JP7433148B2 - 放射性同位体製造装置、原子炉ユニット及び放射性同位体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性同位体製造装置、原子炉ユニット及び放射性同位体の製造方法に関する。

医療用や工業用などの用途に、放射性同位体を用いることが知られている。特許文献１には、原料を原子炉の計装管に挿入して、原料に中性子を照射させることで、放射性同位体を製造する旨が記載されている。特許文献１では、原料が収納された保持構体を送り出しシステムの管から計装管に移動させることで、放射性同位体を製造する旨が記載されている。

特許第５７９８３０５号公報

特許文献１に記載の装置は、原料を原子炉に挿入して放射性同位体とする。このように製造した放射性同位体は、周囲に放射線を照射するため、管理する必要がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、原子炉に原料を挿入し、放射性同位体とし、かつ、製造した放射性同位体を適切に管理することができる放射性同位体製造装置、原子炉ユニット及び放射性同位体の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る放射性同位体製造装置は、放射性同位体の原料であるＲＩ原料が収納された複数のカプセルが、直列で連結されたカプセルユニットを、原子炉内に搬送し、前記原子炉内から回収する放射性同位体製造装置であって、前記カプセルユニットを搬送する駆動装置と、前記駆動装置と前記原子炉の間の前記カプセルユニットの搬送経路に配置され、前記カプセルユニットの周囲を遮蔽する遮蔽容器と、放射化した前記カプセルを外部から隔離する隔離機構と、を備える。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る原子炉ユニットは、上記に記載の放射性同位体製造装置と、原子炉と、前記原子炉の周囲に配置され、外側の空間と前記原子炉とを遮蔽する原子炉建屋と、を備える。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る放射性同位体製造方法は、放射性同位体の原料であるＲＩ原料が収納された複数のカプセルが、直列で連結されたカプセルユニットを、原子炉内に搬送し、前記原子炉内から回収する放射性同位体製造方法であって、前記カプセルユニットを原子炉内に搬送するステップと、搬送装置と原子炉の間の前記カプセルユニットの搬送経路に配置され、前記カプセルユニットの周囲を遮蔽する遮蔽容器に、前記原子炉内に搬送した前記カプセルユニットを移動させるステップと、前記遮蔽容器に配置された放射化した前記カプセルを外部から隔離した状態で搬送するステップと、を備える。

本開示によれば原子炉に原料を挿入し、放射性同位体とし、かつ、製造した放射性同位体を適切に管理することができる。

図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図である。 図２は、計装管及び放射性同位体製造装置を説明する概略側面図である。 図３は、本実施形態に係る放射性同位体製造装置の概略構成を示す模式図である。 図４は、本実施形態に係るカプセルユニットの模式図である。 図５は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図６は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図７は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図８は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図９は、他の実施形態に係る放射性同位体製造装置の配置を示す模式図である。 図１０は、他の実施形態に係る放射性同位体製造装置の概略構成を示す模式図である。 図１１は、カプセルユニット１２とケーブルとの接続部分の一例を示す説明図である。 図１２は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図１３は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図１４は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図１５は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図１６は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図１７は、放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。 図１８は、他の実施形態に係る原子炉ユニットの概略構成を示す模式図である。 図１９は、他の実施形態に係る原子炉ユニットの概略構成を示す模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図である。図１に示す原子力発電プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を有する。この原子力発電プラントは、原子炉格納容器１００内において、加圧水型原子炉の原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３および一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。

原子炉容器１０１は、内部に燃料集合体１２０を密閉状態で格納するもので、燃料集合体１２０が挿抜できるように、原子炉容器本体１０１ａとその上部に装着される原子炉容器蓋１０１ｂとにより構成されている。原子炉は、原子炉容器１０１内に格納した燃料集合体１２０で放射線を発生させ、核反応を発生させることで、熱エネルギーを発生させる。原子炉容器本体１０１ａは、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口側管台１０１ｃおよび出口側管台１０１ｄが設けられている。出口側管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の入口側水室１０３ａに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口側管台１０１ｃは、蒸気発生器１０３の出口側水室１０３ｂに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。

蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。そして、入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続され、出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の二次冷却水管１０６ａが接続され、上部側の側部に、入口側の二次冷却水管１０６ｂが接続されている。二次冷却水管１０６ａ、１０６ｂは、蒸気タービンに接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。蒸気タービンには、発電機が接続されている。また、二次冷却水の循環経路には、二次冷却水を冷却する復水器や、ポンプ等が接続されている。

また、原子炉容器本体１０１ａは、下鏡１０１ｅを貫通する多数の計装管台が設けられ、この各計装管台は、計装管１４７Ａが連結される。計装管１４７Ａは、炉内計装案内管１４７と、コンジットチューブ１４８と、シンブルチューブ１５１とを含む。計装管台１４６は、炉内側の上端部に炉内計装案内管が連結される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ１４８が連結されている。各炉内計装案内管１４７は、上端部が下部炉心支持板に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板が取付けられている。コンジットチューブ１４８は、下部炉心板に至り設けられており、中性子束を計測可能な中性子束検出器（図示略）が挿入されるシンブルチューブ１５１が挿通される。シンブルチューブ１５１は、コンジットチューブ１４８を介して計装管台１４６および炉内計装案内管１４７を通り、下部炉心板１２８を貫通して燃料集合体１２０まで挿入可能となっている。

計装管１４７Ａは、中性子束検出器が挿入される。計装管１４７Ａは、炉心１２９まで延在することで、挿入された中性子束検出器が、中性子束に晒されて中性子束を検出する。具体的には、計装管１４７Ａは、シンブルチューブ１５１が挿通されるコンジットチューブ１４８が、炉心１２９まで延在する。

図２は、計装管及び放射性同位体製造装置を説明する概略側面図である。図２に示すように、コンジットチューブ１４８は、計装管台１４６の外部まで延出される。図２に示すように、原子炉容器１０１は、原子炉格納容器１００内に支持されている。原子炉格納容器１００は、原子炉容器１０１の下方に配管室１５５が形成されている。複数のコンジットチューブ１４８は、下鏡１０１ｅから原子炉容器１０１の外部に引き出され、配管室１５５を湾曲して上方に引き回された後、端部が別室のシールテーブル１５６に固定されている。シンブルチューブ１５１は、この固定されたコンジットチューブ１４８の端部から挿通される。そして、このシンブルチューブ１５１に中性子束検出器が挿入される。

シールテーブル１５６は、図２に示すように、板状に形成され、コンジットチューブ１４８の端部が下から上に貫通された状態で固定されている。複数のコンジットチューブ１４８は、等間隔で並べられてシールテーブル１５６の上面から林立されている。

このように、計装管１４７Ａは、コンジットチューブ１４８がシンブルチューブ１５１に挿入される構成であるが、それに限られず、中性子束検出器や後述のカプセルユニット１２が挿入される任意の形状の管であってよい。

図３は、本実施形態に係る放射性同位体製造装置の概略構成を示す模式図である。図２及び図３に示すように、放射性同位体製造装置１０は、シールテーブル１５６が配置されている空間に配置されている。放射性同位体製造装置１０は、コンジットチューブ１４８と並行して配置されたコンジットチューブ３０に接続している。放射性同位体製造装置１０は、コンジットチューブ３０を介して、カプセルユニット１２を原子炉の原子炉容器１０１内に挿入し、原子炉容器内１０１で原料に放射線を照射し放射性同位体に変換した後、原子炉容器１０１から回収する。

図４は、本実施形態に係るカプセルユニットの模式図である。本実施形態に係るカプセルユニット１２は、連結された複数のカプセル２１２で構成されており、計装管１４７Ａ内に挿入される。カプセルユニット１２は、内部にＲＩ（Ｒａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅ）原料Ｍが収納される容器である。

ＲＩ原料Ｍは、放射性同位体の原料である。ＲＩ原料は、計装管１４７Ａの原子炉容器１０１内に位置する箇所内で、中性子束に暴露されることで、放射性同位体に変換される。ＲＩ原料Ｍは、粉末が焼き固められたブロック状となっているが、それに限られない。ＲＩ原料は、例えば、モリブデン‐９８を用いることができる。ＲＩ原料は、中性子束が照射されることで、放射性同位体として、モリブデン‐９９となる。ＲＩ原料は、モリブデンを用いることが好ましいが、これに限定されない。ＲＩ原料は、例えば、クロム‐５０、銅‐６３、ジスプロシウム‐１６４、エルビウム‐１６８、ホルミウム‐１６５、ヨウ素‐１３０、イリジウム‐１９１、鉄‐５８、ルテチウム‐１７６、パラジウム‐１０２、リン‐３１、カリウム‐４１、レニウム‐１８５、サマリウム‐１５２、セレン‐７４、ナトリウム‐２３、ストロンチウム‐８８、イッテルビウム‐１６８、イッテルビウム‐１７６、イットリウム‐８９、のうち少なくとも１つであってよい。そして、それらのＲＩ原料に中性子束が照射されることで、放射性同位体として、それぞれ、クロム‐５１、銅‐６４、ジスプロシウム‐１６５、エルビウム‐１６９、ホルミウム‐１６６、ヨウ素‐１３１、イリジウム‐１９２、鉄‐５９、ルテチウム‐１７７、パラジウム‐１０３、リン‐３２、カリウム‐４２、レニウム‐１８６、サマリウム‐１５３、セレン‐７５、ナトリウム‐２４、ストロンチウム‐８９、イッテルビウム‐１６９、イッテルビウム‐１７７、イットリウム‐９０、が製造される。

図４に示すように、カプセル２１２は、ＲＩ原料Ｍが収納されるケース部２２０と、ケース部２２０の端部に取り付けられる被連結部２２２と、被連結部２２２に接続される連結部２２４を有する。カプセルユニット１２は、１つのカプセル２１２の被連結部２２２に接続された連結部２２４が、他のカプセル２１２の被連結部２２２にも接続されることで、カプセル２１２同士が直列で連結されている。連結部２２４は、カプセル２１２同士を連結する部材である。連結部２２４は、カプセル２１２の一方の端部側の被連結部２２２と、他方の端部側の被連結部２２２との、それぞれに設けられている。一方の端部側の被連結部２２２は、別のカプセル２１２にも接続されており、他方の端部側の被連結部２２２は、一方の端部側に接続されている別のカプセル２１２とは異なるカプセル２１２に接続されている。なお、カプセルユニット１２の先頭のカプセル２１２Ｓまたは末尾のカプセル２１２Ｔについては、一方側の被連結部２２２にのみ連結部２２４が接続されており、他方側の被連結部２２２に連結部２２４が接続されていなくてもよい。

カプセルユニット１２は、末尾のカプセル２１２Ｔの連結部２２４が接続されていない側の被連結部２２２に接続部２１４が設けられる。接続部２１４は、放射性同位体製造装置１０と接続する。本実施形態の接続部２１４は、永久磁石で形成されている。

カプセルユニット１２は、カプセル２１２の被連結部２２２と他のカプセル２１２の被連結部２２２とに連結部２２４を接続して、カプセル２１２と他のカプセル２１２とを連結することで、組み立てられる。カプセルユニット１２は、それぞれのカプセル２１２が連結部２２４を介して直列に連結されている。カプセルユニット１２は、例えばロール状に巻き取られた状態で保管されていてよい。カプセルユニット１２は、カプセル２１２同士を連結部２２４で連結しているため、適切に巻き取ることが可能となる。なお、カプセルユニット２１２は、連結される複数のカプセル２１２のうちの全てにＲＩ原料Ｍが収納されていることに限られず、少なくとも一部のカプセル２１２にＲＩ原料Ｍが収納されていてよい。例えば、先頭のカプセル２１２Ｓや末端のカプセル２１２Ｔには、ＲＩ原料Ｍが収納されていなくてもよい。この場合、カプセル２１２Ｓ、２１２Ｔのケース部２２０は、中空でなく中実の部材となっていてよい。カプセル２１２Ｓや末端のカプセル２１２ＴにＲＩ原料Ｍを収納しないことで、カプセル２１２Ｓ、２１２Ｔの破損によるＲＩ原料Ｍの露出を抑制しつつ、カプセルユニット１２を計装管１４７Ａ及び計装管１４７Ａに接続されるコンジットチューブ３０にスムーズに出し入れ可能となる。

図３に戻り、放射性同位体製造装置１０の構成について説明する。放射性同位体製造装置１０は、搬送装置１４と、基台１６と、締結装置１８と、遮蔽容器２０と、閉塞機構２２と、を含む。

搬送装置１４は、カプセルユニット１２を搬送する。搬送装置１４は、駆動装置４０と、ケーブル４２と、接続端子４４と、を含む。駆動装置４０は、ケーブル４２の挿入、引き抜きを行う。本実施形態の駆動装置４０は、ケーブル４２を内部に収納している。ケーブル４２は、所定の剛性と、可撓性を有し、コンジットチューブ３０及び計装管１４７Ａに沿って移動する。ケーブル４２は、所定の剛性を備えることで、カプセルユニット１２をコンジットチューブ３０及び計装管１４７Ａに沿って、原子炉容器１０１側つまり原子炉側に押し込むことができる。また、ケーブル４２は、可撓性を有することで、コンジットチューブ３０及び計装管１４７Ａに沿って変形する。接続端子４４は、ケーブル４２の先端に固定される。接続端子４４は、電磁石である。接続端子４４は、接続部２１４の永久磁石と吸着する極に磁化させることで、接続部２１４と連結する。接続端子４４は、接続部２１４の永久磁石と吸着する極と反対側の極に磁化させることで、接続部２１４と離れる。これにより、接続端子４４は、接続部２１４との接続と離脱とを切り替えることができる。

基台１６は、締結装置１８と、遮蔽容器２０を支持する。基台１６は、カプセルユニット１２及びケーブル４２が通過する領域に２つの貫通孔５２が配置される。１つの貫通孔５２は、コンジットチューブ３０と、基台１６に置かれる遮蔽容器２０とを繋げる。もう１つの貫通孔５２は、基台１６に置かれる遮蔽容器２０と搬送装置１４とを繋げる。基台１６は、貫通孔５２の周囲に貫通孔５２を通過するカプセルユニット１２等から照射される放射線を遮蔽する遮蔽構造を設けることが好ましい。遮蔽構造としては、ボロン、鉛、タングステン等を含有した材料としてもよい。また、金属で遮蔽可能な場合は、金属部材を配置してもよい。

締結装置１８は、基台１６の搬送装置１４側の貫通孔５２に配置される。締結装置１８は、貫通孔５２を通過するカプセルユニット１２の接続部２１４と、搬送装置１４の接続端子４４とを締結する。具体的には、接続部２１４と接続端子４４とは雄ねじと、雌ねじとが形成されており、締結装置１８は、永久磁石と電磁石とで連結している接続部２１４と接続端子４４とを相対的に回転させて、接続部２１４と接続端子４４とをねじ構造で締結する。締結機構１８は、接続部２１４と接続端子４４との一方、本実施形態では、接続端子４４をクランプして固定し、接続部２１４をクランプして回転させることで、ねじみそに沿って螺合させる。締結装置１８は、例えばモータの駆動力で接続部２１４を回転させる。

遮蔽容器２０は、基台１６に着脱可能な状態で設置される。遮蔽容器２０は、内部に通路６０が形成された部材である。通路６０は、両端が開口した直線形状の空間である。なお、通路６０は、本実施形態のように直線が好ましいが、両端が開口していればよく、曲がっている部分があってもよい。通路６０は、カプセルユニット１２及びケーブル４２が通過する経路となる。また、通路６０は、放射化したカプセルユニット１２が保持される空間となる。遮蔽容器２０は、通路６０に配置されたカプセルユニット１２等から照射される放射線を遮蔽する。遮蔽容器としては、ボロン、鉛、タングステン等を含有した材料で形成することで、カプセルユニット１２から照射される放射線を遮蔽できる。また、遮蔽容器２０は、材料と厚みで遮蔽可能な場合は、ボロン、鉛、タングステン等を配置しなくてもよい。

閉塞機構２２は、遮蔽容器２０の通路６０の両端をそれぞれ開閉可能な蓋６２を備える。閉塞機構２２は、蓋６２で通路６０の両端を塞ぐことで、通路６０を閉塞する。閉塞機構２２は、蓋６２を通路６０と対面する位置から移動させることで、通路６０を開放する。本実施形態の閉塞機構２２は、蓋６２の回転軸を遮蔽容器２０の上側に配置し、水平方向を軸として蓋６２を回転させ、蓋６２を通路６０に対して開閉させる。蓋６２は、開いている状態では、遮蔽容器２０の上側に配置される。なお、蓋６２を開閉させる機構は特に限定されない。

次に、図５から図８を用いて、放射性同位体製造方法について説明する。図５から図８は、それぞれ放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。図５から図８は、放射性同位体製造方法の処理を順番に示している。なお、図５から図８の処理は、各種機器を用いて、自動で行うことができる。またオペレータが遠隔で操作して実行してもよい。

放射性同位体製造装置（以下、単に製造装置ともいう。）１０は、図５に示すように、遮蔽容器２０を基台１６から分離した状態とする（ステップＳ１２）。次に、製造装置１０は、放射化していないＭＩ原料Ｍがカプセルに収納されたカプセルユニット１２を、遮蔽容器２０の通路６０に挿入し、蓋６２で通路６０を閉塞する（ステップＳ１４）。蓋６２で通路６０を閉塞することで、内部に配置されたカプセル２１２の放射線を遮蔽することができ、また、遮蔽容器２０の搬送時に放射化された物質を外部に飛散させることを防止できる。

次に、製造装置１０は、遮蔽容器２０を、基台１６に設置する（ステップＳ１６）。具体的には、遮蔽容器２０を基台１６の置く場所の上側に移動させ、その後、蓋６２を開けて通路６０を開放し、遮蔽容器２０を基台１６に置く。これにより、通路６０と、貫通孔５２とが繋がった状態となる。

次に、製造装置１０は、搬送装置１４の駆動装置４０でケーブル４２を送り出し、接続端子４４と接続部２１４とを連結する（ステップＳ２０）。製造装置１０は、接続端子４４が接続部２１４を吸着する磁極とした状態で、接続端子４４を接続部２１４に近づけ、接続端子４４と接続部２１４とを磁力で連結する。

次に、製造装置１０は、ケーブル４２とカプセルユニット１２とが連結している状態で、駆動装置４０でケーブル４２を所定距離引き込み、接続端子４４と接続部２１４との接続部分を締結装置１８と対面させ、接続端子４４の電磁石をＯＦＦにする（ステップＳ２２）。製造装置１０は、図６に示すように、締結装置１８で接続端子４４と接続部２１４と締結させる（ステップＳ２４）。具体的には、締結装置１８で接続端子４４と接続部２１４とをそれぞれクランプし、接続端子４４を固定し、接続部２１４を回転させることで、接続部２１４を接続端子４４側に螺合させることで、締結する。締結が完了したら、締結装置１８のクランプを解除する。

次に、製造装置１０は、駆動装置４０で、ケーブル４２を押し出し、カプセルユニット１２とケーブル４２をコンジットチューブ３０側に移動させる（ステップＳ２６、ステップＳ２８）。製造装置１０は、ケーブル４２を押し出すことで、カプセルユニット１２をコンジットチューブ３０及び計装管１４７Ａ内を移動させ、原子炉容器１０１つまり原子炉の内部に到達させる。製造装置１０は、カプセルユニット１２を原子炉容器１０１内に所定期間、例えば、数日から１０日間配置する。なお、原子炉容器１０１内には、使用中の燃料集合体が配置されている。

次に、製造装置１０は、所定期間が経過した後、駆動装置４０でケーブル４２を巻き取り、カプセルユニット１２を遮蔽容器２０に回収する（ステップＳ３０）。遮蔽容器２０に回収したカプセルユニット１２は、ＲＩ原料Ｍが放射性同位体に変換されている。製造装置１０は、遮蔽容器２０に回収したカプセルユニット１２の続端子４４と接続部２１４との接続部分を締結装置１８と対面させる位置まで移動させる（ステップＳ３２）。

次に、製造装置１０は、締結機構１８で、接続端子４４と接続部２１４との締結を解除する（ステップＳ３４）。製造装置１０は、締結機構１８で螺合時と反対側に、接続端子４４と接続部２１４とを相対回転させて、分離させる。また、接続端子４４を、吸着時と逆の極性に着磁して、接続端子４４と接続部２１４とに反発力を発生させる。

次に、製造装置１０は、駆動装置４０でケーブル４２を押し出すことで、ケーブル４２でカプセルユニット１２をコンジットチューブ３０側に移動させる（ステップＳ３６）。製造装置１０は、カプセルユニット１２の全体が遮蔽容器２０に収納される位置まで、カプセルユニット１２を移動させる。製造装置１０は、カプセルユニット１２の全体が遮蔽容器２０に収納される位置まで移動させた後、駆動装置４０でケーブル４２を回収し、通路６０内にケーブル４２がない状態とする（ステップＳ３８）。

次に、製造装置１０は、遮蔽容器２０を、基台１６から取り外し、蓋６２で通路６０を閉塞する（ステップＳ４０）。次に、製造装置１０は、放射性同位体を取り出すことができる位置まで遮蔽容器２０を移動させ（ステップＳ４０）、作業可能な位置で、蓋６２を開き、カプセルユニット１２を取り出す（ステップＳ４２）。

製造装置１０は、コンジットチューブ等の、原子炉格納容器と接続される経路に遮蔽容器２０を接続し、遮蔽容器２０に収納したカプセルユニット１２を原子炉容器１０１内に移動させ、放射性同位体に変換させた後、遮蔽容器２０に回収することで、放射性同位体から放射される放射線の影響を抑制しつつ、製造した放射性同位体を回収、搬送することができる。また、本実施形態のように通路６０を用いた経路で搬送することで、遮蔽状態を維持しつつ、放射性同位体の製造を行うことができる。

図９は、他の実施形態に係る放射性同位体製造装置の配置を示す模式図である。図１０は、他の実施形態に係る放射性同位体製造装置の概略構成を示す模式図である。図１１は、カプセルユニット１２とケーブルとの接続部分の一例を示す説明図である。図９から図１１に示す放射性同位体製造装置１０ａのうち、放射性同位体製造装置１０と同様の構造については、同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。

図９に示す原子炉ユニットは、シールテーブル１５６が配置される部屋に隣接する部屋に放射性同位体製造装置１０ａが配置される。原子炉ユニットは、シールテーブル１５６が配置される部屋と、放射性同位体製造装置１０ａが配置される部屋とを仕切る隔壁８に形成された貫通孔３１２に原子炉容器１０１と接続し、配管室１５５を通過したコンジットチューブが挿入されている。なお、図９では貫通孔３１２を示すために、コンジットチューブと貫通孔３１２との間に空間を示したが貫通孔３１２とコンジットチューブとの間はシール及び遮蔽されている。コンジットチューブは、計装管１４７Ａと同様に、シールテーブル１５６が配置される部屋から配管室１５５を通過して、原子炉容器１０１に挿入されている。

放射性同位体製造装置１０ａ（以下単に製造装置１０ａともいう。）は、原子炉建屋８の外側に配置される。なお、配置位置は、製造装置１０と同様でもよい。製造装置１０ａは、搬送装置１４と、基台３１４と、遮蔽容器２０ａと、切断装置８０と、センサ８２と、収納容器８４と、を含む。

基台３１４は、搬送装置１４と、遮蔽容器２０ａ、切断装置８０、センサ８２、収納容器８４の各部を支える台である。遮蔽容器２０ａは、本体７０と蓋７２とを含む。遮蔽容器２０ａは、蓋７２が、本体７０の上面に開閉可能な状態で配置される。遮蔽容器２０ａは、蓋７２を開閉してカプセルユニット１２を本体７０に置くことができる。本体７０は、カプセルユニット１２を配置する通路が形成される。通路は、遮蔽容器２０の通路６０と同様に、ケーブル４２、カプセルユニット１２が通過する。本体７０の通路は、一方が貫通孔３１２と接続し、他方が搬送装置１４と接続する。遮蔽装置２０ａは、貫通孔３１２側の通路の下面に孔７６が形成される。孔７６の下には、収納容器８４が配置される。また、遮蔽容器２０ａは、通路と孔７６の接続部には、開閉底７４が設けられている。開閉底７４は、通路と孔７６が繋がった状態と、切り離された状態を切り替える。

切断機構８０は、遮蔽容器２０ａの通路の開閉底７４の上側に配置される。切断機構８０は、カプセルユニット１２の連結部２２２を切断する。切断機構８０は、裁断器、ハサミ等である。センサ８２は、カプセルユニット１２の移動経路で、切断機構８０よりも貫通孔３１２、つまり原子炉容器側に配置される。センサ８２は、通路にカプセルユニット１２があるか否かを検出することで、カプセルユニット１２の貫通孔３１２側の先端を検出する。

収納容器８４は、ＲＩ原料Ｍを放射性同位体に変換したカプセル２１２を切断装置８０で、１つのカプセルに分断した状態で収納する。収納容器８４は、孔７６の下側に配置される。収納容器８４は、容器本体９０と、蓋９２と、を含む。容器本体９０は、カプセル２１２を収納する空間が設けられている。蓋９２は、容器本体９０の開放されている面を塞ぐ。収納容器８４は、容器本体９０を蓋９２で閉塞することで、内部に配置されたカプセル２１２の放射線を遮蔽することができ、また、収納容器８４の搬送時に放射化された物質を外部に飛散させることを防止できる。収納容器８４は、ボロン、鉛、タングステン等を含有した材料で形成してもよい。また、収納容器８４は、金属で遮蔽可能な場合は、金属部材としてもよい。

本実施形態のカプセルユニット１２の接続部２１４ａと、搬送機構１４の接続端子４４ａは、図１１に示すように、着脱可能なボールジョイント機構で接続されている。これにより、接続部２１４ａと接続端子４４ａの接続部分が、ボールジョイントのボール部分を軸として、直交２軸の方向に移動可能となり、原子炉容器への移動時に経路の形状に沿って、より柔軟に変形させることができる。

次に、図１２から図１７を用いて、放射性同位体製造方法について説明する。図１２から図１７は、それぞれ放射性同位体製造方法を説明するための説明図である。図１２から図１７は、放射性同位体製造方法の処理を順番に示している。

製造装置１０ａは、図１２に示すように遮蔽容器２０ａの蓋７２を開放し、本体７０にカプセルユニット１２を配置する。また、カプセルユニット１２の接続部２１４と、搬送装置１４の接続端子とを接続する。カプセルユニット１２を配置し、搬送装置１４と接続する。カプセルユニット１２を収納容器２０ａに配置したら、蓋７２を閉じる。

次に、製造装置１０ａは、図１３に示すように、搬送装置１４で、ケーブル４２を送ることで、カプセルユニット１２を貫通孔３１２に挿入し、コンジットチューブ内を移動させる（ステップＳ１０２、１０４）。製造装置１０ａは、ケーブル４２を押し出すことで、カプセルユニット１２をコンジットチューブ内で移動させ、原子炉容器１０１の内部に到達させる。製造装置１０ａは、カプセルユニット１２を原子炉容器１０１内に所定期間、例えば、数日から１０日間配置する。なお、原子炉容器１０１内には、使用中の燃料集合体が配置されている。

次に、製造装置１０ａは、所定期間が経過した後、駆動装置４０でケーブル４２を巻き取り、図１４に示すように、カプセルユニット１２を、貫通孔３１２を通過させ（ステップＳ１０６）、遮蔽容器２０ａ側に回収する。製造装置１０ａは、センサ８２で、カプセルユニット１２の回収時に、先端（原子炉側の端部）が通過したことを検知したら、収納容器２０ａ内へのカプセルユニット１２の移動が完了したとして、巻き取りを終了する（ステップＳ１０８）。

次に、製造装置１０ａは、センサ８２でカプセルユニットの位置を検出しつつ、搬送機構１４でカプセルユニット１２を移動させ、切断機構８０と対面する位置に、最も原子炉側の連結部２２４を移動させる（ステップＳ１１０）。製造装置１０ａは、移動が完了したら、切断機構８０で、連結部２２４を切断し、原子炉側の１つのカプセル２１２を、カプセルユニット１２から分離する（ステップＳ１１２）。

次に、製造装置１０ａは、開閉底７４を開くことで、分離した１つのカプセル２１２を孔７６から収納容器８４の容器本体９０に落下させる（ステップＳ１１４）。その後、製造装置１０ａは、開閉底７４を閉じて、孔７６を塞ぐ（ステップＳ１１６）。

次に、製造装置１０ａは、センサ８２でカプセルユニットの位置を検出しつつ、搬送機構１４でカプセルユニット１２を移動させ、切断機構８０と対面する位置に、最も原子炉側の連結部２２４を移動させ、切断機構８０で切断する（ステップＳ１１８）。次に、製造装置１０ａは、開閉底７４を開くことで、分離した１つのカプセル２１２を孔７６から収納容器８４の容器本体９０に落下させる（ステップＳ１２０）。その後、図１６に示すように、製造装置１０ａは、開閉底７４を閉じて、孔７６を塞ぐ（ステップＳ１２１）。製造装置１０ａは、ステップＳ１１８からステップＳ１２１の処理を繰り返し、カプセルユニット１２からカプセルを１つずつ分離する。

次に、製造装置１０ａは、ステップＳ１１８からステップＳ１２１の処理を繰り返し、収納容器８４内にカプセル２１２が所定数蓄積された場合、容器本体９０を蓋９２で覆い閉塞し、別の収納容器８４を孔７６の下に配置する（ステップＳ１２４）。製造装置１０ａは、上記処理を繰り返し、カプセルユニット１２のカプセル２１２を１つずつに分離して、収納容器８４に収納する（ステップＳ１２８）。

製造装置１０ａは、図１７に示すように、遮蔽容器２０ａの蓋７２を開き、カプセルを分離した接続部２１４ａを接続端子４４ａからと外し、別のカプセルユニット１２を装填する。遮蔽容器２０ａの孔７６の下に、内部にカプセル２１２が配置されていない収納容器８４を配置する。製造装置１０ａは、上記処理を繰り返すことで、放射性同位体を製造することができる。

製造装置１０ａは、切断機構を設け、遮蔽容器２０ａ内で、カプセルごとに分離し、収納容器に収納することで、省スペースで放射化したカプセルを収納することができる。これにより、放射性同位体に変換したカプセルを収納する容器を小さくすることができる。また、遮蔽容器２０ａ内で処理ができるため、放射線を照射する物体を適切な環境で処理することができる。本実施形態では、遮蔽容器の通路の下側に貫通孔３１２を設け、収納容器８４にカプセルを移動させたが、貫通孔の位置はこれに限定されない。遮蔽容器は、収納容器に繋がり、切断されたカプセルを前記収納容器に移動可能にする貫通孔を備えていればよい。また、カプセルの移動方法も落下に限定されず、カプセルユニットで移動させても別途カプセルを移動させる機構、例えばロボットアームを備えていてもよい。

上記実施形態では、収納容器８４を蓋９２が分離する図で示したが、開閉する蓋でもよく、上面の一部が開放した蓋でもよい。

図１８は、他の実施形態に係る原子炉ユニットの概略構成を示す模式図である。図１９は、他の実施形態に係る原子炉ユニットの概略構成を示す模式図である。図１８に示す原子炉ユニットは、放射性同位体製造装置１０に加え、カプセルユニット１２を回収する遮蔽容器４０１と、遮蔽容器４０１とコンジットチューブ３０を接続する接続経路４１０と、コンジットチューブ３０と接続経路４１０とを切り替える通路切替機構４５０と、を備える。遮蔽容器４０１は、放射化されたカプセルユニット１２を収容する。接続経路４１０は、配管室１５５が設けられている建屋の外に配置される。カプセル供給装置４０１は、車両４０２に搭載されている。車両４０２は、駆動部４０４と、載置部４０６と、を有し、載置部４０６に遮蔽容器４０１を搭載する。遮蔽容器４０１は、放射化されたカプセルユニット１２等から照射される放射線を遮蔽する。

原子炉ユニットは、遮蔽容器４０１と、コンジットチューブ３０とを接続する接続経路４１０を備える。接続経路４１０は、隔離壁４３０に固定されており、遮蔽容器４０１に対して着脱可能である。遮蔽容器４０１は、内部に配置されたカプセル２１２の放射線を遮蔽する。遮蔽容器４０１は、筐体をボロン、鉛、タングステン等を含有した材料で形成してもよい。また、遮蔽容器４０１は、筐体が金属で遮蔽可能な場合は、金属材料としてもよい。

接続経路４１０は、コンジットチューブ４１２、４１８と、シャッタ４１４、４２０と、を含む。コンジットチューブ４１２は、建屋の外側に配置され、遮蔽容器４０１と建屋とを接続する。コンジットチューブ４１８は、シャッタ４１４を介してコンジットチューブ４１２と接続し、他方の端部が、放射性同位体製造装置１０のカプセルユニットの移動経路であるコンジットチューブ３０と接続する。コンジットチューブ４１８には、シャッタ４２０が配置される。シャッタ４１４、４２０は、コンジットチューブの経路の閉塞と開放を切り替える構造物である。シャッタ４１４、４２０は、閉塞することでコンジットチューブの経路が遮断され、内部の雰囲気が外部に漏れない状態となる。シャッタ４１４、４２０は、開放することで、内部にカプセルユニットが通過できる状態となる。コンジットチューブ４１２、４１８は、配管４３０と、配管４３０の内部に配置され、通過する部材の移動を補助する案内機構４３２を備える。案内機構４３２は、ローラである。案内機構４３２は、駆動源に接続され、回転することで、カプセルユニットを移動させる。案内機構４３２は、カプセルユニットの１２をコンジットチューブ３０から遮蔽容器４０１に案内する。案内機構４３２は、カプセルユニットの１２を遮蔽容器４０１に向けて搬送する搬送機能を備えていてもよい。

通路切替機構４５０は、コンジットチューブ３０と接続経路４１０との接続部に配置される。通路切替機構４５０は、カプセルユニット１２が、コンジットチューブ３０を通過する経路と、コンジットチューブ３０から接続経路４１０に移動する経路と、を切り替える。

原子炉ユニットは、放射性同位体製造装置１０の駆動装置４０で遮蔽容器２０に供給されたカプセルユニット１２を原子炉容器１０１に搬送する。この時、通路切替機構４５０は、カプセルユニット１２がコンジットチューブ３０を通過する経路を繋げている。原子炉ユニットは、原子炉容器１０１で放射化されたカプセルユニット１２を、駆動装置４０でケーブル４２を回収することで、放射性同位体製造装置１０に移動させる。

通路切替機構４５０は、原子炉容器１０１で放射化されたカプセルユニット１２が通路切替機構４５０よりも放射性同位体製造装置１０に移動された後、コンジットチューブ３０から接続経路４１０に移動する経路に切り替える。これにより、原子炉ユニットは、駆動装置４０でカプセルユニット１２を遮蔽容器４０１に移動させることができる。

原子炉ユニットは、建屋の外に接続する接続経路４１０を設け、かつ、遮蔽容器４０１と着脱可能とすることで、遮蔽容器４０１を分離することができる。また、原子炉ユニットは、遮蔽容器４０１を車両４０２に搭載することで、カプセルユニット１２を収納した遮蔽容器４０１を簡単に搬送することができる。

原子炉ユニットは、遮蔽容器４０１を車両４０２に搭載し搬送可能とすることで、処理を実行する間のみ遮蔽容器４０１を原子炉ユニットの施設内に配置し、使用していない間は別の場所に置くことができる。

原子炉ユニットは、放射性同位体製造装置１０の遮蔽容器２０に変えて、遮蔽容器４０１を用いる。これにより、放射性同位体製造装置１０の構成を簡単にでき、放射化したカプセルを、原子炉は配置された敷地から移動させやすくできる。本実施形態の放射性同位体製造装置１０は、遮蔽容器２０を放射性同位体製造装置１０に固定し、通路６０に放射化されていないカプセルユニット１２を供給するようにしてもよい。これにより、遮蔽容器２０で放射化したカプセルユニット１２を搬送する必要がなくなり、遮蔽容器２０を固定することができる。

原子炉ユニットは、放射化前のカプセルユニット１２を遮蔽容器４０１に搭載し、駆動装置４０で、遮蔽容器４０１のカプセルユニット１２を放射性同位体製造装置１０の遮蔽容器２０に搬送するようにしてもよい。これにより、遮蔽容器２０に放射化していないカプセルユニット１２を供給するための機構、例えば、遮蔽容器２０の開閉機構が不要となり、装置構成を簡単にすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１０、１０ａ、１０ｂ 放射性同位体製造装置
１２ カプセルユニット
１４ 搬送装置
１６ 基台
１８ 締結装置
２０ 遮蔽容器
２２ 閉塞機構（隔離機構）
３０ コンジットチューブ
４０ 駆動装置
４２ ケーブル
４４ 接続端子
５２ 貫通孔
６０ 通路
６２ 蓋
７０ 本体
７２ 蓋
８０ 切断装置
８２ センサ
９０ 収納容器
９２ 蓋
２１２ カプセル
２１４ 接続部
２２０ ケース部
２２２ 被連結部
２２４ 連結部
Ｍ ＲＩ原料

Claims (6)

1. 放射性同位体の原料であるＲＩ原料が収納された複数のカプセルが、直列で連結されたカプセルユニットを、原子炉内に搬送し、前記原子炉内から回収する放射性同位体製造装置であって、
   前記カプセルユニットを搬送する駆動装置と、
   前記駆動装置と前記原子炉の間の前記カプセルユニットの搬送経路に配置され、前記カプセルユニットの周囲を遮蔽する遮蔽容器と、
   放射化した前記カプセルを外部から隔離する隔離機構と、を備え、
   前記駆動装置は、前記カプセルユニットと着脱可能に接続されるケーブルを有し、
   前記遮蔽容器は、放射化前の前記カプセルユニットを収容した状態で、前記駆動装置と対面する位置に搬送され、前記駆動装置が前記カプセルユニットを前記原子炉内に搬送する際に、前記ケーブルが通過する放射性同位体製造装置。
2. 前記隔離機構は、前記遮蔽容器の前記カプセルユニットが収容される領域を閉塞する閉塞機構を含む請求項１に記載の放射性同位体製造装置。
3. 前記遮蔽容器は、前記駆動装置に対して着脱可能である請求項２に記載の放射性同位体製造装置。
4. 前記隔離機構は、放射化した前記カプセルユニットをカプセルごとに分離する切断機構と、
   切断された前記カプセルを収納する収納容器と、を備え、
   前記遮蔽容器は、前記収納容器に繋がり、切断された前記カプセルを前記収納容器に移動可能にする貫通孔と、前記貫通孔を開閉させる開閉機構と、を備える請求項１に記載の放射性同位体製造装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射性同位体製造装置と、
   原子炉と、
   前記原子炉の周囲に配置され、外側の空間と前記原子炉とを遮蔽する原子炉建屋と、を備える原子炉ユニット。
6. 放射性同位体の原料であるＲＩ原料が収納された複数のカプセルが、直列で連結されたカプセルユニットを、原子炉内に搬送し、前記原子炉内から回収する放射性同位体の製造方法であって、
   遮蔽容器に配置された前記カプセルユニットを搬送装置と対面する位置に配置し、前記カプセルユニットと前記搬送装置のワイヤを連結するステップと、
   前記ワイヤが前記遮蔽容器を通過した状態で、前記カプセルユニットを前記原子炉内に搬送するステップと、
   前記搬送装置と前記原子炉の間の前記カプセルユニットの搬送経路に配置され、前記カプセルユニットの周囲を遮蔽する遮蔽容器に、前記原子炉内に搬送した前記カプセルユニットを移動させるステップと、
   前記遮蔽容器に配置された放射化した前記カプセルを外部から隔離した状態で搬送するステップと、を備える放射性同位体の製造方法。

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