JP5651572B2 - 燃料貯蔵プールの水位監視システム及び水位検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力プラントにおいて、使用済燃料などの燃料を貯蔵する燃料貯蔵プールにおけるプール水の水位を検出して監視する燃料貯蔵プールの水位監視システム及び水位検出方法に関する。

一般に、原子力発電プラントの例えば使用済燃料貯蔵プールにおけるプール水の水位検出方法は、プール上端部に設置されたフロート式レベル検出器を用いて行っている。このようなフロート式レベル検出器では、液面上に浮かべたフロートの位置を検出して外部に出力している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１５０７０３号公報

ところが、上述のよう水位検出方法では、使用済燃料貯蔵プールの上端部に設置されたフロート式レベル検出器は、設置位置よりも燃料プール水位が低下すると、水位を検出できなくなる恐れがある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、燃料貯蔵プールの水位が低下した場合でも正確にその水位を検出できる燃料貯蔵プールの水位監視システム及び水位検出方法を提供することにある。

本発明に係る燃料貯蔵プールの水位監視システムは、燃料をプール水中に浸漬して貯蔵する燃料貯蔵プールの前記プール水の水位を検出して監視する燃料貯蔵プールの水位監視システムであって、前記プール水の水面を臨む位置に設置されて放射線量を計測する放射線検出手段と、この放射線検出手段に接続された演算手段とを有し、前記演算手段は、前記放射線検出手段からの計測値と、前記プール水中の前記燃料の線源強度及び配置位置と、前記プール水の放射線遮蔽率とに基づいて、前記プール水の水位を演算して検出するよう構成されたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る燃料貯蔵プールの水位検出方法は、燃料をプール水中に浸漬して貯蔵する燃料貯蔵プールの前記プール水の水位を検出する燃料貯蔵プールの水位検出方法であって、前記プール水の水面を臨む位置に設置された放射線検出手段を用いて計測された空間線量率と、前記プール水中の前記燃料の線源強度及び配置位置と、前記プール水の放射線遮蔽率とに基づいて、前記プール水の水位を演算して検出することを特徴とするものである。

本発明に係る燃料貯蔵プールの水位監視システム及び水位検出方法によれば、燃料貯蔵プール内のプール水の水面を臨む位置に設置されて放射線量を計測する放射線検出手段からの計測値等に基づいて、プール水の水位を非接触で検出するので、燃料貯蔵プールの水位が低下した場合でも正確にその水位を検出できる。

本発明に係る燃料貯蔵プールの水位監視システムにおける第１実施形態を示す概略構成図。 空間線量率とプール水の水位との関係を示すグラフ。 本発明に係る燃料貯蔵プールの水位監視システムにおける第２、第３実施形態を示す概略構成図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１、図２）
図１は、本発明に係る燃料貯蔵プールの水位監視システムにおける第１実施形態を示す概略構成図である。原子力発電プラントでは、原子炉で使用された使用済燃料１は、使用済燃料貯蔵プール２のプール水３中に浸漬された状態で貯蔵される。この際、使用済燃料１は、使用済燃料貯蔵プール２の上方に配置された燃料交換機４によって、原子炉内から使用済燃料貯蔵プール２の所定位置まで移送される。

本実施形態における燃料貯蔵プールの水位監視システム１０は、使用済燃料貯蔵プール２のプール水３の水位を検出し監視するものであり、放射線検出手段としてのエリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２と、演算手段としてのプロセス計算機１３と、警報手段としての警報発生器１４Ａ及び１４Ｂと、現場補助ユニット１５とを有して構成される。

エリア放射線モニタ検出器１１は、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水面３Ａを臨む位置に設置されて、プール水３からの放射線量を計測する。このエリア放射線モニタ検出器１１は現場補助ユニット１５に接続され、この現場補助ユニット１５にエリア放射線モニタ１２が接続される。従って、エリア放射線モニタ検出器１１にて計測された計測信号（放射線量）は、現場補助ユニット１５を介してエリア放射線モニタ１２へ送信され、このエリア放射線モニタ１２にて空間線量率に換算される。

プロセス計算機１３はエリア放射線モニタ１２に接続される。このプロセス計算機１３は、エリア放射線モニタ１２からの計測値（即ち空間線量率）と、使用済燃料貯蔵プール２におけるプール水３中の使用済燃料１の線源強度（放射線線源強度）及び使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置と、プール水３の放射線遮蔽率とに基づいて、プール水３の水位を演算して検出する。

つまり、エリア放射線モニタ１２からの空間線量率は、放射線の遮蔽機能を有するプール水３の水位と、使用済燃料貯蔵プール２内の使用済燃料１の線源強度及び使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置とによって変動する。そこで、プロセス計算機１３は、使用済燃料１の線源強度及び使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置を予め求めて特定しておくことで、プール水３の放射線遮蔽率を考慮して、エリア放射線モニタ１２からの空間線量率と使用済燃料貯蔵プール２のプール水３の水位とを図２の直線Ｘに示すように１対１の関係とし、エリア放射線モニタ１２からの空間線量率から、使用済燃料貯蔵プール２におけるプール水３の水位を演算して検出する。

ここで、使用済燃料１の線源強度は、使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置、燃焼度及び冷却期間（即ち使用済燃料貯蔵プール２内での貯蔵期間）、使用済燃料１の構造材の放射化生成物、冷却材（即ちプール水３）、及び冷却材のボイド率を用いて算出される。前記使用済燃料１の構造体は、燃料ペレットを覆う被覆管やチャンネルボックス、スペーサなどである。尚、この使用済燃料１の線源強度は、計測器を使用済燃料貯蔵プール２のプール水３中に沈め、使用済燃料１の近傍に位置づけて実測してもよい。

また、使用済燃料１の使用済燃料貯蔵プール２内での配置位置は、例えば使用済燃料貯蔵プール２に使用済燃料１を移送する燃料交換機４の位置データから求められる。

プロセス計算機１３には前記警報発生器１４Ｂが直接接続されると共に、エリア放射線モニタ１２及び現場補助ユニット１５を介して前記警報発生器１４Ａが接続される。警報発生器１４Ａは、使用済燃料貯蔵プール２が存在する現場に設置され、警報発生器１４Ｂは中央制御室に設置される。プロセス計算機１３は、上述のようにして演算により検出された使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水位が設定値以下に低下したときに、警報発生器１４Ａ及び１４Ｂに警報発生信号を出力して警報を発生させる。

また、前記現場補助ユニット１５は、エリア放射線モニタ検出器１１にて計測されたプール水３からの放射線量を表示すると共に、このエリア放射線モニタ検出器１１にて計測された放射線量が一定レベル以上であった場合に、警報発生器１４Ａに警報を発生させる機能を備える。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）燃料貯蔵プールの水位監視システム１０におけるプロセス計算機１３は、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水面３Ａを臨む位置に設置されたエリア放射線モニタ検出器１１により計測された放射線量がエリア放射線モニタ１２により換算された空間線量率と、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３中における使用済燃料１の線源強度及び使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置と、プール水３の放射線遮蔽率とに基づいて、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水位を非接触で検出する。このため、使用済燃料貯蔵プール２の下部に貫通孔などを設けることなく、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水位が低下した場合でも、その水位を正確に検出することができる。

（２）使用済燃料貯蔵プール２のプール水３の水位が設定値以下に低下したときに、プロセス計算機１３が警報発生器１４Ａ及び１４Ｂに警報を発生させるので、現場作業者や中央制御室内の作業者に、使用済燃料貯蔵プール２のプール水３の水位の低下を警告することができる。

［Ｂ］第２実施形態（図３）
図３は、本発明に係る燃料貯蔵プールの水位監視システムにおける第２実施形態を示す概略構成図である。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

第２実施形態の燃料貯蔵プールの水位監視システム２０が前記第１実施形態と異なる点は、使用済燃料貯蔵プール２の周辺に設置されて使用済燃料貯蔵プール２以外の線源からの放射線量を計測するエリア放射線モニタ検出器２１を備え、このエリア放射線モニタ検出器２１からの計測信号（放射線量）が、現場補助ユニット２２を介してエリア放射線モニタ１２へ出力されて空間線量率に換算され、演算手段としてのプロセス計算機２３が、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率と、エリア放射線モニタ検出器２１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率とを用いて、警報発生器１４Ａ及び１４Ｂによる警報を制御する点である。

ここで、エリア放射線モニタ検出器２１及びエリア放射線モニタ１２が他の放射線検出手段を構成する。また、現場補助ユニット２２は、エリア放射線モニタ検出器２１及びエリア放射線モニタ１２に接続されて、エリア放射線モニタ検出器２１にて計測された放射線量を表示する機能を果たす。

本第２実施形態のプロセス計算機２３は、まず、第１実施形態と同様に、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率と、使用済燃料貯蔵プール２におけるプール水３中の使用済燃料１の線源強度及び使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置と、プール水３の放射線遮蔽率とに基づいてプール水３の水位を演算して検出し、この検出水位が設定値以下のときに警報発生器１４Ａ及び１４Ｂに警報を発生させる。

更に、プロセス計算機２３は、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率と、エリア放射線モニタ検出器２１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率とが同時に上昇した場合には、使用済燃料貯蔵プール２内に存在する使用済燃料１以外の線源からの放射線により、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率が上昇したと判断して、警報発生器１４Ａ及び１４Ｂへ警報解除信号を送信し、これらの警報発生器１４Ａ及び１４Ｂの警報を解除させる。

尚、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率と、エリア放射線モニタ検出器２１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率とが同時に上昇した場合の警報発生器１４Ａ及び１４Ｂの警報解除は、作業者の手動で実施してもよい。

以上のように構成されたことから、本第２実施形態においても、前記第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。

（３）使用済燃料貯蔵プール２のプール水３の水面３Ａを臨む位置に設置されたエリア放射線モニタ検出器１１及びこのエリア放射線モニタ検出器１１に接続されたエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率等に基づいて検出されたプール水３の水位が、設定値以下に低下したときに警報発生器１４Ａ及び１４Ｂから発生する警報は、使用済燃料貯蔵プール２の周辺において使用済燃料貯蔵プール２以外の線源からの放射線量を計測するエリア放射線モニタ検出器２１及びこのエリア放射線モニタ検出器２１に接続されたエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率の上昇時に解除される。

従って、使用済燃料貯蔵プール２内に存在する使用済燃料１以外の線源からの放射線量によって、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率が上昇し、これにより使用済燃料貯蔵プール２のプール水３の水位低下と判断されて警報発生器１４Ａ及び１４Ｂから警報が発生されても、この誤警報を解除することができる。

［Ｃ］第３実施形態（図３）
図３は、本発明に係る燃料貯蔵プールの水位監視システムにおける第３実施形態を示す概略構成図である。この第３実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

図３に示す第３実施形態の使用済燃料貯蔵プールの水位監視システム３０が前記第１実施形態と異なる点は、使用済燃料貯蔵プール２の周辺に設置されて使用済燃料貯蔵プール２以外の線源からの放射線量を計測するエリア放射線モニタ検出器３１を備え、このエリア放射線モニタ検出器３１からの計測信号（放射線量）が現場補助ユニット３２を介してエリア放射線モニタ１２へ出力されて空間線量率に換算され、演算手段としてのプロセス計算機３３が、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率と、エリア放射線モニタ検出器３１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率とを用いて、使用済燃料貯蔵プール２のプール水３の水位を演算して検出する点である。

ここで、本第３実施形態においても、エリア放射線モニタ検出器３１及びエリア放射線モニタ１２が他の放射線検出手段を構成する。また、現場補助ユニット３２は、エリア放射線モニタ検出器３１及びエリア放射線モニタ１２に接続されて、エリア放射線モニタ検出器３１にて計測された放射線量を表示する機能を備える。

本第３実施形態のプロセス計算機３３は、まず、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２にて得られた空間線量率から、エリア放射線モニタ検出器３１及びエリア放射線モニタ１２にて得られた空間線量率を差し引いて減算値を求め、この減算値を使用済燃料貯蔵プール２の空間線量率とする。次に、プロセス計算機３３は、上述の使用済燃料貯蔵プール２の空間線量率（上述の空間線量率の減算値）と、使用済燃料貯蔵プール２におけるプール水３中の使用済燃料１の線源強度及び使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置と、プール水３の放射線遮蔽率とに基づいて、前記第１実施形態と同様にしてプール水３の水位を演算して検出する。

プロセス計算機３３は、上述のようにして検出した使用済燃料貯蔵プール２におけるプール水３の水位が設定値以下に低下したときに、警報発生器１４Ｂへ直接警報発生信号を出力して、この警報発生器１４Ｂに警報を発生させると共に、エリア放射線モニタ１２及び現場補助ユニット１５を介して警報発生器１４Ａへ警報発生信号を出力して、この警報発生器１４Ａに警報を発生させる。

以上のように構成されたことから、本第３実施形態においても、前記第１実施形態の効果（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

（４）燃料貯蔵プールの水位監視システム３０におけるプロセス計算機３３は、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水面３Ａを臨む位置に設置されたエリア放射線モニタ検出器１１により計測された放射線量がエリア放射線モニタ１２により換算された空間線量率から、使用済燃料貯蔵プール２の周辺に設置されたエリア放射線モニタ検出器３１により計測された放射線量がエリア放射線モニタ１２により換算された空間線量率を差し引いた減算値を、使用済燃料貯蔵プール２の空間線量率として求め、この使用済燃料貯蔵プール２の空間線量率（減算値）と、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３中における使用済燃料１の線源強度及び使用済燃料貯蔵プール２内での使用済燃料１の配置位置と、プール水３の放射線遮蔽率とに基づいて、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水位を非接触で検出する。

このため、使用済燃料貯蔵プール２の周辺での作業によって、エリア放射線モニタ検出器１１及びエリア放射線モニタ１２により得られた空間線量率が上昇してしまった場合でも、その影響を除外することで、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水３の水位を正確に検出することができる。

以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形してもよく、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、各実施形態では燃料貯蔵プールが使用済燃料１を貯蔵する使用済燃料貯蔵プール２の場合を述べたが、未使用の燃料を貯蔵する燃料貯蔵プールに対しても本発明を適用することができる。

１ 使用済燃料（燃料）
２ 使用済燃料貯蔵プール（燃料貯蔵プール）
３ プール水
３Ａ 水面
４ 燃料交換機
１０ 燃料貯蔵プールの水位監視システム
１１ エリア放射線モニタ検出器（放射線検出手段）
１２ エリア放射線モニタ（放射線検出手段）
１３ プロセス計算機（演算手段）
１４Ａ、１４Ｂ 警報発生器（警報手段）
２０ 燃料貯蔵プールの水位監視システム
２１ エリア放射線モニタ検出器（他の放射線検出手段）
２３ プロセス計算機（演算手段）
３０ 燃料貯蔵プールの水位監視システム
３１ エリア放射線モニタ検出器（他の放射線検出手段）
３３ プロセス計算機（演算手段）

Claims (9)

1. 燃料をプール水中に浸漬して貯蔵する燃料貯蔵プールの前記プール水の水位を検出して監視する燃料貯蔵プールの水位監視システムであって、
   前記プール水の水面を臨む位置に設置されて放射線量を計測する放射線検出手段と、
   この放射線検出手段に接続された演算手段とを有し、
   前記演算手段は、前記放射線検出手段からの計測値と、前記プール水中の前記燃料の線源強度及び配置位置と、前記プール水の放射線遮蔽率とに基づいて、前記プール水の水位を演算して検出するよう構成されたことを特徴とする燃料貯蔵プールの水位監視システム。
2. 前記燃料貯蔵プールの周辺に設置されて前記燃料貯蔵プール以外の線源からの放射線量を計測する他の放射線検出手段を更に備え、
   演算手段は、放射線検出手段からの計測値から前記他の放射線検出手段からの計測値を差し引いた値と、前記燃料貯蔵プール内のプール水中における燃料の線源強度及び配置位置と、前記プール水の放射線遮蔽率とに基づいて、前記プール水の水位を演算して検出するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料貯蔵プールの水位監視システム。
3. 前記演算手段がプール水の水位を演算して検出するための基礎とする放射線検出手段及び他の放射線検出手段からの計測値は、放射線量を換算して求めた空間線量率であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料貯蔵プールの水位監視システム。
4. 前記燃料の線源強度は、燃料貯蔵プール内での燃料の配置位置、燃焼度及び冷却期間、燃料の構造材の放射化生成物、冷却材、並びにこの冷却材のボイド率を用いて算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料貯蔵プールの水位監視システム。
5. 前記燃料の配置位置は、燃料貯蔵プールに前記燃料を移送する燃料交換機の位置データが用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料貯蔵プールの水位監視システム。
6. 前記演算手段には警報手段が接続され、前記演算手段は、燃料貯蔵プール内のプール水の水位が設定値以下に低下したときに、前記警報手段に警報を発生させるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料貯蔵プールの水位監視システム。
7. 前記燃料貯蔵プールの周辺に設置されて前記燃料貯蔵プール以外の線源からの放射線量を計測する他の放射線検出手段を更に備え、
   演算手段には警報手段が接続され、前記演算手段は、燃料貯蔵プール内のプール水の水位が設定値以下に低下したときに、前記警報手段に警報を発生させるよう構成され、
   前記演算手段は更に、放射線検出手段からの計測値と前記他の放射線検出手段からの計測値とが同時に上昇したときに、前記警報手段の警報を解除するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料貯蔵プールの水位監視システム。
8. 燃料をプール水中に浸漬して貯蔵する燃料貯蔵プールの前記プール水の水位を検出する燃料貯蔵プールの水位検出方法であって、
   前記プール水の水面を臨む位置に設置された放射線検出手段を用いて計測された空間線量率と、前記プール水中の前記燃料の線源強度及び配置位置と、前記プール水の放射線遮蔽率とに基づいて、前記プール水の水位を演算して検出することを特徴とする燃料貯蔵プールの水位検出方法。
9. 燃料をプール水中に浸漬して貯蔵する燃料貯蔵プールの前記プール水の水位を検出する燃料貯蔵プールの水位検出方法であって、
   前記プール水の水面を臨む位置に設置された放射線検出手段を用いて計測された空間線量率から、前記燃料貯蔵プールの周辺に設置された他の放射線検出手段を用いて計測された空間線量率を差し引いた値と、前記プール水中の前記燃料の線源強度及び配置位置と、前記プール水の放射線遮蔽率とに基づいて、前記プール水の水位を演算して検出することを特徴とする燃料貯蔵プールの水位検出方法。

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