JPH02222886A - 核燃料物質の濃度分布測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野〉 本発明は核燃料サイクル施設で取り扱われる核燃料物質
の濃度分布測定方法およびその装置に係り、特に光子の
透過性が悪い放射性廃棄物や妨害光子を多く発生させる
物質を含む放射性廃棄物の測定に好適な核燃料物質の濃
度分布測定方法およびその装置に関する。

（従来の技術） 従来、放射性廃棄物の核燃料物質の分布を測定する技術
の１つとして、次の方法が知られている。

すなわち、廃棄物中に含まれる核燃料物質から放出され
るγ線を測定試料のある断面のあらゆる方向から測定し
て、得られたγ線強度データを演算処理し、そのγ線強
度の２次元分布を求め、これにより核燃料物質の２次元
分布を求めるものである。

（発明が解決しようとづる課題） 放射性廃棄物はその種類が多く、ポリエチレン等の可燃
物や塩化ビニール等の難燃物の他に鉄のようなγ線吸収
の大ぎい不燃物が含まれている場合や、高強度のγ線を
放出リ−る核分裂生成物を含む場合がある。そのため、
そのような放射性廃棄物を測定試料とする場合には、測
定試料中の核燃料物質が放出するγ線を測定する従来の
方法では測定が上手くいかない場合がある。

例えば、１ｍ遮蔽効果の高い鉄が多ωに含まれている放
射性廃棄物を測定試料とする場合には、測定試料の内部
で発生した低エネルギのγ線が外部にまで透過してこな
いため、測定精度が劣化し、場合によっては測定が困難
となる。

また、放射性廃棄物中に核分裂生成物が多聞に含まれて
いる場合には、その核分裂生成物が放出するγ線に妨害
されて、核燃料物質のγ線は検出されなくなる。このた
め、放射性廃棄物中に核分裂生成物が多量に含まれてい
る場合にも、核燃料物質の濃度分布測定の精度を充分に
向上させることはできない。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、光子の
遮蔽効果が高い物質や光子を多く発生する物質を含むｔ
ｉｌｉ射性廃棄物についても高い測定粘度を確保するこ
とができる核燃料物質の濃度分布測定方法およびその装
置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（：！題を解決するための手段） 本件第１番目の発明に係る核燃料物質のａ面分布測定方
法は、９〜１９ＭｅＶの範囲のエネルギを有する光子を
少なくとも１種類発生させる光子源を用意し、この光子
源により発生した光子により測定試料を照射し、測定試
料に含まれる核燃料物質が光子の照射により核分裂反応
を起して放出する中性子を測定試料の周囲に配設した中
性子検出器で測定する一連の操作を、測定試料の対象面
について多数方向から繰返し行ない、これらの操作によ
り得られた中性子強度データを演算することにより上記
対象面における核燃料物１１度の２次元分布を求めるも
のである。

本件第２番目の発明に係る核燃料物質の濃度分布測定方
法は、測定試料に含まれる核燃料物質が光子の照射によ
り核分裂反応を起して放出する中性子を中性子検出器で
測定して中性子強度データを求めるとともに、測定試料
を透過する前の光子の強度と透過した後の光子の強度を
測定して光子の透過率を求め、この透過率により上記中
性子強度データを補正し、補正された中性子強電から核
燃利料物質の２次元分布を求めることを特徴とするもの
である。

本件第３番目の発明に係る核燃料物質の濃度分布測定装
置は、９〜１９ＭｅＶの範囲のエネルギを有する光子を
少なくとも１種類発生させる光子源と、測定試料を取り
囲んで配設されるとと乙に測定試料から放出される中性
子を検出する中性子検出器と、測定試料と上記光子源と
の相対位置関係を変えることが可能な移動機構と、上記
中性子検出器の出力する信号を分析する放射線測定回路
と、この放射線測定回路からの測定データの解析や上記
移ｅｉ構の制御を行なうためのデータ解析手段とを具備
したものである。

本件第４番目の発明に係る核燃料物質の濃度分布測定装
置は、測定試料を透過する前の光子の強度を検出する第
１光子検出器と、測定試料を透過した後の光子の強度を
検出する第２光子検出器とを具備したことを特徴とする
ものである。

（作用） 本発明は９〜１９ＭｅＶの範囲のエネルギを有する光子
を測定試料に照射するから、光子の透過性が極めて高い
。また、本発明は測定試料を透過する前の光子の強度と
透過した少の光子の強度を測定して光子の透過率を求め
、この透過率により中性子強度データを補正する。した
がって、測定試料に光子の遮蔽効果が古い物質や妨害光
子を多く発生する物質を含む場合においても、高い測定
精度を確保することができる。

（実施例） 本件第３番目および第４番目の発明に係る核燃料物質の
濃度分布測定装置の一実施例について第１図を参照して
説明する。

ＩＩ疫分布測定装置にはγ線やＸｆｉｌ等の光子を発生
させる光子源１が備えられ、この光子源１の測定試料２
側に光子源用のコリメータ３が設けられる。測定試料２
は例えばドラム缶内に放射性廃棄物が収納されたものか
ら成る。

測定試料２は光子１１との相対位置関係を変えることが
可能な移動機構４に載置される。移動機構４には測定試
料２を光子源１からの光子ビームの方向に直交する水平
方向く第１図にＪ３ける上下方向）に移動させる水平走
行台車５と、測定試料２を光子源１からの光子ビームの
方向に直交覆る上下方向（第１図の紙面に直交する方向
）に移動させる胃降台車６と、測定試料２を光子源１か
らの光子ビームの方向に直交する鉛直軸廻りに回転させ
る試料載置台７とが備えられる。なお、符号８は水平方
向に延びる一対の走行用レールを示し、符号９は胃降台
車６を４箇所で案内する昇降用ガイドパイプを示す。

測定試料２の周囲には中性子減速材１０が取り囲んで配
設され、その中性子減速材１０の壁内には検出効率が均
一に近付くように測定試料２を取り囲んで多数の中性子
検出器１１が配設される。

測定試１Ｎ２と中性子検出器１１との間には、測定試料
２から放出されるγ線あるいは測定試料２で散乱した照
射光子により中性子検出器１１が検出不能となることを
防止する光？！遮蔽材１２が配設される。

中性子源ＴＡ０１０および光子遮蔽材１２には光子源１
からの光子ビームを測定試料２に照射するための入射孔
１３と、測定試料２を透過した光子を外部へ射出するた
めの射出孔１４とが目通して形成される。中性子減速材
１０の壁で形成される測定試料室１５内には、測定試料
２を透過する前の光子の強度を検出する第１光子検出器
としての光子強度モニタ１６が収納され、射出孔１４の
光子射出側には検出器用のコリメータ１７と、測定試料
２を透過した後の光子の強度を検出する第２光子検出器
としての光子検出器１８とが備えられる。

ｍ度分布測定装置には、その他上記中性子検出＠１１の
出力する信号を分析する図示しない放射線測定回路と、
この放射ｌ１ｌｉｌＩＩＩ定回路からの測定データの解
析や上記移動機構４の制御を行イ５うだめのデータ解析
手段としての処理計算機とが備えられる。！ｌ！１理計
算機は、フロッピーディスク等の記憶媒体に制御プログ
ラムを格納しており、また測定試料２の各方向の投影デ
ータをこれらの記憶媒体に一時記憶して、これらのデー
タを基に核燃料物質の濃度分布を求めるようになってい
る。

ここで、第２図（Ａ）および（Ｂ）は２３９ＰｕｔＪ、
　　　　　Ｎｐ、　　　　Ａｍ、　　　　　Ｕ、　　　
　　Ｔｈおよび２３５Ｕに対する光子の核分裂反応断面
積を表わしたものである。縦軸に核分裂反応断面積（ｍ
ｂ）を示し、横軸に光子エネルギ（ＭｅＶ）を示す。こ
れらの図から、光子エネルギが９〜１９ＭｅＶ″ｉｌ−
はぼ核分裂反応断面積が最大値を示すことがわかる。そ
のため、本実施例における光子１ｉｉｉとしては、核分
裂反応断面積が最大値の範囲における上限側の１５Ｍｅ
Ｖの光子を照射し得るものが用いられる。

次に本件第１番目および第２番目の発明に係る核燃料物
質の濃度分布測定方法の一実施例について第３図を参照
して説明する。

まず、処理８１算機は移ｌ！Ｊ機構４を初期状態とし、
昇隣台車６により測定試料２の測定対象面を選択して設
定するとともに、水平走行台車５および試料載置台７を
測定開始位置に設定する。そして、その回転角度位置お
よび直走走査位置の測定試料２に光子線を照射する（ス
テップ■）。光子線が照射されると、測定試料２に含ま
れる２３５Ｕ。

２３９Ｐｕ等の核燃料物質が核分裂反応を起し、高速中
性子を放出する。この高速中性子は中性子減速材１０に
より減速され、熱中性子となった後中性子検出器１１に
より検出される。こうして、中性子検出器１１は発生し
た核分裂中性子の強度を測定する（ステップ■ン。

次に処理計ｎ機は所定回数（ｍ回）の直走走査が終了し
たかどうかの判別を行なう（ステップ■）。そして、終
了していない場合（この１回目の測定終了時点では当然
のことながら直走走査は終了していない）、移動機構４
を制御して走行用レール８に沿って測定試料２を所定回
だけ水平方向に移動させる（ステップ■）。その後、新
たに設定された位置で光子線を照射し、核分裂反応によ
る中性子強度の測定を行なう（ステップ■ン。このよう
にしてｍ回に亘る直走走査が終了するまで、以上の制御
を繰り返す（ステップ■〜■）。

ｍ回の直走走査が終了したら（ステップ■）、所定回数
（ｎ回）の回転移動が終了したかどうかの判別を行なう
（ステップ■）。所定回数の回転移動が終了していない
場合には、移動機構４の試料載置台７が所定の角度だｌ
ｔ回枢する（ステップ■）。そして、回転後の位置で光
子線を照）１し、核分裂中性子の強度を測定して、ｍ回
の直走走査を行ない、それぞれの中性子強度を冑る（ス
テップ■〜■） このようにして、その回転位置での測定が終了した侵、
試料載置台７を所定の角度だけ回転しくステップ■）、
さらにｍ回の直走走査を行なう（ステップ■〜■）。

このようにして所定の角度だｃノ回転してｎ回の回転移
動が終了した侵、得られたｍｘｎ個のデータを基にして
画像の再構成処理を行なう（ステップの）。そして、こ
の画像の再構成処理により再構成された核燃料物質濃度
の２次元分布を得る（ステップ■）。

（ｑられた結束は、上記フロッピーディスク等に蓄えら
れ、必要に応じて図示しないＣＲＴ上に表示したり、プ
リンタでハードコピーを出力することになる。データを
２次元的に処理する技術は特にＣＴ（コンピュータ断層
撮影）の分野の技術と異なることがないので、その説明
を省略する。

なお、測定試料２を透過する前の光子の強度と透過した
後の光子の強度を測定して光子の透過率を求め、この透
過率により中性子検出器１１で検出した中性子強度デー
タを補正ザることにＪ二り高い測定精度を確保すること
ができる。

次に本発明に係る実施例の作用効果について説明する。

実施例では核分裂反応断面積が最大値の範囲における上
限側の１５ＭｅＶの光子を照射源として用いるため、光
子エネルギが高く透過性がよい。

例えば鉄がその平均密度で１．０ｇ／π充填された廃棄
物に対してエネルギが高い光子を照射すると、５０１透
過後の光子強度は、従来用いていた１ＭｅＶの光子では
５％に減少するのに対して、約２０％にしか減衰しない
。ドラム缶に詰めた放射性廃棄物は、通常その厚さが５
０ｃｍ程度であるため、光子強度の減衰は少なくなる。

したがって、γ線やＸ線等の光子の遮蔽効果が高い金属
等を多く含む放射性廃棄物については、エネルギの高い
光子を照射することにより、光子強度の減衰を防止する
ことができる。また、本測定は中性子を計測しているの
で、核分裂生成物からの光子による妨害を光子遮蔽材に
より容易に防止することができ、高い測定粘度を確保す
ることができる。

なお、上記実施例においては、測定試料２を移動機構４
により移動させるようにしたが、これとは逆に測定試料
２を固定し、光子源１および中性子検出器１１の位置を
移動させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕 水元用は、９〜１９ＭｅＶの範囲のエネルギを有する光
子を少なくとも１種類発生させる光子源を用意し、この
光子源により発生した光子により測定試料を照射し、測
定試料に含まれる核燃料物質が光子の照射により核分裂
反応を起して放出する中性子を測定試料の周囲に配設し
た中性子検出器で測定する一連の操作を、測定試料の対
象面について多数方向から繰返し行ない、これらの操作
により得られた中性子強度データを演算することにより
上記対象面における核燃料物質濃度の２次元分布を求め
るとともに、測定試料を透過する前の光子の強度と透過
した後の光子の強度を測定して光子の透過率を求め、こ
の透過率により上記中性子強度データを補正するから、
光子の遮蔽効果が＾い物質や光子を多く発生する物質を
含む測定試料についても＾い測定精度を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本件第３番目および第４番目の発明に係る核燃
料物質の濃度分布測定装置の一実施例を示す構成図、第
２図（Δ）は２３９Ｐｕ等の各核種に対する光子の核分
裂反応断面積を示す特性図、第２図（Ｂ）は２３５Ｕに
対１゛る光子の核分裂反応。 断面積を示す特性図、第３図は本件第１番目および第２
番目の発明に係る核燃料物質の濃度分布測定方法の一実
施例を示すフローチャートである。 １・・・光子源、２・・・測定試料、４・・・移動機構
、１０・・・中性子減速材、１１・・・中性子検出器、
１６・・・光子強度モニタ、１８・・・光子検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、９〜１９ＭｅＶの範囲のエネルギを有する光子を少
   なくとも１種類発生させる光子源を用意し、この光子源
   により発生した光子により測定試料を照射し、測定試料
   に含まれる核燃料物質が光子の照射により核分裂反応を
   起して放出する中性子を測定試料の周囲に配設した中性
   子検出器で測定する一連の操作を、測定試料の対象面に
   ついて多数方向から繰返し行ない、これらの操作により
   得られた中性子強度データを演算することにより上記対
   象面における核燃料物質濃度の２次元分布を求めること
   を特徴とする核燃料物質の濃度分布測定方法。 ２、測定試料に含まれる核燃料物質が光子の照射により
   核分裂反応を起して放出する中性子を中性子検出器で測
   定して中性子強度データを求めるとともに、測定試料を
   透過する前の光子の強度と透過した後の光子の強度を測
   定して光子の透過率を求め、この透過率により上記中性
   子強度データを補正し、補正された中性子強度から核燃
   料料物質の２次元分布を求めることを特徴とする請求項
   １記載の核燃料物質の濃度分布測定方法。 ３、９〜１９ＭｅＶの範囲のエネルギを有する光子を少
   なくとも１種類発生させる光子源と、測定試料を取り囲
   んで配設されるとともに測定試料から放出される中性子
   を検出する中性子検出器と、測定試料と上記光子源との
   相対位置関係を変えることが可能な移動機構と、上記中
   性子検出器の出力する信号を分析する放射線測定回路と
   、この放射線測定回路からの測定データの解析や上記移
   動機構の制御を行なうためのデータ解析手段とを具備し
   たことを特徴とする核燃料物質の濃度分布測定装置。 ４、測定試料を透過する前の光子の強度を検出する第１
   光子検出器と、測定試料を透過した後の光子の強度を検
   出する第２光子検出器とを具備したことを特徴とする請
   求項３記載の核燃料物質の濃度分布測定装置。