JPH04320998A - 燃料再処理施設 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は中性子測定装置を具備し
た燃料再処理施設に係り、特に中性子測定に際して被測
定部位を除く部位から放出される中性子バックグラウン
ドの低減を図った燃料再処理施設に関する。

【０００３】

【従来の技術】原子炉から取出された使用済燃料は所定
期間冷却された後、中間貯蔵施設または再処理施設へ輸
送される。中間貯蔵施設へ送られた使用済燃料は数１０
年の間、さらに冷却された後、永久処分されるか再処理
施設へ送られる。

【０００４】再処理施設へ送られた使用済燃料は一旦貯
蔵プール等に一時的に貯蔵された後、剪断装置で３〜５
ｃｍ程度の長さに切断され、溶解槽で燃料部分が溶解さ
れ、溶解燃料溶液は各種調整後、プルトニウムやウラン
が抽出され、再利用される。燃料棒の被覆管は溶解され
ず、ハルとして処理される。燃料を効率よく溶解あるい
は処理するためには大容量の溶解槽あるいは処理槽が考
えられるが、容量が大きくなると臨界になったり、臨界
を越えて事故を起こす可能性も考えられるため、通常は
小容量とし、事故が決して生じないように設計されてい
る。

【０００５】しかしながら、もし、溶解槽あるいは処理
槽に対して中性子測定が可能であれば、臨界からどれだ
け離れた未臨界状態であるかをモニタできる可能性があ
り、溶解や処理のプロセス状態もある程度モニタできる
ため、溶解槽あるいは処理槽の臨界安全性を満足に確保
しながら容量拡大が可能となり、能率を向上できるもの
と考えられる。ところが、特に溶解槽で中性子モニタを
設置して未臨界状態をモニタしているという報告は見当
たらない。例えば、特開平２−２９８８９３号公報には
、溶解槽における不溶解残渣を測定する装置が開示され
ている。しかし、この公報には中性子モニタについて何
ら記載されていない。

【０００６】燃料溶解装置には連続的に溶解を行う特開
平２−２９８８９３号公報で示されている連続式溶解槽
と、バッチ式に溶解を行うバッチ式溶解槽とが知られて
いる。 いずれにしても、強い放射能を含む使用済燃料を溶解す
るための装置であるため、厚いコンクリートの放射線遮
蔽壁で囲まれたセルの中に設置されている。

【０００７】溶解槽からは極めて強いガンマ線が放出さ
れているが、中性子も放出されている。この中性子はキ
ュリウム２４４　（Ｃｍ−２４４　）やプルトニウム同
位元素（Ｐｕ−２４０，Ｐｕ−２４２，Ｐｕ−２３８）
等から放出されたもの、及びそれらの一部がＵ−２３５
　やＰｕ−２３９　等に吸収され、核分裂を起こして放
出されたものとで構成されている。溶解槽内には硝酸が
含まれており、硝酸や硝酸を含む水の水素によって中性
子の大部分のものは減速されているため、溶解槽から放
出される中性子、及び放射線遮蔽壁で散乱反射される中
性子は高速中性子，熱外中性子及び熱中性子となってい
る。

【０００８】図３は前記特開平２−２９８８９３号公報
で開示された連続式燃料溶解槽の例を示している。すな
わち、厚いコンクリート壁１で囲まれたセルの中には溶
解槽コンテナ２が設置され、コンテナ２の中にはホイー
ル３が収められており、ホイール３の中には１２個のバ
スケット４が装着されている。ホイール３は矢印５方向
にＸ−Ｘ軸を回転軸として断続的または連続的に回転す
る。燃料を溶解する高温の硝酸溶液の表面はＸ−Ｘ回転
軸の矢視下方となるように調節されている。なお、この
図にはアクティブガンマ線法で燃料溶解後の被覆管材に
含まれている非溶解残渣を測定する装置も含まれており
、図は簡素化するためにその装置の一部を消去して示し
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】燃料溶解装置に中性子
モニタが設置されていれば、臨界安全性を確保しながら
溶解の能率を向上させることができるとともに、溶解の
状況を中性子計測によりモニタすることができる。しか
しながら、この場合、溶解槽の被測定部位以外からの中
性子が放射線遮蔽壁内面で散乱反射され、著しく高いバ
ックグラウンドが発生し、被測定部位から放出される中
性子の強度を正しく測定することが困難となる課題があ
る。また、溶解装置以外では、例えばパルスカラムのよ
うに中性子モニタを具備するものもあるが、散乱中性子
でバックグラウンドが一般に高くなる課題がある。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは燃料溶解槽をはじめ
、各種処理槽の被測定部位からの中性子放出強度を被測
定部位以外からの中性子放出に伴うバックグラウンドを
低減することにより、正しく測定することができる燃料
再処理施設を提供することにある。［発明の構成］

【０
０１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は放射線遮蔽
壁で区画されたセル内に燃料収納槽が設置され、この燃
料収納槽の被測定部位から放出される中性子を測定する
中性子検出器が前記放射線遮蔽壁の内部または前記燃料
収納槽側に向けて前記放射線遮蔽壁から突出するように
配置された燃料再処理施設において、前記中性子検出器
の前面で前記燃料収納槽の被測定部位を見込む一定の範
囲を除き、前記遮蔽壁の内面に中性子吸収体を配置した
ことを特徴とする。

【００１２】第２の発明は測定すべき燃料収納槽の被測
定部位を挾んで一側面に中性子検出器を配置し、対向す
る他の側面で前記燃料収納槽の被測定部位に近づけたり
遠ざける駆動装置の先端に中性子源を装着された燃料再
処理施設において、前記中性子源が前記燃料収納槽に近
づけられた状態では、前記中性子源から放出される中性
子の流れが中性子照射部位に限定されるごとく中性子流
コリメータを配置したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明に係る燃料再処理施設においては、燃料
収納槽及び人工中性子源から全方位的に放出される中性
子が放射線遮蔽壁で散乱反射され、高い中性子バックグ
ラウンドを形成するはずの中性子が放射線遮蔽壁の内面
に配置された中性子吸収材によって吸収される。そのた
め、バックグラウンドは大幅に低減し、被測定部位から
の放出中性子を精度よく測定することができる。また、
中性子検出器から被測定部位を見込む側にフード状（コ
リメータ状）の中性子流コリメータが配置されているた
め、バックグラウンドをさらに低減することができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を燃料溶解施設を例にとり、
図面を参照して説明する。図１は本発明に係る燃料再処
理施設の第１の実施例を示し、図３におけるホイールを
その厚さ方向（回転軸方向）に切断し、コンクリート製
放射線遮蔽壁まで含めた縦断面図、図２は図１のＡ部拡
大図である。厚いコンクリート製放射線遮蔽壁１１の内
面には図示しないやむを得ない場所及び特定の場所を除
き、破線で示すカドミウムのような中性子吸収材１５を
配置し、その中性子吸収材１５の外側をステンレス鋼の
ような健全性の高い金属板１６で覆っている。放射線遮
蔽壁１１で仕切られたセル１７内には図３に示されたコ
ンテナと同様の燃料収納槽１２が設置され、その燃料収
納槽１２内にはバスケット１４を収めたホイール１３が
回転自在に配設されている。破線Ｘ−Ｘはホイール１３
の回転軸である。燃料収納槽１２内の燃料溶解液の液面
１８はＸ−Ｘ軸より若干下方にあり、燃料剪断片１９は
バスケット１４の液面下にあって溶解が進められている
。

【００１５】図１において、右壁には中性子源駆動装置
（ＤＭ）と連結された配管２０が設置されており、中性
子源２１は図示しないフレキシブルワイヤ等によって配
管２０の先端と格納部２２との間を駆動する構成となっ
ている。 配管２０側の放射線遮蔽壁１１の貫通部内面には中性子
吸収材は配置されていない。

【００１６】中性子源としては各種のものが利用できる
が、現在最も利用し易いものはＣｆ−２５２　である。 中性子源２１から放出された中性子は燃料溶解液に含ま
れる水素原子によって減速され、熱中性子化され、その
一部は燃料核種Ｕ−２３５，Ｐｕ−２３９，Ｐｕ−２４
１　に吸収され、核分裂中性子を放出する。この中性子
の大部分のものはやはりここで減速される。中性子源２
１の近傍に含水素物質を配置して、燃料溶解液を照射す
る中性子の主成分を熱中性子とする構成も当然考えられ
る。燃料溶解液から漏洩する中性子は高速中性子から熱
中性子まで広い範囲にわたっており、比較的狭いセル１
７内空間を放射線遮蔽壁１１に散乱反射されながら走り
回り、セル１７内の中性子バックグラウンドを高めるの
が従来の施設であったが、本実施例では放射線遮蔽壁１
１の内面に内張りされた中性子吸収材１５によって、少
なくとも中性子検出器として第１の検出器ｄ１　に感度
の高い熱中性子のバックグラウンドは大幅に低減できる
。中性子吸収材がカドミウムの場合は熱中性子しか吸収
しないが、ボロンが用いられる場合には熱外中性子のバ
ックグラウンドもある程度までは低減される。

【００１７】図１に示す左側の壁には、図２で示す中性
子検出部が埋込まれている。この実施例では中性子を検
出するための２種類の第１及び第２の検出器ｄ１　とｄ
２　が配置されている。

【００１８】第１の検出器ｄ１　の外周には、特に第２
の検出器ｄ２　の外周の３〜５ｃｍ程度の厚さを有する
ポリエチレン２５の周りの、中性子吸収材２６による熱
中性子検出感度の低下を抑制するために３〜５ｃｍ厚程
度のポリエチレン等の含水素部２７が配置されている。 この含水素部２７が過剰に厚くなると、高速及び熱外中
性子に伴うバックグラウンドが上昇するため、あまり厚
くするのは好ましくない。また、中性子に対する良好な
減速材はガンマ線遮蔽に不利な点も考えて厚くしない方
が望ましい。

【００１９】第１の検出器ｄ１　と第２の検出器ｄ２　
とを熱外中性子に対して同じ感度を有するように設計す
れば、熱外中性子検出器として作用する第２の検出器ｄ
２　によって第１の検出器ｄ１　で検出されるバックグ
ラウンド成分の多い熱外中性子の差引きに利用でき、第
１の検出器ｄ１　におけるバックグラウンドを大幅に低
減させることが可能である。

【００２０】両検出器ｄ１　及びｄ２　の壁厚方向両側
には、第１及び第２の検出器ｄ１　，ｄ２　の導入に伴
うガンマ線遮蔽能力の低下を回復するために鉛蔽体２８
，２９が配置されている。燃料収納槽１２側の鉛遮蔽体
２８は、単にガンマ線遮蔽の目的のためだけではなく、
熱中性子の誘導部としての機能も有している。これは鉛
の熱中性子吸収特性が著しく小さいためである。

【００２１】第１及び第２の検出器ｄ１　，ｄ２　は案
内管３０，３１内に収納されており、必要に応じて使用
位置から引抜き、点検及び交換が可能となっている。第
１及び第２の検出器ｄ１　，ｄ２の外周前方には、フー
ド状のフレーム３２が設けられており、そのフレーム３
２の筒部には中性子吸収材３３が配置されており、溶解
槽の被測定部を除く部分からの中性子流を抑制、もしく
はカットするようになっている。フレーム３２は本実施
例では、軸３４を介して遮蔽壁１１の外からハンドル３
５で壁厚方向に駆動可能とされている。これは必須条件
ではないが、フレーム３２の駆動により、測定範囲の調
節とバックグラウンドレベルの調節が可能となる。フレ
ーム３２の外周には含水素物質を主体とする筒状体３６
が設けられている。散乱されて検出器部へ流入しようと
する高速中性子や熱外中性子は筒状体３６によって減速
され、熱中性子化され、中性子吸収材３３によって吸収
されるので、被測定部を除く部分からの中性子バックグ
ラウンドの低減に寄与する。従って、中性子流コリメー
タは主として３２，３３及び３６によって形成されてい
る。

【００２２】なお、図１においては中性子源２１と第１
及び第２の検出器ｄ１　，ｄ２　とが燃料収納槽１２を
挾んで燃料収納槽面とほぼ直角状に配置されているが、
実際には直角状配置の必要はなく、斜交させた配置の方
が好ましいことも多分に考えられる。斜交させることに
よって相対的に中性子源２１からバックグラウンドが低
減できる。

【００２３】また、中性子源２１の周辺部に中性子減速
材と吸収材とを配置して、中性子源から等方的に放出さ
れる中性子流に方向性を付与することによっても、中性
子バックグラウンドの低減ができる。その代表的な構成
として、配管２０の外周に含水素物質を円環状に配置し
、円環の外周，燃料収納槽対向面及び円環内面を中性子
吸収材で取囲む構成が有効である。

【００２４】図１では中性子源２１を利用する場合の例
について示したが、中性子源２１を用いない中性子モニ
タ法でも本実施例の構成はそのまま使用できる。

【００２５】次に、図３及び図４を参照して本発明の第
２の実施例を説明する。なお、図中、図１及び図２の同
一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略
するが、図１の実施例と対応して示したものである。

【００２６】この実施例では放射線遮蔽壁１１内に単一
の案内管３０内に第３の検出器ｄ３　が挿入され、この
第３の検出器ｄ３　は外側に含水素部２７が、前後に鉛
遮蔽体２８，２９が設けられ、放射線遮蔽壁１１の内面
に中性子流コリメータとして中性子吸収材３３を有する
筒状体３６を配置したものからなっている。

【００２７】図３及び図４では第１の実施例が中性子源
を用いて燃料溶解液部の未臨界度あるいは燃料濃度をモ
ニタするのが主目的であったのに対して、燃料剪断片１
９がバスケット１４内へ落下している状況をモニタして
いる例を示している。第３の検出器ｄ３　周辺部は図２
の第１の検出器ｄ１周辺部とほぼ同じ構成となっている
が、カドミウム製筒状中性子吸収材２６が第３の検出器
ｄ３　の周りまたは側面に存在していないため、ポリエ
チレン等の含水素部２７の寸法的条件は若干緩和される
。また、図３では単純化のため、図２のフレーム３２に
対応するものは除かれている。図４を図２と同様の構成
とすることは全く差支えない。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば厚い放射線遮蔽壁の内面
に中性子吸収材を配置しているので、燃料収納槽から放
出される中性子によって形成される高い中性子バックグ
ラウンドレベルが大幅に低減される。また、測定すべき
所定位置からの中性子を正確に測定することができ、燃
料収納槽の未臨界状態のモニタが容易且つ正確となる。 さらに、中性子モニタによる燃料溶解及び処理プロセス
の監視が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料再処理施設の第１の実施例の
要部を示す縦断面図。

【図２】図１のＡ部を拡大して示す縦断面図。

【図３】本発明に係る燃料再処理施設の第２の実施例の
要部を示す縦断面図。

【図４】図３のＢ部を拡大して示す縦断面図。

【図５】従来の燃料再処理施設の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…放射線遮蔽壁、１２…燃料収納槽、１３…ホイー
ル、１４…バスケット、１５…中性子吸収材、１６…金
属板、１７…セル、１８…液面、１９…燃料剪断片、２
０…配管、２１…中性子源、２２…格納部、２５…ポリ
エチレン、２６…中性子吸収材、２７…含水素部、２８
，２９…鉛遮蔽体、３０，３１…案内管、３２…フレー
ム、３３…中性子吸収材、３４…軸、３５…ハンドル、
３６…筒状体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　放射線遮蔽壁で区画されたセル内に燃
   料収納槽が設置され、この燃料収納槽の被測定部位から
   放出される中性子を測定する中性子検出器が前記放射線
   遮蔽壁の内部または前記燃料収納槽側に向けて前記放射
   線遮蔽壁から突出するように配置された燃料再処理施設
   において、前記中性子検出器の前面で前記燃料収納槽の
   被測定部位を見込む一定の範囲を除き、前記遮蔽壁の内
   面に中性子吸収体を配置したことを特徴とする燃料再処
   理施設。
2. 【請求項２】　　測定すべき燃料収納槽の被測定部位を
   挾んで一側面に中性子検出器を配置し、対向する他の側
   面で前記燃料収納槽の被測定部位に近づけたり遠ざける
   駆動装置の先端に中性子源を装着された燃料再処理施設
   において、前記中性子源が前記燃料収納槽に近づけられ
   た状態では、前記中性子源から放出される中性子の流れ
   が中性子照射部位に限定されるごとく中性子流コリメー
   タを配置したことを特徴とする燃料再処理施設。