JP7499157B2 - カプセルユニット及び放射性同位体の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る原子炉容器の模式的な一部断面図である。本実施形態に係る原子炉容器101は、原子力発電プラントの加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)に用いられる。ただし、原子炉容器101は、加圧水型原子炉に用いられることに限られず、例えば沸騰水型原子炉に用いられてもよい。図1に示すように、原子炉容器101は、原子炉容器本体101aの内部に、燃料集合体120を含む炉内構造物を有している。
図3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10は、連結された複数のカプセル12で構成されており、計装管147A内に挿入される。カプセル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、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、モリブデン‐99、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は、本実施形態に係るカプセルの模式的な断面図である。図4に示すように、カプセル12は、RI原料Mが収納されるケース部20と、ケース部20の端部に取り付けられる被連結部22と、ケース部20に接続される連結部24を有する。カプセルユニット10は、1つのカプセル12のケース部20に接続された連結部24が、他のカプセル12の被連結部22にも接続されることで、カプセル12同士が直列で連結されている。なお、本実施形態では、1つのカプセル12において、連結部24は、そのカプセル12の被連結部22に接続されている。すなわち、1つのカプセル12において、連結部24は、被連結部22を介して、ケース部20に接続されている。
図5に示すように、ケース部20は、RI原料Mが収納される収納空間SP1が内部に形成される中空の部材である。ケース部20は、筒部20Aと、蓋部20Bとを有する。筒部20Aは、筒状、ここでは円筒状の部材である。筒部20Aの内周面に囲われる空間が、収納空間SP1となる。蓋部20Bは、筒部20Aの軸方向における一方の端部と他方の端部とに設けられる部材である。蓋部20Bは、筒部20Aの端部に形成される開口を覆うことで、収納空間SP1を閉塞する。蓋部20Bは、本実施形態では円板状の部材であるが、形状はそれに限られず任意であってよい。蓋部20Bは、例えば、表面が筒部20Aの端部に接触した状態で溶接されることで、筒部20Aに対して固定される。この場合例えば、ケース部20の収納空間SP1にRI原料Mを収納した後で、蓋部20Bが筒部20Aに固定されて、収納空間SP1が閉塞される。
図5に示すように、被連結部22は、ケース部20のX方向における端部に取り付けられる部材である。被連結部22は、ケース部20に対して固定されている。被連結部22は、ケース部20のX方向における一方側の端部と他方側の端部とのそれぞれに取り付けられる。被連結部22は、ケース部20の端部からX方向に突出する取付部30を含む。取付部30は、表面30B側がケース部20の端部に取り付けられる。表面30Bは、ケース部20の端部に、ここではケース部20の蓋部20Bに、接触している。本実施形態では、表面30Bは、蓋部20Bに合わせて平面形状となっているが、それに限られず、任意の形状であってよい。
図5に示すように、連結部24は、カプセル12同士を連結する部材である。連結部24は、カプセル12の一方の端部側の被連結部22と、他方の端部側の被連結部22とに、それぞれに設けられている。一方の端部側の被連結部22は、別のカプセル12にも接続されており、他方の端部側の被連結部22は、一方の端部側に接続されている別のカプセル12とは異なるカプセル12に接続されている。なお、カプセルユニット10の先頭または末尾のカプセル12については、一方側の被連結部22にのみ連結部24が接続されており、他方側の被連結部22に連結部24が接続されていなくてもよい。
本実施形態に係る連結部24の具体的な構造について説明する。本実施形態に係る連結部24は、一方の端部40Aと、他方の端部40Bと、軸部42とを有する。軸部42は、端部40Aと端部40Bとを接続する軸状の部材である。端部40A及び端部40Bは、軸部42に対して固定されている。端部40A及び端部40Bの、軸部42の軸方向に直交する方向に沿った最大長さを、長さD1とする。端部40A及び端部40Bは、長さD1が、軸部42の軸方向に直交する方向に沿った長さ(外径)D2よりも、長くなるように形成されている。より具体的には、被連結部22の開口部30Cの内径を内径D3とすると、長さD1は、内径D3より長く、長さD2は、内径D3より短くなっている。
カプセル12Aとカプセル12Bとは、連結部24で連結されることで、一体で移動可能となっている。例えば、カプセル12Bにカプセル12Aから離れる方向の力(図5の例では右側)が作用した場合、カプセル12Bは、カプセル12Aから離れる方向(図5の例では右側)に移動する。この場合、図5に示すように、連結部24の端部40A、40Bが、カプセル12A、12Bの被連結部22の内面に接触することで、連結部24がカプセル12Aを引っ張って、カプセル12Aにカプセル12Bと同じ方向の力が作用する。これにより、カプセル12Aは、カプセル12Bと同じ方向に(図5の例では右側に)移動する。このように、連結部24は、カプセル12の被連結部22の内面に接触することでカプセル12を引っ張る。本実施形態に係る連結部24は、端部40Aのカプセル12の被連結部22の内面に接触する面が、被連結部22の内面と同様に球面状となっていることが好ましい。これにより、連結部24は、カプセル12を任意の方向に適切に引っ張ることが可能となる。
カプセルユニット10は、複数のケース部20の被連結部22が連結部24により接続されることで、複数のカプセル12が直列をなして接続されている。本実施形態にて、複数のケース部20は、それぞれ異なる形状のRI原料Mが収納されている。例えば、カプセル12Aのケース部20は、収納空間SP1に棒形状をなすRI原料M1が収納されている。カプセル12Bのケース部20は、収納空間SP1にタブレット形状をなすRI原料M2が収納されている。カプセル12Aのケース部20に収納された棒形状をなすRI原料M1は、収納空間SP1の形状、つまり、収納空間SP1の内径および軸方向長さとほぼ同様の円柱形状をなしている。一方、カプセル12Bのケース部20に収納されたタブレット形状をなすRI原料M2は、RI原料M1より軸方向長さが短い円柱形状をなしている。すなわち、タブレット形状をなすRI原料M2は、外径が収納空間SP1の形状、つまり、収納空間SP1の内径とほぼ同様の寸法であり、軸方向長さ及び個数が収納空間SP1の形状、つまり、収納空間SP1の軸方向長さとほぼ同様の寸法である。なお、RI原料M2の個数は、収納空間SP1の形状(軸方向長さ)に応じて適宜設定すればよい。
カプセルユニット10は、カプセル12の被連結部22と他のカプセル12の被連結部22とに連結部24を接続して、カプセル12と他のカプセル12とを連結することで、組み立てられる。カプセルユニット10は、それぞれのカプセル12が連結部24を介して直列に連結されている。カプセルユニット10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10は、カプセル12同士を連結部24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10は、連結される複数のカプセル12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12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12Sや末端のカプセル12T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12S、12Tのケース部20は、中空でなく中実の部材となっていてよい。カプセル12Sや末端のカプセル12TにRI原料Mを収納しないことで、カプセル12S、12T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10を計装管147Aにスムーズに出し入れ可能となる。
図3に示すように、カプセルユニット10には、挿入機構14が設けられている。挿入機構14は、カプセルユニット10を計装管147A内に挿入するための機構である。挿入機構14は、連結されているカプセル12のうちの、末尾のカプセル12Tの被連結部22に接続されている。より詳しくは、カプセル12Tの一方の被連結部22は、連結部24を介して他のカプセル12に接続されているが、カプセル12Tの他方の被連結部22は、連結部24を介して挿入機構14に接続されている。
次に、カプセルユニット10を計装管147A内に挿入する方法を説明する。図7及び図8は、カプセルユニットを計装管内に挿入する方法を説明するための模式図である。図7に示すように、本実施形態では、カプセルユニット10は、シールテーブル156の上面から突出した計装管147Aの端部の開口から、計装管147A内に、カプセルユニット10を挿入する。具体的には、中性子束検出器が挿入されていないシンブルチューブ151に、カプセルユニット10を挿入する。すなわち、カプセルユニット10は、中性子束検出器用のシンブルチューブ151(計装管147A)に、挿入される。
本実施形態に係るカプセルユニット10は、カプセル12の端部に被連結部22を設けて、それぞれのカプセル12の被連結部22を連結部24で接続した構成となっている。これにより、カプセル12同士が、互いに相対移動可能に連結されて、例えば計装管147Aが長く形成されていたり、湾曲して形成されていたりする場合にも、RI原料Mが収納されたカプセルユニット10を適切に計装管147Aに出し入れすることが可能となる。すなわち、カプセル12の被連結部22を連結部24で接続した構成とすることで、カプセルユニット10を計装管147Aでスムーズに移動させるとともに、摩擦などによるカプセルユニット10の破損を抑制することができる。また、連結部24をRI原料で形成することで、カプセル12を連結する機構でも放射性同位体を製造することができる。また、連結部24を、放射性同位体として回収することで、廃棄物を低減することもできる。
なお、カプセルユニット10の構造は以上説明したものに限られない。以下、カプセルユニット10の他の例について説明する。
図9は、本実施形態に係るカプセルユニットの第1変形例を示す模式図である。図9に示すように、第1変形例に係るカプセルユニット10aは、カプセル12aの被連結部22と他のカプセル12bの被連結部22とに連結部24を接続して、カプセル12aと他のカプセル12bとを連結することで、複数のカプセル12a,12bが連結部24を介して連結されている。ここで、本実施形態の連結部24は、RI原料で製造されることに限定されない。連結部24は、例えば、アルミニウム、ケイ素、ステンレス鋼などある程度の強度を有する材料で製造されることができる。
図10は、本実施形態に係るカプセルユニットの第2変形例を示す模式図である。図10に示すように、第2変形例に係るカプセルユニット10bは、カプセル12aの被連結部22と他のカプセル12cの被連結部22とに連結部24を接続して、カプセル12aと他のカプセル12cとを連結することで、複数のカプセル12a,12cが連結部24を介して連結されている。
図11及び図12は、本実施形態に係るカプセルユニットの第3変形例を示す模式図である。図11に示すように、第3変形例に係るカプセルユニット10cは、カプセル12の被連結部22と他のカプセル12の被連結部22とに連結部24aを接続して、カプセル12と他のカプセル12とを連結することで、複数のカプセル12が連結部24aを介して直列に連結されている。
図13は、本実施形態に係るカプセルユニットの第4変形例を示す模式図である。図13に示すように、第4変形例に係るカプセルユニット10dは、カプセル12の側部と他のカプセル12の側部とがケーブル26に接続されることで、複数のカプセル12がケーブル26を介して連結されている。ケーブル26は、長手方向に所定間隔を空けて複数のカプセル12が配置される。複数のカプセル12は、ケース部20の側部がそれぞれケーブル26に長手方向に間隔を空けて連結されている。カプセルユニット10dは、ケーブル26の先頭にカプセル12Sが連結され、ケーブル26のケーブル26に挿入機構14が連結されている。
図14及び図15は、本実施形態に係るカプセルの第5変形例を示す模式図である。図14に示すように、第5変形例に係るカプセルユニット10eは、カプセル12eと他のカプセル12eのRI原料Mとが連結部24eを介して連結することで、複数のカプセル12eが連結部24eを介して連結されている。
以上説明したように、本開示に係るカプセルユニット10は、放射性同位体の原料であるRI原料Mが収納されるケース部20と、ケース部20の端部に接続される連結部24と、を含むカプセル12を複数有する。連結部24は、他のカプセル12のケース部20に接続されている。本開示に係るカプセルユニット10は、カプセル12同士が連結部24を介して連結されているので、例えば計装管147Aが長く形成されていたり、湾曲して形成されていたりする場合にも、RI原料Mを適切に計装管147Aに挿入することが可能となる。すなわち、カプセル12のケース部20を連結部24で接続した構成とすることで、カプセルユニット10を計装管147Aでスムーズに移動させるとともに、摩擦などによるカプセルユニット10の破損を抑制することができる。
12 カプセル
20 ケース部
22 被連結部
24 連結部
26 ケーブル
30 取付部
101 原子炉容器
147A 計装管
M,M1,M2 RI原料
Claims (10)
- 中空形状をなして収納空間の内部に放射性同位体の原料であるRI原料が収納されるケース部と、
前記ケース部に接続される被連結部と、
を含むカプセルを複数有し、
前記カプセル同士を接続する連結部を設け、
前記連結部は、前記カプセルと前記他のカプセルとが連結された状態で、前記カプセルと前記他のカプセルとを軸方向に相対移動可能に連結すると共に、屈曲可能に連結する、
カプセルユニット。 - 前記被連結部は、前記ケース部の端部に取り付けられる、
請求項1に記載のカプセルユニット。 - 前記連結部により連結される複数の前記ケース部は、それぞれ異なる形状の前記RI原料が収納されている、
請求項1または請求項2に記載のカプセルユニット。 - 複数の異なる形状の前記RI原料は、棒形状をなすRI原料と、タブレット形状をなすRI原料である、
請求項3に記載のカプセルユニット。 - 前記連結部により連結される複数の前記ケース部のうちの少なくとも1つの前記ケース部は、ダミー原料が収納される、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のカプセルユニット。 - ケーブルを有し、前記連結部が前記ケーブルに連結されている、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のカプセルユニット。 - 前記連結部は、連結ケーブルであり、複数の前記カプセルは、それぞれ前記連結ケーブルを介してケーブルに長手方向に間隔を空けて連結されている、
請求項6に記載のカプセルユニット。 - 複数の前記カプセルの前記ケース部の側部がそれぞれ前記連結ケーブルに長手方向に間隔を空けて連結される、
請求項7に記載のカプセルユニット。 - 連結される複数の前記カプセルのうちの末尾に設けられる前記カプセルには、他の前記カプセルに連結される側とは反対側の端部に、前記カプセルを管内に挿入する挿入機構が、前記連結部を介して接続されている、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のカプセルユニット。 - 前記RI原料が収納された、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のカプセルユニットを、原子炉に設けられた計装管に挿入することで、前記RI原料に中性子束を照射させて放射性同位体を製造する、放射性同位体の製造方法。
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