JPH04131744A - 水素ボイド率計 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、容器内の液体水素が気化して生じるボイド
の割合を測定する水素ボイド早計に関する。

［従来の技術］ 冷中性子は水素などの軽い元素を透過しにくいので、こ
れを利用するとＸ線では撮影しにくい液体やプラスチッ
ク等の有機物を鮮明に透過撮影することができる。この
ため、冷中性子は各分野がらの注目を集め、その利用技
術が種々研究されている。

例えば、中性子ラジオグラフィにより使用済み燃料を透
過撮影する場合には、冷中性子を用いる。

冷中性子は、研究用原子炉で発生させた熱中性子を液体
水素で減速することにより得られる。すなわち、液体水
素が貯留された容器（中性子減速容器）を原子炉プール
内に浸漬し、これに熱中性子（高速中性子）を照射し、
液体水素中を通過させることにより低速の冷中性子とす
る。

［発明が解決しようとする課題］ 透過撮影技術では多量の冷中性子を安定に供給すること
が要望されている。冷中性子を多量に生じさせるには、
減速容器内を液体水素で十分に満たし、液体水素による
減速効率を高める必要がある。ところで、減速効率を向
上させるには、減速容器の中性子照射面積をできるだけ
広くとると共に、熱中性子の液体水素通過距離か照射面
全体でほぼ均一になるように、線源に対して減速容器を
配置する。

しかしながら、熱中性子を液体水素に照射すると、液体
水素が加熱され、その一部が気化し、液体中に空隙（ボ
イド）が生じる。ボイド発生量が増大すると、すなわち
、液体水素に対するボイドの割合（ボイド率）が大きく
なると、減速効率か低下する。このため、使用中におけ
る液体水素の状態（ボイド率の変化状態）を正確に把握
し、これに応じて減速容器の熱交換システムを適正に制
御する必要がある。

ところで、減速容器は炉心近傍に設置されるために、使
用中にボイド率を調査することができない。従って、原
子炉の外部でボイド率を測定する技術の出現が望まれて
いる。

従来から液体中のボイド率を測定するための測定器とし
て、水のボイド率を測定するものは存在する。しかしな
から、液体水素と水とは物理的性質か全く異なるので、
これを用いて液体水素のボイド率を測定することはでき
ない。

気液混合物のボイド率を測定する方法としては、液体と
気体との温度差を利用する方法かあるか、液体水素では
気液の温度差かはとんとなく、ボイド率の測定はできな
い。

透過Ｘ線を用いる方法もあるが、Ｘ線の透過力か強すぎ
て、液体水素中のボイドを有効に撮影することかできな
い。

また、気体と液体との圧力差を利用する方法もあるか、
液体水素では気液の圧力差がほとんどないので、これを
検出することかできない。

さらに、光ファイバを容器に挿入し、気液の光反射率の
違いを検出することも試みたが、両者の差が明瞭でなく
、ボイド率を正確に検出するに至らなかった。

中性子ラジオグラフィをボイド率測定に用いることも考
えられたが、設備が大型化して実用的てなく、その上、
線源か強すぎるので危険であり、安全性に問題がある。

液体水素の容器をアクリルガラス等の透明体でつくり、
外部から肉眼観察することも考えられるか、容器の信頼
性が低く、安全性に問題がある。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、取扱いが比較的容易であり、高精度で、かつ、安全性
が高い水素ボイド早計を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る水素ボイド早計は、液体水素が貯留され
た容器の一方側に配置される低放射能線源と、前記容器
の他方側に配置され、前記低放射能線源から放射され前
記容器内の液体水素を透過した後の中性子を検出するた
めの中性子検出器とを有し、前記中性子検出器は、放射
線イオン化すると陽子を放出するガスが封入されたガス
封入管と、前記ガス封入管内に設けられた電位電極と、
この電位電極に接続された放電検出手段とを具備し、前
記放電検出手段は、前記ガスの放射線イオン化により発
生した陽子に起因して生じる放電の回数をカウントする
計数管を有することを特徴とする。

放射線イオン化すると陽子を放出するガスには、’Ｈｅ
ガス又はＢＦ３ガスを用いることか好ましい。

低放射能線源には、カリフォルニウム２５２（”２Ｃｆ
）を用いることか好ましい。

また、ノイズ防止のために、中性子検出器の全体をカド
ミウム板又はボロン板などの遮蔽体で覆うことが望まし
い。

［作用コ この発明に係る水素ボイド早計においては、減速中性子
が中性子検出器に到達し、ガス封入管内の’Ｈｅガスに
減速中性子か衝突すると、陽子とイオン化ガス３Ｈが生
し、この発生陽子により電位電極とガス封入管との間に
放電が起こる。放電は発生陽子の数に応じて連続的に起
こるが、このような放電の回数を計数管でカウントする
。放電回数のカウント結果に基づき、減速中性子の発生
量を求める。この場合に、高速中性子はガス封入管をす
り抜けてしまい、低速の減速中性子のみが３Ｈｅガスと
反応して放電を起こす。

熱中性子の照射量か増えると、運動エネルギから熱エネ
ルギへの変換量が増大し、液体水素が加熱され、ボイド
率か大きくなる。一方、熱中性子の照射量か減ると、ボ
イド率か小さくなる。これらを、水素ボイド早計で予め
測定しておくことにより、熱中性子照射量とボイド率と
の相関関係が明確になり、実操業におけるボイド率を把
握することが可能になる。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照しながら、この発明の実施例に
ついて具体的に説明する。

第２図は、中性子減速容器の使用状態の概要を説明する
ために、原子炉プール内に実際に設けられた減速容器を
示す部分断面斜視図である。減速容器２２は真空容器３
２に装入され、さらに真空容器３２は原子炉プール内の
重水タンク１３内に浸漬されている。減速容器２２は、
炉心（図示せず）から所定の距離をもって離隔している
。炉心１２から熱中性子か減速容器２２に照射されると
、これか減速されて冷中性子となり、減速容器２２の後
方に設けられた中性子導管４１によりプール外の被検体
（図示せず）まで導かれる。

減速容器２２の上部は二重管２９．３１に連通している
。内管２９は水素液化器（図示せず）の液相部に連通し
、一方、外管３１は水素液化器（図示せず）の気相部に
連通している。水素液化器の気相部は緩衝タンク（図示
せず）に連通しており、水素液化器緩衝タンク並びに減
速容器２２により気液二相の閉じた水素系か形成されて
いる。

水素液化器の気相部にはヘリウム冷凍設備（図示せず）
の熱交換部か装入され、気相部の水素ガスが冷却液化さ
れるようになっている。

次に、水素ボイド早計について詳細に説明する。

第１図は、上記の中性子減速容器に取り付けた水素ボイ
ド早計を示す縦断面図である。中性子減速容器２２がボ
イド率測定用につくられた特製の真空容器５１内に装入
されている。この真空容器５１は、下部材５２と上部材
５４とがフランジ継手５３．５５により接続されること
により構成され、減速容器２２から取り外しできるよう
に組み立てられている。下部材５２の内部適所に支持部
材５６か取り付けられ、これにより棒状の保持部材５７
が支持されている。保持部材５７の下端には線源５８か
保持されている。線源５８は、減速容器２２の中股部に
対面するところに位置し、遮蔽シャッタ（図示せず）を
有する。なお、この線源５８には、法的規制の対象とな
らず、かつ、安全性を考慮して低放射能線源を用いる。

この場合に、低放射能線源としては、検出効率を高める
ために、高速中性子のみを放射するカリフォルニウム２
５２　（２５２Ｃｆ）を採用する。線源５８の放射線強
度は１００マイクロキューリー未満である＠下部材５２
の全体が遮蔽体５９によって覆われている。遮蔽体５９
は、カドミウム板を所定形状に成形したものであり、外
部からの放射線ノイズを遮断して測定環境のバックグラ
ウンドを低減するためのものである。

中性子検出器６０のガス封入管６１が、真空容器５１の
下部材５２の外壁に沿って取り付けられている。この場
合に、ガス封入管６１は減速容器２２に対してほぼ平行
に設けられ、ワイヤ状の電極６３がガス封入管６１の長
手に沿って挿入されている。

ガス封入管６１にはキャップ６２か被せられ、内部に３
Ｈｅガスが加圧状態で封入されている。

この場合に、封入ガスを必ずしも加圧せず常圧であって
もよいが、減速中性子の検出感度を高感度にするために
は、ガス圧力を５乃至１０気圧の範囲に選ぶことが最も
好ましい。なお、封入ガスには、　３Ｈｅガスの代わり
にＢＦ、ガスを用いることもできる。

第３図に示すように、減速容器２２は、横断面形状が楕
円をなし、全体として水筒に類似する形状につくられて
いる。線源５８及び検出器６０は、減速容器２２の楕円
単軸の延長線上に配置されている。検出器６０の電極６
３は、ガス封入管６１に対して非接触状態を維持するよ
うにガス封入管６１内に設けられている。

第４図に示すように、電極６３は直流電源の正極側に接
続されており、プラス１０００ボルトの電圧が負荷され
て電位電極が形成されている。また、回路において電極
６３には計数管６５がコンデンサ及び増幅器を介して接
続されている。計数管６５は、ガス封入管６１内で発生
する放電の回数をカウントするためのカウンタてあり、
電圧信号を受けてこれを記録するための自記記録計を備
えている。なお、ガス封入管６１はアースされている。

次に、液体水素の代用品としてベンゼンを減速容器に入
れ、これに線源から熱中性子を照射してボイド率を模擬
的に測定する模擬試験について説明する。ベンゼンを代
用品に選んだ理由は、液体水素とほぼ同程度の水素密度
を有するからである。

線源５８の遮蔽シャッタ（図示せず）を開け、熱中性子
を減速容器２２に照射する。熱中性子は、保有エネルギ
が１０−２〜１０−’ｅＶ、波長が１〜２人であるもの
か大部分を占めている。

熱中性子を減速容器２２に照射すると、ベンセン２４Ｂ
により減速されて低速の減速中性子か得られる。減速中
性子は、保有エネルギが１０−３〜１Ｑ−２ｅＶ、波長
が４〜６人であるものか大部分を占めている。

検出器６０に減速中性子か到達すると、ガス封入管６１
内の３Ｈｅガスが放射線イオン化して陽子が生じ、これ
により多数の放電か起こる。放電回数を計数管６５てカ
ウントし、記録する。因みに、高速の熱中性子は、ガス
をイオン化することなく検出器６０をすり抜けてしまう
ので、低速の減速中性子のみか検出されることになる。

熱中性子の照射によりベンゼン２４ａか加熱され、その
一部がガス化して多数の気泡ボイド２５を生じる。気泡
ボイド２５は、大部分が外管３１を介して液化器に返戻
されて再び液化される。ボイド２５が生じると熱中性子
の減速効率が低下する。

第５図は、横軸にボイド率をとり、縦軸に放電回数をと
って、ベンゼン模擬試験における両者の相関関係につい
て調べた結果を示すグラフ図である。図中、白丸は試験
結果を示し、曲線はコンピュータ演算による理論値に対
応する較正曲線を示す。図から明らかなように、試験結
果は減速中性子の計数率の理論値より最大１８％と若干
高い値を示すが、全体として両者の値はよく一致してい
る。

第６図は、横軸にボイド率をとり、縦軸に放電回数をと
って、水素について理論上の両者の相関関係について調
べた結果を示すグラフ図である。

図中、曲線はコンピュータ演算による理論値に対応する
較正曲線を示す。

上記のベンゼン較正曲線及び水素較正曲線を用いて測定
値を換算し、水素ボイド率を求めることができる。

なお、この場合に、水素の流動が安定な状態において、
低温ヘリウムのコンデンサ入口及び出口温度、圧力、並
びに流動の実測値から算出したコンデンサ熱交換量と模
擬加熱ヒータ電力から、コンデンサ熱負荷を基準として
模擬加熱した。

［発明の効果］ この発明のボイド早計によれば、原子炉建屋の外部で安
全かつ簡便に水素ボイド率を測定することかできる。ガ
ス封入管を有する中性子検出器は高感度であり、実操業
においても利用されることが十分に期待される。

また、この発明のボイド早計は、構造が単純であり、線
源に低放射能線源を採用しているので、持ち運びが容易
にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る水素ボイド早計を中性
子減速容器２２に取り付けたところを示す縦断面図、第
２図は中性子減速容器の使用状況の概要を説明するため
に、原子炉プール内に実際に設けられた減速容器を示す
部分断面斜視図、第３図は水素ボイド早計の線源、中性
子検出器、並びに減速容器の位置関係を示す横断面図、
第４図は中性子検出器の回路の概要を示す模式図、第５
図は模擬試験の測定結果とボイド率較正曲線との関係を
示すグラフ図、第６図は水素のボイド率較正曲線を示す
グラフ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体水素が貯留された容器の一方側に配置される低放射
   能線源と、前記容器の他方側に配置され、前記低放射能
   線源から放射され前記容器内の液体水素を透過した後の
   中性子を検出するための中性子検出器とを有し、前記中
   性子検出器は、放射線イオン化すると陽子を放出するガ
   スが封入されたガス封入管と、前記ガス封入管内に設け
   られた電位電極と、この電位電極に接続された放電検出
   手段とを具備し、前記放電検出手段は、前記ガスの放射
   線イオン化により発生した陽子に起因して生じる放電の
   回数をカウントする計数管を有することを特徴とする水
   素ボイド率計。