JP6633480B2 - Apparatus and method for measuring heavy element content - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、核燃料や燃料デブリなどの重元素含有物を測定する重元素含有物の測定技術に関する。   Embodiments of the present invention relate to a heavy element-containing measurement technique for measuring heavy element-containing substances such as nuclear fuel and fuel debris.

核セキュリティ上の観点から、核燃料の重量測定は重要となる。通常、核関連施設ごとに保有する核燃料の重量や保存場所が厳密に記録、管理されている。   From the viewpoint of nuclear security, weighing of nuclear fuel is important. Usually, the weight and storage location of nuclear fuel at each nuclear facility is strictly recorded and managed.

一方、原子力発電所の冷却機能喪失事故が起きた場合、原子炉の核燃料が溶融し、圧力容器を貫通して格納容器などに達して、溶融した核燃料が再固化した燃料デブリが発生する恐れがある。このような事態が発生した場合、燃料デブリを原子炉建屋から取り出し遮蔽容器（収納容器）に収容して、安全に保管、管理する必要がある。しかし、通常の記録から燃料デブリの重量を把握する事はできないため、測定によって燃料デブリを定量する方法が必要となる。   On the other hand, if a nuclear power plant loses its cooling function, the nuclear fuel in the nuclear reactor may melt, penetrate the pressure vessel, reach the containment vessel, etc., and cause fuel debris in which the molten nuclear fuel is re-solidified. is there. When such a situation occurs, it is necessary to take out fuel debris from the reactor building, store it in a shielding container (storage container), and store and manage it safely. However, since the weight of the fuel debris cannot be grasped from a normal record, a method of quantifying the fuel debris by measurement is required.

核燃料と圧力容器などを構成する構造材料とが溶融、混合して生成された燃料デブリは、その物質組成を直接的に把握することは高い放射線量などの問題により困難となる。このため、燃料デブリに含まれる核物質の定量は、収納容器から燃料デブリを取り出すこと無く、非破壊・非接触で行う事が望ましい。   For fuel debris produced by melting and mixing a nuclear fuel and a structural material constituting a pressure vessel or the like, it is difficult to directly grasp the material composition due to a problem such as a high radiation dose. For this reason, it is desirable that the quantification of the nuclear material contained in the fuel debris be performed in a non-destructive and non-contact manner without taking out the fuel debris from the storage container.

代表的な非破壊検査手法として、Ｘ線ラジオグラフィがある。しかし、遮蔽容器を透過させるために高いエネルギーが必要になる他、核物質と他の物質の識別が困難であることから燃料デブリのような重元素含有物の測定には適さない。   X-ray radiography is a typical nondestructive inspection technique. However, high energy is required to pass through the shielding container, and it is not suitable for measurement of heavy element-containing substances such as fuel debris because it is difficult to distinguish nuclear material from other materials.

近年、遮蔽容器や構造物の内部に保持された物質情報を得るための様々な非破壊検査技術が検討されている。例えば、燃料デブリなどの重元素含有物の情報を得る方法として、ガンマ線スペクトル測定から燃料デブリの燃焼度を推定する方法が提案されている。   In recent years, various non-destructive inspection techniques for obtaining information on substances held inside shielded containers and structures have been studied. For example, as a method of obtaining information on heavy element-containing substances such as fuel debris, a method of estimating the burnup of fuel debris from gamma ray spectrum measurement has been proposed.

また、放射線透視技術の一種として、荷電粒子であるミュオンの飛行軌跡を利用したミュオン透視技術が注目されている。この技術は、人工的な放射線を使用せずに、宇宙から地球に入射する宇宙線の一種であるミュオンの飛行軌跡を測定することで、構造物の内部を画像化する手法であり、大型建築物の透過試験や火山の密度分布の測定に利用されている。   Also, as one kind of radioscopic technique, muon fluoroscopy technology using the flight trajectory of muons, which are charged particles, has attracted attention. This technology measures the flight trajectory of muons, which are a type of cosmic rays entering the earth from space, without using artificial radiation, to image the inside of structures. It is used for permeation tests of objects and measurement of density distribution of volcanoes.

ミュオンによる透視技術では、透視の対象となる構造物にミュオン軌跡検出器が外設される。そして、この軌跡検出器によりミュオンの飛行軌跡を検出し、軌跡を解析することで構造物内部における物質の存在位置、材質が判別されて、構造物内部のイメージングが行われる。   In the muon fluoroscopy technology, a muon trajectory detector is provided externally to a structure to be fluoroscopy. The locus detector detects the muon's flight locus and analyzes the locus to determine the location and the material of the substance inside the structure, thereby performing imaging inside the structure.

特開２０１４−７０９２０号公報JP 2014-70920 A 特表２０１２−５０１４５０号公報JP 2012-501450 A

通常の核燃料のように燃料集合体の形状が維持されている場合は、核物質の総量が把握可能である。一方、燃料デブリは形状や組成が不定となるため、物質から放出される放射線を測定して燃焼度を求める方法では、容器内部の燃料デブリ全体に対する核種の割合が測定できたとしても、燃料デブリ中に含まれる核物質の重量を測定することはできない。   When the shape of the fuel assembly is maintained as in the case of ordinary nuclear fuel, the total amount of nuclear material can be ascertained. On the other hand, since the shape and composition of the fuel debris are undefined, the method of measuring the radiation emitted from the substance to determine the burnup, even if the ratio of nuclides to the entire fuel debris inside the container can be measured, The weight of nuclear material contained in it cannot be measured.

また、ミュオンを用いた透視技術では、構造物の内部おいて重元素（例えば、ウランやプルトニウムなどの核物質）が存在する位置でのミュオンの散乱角が、軽元素（例えば、鉄）などの存在位置の散乱角よりも大きくなることを利用して核物質の存在位置及びその材質の測定を行っている。しかし、測定された散乱角のみの情報に基づいて核物質の重量を特定することは困難であった。   In addition, in a fluoroscopic technique using muons, the scattering angle of muons at a position where a heavy element (for example, a nuclear substance such as uranium or plutonium) exists inside a structure is reduced by a light element (for example, iron). Utilizing the fact that the scattering angle becomes larger than the scattering angle of the existing position, the present position and the material of the nuclear material are measured. However, it has been difficult to specify the weight of the nuclear material based on only the measured scattering angle.

このように、原子力発電所の事故により発生した燃料デブリは、形状や組成が不定であるため、遮蔽容器に収容された燃料デブリの組成や核物質の重量を測定することは困難である。   As described above, since the shape and composition of the fuel debris generated by the accident at the nuclear power plant are undefined, it is difficult to measure the composition of the fuel debris and the weight of the nuclear material contained in the shielding container.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、核燃料や燃料デブリなどの重元素含有物の組成及びその密度を推定できる重元素含有物の測定技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a heavy element-containing measurement technique capable of estimating the composition and density of heavy element-containing substances such as nuclear fuel and fuel debris.

本発明の実施形態に係る重元素含有物の測定装置は、重元素含有物を内部に収容する収納容器に向かってミュオンを出力するミュオン出力部と、前記収納容器に外設された第１軌跡検出器で検出された、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付ける第１受付部と、前記収納容器を挟んで第１軌跡検出器に対向する位置に設けられた第２軌跡検出器で検出された、前記収納容器から出射する前記ミュオンの出射軌跡を受け付ける第２受付部と、前記ミュオンのエネルギーが変更して設定された際に、前記第１軌跡検出器及び前記第２軌跡検出器で検出される前記ミュオンの数に基づいてエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を測定する透過率測定部と、入射する前記ミュオンの入射軌跡と出射する前記ミュオンの出射軌跡とに基づいて前記ミュオンの散乱角を計算する散乱角計算部と、計算された前記散乱角から求めた放射長に基づいて前記重元素含有物の組成を特定する組成特定部と、特定された前記重元素含有物の密度をパラメータとして、前記収納容器に出力される前記ミュオンのエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を評価する透過率評価部と、評価した透過率と測定した透過率とを照合して、収納容器内の前記重元素含有物の密度を求める物質密度推定部と、を備えることを特徴とする。   A heavy element-containing substance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a muon output unit that outputs muons toward a storage container that stores therein a heavy element-containing substance, and a first trajectory that is provided outside the storage container. A first receiving unit for receiving an incident trajectory of the muon incident on the storage container detected by the detector, and a second trajectory detector provided at a position facing the first trajectory detector across the storage container A second receiving unit that receives the detected emission trajectory of the muon emitted from the storage container; and the first trajectory detector and the second trajectory detector when the energy of the muon is changed and set. A transmittance measurement unit that measures the transmittance of the muon in accordance with the energy based on the number of the muons detected in, the incident locus of the muon to enter and the exit locus of the muon to exit A scattering angle calculation unit that calculates the scattering angle of the muon, a composition specifying unit that specifies the composition of the heavy element-containing material based on the radiation length obtained from the calculated scattering angle, and the specified weight. Using the density of the element-containing material as a parameter, a transmittance evaluation unit that evaluates the transmittance of the muon according to the energy of the muon output to the storage container, and compares the evaluated transmittance with the measured transmittance. A substance density estimating unit for determining the density of the heavy element-containing substance in the storage container.

本発明の実施形態に係る重元素含有物の測定方法は、重元素含有物を内部に収容する収納容器に向かってミュオンを出力するミュオン出力部を用いて、前記収納容器に外設された第１軌跡検出器で検出された、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付けるステップと、前記収納容器を挟んで第１軌跡検出器に対向する位置に設けられた第２軌跡検出器で検出された、前記収納容器から出射する前記ミュオンの出射軌跡を受け付けるステップと、前記ミュオンのエネルギーが変更して設定された際に、前記第１軌跡検出器及び前記第２軌跡検出器で検出される前記ミュオンの数に基づいてエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を測定するステップと、入射する前記ミュオンの入射軌跡と出射する前記ミュオンの出射軌跡とに基づいて前記ミュオンの散乱角を計算するステップと、計算された前記散乱角から求めた放射長に基づいて前記重元素含有物の組成を特定するステップと、特定された前記重元素含有物の密度をパラメータとして、前記収納容器に出力される前記ミュオンのエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を評価するステップと、評価した透過率と測定した透過率とを照合して、収納容器内の前記重元素含有物の密度を求めるステップと、を含むことを特徴とする。   The method for measuring a heavy element-containing substance according to the embodiment of the present invention uses a muon output unit that outputs a muon toward a storage container that contains the heavy element-containing substance, and a muon output unit that is provided outside the storage container. Receiving an incident trajectory of the muon incident on the storage container detected by one trajectory detector, and detecting by a second trajectory detector provided at a position opposite to the first trajectory detector across the storage container Receiving the emission trajectory of the muon emitted from the storage container, and when the energy of the muon is changed and set, the detection is detected by the first trajectory detector and the second trajectory detector Measuring the transmittance of the muon in accordance with the energy based on the number of the muons; and measuring the transmittance of the muon to be incident and the emission locus of the muon to be emitted. Calculating the scattering angle of the muon, specifying the composition of the heavy element-containing material based on the emission length obtained from the calculated scattering angle, and calculating the density of the specified heavy element-containing material. Evaluating, as a parameter, the transmittance of the muon according to the energy of the muon output to the storage container, collating the evaluated transmittance with the measured transmittance, and determining the heavy element in the storage container. Determining the density of the inclusions.

本発明の実施形態により、核燃料や燃料デブリなどの重元素含有物の組成及びその密度を推定できる重元素含有物の測定技術を提供する。   According to an embodiment of the present invention, there is provided a technique for measuring heavy element-containing substances such as nuclear fuel and fuel debris, which can estimate the composition and density of the heavy element-containing substances.

第１実施形態に係る重元素含有物の測定装置の構成図。The block diagram of the measuring device of the heavy element containing thing concerning 1st Embodiment. ミュオンの出力エネルギーを変化させた場合に、各エネルギーにおいて測定されるミュオンの透過率の一例を示すグラフ。6 is a graph showing an example of muon transmittance measured at each energy when the muon output energy is changed. 収納容器内の燃料デブリで散乱するミュオンの散乱角を求める方法を説明する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method of obtaining a scattering angle of muons scattered by fuel debris in a storage container. 収納容器内にウランが存在すると仮定して、ウランの密度を複数設定した場合における、エネルギーに応じたミュオンの透過率を示す計算例。7 is a calculation example showing a muon transmittance according to energy when a plurality of uranium densities are set on the assumption that uranium exists in the storage container. 第１実施形態に係る重元素含有物の測定手順を示すフローチャート。5 is a flowchart showing a procedure for measuring a heavy element-containing substance according to the first embodiment. 第２実施形態に係る重元素含有物の測定装置の構成図。The block diagram of the measuring device of the heavy element containing substance which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る重元素含有物の測定手順を示すフローチャート。9 is a flowchart showing a procedure for measuring a heavy element-containing substance according to the second embodiment. 第３実施形態に係る重元素含有物の測定装置の構成図。The block diagram of the measuring device of the heavy element containing substance which concerns on 3rd Embodiment. コリメータを用いて収納容器にミュオンを出力する構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure which outputs a muon to a storage container using a collimator. 収納容器に設定された照射位置を示す説明図。Explanatory drawing which shows the irradiation position set to the storage container. 容器保持部を介して変位する収納容器を示す側面図。The side view which shows the storage container displaced via a container holding part.

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る燃料デブリ１１の測定装置１０は、重元素含有物(燃料デブリ１１)が収容された収納容器１２に対してミュオンを出力し、ミュオンの軌跡検出器を用いて収納容器１２を通過するミュオンの散乱角と収納容器１２に対するミュオンの透過率とを測定する。そして、散乱角に基づいて燃料デブリ１１の組成を特定し、ミュオンの透過率に基づいて燃料デブリ１１の密度を求める装置である。 (1st Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The measuring device 10 for the fuel debris 11 according to the present embodiment outputs muons to the storage container 12 in which the heavy element-containing substance (fuel debris 11) is stored, and outputs the storage container 12 using the muon trajectory detector. The scattering angle of the passing muon and the transmittance of the muon to the storage container 12 are measured. And it is a device which specifies the composition of the fuel debris 11 based on the scattering angle and obtains the density of the fuel debris 11 based on the muon transmittance.

収納容器１２は、金属製の収納部材であり、その内部に燃料デブリ１１が充填され収容されている。円筒型の収納容器１２は、容器の下部に設けられた容器保持部１３に支持されている。   The storage container 12 is a metal storage member, in which the fuel debris 11 is filled and stored. The cylindrical storage container 12 is supported by a container holder 13 provided at a lower part of the container.

燃料デブリ１１は、原子力発電所において苛酷事故が発生した際に、炉心が溶融して生じた炉心溶融物である。燃料デブリは、圧力容器や炉内外の構造物などの鉄系材料、被覆管やチャンネルボックス材料のジルコニウム材、核燃料の中に含まれている酸化物燃料（酸化ウランや酸化プルトニウム）、ＦＰ（核分裂生成物）酸化物等の様々な物質が不均一な状態で混在する混合物である。   The fuel debris 11 is a core melt produced by melting the core when a severe accident occurs in a nuclear power plant. Fuel debris includes iron-based materials such as pressure vessels and structures inside and outside the furnace, zirconium materials for cladding tubes and channel box materials, oxide fuel (uranium oxide and plutonium oxide) contained in nuclear fuel, and FP (nuclear fission). Product) A mixture in which various substances such as oxides are mixed in a non-uniform state.

第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６は、高い透過力を有した荷電粒子であるミュオンの飛行軌跡を検出するミュオン軌跡検出器である。このミュオン軌跡検出器は、ミュオンの通過を検出可能なドリフトチューブ２８を複数平行に配列させたものを１層として、複数層（少なくとも３層以上）に配置させたものである（図３参照）。   The first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16 are muon trajectory detectors that detect a trajectory of a muon, which is a charged particle having a high transmission power. This muon trajectory detector has a structure in which a plurality of drift tubes 28 capable of detecting the passage of muons are arranged in parallel, and are arranged in a plurality of layers (at least three layers or more) (see FIG. 3). .

軌跡検出器は、ミュオンの通過が検出された各ドリフトチューブ２８の検出信号に基づいてミュオンの通過軌跡を検出する。なお、ドリフトチューブ２８に代えてミュオンの通過を検出可能なシンチレーション検出器を用いても良い。   The trajectory detector detects the trajectory of the muon passage based on the detection signal of each drift tube 28 in which the passage of the muon has been detected. Note that a scintillation detector capable of detecting the passage of muons may be used instead of the drift tube 28.

第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６の構成として、ミュオンの軌跡を３次元的に検出可能となるため、ドリフトチューブ２８を平行に配列させたドリフトチューブ２８の層を、軸方向の向きが交互に直角となるように複数の層に重ねて構成させることが望ましい。   As the configuration of the first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16, the muon trajectory can be detected three-dimensionally, so that the layer of the drift tube 28 in which the drift tubes 28 are arranged in parallel is It is preferable that the layers are stacked on a plurality of layers so that the directions are alternately perpendicular.

第１軌跡検出器１５と第２軌跡検出器１６は、収納容器１２を挟んで対向する位置に設置される。第１軌跡検出器１５、収納容器１２、及び第２軌跡検出器１６は、出力されたミュオンがこの順番で通過するように直線上に配置されている。   The first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16 are installed at positions facing each other with the storage container 12 interposed therebetween. The first trajectory detector 15, the storage container 12, and the second trajectory detector 16 are arranged on a straight line so that the output muons pass in this order.

第１軌跡検出器１５は、収納容器１２に入射するミュオンの入射軌跡及び通過時間（入射時刻）を検出する。そして、検出した入射軌跡及びミュオンの通過時間を解析装置１８に送信する。   The first trajectory detector 15 detects an incident trajectory and a transit time (incident time) of the muon incident on the storage container 12. Then, the detected incident trajectory and the transit time of the muon are transmitted to the analyzer 18.

一方、第２軌跡検出器１６は、収納容器１２を通過後のミュオンの出射軌跡及び通過時間（出射時刻）を検出する。そして、検出した出射軌跡及びミュオンの通過時間を解析装置１８に送信する。   On the other hand, the second trajectory detector 16 detects the emission trajectory and the transit time (emission time) of the muon after passing through the storage container 12. Then, the detected emission trajectory and the transit time of the muon are transmitted to the analyzer 18.

図１に示すように第１実施形態に係る燃料デブリ１１の測定装置１０は、収納容器１２に対してミュオンを出力するミュオン出力部１４と、出力されるミュオンのエネルギーを設定する出力エネルギー制御部１７と、解析装置１８と、を備えている。   As shown in FIG. 1, a measuring device 10 for fuel debris 11 according to the first embodiment includes a muon output unit 14 that outputs muons to a storage container 12 and an output energy control unit that sets muon energy to be output. 17 and an analysis device 18.

ミュオン出力部１４は、陽子加速器を備えており、加速した陽子ビームをベリリウムなどのターゲットに衝突させてパイ中間子を発生させる。そして、発生したパイ中間子をソレノイド磁石や四重極電磁石で集めて、パイ中間子が崩壊した際に発生するミュオン（ミュオンビーム）を出力する。ミュオン出力部１４は、陽子ビームの出力を調整することで任意のエネルギーのミュオンを出力できる。   The muon output unit 14 includes a proton accelerator, and generates a pion by colliding the accelerated proton beam with a target such as beryllium. Then, the generated pions are collected by a solenoid magnet or a quadrupole electromagnet, and muons (muon beams) generated when the pions collapse are output. The muon output unit 14 can output muons of any energy by adjusting the output of the proton beam.

出力エネルギー制御部１７は、ミュオン出力部１４から出力されるミュオンのエネルギーを設定する。ミュオンのエネルギーに応じた収納容器１２に対するミュオンの透過率を測定するために、低いエネルギーから高いエネルギーまで、ミュオン出力部１４から出力されるミュオンのエネルギーを変更して設定していく。エネルギーの設定情報は、解析装置１８に送信される。   The output energy control unit 17 sets the muon energy output from the muon output unit 14. In order to measure the transmittance of the muon to the storage container 12 according to the muon energy, the muon energy output from the muon output unit 14 is changed and set from low energy to high energy. The energy setting information is transmitted to the analysis device 18.

解析装置１８は、第１受付部１９と、第２受付部２０と、同時計数部２１と、透過率測定部２２と、散乱角計算部２３と、放射長導出部２４と、組成特定部２５と、透過率評価部２６と、物質密度推定部２７と、を備えている。   The analysis device 18 includes a first receiving unit 19, a second receiving unit 20, a coincidence counting unit 21, a transmittance measuring unit 22, a scattering angle calculating unit 23, a radiation length deriving unit 24, and a composition specifying unit 25. And a transmittance estimating unit 26 and a material density estimating unit 27.

なお、解析装置１８を構成する各ユニットの機能は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）の他、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や光ディスク装置等の外部記憶装置を含む記憶媒体である記憶回路に保持された所定のプログラムコードを、FPGA（Field Programmable Gate Array）、PLD(programmable logic device)、GPU（Graphics Processing Unit）、またはCPU（Central Processing Unit）などのプロセッサなどの電子回路において実行することによって実現しても良く、このようなソフトウェア処理に限らず、例えば、ＡＳＩＣ等の電子回路を用いたハードウェア処理で実現しても良いし、ソフトウェア処理とハードウェア処理とを組み合わせて実現しても良い   The function of each unit constituting the analyzer 18 is a storage medium including an external storage device such as a hard disk drive (HDD) and an optical disk device in addition to a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM). A predetermined program code stored in a storage circuit is executed in an electronic circuit such as a processor such as a field programmable gate array (FPGA), a programmable logic device (PLD), a graphics processing unit (GPU), or a central processing unit (CPU). The present invention is not limited to such software processing, and may be realized by hardware processing using an electronic circuit such as an ASIC, or may be realized by a combination of software processing and hardware processing. May

第１受付部１９は、第１軌跡検出器１５から送信されたミュオンの入射軌跡及び入射時間を受け付ける。そして、第１受付部１９は、受け付けた入射軌跡及び入射時間を同時計数部２１に出力する。   The first reception unit 19 receives the muon incident trajectory and the incident time transmitted from the first trajectory detector 15. Then, the first receiving unit 19 outputs the received incident trajectory and the incident time to the coincidence unit 21.

第２受付部２０は、第２軌跡検出器１６から収納容器１２を通過した後のミュオンの出射軌跡及び通過時間を受け付ける。そして、第２受付部２０は、入力した出射軌跡及び出射時間を同時計数部２１に出力する。   The second receiving unit 20 receives the emission trajectory and the transit time of the muon after passing through the storage container 12 from the second trajectory detector 16. Then, the second reception unit 20 outputs the input emission trajectory and emission time to the coincidence unit 21.

同時計数部２１は、入射時間及び出射時間のデータを用いて、一定時間内に第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６のそれぞれで検出された入射軌跡と出射軌跡とを同一のミュオンによる検出データとして選別する。なお、一定時間とは、同一のミュオンに関する軌跡であることが判定可能な時間を意味し、例えばミュオンが収納容器１２の通過に要する時間として想定される時間のうち最大の時間等が考えられる。   The coincidence counting section 21 uses the data of the incident time and the emission time to determine the same trajectory and the same trajectory detected by each of the first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16 within a certain time. Is selected as the detection data. The certain time means a time during which it can be determined that the trajectory is related to the same muon. For example, a maximum time among the times required for the muon to pass through the storage container 12 can be considered.

ミュオンが収納容器１２を透過する場合は、入射軌跡と出射軌跡が同一のミュオンの検出データとして取得される。一方、ミュオンが燃料デブリ中で停止して収納容器１２を透過できない場合は、入射軌跡のみが検出され、出射軌跡の情報は欠落する。   When the muon passes through the storage container 12, the incident trajectory and the exit trajectory are acquired as the same muon detection data. On the other hand, when the muon stops in the fuel debris and cannot pass through the storage container 12, only the incident trajectory is detected, and information on the exit trajectory is missing.

同時計数部２１により、第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６において検出される複数のミュオンについて、同一のミュオンに関する検出データが選別される。なお、同一のミュオンに関する検出データを十分に判別できる程度に解析装置１８側でデータの入力を制限した場合は、同時計数部２１を省略する構成として良い。   The coincidence counting section 21 sorts out detection data relating to the same muon from a plurality of muons detected by the first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16. When data input is limited on the analyzer 18 side to the extent that detection data on the same muon can be sufficiently determined, the coincidence counting unit 21 may be omitted.

透過率測定部２２は、出力エネルギー制御部１７によりミュオンのエネルギー値が変更され設定されたときに、軌跡検出器で検出されるミュオンの数に基づいてミュオンの透過率をエネルギー値ごとに測定する。設定されるエネルギー値の情報は、出力エネルギー制御部１７から入力する。   The transmittance measuring unit 22 measures the muon transmittance for each energy value based on the number of muons detected by the trajectory detector when the muon energy value is changed and set by the output energy control unit 17. . Information on the energy value to be set is input from the output energy control unit 17.

具体的には、設定された１つのエネルギー値について、第１軌跡検出器１５で検出されるミュオンの入射検出数に対する第２軌跡検出器１６で検出される出射検出数の比率を透過率として測定する。透過率測定部２２は、設定されたミュオンのエネルギーごとに透過率を測定する。   Specifically, for one set energy value, the ratio of the number of outgoing detections detected by the second trajectory detector 16 to the number of muon incidences detected by the first trajectory detector 15 is measured as transmittance. I do. The transmittance measuring unit 22 measures the transmittance for each set muon energy.

図２は、ミュオンの出力エネルギーを変化させて設定した場合に、各エネルギーにおいて測定されるミュオンの透過率の一例を示すグラフである。横軸はミュオンの出力エネルギーを示しており、縦軸はミュオンの透過率を示している。ミュオンの出力エネルギーは、０（ＭｅＶ）から４００（ＭｅＶ）の間で設定している。   FIG. 2 is a graph showing an example of the muon transmittance measured at each energy when the muon output energy is changed and set. The horizontal axis shows the muon output energy, and the vertical axis shows the muon transmittance. The muon output energy is set between 0 (MeV) and 400 (MeV).

収納容器１２内に照射されたミュオンがデブリ中でエネルギーを全て失った場合は、収納容器１２を透過することができない。このため、透過率は１よりも低い値となる。一方、照射されたミュオンが収納容器１２を透過して第２軌跡検出器１６で全て検出される場合、透過率は１となる。透過率が１となるエネルギーの最小値は、ミュオンが収納容器１２を透過できるエネルギーの閾値となる。したがって、この透過率の測定により、収納容器１２内における燃料デブリ１１の組成及び厚さに対してミュオンが透過可能となるエネルギーの閾値を求めることができる。   When the muon irradiated into the storage container 12 loses all the energy during the debris, it cannot pass through the storage container 12. Therefore, the transmittance is a value lower than 1. On the other hand, when the irradiated muons pass through the storage container 12 and are all detected by the second trajectory detector 16, the transmittance becomes 1. The minimum value of the energy at which the transmittance becomes 1 is a threshold value of the energy at which muons can pass through the storage container 12. Therefore, by measuring the transmittance, it is possible to obtain a threshold value of energy at which muons can pass through the composition and thickness of the fuel debris 11 in the storage container 12.

図１に戻って説明を続ける。
散乱角計算部２３は、同時計数部２１から同一のミュオンについての入射軌跡及び出射軌跡入力して、この入射軌跡及び出射軌跡に基づいてミュオンの散乱角を計算する。 Returning to FIG. 1, the description will be continued.
The scattering angle calculator 23 receives the input trajectory and the output trajectory of the same muon from the coincidence unit 21 and calculates the scattering angle of the muon based on the input trajectory and the output trajectory.

図３は、収納容器１２内の燃料デブリ１１で散乱するミュオンの散乱角θを求める方法を説明する図である。ミュオンの入射軌跡をＴｉｎとして、出射軌跡をＴｏｕｔとする。散乱角θは、入射軌跡Ｔｉｎが散乱により変化しないと仮定した場合の予想軌跡Ｔｉｎ’と出射軌跡Ｔｏｕｔとのなす角により計算される。入射軌跡Ｔｉｎが変化した点が散乱位置Ａとなる。 FIG. 3 is a diagram for explaining a method of obtaining the scattering angle θ of muons scattered by the fuel debris 11 in the storage container 12. The incident trajectory of the muon is defined as T in and the emission trajectory is defined as T out . The scattering angle θ is calculated by an angle between an expected trajectory T in ′ and an emission trajectory T out assuming that the incident trajectory T in does not change due to scattering. That the incident trajectory T in has changed is the scattering position A.

放射長導出部２４は、散乱角計算部２３で求めた散乱角θと物質固有の値である放射長Ｘ０との関係に基づいて放射長Ｘ０を求める。ミュオンが物質を通過する際のクーロン多重散乱による散乱角θは、通過する物質の放射長Ｘ０、密度、物質の厚さｔに依存して下記式（１）のように表すことができる。ウランやプルトニウムなどの重元素では、散乱角θは大きくなる。なお、ここでは、ある物質が容器内に隙間無く充填されているものと仮定する。 Radiating length deriving section 24 obtains the radiation length X 0 based on the relationship between the radiation length X 0 is the scattering angle θ and substance-specific value determined by the scattering angle calculation unit 23. The scattering angle θ due to Coulomb multiple scattering when a muon passes through a substance can be expressed as in the following equation (1) depending on the radiation length X 0 , the density, and the thickness t of the substance passing therethrough. For heavy elements such as uranium and plutonium, the scattering angle θ increases. Here, it is assumed that a certain substance is filled in the container without any gap.

Figure 0006633480
Figure 0006633480

ｖとｐはミュオンの速度と運動量であるため、ｖｐはミュオン出力部１４から出力されて収納容器１２に入射するミュオンのエネルギーに対応する。物質の厚さｔは、物質が充填される収納容器１２の厚さ（内径）に対応する。このため、下記式（１）を用いることで散乱角θから放射長Ｘ０を求めることができる。 Since v and p are the muon speed and momentum, vp corresponds to the muon energy output from the muon output unit 14 and incident on the storage container 12. The thickness t of the substance corresponds to the thickness (inner diameter) of the container 12 filled with the substance. Therefore, it is possible to determine the radiation length X 0 from the scattering angle θ by using the following equation (1).

組成特定部２５は、放射長Ｘ０は物質固有の値となるため、求めた放射長Ｘ０から燃料デブリ１１の組成（種類）を特定する。このように、ミュオンの入射軌跡及び出射軌跡に基づいて計算した散乱角θから燃料デブリ１１の組成を特定することができる。 Composition specifying unit 25, the radiation length X 0 is for a material-specific value to identify the composition of the fuel debris 11 from the radiation length X 0 obtained (type). In this manner, the composition of the fuel debris 11 can be specified from the scattering angle θ calculated based on the muon incidence trajectory and emission trajectory.

透過率評価部２６は、組成が特定された燃料デブリ１１の密度をパラメータとして変化させて、ミュオンのエネルギーに応じた透過率を、設定した密度それぞれに対して評価する。   The transmittance evaluation unit 26 changes the density of the fuel debris 11 whose composition is specified as a parameter, and evaluates the transmittance according to the muon energy for each of the set densities.

具体的には、組成特定部２５で特定された物質の密度を複数設定して、各密度それぞれについてエネルギーに応じたミュオンの透過率をシミュレーション計算により求める。シミュレーション計算は、軌跡検出器の設置位置など実際の測定と同様の条件下で行う。物質中でミュオンが失う通過距離当たりのエネルギーは、既知の情報となる。なお、ミュオンの出力エネルギーは、出力エネルギー制御部１７で設定されるエネルギー設定域と同じ範囲で設定する。   Specifically, a plurality of densities of the substance specified by the composition specifying unit 25 are set, and the muon transmittance corresponding to the energy for each of the densities is obtained by a simulation calculation. The simulation calculation is performed under the same conditions as the actual measurement such as the installation position of the trajectory detector. The energy per distance traveled by muons in matter is known information. The muon output energy is set in the same range as the energy setting range set by the output energy control unit 17.

そして、透過率評価部２６は、設定される物質の密度それぞれについて、ミュオンが透過できるエネルギーの閾値、すなわち透過率が１となるエネルギーの最小値を求める。   Then, the transmittance evaluator 26 obtains, for each of the set densities of the substances, a threshold value of the energy that muons can transmit, that is, a minimum value of the energy at which the transmittance becomes 1.

図４は、収納容器１２にウランが存在していると仮定して、ウランの密度を４．８（ｇ／ｃｍ３）、９．５（ｇ／ｃｍ３）、１４．２（ｇ／ｃｍ３）、及び１８．９（ｇ／ｃｍ３）の４つの条件に設定した場合における、エネルギーに応じたミュオンの透過率を示す計算例である。 FIG. 4 shows that uranium density is 4.8 (g / cm 3 ), 9.5 (g / cm 3 ), and 14.2 (g / cm 3 ), assuming that uranium exists in the storage container 12. 3 ) and 18.9 (g / cm 3 ), which are calculation examples showing muon transmittance according to energy when four conditions are set.

図４に示すように、収納容器１２のウランの密度に応じてミュオンが透過できるエネルギーの閾値が異なる値となり、密度が高いほど高いエネルギーを必要とすることが分かる。   As shown in FIG. 4, the threshold value of the energy that muons can transmit varies depending on the density of uranium in the storage container 12, and it can be seen that a higher density requires higher energy.

物質密度推定部２７（図１）は、透過率評価部２６で評価した透過率と透過率測定部２２で測定した透過率とを照合して、収納容器１２内における燃料デブリ１１の密度を求める。具体的には、透過率評価部２６で求めた密度ごとのエネルギーの閾値と、透過率評価部２６で求めたエネルギーの閾値とを照合して、合致する閾値に対応する密度を燃料デブリ１１の密度とする。   The material density estimating unit 27 (FIG. 1) collates the transmittance evaluated by the transmittance evaluating unit 26 with the transmittance measured by the transmittance measuring unit 22 to determine the density of the fuel debris 11 in the storage container 12. . Specifically, the energy threshold for each density determined by the transmittance evaluator 26 is compared with the energy threshold determined by the transmittance evaluator 26, and the density corresponding to the matching threshold is determined for the fuel debris 11. Density.

なお、燃料デブリ１１の密度の導出は、透過率評価部２６で評価したエネルギーに応じて変化する透過率の推移（波形）と、透過率測定部２２で測定したエネルギーに応じて変化する透過率の推移（波形）とを重ねて合わせて照合して、燃料デブリ１１の密度を求めても良い。   The density of the fuel debris 11 is derived by changing the transmittance (waveform) that changes according to the energy evaluated by the transmittance evaluation unit 26 and the transmittance that changes according to the energy measured by the transmittance measurement unit 22. The density (density) of the fuel debris 11 may be obtained by superimposing and matching the transition (waveform) of.

このように、収納容器１２内の燃料デブリ１１の組成が判明すれば、収納容器１２を透過するミュオンの透過率に基づいて燃料デブリ１１の密度を推定することができる。   Thus, if the composition of the fuel debris 11 in the storage container 12 is known, the density of the fuel debris 11 can be estimated based on the transmittance of the muons passing through the storage container 12.

図５は、第１実施形態に係る燃料デブリ１１の測定手順を示すフローチャートである（適宜、図１参照）。   FIG. 5 is a flowchart showing a measurement procedure of the fuel debris 11 according to the first embodiment (see FIG. 1 as appropriate).

ミュオン出力部１４は、ミュオンを収納容器１２に照射する（Ｓ１０）。出力エネルギー制御部１７は、ミュオンのエネルギーに応じたミュオンの透過率を測定するために、低いエネルギーから高いエネルギーまで、ミュオン出力部１４から出力されるミュオンのエネルギーを変更して設定していく。   The muon output unit 14 irradiates the storage container 12 with the muon (S10). The output energy control unit 17 changes and sets the muon energy output from the muon output unit 14 from low energy to high energy in order to measure the muon transmittance according to the muon energy.

透過率測定部２２は、第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６で検出されるミュオンの検出数に基づいてエネルギーに応じたミュオンの透過率を測定する（Ｓ１１）。   The transmittance measuring unit 22 measures the muon transmittance according to the energy based on the number of muons detected by the first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16 (S11).

第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６は、ミュオンの入射軌跡及び出射軌跡を検出する（Ｓ１２）。同時計数部２１は、第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６において検出される複数のミュオンの軌跡情報について、同一のミュオンに関する検出データを選別する。   The first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16 detect the entrance trajectory and the exit trajectory of the muon (S12). The coincidence counting unit 21 selects detection data relating to the same muon from trajectory information of a plurality of muons detected by the first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16.

散乱角計算部２３は、同一のミュオンについての入射軌跡及び出射軌跡に基づいてミュオンの散乱角θを計算する（Ｓ１３）。   The scattering angle calculator 23 calculates the scattering angle θ of the muon based on the incident trajectory and the emission trajectory of the same muon (S13).

放射長導出部２４は、上述の式（１）を用いて計算された散乱角θに基づいて放射長Ｘ０を求める（Ｓ１４）。そして、組成特定部２５は、求めた放射長Ｘ０から燃料デブリ１１の組成を特定する（Ｓ１５）。 Radiating length deriving section 24 obtains the radiation length X 0 based on θ scattering angle calculated using Equation (1) described above (S14). The composition specification unit 25 specifies the composition of the fuel debris 11 from the radiation length X 0 determined (S15).

透過率評価部２６は、組成が特定された燃料デブリ１１の密度をパラメータとして変化させて、ミュオンのエネルギーに応じた透過率を、設定した密度それぞれに対して評価する（Ｓ１６）。   The transmittance evaluator 26 changes the density of the fuel debris 11 whose composition is specified as a parameter, and evaluates the transmittance corresponding to the muon energy for each of the set densities (S16).

物質密度推定部２７は、透過率評価部２６で評価した透過率と透過率測定部２２で測定した透過率とを照合して、収納容器１２内における燃料デブリ１１の密度を求める（Ｓ１７）。   The material density estimating unit 27 collates the transmittance evaluated by the transmittance evaluating unit 26 with the transmittance measured by the transmittance measuring unit 22 to obtain the density of the fuel debris 11 in the storage container 12 (S17).

以上のように、燃料デブリ１１などの形状や組成が不定である測定対象について、ミュオンの散乱角及び収納容器１２に対するミュオンの透過率を用いることで測定対象の組成及びその密度を非破壊かつ非接触で推定することができる。   As described above, for the measurement target whose shape and composition such as the fuel debris 11 are indefinite, the composition and density of the measurement target are non-destructively and non-destructively by using the muon scattering angle and the muon transmittance to the storage container 12. Can be estimated by contact.

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る燃料デブリ１１の測定装置１０の構成図を示している。なお、図６において第１実施形態（図１）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。 (2nd Embodiment)
FIG. 6 shows a configuration diagram of a measuring device 10 for fuel debris 11 according to the second embodiment. In FIG. 6, portions having the same configuration or function as those of the first embodiment (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

通常、燃料デブリ１１はある程度の空隙を含んで収納容器１２に収容される。このため、燃料デブリ１１が容器中に隙間なく封入されている場合と比較すると、平均密度が低くなる傾向にある。散乱角θのみの情報から特定される物質の組成は、測定対象の実際の密度を考慮せずに求めるものとなるため、本来よりも軽い物質に特定されるおそれがある。   Usually, the fuel debris 11 is stored in the storage container 12 with a certain gap. For this reason, the average density tends to be lower than when the fuel debris 11 is sealed in the container without any gap. Since the composition of the substance specified from the information of only the scattering angle θ is determined without considering the actual density of the measurement target, the composition may be specified as a lighter substance than originally intended.

このため、物質の組成をより正確に特定してその密度を求めるためには、収納容器１２内における燃料デブリ１１の充填率を考慮して散乱角θを適切に補正する必要がある。   Therefore, in order to more accurately specify the composition of the substance and determine its density, it is necessary to appropriately correct the scattering angle θ in consideration of the filling rate of the fuel debris 11 in the storage container 12.

そこで、第２実施形態における燃料デブリ１１の測定装置１０は、充填率計算部２９と、散乱角補正部３０と、を備える。   Therefore, the measurement device 10 for the fuel debris 11 in the second embodiment includes a filling factor calculation unit 29 and a scattering angle correction unit 30.

充填率計算部２９は、組成特定部２５で特定された組成の物質が収納容器１２に充填されたと仮定した場合の密度（充填密度とする）を求める。そして、この充填密度に対する物質密度推定部２７で求めた密度の比率を充填率として計算する。   The filling rate calculating unit 29 obtains a density (hereinafter referred to as a filling density) when it is assumed that the substance having the composition specified by the composition specifying unit 25 is filled in the storage container 12. Then, the ratio of the density obtained by the substance density estimating unit 27 to the packing density is calculated as the packing ratio.

具体的に充填率の計算方法を説明する。ここで、散乱角計算部２３で計算されたミュオンの散乱角θ（０）とし、組成特定部２５で特定された組成の物質をＭ（０）とする。そして、物質密度推定部２７で求められるＭ（０）の密度をｄ（０）とする。   The method of calculating the filling rate will be specifically described. Here, the scattering angle θ of the muon calculated by the scattering angle calculation unit 23 is defined as θ (0), and the substance having the composition specified by the composition specification unit 25 is defined as M (0). Then, the density of M (0) obtained by the material density estimating unit 27 is set to d (0).

充填率計算部２９は、物質Ｍ（０）が収納容器１２の内部に１００％充填されていると仮定した場合における充填密度ｄｈ（０）を求める。なお、組成が特定されているＭ（０）の密度は既知となるため、この密度から充填密度ｄｈ（０）を求めることができる。 The filling rate calculation unit 29 obtains a filling density d h (0) when it is assumed that the substance M (0) is 100% filled in the storage container 12. The density of the M (0) where the composition is identified to become known, it is possible to obtain the packing density d h (0) from the density.

そして、充填率計算部２９は、充填密度ｄｈ（０）に対するｄ（０）の比率を取ることで収納容器１２中の充填率Ｒを求める（下記式（２））。この充填率は、特定された物質が、実際の物質よりも軽い物質だった場合には１より小さくなる。一方、実際の物質よりも重い物質だった場合には１より大きくなる。 Then, the filling rate calculation unit 29 obtains the filling rate R in the storage container 12 by taking the ratio of d (0) to the filling density d h (0) (formula (2) below). This filling factor will be less than 1 if the specified substance is lighter than the actual substance. On the other hand, if the substance is heavier than the actual substance, it becomes larger than 1.

Ｒ＝ｄ（０）／ｄｈ（０） ・・・式（２）
Ｒ：充填率
ｄ（０）：特定された物質の推定密度
ｄｈ（０）：特定された物質が収納容器１２に１００％充填されたと仮定した場合の充填密度 R = d (0) / d h (0) ··· (2)
R: filling rate d (0): estimated density d h (0) of the specified substance: filling density when the specified substance is assumed to be 100% filled in the storage container 12

散乱角補正部３０は、計算した充填率Ｒを用いて、散乱角計算部２３で計算されたミュオンの散乱角θ（０）を補正する。収納容器１２内には燃料デブリ１１が充填率Ｒだけ含まれているものと仮定して、充填率１００％のときの散乱角θ（１）を求める（下記式（３））。   The scattering angle correction unit 30 corrects the muon scattering angle θ (0) calculated by the scattering angle calculation unit 23 using the calculated filling rate R. Assuming that the storage container 12 contains the fuel debris 11 by the filling rate R, the scattering angle θ (1) at the filling rate of 100% is obtained (the following equation (3)).

θ（１）＝θ（０）／Ｒ ・・・式（３）
θ（１）：充填率１００％のときの散乱角θ（１）
θ（０）：計算された散乱角
Ｒ：充填率 θ (1) = θ (0) / R Expression (3)
θ (1): scattering angle θ (1) at a filling factor of 100%
θ (0): calculated scattering angle R: filling factor

この補正された散乱角θ（１）から燃料デブリ１１の組成を再度特定して、その密度を求める。なお、燃料デブリ１１の組成を特定し、燃料デブリ１１の密度を求める方法は、第１実施形態と同様となるため説明を省略する。   The composition of the fuel debris 11 is specified again from the corrected scattering angle θ (1), and its density is obtained. Note that the method of specifying the composition of the fuel debris 11 and determining the density of the fuel debris 11 is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

このように、収納容器１２内における燃料デブリ１１の充填率を求めて、この充填率を用いて実際の入射軌跡及び出射軌跡に基づいて計算された散乱角を補正する。これにより、物質の組成をより正確に特定してその密度を求めることができる。   As described above, the filling rate of the fuel debris 11 in the storage container 12 is obtained, and the scattering angle calculated based on the actual incident trajectory and the actual exit trajectory is corrected using the filling rate. As a result, the composition of the substance can be specified more accurately and its density can be determined.

また、充填率計算部２９及び散乱角補正部３０を用いた密度の再計算は、計算された密度が一定の値に収束するまで、あるいは、所定の計算回数以上になるまで繰り返し行っても良い。密度の計算を繰り返し行うことで、特定される物質の組成と計算される密度を高い精度で求めることができる。   Further, the recalculation of the density using the filling factor calculation unit 29 and the scattering angle correction unit 30 may be repeatedly performed until the calculated density converges to a constant value or until the calculated density becomes equal to or more than a predetermined number of times. . By repeatedly calculating the density, the composition of the specified substance and the calculated density can be obtained with high accuracy.

図７は、第２実施形態に係る燃料デブリ１１の測定手順を示すフローチャートである（適宜、図６参照）。第２実施形態に係る燃料デブリ１１の測定手順と同一となる部分は適宜省略して説明する。   FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for measuring the fuel debris 11 according to the second embodiment (see FIG. 6 as appropriate). A description of the same steps as those of the measurement procedure of the fuel debris 11 according to the second embodiment will be omitted as appropriate.

ミュオン出力部１４は、ミュオンを収納容器１２に照射する（Ｓ２０）。出力エネルギー制御部１７は、ミュオンのエネルギーに応じたミュオンの透過率を測定するために、低いエネルギーから高いエネルギーまで、ミュオン出力部１４から出力されるミュオンのエネルギーを変更して設定していく。   The muon output unit 14 irradiates the storage container 12 with the muon (S20). The output energy control unit 17 changes and sets the muon energy output from the muon output unit 14 from low energy to high energy in order to measure the muon transmittance according to the muon energy.

透過率測定部２２は、第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６で検出されるミュオンの検出数に基づいてエネルギーに応じたミュオンの透過率を測定する（Ｓ２１）。   The transmittance measuring unit 22 measures the muon transmittance according to the energy based on the number of muons detected by the first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16 (S21).

第１軌跡検出器１５及び第２軌跡検出器１６は、ミュオンの入射軌跡及び出射軌跡を検出する（Ｓ２２）。   The first trajectory detector 15 and the second trajectory detector 16 detect the entrance trajectory and the exit trajectory of the muon (S22).

散乱角計算部２３は、同一のミュオンについての入射軌跡及び出射軌跡に基づいてミュオンの散乱角θを計算する（Ｓ２３）。   The scattering angle calculator 23 calculates the scattering angle θ of the muon based on the incident trajectory and the emission trajectory of the same muon (S23).

放射長導出部２４は、計算された散乱角θから、上述の式（１）を用いて放射長Ｘ０を求める（Ｓ２４）。そして、組成特定部２５は、求めた放射長Ｘ０から燃料デブリ１１の組成を特定する（Ｓ２５）。 Radiating length deriving unit 24, from the calculated scattering angle theta, determine the radiation length X 0 using Equation (1) described above (S24). The composition specification unit 25 specifies the composition of the fuel debris 11 from the radiation length X 0 determined (S25).

透過率評価部２６は、組成が特定された燃料デブリ１１の密度をパラメータとして変化させて、ミュオンのエネルギーに応じた透過率を、設定した密度それぞれに対して評価する（Ｓ２６）。   The transmittance evaluator 26 changes the density of the fuel debris 11 whose composition is specified as a parameter, and evaluates the transmittance corresponding to the muon energy for each of the set densities (S26).

物質密度推定部２７は、透過率評価部２６で評価した透過率と透過率測定部２２で測定した透過率とを照合して、収納容器１２内における燃料デブリ１１の密度を求める（Ｓ２７）。   The material density estimating unit 27 determines the density of the fuel debris 11 in the storage container 12 by comparing the transmittance evaluated by the transmittance evaluating unit 26 with the transmittance measured by the transmittance measuring unit 22 (S27).

充填率計算部２９は、組成特定部２５で特定された組成の物質が収納容器１２に１００％充填されたと仮定した場合の充填密度を求める（Ｓ２９）。そして、この充填密度に対する物質密度推定部２７で求めた密度の比率を充填率として計算する（Ｓ３０）。   The filling rate calculation unit 29 obtains a packing density when it is assumed that the storage container 12 is completely filled with the substance having the composition specified by the composition specifying unit 25 (S29). Then, the ratio of the density obtained by the material density estimating unit 27 to the packing density is calculated as the packing ratio (S30).

散乱角補正部３０は、計算した充填率を用いて、散乱角計算部２３で計算されたミュオンの散乱角θを補正する（Ｓ３１）。そして、補正された散乱角に基づいて燃料デブリ１１の組成を特定し、その密度を求める（Ｓ２４〜S２７）。   The scattering angle correction unit 30 corrects the muon scattering angle θ calculated by the scattering angle calculation unit 23 using the calculated filling factor (S31). Then, the composition of the fuel debris 11 is specified based on the corrected scattering angle, and its density is determined (S24 to S27).

燃料デブリ１１の密度が収束するまで、Ｓ２４〜Ｓ３１までの処理を繰り返して、燃料デブリ１１の組成の特定及び密度の計算を行う（Ｓ２８：ＮＯ）。一方、燃料デブリ１１の密度が収束した場合は終了する（Ｓ２８：ＹＥＳ）。   Until the density of the fuel debris 11 converges, the processes from S24 to S31 are repeated to specify the composition of the fuel debris 11 and calculate the density (S28: NO). On the other hand, when the density of the fuel debris 11 has converged, the process ends (S28: YES).

このように、収納容器１２内における燃料デブリ１１の充填率を考慮して散乱角θを補正することで、物質の組成をより正確に特定してその密度を求めることができる。   As described above, by correcting the scattering angle θ in consideration of the filling rate of the fuel debris 11 in the storage container 12, the composition of the substance can be more accurately specified and its density can be obtained.

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る燃料デブリ１１の測定装置１０の構成図を示している。なお、図８において第１実施形態（図１）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。なお、燃料デブリ１１の組成の特定及び密度の推定手順は、第１実施形態と同様の方法となるため説明を省略する。 (Third embodiment)
FIG. 8 shows a configuration diagram of a measuring device 10 for fuel debris 11 according to the third embodiment. In FIG. 8, portions having the same configuration or function as those of the first embodiment (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Note that the procedure for specifying the composition of the fuel debris 11 and estimating the density is the same as that in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

収納容器１２内に収容された核物質を含む燃料デブリ１１は、容器内の空間に均一であるとは限らず、入射するミュオンの位置によって透過率や散乱角が異なる場合がある。この場合は、透過率や散乱角に基づいて推定される燃料デブリ１１の組成や密度は、入射するミュオンの位置により異なる。   The fuel debris 11 containing the nuclear material contained in the storage container 12 is not always uniform in the space inside the container, and the transmittance and the scattering angle may vary depending on the position of the muon to be incident. In this case, the composition and density of the fuel debris 11 estimated based on the transmittance and the scattering angle differ depending on the position of the incident muon.

推定される燃料デブリ１１の組成や密度について、収納容器１２における分布を求めるためには、収納容器１２に照射するミュオンの位置を変更する必要がある。   In order to obtain the distribution of the estimated composition and density of the fuel debris 11 in the storage container 12, it is necessary to change the position of the muon to be irradiated on the storage container 12.

第３実施形態における測定装置１０では、収納容器１２が変位可能に容器保持部１３に支持されている。そして、測定装置１０は、収納容器１２を変位させて、収納容器１２におけるミュオンの照射位置を設定する測定位置設定部３１を備えている。コリメータ３３は、ミュオン出力部１４から出力されて収納容器１２に照射されるミュオン（ミュオンビーム）を適切な大きさに設定するものである。   In the measuring device 10 according to the third embodiment, the storage container 12 is displaceably supported by the container holding unit 13. The measuring device 10 includes a measurement position setting unit 31 that displaces the storage container 12 and sets the irradiation position of the muon in the storage container 12. The collimator 33 sets the muon (muon beam) output from the muon output unit 14 and irradiated to the storage container 12 to an appropriate size.

図９は、コリメータ３３を用いて収納容器１２にミュオンを出力する構成を示す説明図である。コリメータ３３は、ミュオン出力部１４のミュオン出力口の近傍に設けられており、収納容器１２に照射されるミュオンを一定の領域に設定する。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration for outputting muons to the storage container 12 using the collimator 33. The collimator 33 is provided in the vicinity of the muon output port of the muon output unit 14, and sets the muon irradiated on the storage container 12 to a certain area.

測定位置設定部３１は、収納容器１２の表面を複数の照射領域に区分して、各照射領域をミュオンの照射位置３２として設定する。図１０は、収納容器１２に設定された照射位置３２の一例を示す説明図である。測定位置設定部３１は、コリメータ３３を通過して収納容器１２に照射されるミュオンの照射領域が各照射位置３２となるように、容器保持部１３を介して収納容器１２を移動させる。   The measurement position setting unit 31 divides the surface of the storage container 12 into a plurality of irradiation regions, and sets each irradiation region as a muon irradiation position 32. FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of the irradiation position 32 set in the storage container 12. The measurement position setting unit 31 moves the storage container 12 via the container holding unit 13 so that the irradiation area of the muon that passes through the collimator 33 and irradiates the storage container 12 is each irradiation position 32.

図１１は、容器保持部１３を介して変位する収納容器１２を示す側面図である。容器保持部１３は、上下の方向、ミュオンの出力方向に対して左右の方向、及び、容器の軸方向を中心にして回転可能に収納容器１２を支持している。符号３２ａは、図１０中の照射位置３２ａに対応している。   FIG. 11 is a side view showing the storage container 12 that is displaced via the container holding portion 13. The container holding unit 13 supports the storage container 12 so as to be rotatable about the vertical direction, the left and right direction with respect to the muon output direction, and the axial direction of the container. Reference numeral 32a corresponds to the irradiation position 32a in FIG.

物質密度推定部２７は、組成が特定された燃料デブリ１１の密度を照射位置３２のそれぞれについて求める。物質密度推定部２７は、推定された燃料デブリ１１の組成及び密度と照射位置３２とを関連付けて表示部（図示省略）などに出力する。   The material density estimating unit 27 obtains the density of the fuel debris 11 whose composition is specified for each irradiation position 32. The material density estimating unit 27 associates the estimated composition and density of the fuel debris 11 with the irradiation position 32 and outputs it to a display unit (not shown).

収納容器１２の内部における平均的な組成および密度を求める場合には、収納容器１２全体に均一にミュオンを照射して、測定される散乱角及び透過率に基づいて燃料デブリ１１の組成及び密度を求めても良い。一方、第３実施形態では、ミュオンの照射位置ごとに燃料デブリ１１の組成及び密度を求める。これにより、収納容器１２における測定結果の分布を求めることができる。   When obtaining the average composition and density inside the storage container 12, the entire storage container 12 is uniformly irradiated with muons, and the composition and density of the fuel debris 11 are determined based on the measured scattering angle and transmittance. You may ask. On the other hand, in the third embodiment, the composition and density of the fuel debris 11 are determined for each muon irradiation position. Thereby, the distribution of the measurement results in the storage container 12 can be obtained.

以上述べた各実施形態の重元素含有物の測定装置によれば、収納容器を通過するミュオンの散乱角と収納容器に対するミュオンの透過率とを用いることにより、核燃料や燃料デブリなどの重元素含有物の組成及びその密度を非破壊かつ非接触で推定できる。   According to the heavy element-containing measurement device of each embodiment described above, by using the scattering angle of the muon passing through the storage container and the transmittance of the muon to the storage container, the heavy element-containing material such as nuclear fuel or fuel debris is used. The composition of an object and its density can be estimated in a non-destructive and non-contact manner.

本発明のいくつか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。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。なお、収納容器を通過させるミュオンとしては、エネルギーが特定できれば、宇宙から地球に入射する一次宇宙線が地球の大気と反応する事により生じる二次宇宙線を用いても良い。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes 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. As the muon that passes through the storage container, a secondary cosmic ray generated by reacting primary cosmic rays incident on the earth from space with the atmosphere of the earth may be used as long as the energy can be specified.

１０…重元素含有物の測定装置、１１…燃料デブリ（重元素含有物）、１２…収納容器、１３…容器保持部、１４…ミュオン出力部、１５…第１軌跡検出器、１６…第２軌跡検出器、１７…出力エネルギー制御部、１８…解析装置、１９…第１受付部、２０…第２受付部、２１…同時計数部、２２…透過率測定部、２３…散乱角計算部、２４…放射長導出部、２５…組成特定部、２６…透過率評価部、２７…物質密度推定部、２８…ドリフトチューブ、２９…充填率計算部、３０…散乱角補正部、３１…測定位置設定部、３２…照射位置、３３…コリメータ、Ａ…散乱位置、θ…散乱角。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Heavy element content measuring device, 11 ... Fuel debris (heavy element content), 12 ... Storage container, 13 ... Container holding part, 14 ... Muon output part, 15 ... 1st trajectory detector, 16 ... 2nd Trajectory detector, 17: output energy control unit, 18: analysis device, 19: first reception unit, 20: second reception unit, 21: coincidence unit, 22: transmittance measurement unit, 23: scattering angle calculation unit, 24: radiation length deriving unit, 25: composition specifying unit, 26: transmittance estimating unit, 27: material density estimating unit, 28: drift tube, 29: filling factor calculating unit, 30: scattering angle correcting unit, 31: measuring position Setting unit, 32: irradiation position, 33: collimator, A: scattering position, θ: scattering angle.

Claims (5)

重元素含有物を内部に収容する収納容器に向かってミュオンを出力するミュオン出力部と、
前記収納容器に外設された第１軌跡検出器で検出された、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付ける第１受付部と、
前記収納容器を挟んで第１軌跡検出器に対向する位置に設けられた第２軌跡検出器で検出された、前記収納容器から出射する前記ミュオンの出射軌跡を受け付ける第２受付部と、
前記ミュオンのエネルギーが変更して設定された際に、前記第１軌跡検出器及び前記第２軌跡検出器で検出される前記ミュオンの数に基づいてエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を測定する透過率測定部と、
入射する前記ミュオンの入射軌跡と出射する前記ミュオンの出射軌跡とに基づいて前記ミュオンの散乱角を計算する散乱角計算部と、
計算された前記散乱角から求めた放射長に基づいて前記重元素含有物の組成を特定する組成特定部と、
特定された前記重元素含有物の密度をパラメータとして、前記収納容器に出力される前記ミュオンのエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を評価する透過率評価部と、
評価した透過率と測定した透過率とを照合して、収納容器内の前記重元素含有物の密度を求める物質密度推定部と、を備えることを特徴とする重元素含有物の測定装置。 A muon output unit that outputs muons toward a storage container that contains a heavy element-containing substance therein,
A first receiving unit configured to receive an incident trajectory of a muon incident on the storage container, the first reception unit being detected by a first trajectory detector provided outside the storage container;
A second receiving unit that receives the emission trajectory of the muon emitted from the storage container, detected by a second trajectory detector provided at a position facing the first trajectory detector across the storage container,
When the energy of the muon is changed and set, the transmittance of the muon according to the energy is measured based on the number of the muons detected by the first trajectory detector and the second trajectory detector. A transmittance measuring section,
A scattering angle calculation unit that calculates a scattering angle of the muon based on an incident trajectory of the muon to enter and an emission trajectory of the muon to exit,
A composition specifying unit that specifies the composition of the heavy element-containing substance based on the radiation length obtained from the calculated scattering angle,
With the density of the specified heavy element-containing material as a parameter, a transmittance evaluation unit that evaluates the transmittance of the muon according to the energy of the muon output to the storage container,
A substance density estimating unit for comparing the evaluated transmittance with the measured transmittance to determine the density of the heavy element-containing substance in the storage container. 組成を特定した前記重元素含有物が前記収納容器に充填されたと仮定した場合の充填密度を求めて、この充填密度に対する前記物質密度推定部で求めた密度の比率を充填率として計算する充填率計算部と、
計算した前記充填率に基づいて前記ミュオンの前記散乱角を補正する散乱角補正部と、をさらに備えて、
前記組成特定部は、補正された前記散乱角から求めた前記重元素含有物の放射長に基づいて前記重元素含有物の組成を特定し、
前記透過率評価部は、再度特定された前記重元素含有物の密度をパラメータとして変更した場合における、前記収納容器に出力されるエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を評価し、
前記物質密度推定部は、再度評価した透過率と測定した透過率とを照合して、再度特定された前記重元素含有物の密度を求めることを特徴とする請求項１に記載の重元素含有物の測定装置。 The filling rate is determined assuming that the heavy element-containing material having the specified composition has been filled in the storage container, and the ratio of the density determined by the substance density estimating unit to the packing density is calculated as the filling rate. A calculation unit,
A scattering angle correction unit that corrects the scattering angle of the muon based on the calculated filling rate, further comprising:
The composition specifying unit specifies the composition of the heavy element-containing substance based on the emission length of the heavy element-containing substance determined from the corrected scattering angle,
The transmittance evaluation unit, when changing the density of the heavy element-containing material identified again as a parameter, evaluates the transmittance of the muon according to the energy output to the storage container,
The heavy element content according to claim 1, wherein the substance density estimating unit collates the re-evaluated transmittance with the measured transmittance to determine the density of the heavy element-containing material specified again. Equipment for measuring objects. 前記物質密度推定部は、求めた密度が一定の値に収束するまで前記重元素含有物の密度を繰り返し求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重元素含有物の測定装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the substance density estimating unit repeatedly calculates the density of the heavy element-containing substance until the obtained density converges to a constant value. . 前記収納容器の表面を複数の照射位置に区分して、
前記ミュオン出力部から出力されて前記収納容器を通過する前記ミュオンの位置が照射位置となるように前記収納容器を保持する容器保持部を変位させる測定位置設定部をさらに備えて、
前記物質密度推定部は、前記照射位置ごとに組成が特定された前記重元素含有物の密度を求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の重元素含有物の測定装置。 Dividing the surface of the storage container into a plurality of irradiation positions,
A measurement position setting unit that displaces a container holding unit that holds the storage container so that a position of the muon that is output from the muon output unit and passes through the storage container is an irradiation position,
The heavy element-containing substance according to any one of claims 1 to 3, wherein the substance density estimating unit obtains a density of the heavy element-containing substance whose composition is specified for each irradiation position. Measuring device. 重元素含有物を内部に収容する収納容器に向かってミュオンを出力するミュオン出力部を用いて、
前記収納容器に外設された第１軌跡検出器で検出された、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付けるステップと、
前記収納容器を挟んで第１軌跡検出器に対向する位置に設けられた第２軌跡検出器で検出された、前記収納容器から出射する前記ミュオンの出射軌跡を受け付けるステップと、
前記ミュオンのエネルギーが変更して設定された際に、前記第１軌跡検出器及び前記第２軌跡検出器で検出される前記ミュオンの数に基づいてエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を測定するステップと、
入射する前記ミュオンの入射軌跡と出射する前記ミュオンの出射軌跡とに基づいて前記ミュオンの散乱角を計算するステップと、
計算された前記散乱角から求めた放射長に基づいて前記重元素含有物の組成を特定するステップと、
特定された前記重元素含有物の密度をパラメータとして、前記収納容器に出力される前記ミュオンのエネルギーに応じた前記ミュオンの透過率を評価するステップと、
評価した透過率と測定した透過率とを照合して、収納容器内の前記重元素含有物の密度を求めるステップと、含むことを特徴とする重元素含有物の測定方法。 Using a muon output unit that outputs muons toward a storage container that contains heavy element-containing substances inside,
Receiving an incident trajectory of a muon incident on the storage container, which is detected by a first trajectory detector provided outside the storage container;
Receiving the emission trajectory of the muon emitted from the storage container, detected by a second trajectory detector provided at a position facing the first trajectory detector across the storage container;
When the energy of the muon is changed and set, the transmittance of the muon according to the energy is measured based on the number of the muons detected by the first trajectory detector and the second trajectory detector. Steps and
Calculating the scattering angle of the muon based on the incident trajectory of the muon to enter and the exit trajectory of the muon to exit,
Identifying the composition of the heavy element-containing material based on the emission length determined from the calculated scattering angle,
The density of the identified heavy element-containing material as a parameter, the step of evaluating the transmittance of the muon according to the energy of the muon output to the storage container,
Determining a density of the heavy element-containing material in the storage container by comparing the evaluated transmittance with the measured transmittance, and a method for measuring a heavy element-containing material.
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