JP6629153B2 - Non-destructive inspection apparatus and method for nuclear fuel - Google Patents
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本発明の実施形態は、核燃料を非破壊で検査する核燃料の非破壊検査装置及び方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to an apparatus and a method for nondestructively inspecting nuclear fuel for nondestructively inspecting nuclear fuel.
物質内を非破壊で透視する検査手法には、例えばラジオグラフィ法がある。このラジオグラフィ法には、中性子を線源とした中性子ラジオグラフィ法がある。この中性子ラジオグラフィ法は、原子番号に依存せず、同じ元素であっても同位体によって反応の割合が異なる。したがって、特にウラン及びプルトニウムのような質量の重い核種内においてプルトニウムスポットと呼ばれるプルトニウムの塊を中性子の透過反応割合からイメージング(画像化・視覚化)して検出する中性子ラジオグラフィ法が有望となっている。 An inspection method for non-destructively seeing through a substance includes, for example, a radiography method. The radiography method includes a neutron radiography method using a neutron as a radiation source. In the neutron radiography method, the reaction rate is different depending on the isotope of the same element without depending on the atomic number. Therefore, a neutron radiography method for imaging (imaging and visualizing) a plutonium mass called a plutonium spot from a neutron transmission reaction rate, particularly in heavy nuclides such as uranium and plutonium, has become promising. I have.
中性子ラジオグラフィ法には、直接法と間接法とがある。直接法には、中性子反応物質のコンバータとフィルム、そのコンバータとCCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子とを密着させる方法がある。この方法では、被検体自身が高い放射能を有する場合、あるいは撮像環境中で高いγ線環境場である場合、フィルムがγ線、X線で感光してしまう。また、撮像素子では、比較的エネルギーの低いγ線やX線により損傷が生じたり、撮像回路自体が損傷したりして映像化されない場合がある。 Neutron radiography includes a direct method and an indirect method. The direct method includes a method in which a neutron-reactive substance converter and a film, and the converter and an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) are brought into close contact with each other. In this method, the film is exposed to γ-rays and X-rays when the subject itself has a high radioactivity, or in a high γ-ray environment field in the imaging environment. Further, in the image pickup device, damage may be caused by γ-rays or X-rays having relatively low energy, or the image pickup circuit itself may be damaged so that the image is not formed.
間接法は、放射化した金属コンバータからの放射線を高線量下ではない環境でフィルムに転写して感光したり、あるいは蛍光体を発光させてその発光イメージをCCD又はCMOS等の撮像素子で撮像したりする方法である。そのため、間接法は、被検体自身又は周囲のγ線環境場に影響されることなく、中性子でのイメージングが可能になる。 In the indirect method, the radiation from the activated metal converter is transferred to a film in an environment that is not under a high dose and exposed, or a phosphor is emitted and the emission image is captured by an image sensor such as a CCD or CMOS. Or how to do it. Therefore, the indirect method enables imaging with neutrons without being affected by the subject itself or the surrounding γ-ray environment field.
ところで、使用中又は使用後の核燃料、あるいは燃料デブリの非破壊検査では、被検体自身が高い放射能を有しているため、フィルム、CCD又はCMOS等の撮像素子、イメージングプレート(以下、IPと記す。)、フラットパネルディテクター(FPD)等のデジタル撮像機器を用いた中性子ラジオグラフィ法の直接法を適用することができない。 By the way, in a nondestructive inspection of nuclear fuel or fuel debris during or after use, since the subject itself has high radioactivity, an image pickup device such as a film, a CCD or a CMOS, an imaging plate (hereinafter, referred to as IP) is used. The direct method of neutron radiography using a digital imaging device such as a flat panel detector (FPD) cannot be applied.
また、被検体自身が強いγ線を放出する使用中又は使用後の核燃料は、γ線の遮蔽容器に収納されていたり、遮蔽及び冷却を兼ねて水中に保管されていたりする場合もある。これらの場合、遮蔽容器ごとに中性子を透過させて撮影できるようにするか、あるいは水中に線源とコリメータ等の装置を浸けて撮影することになる。 In addition, the nuclear fuel during or after use, in which the subject itself emits strong γ-rays, may be stored in a γ-ray shielding container, or may be stored in water for both shielding and cooling. In these cases, neutrons can be transmitted through each shielding container so that imaging can be performed, or imaging can be performed by immersing a radiation source and a device such as a collimator in water.
特に、現場で撮影しようとすると、原子炉又は大型の加速器中性子源を搬入することが困難であるため、小型中性子源、Cf−252のようなラジオアイソトープ(RI)中性子源を用いることになる。その結果、線源強度の弱い中性子線源で実用化しなければならないという課題がある。 In particular, it is difficult to carry in a nuclear reactor or a large accelerator neutron source when photographing on site, so a small neutron source or a radioisotope (RI) neutron source such as Cf-252 is used. As a result, there is a problem that a neutron source having a low source intensity must be put into practical use.
また、金属コンバータを放射化してフィルムに転写する間接法では、フィルムを感光することができる放射能量が必要になる。そのため、中性子の線源強度が強くなければならない。 In addition, the indirect method of activating a metal converter and transferring it to a film requires an amount of radioactivity capable of sensitizing the film. Therefore, the neutron source intensity must be high.
本実施形態が解決しようとする課題は、高放射線環境下において、被検体を破壊することなく、特定の核種を同定可能な核燃料の非破壊検査装置及び方法を提供することにある。 A problem to be solved by the present embodiment is to provide a non-destructive inspection apparatus and method for a nuclear fuel capable of identifying a specific nuclide without destroying a subject under a high radiation environment.
上記課題を解決するために、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査装置は、放射線を遮蔽する遮蔽容器と、前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a nondestructive inspection apparatus for nuclear fuel according to the present embodiment includes a shielding container for shielding radiation, a neutron source installed in the shielding container to generate neutrons, and a neutron source generated from the neutron source. A collimator that aligns the neutron flux that has been made, and a plurality of types of metal foil converters that are activated by neutrons transmitted through the neutrons whose nuclear flux has been collimated by the collimator and radiated to the subject of nuclear fuel, and the activated A detector that transfers radiation emitted from the plurality of types of metal foil converters and accumulates the radiation information as radiation information, an imaging unit that images the radiation information accumulated in the detector, and the plurality of types of metal foil converters. An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the imaged image based on a difference in cross-sectional area depending on neutron energy.
また、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査装置は、放射線を遮蔽する遮蔽容器と、前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、前記コリメータの中性子の出口部と前記被検体との間に設置され、前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板と、前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、前記互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換可能とし、その厚さの相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、を備えることを特徴とする。 Further, the nondestructive inspection apparatus for nuclear fuel according to the present embodiment aligns a shielding container for shielding radiation, a neutron source installed in the shielding container to generate neutrons, and a neutron flux generated from the neutron source. A collimator, a plurality of types of metal foil converters that irradiate a neutron beam whose flux is aligned by the collimator to a subject of nuclear fuel and are activated by neutrons transmitted therethrough, and a neutron outlet of the collimator and the subject And a plurality of target nuclides having different thicknesses from each other, including a nuclide having an equivalent or isotope of the target nuclide of the subject or a nuclide having a neutron resonance spectrum of the target nuclide or an isotope element thereof A filter plate, a detector for transferring the radiation emitted from the activated metal foil converters and accumulating the radiation as radiation information, An imaging unit for imaging the radiation information accumulated in the output device, and the plurality of target nuclide filter plates having different thicknesses can be exchanged, and the imaged image is calculated based on the difference in thickness. And an arithmetic processing unit for processing.
本実施形態に係る核燃料の非破壊検査方法は、コリメータが中性子源から発生した中性子の線束を揃える工程と、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、演算処理部が前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、を有することを特徴とする。 The non-destructive inspection method for nuclear fuel according to the present embodiment includes a step in which a collimator aligns a neutron flux generated from a neutron source, and a neutron beam which is transmitted by irradiating a neutron beam whose flux is aligned by the collimator to a subject of the nuclear fuel. An activation step of activating a plurality of types of metal foil converters at a transfer step of transferring radiation emitted from the activated plurality of types of metal foil converters to a detector and accumulating the radiation as radiation information; and An imaging step of imaging the radiation information accumulated in the vessel by an imaging unit, and an arithmetic processing unit is imaged based on a difference in cross-sectional area depending on neutron energy of the plurality of types of metal foil converters. And an arithmetic processing step of performing arithmetic processing on the image.
また、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査方法は、コリメータが中性子源から発生した中性子の線束を揃える工程と、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換し、その厚さの相違に基づいて演算処理部が前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、を有することを特徴とする。 Further, the nondestructive inspection method for nuclear fuel according to the present embodiment includes a step of aligning a neutron flux generated from a neutron source by a collimator, and irradiating a neutron beam whose flux is aligned by the collimator to an object of the nuclear fuel and transmitting the neutron beam. Activation step of activating a plurality of kinds of metal foil converters with neutrons, and a transfer step of transferring radiation emitted from the plurality of kinds of activated metal foil converters to a detector and accumulating the radiation as radiation information, The imaging step of imaging the radiation information accumulated in the detector by an imaging unit, an element of a target nuclide of the subject or an isotope element thereof, or a nuclide or a nuclide having a neutron resonance spectrum of the target nuclide A plurality of target nuclide filter plates having different thicknesses including isotope elements are exchanged, and the arithmetic processing unit is imaged based on the difference in the thickness. An arithmetic processing step of processing an image, that has the features.
本実施形態によれば、高放射線環境下において、被検体を破壊することなく、特定の核種を同定することが可能になる。 According to the present embodiment, it is possible to identify a specific nuclide in a high radiation environment without destroying the subject.
以下、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査装置及び方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a non-destructive inspection apparatus and method for a nuclear fuel according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態の核燃料の非破壊検査装置を示す平断面図である。図2は図1の被検体及びカセッテの構成を示す拡大平断面図である。
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a plan sectional view showing a non-destructive inspection apparatus for a nuclear fuel according to a first embodiment. FIG. 2 is an enlarged plan sectional view showing the configuration of the subject and the cassette of FIG.
図1に示すように、本実施形態の非破壊検査装置は、平断面矩形の箱状に形成されたγ線遮蔽容器1を有する。このγ線遮蔽容器1の内周面の全面には、中性子を遮蔽する中性子遮蔽材2が設置されている。この中性子遮蔽材2の一方の側の内面には、さらに中性子遮蔽材2aが設置されている。この中性子遮蔽材2aの内周面には、中性子を反射する反射材3が設けられている。この反射材3の内面には、モデレータ4を介して中性子発生源としての小型の中性子源5が設置されている。
As shown in FIG. 1, the nondestructive inspection apparatus of the present embodiment has a γ-
中性子源5の近傍には、コリメータ6の入口部6aが配置されている。このコリメータ6は、図示しない駆動機構により水平方向(太線矢印方向)に移動可能に構成されている。すなわち、コリメータ6は、駆動機構により中性子が通る方向に対して垂直に移動可能に構成されている。
An
小型の中性子源5には、例えば小型のD−D(重水素−重水素)反応を用いたD−D管又はD−T(重水素−三重水素)反応を用いたD−T管中性子源、慣性静電閉じ込め(IEC:Inertial Electrostatic Confinement)核融合中性子源、又はCf−252のラジオアイソトープ(RI)中性子源のいずれかが用いられる。
The
反射材3は、小型の中性子源5で発生した中性子を放出する方向を調整可能である。モデレータ4は、小型の中性子源5で発生した中性子のエネルギーを調整可能である。したがって、小型の中性子源5で発生した中性子はエネルギーが高い。そのため、反射材3及びモデレータ4は、それぞれ中性子を放出する方向やエネルギーを低下させて利用するエネルギー領域に応じて出力させる。
The reflecting
本実施形態では、モデレータ4の厚さ、あるいは水平移動可能なコリメータ6の停止位置を調整することによって、出力する中性子線7のエネルギー領域、γ線の混在割合を選択できるようにしている。
In the present embodiment, by adjusting the thickness of the
具体的には、モデレータ4の厚さが薄いと、熱中性子よりも高いエピサーマル領域及び高速中性子領域の成分が多くなる。そのため、コリメータ6の入口部6aを中性子源1の中性子放出方向の軸上からずらして設置することで、γ線成分を減らして熱中性子領域を増やすことが可能となる。
Specifically, when the thickness of the
コリメータ6は、その材料がボロン又はリチウムを多く含む物質とし、円筒型又は本実施形態のような円錐ダイバージェンス型(末広がり型:入口部6aに対して出口部6bの面積が大きくなったもの)とする。コリメータ6は、小型の中性子源5から発生した中性子の線束を揃える。
The collimator 6 is made of a material whose material contains a large amount of boron or lithium. The collimator 6 has a cylindrical shape or a conical divergence type as in the present embodiment (divergent type: an area of the
コリメータ6は、アルミニウム構造材で周壁面を形成し、その内部に炭化ボロン又はフッ化リチウム材料を収納して構成したり、あるいはエポキシ樹脂又はポリエチレンに炭化ボロン又はフッ化リチウムを練り込んで真空脱泡して内部の空隙を少なくするようにしたりして形成する。 The collimator 6 is formed by forming a peripheral wall surface with an aluminum structural material and storing a boron carbide or lithium fluoride material therein, or kneading boron carbide or lithium fluoride into an epoxy resin or polyethylene to vacuum remove. It is formed by foaming to reduce the internal voids.
エポキシ樹脂又はポリエチレンを用いる場合には、樹脂に含まれる水素成分が中性子と反応して放出される即発γ線(2Mev)が発生する。ボロンを用いる場合には、478keVの即発γ線を発生する。 When an epoxy resin or polyethylene is used, a prompt γ-ray (2 Mev) is generated, which is released when a hydrogen component contained in the resin reacts with neutrons. When boron is used, 478 keV prompt γ-rays are generated.
そのため、γ線の遮蔽効果が高い鉛又はビスマスの化合物(例えば、酸化鉛又は酸化ビスマス)をエポキシ樹脂又はポリエチレンに混ぜて即発γ線の散乱による低エネルギー成分、外部環境からのγ線を遮蔽する構成材料が用いられる。これらの材料は、中性子遮蔽材2,2aにも用いられる。
For this reason, a compound of lead or bismuth (for example, lead oxide or bismuth oxide) having a high γ-ray shielding effect is mixed with an epoxy resin or polyethylene, thereby shielding low energy components due to prompt γ-ray scattering and γ-rays from the external environment. A constituent material is used. These materials are also used for the
コリメータ6の出口部6bは、被検体遮蔽容器8内まで延びている。被検体遮蔽容器8は、中性子遮蔽材2の他方の側の内面に設置されている。被検体遮蔽容器8内には、保持容器としてのカセッテ9が設置されている。被検体遮蔽容器8内において、カセッテ9とコリメータ6の出口部6bとの間には、核燃料成分の主な元素であるウラン(U)及びプルトニウム(Pu)が混在する被検体10が設置されている。
The
本実施形態は、ウラン(U)及びプルトニウム(Pu)が混在する被検体10から標的核種10aとしてプルトニウム(Pu)を検出するものである。
In the present embodiment, plutonium (Pu) is detected as a
被検体遮蔽容器8は、被検体10から放出されるガンマ線を外部に出さないように構成され、さらに中性子遮蔽材2からの即発γ線含めて全体をγ線遮蔽容器1で囲むようにしている。
The
このカセッテ9内には、複数枚の金属箔コンバータ11が収納されている。具体的には、金属箔コンバータ11は、中性子線7が通る方向に積層して配列されている。金属箔コンバータ11は、特に一種類ではなく、中性子共鳴ピークエネルギーに応じて図2に示すように3種類の金属箔コンバータ12,13,及び14を備える。
A plurality of
これらの金属箔コンバータ12,13,及び14は、入力側板15と押え板16との間に積層され、コリメータ6を透過した中性子線7と反応する。なお、以下では、3種類の金属箔コンバータ12,13,及び14を一括して説明する場合には、金属箔コンバータ11として説明する。
These
金属箔コンバータ12,13,及び14は、その薄膜の厚さを300μm以下に圧延して製作したもの、あるいはベースとなる金属に金属箔を蒸着して製作したものが用いられる。金属箔コンバータ12,13,及び14は、その表面粗さ精度を100μm以下としている。
The
押え板16の背面には、押えばね17を介して閉止蓋18が設けられている。この閉止蓋18によってカセッテ9が閉止される。カセッテ9が閉止蓋18により閉止されたとき、押えばね17が押え板16の背面を押圧する。これにより、金属箔コンバータ12,13,及び14は、互いに圧接されて保持される。なお、本実施形態では、金属箔コンバータ12,13,及び14を圧接するために押えばね17を用いたが、これ以外にスポンジ等の弾性部材を用いてもよい。
On the back surface of the holding
3種類の金属箔コンバータ12,13,及び14は、小型の中性子源5からコリメータ6を透過した中性子線7が照射されて放射化される。この放射化された3種類の金属箔コンバータ12,13,及び14は、カセッテ9から取り出される。これらの金属箔コンバータ12,13,及び14は、検出器の一例としてのIP19に重ねられて転写して放射線情報として蓄積される。
The three types of
IP19に放射線を照射すると、蛍光体にエネルギーが蓄積され、放射線の吸収量に応じて蛍光体(輝尽性蛍光体)が発光する。この光は、放射線の照射を停止すると、次第に弱くなっていくものの、時間が経過した後もHe−Neレーザ光源から特定の波長(例えば、630nm)のレーザ光を照射することで、再び励起されて発光する。
When the
IP19に蓄積した放射線情報は、画像化部20により画像化される。具体的には、画像化部20は、発光現象を利用して蛍光体で吸収したものを、図示しないレーザ光源から出射されたレーザ光を照射しながら読取装置により光量を読み取ることで、デジタル画像データとして取得する。
The radiation information stored in the
演算処理部21は、複数の金属箔コンバータ12,13,及び14の後述する中性子のエネルギーに依存した断面積の相違から画像化部20により画像化されたデジタル画像データを演算処理することで、特定の核種を同定する。
The
演算処理部21は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ資源によって構成される。演算処理部21は、図示しないハードディスク等の記憶媒体に記憶された動作プログラム及び各種データ等をコンピュータが読み出してメインメモリに展開し、この展開された動作プログラムをCPU(Central Processing Unit)が順次実行する。
The
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
図3〜図7はウラン(U)とプルトニウム(Pu)同位体の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。図8〜図12はジスプロシウム(Dy)、金(Au)、インジウム(In)、ロジウム(Rh)、及びカドミウム(Cd)同位体の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。 FIGS. 3 to 7 are diagrams showing neutron energy and cross section data of uranium (U) and plutonium (Pu) isotopes. FIGS. 8 to 12 are graphs showing neutron energy and cross section data of dysprosium (Dy), gold (Au), indium (In), rhodium (Rh), and cadmium (Cd) isotopes.
まず、小型の中性子源5で発生した中性子は、コリメータ6を透過してエネルギー領域及び方向性が揃った中性子線7となる。この中性子線7は、被検体10の核燃料に照射され、この被検体10を透過した中性子をカセッテ9内の金属箔コンバータ11の金属箔コンバータ12,13,及び14に照射して放射化させる。
First, neutrons generated by the
ここで、照射する金属箔コンバータ11は、中性子共鳴ピークエネルギーに応じて3枚組み合わせ、積層して使用される。具体的には、本実施形態では、金属箔コンバータ12にジスプロシウム(Dy)箔、金属箔コンバータ13に金(Au)箔、金属箔コンバータ14にインジウム(In)箔を用い、中性子発生側にDy箔が位置するように重ねて設置する。これらの金属箔以外に、例えばルテチウム(Lu)箔、イリジウム(Ir)箔、レニウム(Re)箔を用いてもよい。
Here, three
次いで、核燃料と反応した中性子は、中性子発生側に位置するDy箔の金属箔コンバータ12と反応し、Dy箔を放射化させる。そして、次にAu箔の金属箔コンバータ13、さらにIn箔の金属箔コンバータ14と反応してそれぞれを放射化する。ここで、核燃料成分の主な元素としてウラン(U)とプルトニウム(Pu)に着目する。
Next, the neutrons that have reacted with the nuclear fuel react with the
図3〜図7に日本原子力研究開発機構の核データ研究グループより公開している核データの図(http://wwwndc.jaea.go.jp/NuC/index_J.html)を示す。これらの図は、ウラン(U)とプルトニウム(Pu)の同位体の中性子のエネルギーに対する反応割合を示している。同様に、放射化箔として使用するDy、Au、In、Rh、及びCdの中性子のエネルギーに対する反応割合を図8〜図12に示す。 Figures 3 to 7 show the figures (http://wwwndc.jaea.go.jp/NuC/index_J.html) of nuclear data released by the Nuclear Data Research Group of the Japan Atomic Energy Agency. These figures show the reaction rates of uranium (U) and plutonium (Pu) isotopes to neutron energy. Similarly, FIGS. 8 to 12 show the reaction ratios of neutrons to energy of Dy, Au, In, Rh, and Cd used as the activation foil.
図3〜図7において、特に中性子のエネルギー1eV(100)に着目すると、U核種では中性子との共鳴吸収ピークはないものの、Pu核種では反応割合の強い共鳴吸収ピークが存在する。
In FIGS. 3-7, in particular focusing on the
このことは、透過する中性子のエネルギーが1eVの場合、同じ密度で存在するウラン(U)とプルトニウム(Pu)とが混在していると仮定すると、プルトニウム(Pu)の部分を透過する中性子の方が多く反応し、ウラン(U)の部分を透過した状態よりも透過量が少なくなる。そして、プルトニウム(Pu)がスポットで存在していると、例えば影絵で黒い部分が影となるのと同様に、プルトニウム(Pu)部分の放射化量がウラン(U)の部分より少なく、転写した場合にイメージングとして区別できるようになる。 This means that if the energy of the transmitted neutron is 1 eV, assuming that uranium (U) and plutonium (Pu) existing at the same density are mixed, the neutron transmitted through the plutonium (Pu) portion is React more, and the permeation amount is smaller than that in the state where the uranium (U) portion has passed. When the plutonium (Pu) is present at the spot, the amount of activation of the plutonium (Pu) portion is smaller than that of the uranium (U) portion, similarly to the case where a black portion becomes a shadow in a shadow picture, for example. In this case, it can be distinguished as imaging.
次に、金属箔コンバータの転写工程について説明する。 Next, the transfer step of the metal foil converter will be described.
図1における構成で照射が終了した図2に示すカセッテ9を取外し、それぞれの金属箔コンバータ12,13,及び14をIP19に重ねて転写する。この場合、金属箔コンバータ12,13,及び14とIP19との間に隙間がないようにする。これは、内部を真空状態にすることが可能なバキュームカセッテ又は真空パック製造機のように密着性を高めるものを用いることで、画像の半影(ボケ)も低減することができる。逆に、密着性が低いとIP19の読取画像は、不鮮明になる。
The
金属箔コンバータ12,13,及び14とIP19との転写時間は、使用する金属箔元素の半減期に依存し、半減期の約5倍以上の転写時間でほぼ飽和平衡状態(金属箔コンバータから放射線が出なくなる時間)となる。この転写時間がIP19の読取りまでの目安時間となる。
The transfer time between the
さらに、複数の金属箔コンバータ12,13,及び14を転写する場合は、それぞれ読取装置のピクセル当たりの分解能の設定を同じにし、各金属箔コンバータ12,13,及び14が重なった位置情報がIP19上に転写して蓄積されるようにする。
Further, when a plurality of
IP19に蓄積した放射線情報は、画像化部20によりレーザ光を照射しながら読取装置により光量を読み取ることで、デジタル画像データとして取得する。そして、画像化部20により画像化されたデジタル画像データは、演算処理部21により複数の金属箔コンバータ12,13,及び14の後述する中性子のエネルギーに依存した断面積の相違から演算処理される。これにより、特定の中性子共鳴吸収核種のみの画像を強調して表示することが可能になる。その結果、特定の核種を同定することができる。
The radiation information stored in the
このように本実施形態によれば、核燃料検査を行う現場において、複数の種類の金属箔コンバータ12,13,及び14を組み合わせて小型の中性子源5で放射化させ、この放射化させた各金属箔コンバータ12,13,及び14をIP19に転写させ、読取装置により読み取ったイメージ画像を演算処理することにより、プルトニウムスポット等のような特定の核種について同定することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, a plurality of types of
(第2実施形態)
図13は第2実施形態の核燃料の非破壊検査装置を示す平断面図である。なお、本実施形態は、前記第1実施形態の変形例であって、前記第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
(2nd Embodiment)
FIG. 13 is a plan sectional view showing a non-destructive inspection apparatus for a nuclear fuel according to the second embodiment. This embodiment is a modified example of the first embodiment, and the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
本実施形態は、前記第1実施形態の構成に加えて、被検体遮蔽容器8内において、コリメータ6の出口部6bと被検体10との間に、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25が設置されている。これらの標的核種フィルタ板25は、中性子線7が通る方向に配列され、厚さを変えるために交換可能に構成されている。なお、厚さを変える場合には、標的核種フィルタ板25が設置されていない場合も含むものとする。
In the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a plurality of target nuclide filter plates having different thicknesses are provided between the
互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25は、被検体10の標的核種10aと同等もしくはその同位体の元素、又は標的核種10aの中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む複数の厚さのフィルタを備えている。
The plurality of target
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
本実施形態の中性子の照射方法は、前記第1実施形態と同様である。また、被検体10を透過させて金属箔コンバータ11を放射化し、IP19に転写する方法も前記第1実施形態と同様である。
The neutron irradiation method of the present embodiment is the same as in the first embodiment. The method of radiating the
ところで、本実施形態では、上記のように核燃料で確認したい核種、厳密には同位体核種の均一な板であって、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25がコリメータ6の出口部6bと被検体10との間に設置されている。本実施形態では、これら厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25(フィルタ板の無い状態も含む)を透過した後にさらに被検体10を透過して金属箔コンバータ11を放射化させる。
By the way, in the present embodiment, a plurality of target
この互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25に応じ、標的核種10aと同じ同位体の共鳴領域の中性子は、被検体10の核燃料構成要素内における同位体で透過量に差が生じる。その結果、金属箔コンバータ11の放射化量も変化し、転写したIP19の放射線情報は、画像化部20により画像化すると、画像の濃度も異なるようになる。そして、得られたIP19の画像データ間の差分を演算処理部21により演算することで、フィルタとして選択した核種の同位体の濃度を求めることが可能になる。
In accordance with the plurality of target
例えば、標的核種10aとして仮にPu−240を想定する。図7に示したデータからPu−240の共鳴吸収ピークは1eVに存在する。そこで、厚さの異なる標的核種フィルタ板25にPu−240を用いれば、そのフィルタの厚さに応じて中性子の透過量が変化し、金属箔コンバータ12のDy箔又は金属箔コンバータ14のIn箔が放射化し、前記第1実施形態と同様にIP19に転写させる。
For example, suppose that the
IP19に蓄積した放射線情報は、画像化部20によりレーザ光を照射しながら読取装置により光量を読み取ることで、デジタル画像データとして取得する。そして、画像化部20により画像化されたデジタル画像データは、演算処理部21により標的核種フィルタ板25の厚さの違いから演算処理される。これにより、被検体10内のPu−240の分布及び量を求めることが可能になる。
The radiation information stored in the
但し、ここで使用するPu−240の代わりに、図10に示すIn−115及び図11に示すRh−103でも1eVに近い共鳴吸収ピークが存在しているため、これら核種の厚さを変えたフィルタでも、上記と同様にPu−240の変化量を求めることが可能になる。 However, instead of Pu-240 used here, In-115 shown in FIG. 10 and Rh-103 shown in FIG. 11 also have resonance absorption peaks near 1 eV, so the thickness of these nuclides was changed. With the filter as well, the amount of change of Pu-240 can be obtained in the same manner as described above.
このことは、標的核種10aをIn−115とし、標的核種フィルタ板25にRh−103を用いることも可能である。また、標的核種10aをPu−239とした場合については、標的核種フィルタ板25にCd−113を用いることも可能である。
This means that the
このように本実施形態によれば、コリメータ6の出口部6bと被検体10との間に、厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25が設置され、これらの標的核種フィルタ板25の厚さの相違による画像を演算処理することにより、前記第1実施形態と同様に特定の核種を同定することができる。
As described above, according to the present embodiment, a plurality of target
なお、本実施形態において、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25は、例えば厚さの異なる標的核種フィルタ板を交換して厚さを変えるか、あるいは同じ厚さの複数の標的核種フィルタ板の枚数を相違させて厚さを変えたものに交換するようにしてもよい。
In the present embodiment, the plurality of target
また、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板25は、厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板の中から一部の標的核種フィルタ板を取り除いたものに交換して厚さを変えるか、あるいは他の標的核種フィルタ板を加えたものに交換して厚さを変えるようにしてもよい。
In addition, the plurality of target
(その他の実施形態)
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
(Other embodiments)
Although embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and their equivalents.
例えば、前記各実施形態では、検出器としてIP19を用いた例について説明したが、これに限らず例えば輝尽性蛍光体、フィルム、蛍光体シート等を用いてもよい。 For example, in each of the above embodiments, an example in which IP19 is used as the detector has been described. However, the present invention is not limited to this, and a stimulable phosphor, a film, a phosphor sheet, or the like may be used.
また、前記各実施形態では、放射化された金属箔コンバータ11をIP19を感光して転写するようにしたが、これ以外に金属箔コンバータ11を発光させて転写するか、あるいは励起状態をCCD、CMOS等の撮像素子に転写するようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the activated
1…γ線遮蔽容器(遮蔽容器)、2,2a…中性子遮蔽材、3…反射材、4…モデレータ、5…小型の中性子源(中性子源)、6…コリメータ、6a…入口部、6b…出口部、7…中性子線、8…被検体遮蔽容器、9…カセッテ(保持容器)、10…被検体、10a…標的核種、11…金属箔コンバータ、12…金属箔コンバータ、13…金属箔コンバータ、14…金属箔コンバータ、15…入力側板、16…押え板、17…押えばね、18…閉止蓋、19…IP(検出器)、20…画像化部、21…演算処理部、25…標的核種フィルタ板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、
前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、
前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、
前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、
を備えることを特徴とする核燃料の非破壊検査装置。 A shielding container for shielding radiation,
A neutron source installed in the shielding container to generate neutrons,
A collimator that aligns the neutron flux generated from the neutron source,
A plurality of types of metal foil converters, which are activated by neutrons transmitted by irradiating a neutron beam whose collimator has a uniform flux to a subject of nuclear fuel, and
A detector that transfers radiation emitted from the activated metal foil converters and accumulates the radiation as radiation information,
An imaging unit for imaging the radiation information accumulated in the detector,
An arithmetic processing unit that arithmetically processes the imaged image based on a difference in cross-sectional area depending on neutron energy of the plurality of types of metal foil converters,
A non-destructive inspection device for nuclear fuel, comprising:
前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、
前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、
前記コリメータの中性子の出口部と前記被検体との間に設置され、前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板と、
前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、
前記互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換可能とし、その厚さの相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、
を備えることを特徴とする核燃料の非破壊検査装置。 A shielding container for shielding radiation,
A neutron source installed in the shielding container to generate neutrons,
A collimator that aligns the neutron flux generated from the neutron source,
A plurality of types of metal foil converters, which are activated by neutrons transmitted by irradiating a neutron beam whose collimator has a uniform flux to a subject of nuclear fuel, and
The collimator is provided between the neutron outlet of the collimator and the subject, and is an element of the same or an isotope as the target nuclide of the subject, or a nuclide having a neutron resonance spectrum of the target nuclide or an element of the isotope thereof A plurality of target nuclide filter plates having different thicknesses from each other,
A detector that transfers radiation emitted from the activated metal foil converters and accumulates the radiation as radiation information,
An imaging unit for imaging the radiation information accumulated in the detector,
A plurality of target nuclide filter plates having different thicknesses are replaceable, and an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the imaged image based on the difference in the thickness,
A non-destructive inspection device for nuclear fuel, comprising:
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、
前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、
演算処理部が前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、
を有することを特徴とする核燃料の非破壊検査方法。 A collimator aligning the neutron flux generated from the neutron source; and
An activation step of activating a plurality of types of metal foil converters with neutrons transmitted by irradiating a neutron beam having a uniform flux with the collimator to a subject of nuclear fuel,
A transfer step of transferring radiation emitted from the activated plural kinds of metal foil converters to a detector and accumulating it as radiation information,
An imaging step of imaging the radiation information accumulated in the detector by an imaging unit,
An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the imaged image based on a difference in cross-sectional area depending on neutron energy of the plurality of types of metal foil converters,
A nondestructive inspection method for nuclear fuel, comprising:
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、
前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、
前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換し、その厚さの相違に基づいて演算処理部が前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、
を有することを特徴とする核燃料の非破壊検査方法。 A step of aligning the neutron flux generated from the neutron source by the collimator;
An activation step of activating a plurality of types of metal foil converters with neutrons transmitted by irradiating a neutron beam having a uniform flux with the collimator to a subject of nuclear fuel,
A transfer step of transferring radiation emitted from the activated plural kinds of metal foil converters to a detector and accumulating the radiation as radiation information,
An imaging step of imaging the radiation information accumulated in the detector by an imaging unit,
The target nuclide of the subject or an element of the isotope thereof, or a plurality of target nuclide filter plates different in thickness from each other including a nuclide having a neutron resonance spectrum of the target nuclide or an element of the isotope are replaced, and An arithmetic processing step in which an arithmetic processing unit performs arithmetic processing on the imaged image based on the difference in thickness,
A nondestructive inspection method for nuclear fuel, comprising:
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