JP6317213B2 - 特定の元素の厚み計測装置及び特定の元素の厚み計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば核燃料が一旦溶融してから再固化した燃料デブリの厚みのような、特定の元素の厚みを計測する特定の元素の厚み計測装置及び特定の元素の厚み計測方法に関する。

燃料デブリは、ウラン等の核燃料物質が一旦溶融してから再固化したものであり、再固化したデブリの厚みは様々な値をとる可能性がある。デブリの厚みによって、回収方法、保管形態が異なる可能性があるため、調査の段階からデブリの厚みを把握しておくことが望ましい。燃料溶融を起こした原子力設備内において、被計測対象が燃料デブリなのか、燃料デブリではない放射性廃棄物なのかを識別するには、放射線計測が用いられる。しかし、放射線計測では、対象表面の計測はできるが、自己遮蔽の問題があるため、厚み方向の計測は困難である。

放射線以外で被計測対象の表面にウラン等の核燃料物質が含まれるかどうかを計測する方法として、例えば、レーザ・インデュースト・ブレイクダウン・スペクトロスコピー（以下、Laser Induced Breakdown Spectroscopy：ＬＩＢＳと記載する）が考えられる。ＬＩＢＳは、被計測対象に対してレーザ光を照射し、照射位置(対象表面)においてレーザ・インデュースト・ブレイクダウンを起こして表面元素をプラズマ化し、発生したプラズマから生じる光を分光計測することによって被計測対象の種々の情報を得るものである。特定の元素のプラズマから特定波長のプラズマ発光があることが判っているので、計測した分光スペクトル(ピーク波長の情報)から対象表面における特定元素の有無を判断することができ、特定波長のピークの波高値から特定元素を定量計測することができる。

被計測対象の厚み方向(深さ方向)の計測(分析)を行う方法としては、例えば、被計測対象表面にレーザ光を照射し、表面から内部へ向けてプラズマ化(イオン化)した元素を採取し、採取した元素を順次定量分析装置に送り込んで分析することが考えられる。しかし、燃料デブリの調査を行う場所は、原子力設備内においても放射線の高い環境であり、分光計測部、信号処理装置等の精密な計測装置は同じ原子力設備内でも放射線が低い場所に設置せざるを得ない。したがって、レーザを照射する被計測対象と計測装置の場所が遠く離れてしまうことになる。そのため、プラズマ化(イオン化)した元素が、例えば、圧送チューブの内面に付着したりしてしまうので、計測装置まで到達しない怖れがある。

他方、例えば、特許文献１には、レーザ光を繰り返し試料に照射して試料に穴を形成し、試料から発生するプラズマ光を集光及び分光し、レーザ光の照射回数から穴の深さを算出して、略同一な成分である層の厚さを測定する技術が記載されている。

特開２００８−２６８０６７号公報

しかし、特許文献１に記載された技術では、レーザ光を対物レンズにより試料に照射し、プラズマ光も集光レンズにより分光器に入射させている。集光レンズと分光器との間に光ファイバを設ける変形例も記載されているが、この光ファイバは、入射端の位置を可変にして集光レンズの焦点位置からずらすことにより、入射端に入射するプラズマ光の像を変化させるためのものである。したがって、特許文献１に記載された技術は、試料と分光器等の計測装置との距離が近い部品検査を想定したものであり、試料と計測装置とを遠隔に切り離すことはできない。

さらに、明記はされていないものの、特許文献１に記載された技術は、試料が気中に存在することを想定していると推察される。しかしながら、調査対象である燃料デブリは、原子力設備内において、気中だけでなく、水中に位置している可能性も大きい。水中に位置する被計測対象表面にレーザを照射すると、被計測対象だけでなく、水および水中不純物もプラズマ化してしまう。この場合、被計測対象のプラズマ光の進行が、水および水中不純物のプラズマ(気泡)の妨害を受けてしまい、うまく集光できなくなってしまうという怖れがある。また、レーザ光のエネルギーが水及び水中不純物のプラズマ化で消費されてしまうので、レーザ光の照射回数から算出している穴の深さが、実際の深さ位置と異なってしまうという怖れがある。このため、特許文献１に記載された技術では、水中に位置する燃料デブリの厚みを正確に計測することはできない。

本発明は、上述の点に鑑み、例えば燃料デブリの厚みのような、気中と水中の両方に位置する可能性のある特定の元素の厚みを、遠隔から正確に計測する厚み計測装置及び厚み計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の特定の元素の厚み計測装置は、
被計測対象の表面を穿孔しながら被計測対象にレーザ・インデュースト・ブレイクダウンを起こして元素をプラズマ化するために、繰り返しレーザ光を発射するレーザ光源と、
アシストガス供給部と、
レーザ光源が発射したレーザ光を被計測対象の表面に伝送する第１の光ファイバ、被計測対象で発生したプラズマ光を集光する集光光学系、集光光学系によって集光されたプラズマ光を伝送する第２の光ファイバ、及び、アシストガス供給部からアシストガスを供給するためのガスチューブが取り付けられ、被計測対象と接する面に、ガスチューブを経由してアシストガスが供給される空間を形成した計測ヘッドと、
第２の光ファイバによって伝送されたプラズマ光を分光し、分光スペクトルの発光強度パターンを示す信号を出力する分光計測部と、
分光計測部の出力信号から特定の元素の深さ方向の濃度分布を求めて特定の元素の厚みを計測する信号処理部と
を備える。
そして、第１の本発明の特定の元素の厚み計測装置は、さらに、アシストガス供給部は、アシストガスとして酸素ガスと窒素ガスとを交互に供給する。
また、第２の本発明の特定の元素の厚み計測装置は、さらに、信号処理部は、被計測対象の複数の位置の表面についての特定の元素の厚みの計測結果に基づき、複数の位置のうち、特定の元素の厚みが大きい１つの位置または特定の元素の厚みが大きい２つ以上の位置の中間の位置を、被計測対象のうち、さらに詳細なデブリ調査、または、デブリ回収を行う位置として決定する。

また、本発明の特定の元素の厚み計測方法は、
被計測対象にレーザ・インデュースト・ブレイクダウンを起こして元素をプラズマ化するためのレーザ光を発射するレーザ光源と、
アシストガス供給部と、
レーザ光源が発射したレーザ光を被計測対象の表面に伝送する第１の光ファイバ、被計測対象で発生したプラズマ光を集光する集光光学系、集光光学系によって集光されたプラズマ光を伝送する第２の光ファイバ、及び、アシストガス供給部からアシストガスを供給するためのガスチューブが取り付けられ、被計測対象と接する面に、ガスチューブを経由してアシストガスが供給される空間を形成した計測ヘッドと、
第２の光ファイバによって伝送されたプラズマ光が入射する分光計測部と、
分光計測部の出力信号が入力する信号処理部と
を用いた特定の元素の厚み計測方法において、
アシストガス供給部が計測ヘッドに形成された空間へアシストガスを供給し、レーザ光源が繰り返しレーザ光を発射することにより被計測対象の表面を穿孔しながら元素をプラズマ化する第１のステップと、
分光計測部が、第２の光ファイバによって伝送されたプラズマ光を分光し、分光スペクトルの発光強度パターンを示す信号を出力する第２のステップと、
信号処理部が、分光計測部の出力信号から特定の元素の深さ方向の濃度分布を求めて特定の元素の厚みを計測する第３のステップと、
信号処理部が、被計測対象の複数の位置の表面についての特定の元素の厚みの計測結果に基づき、複数の位置のうち、特定の元素の厚みが大きい１つの位置または特定の元素の厚みが大きい２つ以上の位置の中間の位置を、被計測対象のうち、さらに詳細なデブリ調査、または、デブリ回収を行う位置として決定する第４のステップを有する。

本発明によれば、レーザ光源が発射したレーザ光を第１の光ファイバで被計測対象の表面に伝送し、被計測対象で発生したプラズマ光を第２の光ファイバで分光計測部に伝送するので、被計測対象と分光計測部、信号処理部とを遠隔に切り離すことができる。また、被計測対象と接する面に形成した空間にアシストガスを供給することにより被計測対象の表面のレーザ照射領域から水を排斥して、被計測対象の表面を穿孔することができる。これにより、例えば燃料デブリの厚みのような、気中と水中の両方に位置する可能性のある特定の元素の厚みを、遠隔から正確に計測することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の全体構成例を示す図である。 図２Ａは光ファイバの構成例を示す断面図であり、図２Ｂは本発明の第１の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の計測ヘッドの構成例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置において穿孔部の深さが変化したときの発光強度パターンの時間的変化を示す図である。 図４Ａ，図４Ｂはそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置による燃料デブリの深さ方向分布の計測結果の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の計測ヘッドの構成例を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の全体構成例及び調査対象となる原子力設備の概略構成を示す図である。 格納容器内の隔壁を示す斜視図である。 図８Ａは本発明の第３の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の移動体の側面を示す図であり、図８Ｂは図８ＡのＡ−Ａ断面を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の走査装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置による燃料デブリの厚みの計測結果の表示例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、特定の元素の厚みとして、核燃料が一旦溶融してから再固化した燃料デブリの厚みを計測する例について説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の全体構成例を示す図である。水槽１の中に水２を貯留して、被計測対象となる燃料デブリ３と燃料デブリ４を保管している。第１の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置は、計測装置本体３０と、計測ヘッド１０と、第１の光ファイバ２１及び第２の光ファイバ２２が一体化した光ファイバ２３と、アシストガス供給チューブ２４とで構成されている。計測ヘッド１０は、水中の被計測対象表面に接触させて使用するものであり、光ファイバ２３及びアシストガス供給チューブ２４によって計測装置本体３０と接続されている。

計測装置本体３０には、レーザ光源３１と、分光計測部３２と、アシストガス供給部３３と、信号処理部３４と、表示部３５と、記憶部３６とが設けられている。レーザ光源３１は、例えば高エネルギーのパルスレーザ光を繰り返して発射するＱスイッチ型のレーザ光源である。レーザ光源３１は、高エネルギーのパルスレーザ光を繰り返し発射して、被計測対象の表面を穿孔しながら被計測対象にレーザ・インデュースト・ブレイクダウンを起こして元素をプラズマ化する。また、レーザ光源３１は、Ｑスイッチがオンになる都度、Ｑスイッチがオンになったことを示す信号を分光計測部３２及び信号処理部３４に送る。レーザ光源３１が発射したレーザ光は、第１の光ファイバ２１によって計測ヘッド１０に伝送される。
アシストガス供給部３３は、アシストガスとして例えば窒素ガスを供給する。このアシストガスは、アシストガス供給チューブ２４によって計測ヘッド１０に供給される。

図２は、計測ヘッド１０及び光ファイバ２３の構成例を示す断面図である。このうち、図２Ａは、光ファイバ２３の構成例を示している。光ファイバ２３は、断面が二重円構造をしていて、外周側に断面積の大きい第１の光ファイバ２１、内周側に断面積の小さい第２の光ファイバ２２が配置されている。すなわち、第１の光ファイバ２１と第２の光ファイバ２２は同軸である。

図２Ｂは、計測ヘッド１０の構成例を示している。計測ヘッド１０には、光ファイバ２３及びアシストガス供給チューブ２４が取り付けられる。また計測ヘッド１０の内部に、集光光学系２５が設けられている。集光光学系２５は凸レンズで構成されており、この凸レンズの外周側がレーザ光の集光用、内周側がプラズマ光の集光用となっている。第１の光ファイバ２１によって伝送され、集光光学系２５の外周側で集光されたレーザ光７は、被計測対象５の表面に照射され、照射が繰り返されることにより表面を穿孔しながら穿孔部６の孔底の元素をプラズマ化する。このプラズマから発生したプラズマ光８は、集光光学系２５の内周側で集光され、第２の光ファイバ２２によって伝送されて図１の計測装置本体３０内の分光計測部３２に入射する。

また、計測ヘッド１０には、被計測対象５と接する面に、アシストガス供給チューブ２４を経由してアシストガスが供給される空間２６が形成されている。計測ヘッド１０の被計測対象５と接する面のうち空間２６の周囲の部分には、例えば環状のシール材２９が取り付けられている。さらに、計測ヘッド１０には、空間２６内で余剰となったアシストガスを計測ヘッド１０の外部に排出するための排出ライン２７，２７及び逆止弁２８，２８が取り付けられている。この排出ライン２７，２７及び逆止弁２８，２８は、光ファイバ２３を軸として対称に配置されている。この空間２６にアシストガスを供給することにより、空間２６から水が排斥される。そのため、アシストガス雰囲気中で、穿孔部６の孔底の元素のプラズマ化とプラズマ光の集光が行われる。

図１の分光計測部３２は、第２の光ファイバ２２によって伝送されたプラズマ光を分光し、分光スペクトルの発光強度パターンを計測して、計測結果を示す信号を信号処理部３４に出力する。
信号処理部３４は、分光計測部３２の出力信号から燃料デブリの深さ方向の濃度分布を求めて燃料デブリの厚みを計測する。信号処理部３４による燃料デブリの厚みの計測結果は、表示部３５に表示されるとともに、記憶部３６に記憶される。信号処理部３４、表示部３５及び記憶部３６は、例えば１台の汎用コンピュータを用いて構成されている。

図３は、図１のレーザ光源３１のＱスイッチのタイミング７１をトリガとして、図２の穿孔部６の深さが変化したときの、図１の分光計測部３２の出力信号が示す発光強度パターンの時間的変化を示す図である。第１の実施の形態では、Ｑスイッチオン→レーザ光発射→第１の光ファイバ２１で伝送→被計測対象５に照射→穿孔部６の孔底の元素がプラズマ化→プラズマ光を第２の光ファイバ２２で伝送→分光計測部３２で分光計測、の順でＬＩＢＳ計測が行われる。このうち、穿孔部６が深くなると、レーザ光が第１の光ファイバ２１の出口を出てから、プラズマ光が第２の光ファイバ２２の入り口に到達するまでの光伝搬時間が長くなる。その結果、穿孔部６が深くなるにつれて、図３に示すように、発光強度パターンは発光強度パターン７２、７３、７４のように時間的にシフト（遅延）していく。

図１の信号処理部３４は、図３に示したような発光強度パターンの時間的変化に基づき、穿孔部６の深さを求めて、燃料デブリの厚みを計測する。第１の実施の形態では、上述したように、水中に位置する燃料デブリの計測であっても、水を排斥してアシストガス中雰囲気でＬＩＢＳを行うので、レーザ光のエネルギーが水のプラズマ化に消費されて穿孔速度が低下することはない。しかし、万が一、その他の条件変化で穿孔速度が変化したとしても、信号処理部３４は、発光強度パターンの時間的変化に基づき、穿孔部６の深さを正確に求めて、燃料デブリの厚みを計測することができる。

図４は、第１の実施の形態における図１の燃料デブリ３及び４のウラン濃度深さ方向分布の計測結果の例を示す図である。このうち、図４Ａは、燃料デブリ３のウラン濃度の深さ分布の計測結果７５を示している。計測結果７５では、表面付近ではウラン濃度は高いが、特定の深さより深くなると、ウラン濃度が低下している。塊全体は厚くても、その中の燃料デブリ層は表面だけに存在し、ウラン濃度が低下するまでの深さ７７から、燃料デブリの厚みを評価できる。図４Ｂは、燃料デブリ４のウラン濃度の深さ分布の計測結果７６を示している。計測結果７６では、レーザ光で穿孔した深さ範囲内ではウラン濃度はほぼ一定であり、塊の芯まで燃料デブリであると評価できる。

以上に説明したように、第１の実施の形態によれば、レーザ光源３１が発射したレーザ光を第１の光ファイバ２１で被計測対象５の表面に伝送し、被計測対象５で発生したプラズマ光を第２の光ファイバ２２で分光計測部３２に伝送する。したがって、被計測対象５と分光計測部３２、信号処理部３４等の計測装置本体３０とを遠隔に切り離すことができる。また、被計測対象５と接する面に形成した空間２６にアシストガスを供給することにより被計測対象５の表面のレーザ照射領域から水を排斥して、被計測対象５の表面を穿孔することができる。さらに、信号処理部３４は、分光計測部３２の出力信号が示す発光強度パターンの時間的変化に基づいて燃料デブリの深さ方向の情報を求めるので、万が一何らかの条件変化で穿孔速度が変化したとしても、燃料デブリの深さ方向の情報を正確に求めることができる。これにより、気中と水中の両方に位置する可能性のある燃料デブリの厚みを、遠隔から正確に計測することができる。例えば壁の表面だけが燃料で汚染された構造材と燃料デブリとを識別することができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と構成が同一の部分については、重複した説明を省略する。第２の実施の形態では、計測ヘッド１０内の集光光学系２５を光軸方向に移動可能にした点が、第１の実施の形態とは異なっている。その他の構成は、第１の実施の形態と同一である。

図５は本発明の第２の実施の形態に係る計測ヘッド１０の構成例を示す断面図である。計測ヘッド１０には、集光光学系２５を光軸方向に移動させるための、ステッピングモータ等を用いたレンズ移動機構４０が設けられている。また、計測ヘッド１０には制御用ケーブル４１が取り付けられており、図示は省略するが、計測装置本体３０内の信号処理部３４（図１）から、この制御用ケーブル４１を介してレンズ移動機構４０に制御信号が送られる。

信号処理部３４は、図３に示したような発光強度パターンの時間的変化から求めた穿孔部６の深さに基づき、穿孔部６が深くなっていくのにつれて、レンズ移動機構４０を制御して集光光学系２５を被計測対象５寄りに移動させていく。これにより、穿孔部６が深くなっても、集光光学系２５から穿孔部６の孔底までの距離が一定に保たれるので、穿孔部６の孔底が集光光学系２５の合焦位置から遠ざかることによる穿孔速度の低下が防止される。

この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明したのと同じ効果が得られることに加えて、穿孔部６が深くなっても穿孔速度が低下しないので、短時間で燃料デブリの厚みを計測できるという効果が得られる。

〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態において、第１の実施の形態や第２の実施の形態と構成が同一の部分については、重複した説明を省略する。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置の全体構成例及び調査対象となる原子力設備の概略構成を示す図である。原子炉建屋５０の中に格納容器５１が収容されており、格納容器５１の底部５２に水２が溜まっている。また、格納容器５１の底部５２の上にコンクリート製の隔壁５３が設置されており、隔壁５３の一部には空隙５４が設けられている。この隔壁５３を斜視図で示すと、図７の通りである。

第３の実施の形態に係る燃料デブリの厚み計測装置は、計測装置本体３０と、計測ヘッド１０を搭載した移動体６０と、光ファイバ２３と、アシストガス供給チューブ２４と、走査装置６２とで構成されている。
計測装置本体３０及び走査装置６２は、原子炉建屋５０の１階に設置されている。
移動体６０は、格納容器５１の底部５２に配置されており、ケーブル６１によって、格納容器５１の貫通孔５５を経由して走査装置６２と接続されている。
移動体６０に搭載された計測ヘッド１０は、光ファイバ２３及びアシストガス供給チューブ２４によって、格納容器５１の貫通孔５５を経由して計測装置本体３０と接続されている。計測ヘッド１０は、第１の実施の形態で図２に示した構成のものである。ただし、計測ヘッド１０は、第２の実施の形態で図５に示した構成のものであってもよく、その場合には、計測ヘッド１０をさらに図５に示した制御用ケーブル４１によって計測装置本体３０と接続すればよい。

図８は、移動体６０の構成例を示す図であり、図８Ａは側面図、図８Ｂは図８ＡのＡ−Ａ断面図である。移動体６０は、図６の格納容器５１の底部５２を移動するためのクローラ６３と、クローラ６３の起動輪を回転駆動するモータ６４を備えている。
また、移動体６０は、移動体６０の前後左右方向を撮影するカメラ６５ａ〜６５ｄと、移動体６０の前後左右方向に存在している壁面と移動体６０との距離を検知する超音波センサ６６ａ〜６６ｄを備えている。
また、移動体６０の下部に計測ヘッド１０が搭載されており、移動体６０は、計測ヘッド１０を格納容器５１の底部５２に接触しない高さと接触する高さとの間で上下方向に移動させるための計測ヘッド移動機構６７を備えている。

モータ６４、カメラ６５ａ〜６５ｄ、超音波センサ６６ａ〜６６ｄ、計測ヘッド移動機構６７は、それぞれケーブル６１内の信号線と接続されているが、図８ではそれらの信号線の図示は省略している。カメラ６５ａ〜６５ｄで撮影された映像と、超音波センサ６６ａ〜６６ｄの検知結果は、ケーブル６１を介して図６の走査装置６２に送られる。モータ６４、カメラ６５ａ〜６５ｄには、それぞれケーブル６１を介して走査装置６２から駆動信号が供給される。

図９は、図６の走査装置６２のハードウェア構成例を示すブロック図である。走査装置６２は、バス９０にそれぞれ接続された制御部９１、記憶部９２、表示部９３、移動体インタフェース９４、計測装置本体インタフェース９５、計測ヘッド駆動回路９６及びモータ駆動回路９７を備えている。
記憶部９２には、図６の格納容器５１の底部５２の寸法及び形状や隔壁５３の位置等を示す図面情報が記憶されている。
表示部９３には、図８のカメラ６５ａ〜６５ｄで撮影された映像が表示される。
移動体インタフェース９４は、図６のケーブル６１を介して移動体６０との間で信号を入出力するためのインタフェースである。
計測装置本体インタフェース９５は、図６の計測装置本体３０内の信号処理部３４（図１）との間で信号を入出力するためのインタフェースである。
計測ヘッド駆動回路９６、モータ駆動回路９７は、それぞれ図８の計測ヘッド移動機構６７、モータ６４に供給する駆動信号を出力する回路である。

制御部９１は、記憶部９２内の図面情報に基づき、モータ駆動回路９７を制御して、格納容器５１の底部５２のうちの予め決定された複数の計測位置に移動体６０を順次移動させる。その際、制御部９１は、図８の超音波センサ６６ａ〜６６ｄの検知結果に基づき、移動体６０の現在位置を算出して、移動体６０が計測位置に到着したか否かを判別する。
また、制御部９１は、移動体６０の移動中は計測ヘッド１０が格納容器５１の底部５２に接触せず、移動体６０が計測位置に到着すると計測ヘッド１０が格納容器５１の底部５２に接触するように、計測ヘッド駆動回路９６を制御する。
また、制御部９１は、移動体６０が個々の計測位置に到着した都度に、到着した計測位置を示す信号を計測装置本体３０内の信号処理部３４に送る。

計測装置本体３０では、走査装置６２から上述のような到着した計測位置を示す信号が送られる都度に、第１の実施の形態で説明したような方法で、計測ヘッド１０と協働して燃料デブリの厚みを計測する。そして、計測が完了すると、計測装置本体３０内の信号処理部３４は、計測が完了したことを示す信号を走査装置６２に送る。走査装置６２内の制御部９１は、計測が完了したことを示す信号が送られると、移動体６０を次の計測位置に移動させる。このようにして、格納容器５１の底部５２の複数の位置の表面での燃料デブリの厚みの計測が、効率よく行われる。

また、計測装置本体３０内の信号処理部３４は、複数の計測位置での燃料デブリの厚みの計測結果を、それぞれの計測位置と関連付けて、表示部３５（図１）に表示させるとともに記憶部３６（図１）に記憶させる。

図１０は、格納容器５１の底部５２の複数の計測位置での燃料デブリの厚みの計測を完了した後の、計測装置本体３０の表示部３５での計測結果の表示画面の例を示す図である。この表示画面では、格納容器５１の底部５２が図形８１として示され、図６の隔壁５３が図形８２として示されている。また、図形８１内に、縦横に交差する複数の一点鎖線が表示されており、これらの一点鎖線の各交点が計測位置を表している。
各計測位置の計測結果は、計測位置である一点鎖線の交点の真下に縦長の枠８３ａａ〜８３ｄｄとして表されている。各枠８３ａａ〜８３ｄｄは、枠全体の高さがレーザ光で穿孔した深さを表し、黒地の部分の高さが燃料デブリの厚みを表している。図形８２の内側の枠８３ｂｂ、８３ｂｃ、８３ｃｃで枠全体が黒地になっているので、隔壁５３の内側の計測位置の燃料デブリの厚みが最も大きいという計測結果が得られたことが表されている。
複数の計測位置での燃料デブリの厚みの計測結果が、この図１０の例のように表示されることにより、コアボーリング等のさらに詳細なデブリ調査の計画や、デブリ回収計画の、合理的な立案に役立てることができる。

以上に説明したように、第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態や第２の実施の形態で説明したのと同じ効果が得られることに加えて、格納容器５１の底部５２の複数の位置の表面での燃料デブリの厚みの計測を効率よく行えるという効果が得られる。また、その計測結果を、さらに詳細なデブリ調査の計画や、デブリ回収計画の、合理的な立案に役立てることができるという効果が得られる。

〔変形例〕
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述の各実施の形態では、計測装置本体３０内のアシストガス供給部３３（図１）が、アシストガスとして窒素ガスを供給する例を説明した。しかし、別の例として、穿孔速度を速くするために、アシストガス供給部３３が、アシストガスとして酸素ガスを供給してもよい。ただし、酸素ガスを供給しながら穿孔する場合には、プラズマ光の分光計測を行いにくくなる恐れがある。そこで、この場合には、アシストガス供給部３３が酸素ガスと窒素ガスとを交互に供給し、酸素ガスを供給しながらの穿孔と、窒素ガスを供給しながらのプラズマ光の分光計測とを繰り返すことによって、燃料デブリの厚みの計測を行えばよい。

また、上述の各実施の形態では、図２Ａに示したように、光ファイバ２３の外周側を、レーザ光を伝送する断面積の大きい第１の光ファイバ２１とし、光ファイバ２３の内周側を、プラズマ光を伝送する断面積の小さい第２の光ファイバ２２とする例を説明した。しかし、別の例として、光ファイバ２３の外周側を、プラズマ光を伝送する断面積の小さい光ファイバとし、光ファイバ２３の内周側を、レーザ光を伝送する断面積の大きい光ファイバとしてもよい。

また、上述の第３の実施の形態では、図６及び図８に示したように、計測ヘッド１０を、格納容器５１の底部５２を移動する移動体６０に搭載する例を説明した。しかし、別の例として、計測ヘッド１０を、格納容器５１の壁面を移動する移動体に搭載して、格納容器５１の壁面の燃料デブリの厚みを計測してもよい。また、その移動体に、計測位置に到着した際に壁面に吸着するための吸盤を設ける場合には、計測ヘッド１０を、吸盤の非吸着時には壁面に接触せず吸盤の吸着時には壁面に接触するような位置に搭載してもよい。それにより、図８に示したような計測ヘッド移動機構６７を省略することができる。

また、上述の第３の実施の形態では、格納容器５１の底部５２の複数の位置の表面で燃料デブリの厚みの計測を行う例を説明した。しかし、さらに、その計測結果に基づき、計測装置本体３０内の信号処理部３４（図１）が、格納容器５１の底部５２のうちボーリングを行う位置を決定する処理を行うようにしてもよい。この処理におけるボーリング位置の決定基準としては、例えば次の（ａ）、（ｂ）または（ｃ）のような基準を採用すればよい。
（ａ）最も燃料デブリの厚みが大きい位置を、ボーリング位置として決定する。
（ｂ）最も燃料デブリの厚みが大きい位置と、２番目に燃料デブリの厚みが大きい位置との中間の位置を、ボーリング位置として決定する。
（ｃ）最も燃料デブリの厚みが大きい位置が２つ以上存在する場合は、それらの重心の位置を、ボーリング位置として決定する。例えば図１０のような計測結果が得られた場合には、計測結果が枠８３ｂｂ、８３ｂｃ、８３ｃｃとして表された３つの位置を頂点とする三角形の重心の位置を、ボーリング位置として決定する。

また、上述の各実施の形態では、図１に示したように、レーザ光源３１を、分光計測部３２、信号処理部３４等とともに計測装置本体３０内に設ける例を説明した。しかし、別の例として、レーザ光源３１を、水中ビークルに搭載して、図１の水槽１の中や図６の格納容器５１の底部５２に配置してもよい、そうした場合にも、分光計測部３２、信号処理部３４はやはり被計測対象から遠隔に切り離すことができる。

また、上述の各実施の形態では、燃料デブリの厚みを計測する例を説明した、しかし、これに限らず、本発明は、気中と水中の両方に位置する可能性のある燃料デブリ以外の特定の元素の厚みを遠隔から計測するために適用してもよい。

２…水、 ３…燃料デブリ、 ４…燃料デブリ、 ５…被計測対象、 ６…穿孔部、 ７…レーザ光、 ８…プラズマ光、 １０…計測ヘッド、 ２１…第１の光ファイバ、 ２２…第２の光ファイバ、 ２３…光ファイバ、 ２４…アシストガス供給チューブ、 ２５…集光光学系、 ２６…空間、 ２７…排出ライン、 ２８…逆止弁、 ２９…シール材、 ３０…計測装置本体、 ３１…レーザ光源、 ３２…分光計測部、 ３３…アシストガス供給部、 ３４…信号処理部、 ４０…レンズ移動機構、 ６０…移動体、 ６２…走査装置

Claims (6)

1. 被計測対象の表面を穿孔しながら前記被計測対象にレーザ・インデュースト・ブレイクダウンを起こして元素をプラズマ化するために、繰り返しレーザ光を発射するレーザ光源と、
   アシストガス供給部と、
   前記レーザ光源が発射したレーザ光を前記被計測対象の表面に伝送する第１の光ファイバ、前記被計測対象で発生したプラズマ光を集光する集光光学系、前記集光光学系によって集光されたプラズマ光を伝送する第２の光ファイバ、及び、前記アシストガス供給部からアシストガスを供給するためのガスチューブが取り付けられ、前記被計測対象と接する面に、前記ガスチューブを経由して前記アシストガスが供給される空間を形成した計測ヘッドと、
   前記第２の光ファイバによって伝送されたプラズマ光を分光し、分光スペクトルの発光強度パターンを示す信号を出力する分光計測部と、
   前記分光計測部の出力信号から特定の元素の深さ方向の濃度分布を求めて前記特定の元素の厚みを計測する信号処理部と
   を備え、
   前記アシストガス供給部は、前記アシストガスとして酸素ガスと窒素ガスとを交互に供給する
   特定の元素の厚み計測装置。
2. 被計測対象の表面を穿孔しながら前記被計測対象にレーザ・インデュースト・ブレイクダウンを起こして元素をプラズマ化するために、繰り返しレーザ光を発射するレーザ光源と、
   アシストガス供給部と、
   前記レーザ光源が発射したレーザ光を前記被計測対象の表面に伝送する第１の光ファイバ、前記被計測対象で発生したプラズマ光を集光する集光光学系、前記集光光学系によって集光されたプラズマ光を伝送する第２の光ファイバ、及び、前記アシストガス供給部からアシストガスを供給するためのガスチューブが取り付けられ、前記被計測対象と接する面に、前記ガスチューブを経由して前記アシストガスが供給される空間を形成した計測ヘッドと、
   前記第２の光ファイバによって伝送されたプラズマ光を分光し、分光スペクトルの発光強度パターンを示す信号を出力する分光計測部と、
   前記分光計測部の出力信号から特定の元素の深さ方向の濃度分布を求めて前記特定の元素の厚みを計測する信号処理部と
   を備え、
   前記信号処理部は、前記被計測対象の複数の位置の表面についての前記特定の元素の厚みの計測結果に基づき、前記複数の位置のうち、前記特定の元素の厚みが大きい１つの位置または前記特定の元素の厚みが大きい２つ以上の位置の中間の位置を、前記被計測対象のうち、さらに詳細なデブリ調査、または、デブリ回収を行う位置として決定する
   特定の元素の厚み計測装置。
3. 前記信号処理部は、前記分光計測部の出力信号が示す前記発光強度パターンの時間的変化に基づき、穿孔の深さを求める
   請求項１又は２に記載の特定の元素の厚み計測装置。
4. 前記計測ヘッドは、前記集光光学系を光軸方向に移動させる移動機構をさらに有する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の特定の元素の厚み計測装置。
5. 前記計測ヘッドを搭載した移動体を備えた
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の特定の元素の厚み計測装置。
6. 被計測対象にレーザ・インデュースト・ブレイクダウンを起こして元素をプラズマ化するためのレーザ光を発射するレーザ光源と、
   アシストガス供給部と、
   前記レーザ光源が発射したレーザ光を前記被計測対象の表面に伝送する第１の光ファイバ、前記被計測対象で発生したプラズマ光を集光する集光光学系、前記集光光学系によって集光されたプラズマ光を伝送する第２の光ファイバ、及び、前記アシストガス供給部からアシストガスを供給するためのガスチューブが取り付けられ、前記被計測対象と接する面に、前記ガスチューブを経由して前記アシストガスが供給される空間を形成した計測ヘッドと、
   前記第２の光ファイバによって伝送されたプラズマ光が入射する分光計測部と、
   前記分光計測部の出力信号が入力する信号処理部と
   を用いた特定の元素の厚み計測方法において、
   前記アシストガス供給部が前記計測ヘッドに形成された前記空間へ前記アシストガスを供給し、前記レーザ光源が繰り返しレーザ光を発射することにより前記被計測対象の表面を穿孔しながら元素をプラズマ化する第１のステップと、
   前記分光計測部が、前記第２の光ファイバによって伝送されたプラズマ光を分光し、分光スペクトルの発光強度パターンを示す信号を出力する第２のステップと、
   前記信号処理部が、前記分光計測部の出力信号から特定の元素の深さ方向の濃度分布を求めて前記特定の元素の厚みを計測する第３のステップと、
   前記信号処理部が、前記被計測対象の複数の位置の表面についての前記特定の元素の厚みの計測結果に基づき、前記複数の位置のうち、前記特定の元素の厚みが大きい１つの位置または前記特定の元素の厚みが大きい２つ以上の位置の中間の位置を、前記被計測対象のうち、さらに詳細なデブリ調査、または、デブリ回収を行う位置として決定する第４のステップを有する
   特定の元素の厚み計測方法。

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