JP5330081B2 - Method and apparatus for measuring flammable poison concentration - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the measurement of the quantity of the burnable poison contained in fuels loaded into a reactor even if its concentration is low. <P>SOLUTION: A test fuel is irradiated with epithermal neutrons (S22), and the intensity of the gamma rays emitted from the test fuel is measured (S23). The test fuel is also irradiated with thermal neutrons (S24), and the intensity of the gamma rays emitted from the test fuel is measured (S25). A delayed gamma-ray intensity ratio is found by dividing the gamma-ray intensity measured in S25 by the gamma-ray intensity measured in S23 (S26). The concentration of the burnable poison in the test fuel is calculated by using the delayed gamma-ray intensity ratio and a calibration curve derived in advance (S28). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、原子炉に装荷される燃料に含有される可燃性毒物の濃度を測定する可燃性毒物濃度測定方法および装置に関する。   The present invention relates to a flammable poison concentration measuring method and apparatus for measuring the concentration of a flammable poison contained in a fuel loaded in a nuclear reactor.

一般的に、ウランを燃料とする商業用原子炉では、ウラン235の濃縮度は5重量%(wt%)以下に限定されている。これは、ウランを取り扱う様々な施設、機器において、ウラン235の濃縮度が5wt%以下であることを条件として設計されているためである。つまり、これらの施設、機器では、ウラン235の濃縮度が5wt%以下であることを条件として、臨界未満を確保できる(臨界安全性を確保できる)。   Generally, in a commercial nuclear reactor using uranium as a fuel, the enrichment of uranium 235 is limited to 5 wt% (wt%) or less. This is because various facilities and equipment that handle uranium are designed on the condition that the enrichment of uranium 235 is 5 wt% or less. That is, in these facilities and equipment, subcriticality can be ensured (critical safety can be ensured) on the condition that the enrichment of uranium 235 is 5 wt% or less.

原子力発電の経済性を向上させ、使用済燃料の発生量を抑制するためには、ウラン235の濃縮度を5wt%以上に高めることが不可欠であるとの認識が高まってきた。この場合、従来の燃料製造施設を利用しようとすると、製造過程で一定の裕度をもって臨界未満を確保しているという保証ができなくなる(臨界安全性が確保できなくなる)。   In order to improve the economic efficiency of nuclear power generation and suppress the amount of spent fuel generated, it has been recognized that it is essential to increase the enrichment of uranium 235 to 5 wt% or more. In this case, when trying to use a conventional fuel production facility, it is impossible to guarantee that the subcriticality is secured with a certain margin in the production process (critical safety cannot be secured).

ウラン235の濃縮度を5wt%以上に高めた場合、臨界安全性を確保するためには、たとえば燃料取扱量を小規模にする必要がある。この場合、製造効率が大幅に低下して経済性の損失を生じる。あるいは、従来の製造設備などに改造を加えて、ウラン235の濃縮度を5wt%よりも高めた燃料(「5%超燃料」と呼ぶ)を取り扱えるようにする必要がある。この改造は、かなり大規模なものになると考えられる。   When the enrichment of uranium 235 is increased to 5 wt% or more, in order to ensure critical safety, for example, it is necessary to reduce the fuel handling amount. In this case, the production efficiency is greatly reduced, resulting in a loss of economy. Alternatively, it is necessary to modify a conventional manufacturing facility so that a fuel in which the enrichment of uranium 235 is higher than 5 wt% (referred to as “over 5% fuel”) can be handled. This modification is likely to be quite large.

そこで5%超燃料の製造において、従来の燃料製造施設を殆どそのまま活用できるようにするため、燃料にガドリニア(Gd)やエルビア(Er)などの可燃性毒物を低濃度で添加する方法が提案されている(たとえば特許文献1参照)。 Therefore, in order to make it possible to use conventional fuel production facilities almost as they are in the production of over 5% fuel, low concentrations of combustible poisons such as gadolinia (Gd 2 O 3 ) and erbia (Er 2 O 3 ) are used as fuel. A method of adding has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

5%超燃料の製造において従来の燃料製造施設を殆どそのまま活用できるようにするために必要な可燃性毒物の濃度(可燃性毒物の必要最低濃度)は、U235濃縮度が5wt%のウラン粉末の場合の臨界安全上の制限値における中性子実効増倍率の最大値と等しいか、これより小さくなる最小の可燃性毒物の添加濃度である。たとえば0.1wt%のガドリニアを均一に添加することにより、U235濃縮度が5wt%のウラン粉末の場合の臨界安全上の制限値における中性子実効増倍率の最大値と等しいか、これより小さくなるとすると、必要最低濃度は0.1wt%となる。この評価は、たとえば非特許文献2に規定された臨界安全上最も厳しい場合を想定した評価条件で行われる。   The concentration of flammable poisons (the minimum required concentration of flammable poisons) necessary to make the conventional fuel production facility almost usable as it is in the production of over 5% fuel is that of uranium powder with U235 enrichment of 5 wt%. This is the minimum concentration of flammable poison that is equal to or less than the maximum value of the effective neutron multiplication factor at the critical safety limit value. For example, when 0.1 wt% gadolinia is uniformly added, the U235 enrichment is equal to or smaller than the maximum value of the effective neutron multiplication factor at the critical safety limit value in the case of uranium powder of 5 wt%. The required minimum concentration is 0.1 wt%. This evaluation is performed, for example, under the evaluation conditions assuming the severest case in terms of critical safety defined in Non-Patent Document 2.

主として原子炉運転中の炉心の過大な反応度変化を抑制し、しかも出力分布も好適に制御することを目的として、可燃性毒物を添加した燃料は広く知られている。このため、従来用いられている可燃性毒物の添加濃度は高い。たとえば沸騰水型原子炉(BWR)に用いられているガドリニアでは、低くても1wt%、通常3〜10wt%が酸化ウラン燃料ペレットに添加されている。   Fuels to which a flammable poison is added are widely known mainly for the purpose of suppressing an excessive change in the reactivity of the core during operation of the reactor and controlling the power distribution appropriately. For this reason, the addition concentration of the combustible poison used conventionally is high. For example, in a gadolinia used in a boiling water reactor (BWR), at least 1 wt%, usually 3 to 10 wt%, is added to uranium oxide fuel pellets.

一方、5%超燃料の製造過程で、臨界安全性を確保するために必要な可燃性毒物の添加濃度はガドリニアの場合、多くても0.1wt%、通常0.01wt%程度(低濃度)である。この程度の添加濃度の場合、原子炉に装荷して照射を始めると、特にガドリニアの場合、短期間で燃焼して消滅するので、炉心設計の面からは特別の配慮が必要無く、従来の設計思想で炉心を設計することができる。エルビアの場合には中性子吸収断面積がガドリニアと比較して大幅に小さいため、完全に燃え尽きる、すなわち中性子吸収効果が完全に消滅することはないが、それでもほぼ従来の設計思想で炉心を設計することができる。ホウ素化合物を燃料ペレット表面に塗布する場合は、ガドリニアとエルビアとの中間的な特性となる。   On the other hand, in the process of producing over 5% fuel, the concentration of flammable poisons required to ensure critical safety is at most 0.1 wt%, usually around 0.01 wt% (low concentration) in the case of Gadolinia It is. In the case of such an addition concentration, when irradiation is started after loading in the reactor, especially in the case of gadolinia, it burns and disappears in a short period of time, so there is no need for special considerations in terms of core design. The core can be designed with thought. In the case of Elvia, the neutron absorption cross section is much smaller than that of Gadolinia, so it is completely burned out, that is, the neutron absorption effect does not completely disappear, but the core is still designed with almost the conventional design concept. Can do. When the boron compound is applied to the surface of the fuel pellet, it becomes an intermediate characteristic between Gadolinia and Elvia.

燃料棒の可燃性毒物の含有量は、原子炉内での照射中の燃料棒の挙動に影響を与える。このため、製造の過程において、実際に燃料棒に収められた可燃性毒物量を非破壊で測定する必要がある。特許文献2には、燃料棒内のGd濃度を求める方法が開示されている。この方法では、まずガドリニア濃度が既知の標準燃料棒に対して熱中性子を照射したときに生じる放射線の計数率を測定し、ガドリニア濃度と放射線計数率との関係と関係を求める。その後、検査対象の燃料棒に熱中性子を照射したときに生じる放射線の計数率を求め、この計数率およびガドリニア濃度と放射線計数率との関係に基づいて、ガドリニア濃度を求める。   The content of flammable poisons in the fuel rods affects the behavior of the fuel rods during irradiation in the reactor. For this reason, it is necessary to measure the amount of the flammable poison actually stored in the fuel rod in the manufacturing process in a non-destructive manner. Patent Document 2 discloses a method for obtaining a Gd concentration in a fuel rod. In this method, first, the count rate of radiation generated when a standard fuel rod having a known gadolinia concentration is irradiated with thermal neutrons is measured, and the relationship and relationship between the gadolinia concentration and the radiation count rate are obtained. Thereafter, the count rate of radiation generated when the fuel rod to be inspected is irradiated with thermal neutrons is obtained, and the gadolinia concentration is obtained based on the count rate and the relationship between the gadolinia concentration and the radiation count rate.

特開2004−177241号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-177241 特開昭54−93795号公報JP-A-54-93795

渡辺、他3名、「次世代軽水炉燃料サイクルでの臨界安全性合理化のための可燃性毒物クレジット」、日本原子力学会 2007年 秋の大会予稿集、p.738、日本原子力学会、2007年Watanabe and three others, “Combustible Toxic Credit for Rationalization of Criticality Safety in Next Generation Light Water Reactor Fuel Cycle”, Proceedings of Autumn Meeting 2007 of the Atomic Energy Society of Japan, p. 738, Japan Atomic Energy Society, 2007 科学技術庁原子力安全局核燃料規制課編、「界安全ハンドブック」、1988年10月31日、にっかん書房Science and Technology Agency, Nuclear Safety Bureau, Nuclear Fuel Regulations Section, "Kai Safety Handbook", October 31, 1988, Nikka Shobo

ウラン235の濃縮度を5wt%よりも高めた燃料では、ガドリニアなどの可燃性毒物を低濃度で添加する場合がある。この場合の可燃性毒物の添加濃度は、多くても0.1wt%、通常0.01wt%程度の低濃度である。しかし、特許文献2に開示された酸化ウラン中のガドリニア濃度の測定方法は、このような低濃度の可燃性毒物については検討されていない。また、このような低濃度の可燃性毒物を、製造などに必要な精度で測定する方法は知られていない。   In a fuel in which the enrichment of uranium 235 is higher than 5 wt%, a flammable poison such as gadolinia may be added at a low concentration. In this case, the addition concentration of the flammable poison is a low concentration of at most 0.1 wt%, usually about 0.01 wt%. However, the method for measuring the gadolinia concentration in uranium oxide disclosed in Patent Document 2 has not been studied for such a low concentration combustible poison. In addition, there is no known method for measuring such a low-concentration combustible poison with the accuracy required for production.

そこで、本発明は、原子炉に装荷される燃料に含有される可燃性毒物の量を、低濃度の場合でも測定できるようにすることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to measure the amount of combustible poison contained in the fuel loaded in a nuclear reactor even when the concentration is low.

上述の目的を達成するため、本発明は、ウランを含有する試験燃料に添加された可燃性毒物の濃度を測定する可燃性毒物濃度測定方法において、前記試験燃料に熱外中性子を照射する熱外中性子照射工程と、前記熱外中性子照射工程の後に、熱外中性子を照射された前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と、前記試験燃料に熱中性子を照射する熱中性子照射工程と、前記熱中性子照射工程の後に、熱中性子を照射された前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱核分裂遅発ガンマ線測定工程と、前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定された熱外核分裂遅発ガンマ線強度で前記熱核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定された熱核分裂遅発ガンマ線強度を除した遅発ガンマ線強度比を求める遅発ガンマ線強度比算出工程と、前記遅発ガンマ線強度比と可燃性毒物濃度との校正曲線を導出する校正曲線導出工程と、前記校正曲線と前記遅発ガンマ線強度比とから前記試験燃料の可燃性毒物濃度を算出する可燃性毒物濃度算出工程と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a method for measuring the concentration of a flammable poison added to a test fuel containing uranium, wherein the test fuel is irradiated with an epithermal neutron. A neutron irradiation step, an epithermal fission delayed gamma ray measurement step for measuring gamma ray intensity emitted from the test fuel irradiated with epithermal neutrons after the epithermal neutron irradiation step, and thermal neutrons on the test fuel. A thermal neutron irradiation step for irradiating; a thermal fission delayed gamma ray measuring step for measuring gamma ray intensity emitted from the test fuel irradiated with thermal neutrons after the thermal neutron irradiation step; and Delayed gamma ray intensity obtained by dividing the thermal fission delayed gamma ray intensity measured in the thermal fission delayed gamma ray measurement step by the epithermal fission delayed gamma ray intensity measured in the measurement step. A delayed gamma ray intensity ratio calculating step, a calibration curve derivation step for deriving a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio and the combustible poison concentration, and the test fuel from the calibration curve and the delayed gamma ray intensity ratio And a combustible poison concentration calculating step for calculating the combustible poison concentration.

また、本発明は、ウランを含有する試験燃料に添加された可燃性毒物の濃度を測定する可燃性毒物濃度測定装置において、前記試験燃料を燃料通路に沿って移動させる駆動機構と、前記燃料通路を移動する前記試験燃料に熱外中性子を照射する熱外中性子照射部と、前記熱外中性子照射部の前記試験燃料の移動方向の下流に設けられて、前記燃料通路を移動する前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱外核分裂遅発ガンマ線測定部と、前記燃料通路を移動する前記試験燃料に熱中性子を照射する熱中性子照射部と、前記熱中性子照射部の前記試験燃料の移動方向の下流側に設けられて、前記燃料通路を移動する前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱核分裂遅発ガンマ線測定部と、前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定部で測定された熱外核分裂遅発ガンマ線強度で前記熱核分裂遅発ガンマ線測定部で測定された熱核分裂遅発ガンマ線強度を除した遅発ガンマ線強度比を求める遅発ガンマ線強度比算出手段と、前記遅発ガンマ線強度比と可燃性毒物濃度との校正曲線を導出する校正曲線導出手段と、前記校正曲線と前記遅発ガンマ線強度比とから試験燃料の可燃性毒物濃度を算出する可燃性毒物濃度算出手段と、を有することを特徴とする The present invention also relates to a combustible poison concentration measuring apparatus for measuring the concentration of a combustible poison added to a test fuel containing uranium, a drive mechanism for moving the test fuel along the fuel passage, and the fuel passage. An epithermal neutron irradiating unit for irradiating the test fuel moving through the epithermal neutron, and the test fuel moving in the fuel passage provided downstream of the epithermal neutron irradiating unit in the moving direction of the test fuel. A thermal outer fission delayed gamma ray measurement unit for measuring the emitted gamma ray intensity, a thermal neutron irradiation unit for irradiating the test fuel moving in the fuel passage with thermal neutrons, and movement of the test fuel in the thermal neutron irradiation unit provided downstream direction, the thermal fission delayed gamma ray measurement unit for measuring the gamma ray intensity emitted from said test fuel for moving the fuel passage, the heat outside fission delayed gamma rays A delayed gamma ray intensity ratio calculating means for obtaining a delayed gamma ray intensity ratio obtained by dividing the thermal fission delayed gamma ray intensity measured by the thermofission delayed gamma ray measurement unit by the epithermal fission delayed gamma ray intensity measured by the fixed part; A calibration curve deriving means for deriving a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio and the combustible poison concentration, and a combustible poison for calculating the burnable poison concentration of the test fuel from the calibration curve and the delayed gamma ray intensity ratio Density calculating means

本発明によれば、原子炉に装荷される燃料に含有される可燃性毒物の量を、低濃度の場合でも測定できる。   According to the present invention, the amount of the flammable poison contained in the fuel loaded in the nuclear reactor can be measured even at a low concentration.

本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第1の実施の形態におけるフローチャートである。It is a flowchart in 1st Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第1の実施の形態を用いた燃料製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the fuel manufacturing method using 1st Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 金属量が33kgのUO粉末を球体とし、30cmの水反射厚がある場合の中性子実効増倍率を示すグラフである。Metal amount is a UO 2 powder of 33kg and a sphere is a graph showing the effective neutron multiplication factor of the presence of water reflecting the thickness of 30 cm. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第1の実施の形態において濃縮度が5wt%を超えるUO粉末に添加すべきガドリニア濃度とウラン濃縮度との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the enrichment gadolinia concentration and uranium enrichment to be added to UO 2 powder of more than 5 wt% in the first embodiment of the burnable poison concentration measuring method according to the present invention. ウラン235濃縮度の変化に対する遅発ガンマ線強度の変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the change of late gamma ray intensity with respect to the change of uranium-235 enrichment. ウラン235濃縮度の変化に対する遅発ガンマ線強度比の変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the change of late gamma ray intensity ratio with respect to the change of uranium-235 enrichment. 可燃性毒物濃度の変化に対する遅発ガンマ線強度比の変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the change of late gamma ray intensity ratio with respect to the change of a combustible poison concentration. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第1の実施の形態に用いる測定装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the measuring apparatus used for 1st Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第1の実施の形態における校正曲線の導出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the derivation method of the calibration curve in 1st Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第1の実施の形態に用いる多重校正燃料の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the multiple calibration fuel used for 1st Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. ウラン235濃縮度の変化に対する規格化された遅発ガンマ線強度の変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the change of the normalized delayed gamma ray intensity with respect to the change of uranium-235 enrichment. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第2の実施の形態におけるウラン235の濃縮度の測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the measuring method of the enrichment of the uranium 235 in 2nd Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第3の実施の形態におけるウラン235の濃縮度の測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the measuring method of the enrichment of the uranium 235 in 3rd Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. ウラン235が放出するガンマ線スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the gamma ray spectrum which uranium 235 discharge | releases. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第3の実施の形態に用いる測定装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the measuring apparatus used for 3rd Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第4の実施の形態におけるウラン235の濃縮度の測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the measuring method of the enrichment of the uranium 235 in 4th Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第5の実施の形態におけるフローチャートである。It is a flowchart in 5th Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 基準燃料に対するガンマ線強度比の可燃性毒物濃度の変化に対する変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the change with respect to the change of the combustible poison density | concentration of the gamma ray intensity ratio with respect to a reference fuel. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第5の実施の形態に用いる測定装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the measuring apparatus used for 5th Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第5の実施の形態における校正曲線の導出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the derivation method of the calibration curve in 5th Embodiment of the combustible poison concentration measuring method which concerns on this invention. 基準燃料に対する熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度との可燃性毒物濃度と関係の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the combustible poison density | concentration with the delayed gamma ray intensity after thermal neutron irradiation with respect to a reference fuel, and a relationship.

本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   An embodiment of a flammable poison concentration measuring method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[第1の実施の形態]
図2は、本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第1の実施の形態を用いた燃料製造方法のフローチャートである。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a flowchart of a fuel production method using the first embodiment of the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present invention.

この燃料製造方法では、U235濃縮度が5wt%を超える燃料(5%超燃料)を製造する。この5%超燃料には、U235濃縮度が5wt%以下の燃料を取り扱った場合に臨界安全性が確保されている燃料加工施設でこの燃料を取り扱っても臨界安全性を確保できる程度の微量の可燃性毒物が添加されている。つまり、この5%超燃料には、U235濃縮度が5wt%のウラン粉末の場合の臨界安全上の制限値における中性子実効増倍率の最大値と等しいか、これより小さくなる最小の可燃性毒物の添加濃度(可燃性毒物の必要最低濃度)以上の可燃性毒物が添加される。ここで、可燃性毒物としては、たとえばガドリニアを添加することとする。   In this fuel manufacturing method, a fuel having a U235 enrichment exceeding 5 wt% (a fuel exceeding 5%) is manufactured. This over 5% fuel has a trace amount that can ensure the criticality safety even if this fuel is handled at the fuel processing facility where the criticality safety is ensured when the U235 enrichment is less than 5wt%. Combustible poison is added. In other words, this over 5% fuel contains the smallest flammable poison that is equal to or less than the maximum value of the effective neutron multiplication factor at the critical safety limit for uranium powder with U235 enrichment of 5 wt%. A flammable poison having an added concentration (minimum required concentration of the flammable poison) is added. Here, for example, gadolinia is added as the flammable poison.

まず、U235の濃縮度ごとに可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)を導出する(S1)。たとえば非特許文献2などの臨界安全設計マニュアルに基づいて、可燃性毒物の必要最低濃度は、U235濃縮度の依存量として求めることができる。 First, the necessary minimum concentration (P min ) of the flammable poison is derived for each enrichment of U235 (S1). For example, based on a critical safety design manual such as Non-Patent Document 2, the required minimum concentration of the flammable poison can be obtained as a dependency amount of the U235 enrichment.

臨界安全ハンドブック(非特許文献2)では、臨界安全上最も厳しい場合として、「完全水没」を想定している。この「完全水没」という状態は、核燃料物質の隙間に水が浸透し、かつ周囲を水で取り囲んだ状態である。このような「完全水没」の状態において、均質なUO・HOの体系に対して、ウランの全ての濃度範囲で、「質量管理」あるいは「形状寸法管理」における制限値として「最小推定臨界値」および「最小推定臨界下限値」を定めている。「質量管理」とは、臨界安全上の制限となる一定の質量を超える原子炉燃料は取り扱わない管理である。「形状寸法管理」とは、一定の形状・寸法を超える原子炉燃料は取り扱わない管理である。 In the criticality safety handbook (Non-patent Document 2), “complete submersion” is assumed as the severest case in terms of criticality safety. This “completely submerged” state is a state in which water penetrates into the gaps between the nuclear fuel materials and is surrounded by water. In such a “completely submerged” state, the “minimum estimation” is used as the limit value in “mass management” or “geometry management” in the entire uranium concentration range for a homogeneous UO 2 / H 2 O system. "Critical value" and "Minimum estimated critical lower limit value" are defined. “Mass management” is management that does not handle reactor fuel exceeding a certain mass, which is a critical safety limitation. “Shape and dimension management” refers to management that does not handle reactor fuel that exceeds a certain shape and dimension.

UO粉末を取り扱う工程(UO粉末工程という)における濃縮度5wt%の場合、「最小推定臨界値」が36.7kg、「最小推定臨界下限値」が33.0kgとされている。「推定臨界値」とは質量および形状・寸法がその値であれば臨界と判断される値であり、「推定臨界下限値」とは質量および形状・寸法がその値以下であれば未臨界と判断される値である。施設で取り扱う燃料の形態として、UO粉末、ペレット、燃料棒および燃料集合体を考えた場合、UO粉末の場合が最も厳しい。 For enrichment 5 wt% in the step (referred to UO 2 powder process) handling UO 2 powder, the "minimum estimated criticality value" is 36.7Kg, "minimum estimated criticality lower limit" is the 33.0 kg. “Estimated critical value” is a value that is determined to be critical if the mass, shape, and dimensions are those values, and “estimated critical lower limit value” is subcritical if the mass, shape, and dimensions are less than those values. It is a value to be judged. Considering UO 2 powder, pellets, fuel rods and fuel assemblies as the form of fuel handled in the facility, UO 2 powder is the most severe.

そこで、ウランの質量が33kgの球体系で反射厚さが30cmの水が存在する場合における、ウラン濃度が変化したときの中性子実効増倍率の変化を、中性子輸送計算コードを用いた計算によって評価した。この評価は、U235の濃縮度が5wt%から10wt%の範囲のウランについて行った。   Therefore, when the uranium mass was 33 kg and water with a reflection thickness of 30 cm was present, the change in the effective neutron multiplication factor when the uranium concentration changed was evaluated by calculation using the neutron transport calculation code. . This evaluation was performed on uranium having a concentration of U235 in the range of 5 wt% to 10 wt%.

図3は、ウラン濃度と中性子実効増倍率との関係を示すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between uranium concentration and neutron effective multiplication factor.

U235の濃縮度が5wt%の場合、ウランの濃度が0.9g/cm程度で中性子実効増倍率は最大となっている。この最大値を一点鎖線Aで表している。U235の濃縮度が高くなると、中性子実効増倍率は高くなる。しかし、U235濃縮度が6、7、8および10wt%のUO粉末に対して、それぞれ53ppm、110ppm、170ppmおよび305ppmのガドリニアを添加すると、中性子実効増倍率は、一点鎖線Aより下側、すなわち濃縮度が5wt%のウランの場合と同等以下になっていることがわかる。 When the concentration of U235 is 5 wt%, the effective neutron multiplication factor is maximized at a uranium concentration of about 0.9 g / cm 3 . This maximum value is represented by a one-dot chain line A. As the enrichment of U235 increases, the neutron effective multiplication factor increases. However, when 53 ppm, 110 ppm, 170 ppm and 305 ppm of gadolinia are added to UO 2 powders with U235 enrichment of 6, 7, 8, and 10 wt%, respectively, the effective neutron multiplication factor is lower than the one-dot chain line A, that is, It can be seen that the concentration is less than or equal to that of uranium with a concentration of 5 wt%.

つまり、U235濃縮度が6、7、8および10wt%のUO粉末に対する可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)は、それぞれ53ppm、110ppm、170ppmおよび305ppmである。これらの必要最低濃度は計算誤差がないものとした場合の値である。計算誤差を考慮して、これらの値よりも大きな値を必要最低濃度としてもよい。 That is, the required minimum concentrations (P min ) of flammable poisons for UO 2 powders with U235 enrichment of 6, 7, 8 and 10 wt% are 53 ppm, 110 ppm, 170 ppm and 305 ppm, respectively. These necessary minimum densities are values when there is no calculation error. In consideration of calculation error, a value larger than these values may be set as the necessary minimum density.

図4は、本実施の形態において濃縮度が5wt%を超えるUO粉末に添加すべきガドリニア濃度とウラン濃縮度との関係を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between gadolinia concentration and uranium enrichment to be added to UO 2 powder whose enrichment exceeds 5 wt% in the present embodiment.

図3に示されたとおり、U235濃縮度が6、7、8および10wt%のUO粉末に対する可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)は、それぞれ53ppm、110ppm、170ppmおよび305ppmである。また、U235濃縮度が5wt%の場合、可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)は0である。これらから、可燃性毒物の必要最低濃度は、U235濃縮度が5wt%で0を通り、U235濃縮度が増加するにつれて単調に増加する曲線を描くことがわかる。 As shown in FIG. 3, the required minimum concentrations (P min ) of flammable poisons for UO 2 powders with U235 enrichment of 6, 7, 8 and 10 wt% are 53 ppm, 110 ppm, 170 ppm and 305 ppm, respectively. When the U235 enrichment is 5 wt%, the necessary minimum concentration (P min ) of the flammable poison is 0. From these, it can be seen that the necessary minimum concentration of the flammable poison draws a curve that increases monotonically as the U235 concentration increases through 0 at 5 wt% and increases.

U235の濃縮度ごとの可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)を導出した後、試験燃料の可燃性毒物濃度(P)を測定する(S2)。測定された試験燃料の可燃性毒物濃度(P)が、試験燃料のU235濃縮度における必要最低濃度(Pmin)以上かどうかを判定する(S3)。 After deriving the necessary minimum concentration (P min ) of the combustible poison for each enrichment of U235, the combustible poison concentration (P T ) of the test fuel is measured (S2). It is determined whether the measured combustible poison concentration (P T ) of the test fuel is equal to or higher than the necessary minimum concentration (P min ) in the U235 enrichment of the test fuel (S3).

試験燃料の可燃性毒物濃度(P)が、試験燃料のU235濃縮度における必要最低濃度(Pmin)未満の場合、試験燃料には、U235濃縮度が5wt%以下の燃料を取り扱った場合に臨界安全性が確保されている燃料加工施設でこの燃料を取り扱っても臨界安全性を確保できる程度の微量の可燃性毒物が添加されているとは言えない。そこで、この場合には、試験燃料の下流工程への払い出しを中止し、適当な措置をとる。 When the flammable poison concentration (P T ) of the test fuel is less than the minimum required concentration (P min ) for the U235 enrichment of the test fuel, when the fuel having a U235 enrichment of 5 wt% or less is handled as the test fuel Even if this fuel is handled in a fuel processing facility where critical safety is ensured, it cannot be said that a small amount of flammable poison is added to the extent that critical safety can be ensured. Therefore, in this case, the dispensing of the test fuel to the downstream process is stopped and appropriate measures are taken.

試験燃料の可燃性毒物濃度(P)が、試験燃料のU235濃縮度における必要最低濃度(Pmin)以上の場合、試験燃料には、U235濃縮度が5wt%以下の燃料を取り扱った場合に臨界安全性が確保されている燃料加工施設でこの燃料を取り扱っても臨界安全性を確保できる程度の微量の可燃性毒物が添加されていると言うことができる。そこで、この試験燃料を下流工程へ払い出し、燃料を製造する。 When the flammable poison concentration (P T ) of the test fuel is equal to or higher than the necessary minimum concentration (P min ) of the U235 enrichment of the test fuel, when the fuel having a U235 enrichment of 5 wt% or less is handled as the test fuel It can be said that a small amount of flammable poison is added so that the criticality safety can be ensured even when the fuel is handled in the fuel processing facility where the criticality safety is ensured. Therefore, this test fuel is discharged to the downstream process to produce fuel.

図1は、本実施の形態の可燃性毒物濃度測定方法のフローチャートである。   FIG. 1 is a flowchart of the combustible poison concentration measuring method of the present embodiment.

この可燃性毒物濃度測定方法では、まず、U235濃縮度ごとに遅発ガンマ線強度比(γ/γ)と可燃性毒物濃度との校正曲線を求める(S21)。遅発ガンマ線強度比(γ/γ)とは、熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)の熱外核分裂遅発ガンマ線強度(γ)に対する比である。 In this flammable poison concentration measuring method, first, a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) and the flammable poison concentration is obtained for each U235 enrichment (S21). The delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) is the ratio of the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ) to the epithermal fission delayed gamma ray intensity (γ e ).

ここで、燃料が熱外中性子を照射されて起きる核分裂を熱外核分裂、その結果生じる核分裂生成物が放射する遅発ガンマ線を熱外核分裂遅発ガンマ線と呼ぶこととする。また、燃料が熱中性子を照射されて起きる核分裂を熱核分裂、その結果生じる核分裂生成物が放射する遅発ガンマ線を熱核分裂遅発ガンマ線と呼ぶこととする。遅発ガンマ線とは、核分裂の結果生成された核分裂生成物が放出するガンマ線のことである。   Here, the fission that occurs when the fuel is irradiated with epithermal neutrons is called epithermal fission, and the delayed gamma rays emitted by the resulting fission products are called epithermal fission delayed gamma rays. Also, the fission that occurs when the fuel is irradiated with thermal neutrons is called thermal fission, and the delayed gamma rays emitted from the resulting fission products are called thermal fission delayed gamma rays. Delayed gamma rays are gamma rays emitted by fission products generated as a result of fission.

次に、試験燃料へ熱外中性子を照射し(S22)、その後、ガンマ線を測定する(S23)。このとき測定されるガンマ線は、試験燃料が熱外中性子を照射されて起きる核分裂の結果生じる核分裂生成物が放射する遅発ガンマ線である。つまり、S22およびS23で、試験燃料の熱外核分裂遅発ガンマ線強度(γ )が測定される。 Next, the test fuel is irradiated with epithermal neutrons (S22), and then gamma rays are measured (S23). The gamma rays measured at this time are delayed gamma rays emitted from fission products resulting from fission that occurs when the test fuel is irradiated with epithermal neutrons. That is, in S22 and S23, the thermal outer fission delayed gamma ray intensity (γ T e ) of the test fuel is measured.

また、試験燃料へ熱中性子を照射し(S24)、その後、ガンマ線を測定する(S25)。このとき測定されるガンマ線は、試験燃料が熱中性子を照射されて起きる核分裂の結果生じる核分裂生成物が放射する遅発ガンマ線である。つまり、S24およびS25で、試験燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )が測定される。 Further, the test fuel is irradiated with thermal neutrons (S24), and then gamma rays are measured (S25). The gamma rays measured at this time are delayed gamma rays emitted by fission products resulting from fission that occurs when the test fuel is irradiated with thermal neutrons. In other words, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ T t ) of the test fuel is measured in S24 and S25.

その後、試験燃料の遅発ガンマ線強度比(γ/γを算出する(S26)。つまり、試験燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )を試験燃料の熱外核分裂遅発ガンマ線強度(γ )で除して、試験燃料の遅発ガンマ線強度比(γ/γを算出する。 Thereafter, a delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) T of the test fuel is calculated (S26). That is, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ T t ) of the test fuel is divided by the epithermal fission delayed gamma ray intensity (γ T e ) of the test fuel to obtain a delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ of the test fuel. e ) T is calculated.

また、試験燃料のU235濃縮度を特定しておく(S27)。U235濃縮度は、たとえば上流工程で得られたUO粉末の受け入れの際の管理データなどを用いることができる。 Also, the U235 enrichment of the test fuel is specified (S27). For the U235 enrichment, for example, management data when receiving UO 2 powder obtained in the upstream process can be used.

次に、S26で求めた試験燃料の遅発ガンマ線強度比(γ/γと、S21で求めたU235濃縮度ごとの遅発ガンマ線強度比(γ/γ)と可燃性毒物濃度との校正曲線とを用いて、試験燃料の可燃性毒物濃度(P)を算出する(S28)。 Next, a delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e) T test fuels obtained in S26, delayed gamma ray intensity ratio of each U235 enrichment obtained in S21 (γ t / γ e) and burnable poison Using the calibration curve with the concentration, the flammable poison concentration (P T ) of the test fuel is calculated (S28).

図5は、ウラン235濃縮度の変化に対する遅発ガンマ線強度の変化の例を示すグラフである。このグラフは、可燃性毒物濃度がP1<P2<P3となる3種類の場合について示した。   FIG. 5 is a graph showing an example of changes in delayed gamma ray intensity with respect to changes in uranium 235 enrichment. This graph shows three cases where the flammable poison concentration is P1 <P2 <P3.

可燃性毒物は、熱外中性子に対してはほとんど影響を与えない。このため、熱外中性子を照射されて生成された核分裂生成物から放出される遅発ガンマ線の強度、すなわち熱外核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は、可燃性毒物濃度の影響をほとんど受けない。また、ウランによる熱外中性子の遮蔽効果は小さい。これらのため、熱外核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は、U235濃縮度に対してほぼ直線的に変化する。 Combustible poisons have little effect on epithermal neutrons. Therefore, the intensity of delayed gamma rays emitted from fission products generated by irradiating epithermal neutrons, that is, the epithermal fission delayed gamma ray intensity (γ e ) is hardly affected by the concentration of flammable poisons. . Moreover, the shielding effect of epithermal neutrons by uranium is small. For these reasons, the epithermal fission delayed gamma ray intensity (γ e ) varies almost linearly with U235 enrichment.

熱中性子を照射されて生成された核分裂生成物から放出される遅発ガンマ線の強度、すなわち熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は、U235濃縮度の増加に伴って増大する傾向を持つ。しかし、可燃性毒物は、熱中性子に対して顕著に影響を与える。この結果、熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は、U235濃縮度の増加に対して飽和傾向を持つ。また、熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は、可燃性毒物濃度が高くなるにつれて低下する。 The intensity of delayed gamma rays emitted from fission products generated by irradiation with thermal neutrons, ie, thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ), tends to increase with increasing U235 enrichment. However, flammable poisons have a significant effect on thermal neutrons. As a result, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ) tends to saturate as the U235 enrichment increases. In addition, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ) decreases as the flammable poison concentration increases.

図6は、ウラン235濃縮度の変化に対する遅発ガンマ線強度比の変化の例を示すグラフである。このグラフは、可燃性毒物濃度がP1<P2<P3となる3種類の場合について示した。   FIG. 6 is a graph showing an example of the change in the delayed gamma ray intensity ratio with respect to the change in uranium 235 enrichment. This graph shows three cases where the flammable poison concentration is P1 <P2 <P3.

図5に示すとおり、熱外核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は可燃性毒物濃度の影響をほとんど受けないのに対して、熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)はU235濃縮度の増加に対して飽和傾向を持つ。このため、熱核分裂と熱外核分裂との遅発ガンマ線強度比(γ/γ)は、U235濃縮度とともに減少する。また、この遅発ガンマ線強度比(γ/γ)は、可燃性毒物濃度が高いほど小さい値となる。 As shown in FIG. 5, the epithermal fission delayed gamma ray intensity (γ e ) is hardly affected by the flammable poison concentration, whereas the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ) increases the U235 enrichment. On the other hand, it has a saturation tendency. Therefore, the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) between thermal fission and epithermal fission decreases with U235 enrichment. Further, the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) becomes smaller as the combustible poison concentration is higher.

図7は、可燃性毒物濃度の変化に対する遅発ガンマ線強度比の変化の例を示すグラフである。このグラフは、U235濃縮度がε1<ε2<ε3となる3種類の場合について示した。   FIG. 7 is a graph showing an example of the change in the delayed gamma ray intensity ratio with respect to the change in the combustible poison concentration. This graph shows three cases where the U235 enrichment satisfies ε1 <ε2 <ε3.

この図は、図6に示した熱核分裂と熱外核分裂との遅発ガンマ線強度比(γ/γ)を、可燃性毒物濃度依存量として示したものである。熱核分裂と熱外核分裂との遅発ガンマ線強度比(γ/γ)は、可燃性毒物濃度とともに減少する。また、この遅発ガンマ線強度比(γ/γ)は、U235濃縮度が高いほど小さい値となる。 This figure shows the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) between the thermal fission and the outer epithelial fission shown in FIG. 6 as a flammable poison concentration dependent amount. The delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) between thermal fission and epithermal fission decreases with the flammable poison concentration. Further, the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) becomes smaller as the U235 enrichment is higher.

本実施の形態の可燃性毒物濃度測定方法では、可燃性毒物が熱外中性子に対してはほとんど影響を与えないが、熱中性子に対しては顕著に影響を与えることに着目している。すなわち、核燃料物質中の可燃性毒物濃度の変化に伴う、核燃料物質に熱中性子を照射した場合と熱外中性子を照射した場合との遅発ガンマ線の強度の比は変化する。そこで、本実施の形態では、核燃料物質に熱中性子を照射した場合と熱外中性子を照射した場合との遅発ガンマ線の強度の比に基づいて、核燃料物質中の可燃性毒物濃度を求めている。   In the flammable poison concentration measurement method of the present embodiment, attention is paid to the fact that the flammable poison hardly affects the epithermal neutrons, but significantly affects the thermal neutrons. That is, the ratio of the intensity of delayed gamma rays between the case where the nuclear fuel material is irradiated with thermal neutrons and the case where the nuclear fuel materials are irradiated with epithermal neutrons changes with the change in the concentration of the flammable poison in the nuclear fuel material. Therefore, in the present embodiment, the concentration of the flammable poison in the nuclear fuel material is determined based on the ratio of the intensity of delayed gamma rays when the nuclear fuel material is irradiated with thermal neutrons and when irradiated with epithermal neutrons. .

図8は、本実施の形態の可燃性毒物濃度測定方法に用いる測定装置の縦断面図である。   FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a measuring apparatus used in the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present embodiment.

本実施の形態では、被覆管の内部に核燃料物質を焼結した燃料ペレットを収めた燃料12を対象とし、その内部の可燃性毒物濃度を測定することとする。可燃性毒物濃度測定装置には、燃料通路11が形成されている。燃料12は、燃料駆動機構10によって、燃料通路11の内部を移動する。燃料通路11は、たとえば燃料12が通過可能な管である。燃料通路11の周囲には、熱外中性子照射部30、熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40、熱中性子照射部50、および、熱核分裂遅発ガンマ線計測部60が、燃料駆動機構10による燃料12の移動方向に沿って順番に配列されている。   In the present embodiment, the fuel 12 containing the fuel pellets obtained by sintering the nuclear fuel material inside the cladding tube is measured, and the concentration of the combustible poison inside is measured. A fuel passage 11 is formed in the combustible poison concentration measuring device. The fuel 12 moves inside the fuel passage 11 by the fuel drive mechanism 10. The fuel passage 11 is a pipe through which the fuel 12 can pass, for example. Around the fuel passage 11, an epithermal neutron irradiation unit 30, an epithermal fission delayed gamma ray measuring unit 40, a thermal neutron irradiation unit 50, and a thermonuclear fission delayed gamma ray measuring unit 60 are provided as fuel 12 by the fuel driving mechanism 10. Are arranged in order along the moving direction.

熱外中性子照射部30は、燃料12に熱外中性子を照射する。熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40は、燃料12が熱外中性子を照射されて燃料12に生成された核分裂生成物から放射されるガンマ線強度を計測する。熱中性子照射部50は、燃料12に熱中性子を照射する。熱核分裂遅発ガンマ線計測部60は、燃料12が熱中性子を照射されて燃料12に生成された核分裂生成物から放射されるガンマ線強度を計測する。このような可燃性毒物濃度測定装置を用いて、燃料12を燃料通路11に沿って移動させながら、燃料12への熱外中性子照射、熱外核分裂遅発ガンマ線測定、燃料12への熱中性子照射、熱核分裂遅発ガンマ線測定を順次行う。   The epithermal neutron irradiation unit 30 irradiates the fuel 12 with epithermal neutrons. The epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40 measures the intensity of gamma rays emitted from the fission product generated in the fuel 12 when the fuel 12 is irradiated with epithermal neutrons. The thermal neutron irradiation unit 50 irradiates the fuel 12 with thermal neutrons. The thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60 measures the intensity of gamma rays emitted from the fission product generated in the fuel 12 when the fuel 12 is irradiated with thermal neutrons. Using such a flammable poison concentration measuring apparatus, the fuel 12 is moved along the fuel passage 11 while irradiating the fuel 12 with epithermal neutron irradiation, measuring epithermal fission delayed gamma rays, and irradiating the fuel 12 with thermal neutrons. Then, thermal fission delayed gamma rays are measured sequentially.

熱外中性子照射部30には、中性子源31、グラファイト中性子減速材32、ポリエチレン中性子減速材34、ニッケル反射体33、カドミウム熱中性子吸収材36、ボロン添加ポリエチレン37が配置されている。カドミウム熱中性子吸収材36は、燃料通路11を囲むように設けられている。中性子源31、グラファイト中性子減速材32、ポリエチレン中性子減速材34、ニッケル反射体33は、カドミウム熱中性子吸収材36で囲まれた領域の内部に設けられている。ボロン添加ポリエチレン37は、カドミウム熱中性子吸収材36に対して燃料駆動機構10による燃料12の移動方向の両側で、燃料通路11を囲むように設けられている。   In the epithermal neutron irradiation section 30, a neutron source 31, a graphite neutron moderator 32, a polyethylene neutron moderator 34, a nickel reflector 33, a cadmium thermal neutron absorber 36, and a boron-added polyethylene 37 are disposed. The cadmium thermal neutron absorber 36 is provided so as to surround the fuel passage 11. The neutron source 31, the graphite neutron moderator 32, the polyethylene neutron moderator 34, and the nickel reflector 33 are provided inside a region surrounded by the cadmium thermal neutron absorber 36. The boron-added polyethylene 37 is provided so as to surround the fuel passage 11 on both sides of the cadmium thermal neutron absorber 36 in the moving direction of the fuel 12 by the fuel driving mechanism 10.

カドミウム熱中性子吸収材36で囲まれた領域の内部では、最も燃料通路11に近い位置にポリエチレン中性子減速材34が配置されている。燃料通路11に沿って所定の長さの、燃料通路11を囲む領域には、ポリエチレン中性子減速材34が排除された熱外中性子照射窓35が形成されている。   In the region surrounded by the cadmium thermal neutron absorber 36, a polyethylene neutron moderator 34 is disposed at a position closest to the fuel passage 11. An epithermal neutron irradiation window 35 in which the polyethylene neutron moderator 34 is removed is formed in a region surrounding the fuel passage 11 having a predetermined length along the fuel passage 11.

中性子源31は、ポリエチレン中性子減速材31で挟まれる空隙である熱外中性子照射窓35の内部に配置されていて、高速中性子を放出する。中性子源31としては、放射性同位体線源のカリフォルニウム252を用いることができる。カリフォルニウム252は、小型であり、かつ、比較的強い中性子強度が得られるため、利便性が高い。   The neutron source 31 is disposed inside an epithermal neutron irradiation window 35 that is a gap sandwiched between polyethylene neutron moderators 31 and emits fast neutrons. As the neutron source 31, the radioactive isotope source Californium 252 can be used. Californium 252 is small and has a relatively high neutron intensity, and thus is highly convenient.

グラファイト中性子減速材32は、中性子源31よりも燃料通路11から遠い位置で燃料通路11を囲むように配置されたグラファイトである。中性子源31から放出される高速中性子は、このグラファイト中性子減速材32中で熱外中性子のエネルギーまで減速される。ニッケル反射体33は、グラファイト中性子減速材32よりも燃料通路11から遠い位置で燃料通路11を囲むように配置されたニッケルである。   The graphite neutron moderator 32 is graphite disposed so as to surround the fuel passage 11 at a position farther from the fuel passage 11 than the neutron source 31. Fast neutrons emitted from the neutron source 31 are decelerated in the graphite neutron moderator 32 to the energy of epithermal neutrons. The nickel reflector 33 is nickel disposed so as to surround the fuel passage 11 at a position farther from the fuel passage 11 than the graphite neutron moderator 32.

このような熱外中性子照射部30において、中性子源31から放出された高速中性子の一部は、グラファイト中性子減速材32中で熱外中性子のエネルギーまで減速される。また、グラファイト中性子減速材32よりも燃料通路11から遠ざかる方向に飛ぶ中性子は、ニッケル反射体33で反射されて燃料通路11に近づく方向に移動する。   In such an epithermal neutron irradiation unit 30, a part of fast neutrons emitted from the neutron source 31 is decelerated to the energy of epithermal neutrons in the graphite neutron moderator 32. Further, neutrons flying in a direction away from the fuel passage 11 than the graphite neutron moderator 32 are reflected by the nickel reflector 33 and move in a direction approaching the fuel passage 11.

燃料12の移動方向に対して熱外中性子照射窓35の両側では、中性子はポリエチレン中性子減速材34によって熱中性子のエネルギーまで減速される。ポリエチレンの代わりに、パラフィンなどの水素原子を多く含む中性子減速材を用いることもできる。熱中性子のエネルギーまで減速された中性子は、カドミウム熱中性子吸収材36で吸収される。このようにして、燃料通路11を移動する燃料12は、熱外中性子照射窓35から燃料12に向かう熱外中性子を照射される。一方、熱外中性子照射部30で燃料12は、熱中性子をほとんど照射されない。   Neutrons are decelerated to the energy of thermal neutrons by the polyethylene neutron moderator 34 on both sides of the epithermal neutron irradiation window 35 with respect to the moving direction of the fuel 12. Instead of polyethylene, a neutron moderator containing many hydrogen atoms such as paraffin can be used. Neutrons decelerated to thermal neutron energy are absorbed by the cadmium thermal neutron absorber 36. In this way, the fuel 12 moving in the fuel passage 11 is irradiated with epithermal neutrons directed from the epithermal neutron irradiation window 35 toward the fuel 12. On the other hand, the fuel 12 is hardly irradiated with thermal neutrons in the epithermal neutron irradiation unit 30.

中性子は、水素原子と衝突すると、質量がほぼ同じであるため一気にエネルギーを失う場合があり、熱外中性子の割合が小さくなる。これに対し、衝突を受ける方の原子核の質量が中性子のそれより大きいと、一気にエネルギーを失うことは無いため、相対的に熱外中性子の割合が高くなり、熱外中性子照射の効率が高くなる。このため、熱外中性子の比率をあげるためには、本実施の形態のようにグラファイトが減速材に適している。   When neutrons collide with hydrogen atoms, their masses are almost the same, so energy may be lost at a stretch, and the ratio of epithermal neutrons decreases. On the other hand, if the mass of the nucleus receiving the collision is larger than that of the neutron, energy will not be lost at a stretch, so the proportion of epithermal neutrons will be relatively high and the efficiency of epithermal neutron irradiation will be high. . For this reason, in order to increase the ratio of epithermal neutrons, graphite is suitable as a moderator as in this embodiment.

熱外中性子を得るための減速材として重水も利用できるが、高価である。また、重水は液体であるから、取扱いが不便などの欠点がある。   Although heavy water can be used as a moderator for obtaining epithermal neutrons, it is expensive. Moreover, since heavy water is a liquid, there are drawbacks such as inconvenience in handling.

また、水素含有量の少ない含水素物質も、熱外中性子を得るための減速材の代わりに用いることもできる。ただし、この場合は、水素量を適切に選定する必要がある。   Further, a hydrogen-containing substance having a small hydrogen content can also be used in place of the moderator for obtaining epithermal neutrons. However, in this case, it is necessary to select an appropriate amount of hydrogen.

グラファイト中性子減速材32の外側には、中性子散乱効果の大きいニッケル反射体33が配置されている。これは、外側方向に向かって飛んだ中性子を再度内側に反射するための反射体の役割を持つ。この反射体の存在によって、中性子の漏洩量は抑制される。反射体として、ニッケル以外、たとえばステンレス鋼や鉄などの金属を用いることもできる。   A nickel reflector 33 having a large neutron scattering effect is disposed outside the graphite neutron moderator 32. This has the role of a reflector for reflecting the neutrons flying toward the outside inward again. The presence of this reflector suppresses the amount of neutron leakage. As a reflector, metals other than nickel, such as stainless steel and iron, can also be used.

ポリエチレン中性子減速材34は、さらに、ニッケル反射体33とグラファイト中性子減速材32との間に、1cm弱程度の厚さの層状に設けてもよい。このポリエチレン層もグラファイト中性子減速材32からの中性子漏洩を抑制する。ただし、厚さの選定で有効になる場合と逆効果になる場合があるので、グラファイトの厚さとニッケルの厚さを含めた熱外中性子照射部の材料、構成、寸法に応じて注意深い設計が必要である。   The polyethylene neutron moderator 34 may be further provided in a layer having a thickness of about 1 cm between the nickel reflector 33 and the graphite neutron moderator 32. This polyethylene layer also suppresses neutron leakage from the graphite neutron moderator 32. However, since it may be counterproductive to the case where it is effective in selecting the thickness, careful design is required according to the material, configuration, and dimensions of the epithermal neutron irradiation part, including the thickness of graphite and the thickness of nickel. It is.

中性子源31から放出された高速の中性子がグラファイトやポリエチレンで減速されて熱中性子になると、燃料通路11を囲むカドミウム熱中性子吸収材36によって吸収される。このため、熱中性子による照射は避けられる。   When fast neutrons emitted from the neutron source 31 are decelerated by graphite or polyethylene to become thermal neutrons, they are absorbed by the cadmium thermal neutron absorber 36 surrounding the fuel passage 11. For this reason, irradiation with thermal neutrons is avoided.

熱外中性子としてグラファイトから出てきた中性子は、熱外中性子照射窓35を避けた位置に配置されたポリエチレンにより熱化され、カドミウムで吸収される。したがって、このような移動経路の熱外中性子も、燃料12には照射されない。   Neutrons that have emerged from graphite as epithermal neutrons are thermalized by polyethylene disposed at positions away from the epithermal neutron irradiation window 35 and are absorbed by cadmium. Therefore, the epithermal neutrons in such a movement path are not irradiated to the fuel 12.

グラファイト中性子減速材32から出てくる熱外中性子は、熱外中性子照射窓35の空隙を通して燃料へ照射される。カドミウムは熱外中性子を殆ど吸収しないので、熱外中性子の照射位置は、熱外中性子照射窓35の位置にほぼ限定される。つまり、熱外中性子照射窓35の周囲のポリエチレン中性子減速材34は、熱外中性子コリメータとして機能している。   The epithermal neutrons emerging from the graphite neutron moderator 32 are irradiated to the fuel through the gaps in the epithermal neutron irradiation window 35. Since cadmium hardly absorbs epithermal neutrons, the irradiation position of epithermal neutrons is almost limited to the position of the epithermal neutron irradiation window 35. That is, the polyethylene neutron moderator 34 around the epithermal neutron irradiation window 35 functions as an epithermal neutron collimator.

熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40は、燃料通路11を取り囲む鉛ガンマ線遮へい体42およびガンマ線検出器41を有している。鉛ガンマ線遮へい体42には、燃料通路11からガンマ線検出器41に延びる空隙43が形成されていて、鉛ガンマ線遮へい体42はコリメータとしても機能している。   The epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40 includes a lead gamma ray shield 42 and a gamma ray detector 41 surrounding the fuel passage 11. In the lead gamma ray shielding body 42, a gap 43 extending from the fuel passage 11 to the gamma ray detector 41 is formed, and the lead gamma ray shielding body 42 also functions as a collimator.

燃料12が燃料通路11に沿って移動すると、燃料12から放出されるガンマ線が鉛ガンマ線遮へい体42に形成された空隙43を通過してガンマ線検出器41で検出される。ここで測定されるガンマ線は、熱外中性子照射部30から熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40までの燃料12の移動の際にある程度の時間が経過しているため、熱外中性子照射部30で熱外中性子を照射された燃料12の内部での熱外核分裂によって生じた核分裂生成物から放出される遅発ガンマ線である。   When the fuel 12 moves along the fuel passage 11, gamma rays emitted from the fuel 12 pass through a gap 43 formed in the lead gamma ray shield 42 and are detected by the gamma ray detector 41. Since the gamma rays measured here have passed a certain amount of time during the movement of the fuel 12 from the epithermal neutron irradiation section 30 to the epithermal fission delayed gamma ray measurement section 40, the epithermal neutron irradiation section 30 This is a delayed gamma ray emitted from a fission product generated by epithermal fission inside the fuel 12 irradiated with epithermal neutrons.

鉛ガンマ線遮へい体42に形成された空隙43は、燃料の測定部位を限定するためのコリメータであり、コリメータの空間(幅)を狭くすると測定部位の位置分解能が向上する。しかし、コリメータの幅を狭くすると測定されるガンマ線計数率が減少するので、測定値の精度が低下する。そこで、コリメータの幅は、ガンマ線検出器41の感度や、中性子源31の強度および測定対象の燃料12などに応じて変化する計数率と、測定対象の燃料12に必要な位置分解能とを考慮して設計する。   The gap 43 formed in the lead gamma ray shielding body 42 is a collimator for limiting the fuel measurement site. When the space (width) of the collimator is narrowed, the position resolution of the measurement site is improved. However, if the width of the collimator is narrowed, the measured gamma ray count rate decreases, so the accuracy of the measured value decreases. Therefore, the width of the collimator takes into account the sensitivity of the gamma ray detector 41, the intensity of the neutron source 31, the counting rate that changes according to the fuel 12 to be measured, and the position resolution required for the fuel 12 to be measured. Design.

また、熱外中性子照射部30のカドミウム熱中性子吸収材36と熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40との間には、ボロン添加ポリエチレン37が配置されている。ボロンは中性子を吸収して比較的低いエネルギーの捕獲ガンマ線を放出する。熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40の鉛ガンマ線遮へい体42の層は、このガンマ線を遮へいする機能も持っている。   Further, a boron-added polyethylene 37 is disposed between the cadmium thermal neutron absorber 36 and the epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40 of the epithermal neutron irradiation unit 30. Boron absorbs neutrons and emits relatively low energy capture gamma rays. The layer of the lead gamma ray shielding body 42 of the epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40 also has a function of shielding this gamma ray.

さらに、熱外中性子照射部30のボロン添加ポリエチレン37と熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40の鉛ガンマ線遮へい体42との間に、カドミウムを配置してもよい。熱外中性子照射部30と熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40との間にカドミウムを配置すると、熱外中性子照射部30から漏洩する熱中性子はそのカドミウムに吸収され、ガンマ線検出器41での測定精度が向上する。   Further, cadmium may be disposed between the boron-added polyethylene 37 of the epithermal neutron irradiation unit 30 and the lead gamma ray shield 42 of the epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40. When cadmium is arranged between the epithermal neutron irradiation unit 30 and the epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40, thermal neutrons leaking from the epithermal neutron irradiation unit 30 are absorbed by the cadmium and measured by the gamma ray detector 41. Accuracy is improved.

熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40におけるガンマ線の検出では、エネルギーの高い分解能は要求されない。このため、ガンマ線検出器41として、NaI検出器やBGO検出器が適している。装置を小型化するためにCdTe検出器やSiC検出器などを用いることもできる。   The detection of gamma rays in the epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40 does not require high energy resolution. For this reason, a NaI detector or a BGO detector is suitable as the gamma ray detector 41. In order to reduce the size of the apparatus, a CdTe detector, a SiC detector, or the like can be used.

熱中性子照射部50には、中性子源51、ポリエチレン中性子減速材54、カドミウム熱中性子吸収材56およびボロン添加ポリエチレン57が配置されている。ポリエチレン中性子減速材34は、たとえば外寸が30ないし40cm程度の直方体で、ポリエチレンで燃料通路11を囲んだものである。中性子源51はポリエチレン中性子減速材34の内部に配置されている。ボロン添加ポリエチレン57は、ポリエチレン中性子減速材54に対して燃料駆動機構10による燃料12の移動方向の両側で、燃料通路11を囲むように設けられている。カドミウム熱中性子吸収材56は、ポリエチレン中性子減速材54およびボロン添加ポリエチレン57を囲むように設けられていて、燃料通路11に対向する部分に熱中性子照射窓55が形成されている。   In the thermal neutron irradiation unit 50, a neutron source 51, a polyethylene neutron moderator 54, a cadmium thermal neutron absorber 56, and a boron-added polyethylene 57 are arranged. The polyethylene neutron moderator 34 is a rectangular parallelepiped having an outer dimension of about 30 to 40 cm, for example, and surrounds the fuel passage 11 with polyethylene. The neutron source 51 is disposed inside the polyethylene neutron moderator 34. The boron-added polyethylene 57 is provided so as to surround the fuel passage 11 on both sides in the moving direction of the fuel 12 by the fuel driving mechanism 10 with respect to the polyethylene neutron moderator 54. The cadmium thermal neutron absorber 56 is provided so as to surround the polyethylene neutron moderator 54 and the boron-added polyethylene 57, and a thermal neutron irradiation window 55 is formed at a portion facing the fuel passage 11.

中性子源51としては、放射性同位体線源のカリフォルニウム252を用いることができる。中性子源51から放出される高速中性子は、ポリエチレン中性子減速材54で熱中性子のエネルギーまで減速される。ポリエチレンの代わりに、パラフィンなどの水素原子を多く含む中性子減速材を用いることもできる。   As the neutron source 51, californium 252 which is a radioactive isotope source can be used. Fast neutrons emitted from the neutron source 51 are decelerated to the energy of thermal neutrons by the polyethylene neutron moderator 54. Instead of polyethylene, a neutron moderator containing many hydrogen atoms such as paraffin can be used.

ポリエチレン中性子減速材54で減速された熱中性子は、熱中性子照射窓55以外の部分ではカドミウム熱中性子吸収材56にほとんど吸収される。しかし、熱中性子照射窓55を通過した熱中性子は、燃料通路11を通過する燃料12に照射される。したがって、熱中性子の燃料12への照射位置は熱中性子照射窓55に対向する部分に限定されている。この熱中性子照射窓55を狭くすると照射位置の分解能は向上する。しかし、近くにカドミウムが存在すると熱中性子束が減少してガンマ線計測の統計精度が低下する。なお、燃料棒を一定速度で連続的に移動させて測定する場合には、カドミウムによって照射位置を限定する必要性は低い。   Thermal neutrons decelerated by the polyethylene neutron moderator 54 are almost absorbed by the cadmium thermal neutron absorber 56 at portions other than the thermal neutron irradiation window 55. However, the thermal neutrons that have passed through the thermal neutron irradiation window 55 are irradiated to the fuel 12 that passes through the fuel passage 11. Therefore, the irradiation position of the thermal neutron on the fuel 12 is limited to the portion facing the thermal neutron irradiation window 55. When the thermal neutron irradiation window 55 is narrowed, the resolution of the irradiation position is improved. However, if cadmium is present in the vicinity, the thermal neutron flux decreases and the statistical accuracy of gamma ray measurement decreases. In addition, when measuring by moving a fuel rod continuously at a constant speed, it is not necessary to limit the irradiation position with cadmium.

熱核分裂遅発ガンマ線計測部60は、燃料通路11を取り囲む鉛ガンマ線遮へい体62およびガンマ線検出器61を有している。鉛ガンマ線遮へい体62には、燃料通路11からガンマ線検出器61に延びる空隙63が形成されていて、鉛ガンマ線遮へい体62はコリメータとしても機能している。   The thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60 includes a lead gamma ray shielding body 62 and a gamma ray detector 61 surrounding the fuel passage 11. A gap 63 extending from the fuel passage 11 to the gamma ray detector 61 is formed in the lead gamma ray shielding body 62, and the lead gamma ray shielding body 62 also functions as a collimator.

燃料12が燃料通路11に沿って移動すると、燃料12から放出されるガンマ線が鉛ガンマ線遮へい体62に形成された空隙63を通過してガンマ線検出器61で検出される。ここで測定されるガンマ線は、熱中性子照射部50から熱核分裂遅発ガンマ線計測部60までの燃料12の移動の際にある程度の時間が経過しているため、熱中性子照射部50で熱中性子を照射された燃料12の内部での熱核分裂によって生じた核分裂生成物から放出される遅発ガンマ線である。   When the fuel 12 moves along the fuel passage 11, gamma rays emitted from the fuel 12 pass through a gap 63 formed in the lead gamma ray shielding body 62 and are detected by the gamma ray detector 61. Since the gamma rays measured here have passed a certain amount of time during the movement of the fuel 12 from the thermal neutron irradiation unit 50 to the thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60, Delayed gamma rays emitted from fission products produced by thermal fission inside irradiated fuel 12.

また、熱中性子照射部50のポリエチレン中性子減速材54と熱核分裂遅発ガンマ線計測部60との間には、ボロン添加ポリエチレン57が配置されている。ボロンは中性子を吸収して比較的低いエネルギーの捕獲ガンマ線を放出する。熱核分裂遅発ガンマ線計測部60の鉛ガンマ線遮へい体62の層は、このガンマ線を遮へいする機能も持っている。   Further, boron-added polyethylene 57 is disposed between the polyethylene neutron moderator 54 and the thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60 of the thermal neutron irradiation unit 50. Boron absorbs neutrons and emits relatively low energy capture gamma rays. The layer of the lead gamma ray shielding body 62 of the thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60 also has a function of shielding this gamma ray.

さらに、熱中性子照射部50のボロン添加ポリエチレン57と熱核分裂遅発ガンマ線計測部60の鉛ガンマ線遮へい体62との間には、カドミウム熱中性子吸収材56が配置されている。熱中性子照射部50と熱核分裂遅発ガンマ線計測部60との間にカドミウムを配置すると、熱中性子照射部50から漏洩する熱中性子はそのカドミウムに吸収され、ガンマ線検出器61での測定精度が向上する。   Further, a cadmium thermal neutron absorber 56 is disposed between the boron-added polyethylene 57 of the thermal neutron irradiation unit 50 and the lead gamma ray shield 62 of the thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60. When cadmium is arranged between the thermal neutron irradiation unit 50 and the thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60, thermal neutrons leaking from the thermal neutron irradiation unit 50 are absorbed by the cadmium, and the measurement accuracy at the gamma ray detector 61 is improved. To do.

熱核分裂遅発ガンマ線計測部60におけるガンマ線の検出では、エネルギーの高い分解能は要求されない。このため、ガンマ線検出器61として、NaI検出器やBGO検出器が適している。装置を小型化するためにCdTe検出器やSiC検出器などを用いることもできる。   In the detection of gamma rays by the thermal fission delayed gamma ray measurement unit 60, high energy resolution is not required. For this reason, a NaI detector or a BGO detector is suitable as the gamma ray detector 61. In order to reduce the size of the apparatus, a CdTe detector, a SiC detector, or the like can be used.

熱中性子を除外して熱外中性子を効果的に照射するためにカドミウム(Cd)を用いることが実用的である。本実施の形態では、Cdが無いときすなわち熱中性子を主に照射するときと、Cdが有るときすなわち熱外中性子を主に照射するときの遅発ガンマ線の比を用いるので、この方法をCd比法と呼ぶことができる。   It is practical to use cadmium (Cd) to effectively irradiate epithermal neutrons, excluding thermal neutrons. In this embodiment, since the ratio of delayed gamma rays when there is no Cd, that is, when mainly irradiating thermal neutrons, and when Cd is present, that is, when mainly irradiating epithermal neutrons is used, this method is used as the Cd ratio. It can be called the law.

次に、U235濃縮度ごとの遅発ガンマ線強度比(γ/γ)と可燃性毒物濃度との校正曲線の導出方法(S21)について説明する。 Next, a method for deriving a calibration curve between the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) and the combustible poison concentration for each U235 enrichment (S21) will be described.

図9は、本実施の形態における校正曲線の導出方法のフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart of the calibration curve derivation method in the present embodiment.

この校正曲線の導出では、計算によってU235濃縮度と可燃性毒物濃縮度とをパラメータとして、熱外中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ )を求める(S41)。また、同様に計算によって、熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ )を求める(S42)。 In the derivation of the calibration curve, the delayed gamma ray intensity (γ c e ) after epithermal neutron irradiation is obtained by calculation using the U235 enrichment and the combustible poison enrichment as parameters (S41). Similarly, the delayed gamma ray intensity (γ c t ) after thermal neutron irradiation is obtained by calculation (S42).

次に、遅発ガンマ線強度比(γ/γを求める。つまり、可燃性毒物濃度の変化に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γの相対的な変化を、熱核分裂と熱外核分裂との遅発ガンマ線強度比(γ/γと可燃性毒物濃度との相関関係の計算値としてU235濃縮度ごとに求める(S43)。 Next, a delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) c is obtained. In other words, the relative change in delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e) c with respect to a change in the burnable poison concentration, delayed gamma ray intensity ratio of the thermal fission and the epithermal fission (γ t / γ e) c As the calculated value of the correlation between the flammable poison concentration and the flammable poison concentration, it is obtained for each U235 enrichment (S43).

また、本実施の形態の測定装置を用いて、U235濃縮度および可燃性毒物濃度が既知の校正燃料に対して、熱外中性子を照射し(S44)、熱外中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S45)。同様に、本実施の形態の測定装置を用いて、U235濃縮度および可燃性毒物濃度が既知の校正燃料に対して、熱中性子を照射し(S46)、熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S47)。 Further, using the measuring apparatus of the present embodiment, calibrated fuel with known U235 enrichment and flammable poison concentration is irradiated with epithermal neutrons (S44), and delayed gamma ray intensity after epithermal neutron irradiation (Γ m e ) is measured (S45). Similarly, using the measurement apparatus of the present embodiment, thermal neutrons are irradiated to calibration fuel with known U235 enrichment and flammable poison concentration (S46), and delayed gamma ray intensity ( (γ m t ) is measured (S47).

次に、遅発ガンマ線強度比(γ/γを求める(S48)。この実測された遅発ガンマ線強度比(γ/γによって、S43で求めた遅発ガンマ線強度比(γ/γと可燃性毒物濃度との相関関係を規格化する(S49)。 Next, a delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) m is obtained (S48). Based on the actually measured delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) m , the correlation between the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) c obtained in S43 and the flammable poison concentration is normalized ( S49).

図10は、本実施の形態の可燃性毒物濃度測定方法に用いる多重校正燃料の縦断面図である。   FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a multiple calibration fuel used in the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present embodiment.

多重校正燃料は、U235濃縮度および可燃性毒物濃度が異なる複数種類の校正燃料ペレット13を、スペーサ15を介して、たとえば3ないし10cmずつ離間して、試験燃料と同じ材質・形状の被覆管14に収納したものである。校正燃料ペレット13のU235濃縮度は、試験燃料に想定される濃縮度範囲をカバーするようにする。また、校正燃料ペレット13の可燃性毒物濃度は、それぞれのU235濃縮度に対応した可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)であることが好ましい。 In the multiple calibration fuel, a plurality of types of calibration fuel pellets 13 having different concentrations of U235 and flammable poisons are separated by 3 to 10 cm, for example, by spacers 15, and a cladding tube 14 made of the same material and shape as the test fuel is used. It is what was stored in. The U235 enrichment of the calibration fuel pellet 13 covers the enrichment range assumed for the test fuel. Moreover, it is preferable that the combustible poison density | concentration of the calibration fuel pellet 13 is the required minimum density | concentration ( Pmin ) of the combustible poison corresponding to each U235 enrichment.

図11は、ウラン235濃縮度の変化に対する規格化された遅発ガンマ線強度の変化の例を示すグラフである。   FIG. 11 is a graph showing an example of changes in normalized delayed gamma ray intensity with respect to changes in uranium 235 enrichment.

計算によって求められた可燃性毒物濃度の変化に対する遅発ガンマ線強度比の変化は、多重校正燃料を用いた実測によって得られた遅発ガンマ線強度比(γ/γによって、規格化される。具体的には、図11中に白丸(○)で示された多重校正燃料を用いた実測によって得られた遅発ガンマ線強度比(γ/γを通るように、計算によって求められた可燃性毒物濃度の変化に対する遅発ガンマ線強度比の変化(図7参照)を移動させる。図11中に破線で示す曲線は、それぞれのU235濃縮度に対応した必要最低濃度(Pmin)の可燃性毒物が添加された燃料における遅発ガンマ線強度比(γ/γを示す。 The change in the delayed gamma ray intensity ratio with respect to the change in the combustible poison concentration determined by the calculation is normalized by the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) m obtained by actual measurement using multiple calibration fuels. The Specifically, it is obtained by calculation so as to pass through a delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) m obtained by actual measurement using multiple calibration fuels indicated by white circles (◯) in FIG. The change of the delayed gamma ray intensity ratio (see FIG. 7) with respect to the change of the concentration of the flammable poison is moved. A curve indicated by a broken line in FIG. 11 indicates a delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) m in a fuel to which a flammable poison having a minimum necessary concentration (P min ) corresponding to each U235 enrichment is added. .

このようにして、実測値で規格化された、U235濃縮度ごとの遅発ガンマ線強度比(γ/γ)と可燃性毒物濃度との校正曲線が完成する。この校正曲線の導出方法では、実測値を用いて計算によって求めた校正曲線を規格化しているため、多数の実測を繰り返すことなく、与えられた測定体系に対応した校正曲線を得ることができる。 In this way, a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) for each U235 enrichment and the flammable poison concentration, normalized by the actual measurement value, is completed. In this calibration curve derivation method, the calibration curve obtained by calculation using the actual measurement values is standardized, so that a calibration curve corresponding to a given measurement system can be obtained without repeating many actual measurements.

このように、本実施の形態では、原子炉に装荷される燃料に含有される可燃性毒物の量を測定できる。この可燃性毒物濃度測定方法では、遅発ガンマ線強度比(γ/γ)を用いて可燃性毒物濃度を求めている。 Thus, in this Embodiment, the quantity of the combustible poison contained in the fuel with which a nuclear reactor is loaded can be measured. In this method for measuring the concentration of flammable poisons, the concentration of flammable poisons is determined using the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ).

熱中性子照射後に放出されるガンマ線などの放射線計数率は、測定体系や測定時間、照射から測定までの経過時間などによって影響を受ける。このため、放射線計数率の絶対値を用いる場合には、可燃性毒物の濃度が低く測定誤差が可燃性毒物濃度による放射線計数率の変化に対して無視できない程度になると、実質的に可燃性毒物の濃度を測定できない。   The radiation count rate of gamma rays and the like emitted after thermal neutron irradiation is affected by the measurement system, measurement time, elapsed time from irradiation to measurement, and the like. Therefore, when the absolute value of the radiation count rate is used, if the concentration of the flammable poison is low and the measurement error is not negligible with respect to the change in the radiation count rate due to the concentration of the flammable poison, the flammable poison is substantially reduced. Concentration cannot be measured.

しかし、本実施の形態では、熱核分裂と熱外核分裂との遅発ガンマ線強度比(γ/γ)を用いて可燃性毒物の濃度を求めている。熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度に対する測定体系などによる影響は、熱外中性子照射後の遅発ガンマ線強度へのそれらの影響と同等であると考えられるため、遅発ガンマ線強度比(γ/γ)を用いることにより、これらの測定体系などの影響を小さくすることができる。その結果、本実施の形態では、低い濃度の可燃性毒物の濃度も測定できる。つまり、本実施の形態では、U235濃縮度が5%を超える燃料をU235濃縮度が5%以下の燃料を取り扱う施設で取り扱っても臨界安全性を確保できるようにするために添加される低い濃度の可燃性毒物の濃度、すなわち多くても0.1wt%、一般的には0.01wt%程度の低濃度の場合でも測定できる。 However, in the present embodiment, the concentration of the flammable poison is obtained using the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) between thermal fission and outer epithelial fission. The influence of the measurement system on the delayed gamma ray intensity after thermal neutron irradiation is considered to be equivalent to the effect on the delayed gamma ray intensity after epithermal neutron irradiation, so the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / By using γ e ), the influence of these measurement systems and the like can be reduced. As a result, in the present embodiment, the concentration of the low concentration combustible poison can also be measured. In other words, in this embodiment, a low concentration added to ensure critical safety even when a fuel having a U235 enrichment of over 5% is handled in a facility that handles a fuel having a U235 enrichment of 5% or less. It can be measured even at low concentrations of flammable poisons, that is, at most 0.1 wt%, generally about 0.01 wt%.

このような低濃度の可燃性毒物濃度を測定し、可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)以上であることを確認することにより、その後の燃料製造工程では、従来のU235濃縮度が5wt%以下で臨界安全性が確保されている施設でそのまま取り扱うことができる。したがって、本実施の形態によれば、既存の燃料取り扱い施設に大きな改造を加えることなく、5%超燃料の製造あるいは取り扱いができるようになる。 By measuring such a low concentration of flammable poison and confirming that it is above the minimum required concentration (P min ) of the flammable poison, the conventional U235 enrichment is 5 wt% in the subsequent fuel production process. In the following, it can be handled as it is in a facility where critical safety is ensured. Therefore, according to the present embodiment, it becomes possible to manufacture or handle more than 5% fuel without greatly modifying the existing fuel handling facility.

また、本実施の形態では、与えられた測定体系において、U235濃縮度および可燃性毒物濃度が既知の校正燃料に対して、熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ)と熱外中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ)とを測定し、その強度を用いて校正曲線を規格化している。このため、校正曲線の導出の際の計算に用いた体系と実際の測定体系との違いを補正することができ、測定精度が向上する。 Further, in the present embodiment, in a given measurement system, delayed gamma ray intensity (γ t ) and thermal neutron irradiation after thermal neutron irradiation are applied to a calibration fuel with known U235 enrichment and combustible poison concentration. The later delayed gamma ray intensity (γ e ) is measured, and the calibration curve is normalized using the intensity. For this reason, the difference between the system used for the calculation in deriving the calibration curve and the actual measurement system can be corrected, and the measurement accuracy is improved.

さらに、その校正に際して、U235濃縮度および可燃性毒物濃度がことなる複数の燃料を離間して収納して、燃料通路11を移動させることによって、校正燃料の一回の移動によって校正を完了することができる。このため、校正に要する時間が短くなる。   Further, during the calibration, a plurality of fuels having different U235 concentrations and combustible poison concentrations are stored separately, and the fuel passage 11 is moved to complete the calibration by one movement of the calibration fuel. Can do. For this reason, the time required for calibration is shortened.

[第2の実施の形態]
図12は、本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第2の実施の形態におけるウラン235の濃縮度の測定方法のフローチャートである。
[Second Embodiment]
FIG. 12 is a flowchart of the method for measuring the enrichment of uranium 235 in the second embodiment of the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present invention.

まず、与えられた測定体系において、U235濃縮度が既知の濃縮度校正燃料に熱外中性子を照射する(S44)。次に、熱外中性子を照射した後の遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S45)。その後、U235濃縮度と測定した遅発ガンマ線強度(γ )との関係から、熱外核分裂遅発ガンマ線強度(γ )に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線を導出する(S51)。 First, in a given measurement system, epithermal neutrons are irradiated to a concentration calibration fuel whose U235 concentration is known (S44). Next, the delayed gamma ray intensity (γ m e ) after irradiation with epithermal neutrons is measured (S45). Thereafter, a concentration calibration curve of the U235 concentration with respect to the epithermal fission delayed gamma ray intensity (γ m e ) is derived from the relationship between the U235 concentration and the measured delayed gamma ray intensity (γ m e ) (S51).

次に、与えられた測定体系において、試験燃料に熱外中性子を照射し(S22)、その後、遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S23)。濃縮度校正曲線および測定された遅発ガンマ線強度を用いて、試験燃料のU235濃縮度が求められる(S52)。 Next, in the given measurement system, the test fuel is irradiated with epithermal neutrons (S22), and then the delayed gamma ray intensity (γ T e ) is measured (S23). Using the enrichment calibration curve and the measured delayed gamma ray intensity, the U235 enrichment of the test fuel is determined (S52).

試験燃料のU235濃縮度の特定以外は、第1の実施の形態と同様である。校正燃料および試験燃料への熱外中性子の照射およびその後の遅発ガンマ線測定には、第1の実施の形態における測定装置(図8)の熱外中性子照射部30および熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40を用いることができる。   Except for specifying the U235 enrichment of the test fuel, it is the same as in the first embodiment. For irradiating calibration fuel and test fuel with epithermal neutrons and subsequent delayed gamma ray measurement, the epithermal neutron irradiation section 30 and epithermal fission delayed gamma ray measurement of the measurement apparatus (FIG. 8) in the first embodiment. Part 40 can be used.

また、校正燃料への熱外中性子照射(S44)およびその後の遅発ガンマ線測定(S45)は、遅発ガンマ線強度比(γ/γ)と可燃性毒物濃度との校正曲線の導出のためにも行う必要がある。したがって、熱外核分裂遅発ガンマ線強度に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線の導出のために特別に行う必要はない。 In addition, exothermal neutron irradiation (S44) to the calibration fuel and subsequent delayed gamma ray measurement (S45) are for deriving a calibration curve between the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ e ) and the flammable poison concentration. Also need to do. Therefore, it is not necessary to carry out specially for deriving the concentration calibration curve of the U235 concentration with respect to the epithermal fission delayed gamma ray intensity.

試験燃料への熱外中性子照射(S22)およびその後の遅発ガンマ線測定(S23)は、可燃性毒物濃度の測定のためにも行う必要がある。したがって、試験燃料のU235濃縮度の特定のために特別に行う必要はない。   Exothermic neutron irradiation (S22) to the test fuel and subsequent delayed gamma ray measurement (S23) must also be performed for the measurement of the flammable poison concentration. Therefore, there is no need to do anything special to determine the U235 enrichment of the test fuel.

本実施の形態では、試験燃料のU235濃縮度を測定によって決定している。ここでも、可燃性毒物が熱外中性子に対してはほとんど影響を与えない、または、熱中性子の場合より影響が大幅に小さいことに着目し、熱外中性子照射後の遅発ガンマ線強度から試験燃料のU235濃縮度を求めることができる。すなわち、熱外中性子によっておきる核分裂は可燃性毒物の影響が小さく、燃料の重量・寸法・形状が同じであればU235濃縮度にほぼ比例することを利用している。   In the present embodiment, the U235 enrichment of the test fuel is determined by measurement. Again, paying attention to the fact that flammable poisons have little effect on epithermal neutrons or much less than thermal neutrons, the test fuel is determined from the delayed gamma ray intensity after epithermal neutron irradiation. U235 enrichment can be determined. That is, it is used that fission caused by epithermal neutrons is less affected by flammable poisons and is approximately proportional to U235 enrichment if the weight, size, and shape of the fuel are the same.

また、燃料の加工施設で取り扱うウランのU235濃縮度は、一般的に、複数の離散的な値に限定されている。このような場合、U235濃縮度の測定にそれほど高い精度は要求されず、離散的な値のいずれに該当するかを区別するだけでもよい。本実施の形態では遅発ガンマ線強度の絶対値を用いてU235濃縮度を評価しているが、少なくとも離散的なU235濃縮度の値のいずれに該当するかを区別する程度の測定精度は得られる。   Moreover, the U235 enrichment of uranium handled at a fuel processing facility is generally limited to a plurality of discrete values. In such a case, the U235 enrichment measurement is not required to have such a high accuracy, and it is only necessary to distinguish between the discrete values. In this embodiment, the U235 enrichment is evaluated using the absolute value of the delayed gamma ray intensity, but at least a measurement accuracy that can distinguish between the discrete U235 enrichment values is obtained. .

[第3の実施の形態]
図13は、本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第3の実施の形態におけるウラン235の濃縮度の測定方法のフローチャートである。
[Third Embodiment]
FIG. 13 is a flowchart of the method for measuring the enrichment of uranium 235 in the third embodiment of the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present invention.

まず、U235濃縮度が既知の濃縮度校正燃料から燃料に含まれるU235を起源として放出される自発ガンマ線のピークを検知して測定する(S61)。その後、U235濃縮度と測定した自発ガンマ線強度との関係から、自発ガンマ線強度に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線を導出する(S62)。   First, the peak of spontaneous gamma rays released from U235 contained in the fuel from a concentration calibration fuel having a known U235 enrichment is detected and measured (S61). Thereafter, a concentration calibration curve of the U235 concentration with respect to the spontaneous gamma ray intensity is derived from the relationship between the U235 concentration and the measured spontaneous gamma ray intensity (S62).

この校正燃料は、試験燃料と形状・寸法・密度が同じものを用いる。測定される自発ガンマ線の強度は、U235濃縮度に比例する。   The calibration fuel is the same as the test fuel in shape, size, and density. The intensity of the measured spontaneous gamma ray is proportional to the U235 enrichment.

図14は、ウラン235が放出するガンマ線スペクトルを示すグラフである。   FIG. 14 is a graph showing a gamma ray spectrum emitted by uranium 235.

ウラン235は、半減期約7億年でアルファ崩壊してトリウム231(Th231)が生成される。このTh231が励起状態から基底状態に移る際に、ガンマ線を放出する。図14に示すとおり、これらのガンマ線のうち、たとえばエネルギーが186keVのものが最も強くて測定しやすい。また、144keV、164keV、207keVのガンマ線を測定してもよい。   Uranium 235 undergoes alpha decay with a half-life of about 700 million years to produce thorium 231 (Th231). When this Th 231 shifts from the excited state to the ground state, gamma rays are emitted. As shown in FIG. 14, among these gamma rays, for example, those having an energy of 186 keV are the strongest and easy to measure. Further, gamma rays of 144 keV, 164 keV, and 207 keV may be measured.

次に、S61と同じ測定体系で、試験燃料の自発ガンマ線強度を測定する(S63)。S62で導出された濃縮度校正曲線および測定された自発ガンマ線強度を用いて、試験燃料のU235濃縮度が求められる(S64)。このように本実施の形態では、中性子を照射することなく試験燃料のU235濃縮度を求めることができる。試験燃料のU235濃縮度の特定以外は、第1の実施の形態と同様である。   Next, the spontaneous gamma ray intensity of the test fuel is measured with the same measurement system as in S61 (S63). Using the enrichment calibration curve derived in S62 and the measured spontaneous gamma ray intensity, the U235 enrichment of the test fuel is determined (S64). Thus, in this embodiment, the U235 enrichment of the test fuel can be obtained without irradiating with neutrons. Except for specifying the U235 enrichment of the test fuel, it is the same as in the first embodiment.

図15は、本実施の形態の可燃性毒物濃度測定方法に用いる測定装置の縦断面図である。   FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a measuring apparatus used in the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present embodiment.

この測定装置は、第1の実施の形態における測定装置(図8参照)に自発ガンマ線計測部20を追加したものである。自発ガンマ線計測部20は、熱外中性子、あるいは、熱中性子が照射される前、すなわち燃料駆動機構10によって燃料通路11を通過する燃料12の移動方向の熱外中性子照射部30よりも上流側に設ける。   This measuring apparatus is obtained by adding a spontaneous gamma ray measuring unit 20 to the measuring apparatus (see FIG. 8) in the first embodiment. The spontaneous gamma ray measurement unit 20 is upstream of the epithermal neutron irradiation unit 30 in the moving direction of the fuel 12 passing through the fuel passage 11 by the fuel driving mechanism 10 before being irradiated with epithermal neutrons or thermal neutrons. Provide.

自発ガンマ線計測部20は、燃料通路11を取り囲む鉛ガンマ線遮へい体22およびガンマ線検出器21を有している。鉛ガンマ線遮へい体22には、燃料通路11からガンマ線検出器21に延びる空隙23が形成されていて、鉛ガンマ線遮へい体22はコリメータとしても機能している。燃料12が燃料通路11に沿って移動すると、燃料12から放出されるガンマ線が鉛ガンマ線遮へい体22に形成された空隙23を通過してガンマ線検出器21で検出される。   The spontaneous gamma ray measurement unit 20 includes a lead gamma ray shielding body 22 and a gamma ray detector 21 that surround the fuel passage 11. In the lead gamma ray shielding body 22, a gap 23 extending from the fuel passage 11 to the gamma ray detector 21 is formed, and the lead gamma ray shielding body 22 also functions as a collimator. When the fuel 12 moves along the fuel passage 11, gamma rays emitted from the fuel 12 pass through a gap 23 formed in the lead gamma ray shielding body 22 and are detected by the gamma ray detector 21.

このような測定装置を用いると、U235濃縮度を、熱外核分裂遅発ガンマ線の測定(第2の実施の形態参照)と自発ガンマ線の測定との両方から求めることができるようになる。このため、U235濃縮度の測定精度が向上する。   By using such a measuring apparatus, the U235 enrichment can be obtained from both the measurement of epithermal fission delayed gamma rays (see the second embodiment) and the measurement of spontaneous gamma rays. For this reason, the measurement precision of U235 enrichment improves.

自発ガンマ線計測部20のガンマ線検出器21は、エネルギー分解能のよいGe検出器が好ましい。ガンマ線ピークを測定するために、ガンマ線スペクトル測定が可能な検出器を用いる必要があるが、対象のガンマ線エネルギーが低いので、装置を小形化できるCdZnTeやBGOあるいはNaIなどの検出器を用いることもできる。   The gamma ray detector 21 of the spontaneous gamma ray measurement unit 20 is preferably a Ge detector with good energy resolution. In order to measure the gamma ray peak, it is necessary to use a detector capable of gamma ray spectrum measurement. However, since the target gamma ray energy is low, a detector such as CdZnTe, BGO, or NaI that can downsize the device can be used. .

[第4の実施の形態]
図16は、本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第4の実施の形態におけるウラン235の濃縮度の測定方法のフローチャートである。
[Fourth Embodiment]
FIG. 16 is a flowchart of a method for measuring the enrichment of uranium 235 in the fourth embodiment of the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present invention.

まず、第1の実施の形態の測定装置(図8参照)のような与えられた測定体系において、U235濃縮度が既知の濃縮度校正燃料に熱外中性子を照射する(S44)。次に、熱外中性子を照射した校正燃料から放出される遅発ガンマ線強度(γ)を測定する(S45)。 First, in a given measurement system such as the measurement apparatus of the first embodiment (see FIG. 8), the calibrated fuel with a known U235 enrichment is irradiated with epithermal neutrons (S44). Next, the delayed gamma ray intensity (γ e ) emitted from the calibration fuel irradiated with epithermal neutrons is measured (S45).

また、与えられた測定体系において、基準燃料に熱外中性子を照射する(S71)。次に、熱外中性子を照射した基準燃料から放出される遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S72)。ここで、基準燃料には、可燃性毒物を含有せず、U235濃縮度が5wt%未満で5wt%に近いウランを用いる。 Further, in the given measurement system, the reference fuel is irradiated with epithermal neutrons (S71). Next, the delayed gamma ray intensity (γ 5 e ) emitted from the reference fuel irradiated with epithermal neutrons is measured (S72). Here, uranium that does not contain a flammable poison and has a U235 enrichment of less than 5 wt% and close to 5 wt% is used as the reference fuel.

その後、濃縮度校正燃料と基準燃料の熱外中性子照射後の遅発ガンマ線強度比(γ/γ )を算出する(S73)。この遅発ガンマ線強度比(γ/γ )に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線を導出する(S74)。 Thereafter, the delayed gamma ray intensity ratio (γ e / γ 5 e ) after the epithermal neutron irradiation of the concentration calibration fuel and the reference fuel is calculated (S73). A concentration calibration curve of U235 concentration with respect to the delayed gamma ray intensity ratio (γ e / γ 5 e ) is derived (S74).

遅発ガンマ線強度比(γ/γ )は、相対値であるから、測定体系の検出感度などの要因が相殺される。このため、計算によって導出した遅発ガンマ線強度比(γ/γ )に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線であっても、実用的である。よって、遅発ガンマ線強度比(γ/γ )に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線は、計算によって求めてもよい。 Since the delayed gamma ray intensity ratio (γ e / γ 5 e ) is a relative value, factors such as detection sensitivity of the measurement system are offset. Therefore, even the concentration calibration curve of U235 concentration with respect to the delayed gamma ray intensity ratio (γ e / γ 5 e ) derived by calculation is practical. Therefore, the concentration calibration curve of U235 concentration relative to the delayed gamma ray intensity ratio (γ e / γ 5 e ) may be obtained by calculation.

次に、与えられた測定体系で基準燃料に熱外中性子を照射し(S75)、遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S76)。なお、これらの基準燃料への中性子の照射およびその後のガンマ線測定は、濃縮度校正曲線の導出の際に行っていれば、その結果を用いてもよい。 Next, the reference fuel is irradiated with epithermal neutrons using the given measurement system (S75), and the delayed gamma ray intensity (γ 5 e ) is measured (S76). Note that the results of neutron irradiation to these reference fuels and the subsequent gamma ray measurement may be used as long as they are performed when the concentration calibration curve is derived.

また、与えられた測定体系で試験燃料に熱外中性子を照射し(S22)、遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S23)。なお、これらの試験燃料への中性子の照射およびその後のガンマ線測定は、可燃性毒物濃度の測定のためにも行う必要がある。したがって、試験燃料のU235濃縮度の特定のために特別に行う必要はない。 In addition, the test fuel is irradiated with epithermal neutrons with the given measurement system (S22), and the delayed gamma ray intensity (γ T e ) is measured (S23). In addition, it is necessary to irradiate these test fuels with neutrons and then measure gamma rays to measure the concentration of combustible poisons. Therefore, there is no need to do anything special to determine the U235 enrichment of the test fuel.

その後、熱外中性子照射後の試験燃料の遅発ガンマ線強度(γ )を熱外中性子照射後の基準燃料の遅発ガンマ線強度(γ )で除して、基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γ )を求める(S77)。この基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γ )および遅発ガンマ線強度比(γ/γ )に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線を用いて、試験燃料のU235濃縮度を求める(S78)。 Then, the delayed gamma ray intensity (γ T e ) of the test fuel after the epithermal neutron irradiation is divided by the delayed gamma ray intensity (γ 5 e ) of the reference fuel after the epithermal neutron irradiation, and a delayed gamma ray with respect to the reference fuel. An intensity ratio (γ e / γ 5 e ) is obtained (S77). Using this concentration calibration curve of U235 enrichment against delayed gamma ray intensity ratio (γ e / γ 5 e ) and delayed gamma ray intensity ratio (γ e / γ 5 e ) relative to this reference fuel, the U235 enrichment of the test fuel Is obtained (S78).

試験燃料のU235濃縮度の特定以外は、第1の実施の形態と同様である。校正燃料、基準燃料および試験燃料への熱外中性子の照射およびその後の遅発ガンマ線測定には、第1の実施の形態における測定装置(図8)の熱外中性子照射部30および熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40を用いることができる。   Except for specifying the U235 enrichment of the test fuel, it is the same as in the first embodiment. For irradiating the calibration fuel, the reference fuel, and the test fuel with epithermal neutrons and subsequent delayed gamma ray measurement, the epithermal neutron irradiation section 30 and the epithermal fission delay of the measurement apparatus (FIG. 8) in the first embodiment are used. A gamma ray measurement unit 40 can be used.

[第5の実施の形態]
図17は、本発明に係る可燃性毒物濃度測定方法の第5の実施の形態におけるフローチャートである。
[Fifth Embodiment]
FIG. 17 is a flowchart in the fifth embodiment of the combustible poison concentration measuring method according to the present invention.

この可燃性毒物濃度測定方法では、まず、U235濃縮度ごとに基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γと可燃性毒物濃度との校正曲線を求める(S71)。基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γとは、熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)の基準燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )に対する比である。ここで、基準燃料には、可燃性毒物を含有せず、U235濃縮度が5wt%未満で5wt%に近いウランを用いる。 In this flammable poison concentration measuring method, first, a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio (γ / γ 5 ) t with respect to the reference fuel and the flammable poison concentration is obtained for each U235 enrichment (S71). The delayed gamma ray intensity ratio (γ / γ 5 ) t with respect to the reference fuel is a ratio of the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ) to the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ 5 t ) of the reference fuel. Here, uranium that does not contain a flammable poison and has a U235 enrichment of less than 5 wt% and close to 5 wt% is used as the reference fuel.

次に、基準燃料へ熱中性子を照射し(S72)、その後、ガンマ線を測定する(S73)。このとき測定されるガンマ線は、基準燃料が熱中性子を照射されて起きる核分裂の結果生じる核分裂生成物が放射する遅発ガンマ線である。つまり、S72およびS73で、基準燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )が測定される。 Next, the reference fuel is irradiated with thermal neutrons (S72), and then gamma rays are measured (S73). The gamma rays measured at this time are delayed gamma rays emitted from fission products resulting from fission that occurs when the reference fuel is irradiated with thermal neutrons. That is, in S72 and S73, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ T t ) of the reference fuel is measured.

また、試験燃料へ熱中性子を照射し(S74)、その後、ガンマ線を測定する(S75)。このとき測定されるガンマ線は、試験燃料が熱中性子を照射されて起きる核分裂の結果生じる核分裂生成物が放射する遅発ガンマ線である。つまり、S74およびS75で、試験燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )が測定される。 Further, the test fuel is irradiated with thermal neutrons (S74), and then gamma rays are measured (S75). The gamma rays measured at this time are delayed gamma rays emitted by fission products resulting from fission that occurs when the test fuel is irradiated with thermal neutrons. That is, in S74 and S75, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ T t ) of the test fuel is measured.

その後、試験燃料の基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γを算出する(S76)。つまり、試験燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )を基準燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )で除して、試験燃料の基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γを算出する。 Thereafter, a delayed gamma ray intensity ratio (γ T / γ 5 ) t of the test fuel with respect to the reference fuel is calculated (S76). That is, by dividing the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ T t ) of the test fuel by the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ 5 t ) of the reference fuel, the ratio of the delayed gamma ray intensity of the test fuel to the reference fuel (γ T / Γ 5 ) t is calculated.

また、試験燃料のU235濃縮度を特定しておく(S77)。U235濃縮度は、たとえば上流工程で得られたUO粉末の受け入れの際の管理データなどを用いることができる。 Further, the U235 enrichment of the test fuel is specified (S77). For the U235 enrichment, for example, management data when receiving UO 2 powder obtained in the upstream process can be used.

次に、S66で求めた試験燃料の基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γと、S71で求めたU235濃縮度ごとの基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γと可燃性毒物濃度との校正曲線とを用いて、試験燃料の可燃性毒物濃度(P)を算出する(S78)。 Next, a delayed gamma ray intensity ratio (γ T / γ 5) t with respect to the reference fuel test fuels obtained in S66, delayed gamma ray intensity ratio with respect to the reference fuel per U235 enrichment obtained in S71 (γ / γ 5 ) Using the calibration curve of t and the flammable poison concentration, the flammable poison concentration (P T ) of the test fuel is calculated (S78).

図18は、基準燃料に対するガンマ線強度比の可燃性毒物濃度の変化に対する変化の例を示すグラフである。   FIG. 18 is a graph showing an example of a change in a gamma ray intensity ratio with respect to a reference fuel with respect to a change in combustible poison concentration.

図5に示したように、熱中性子を照射されて生成された核分裂生成物から放出される遅発ガンマ線の強度、すなわち熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は、可燃性毒物濃度の増加に伴って小さくなる。一方、基準燃料の熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ )は、一定である。したがって、図18に示すように、燃料の可燃性毒物濃度が高くなると基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比は減少する。 As shown in FIG. 5, the intensity of delayed gamma rays emitted from fission products generated by thermal neutron irradiation, that is, thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ) increases the concentration of combustible poisons. It becomes small with it. On the other hand, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ 5 t ) of the reference fuel is constant. Therefore, as shown in FIG. 18, the delayed gamma ray intensity ratio with respect to the reference fuel decreases as the concentration of the combustible poison in the fuel increases.

また、熱核分裂遅発ガンマ線強度(γ)は、U235濃縮度の増加に伴って大きくなる。したがって、図18に示すように、可燃性毒物濃度が同じ場合、U235濃縮度が高いほど、基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比は大きくなる。 Further, the thermal fission delayed gamma ray intensity (γ t ) increases as the U235 enrichment increases. Therefore, as shown in FIG. 18, when the flammable poison concentration is the same, the higher the U235 enrichment, the larger the delayed gamma ray intensity ratio with respect to the reference fuel.

つまり、本実施の形態では、可燃性毒物が熱中性子に対して顕著に与える影響を、可燃性毒物の影響を排除した基準燃料と比較して可燃性毒物濃度を求めている。すなわち、核燃料物質中の可燃性毒物濃度の変化に伴って、核燃料物質に熱中性子を照射した場合の遅発ガンマ線の強度の基準燃料に熱中性子を照射した場合に対する比は変化する。そこで、試験燃料に熱中性子を照射した場合と基準燃料に熱中性子を照射した場合での遅発ガンマ線の強度の比に基づいて、核燃料物質中の可燃性毒物濃度を求めている。   That is, in this embodiment, the flammable poison concentration is obtained by comparing the influence of the flammable poison with respect to the thermal neutrons with the reference fuel excluding the influence of the flammable poison. That is, as the concentration of the flammable poison in the nuclear fuel material changes, the ratio of the delayed gamma ray intensity when the nuclear fuel material is irradiated with thermal neutrons to that when the reference fuel is irradiated with thermal neutrons changes. Therefore, the concentration of the flammable poison in the nuclear fuel material is determined based on the ratio of the intensity of delayed gamma rays when the test fuel is irradiated with thermal neutrons and when the reference fuel is irradiated with thermal neutrons.

図19は、本実施の形態の可燃性毒物濃度測定方法に用いる測定装置の縦断面図である。   FIG. 19 is a longitudinal sectional view of a measuring apparatus used in the method for measuring the concentration of combustible poisons according to the present embodiment.

本実施の形態の測定装置は、第1の実施の形態の測定装置(図8参照)から、熱外中性子照射部30および熱外核分裂遅発ガンマ線計測部40を取り除いたものである。このように本実施の形態では、基準燃料を用いる必要があるものの、第1の実施の形態よりも必要な機器・部材が少ない。このため、より安価な装置で可燃性毒物濃度を測定することができる。   The measurement apparatus of the present embodiment is obtained by removing the epithermal neutron irradiation unit 30 and the epithermal fission delayed gamma ray measurement unit 40 from the measurement apparatus of the first embodiment (see FIG. 8). As described above, in the present embodiment, although it is necessary to use the reference fuel, fewer devices / members are required than in the first embodiment. For this reason, a combustible poison density | concentration can be measured with a cheaper apparatus.

図20は、本実施の形態における校正曲線の導出方法のフローチャートである。   FIG. 20 is a flowchart of a calibration curve derivation method in the present embodiment.

まず、図19に示す測定装置のような与えられた測定体系において、U235濃縮度が異なる複数の場合について、可燃性毒物濃度が既知の校正燃料に熱中性子を照射する(S91)。次に、熱中性子を照射した校正燃料から放出される遅発ガンマ線強度(γ)を測定する(S92)。 First, in a given measurement system such as the measurement apparatus shown in FIG. 19, thermal neutrons are irradiated to a calibration fuel having a known flammable poison concentration in a plurality of cases where the U235 enrichment is different (S91). Next, the delayed gamma ray intensity (γ t ) emitted from the calibration fuel irradiated with thermal neutrons is measured (S92).

また、与えられた測定体系において、基準燃料に熱中性子を照射する(S93)。次に、熱中性子を照射した校正燃料から放出される遅発ガンマ線強度(γ )を測定する(S94)。その後、校正燃料と基準燃料の熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度比(γ/γ )を算出し、基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γ )と校正燃料の可燃性毒物濃度との校正曲線を導出する(S95)。 Further, in the given measurement system, the reference fuel is irradiated with thermal neutrons (S93). Next, the delayed gamma ray intensity (γ 5 t ) emitted from the calibration fuel irradiated with thermal neutrons is measured (S94). Thereafter, the calibration fuel and the reference fuel delayed gamma ray intensity ratio after thermal neutron irradiation (γ t / γ 5 t) is calculated, and delayed gamma ray intensity ratio with respect to the reference fuel (γ t / γ 5 t) and the calibration fuel A calibration curve with the flammable poison concentration is derived (S95).

基準燃料に対する遅発ガンマ線強度比(γ/γ )と可燃性毒物濃度との関係を示す関数は、相対値であるから、測定体系の検出感度などの要因が相殺される。このため、計算によって導出した遅発ガンマ線強度比(γ/γ )と可燃性毒物濃度との校正曲線を示す関数であっても、実用的である。よって、遅発ガンマ線強度比(γ/γ )と可燃性毒物濃度との校正曲線を、計算によって求めてもよい。 Since the function indicating the relationship between the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ 5 t ) with respect to the reference fuel and the flammable poison concentration is a relative value, factors such as detection sensitivity of the measurement system are offset. For this reason, even a function indicating a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ 5 t ) derived by calculation and the flammable poison concentration is practical. Therefore, a calibration curve between the delayed gamma ray intensity ratio (γ t / γ 5 t ) and the flammable poison concentration may be obtained by calculation.

図21は、基準燃料に対する熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度との可燃性毒物濃度と関係の例を示すグラフである。   FIG. 21 is a graph showing an example of the relationship between the flammable poison concentration and the delayed gamma ray intensity after thermal neutron irradiation on the reference fuel.

このグラフは、中性子輸送計算により求めたものである。熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度は、核分裂率に比例する。このグラフの縦軸は、基準燃料に対する熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ/γ )である。すなわち、U235濃縮度ごとに実線で示す曲線は、核分裂率比を、基準燃料の場合で規格化したものである。ここで、基準燃料のU235濃縮度は、4.9wt%としている。 This graph is obtained by neutron transport calculation. The delayed gamma ray intensity after thermal neutron irradiation is proportional to the fission rate. The vertical axis of this graph represents the delayed gamma ray intensity (γ t / γ 5 t ) after thermal neutron irradiation with respect to the reference fuel. That is, the curve indicated by the solid line for each U235 enrichment is obtained by standardizing the fission rate ratio in the case of the reference fuel. Here, the U235 enrichment of the reference fuel is 4.9 wt%.

図4および図5に示すとおり、U235濃縮度4.9wt%では、ガドリニアの必要最低濃度(Pmin)はゼロである。また、ガドリニアの必要最低濃度(Pmin)は、U235濃縮度が6wt%のときに53ppm、7wt%のときに110ppm、8wt%のときに170ppmである。 As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the minimum required concentration (P min ) of gadolinia is zero at a U235 enrichment of 4.9 wt%. Further, the necessary minimum concentration (P min ) of gadolinia is 53 ppm when the U235 concentration is 6 wt%, 110 ppm when the U235 concentration is 7 wt%, and 170 ppm when the U235 concentration is 8 wt%.

したがって、それぞれのU235濃縮度での基準燃料に対する熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ/γ )のガドリニアの必要最低濃度(Pmin)における点を結ぶと、図21の破線のようになる。ガドリニアの添加濃度が大きくなると基準燃料に対する熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ/γ )は小さくなるため、計算誤差が無いとすると、この破線で示す曲線より右側では臨界安全性が確保される。 Therefore, connecting the points at the required minimum concentration (P min ) of gadolinia of delayed gamma ray intensity (γ t / γ 5 t ) after thermal neutron irradiation with respect to the reference fuel at each U235 enrichment, the broken line in FIG. It becomes like this. If the additive concentration of gadolinia increases, the delayed gamma ray intensity (γ t / γ 5 t ) after thermal neutron irradiation to the reference fuel decreases, so if there is no calculation error, critical safety is shown on the right side of the curve indicated by the broken line. Is secured.

つまり、図21の縦軸に示される基準燃料に対する熱中性子照射後の遅発ガンマ線強度(γ/γ )の値を測定し、U235濃縮度を与えると可燃性毒物濃度が決定される。たとえば、さらに誤差を考慮して、その値が可燃性毒物の必要最低濃度(Pmin)より大きいか小さいかによって、臨界安全性の確保ができるか否かが判定される。 That is, when the value of delayed gamma ray intensity (γ t / γ 5 t ) after thermal neutron irradiation with respect to the reference fuel shown on the vertical axis of FIG. 21 is measured and given U235 enrichment, the flammable poison concentration is determined. . For example, in consideration of the error, whether or not critical safety can be ensured is determined based on whether the value is larger or smaller than the necessary minimum concentration (P min ) of the flammable poison.

[その他の実施の形態]
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。たとえば上述の各実施の形態では、可燃性毒物としてガドリニウムを用いて説明しているが、エルビウムやガドリニウムとエルビウムの混合物、あるいは、ホウ素化合物を用いた場合にも適用できる。
[Other embodiments]
The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms. For example, in each of the above-described embodiments, gadolinium is used as the flammable poison. However, the present invention can also be applied to a case where erbium, a mixture of gadolinium and erbium, or a boron compound is used.

また、燃料ペレットの状態で可燃性毒物濃度を測定してもよいし、UO2粉末の状態で測定してもよい。燃料ペレットの表面に可燃性毒物を塗布した場合にも適用することができる。   Moreover, the combustible poison density | concentration may be measured in the state of a fuel pellet, and may be measured in the state of UO2 powder. It can also be applied when a flammable poison is applied to the surface of the fuel pellet.

さらに、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。   Furthermore, it can be implemented by combining the features of the embodiments.

10…燃料駆動機構、11…燃料通路、12…燃料、13…校正燃料ペレット、15…スペーサ、20…自発ガンマ線計測部、21…ガンマ線検出器、22…鉛ガンマ線遮へい体、23…空隙、30…熱外中性子照射部、31…中性子源、32…グラファイト中性子減速材、33…ニッケル反射体、34…ポリエチレン中性子減速材、35…熱外中性子照射窓、36…カドミウム熱中性子吸収材、37…ボロン添加ポリエチレン、40…熱外核分裂遅発ガンマ線計測部、41…ガンマ線検出器、42…鉛ガンマ線遮へい体、43…空隙、50…熱中性子照射部、51…中性子源、54…ポリエチレン中性子減速材、55…熱中性子照射窓、56…カドミウム熱中性子吸収材、57…ボロン添加ポリエチレン、60…熱核分裂遅発ガンマ線計測部、61…ガンマ線検出器、62…鉛ガンマ線遮へい体、63…空隙 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel drive mechanism, 11 ... Fuel passage, 12 ... Fuel, 13 ... Calibration fuel pellet, 15 ... Spacer, 20 ... Spontaneous gamma ray measurement part, 21 ... Gamma ray detector, 22 ... Lead gamma ray shield, 23 ... Air gap, 30 ... external neutron irradiation part, 31 ... neutron source, 32 ... graphite neutron moderator, 33 ... nickel reflector, 34 ... polyethylene neutron moderator, 35 ... external neutron irradiation window, 36 ... cadmium thermal neutron absorber, 37 ... Boron-added polyethylene, 40 ... thermal outer fission delayed gamma ray measurement unit, 41 ... gamma ray detector, 42 ... lead gamma ray shield, 43 ... gap, 50 ... thermal neutron irradiation unit, 51 ... neutron source, 54 ... polyethylene neutron moderator 55 ... Thermal neutron irradiation window, 56 ... Cadmium thermal neutron absorber, 57 ... Boron-added polyethylene, 60 ... Thermal fission delayed gamma ray measurement , 61 ... gamma ray detector, 62 ... lead gamma shield, 63 ... gap

Claims (11)

ウランを含有する試験燃料に添加された可燃性毒物の濃度を測定する可燃性毒物濃度測定方法において、
前記試験燃料に熱外中性子を照射する熱外中性子照射工程と、
前記熱外中性子照射工程の後に、熱外中性子を照射された前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と、
前記試験燃料に熱中性子を照射する熱中性子照射工程と、
前記熱中性子照射工程の後に、熱中性子を照射された前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱核分裂遅発ガンマ線測定工程と、
前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定された熱外核分裂遅発ガンマ線強度で前記熱核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定された熱核分裂遅発ガンマ線強度を除した遅発ガンマ線強度比を求める遅発ガンマ線強度比算出工程と、
前記遅発ガンマ線強度比と可燃性毒物濃度との校正曲線を導出する校正曲線導出工程と、
前記校正曲線と前記遅発ガンマ線強度比とから前記試験燃料の可燃性毒物濃度を算出する可燃性毒物濃度算出工程と、
を有することを特徴とする可燃性毒物濃度測定方法。
In a method for measuring the concentration of a flammable poison that measures the concentration of a flammable poison added to a test fuel containing uranium,
An epithermal neutron irradiation step of irradiating the test fuel with epithermal neutrons;
An epithermal fission delayed gamma ray measurement step for measuring gamma ray intensity emitted from the test fuel irradiated with epithermal neutrons after the epithermal neutron irradiation step;
A thermal neutron irradiation step of irradiating the test fuel with thermal neutrons;
A thermal fission delayed gamma ray measurement step for measuring gamma ray intensity emitted from the test fuel irradiated with thermal neutrons after the thermal neutron irradiation step;
The delay for obtaining a delayed gamma ray intensity ratio obtained by dividing the thermal fission delayed gamma ray intensity measured in the thermofission delayed gamma ray measurement step by the epithermal fission delayed gamma ray intensity measured in the epithermal fission delayed gamma ray measurement step. Gamma ray intensity ratio calculation step,
A calibration curve deriving step for deriving a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio and the flammable poison concentration;
A flammable poison concentration calculating step of calculating a flammable poison concentration of the test fuel from the calibration curve and the delayed gamma ray intensity ratio;
A method for measuring the concentration of a flammable poison, comprising:
校正曲線導出工程は、
U235濃縮度および可燃性毒物濃度をパラメータとする計算によって、所定のU235濃縮度ごとに、前記遅発ガンマ線強度比と可燃性毒物濃度との相関関係を求める相関関係計算工程と、
U235濃縮度および可燃性毒物濃度が既知である校正燃料に前記熱外中性子照射工程と同じ体系で熱外中性子を照射する校正燃料熱外中性子照射工程と、
前記校正燃料熱外中性子照射工程の後に、熱外中性子を照射された前記校正燃料から放出されるガンマ線強度を前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と同じ体系で測定する校正燃料熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と、
前記校正燃料に前記熱中性子照射工程と同じ体系で熱中性子を照射する校正燃料熱中性子照射工程と、
前記校正燃料熱中性子照射工程の後に、熱中性子を照射された前記校正燃料から放出されるガンマ線強度を前記熱核分裂遅発ガンマ線測定工程と同じ体系で測定する校正燃料熱核分裂遅発ガンマ線測定工程と、
前記校正燃料熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定された校正燃料熱外核分裂遅発ガンマ線強度で前記校正燃料熱核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定された校正燃料熱核分裂遅発ガンマ線強度を除した校正燃料遅発ガンマ線強度比を求める工程と、
前記相関関係計算工程で求めた前記相関関係を前記校正燃料遅発ガンマ線強度比で規格化して前記校正曲線を導出する規格化工程と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の可燃性毒物濃度測定方法。
The calibration curve derivation process
A correlation calculation step for obtaining a correlation between the delayed gamma ray intensity ratio and the combustible poison concentration for each predetermined U235 enrichment by calculation using the U235 enrichment and the combustible poison concentration as parameters;
A calibration fuel epithermal neutron irradiation step in which calibrated fuel having a known U235 enrichment and flammable poison concentration is irradiated with epithermal neutrons in the same system as the epithermal neutron irradiation step;
After the calibration fuel epithermal neutron irradiation step, the calibration fuel epithermal fission delay is measured by the same system as the epithermal fission delay gamma ray measurement step after measuring the gamma ray intensity emitted from the calibration fuel irradiated with epithermal neutrons. Gamma ray measurement process;
A calibration fuel thermal neutron irradiation step of irradiating the calibration fuel with thermal neutrons in the same system as the thermal neutron irradiation step;
After the calibration fuel thermal neutron irradiation step, a calibration fuel thermal fission delayed gamma ray measurement step for measuring gamma ray intensity emitted from the calibration fuel irradiated with thermal neutrons in the same system as the thermal fission delay gamma ray measurement step; ,
The calibrated fuel thermal fission delayed gamma ray intensity measured in the calibration fuel thermal outer fission delayed gamma ray measurement step is divided by the calibration fuel thermal outer fission delayed gamma ray intensity measured in the calibration fuel thermal fission delayed gamma ray measurement step. Obtaining a calibration fuel delayed gamma ray intensity ratio;
A normalization step of deriving the calibration curve by normalizing the correlation obtained in the correlation calculation step with the calibration fuel delayed gamma ray intensity ratio;
The flammable poison concentration measuring method according to claim 1, further comprising:
U235濃縮度が既知である濃縮度校正燃料から放出される自発ガンマ線強度を測定する濃縮度校正燃料自発ガンマ線測定工程と、
前記濃縮度校正燃料自発ガンマ線測定工程で測定されたガンマ線強度と前記濃縮度校正燃料のU235濃縮度とに基づいて自発ガンマ線強度とU235濃縮度との濃縮度校正曲線を導出する工程と、
前記試験燃料から放出される自発ガンマ線強度を測定する自発ガンマ線測定工程と、
前記自発ガンマ線測定工程で測定されたガンマ線強度と前記濃縮度校正曲線とに基づいて前記試験燃料のU235濃縮度を求める工程と、
を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可燃性毒物濃度測定方法。
A concentration calibration fuel spontaneous gamma ray measurement step for measuring the spontaneous gamma ray intensity emitted from the concentration calibration fuel with known U235 enrichment;
Deriving a concentration calibration curve between the spontaneous gamma ray intensity and the U235 enrichment based on the gamma ray intensity measured in the enrichment calibration fuel spontaneous gamma ray measurement step and the U235 enrichment of the enrichment calibration fuel;
A spontaneous gamma ray measuring step for measuring the spontaneous gamma ray intensity emitted from the test fuel;
Determining the U235 enrichment of the test fuel based on the gamma ray intensity measured in the spontaneous gamma ray measurement step and the enrichment calibration curve;
The flammable poison concentration measuring method according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
U235濃縮度が既知である濃縮度校正燃料に前記熱外中性子照射工程と同じ体系で熱外中性子を照射する濃縮度校正燃料熱外中性子照射工程と、
前記濃縮度校正燃料熱外中性子照射工程の後に、熱外中性子を照射された前記濃縮度校正燃料から放出されるガンマ線強度を前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と同じ体系で測定する濃縮度校正燃料熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と、
前記濃縮度校正燃料熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定されたガンマ線強度と前記濃縮度校正燃料のU235濃縮度とに基づいて熱外核分裂遅発ガンマ線強度とU235濃縮度との濃縮度校正曲線を導出する工程と、
前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定されたガンマ線強度と前記濃縮度校正曲線とに基づいて前記試験燃料のU235濃縮度を求める工程と、
を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可燃性毒物濃度測定方法。
An enrichment calibration fuel epithermal neutron irradiation step in which epithermal neutrons are irradiated to the enrichment calibration fuel with known U235 enrichment in the same system as the epithermal neutron irradiation step;
Concentration calibration for measuring gamma ray intensity emitted from the enrichment calibration fuel irradiated with epithermal neutrons after the enrichment calibration fuel epithermal neutron irradiation step in the same system as the epithermal fission delayed gamma ray measurement step Fuel thermal outer fission delayed gamma ray measurement process,
An enrichment calibration curve of the epithermal fission delayed gamma ray intensity and the U235 enrichment based on the gamma ray intensity measured in the enrichment calibration fuel thermal outer fission delayed gamma ray measurement step and the U235 enrichment of the enrichment calibration fuel. Deriving
Determining the U235 enrichment of the test fuel based on the gamma ray intensity measured in the epithermal fission delayed gamma ray measurement step and the enrichment calibration curve;
The flammable poison concentration measuring method according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
U235濃縮度が既知である濃縮度校正燃料に熱外中性子を照射した後にその濃縮度校正燃料から放出されるガンマ線強度に対する可燃性毒物を含有せず濃縮度が5wt%以下の基準燃料に熱外中性子を照射した後に当該基準燃料から放出されるガンマ線強度の比に対するU235濃縮度の濃縮度校正曲線を導出する工程と、
前記試験燃料に熱外中性子を照射する試験燃料熱外中性子照射工程と、
前記試験燃料熱外中性子照射工程の後に、熱外中性子を照射された前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と同じ体系で測定する試験燃料熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程と、
前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定されたガンマ線強度に対する前記試験燃料熱外核分裂遅発ガンマ線測定工程で測定されたガンマ線強度の比と前記濃縮度校正曲線とに基づいて前記試験燃料のU235濃縮度を求める工程と、
を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可燃性毒物濃度測定方法。
After irradiating an enrichment calibration fuel with known U235 enrichment with epithermal neutrons, it does not contain a flammable poison for the gamma ray intensity emitted from the enrichment calibration fuel, and it is exothermic to a reference fuel with an enrichment of 5 wt% or less. Deriving an enrichment calibration curve of U235 enrichment for the ratio of gamma ray intensity emitted from the reference fuel after irradiation with neutrons;
A test fuel epithermal neutron irradiation step of irradiating the epithermal neutrons in the test fuel,
After the test fuel epithermal neutron irradiation step, slow the thermal outer fission gamma ray intensity emitted from said test fuel irradiated with epithermal neutrons onset gamma ray measurement step of measuring in the same system as the test fuel heat outside fission late Gamma ray measurement process;
Based on the ratio of the gamma ray intensity measured in the test fuel epithermal fission delayed gamma ray measurement step to the gamma ray intensity measured in the epithermal fission delayed gamma ray measurement step and the enrichment calibration curve, U235 of the test fuel. A step of determining the concentration;
The flammable poison concentration measuring method according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
ウランを含有する試験燃料に添加された可燃性毒物の濃度を測定する可燃性毒物濃度測定装置において、
前記試験燃料を燃料通路に沿って移動させる駆動機構と、
前記燃料通路を移動する前記試験燃料に熱外中性子を照射する熱外中性子照射部と、
前記熱外中性子照射部の前記試験燃料の移動方向の下流に設けられて、前記燃料通路を移動する前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱外核分裂遅発ガンマ線測定部と、
前記燃料通路を移動する前記試験燃料に熱中性子を照射する熱中性子照射部と、
前記熱中性子照射部の前記試験燃料の移動方向の下流側に設けられて、前記燃料通路を移動する前記試験燃料から放出されるガンマ線強度を測定する熱核分裂遅発ガンマ線測定部と、
前記熱外核分裂遅発ガンマ線測定部で測定された熱外核分裂遅発ガンマ線強度で前記熱核分裂遅発ガンマ線測定部で測定された熱核分裂遅発ガンマ線強度を除した遅発ガンマ線強度比を求める遅発ガンマ線強度比算出手段と、
前記遅発ガンマ線強度比と可燃性毒物濃度との校正曲線を導出する校正曲線導出手段と、
前記校正曲線と前記遅発ガンマ線強度比とから前記試験燃料の可燃性毒物濃度を算出する可燃性毒物濃度算出手段と、
を有することを特徴とする可燃性毒物濃度測定装置。
In a flammable poison concentration measuring device for measuring the concentration of a flammable poison added to a test fuel containing uranium,
A drive mechanism for moving the test fuel along a fuel passage;
An epithermal neutron irradiation unit for irradiating the test fuel moving in the fuel passage with epithermal neutrons;
An epithermal fission delayed gamma ray measurement unit that is provided downstream of the epithermal neutron irradiation unit in the direction of movement of the test fuel and measures gamma ray intensity emitted from the test fuel moving in the fuel passage;
A thermal neutron irradiation unit for irradiating the test fuel moving in the fuel passage with thermal neutrons;
A thermal fission delayed gamma ray measurement unit that is provided downstream of the thermal neutron irradiation unit in the moving direction of the test fuel and measures the gamma ray intensity emitted from the test fuel that moves through the fuel passage;
A delayed gamma ray intensity ratio obtained by dividing the epithermal fission delayed gamma ray intensity measured by the epithermal fission delayed gamma ray measurement unit by the thermal fission delayed gamma ray measurement unit measured by the thermofission delayed gamma ray measurement unit. Gamma ray intensity ratio calculating means,
A calibration curve deriving means for deriving a calibration curve of the delayed gamma ray intensity ratio and the flammable poison concentration;
A flammable poison concentration calculating means for calculating a flammable poison concentration of the test fuel from the calibration curve and the delayed gamma ray intensity ratio;
A combustible poison concentration measuring apparatus characterized by comprising:
前記熱外中性子照射部は、
熱外中性子照射部中性子源と、
前記中性子源から放出される高速中性子を熱外中性子のエネルギーまで減速するグラファイト中性子減速材と、
前記中性子源と前記グラファイト中性子減速材とを取り囲む熱中性子吸収材と、
を備えることを特徴とする請求項6に記載の可燃性毒物濃度測定装置。
The epithermal neutron irradiation part is
Epithermal neutron irradiation part neutron source,
A graphite neutron moderator that decelerates fast neutrons emitted from the neutron source to the energy of epithermal neutrons;
A thermal neutron absorber surrounding the neutron source and the graphite neutron moderator;
The combustible poison concentration measuring device according to claim 6, comprising:
前記熱外中性子照射部は、前記熱中性子吸収材に取り囲まれて、前記グラファイト中性子減速材と前記燃料通路との間に延びる空隙を取り囲み中性子を熱中性子のエネルギーまで減速する中性子減速材、を備えることを特徴とする請求項7に記載の可燃性毒物濃度測定装置。   The epithermal neutron irradiator includes a neutron moderator surrounded by the thermal neutron absorber, surrounding a gap extending between the graphite neutron moderator and the fuel passage, and decelerating neutrons to thermal neutron energy. The combustible poison concentration measuring apparatus according to claim 7. 前記熱中性子照射部は、
熱中性子照射部中性子源と、
前記熱中性子照射部中性子源から放出される高速中性子を熱中性子のエネルギーまで減速する中性子減速材と、
前記中性子減速材と前記燃料通路との間に空隙を形成するように前記中性子源と前記中性子減速材とを取り囲む熱中性子吸収材と、
を備えることを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか1項に記載の可燃性毒物濃度測定装置。
The thermal neutron irradiation unit is
A thermal neutron irradiation unit neutron source,
A neutron moderator that decelerates fast neutrons emitted from the neutron source of the thermal neutron irradiation unit to the energy of thermal neutrons;
A thermal neutron absorber surrounding the neutron source and the neutron moderator so as to form a gap between the neutron moderator and the fuel passage;
The combustible poison concentration measuring device according to any one of claims 6 to 8, characterized by comprising:
前記熱外中性子照射部および前記熱中性子照射部の前記試験燃料の移動方向の上流側に設けられて、前記燃料通路を移動する前記試験燃料から放出される自発ガンマ線を計測する自発ガンマ線計測部を有することを特徴とする請求項6ないし請求項9のいずれか1項に記載の可燃性毒物濃度測定装置。   A spontaneous gamma ray measuring unit provided on the upstream side in the moving direction of the test fuel of the epithermal neutron irradiation unit and the thermal neutron irradiation unit and measuring a spontaneous gamma ray emitted from the test fuel moving in the fuel passage; The combustible poison concentration measuring device according to any one of claims 6 to 9, characterized by comprising: 間隔をおいてU235濃縮度および可燃性毒物濃度が異なる複数種類の燃料を配置して前記燃料通路を移動可能に形成された多重校正燃料を有することを特徴とする請求項6ないし請求項10のいずれか1項に記載の可燃性毒物濃度測定装置。   11. The fuel cell according to claim 6, wherein a plurality of types of fuel having different U235 enrichment and combustible poison concentration are arranged at intervals and the multiple calibration fuel is formed so as to be movable in the fuel passage. The combustible poison concentration measuring apparatus according to any one of the above items.
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