JPH09197055A - アクティブ中性子測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】放射性廃棄物中に混在した中性子減速物質に起
因する核分裂性物質の測定値の変動をなくし、核分裂性
物質の分析精度を向上することができる、改良されたア
クティブ中性子測定方法およびそのための装置を提供す
る。 【解決手段】中性子減速材２を内面に配設した照射室
１、パルス高速中性子発生源３、中性子減速材から放出
される熱中性子を検出する照射室内熱中性子検出器４、
熱中性子と廃棄物の検査対象物６内の核分裂性物質との
核分裂反応により生成する高速中性子を検出する高速中
性子検出器５を有する従来のアクティブ中性子測定装置
において、中性子減速物質測定用の連続高速中性子線源
８を照射室内に別途設置する。パルス状高速中性子の発
生を停止した後、連続高速中性子線源から連続高速中性
子を検査対象物に照射し、このときの高速中性子の計測
値から検査対象物中の中性子減速物質量による補正量を
求め、この補正量に基づいて検査対象物内の核分裂性物
質量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、原子炉燃料の製
造工場や再処理工場等から発生する廃棄物等に含まれる
ウランや超ウラン元素のごとき核分裂性物質を非破壊で
定量するためのアクティブ中性子測定方法およびそのた
めの装置に関し、さらに詳しくは、廃棄物等に含まれる
中性子減速物質の影響を補正して核分裂性物質量を精度
良く測定できるアクティブ中性子測定方法および装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子炉燃料の製造工場や使用済燃料の再
処理工場等から発生する放射性廃棄物の貯蔵、処理、処
分に際しては、廃棄物中のウランや超ウラン元素のごと
き核分裂性物質の定量が、廃棄物の放射能管理の上から
必要となる。

【０００３】放射性廃棄物中の核分裂性物質の測定装置
の１つとして、消滅時間差法を用いたアクティブ中性子
測定装置が従来から知られている。この装置は、図１お
よび図２を参照して説明すると、黒鉛のごとき中性子減
速材２を内面に配設した照射室１と、照射室１内に配設
したパルス高速中性子発生源３と、中性子減速材２から
放出される熱中性子を検出する照射室内熱中性子検出器
４と、中性子減速材２からの熱中性子と検査対象物６内
の核分裂性物質との核分裂反応により生成する高速中性
子を検出する高速中性子検出器５とから構成されてい
る。核分裂性物質を含有する廃棄物等を入れたドラム缶
を検査対象物６として照射室１の内部に収容する。照射
室１の外側はポリエチレンのごとき遮蔽体７で包囲され
ていて、装置内外からの中性子を遮蔽している。

【０００４】このアクティブ中性子測定装置を用いて検
査対象物６中の核分裂性物質を測定する方法を説明する
と、先ずパルス高速中性子発生源３を作動させてパルス
状の高速中性子を発生させる。発生した高速中性子は、
照射室１内面の中性子減速材２により減速、熱化されて
熱中性子となる。この熱中性子の量を、照射室内熱中性
子検出器４により検出する。熱中性子は照射室内に配置
された検査対象物６に照射され、検査対象物中の核分裂
性物質と熱中性子との核分裂反応を誘起せしめ、核分裂
反応により生成する高速中性子（即発中性子）を高速中
性子検出器５により検出する。照射室内熱中性子検出器
４と高速中性子検出器５とで検出された検出信号は、高
速中性子パルス発生時刻と一定の時間関係で同期させて
計数する計数回路（図示せず）により電気的に処理され
て、検査対象物６中の核分裂性物質量が測定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとき従来のア
クティブ中性子測定装置を用いて検査対象物中の核分裂
性物質を測定する場合、検査対象物中に中性子減速物質
が混在していると、検査対象物内の核分裂性物質との核
分裂反応で生成される高速中性子の一部が中性子減速物
質に減速されてしまうため、核分裂反応により生成する
高速中性子を検出する高速中性子検出器５の計測値から
求める核分裂性物質の測定値が、中性子減速物質の量に
依存して減少してしまい、核分裂性物質の測定精度を悪
化させる。

【０００６】原子炉燃料の製造工場や再処理工場等から
発生する放射性廃棄物中に混在する可能性のある中性子
減速物質の代表例としては木片、紙、布、プラスチッ
ク、ポリエチレン、ゴム、アスファルト、水等が挙げら
れる。これらの物質はいずれも水素、炭素及び酸素から
構成される物質であり、中性子を減速する作用を持つ。
かような中性子減速物質は放射性廃棄物中に混在する可
能性が高いものであり、従ってアクティブ中性子測定方
法による核分裂性物質の測定精度を悪化させることにな
る。

【０００７】検査対象物中にポリエチレンのごとき水素
含有物質が存在した場合に、水素含有物質の影響による
アクティブ中性子測定精度の補正を行う方法が、例えば
特開昭６３―１２４９８８号公報に記載されている。こ
の先願方法は、検査対象物に中性子を照射し、水素含有
物質中の水素に中性子捕獲反応を起こさせ、このとき発
生するγ線を検出することによって検査対象物中の水素
含有物質量を求め、水素含有物質の影響による中性子測
定精度を補正するものである。しかしながらこの先願に
よる補正方法は、検査対象物の密度が増加した場合には
γ線の計測が困難となるため水素含有物質量の分析精度
が悪化するだけでなく、水素含有物質中の水素量に基づ
く補正しかできないため、水素以外の中性子減速物質の
減速能が大きい場合には、効果的な補正が行えないこと
になる。

【０００８】そこでこの発明は、放射性廃棄物中に混在
した中性子減速物質に起因する核分裂性物質の測定値の
変動をなくし、核分裂性物質の分析精度を向上すること
ができる、改良されたアクティブ中性子測定方法および
そのための装置を提供することを目的としてなされたも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明による
アクティブ中性子測定方法は、パルス状に発生させた高
速中性子を中性子減速材により減速、熱化して熱中性子
として放出するとともに、この熱中性子を検出する工程
と、熱中性子を検査対象物に照射して検査対象物中の核
分裂性物質との核分裂反応を誘起せしめ、この核分裂反
応により高速中性子を生成させるとともに、この高速中
性子を検出する工程と、中性子減速材により熱化された
熱中性子の検出信号と核分裂反応により生成された高速
中性子の検出信号とを高速中性子パルス発生時刻と一定
の時間関係で同期させて計数して検査対象物中の核分裂
性物質を測定する工程とからなるアクティブ中性子測定
方法において、パルス状高速中性子の発生を停止した
後、照射室内に別途設置した連続高速中性子線源から連
続高速中性子を検査対象物に照射し、検査対象物から放
出される高速中性子計測値から検査対象物中の中性子減
速物質量による補正量を求め、この補正量に基づいて検
査対象物内の核分裂性物質量を補正することを特徴とす
るものである。

【００１０】さらに上記の方法を実施するために使用す
るこの発明のアクティブ中性子測定装置は、中性子減速
材を内面に配設するとともに内部に核分裂性物質含有検
査対象物を収容する照射室と、照射室内に配設したパル
ス高速中性子発生源と、中性子減速材から放出される熱
中性子を検出する照射室内熱中性子検出器と、中性子減
速材からの熱中性子と検査対象物内の核分裂性物質との
核分裂反応により生成する高速中性子を検出する高速中
性子検出器と、照射室内熱中性子検出器の検出信号と高
速中性子検出器の検出信号とを高速中性子パルス発生時
刻と一定の時間関係で同期させて計数する計数回路とか
らなるアクティブ中性子測定装置において、中性子減速
物質測定用の連続高速中性子線源を照射室内に設置し
て、この中性子線源からの連続高速中性子を検査対象物
に照射したときの検査対象物から放出される高速中性子
計測値から、検査対象物中の中性子減速物質量による補
正量を求め、この補正量に基づいて検査対象物内の核分
裂性物質量を補正できるようにしたことを特徴とするも
のである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１および図２は、この発明のア
クティブ中性子測定装置の好ましい実施態様を示してい
る。この装置は、黒鉛のごとき中性子減速材２を内面に
配設した照射室１を有し、核分裂性物質を含有する放射
性廃棄物等を入れたドラム缶を検査対象物６としてこの
照射室１内部に収容できるようにされている。照射室１
はその外側をポリエチレンのごとき遮蔽体７で包囲され
ていて、装置内外からの中性子を遮蔽している。照射室
１内にはパルス高速中性子発生源３と照射室内熱中性子
検出器４とが配設され、遮蔽体７内部には高速中性子検
出器５が配設されている。

【００１２】この装置を用いたアクティブ中性子測定方
法を説明すると、パルス高速中性子発生源３から発生さ
れたパルス状の高速中性子は、照射室１内面の中性子減
速材２により減速、熱化されて熱中性子となる。この熱
中性子の量を、照射室内熱中性子検出器４により検出す
る（計数値Ａ）。熱中性子は検査対象物６に照射され、
検査対象物中の核分裂性物質と熱中性子との核分裂反応
を誘起せしめ、核分裂反応により生成する高速中性子
（即発中性子）を高速中性子検出器５により検出する
（計数値Ｂ）。かくして得られた照射室内熱中性子検出
器４の検出信号と高速中性子検出器５の検出信号とを、
中性子パルス発生時刻と一定の時間関係で同期させて計
数回路（図示せず）で計数することにより、検査対象物
中の核分裂性物質量が測定される。

【００１３】以上の装置構成および方法は従来のアクテ
ィブ中性子測定装置および方法と同様である。この発明
の装置が従来の装置構成と異なる点は、パルス高速中性
子発生源３の他に、照射室１内に例えばカリホルニウム
（２５２―Ｃｆ）からなる連続高速中性子線源８を別途
設置した点にある。この高速中性子線源８は、アクティ
ブ中性子測定時には、連続高速中性子を検査対象物に照
射しないように遮蔽可能とするか、あるいは線源を照射
室１の外部に取り出せるようにしてある。

【００１４】かような装置を用いて、中性子減速物質に
起因する補正量を考慮した核分裂性物質量の分析を行な
う方法を以下に説明する。連続高速中性子線源８からの
連続高速中性子が検査対象物６に照射されると、検査対
象物中に中性子減速物質がある場合には高速中性子が中
性子減速物質により減速されて熱中性子となる。そのた
め検査対象物から放出される高速中性子の量は、照射し
た高速中性子の量に比べて減少する。このときの高速中
性子の減少割合は、検査対象物中の中性子減速物質の量
に依存する。従って、中性子減速物質の量と、照射した
高速中性子の量と、検査対象物から放出される高速中性
子の量との関係を求めておけば、照射した高速中性子の
量と検査対象物から放出される高速中性子の量から、検
査対象物中の中性子減速物質の量を求めることができ
る。また、照射する高速中性子の線源として既知線源を
使用することにより、照射する高速中性子の量が既知と
なるため、検査検査対象物から放出される高速中性子の
量の計測値から、検査対象物中の中性子減速物質の量を
求めることが可能となる。

【００１５】具体的には、先ずパルス高速中性子発生源
３を停止して、高速中性子検出器５のバックグランド中
性子を計測する（計数値Ｃ）。次に、連続高速中性子線
源８を作用させると、線源８から放射される連続高速中
性子は照射室１内を飛び回り、高速中性子検出器５で計
測される。この時、検査対象物６内に中性子減速物質が
含有されていると、検査対象物に照射された高速中性子
は減速されて熱中性子となるため、高速中性子検出器５
で計測される値（計数値Ｄ）は、中性子減速物質の量に
応じて減少する。そこで、計数値Ｄから計数値Ｃを差し
引いた高速中性子正味計数値と中性子減速物質量との関
係を既知数値を用いて予め求めておく。この関係の一例
を図３に示す。図３の関係を基にして、検査対象物の実
際の計測により得られた高速中性子正味計数値から、検
査対象物６中の中性子減速物質の量を求める。

【００１６】次に、中性子減速物質量と、補正量（補正
係数）との関係を既知数値を用いて予め求めておく。こ
の関係の一例を図４に示す。図４の関係を基にして、図
３により求めた中性子減速物質量に対応する補正量を求
める。

【００１７】このようにして求めた補正量と、アクティ
ブ中性子測定方法による検査対象物６の実際の計測によ
り得られた高速中性子検出器５の計数値Ｂと照射室内熱
中性子検出器４の計数値Ａとから、次式により補正後の
核分裂性物質の量を求めることができる。

【００１８】

【００１９】式中の校正係数は、核分裂性物質量と高速
中性子検出器５の計数値Ｂと照射室内熱中性子検出器４
の計数値Ａとの関係を既知数値を用いて予め求めておい
た数値である。

【００２０】

【実施例】２００リットル容のドラム缶内に核分裂性物
質１．０ｇと各種中性子減速物質を含有させた廃棄物を
検査対象物として充填し、この発明によるアクティブ中
性子測定装置を用いて核分裂性物質量を測定した。中性
子減速物質による影響の補正をしない場合と、補正をし
た場合の測定値を下表に併記する。

【００２１】

【００２２】この表からわかるように、中性子減速物質
による影響の補正をしない場合の核分裂性物質の分析精
度は−６〜−９０％であるのに対して、補正した場合の
分析精度は−１〜＋１５％と向上している。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明からわかるようにこの発明に
よれば、従来のアクティブ中性子測定装置により測定さ
れた検査対象物中の核分裂性物質量を、混在する中性子
減速物質に起因する補正量を考慮して補正するため、核
分裂性物質の分析精度の向上を図ることができる。

【００２４】また、この発明における中性子減速物質に
起因する補正量は、高速中性子を検査対象物に照射した
ときの中性子減速物質による高速中性子の減少量から求
めるため、水素含有物質中の水素に中性子捕獲反応を起
こさせて発生するγ線を検出して水素含有物質の影響を
補正する従来技術による補正方法と比べて、水素含有物
質のみならず中性子減速物質すべてに起因する正確な補
正量を求めることができる。

【００２５】さらに、装置的には連続高速中性子線源を
追加するだけであるため、従来のアクティブ中性子測定
装置を若干改造するだけでよく、アクティブ中性子測定
に対する影響がないという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のアクティブ中性子測定装置の縦断面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。

【図３】予め求めておいた高速中性子正味計数値と中性
子減速物質量との関係の一例を示すグラフである。

【図４】予め求めておいた中性子減速物質の量と補正量
との関係の一例を示すグラフである。

【符号の説明】 １：照射室 ２：中性子減速材 ３：パルス高速中性子発生源 ４：照射室内熱中性子検出器 ５：高速中性子検出器 ６：検査対象物 ７：遮蔽体 ８：連続高速中性子線源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 助川 泰弘 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 原 子力技術株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス状に発生させた高速中性子を中性
   子減速材により減速、熱化して熱中性子として放出する
   とともに、この熱中性子を検出する工程と、熱中性子を
   検査対象物に照射して検査対象物中の核分裂性物質との
   核分裂反応を誘起せしめ、この核分裂反応により高速中
   性子を生成させるとともに、この高速中性子を検出する
   工程と、中性子減速材により熱化された熱中性子の検出
   信号と核分裂反応により生成された高速中性子の検出信
   号とを高速中性子パルス発生時刻と一定の時間関係で同
   期させて計数して検査対象物中の核分裂性物質を測定す
   る工程とからなるアクティブ中性子測定方法において、
   パルス状高速中性子の発生を停止した後、照射室内に別
   途設置した連続高速中性子線源から連続高速中性子を検
   査対象物に照射し、検査対象物から放出される高速中性
   子の計測値から検査対象物中の中性子減速物質量による
   補正量を求め、この補正量に基づいて検査対象物内の核
   分裂性物質量を補正することを特徴とするアクィブ中性
   子測定方法。
2. 【請求項２】 中性子減速材を内面に配設するとともに
   内部に核分裂性物質含有検査対象物を収容する照射室
   と、照射室内に配設したパルス高速中性子発生源と、中
   性子減速材から放出される熱中性子を検出する照射室内
   熱中性子検出器と、中性子減速材からの熱中性子と検査
   対象物内の核分裂性物質との核分裂反応により生成する
   高速中性子を検出する高速中性子検出器と、照射室内熱
   中性子検出器の検出信号と高速中性子検出器の検出信号
   とを高速中性子パルス発生時刻と一定の時間関係で同期
   させて計数する計数回路とからなるアクティブ中性子測
   定装置において、中性子減速物質測定用の連続高速中性
   子線源を照射室内に設置して、この中性子線源からの連
   続高速中性子を検査対象物に照射したときの検査対象物
   から放出される高速中性子の計測値から、検査対象物中
   の中性子減速物質量による補正量を求め、この補正量に
   基づいて検査対象物内の核分裂性物質量を補正できるよ
   うにしたことを特徴とするアクティブ中性子測定装置。