中性子が多い状態）まで広範囲に亘って熱中性子を測定する必要があるため、熱中性子の測定範囲を３つに分割し、各々異なる中性子検出器を使用している。３つの測定範囲は、熱中性子が少ない範囲から順に線源領域、中間領域、出力領域と呼ばれ、各々の測定範囲をオーバーラップするよう設定されている。

線源領域と中間領域用中性子検出器は、中性子減速材を使用した構体を採用している。これは線源領域と中間領域の低領域側は熱中性子が少なく、熱中性子による信号だけでは出力信号が小さいため、中速・高速中性子を中性子減速材で減速させ、熱中性子化することで出力信号を大きくするものである。

中性子減速材には、例えばポリエチレン等水素を多く含む有機物を使用しており、線源領域、中間領域用中性子検出器の周囲に配置されている。出力領域は、炉外に放出される熱中性子が多いため、通常、中性子減速材は使用せず、中速及び高速中性子は通常測定しない。

出力領域用中性子検出器は従来熱中性子が多かったため減速材の適用は現在まで確認できないが、将来的な炉内の中性子量の経済性を検討すると中性子反射体等を採用することにより炉外に放出される熱中性子が減少する可能性がある。その場合出力領域用中性子検出器の出力信号を大きくする対策が必要となると考えられる。

中性子検出器として、例えば、特開２００３−２４０８６２号公報図１（特許文献１参照）には、減速材１４の背面側端部１４Ａに、感度調整孔２２，２４を設けたものが開示されている。

また、特開平５−１３４０４９号公報図４（特許文献２参照）には、第１の減速材２４ａと第２の減速材２４ｂを用いて熱中性子、エピサーマル中性子、速中性子を検出する検出器が開示されている。

特開２００３−２４０８６２号公報（第１図）

特開平５−１３４０４９号公報（第４図）

しかし、特許文献１に記載のものは、減速材１４の背面側端部１４Ａに感度調整孔２２，２４を設けているので、様々な方角から入射する中性子に対しての調整効力が少ないという課題があった。
特許文献２に記載のものは、減速材２４を中空円筒状の第１の減速材と、中空円筒部に脱着自在に装着される第２の減速材に分割されているので構成が複雑であるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、加圧水型炉など、炉外で使用する中性子検出器の出力信号を調整すると共に精度良く組み立て可能な中性子検出器構体を提供することを目的とする。

請求項１に係る中性子検出器構体は、外壁が導電性を有し、長手方向に延在した円柱状の中性子検出器と、この中性子検出器に接続され、電圧を印加して検出信号を取り出すケーブルと、長手方向に貫通孔部を設けた円環状の誘電体で構成され、長手方向に管状に重ねて前記中性子検出器の短手方向を含む外壁を覆うことにより周囲から入射する中性子を減速させる中性子減速材と、この中性子減速材の長手方向外周を覆う導電性の外筒と、この外筒の開放された一方の端部を密閉し、前記中性子減速材を通過してきた前記ケーブルを穴部から外部に引き出す導電性の第１の蓋と、前記外筒の開放された他方の端部を密閉する導電性の第２の蓋と、重ねた中性子減速材の前記貫通孔部にロッドを挿入して個々の中性子減速材を連結して固定する締め付け手段とを備えたものである。

請求項２に係る中性子検出器構体は、前記中性子減速材の長手方向中心軸から離間した誘電体設置位置に前記長手方向中心軸を取り囲むように中性子の減速量を調整する複数の調整孔部を設けた請求項１に記載のものである。

請求項１に係る発明によれば、中性子検出器の外周に沿って複数の減速材を重ねて配置したので減速材の種類を変更することにより中性子検出器に入射する中性子の量を変更できると共に中性子検出器が長尺でそれによる曲がりや歪があっても分割された減速材で曲がりや歪を吸収できるので組み立てが容易な中性子検出器構体を得る効果がある。

請求項２に係る発明によれば、減速材の中心軸を取り囲むように調整孔を設けたので調整孔の径などを変更することにより中性子検出器の出力信号を調整可能とすると共に異なる方向から入射する中性子を精度良く検出できる効果がある。

実施の形態１．
この発明の中性子検出器構体について図１を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による中性子検出器構体の構造図である。図１において、１は中性子有感物質としてボロン（^１０Ｂ）を用い、内部に電離ガスを封入し気密封止されている外壁（外周）にアルミニウム等の金属を用いた円柱形状の電離箱で構成した中性子検出器である。

２は中性子減速材（減速材）であり、ポリエチレン等水素を多く含む貫通孔部２ａを設けた有機物の誘電体で形成されており、中性子検出器１の端部を除き中空円筒形状で全長を分割して短尺化したものを複数個同心円状に順次重ね合わせるように組み合わせたものである。また、中性子減速材２は中性子検出器１の短手方向端部領域を含む中性子検出器１の外壁周囲を覆うようにし、周囲から入射する中性子を減速させる役目を果たす。

３はアルミニウム材等で構成されており、中性子検出器１の長手方向に沿って中性子減速材２の外周を覆うように中空円筒形状で構成した外筒、４は中性子減速材２の一方の短手方向表面を覆って密閉状態にするアルミニウムなどで構成した円盤状の上蓋、５は中性子減速材２の他方の短手方向表面を覆って密閉状態にするアルミニウム等などで構成した円盤状の下蓋、６はステンレス等の金属で両端部にネジ加工を施した細長い円柱形上のもので、中性子減速材２の内部長手方向に設けられた貫通孔部２ａを貫通して中性子減速材２同士を重ねて取り付けるためのロッド（棒）、７はロッド６を挿入して個々の中性子減速材２を連結して固定するナット（締め付け手段）である。

８は検出器１に高電圧を供給（印加）する高圧ケーブル、９は高電圧（電圧）の印加により検出器で検出された信号を取り出す信号ケーブルである。１０は、ポリエチレン等水素を多く含んだ有機物で形成されており、中空円筒を半分に切断した形状で、高圧ケーブル８、信号ケーブル９を挟み込む絶縁物である。１１は絶縁物１０で挟み込まれたケーブル８，９を上蓋４を介して固定するねじである。１２は外筒３と上蓋４とを固定するねじ、１３は外筒３と下蓋５とを固定するねじである。また、上蓋４には、中性子減速材２を通過してきた中性子検出器１の高圧ケーブル８及び信号ケーブル９を外部に引き出すための穴部４ａが設けられている。なお、中性子検出器１と中性子減速材２は円筒状の外筒３、円盤状の上蓋４及び下蓋５で固定される。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

図２は、図１に示す中性子検出器構体の上蓋４に設けたケーブル取り出し口周辺の拡大図である。図２において、高圧ケーブル８、信号ケーブル９は検出器１と接続され、中性子減速材２を通過して外部に引き出される。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

図３は、この発明の実施の形態１による中性子検出器構体に用いる中性子減速材の外観図である。図３において、貫通孔部２ａは中性子減速材２の内部に設けられ、中性子減速材２の中心軸に対向して長さ方向に平行に２箇所設けられている。中性子減速材２は中空部径が８０ｍｍ、外径（外周径）が１４０ｍｍ、長さが２００ｍｍ〜４００ｍｍであり、長さ方向に複数個重ね合わせた後、まとめて貫通孔部２ａにロッド６を挿入しナット７（締め付け手段）で固定される。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に全体構成について図１〜図３を用いて説明する。中性子検出器構体全長は突起部分を除き約４５００ｍｍ、外周径は１５０ｍｍであり、中性子検出器１の全長は約４０００ｍｍ、外周径は８０ｍｍである。また、複数個重ねて取り付けられる中性子減速材２の個々の長さは２００〜４００ｍｍ、外周径は１４０ｍｍである。

中性子検出器１の短手方向の外周を覆う中性子減速材２の長さは１００〜２００ｍｍ、外周径は上蓋４側及び下蓋５側とも１４０ｍｍ、上蓋４及び下蓋５の中性子検出器１の長手方向側厚みは約４０ｍｍである。例えば、中性子減速材２の長さが４００ｍｍの場合には、１０個の中性子減速材２が重ねられ、上蓋４側と下蓋５側のそれぞれ１個が付加される。したがって１２個の中性子減速材２が設けられる。また、中性子減速材２の長さが２００ｍｍの場合には、２０個の中性子減速材２が重ねられ、上蓋４側と下蓋５側のそれぞれ１個が付加される。したがって２２個の中性子減速材２が設けられる。なお、中性子検出器１の高圧ケーブル８及び信号ケーブル９の全長は約１６０００ｍｍとする。

次に動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態１による中性子検出器構体とその計測系との関係を説明する等価回路図である。図４において、中性子検出器構体の高圧ケーブル８には、例えば１キロボルトの電圧を印加することが可能な電源を接続し、信号ケーブル９には例えば数ピコアンペアの電流を測定することが可能な電流計を接続する。なお、中性子検出器１と外筒３とは中性子減速材２で絶縁されている。

図５は、この発明の実施の形態１による中性子検出器構体と中性子源との関係を説明するブロック図である。中性子検出器構体に入射する中速及び高速中性子は、中性子減速材２で減速され、熱中性子化され中性子検出器１で検出される。中性子検出器構体に入射する熱中性子は中速及び高速中性子と同様に減速される。中性子減速材２の径が厚い場合や中性子減速材２に含まれる水素含有量が多い場合には、熱中性子はエネルギーを失い中性子検出器１には入射しないようになる。したがって出力信号を大きくするためには、中性子検出器１に入射する熱中性子を増加させるように中性子減速材２の厚みを薄くし、中性子減速材２のポリエチレンの水素含有量を少なくするよう調整することで熱中性子の検出に関して出力信号の増大を図る。

逆にあらかじめ熱中性子が中速及び高速中性子に比べて少ない場合には、中性子減速材２の材料を水素含有量の多いものに変更することで中速及び高速中性子の減速効果を高め中性子検出器の出力信号を大きくする。

以上から中性子検出器１の外周に沿って複数の中性子減速材２を重ねて配置したので中性子減速材２の種類を変更することにより中性子検出器１に入射する中性子の量を変更できると共に中性子検出器１が長尺でそれによる曲がりや歪があっても分割された中性子減速材２で曲がりや歪を吸収できるので組み立てが容易な中性子検出器構体を得る効果がある。

実施の形態２．
高速中性子が熱中性子や中速中性子に比べて少ない場合に中性子検出器からの出力信号を増大する方法について図６を用いて説明する。図６は、この発明の実施の形態２による中性子検出器構体に用いる中性子減速材の外観図である。図６において、１４は中性子減速材２内部に設けられ、中性子減速材２の中空部と外周との間に中性子減速材２の中心軸に対して均等位置に長さ方向に平行に複数個設けた中性子減速用の貫通孔（調整孔）である。中性子減速材２は中空部径が８０ｍｍ、外形が１４０ｍｍで長さが２００〜４００ｍｍであり、長さ方向に複数個重ね合わせた後、まとめて貫通孔部２ａにロッド６を挿入しナット７（締め付け手段）で固定される。図中、図３と同一符号は、同一又は相当部分を示す。その他の構成及び動作については実施の形態１で説明したものと同一なので説明を省略する。

中性子減速材２には、多数の調整孔部１４を設けることで高速中性子の減速効果を弱め、中速中性子の熱中性子化の促進と熱中性子の減少の抑制を図る。調整孔１４の直径は１０ｍｍとし、出力信号が大きくなるよう孔数を調整する。図６に示す例では１０個の調整孔１４を円周状に配置している。なお、図６に示すように調整孔１４を中性子検出器１の周囲に均等に配置することにより中性子源からの入射方向に左右されず安定した出力信号を検出できる効果がある。

また、中性子検出器１の短手方向にも中性子減速材２が設置されているので入射方向がいずれの方向から検出器１に入射しても中性子源からの検出信号を適正に検知できるという効果がある。

この発明は、加圧水型炉の炉外で使用する出力領域用中性子検出器に対して利用可能である。

この発明の実施の形態１による中性子検出器構体の構造図である。この発明の実施の形態１による中性子検出器構体の上蓋に設けたケーブル取り出し口周辺の拡大図である。この発明の実施の形態１による中性子検出器構体に用いる中性子減速材の外観図である。この発明の実施の形態１による中性子検出器構体とその計測系との関係を説明する等価回路図である。この発明の実施の形態１による中性子検出器構体と中性子源との関係を説明するブロック図である。この発明の実施の形態２による中性子検出器構体に用いる中性子減速材の外観図である。

１・・中性子検出器２・・中性子減速材（減速材）２ａ・・貫通孔部（貫通孔）
３・・外筒４・・上蓋（第１の蓋）４ａ・・穴部５・・下蓋（第２の蓋）
６・・ロッド（棒）７・・ナット（締め付け手段）
８・・高圧ケーブル(ケーブル) ９・・信号ケーブル(ケーブル)
１０・・絶縁物、１１・・ねじ１２・・ねじ１３・・ねじ
１４・・調整孔部（調整孔）

Claims

外壁が導電性を有し、長手方向に延在した円柱状の中性子検出器と、この中性子検出器に接続され、電圧を印加して検出信号を取り出すケーブルと、長手方向に貫通孔部を設けた円環状の誘電体で構成され、長手方向に管状に重ねて前記中性子検出器の短手方向を含む外壁を覆うことにより周囲から入射する中性子を減速させる中性子減速材と、この中性子減速材の長手方向外周を覆う導電性の外筒と、この外筒の開放された一方の端部を密閉し、前記中性子減速材を通過してきた前記ケーブルを穴部から外部に引き出す導電性の第１の蓋と、前記外筒の開放された他方の端部を密閉する導電性の第２の蓋と、重ねた中性子減速材の前記貫通孔部にロッドを挿入して個々の中性子減速材を連結して固定する締め付け手段とを備えた中性子検出器構体。
前記中性子減速材の長手方向中心軸から離間した誘電体設置位置に前記長手方向中心軸を取り囲むように中性子の減速量を調整する複数の調整孔部を設けた請求項１に記載の中性子検出器構体。