JP6647048B2 - 放射線計測システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線計測システム及びそれに使用される中性子捕捉装置に関し、詳しくは
、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外
、サプレッションプール内外、及び、再処理施設等において、高いガンマ線バックグラウ
ンド下における中性子束を計測するシステムに関する。

中性子束を計測する装置として、比例計数管等を備えた装置が広く用いられている。これらのうちでも、例えば比例計数管を備えた装置として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、出力信号比測定部は、原子炉内に配置された第１の中性子検出器の検出値及び第１の中性子検出器の配置位置から原子炉中心軸に対して対角位置に設置された第２の中性子検出器の検出値に対して、各々の検出器の感度補正を行い、その補正を行った測定結果の出力信号比を求め、核特性演算部では、出力信号測定部で得られた出力信号比に基づいて原子炉燃料の物質構成比を演算することが記載されている。

特開平１１−３２６５８４号公報

福島第一原発事故の早期解決が望まれており、そのためには、原子炉格納容器や原子炉圧力容器等の内部における正確な状況把握が重要である。しかし、これらの内部ではガンマ線が非常に強くなっており、比例計数管等を使用した従来の放射線計測装置を使用することができない。

例えば比例計数管では、ガンマ線照射によっても電気信号が生じることから、高ガンマ線環境下では、ガンマ線による電気信号と中性子による電気信号の区別がつかなくなる。さらには、ガンマ線によって比例計数管からの電気信号の飽和が起こる。そのため、比例計数管を備えた従来の装置では、福島第一原発での原子炉格納容器等の内部のような特殊な環境での適用が困難である。

本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、本発明が解決しようとする課題
は、高ガンマ線環境下のような特殊な環境下であっても正確に中性子束を計測可能な放射
線計測システムを提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下のようにすることで前記課題を解決できることを見出した。即ち、本発明の要旨は、中性子を捕捉することにより、ガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方を放出する核種に核変換される金属を有する中性子捕捉体と、当該中性子捕捉体の周囲を囲うようにして配置された、中性子を遮蔽する中性子遮蔽体と、前記中性子捕捉体を移動させることで前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉可能にする駆動装置と、を備えるとともに、前記中性子遮蔽体の内部には、前記中性子捕捉体として、第一の中性子捕捉体及び第二の中性子捕捉体の少なくとも二体の中性子捕捉体が備えられ、前記駆動装置は、前記第一の中性子捕捉体のみを移動させて前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉可能にする中性子捕捉装置と、前記中性子捕捉体が前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉したことで、前記中性子捕捉体から放出されるようになったガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方の放射線量を計測する放射線計測装置と、当該放射線計測装置により計測されたガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方の放射線量を用いて、前記金属に固有の式であって、前記放射線量と捕捉された中性子の中性子束との関係式に基づいて、前記中性子捕捉体に捕捉された中性子の中性子束を導出するとともに、前記第一の中性子捕捉体及び前記第二の中性子捕捉体のそれぞれに捕捉された中性子の中性子束を導出し、導出された前記第一の中性子捕捉体についての中性子束と、導出された前記第二の中性子捕捉体についての中性子束との差分を導出することで、前記第一の中性子捕捉体が移動されて前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉したときの当該中性子の中性子束を導出する演算装置と、を備えることを特徴とする、放射線計測システムに関する。その他の解決手段は以下の発明を実施するための形態において記載する。

本発明によれば、高ガンマ線環境下のような特殊な環境下であっても正確に中性子束を
計測可能な放射線計測システムを提供することができる。

第一実施形態に係る放射線計測システムの適用例である。 第一実施形態に係る放射線計測システムに備えられる中性子捕捉装置の模式図である。 中性子捕捉装置に備えられる金部材である。 中性子捕捉装置を用いて行われる放射線量計測フローである。 ガンマ線のエネルギスペクトルである。 ベータ線のエネルギスペクトルである。 Ａｕ−１９７と熱中性子との反応断面積の関係である。 Ａｕ−１９７と高速中性子との反応断面積の関係である。 第二実施形態に係る中性子捕捉装置の模式図である。 第三実施形態に係る中性子捕捉装置の模式図である。 第四実施形態に係る中性子捕捉装置の模式図である。 第五実施形態に係る中性子捕捉装置の模式図である。 第六実施形態に係る中性子捕捉装置の模式図である。 第七実施形態に係る放射線計測システムの適用例である。 第八実施形態に係る放射線計測システムの適用例である。 第九実施形態に係る放射線計測システムの適用例である。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について図面を参照しながら説明するが、本実施形態は以下の例に限定されるものではない。また、各実施形態において、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明については記載を省略する。なお、各図において、図示の簡略化のために、部材の一部を省略して示すことがある。

［１．第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係る放射線計測システム１００の適用例である。放射線計測システム１００は、高ガンマ線環境にある格納容器３０やサプレッションチャンバ３１の内部における中性子束を計測するものである。中性子捕捉装置１０は、格納容器３０やサプレッションチャンバ３３の内外を連通する既設又は新設のガイドパイプ３１に収容されている。図１では、放射線計測装置１００により、圧力容器２０の側方と、格納容器３０に溜まった水４１の中であって底面３２近傍と、サプレッションチャンバ３３の内部との三カ所における中性子束が計測されている。

放射線計測装置１００は、中性子捕捉装置１０と、放射線計測装置５１ａと、演算装置５１ｂとを備えている。これらのうち、中性子捕捉装置１０は、中性子を捕捉することにより、ガンマ線を放出する核種に核変換される金（Ａｕ）を有する金部材１（中性子捕捉体）と、金部材１の周囲を囲うようにして配置された、中性子を遮蔽するカドミウム（Ｃｄ）を有する中性子吸収材２（中性子遮蔽体）と、金部材１を移動させることで格納容器３０の内部等（即ち中性子吸収材２の外部）に存在する中性子を捕捉可能にする駆動装置９と、を備えている。これらのさらに詳細な説明は、図２等を参照しながら後記する。

放射線計測装置５１ａは、格納容器３０等から離れて比較的低線量の場所に設置される者であり、金部材１が中性子吸収材２の外部に存在する中性子を捕捉したことで、金部材１から放出されるようになったガンマ線の放射線量を計測するものである。具体的には例えば、放射線計測装置５１ａは例えばガイガーカウンタである。

演算装置５１ｂは、放射線計測装置５１ａにより計測されたガンマ線の放射線量を用いて、金（Ａｕ）に固有の式であって、前記放射線量と捕捉された中性子の中性子束との関係式（例えば以下の式（１）及び式（２））に基づいて、金部材１に捕捉された中性子の中性子束を導出するものである。具体的な導出方法は後記する。なお、演算装置５１ｂは、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備えて構成される。そして、演算装置５１ｂは、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

図２は、第一実施形態に係る中性子捕捉装置１０の模式図である。図２（ａ）は金部材１が中性子吸収材２の内部に収容された状態、図２（ｂ）は金部材１が中性子吸収材２の外部に露出された状態、図２（ｃ）は金部材１が中性子吸収材２の内部に再び収容された状態を示している。なお、図２では、図１を参照しながら説明した駆動装置９の図示を省略している。

中性子捕捉装置１０は、前記の金部材１及び中性子吸収材２と、金部材１を上下方向に移動させるための移動治具３と、中性子吸収材２を上下方向に移動させるための移動治具４と、移動治具３，４を駆動する駆動装置９とを備えている。従って、駆動装置９が移動治具３を上下方向に移動すれば、これに伴って金部材１も上下方向に移動することになる。また、駆動装置９が移動治具４を上下方向に移動すれば、これに伴って中性子吸収材２も上下方向に移動することになる。

金部材１は、箔状の金（Ａｕ、即ち金箔）を圧縮することで柱状に成形した成形体である。（詳細は図３を参照しながら後記する）。詳細は後記するが、放射線の測定時に箔１ａに戻すため、ここでは「箔状の金を成形した」という表現を使用している。金部材１を構成する金は、中性子との核反応によって、ガンマ線を放出する核種に核変換される。従って、詳細は後記するが、金部材１から放出されるガンマ線のエネルギ、及び、エネルギ毎の強度を計測することで、金部材１に捕捉された中性子の中性子束、即ち計測位置での中性子束が計測される。ここで、図３を参照しながら、金部材１の形状を説明する。

図３は、中性子捕捉装置１０に備えられる金部材１である。図３（ａ）は金部材１の外観を示す図であり、図３（ｂ）は金部材１を構成する金箔１ａを示している。図３（ａ）に示す金部材１は、図３（ｂ）に示す金箔１ａを柱状にすることで構成される。中性子束の計測時には、図３（ａ）に示す状態で使用されるが、詳細は後記するが、放射線計測装置５１ａを用いたガンマ線の計測時には、図３（ｂ）に示す金箔１ａの状態で使用される。このようにすることで、中性子束の計測時には金部材１を小型化できる。一方で、ガンマ線の計測時には、箔状とすることでガンマ線の自己吸収の影響を抑えることができる。

図２に戻って中性子捕捉装置１０を構成する各部材の説明を行う。
中性子吸収材２は、金部材１を覆うように形成され、特には、下方が開口した箱形に形成されている。そして、この箱形の中性子吸収材２の内部には、前記の金部材１が収容されている。従って、中性子吸収材２の内部に金部材１が収容されているときには、金部材１は中性子の影響を受けにくくなっている。中性子吸収材２は、前記のようにカドミウムにより構成されている。

移動治具３は、金部材１及び駆動装置９（図２では図示しない）に接続されており、駆動装置９の駆動によって、金部材１の上下方向の移動を可能にするものである。移動治具３は、ロープやひも等により構成され、筒状の移動治具４の内部に配置されている。

移動治具４は、箱状の中性子吸収材２及び駆動装置９（図２では図示しない）に接続されており、駆動装置９の駆動によって、移動治具４の上下方向の移動を可能にするものである。移動治具４は筒状に構成され、中性子捕捉装置１０では中空のロープ状のものやＳＵＳ管等により構成されている。なお、前記の通り、移動治具３及び移動治具４は、駆動装置９によって、それぞれ独立して移動可能となっている。

駆動装置９は、モータ等を用いて移動治具３，４を駆動させることで、移動治具３，４に接続された金部材１及び中性子吸収材２を上下方向に移動させるものである。モータによる移動治具３，４の移動距離を制御することで、金部材１及び中性子吸収材２による中性子束の計測位置が制御される。なお、駆動装置９の駆動は、前記した演算装置５１ｂと同様の構成を有する演算制御装置（図示しない）によって行われる。

次に、図４とともに、必要に応じて図１や図２を参照しながら、中性子捕捉装置１０を用いた中性子束の計測方法を説明する。

図４は、中性子捕捉装置１０を用いて行われる放射線量計測フローである。まず、図示しない移動装置により、中性子捕捉装置１０がガイドパイプ３１の上方に配置される（ステップＳ１０１）。このとき、金部材１は中性子吸収材２の内部に収容された状態（即ち図２（ａ）に示す状態）である。そして、駆動装置９は、図２（ａ）に示す状態を維持しながら移動治具３，４をガイドパイプ３１の内部に挿入し、中性子束の計測位置に金部材１が配置されるように、移動治具３，４を移動させる（ステップＳ１０２）。なお、この移動後の状態が図１に示す状態である。

この移動の途中、中性子によって核変換を生じる金部材１の周囲には中性子吸収材２が配置されている。そのため、移動途中に中性子束が強い場所があっても、中性子吸収材２によって中性子が遮蔽され、金部材１には中性子が到達しにくいため、当該強い中性子束の影響を受けにくい。

次いで、駆動装置９は、移動治具４を移動させずに（即ち中性子吸収材２の位置を維持した状態で）移動治具３のみを下方向に移動させる。これにより、金部材１が中性子吸収材２の外部に露出することで外部の中性子を吸収可能になり（ステップＳ１０３）、金部材１は、計測位置での中性子を吸収することになる（図２（ｂ））。このとき、金部材１を構成する金（Ａｕ−１９７）は、吸収した中性子によって別の金（Ａｕ−１９８）に核変換されている。そして、図２（ｂ）に示す状態が所定時間保持される。

所定時間経過後、駆動装置９は移動治具３を上方向に移動させて、金部材１を中性子吸収材２の内部に収容する（ステップＳ１０４、図２（ｃ））。そして、この状態を維持しながら駆動装置９は移動治具３，４を上方向に移動させて、金部材１及び中性子吸収材２の全体を格納容器３０の外部に移動させる（ステップＳ１０５）。

そして、取り出された金部材１から放出されるガンマ線が、放射線計測装置５１ａを用いて計測される（ステップＳ１０６）。具体的には、柱状の金部材１を解して金箔１ａの状態に戻し、この金箔１ａを例えばガイガーカウンタ（図示しない）の測定部に貼り付けることでガンマ線の測定が行われる。次いで、演算装置５１ｂは、計測されたガンマ線のエネルギ、及び、エネルギ毎の計測結果に基づいて中性子束を導出する（ステップＳ１０７）。これにより、高ガンマ線という特殊環境下であっても、中性子束を計測することができる。

また、放射線計測システム１００では、図１のように電源を使用しない金部材１や中性子吸収材２、移動治具３，４が格納容器３０の内側に配置され、電力を使用する駆動装置９は放射線計測装置５１ａ、演算装置５１ｂは格納容器３０の外側に配置される。そのため、格納容器３０の内部に例えば水素等の可燃性ガスが充満している場合でも、格納容器３０の内部には電源が存在しないため防爆性を高めることができる。

そして、このような放射線計測システム１００によれば、高ガンマ線環境下でも、簡易、かつ、中性子の捕捉部分に電源不要な放射線計測システムを提供できることに加えて、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外、サプレッションプール内外、及び、再処理施設等において、燃料集合体又は燃料デブリ等の状況を把握することができる。

ここで、金部材１に含まれる金は、中性子捕獲反応によりガンマ線を放出するとともに、中性子非弾性散乱により、前記中性子捕獲反応によって放出されるガンマ線のエネルギとは異なるエネルギの、ガンマ線を放出するものである。そこで、このような性質を有する金を用いた理由について説明する。

図５は、ガンマ線のエネルギスペクトルである。金部材１における中性子捕獲反応によって生じたガンマ線と、金部材１における中性子非弾性散乱によって生じたガンマ線とは、基本的にエネルギ（即ちガンマ線の波長）が異なる。そのため、図９に示すように、複数のピークが検出される。そこで、各ピークの計数率を計測することで、中性子捕獲反応及び中性子非弾性散乱の頻度が導出できる。

中性子捕獲反応の断面積として、熱中性子等のエネルギの低い中性子での断面積が大きく、高いエネルギの中性子に対する断面積は非常に小さい。従って、中性子捕獲反応の頻度から、熱中性子等のエネルギの低い中性子束を導出することが可能となる。また、中性子非弾性散乱には、しきい値が存在し、ある一定のエネルギ以上の中性子においてしか反応が起こらない。そのため、中性子非弾性散乱の頻度から、ある一定エネルギ以上の中性子束を導出することが可能となる。

図６は、ベータ線のエネルギスペクトルである。金部材１における中性子捕獲反応によって生じたベータ線と、金部材１における中性子非弾性散乱によって生じたベータ線とも、ガンマ線と同様、基本的にエネルギ（即ちベータ線の波長）が異なる。そのため、図６に示すように、複数の山が重なった形状のスペクトルが検出される。各山のエネルギの高い先端部分のエネルギ及び形状は、各反応及びベータ線検出器により決まっていることから、図６に示すように、複数の反応における計数率を導出できる。そして、前記のガンマ線の場合と同様に、導出した計数率から中性子捕獲反応及び中性子非弾性散乱の頻度を導出でき、熱中性子等のエネルギの低い中性子束を導出、及び、ある一定のエネルギ以上の中性子束を導出することが可能となる。

これらの点について、中性子捕捉装置１０において中性子を吸収させる金部材１を構成する金（Ａｕ−１９７）を例に、さらに具体的に説明する。

図７は、Ａｕ−１９７と熱中性子との反応断面積の関係である。自然界の金（Ａｕ）では、その１００％がＡｕ−１９７であり、中性子捕獲反応によりＡｕ−１９８（４１１．８ｋｅＶのガンマ線（９５．５％））を生成する。Ａｕ−１９８は、半減期Ｔ１＝２．７×２４［時間］で、β−崩壊をしてＨｇ−１９８の励起状態になった後、４１１．８ｋｅＶのガンマ線を放出（放出率ｈ１＝９５．５％）してＨｇ−１９８の基底状態となる。

中性子束の計測位置における中性子を熱中性子（エネルギ＝０．０２５ｅＶ）であると仮定し、計測位置に設置した時間をｔ０、熱中性子束をφ_ｔｈ［個／ｃｍ^２／秒］、中性子エネルギ０．０２５ｅＶにおけるＡｕ−１９７の中性子捕獲反応の断面積（図７において矢印で示すグラフ）をσ_ｃ［ｂａｒｎ］、計測に用いたＡｕ−１９７の量をｍ［ｇ］、中性子計測からガンマ線計測までの時間をｔ１［時間］、４１１．８ｋｅＶのガンマ線に対するガンマ線検出器の検出効率をη１、ガンマ線検出器による４１１．８ｋｅＶのガンマ線の計数率をｃ１［ｃｐｓ］、Ｔ１を前記の半減期でありｈ１を前記の放出率とすると、以下の式（１）が成立する。

φ_ｔｈ＝ｃ１×１９７／（ｍ×６．０２×１０^２３）／σ_ｃ／（１−ｅｘｐ（−ｔ０／Ｔ１））／（１／２）^{（ｔ１／Ｔ１）}／η１×（１００／ｈ１） ・・・式（１）
なお、１ＭｅＶ以上のエネルギの中性子に対する前記の反応断面積は、熱中性子に対する反応断面積と比較して３桁以上小さい値であることから、高速中性子束が熱中性子束の１０倍程度あった場合でも、熱中性子束の計測結果と仮定してもよい。

図８は、Ａｕ−１９７と高速中性子との反応断面積の関係である。Ａｕ−１９７は、中性子非弾性散乱の一つで中性子１個の照射によって中性子２個を放出する反応により、Ａｕ−１９６（３５５．７ｋｅＶのガンマ線（８７．７％））を生成する。Ａｕ−１９６は、半減期Ｔ２＝６．２×２４［時間］で、β−崩壊をしてＨｇ−１９６の励起状態になった後、３５５．７ｋｅＶのガンマ線を放出（放出率ｈ２＝８７．７％）してＨｇ−１９６の基底状態となる。

中性子束の計測位置における高速中性子のエネルギを１０ＭｅＶ以上であると仮定し、計測位置に設置した時間をｔ０［時間］、中性子束をφ_ｆ［個／ｃｍ^２／秒］、中性子エネルギ１０ＭｅＶ以上のＡｕ−１９７の前記中性子非弾性散乱の反応断面積（図８において矢印で示すグラフ）をσ_ｉｎ［ｂａｒｎ］、計測に用いたＡｕ−１９７の量をｍ［ｇ］、中性子計測からガンマ線計測までの時間をｔ１［時間］、３５５．７ｋｅＶのガンマ線に対するガンマ線検出器の検出効率をη２、ガンマ線検出器による３５５．７ｋｅＶのガンマ線の計数率をｃ２［ｃｐｓ］、Ｔ２を前記の半減期でありｈ２を前記の放出率とすると、以下の式（２）が成立する。

φ_ｆ＝ｃ２×１９７／（ｍ×６．０２×１０^２３）／σ_ｉｎ／（１−ｅｘｐ（−ｔ０／Ｔ２））／（１／２）^{（ｔ１／Ｔ２）}／η２×（１００／ｈ２） ・・・式（２）
反応断面積のしきい値が、約８ＭｅＶと高いことから、例えば熱中性子のような反応断面積のしきい値以下の中性子が照射されても前記の反応は起こらず、Ａｇ−１９６は生成されない。

これらの式（１）及び式（２）を用いれば、計測されたガンマ線から中性子束を導出することができる。特に、金を用いることで、熱中性子及び高速中性子の双方の中性子束を導出することができる。なお、ここでは金を挙げたが、例えばニッケル等の他の原子を用いた場合でも同様の式を容易に導出することができ、この導出された式を用いて中性子束を導出することができる。

［２．第二実施形態］
図９は、第二実施形態に係る中性子捕捉装置２０の模式図である。格納容器３０（図１参照）等に中性子捕捉装置２０を設置するとき、金部材１及び中性子吸収材２が著しく高い中性子束の場所を通過する場合がある。このような場合には、当該高い中性子束の場所での中性子束がバックグラウンドとして発生してしまい、所望の計測位置での中性子束が正確に計測できない可能性がある。そこで、図９に示す中性子捕捉装置２０では、図９（ａ）に示すように、箱形の中性子吸収材２の内部に二つの金部材１Ａ（第一の中性子捕捉体）及び金部材１Ｂ（第二の中性子捕捉体）が配置されている。そして、金部材１Ａによって所望の位置での中性子束が計測されつつ、金部材１Ｂによって移動中に生じた高中性子束の影響、即ちバックグラウンドが計測されるようになっている。

中性子捕捉装置２０を用いた放射線量計測方法を簡単に説明する。金部材１Ａ，１Ｂが中性子吸収材２の内部に配置された状態で、放射線の計測位置まで中性子捕捉装置２０が移動される（図９（ａ））。そして、駆動装置９（図９では図示しない）は、当該計測位置において金部材１Ａのみを中性子吸収材２の外部に露出させる（図９（ｂ））。そして、所定時間経過後、金部材１Ａが再度中性子吸収材２の内部に戻されて（図９（ｃ））、金部材１及び中性子吸収材２の全体が格納容器３０の外部に移動される。

次いで、金部材１Ａ，１Ｂのそれぞれにつき、前記の式（１）及び式（２）に基づいて、中性子束が導出される。導出された中性子束のうち、金部材１Ａについて導出された中性子束はバックグラウンドを含めた計測位置での中性子束、金部材１Ｂについて導出された中性子束はバックグラウンドのみの中性子束である。そこで、演算装置５１ｂが、金部材１Ａについて導出された中性子束と、金部材１Ｂについて導出された中性子束との差分を導出することで、計測位置での中性子束が精度良く導出される。

［３．第三実施形態］
図１０は、第三実施形態に係る中性子捕捉装置３０の模式図である。前記の中性子捕捉装置３０において金部材１が中性子吸収材２の外部に露出されたとき、金部材１の周囲全方向から中性子が金部材１に到達するため、特定の方向からの中性子束については計測できない。そこで、図１０に示す中性子捕捉装置３０では、特定の方向からの中性子束が計測可能なようになっている。

具体的には、中性子捕捉装置３０では、前記の中性子捕捉装置１０とは異なり、下方が閉じている一方で側壁下方に開口部２ａ（中性子非遮蔽部位）を有する箱形の中性子吸収材２が備えられている。従って、中性子吸収材２は、金部材１の全体を覆うように金部材１を囲って形成されており、その一部に開口部２ａが形成されていることになる。そして、中性子捕捉装置３０の移動時には、金部材１は、中性子吸収材２の内部上方であって開口部２ａから外部に臨まない位置に収容されている（図１０（ａ））。従って、移動中、金部材１が外部の中性子から遮蔽されていることになる。

そして、所望の計測位置での中性子束の計測時には、駆動装置９（図１０では図示しない）は、金部材１を開口部２ａの近傍にまで移動させる（図１０（ｂ））。これにより、金部材１は、開口部２ａを通じて中性子吸収材２の外部に臨む（外部に露出される）状態になる。そして、金部材１は、開口部２ａを通じて、外部に中性子を捕捉することになる。このとき、開口部２ａのみを通じて金部材１に到達した中性子のみが金部材１に捕捉される。そして、この状態で所定時間保持し、当該所定時間経過後、金部材１の位置を戻すことで（図１０（ｃ））、特定方向のみの中性子束が計測されることになる。

なお、駆動装置９が中性子吸収材２を回転させて開口部２ａの位置を所望の方向に変更することで、所望する方向の中性子束を任意に計測することができる。

［４．第四実施形態］
図１１は、第四実施形態に係る中性子捕捉装置４０の模式図である。図１１に示す中性子捕捉装置４０は、前記の図１０に示す中性子捕捉装置３０と同様に一方向のみの中性子束を計測可能なほか、四方向からの中性子束を同時に計測可能になっている。具体的には、放射線計測装置４０では、四つの金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが箱形の中性子吸収材２の内部に配置されている（図１１（ａ））。そして、箱形の中性子吸収材２の四つの側壁には、高さ方向の位置が異なるように四つの開口部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ（中性子非遮蔽部位）が形成されている（図１１（ａ））。

計測位置での中性子束を計測する際には、金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれは、開口部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれにのみ臨むように、駆動装置９（図１１では図示しない）が移動治具３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを駆動させる。即ち、金部材１Ａは開口部２ａのみを通じて外部に臨み、金部材１Ｂは開口部２ｂのみを通じて外部に臨み、金部材１Ｃは開口部２ｃのみを通じて外部に臨み、金部材１Ｄは開口部２ｄのみを通じて外部に臨むようになっている（図１１（ｂ））。そして、この状態で所定時間経過したら、駆動装置９は全ての金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを上方に引き上げる（図１１（ｃ））。

このようにすることで、四方向からの中性子束を同時に独立して計測することができる。

［５．第五実施形態］
図１２は、第五実施形態に係る中性子捕捉装置５０の模式図である。中性子捕捉装置５０は、高さ方向の位置が異なる複数の位置で、同時に独立して中性子束を計測可能になっている。中性子捕捉装置５０は、ＳＵＳ等の中性子非吸収材料により構成されるＳＵＳ管８と、その内部に収容される金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとを備えて構成される。ＳＵＳ管８は、前記の移動治具４としても機能するものである。また、ＳＵＳ管８の外壁には、所定間隔ごとに中性子吸収材２が貼り付けられている。従って、中性子は、中性子吸収材２が貼り付けられていない部分（中性子非遮蔽部位）からはＳＵＳ管８の内部に到達するが、中性子吸収材２が貼り付けられている部分からはＳＵＳ管８の内部に到達しない。

中性子捕捉装置５０の移動時には、図１２（ａ）に示すように、金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、放射線吸収材２の陰に隠れるようにＳＵＳ管８の内部に収容されている。そして、中性子束の計測位置の近傍において、金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが、放射線吸収材２の貼り付けられていない位置に移動すると（図１２（ｂ））、金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄはその位置で中性子を捕捉することになる。ここで、金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは高さ方向の位置が異なっているから、異なる高さでの中性子束が同時に独立して計測されることになる。そして、所定時間経過後に金部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの位置が戻され（図１２（ｃ））、その後は前記の中性子捕捉装置１０等と同様にして中性子束が導出される。

このようにすることで、異なる高さでの中性子束を同時に計測することができる。

［６．第六実施形態］
図１３は、第六実施形態に係る中性子捕捉装置６０の模式図である。図１３に示す中性子捕捉装置６０は、前記の中性子捕捉装置１０での箱型の放射線吸収材２の下方に形成されていた開口を覆うように、開閉可能な蓋２ｅを備えたものである。蓋２ｅは、当該開口の開口端に対し、スプリング蝶番によって常閉になるように接続固定されている。さらには、金部材１を上下方向に移動させる移動治具３は、剛性の高いＳＵＳ等の金属により構成されている。

図１３（ａ）に示すように、中性子捕捉装置６０の移動時には、金部材１は中性子吸収材２の内部に収容されている。また、このとき、蓋２ｅは前記のスプリング蝶番により閉じた状態になっている。従って、金部材１はその周囲にある中性子吸収材２によって完全に覆われていることになる。そして、駆動装置９（図１３では図示しない）によって移動治具３が下方向に移動されると、移動治具３に接続された金部材１が蓋２ｅの内面を押して、蓋２ｅが開かれる（図１３（ｂ））。そして、この状態からさらに移動治具３が下方向に移動されると、蓋部材２ｅを押し切って、金部材１は完全に中性子吸収材２の外部に露出することになる（図１３（ｃ））。

この図１３（ｃ）の状態が所定時間保持された後、駆動装置９が移動治具３を上方向に移動することで、金部材１が再び中性子吸収材２の内部に収容される（図示せず）。金部材１が中性子吸収材２の内部に収容されると、蓋２ｅはスプリング蝶番によって再度閉じられた状態となる。そのため、金部材１が再び中性子吸収材２によって完全に覆われた状態で、中性子捕捉装置６０が移動可能になる。従って、移動途中における中性子束の影響をより確実に防止することができる。

［７．第七実施形態］
図１４は、第七実施形態に係る放射線計測システム２００の適用例である。図１４では、放射線計測装置５１ａ及び演算装置５１ｂの図示を省略している。図１４に示す例では、圧力容器２０における異なる高さでの中性子束を計測するために三つの中性子捕捉装置１０と、格納容器３０における異なる高さでの中性子束を計測するために二つの中性子捕捉装置１０とが備えられている。

中性子捕捉装置１０がこれらのように配置されることで、原子力発電所の格納容器３０の高さ方向、及び、周方向の複数個所を計測することでき、中性子束の高さ方向分布及び周方向分布を計測できる。また、計測したデータをもとに、燃料集合体又は燃料デブリの存在位置を同定することが可能である。

［８．第八実施形態］
図１５は、第七実施形態に係る放射線計測システム３００の適用例である。前記の例では中性子捕捉装置１０を移動させるために図示しない移動装置を使用していたが、図１５に示す例では、中性子捕捉装置１０は自走式移動装置５２に取り付けられている。自走式移動装置５２は、前輪５０ａと後輪５０ｂとこれらを駆動するための図示しないモータとを備えている。そして、自走式移動装置５２は、図示しないコントローラを用いた遠隔操作により、所望の位置まで中性子捕捉装置１０を移動可能になっている。

自走式移動装置５２は、図１５（ａ）に示すように、金部材１を中性子吸収材２の内部に収容した状態で中性子束の計測位置まで移動する。そして、計測位置に到達した時点で自走式移動装置５２は停止し、駆動装置９によって金部材１を上方に移動する（図１５（ｂ））。これにより、計測位置での中性子束が計測される。所定時間経過後、駆動装置９は金部材１を再び放射線吸収材２の内部に収容し（図１５（ｃ））、自走式移動装置５２は前輪５０ａ及び後輪５０ｂによって自走して初期位置まで戻ってくる。

原子炉建屋の内部等、比較的広い空間においては、自走可能な自走式移動装置５２を用いることで、高いガンマ線や中性子束の影響を抑制しつつ所望の計測位置まで自ら移動して、中性子束を計測することができる。

［９．第九実施形態］
図１６は、第七実施形態に係る放射線計測システム４００の適用例である。図１６に示す自走式移動装置５３においては、中性子捕捉装置１０が自走式の移動装置に取り付けられている点は前記の自走式移動装置５２と同じであるが、その取り付け位置が自走式移動装置５２とは異なっている。具体的には、図１６に示す自走式移動装置５３では、前側下方の中性子束を計測可能なように、中性子捕捉装置１０が取り付けられている。特に、図示はしていないが、移動治具４は伸縮可能となっている。そのため、自走式移動装置５３が走行できないような狭い場所でも、移動治具４を伸ばすことで奥まった場所での中性子束を計測することができる。また、図１６に示す例では、滑車６１が取り付けられており、これにより、金部材１を地面に近づけることができる。そのため、地面近傍の中性子束を計測することができる。

［１０．変形例］
以上、九つの実施形態を挙げて本実施形態を説明したが、本発明は前記の例に何ら限られるものではなく、各実施形態同士を組み合わせて実施してよい。例えば、第二実施形態に係る中性子捕捉装置２０（図９参照）を用いて、第一実施形態で示した格納容器３０（図１参照）の内部の中性子束を計測してもよい。

また、前記の各実施形態において、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更したりして実施することができる。

前記の例では、中性子捕捉体に含まれる金属として「金（Ａｕ−１９７）」を挙げたが、中性子を捕捉することでガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方を放出する核種に核変換される金属は、金以外であってもよい。ただし、核変換反応断面積が比較的大きく、かつ、半減期が数時間から数日程度な材料が好ましいという観点からは、中性子捕捉体に含まれる金属は、前記の金のほか、ニッケル、サマリウム、ユーロピウム、ランタン、ジスプロシウム及びプラセオジムからなる群より選ばれる一種以上の金属であることが好ましい。また、このような金属を複数種併用する場合には、核変換により異なる波長のガンマ線やベータ線を放出する金属が好ましい。

そして、中性子捕捉体に含まれる金属の種類によって、中性子の捕捉により放出されるガンマ線又はベータ線の種類やエネルギが異なることから、当該金属の種類に応じて適宜放射線計測装置５１ａの種類や計測条件を変更すればよい。

また、中性子捕捉体である金部材１は、前記のように、箔状の金属を圧縮して柱状等（例えば円柱や角柱）に成形した成形体の形態が好ましいものの、金部材１の形状はこれに限られるものではない。例えば、軸心に箔状の金属を巻きつけて得られる巻き付け体（成形体の一形態）としてもよいし、金属からなる柱体や錐体の形状を有する一体物により構成される中性子捕捉体としてもよい。

さらに、前記の例では、中性子遮蔽体に含まれる金属として「カドミウム」を挙げたが、中性子遮蔽体に含まれる金属は、カドミウム以外であってもよい。ただし、中性子の吸収断面積が大きく良好な吸収効率という観点から、中性子遮蔽体に含まれる金属は、前記のカドミウムのほか、サマリウム及びガドリニウムからなる群より選ばれる一種以上の金属であることが好ましく、中でも、前記のカドミウムのほか、ガドリニウムが好ましい。また。中性子を遮蔽できるものであれば、中性子を吸収するものでなくてもよい。

また、核変換により放出されたガンマ線やベータ線から中性子束を導出するための関係式は、前記の式（１）及び式（２）に限られるものではなく、適宜関係式を設定して導出することができる。また、前記の例では、中性子捕捉体として金を用いた場合の関係式を挙げたが、金以外の他の金属を用いる場合であっても、技術常識に基づいて容易に関係式を導くことができる。また、計測フローも図４の例に限定されるものではなく、ステップを適宜追加や変更、削除等したうえで実施することができる。

さらに、図８に示す例ではＳＵＳ管８を用いたが、軽量化の観点や、使用時間の点を考慮したうえで、ポリエチレン等の有機材料を用いてもよい。

また、図１０に示す中性子捕捉装置３０において中性子非遮蔽部位として開口部２ａを形成したが、この中性子非遮蔽部位としては、密閉した箱形容器の側壁における「中性子吸収材２を貼り付けていない部位」（例えば図１２参照）のようにしてもよい。一方で、図１２における中性子捕捉装置５０において「中性子吸収材２を貼り付けていない部位」に代えて、同じ位置に開口部を形成してもよい。

さらに、前記の中性子捕捉装置１０〜６０は様々な構造物や装置等に取り付けることが可能であって、図示の例に何ら限られるものではなく、所望の計測位置で計測できるように取り付ければよい。

また、金部材１には、適宜おもりを取り付けてもよい。これにより、金部材１の安定性を高めることができ、中性子を安定して捕捉することができる。

さらに、前記の図９や図１１、図１２等において、金部材１を中性子吸収材２の内部に複数は位置する場合には、その数は図示の例に何ら限定されず、複数であればいくつでもよい。

また、金部材１の形状も図示の例に限られるものではなく、例えば塊状等、適宜選択して決定すればよい。

さらに、例えば図２では、中性子吸収材２によって金部材１の周囲を囲う形態としては、図２に示すような下方が開口している形態や、図１０に示すようにその全体を覆うように囲う形態（ただし、開口部２ａが形成されている）、図１５に示すようにその上方が開口している形態等、金部材１の周囲に中性子が到達しにくくなっている形態であれば、どのような形態であってもよい。

１，１Ｃ，１Ｄ 金部材（中性子捕捉体）
１Ａ 金部材（中性子捕捉体、第一の中性子捕捉体）
１Ｂ 金部材（中性子捕捉体、第二の中性子捕捉体）
１ａ 金箔
２ 放射線吸収材（中性子遮蔽体）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 開口部（中性子非非遮蔽部位）
２ｅ 蓋
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 移動治具
４ 移動治具
８ ＳＵＳ管
９ 駆動装置
１０，２０，３０，４０，５０，６０ 中性子捕捉装置
５１ａ 放射線計測装置
５１ｂ 演算装置
５２ 自走式移動装置
５３ 自走式移動装置
１００，２００，３００，４００， 放射線計測システム

Claims (10)

1. 中性子を捕捉することにより、ガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方を放出する核種に核変換される金属を有する中性子捕捉体と、当該中性子捕捉体の周囲を囲うようにして配置された、中性子を遮蔽する中性子遮蔽体と、前記中性子捕捉体を移動させることで前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉可能にする駆動装置と、を備えるとともに、前記中性子遮蔽体の内部には、前記中性子捕捉体として、第一の中性子捕捉体及び第二の中性子捕捉体の少なくとも二体の中性子捕捉体が備えられ、前記駆動装置は、前記第一の中性子捕捉体のみを移動させて前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉可能にする中性子捕捉装置と、
   前記中性子捕捉体が前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉したことで、前記中性子捕捉体から放出されるようになったガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方の放射線量を計測する放射線計測装置と、
   当該放射線計測装置により計測されたガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方の放射線量を用いて、前記金属に固有の式であって、前記放射線量と捕捉された中性子の中性子束との関係式に基づいて、前記中性子捕捉体に捕捉された中性子の中性子束を導出するとともに、前記第一の中性子捕捉体及び前記第二の中性子捕捉体のそれぞれに捕捉された中性子の中性子束を導出し、導出された前記第一の中性子捕捉体についての中性子束と、導出された前記第二の中性子捕捉体についての中性子束との差分を導出することで、前記第一の中性子捕捉体が移動されて前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉したときの当該中性子の中性子束を導出する演算装置と、を備えることを特徴とする、放射線計測システム。
2. 中性子を捕捉することにより、ガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方を放出する核種に核変換される金属を有する中性子捕捉体と、前記中性子捕捉体の全体を覆うように前記中性子捕捉体を囲って形成された、中性子を遮蔽する中性子遮蔽体と、前記中性子捕捉体を移動させることで前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉可能にする駆動装置と、を備えるとともに、前記中性子遮蔽体には、前記駆動装置によって前記中性子捕捉体を移動させたときに、前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉可能なように中性子非遮蔽部位が形成された中性子捕捉装置と、
   前記中性子捕捉体が前記中性子遮蔽体の外部に存在する中性子を捕捉したことで、前記中性子捕捉体から放出されるようになったガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方の放射線量を計測する放射線計測装置と、
   当該放射線計測装置により計測されたガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方の放射線量を用いて、前記金属に固有の式であって、前記放射線量と捕捉された中性子の中性子束との関係式に基づいて、前記中性子捕捉体に捕捉された中性子の中性子束を導出する演算装置と、を備えることを特徴とする、放射線計測システム。
3. 前記中性子遮蔽体の内部には、複数の中性子捕捉体が備えられ、
   前記中性子遮蔽体には、形成された方向と高さ方向の位置とが異なるように、複数の前記中性子非遮蔽部位が形成され、
   前記複数の中性子捕捉体を構成するそれぞれの中性子捕捉体は、前記複数の中性子非遮蔽部位を構成するそれぞれの中性子非遮蔽部位のいずれか一つを通過した中性子を捕捉することを特徴とする、請求項２に記載の放射線計測システム。
4. 前記中性子遮蔽体の内部には、複数の中性子捕捉体が備えられ、
   前記中性子遮蔽体には、高さ方向の位置が異なるように、複数の前記中性子非遮蔽部位が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の放射線計測システム。
5. 前記中性子捕捉体に含まれる金属は箔状に形成され、
   前記中性子捕捉体は、当該箔状の金属を成形して得られる成形体であり、
   前記成形体は、前記箔状の金属を圧縮して柱状に成形した成形体、又は、軸心に前記箔状の金属を巻きつけて得られる成形体のいずれかであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線計測システム。
6. 前記中性子捕捉体に含まれる金属として、中性子を捕捉することで異なる波長の、ガンマ線及びベータ線のうちの少なくとも一方を放出する金属を複数含むものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線計測システム。
7. 前記中性子捕捉装置を中性子束の計測位置まで移動させる移動装置を備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線計測システム。
8. 前記中性子捕捉装置は自走式移動装置に搭載されていることを特徴とする、請求項７に記載の放射線計測システム。
9. 前記中性子捕捉体が有する金属は、金、ニッケル、サマリウム、ユーロピウム、ランタン、ジスプロシウム及びプラセオジムからなる群より選ばれる一種以上の金属であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線計測システム。
10. 前記中性子遮蔽体は金属を含み、
    前記中性子遮蔽体に含まれる金属は、カドミウム、サマリウム及びガドリニウムからなる群より選ばれる一種以上の金属であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線計測システム。