JPS5853758B2 - 欠陥核燃料要素の検出方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水減速原子炉の炉心内で使用される不良核燃料
要素を検出する方法と装置に関する。

水減速原子炉内の不良燃料要素を検出するため当業者に
よって様々な方法が採用されている。

それらのうちの２つの最も普通の方法は湿式および乾式
吸引（Ｓｉｐｐｉｎｇ）として知られている。

湿式吸引は、核分裂生成物（主としてヨウ素とセシウム
）が不良燃料要素からある量の隔離された冷却材中に浸
出することに基づく。

沸騰水形原子炉（ＢＷＲ）の場合、湿式吸引法の主要な
利点は、燃料を炉心から取外すことなくそれを利用でき
るということである。

これが可能な理由はＢＷＲでは燃料要素が複数の束をな
して配設され、そしてこれらの燃料束は底部と頂部が開
いたチャネルによって囲まれているということにある。

燃料の部分的な隔離は、ゆるくはまるキャップを燃料チ
ャネルにかぶせ、そして空気をそのキャップ内に、冷却
用の水が燃料チャネルの頂部のわずか下方に押しやられ
るまで、圧入することによって達成される。

十分な時間の経過後、水の試料がキャップ付きチャネル
から抜き出され、そして試料中の核分裂生成物の濃度が
測定される。

この方法は、次の欠点、すなわち、燃料チャネルの底部
が依然として開いており、そして燃料から浸出する核分
裂生成物の濃度が対流と、冷却の減少および昇温による
隔離水の密度の減少とによって減少するという欠点を有
する。

加圧水湿原子炉（ＰＷＲ）は通常燃料チャネルなしに運
転されるので、燃料要素を試験のために炉心から取出す
必要がある。

これは、燃料要素を持上げて炉心から出し、そして水を
満たした密封容器に入れることによって達成される。

十分な時間の後、その水は浸出した放射性核分裂生成物
の存在に関して試験される。

前述のように燃料を炉心から取出しそして各燃料集合体
を密封容器内に隔離することによって湿式吸引の感度と
信頼性が一段と高まることがわかっている。

従って、できるだけ多くの燃料欠陥を検出することに関
心が高まるにつれ、その面における最近の傾向はＰＷＲ
とＢＷＲのいずれにおいても密封容器からの吸引に向か
っている。

しかし、一般に湿式吸引は、浸出可能な核分裂生成物が
装置停止後急速に減少するという大きな欠点を持つ。

この減少は時間に対して指数関数的に生ずる。

そして浸出は放射性崩壊とは違って制御プロセスである
から、最も信頼性の高い結果を得るには、装置停止後２
，３週間以内に湿式吸引を完了しなければならない。

ＰＷＲとＢＷＲの両方において使用され始めた比較的新
しい方法は乾式吸引法である。

乾式吸弓は、高い崩壊熱温度によって不良燃料クラツデ
ィングを通して核分裂ガスを放遂することに基づく。

燃料は炉心から取出され、開底容器内に置かれる。

そして燃料要素が空気にさらされて所要の温度上昇が得
られるように、冷却材が排除される。

水が容器に再び入ることを許された時、その水は空気を
追い出し、この空気は試料として核分裂ガス含有量の測
定を受ける。

従来の測定結果によれば、乾式吸引から得た信号は、湿
式吸引による信号より強度が数段高く、そして装置停止
の数か力抜でも容易に観察される。

しかし、乾式吸引は、燃料要素を囲むクラツディングの
過熱のおそれがあるという難点を伴う。

先行技術によって、湿式および乾式吸引法に対する様々
な改良策が提案されている。

特に、ホルツアー（Ｈｏ１ｚｅｒ）等の米国特許第３４
１９４６７号は原子炉の炉心から取出した燃料要素を試
験する方法を示す。

この方法は、水を満たした試験室内に燃料要素を閉じ込
めることと、初めに水を燃料欠陥部に圧入し次にその水
を追い出すように、試験室内の水の圧力と温度を繰返し
変えることと、燃料要素を水で洗浄することと、この洗
浄水に含まれる核分裂生成物の濃度を測定することから
成る。

ホルツア等は洗浄にガスを用いる可能性について論じて
いる。

しかし、彼らが採用する方法は明らかに、乾式吸引技術
の場合と同様の安全上の問題、すなわち、燃料クラツデ
ィングの過熱の問題に直面するものである。

本発明の主目的は、湿式吸引の安全性をもって乾式吸引
における非常に強い、従って非常に敏感な信号をもたら
すような、ＢＷＲｌＰＷＲまたは他の任意の水減速原子
炉から不良燃料要素を検出する方法と装置を提供するこ
とである。

本発明は、温度よりむしろ圧力を不良燃料要素から核分
裂ガスを放遂するために用いれば乾式吸引の非常に高い
感度と湿式吸引の安全性を組合わせることができるとい
う認識に基づく。

本発明によれば、試験すべき燃料要素、例えば、原子炉
の炉心から取出した疑わしい燃料要素を、水を満たした
試験室内に閉じ込める。

試験室は原子炉容器内かまたは燃料プールの底に設置し
得る。

試験室は頂部近くに排気管路を、そして底部にガス散布
器を有する。

空気はガス散布器を通って試験室内に導入され、一定量
の水を試験室から溢れさせ燃料要素上方の水の一部分と
入れ代わる。

これにより、燃料要素上方にエアポケットが形成され、
試験室内の圧力が低下し、そして不良燃料要素から放出
された核分裂ガスが燃料要素を囲む水から除去される。

次に、空気に捕集された核分裂ガスの放射能を、適当な
放射線モニタにその空気を通すことによって測定し得る
。

本方法の第２段階では、核分裂ガスの放出を増すように
試験室内の圧力をさらにある真空圧まで減らす。

本方法の第３段階では、試験室内の圧力をある真空圧に
保ち、そして試験のため燃料上方のエアポケットから引
き出したガスを再循環させ、これにより、燃料要素を囲
む水から放出核分裂ガスを連続的に除去する。

第１図の試験装置は、ＢＷＲ，ＰＷＲまたは他の任意の
水減速原子炉の炉心から取外した燃料要素を試験する本
発明の一実施例を示す。

この実施例では、試験すべき燃料要素は原子炉の炉心か
ら取外されるので、試験操作は燃料再装入停電中に行う
ものと仮定し、また、次のような装置、すなわち、燃料
再装入台と、原子炉の７炉心から燃料要素を動かすのに
適するつかみ装置およびホイスト等を利用し得ると仮定
する。

原子炉の炉心において、各燃料集合体または燃料束は、
管状、棒状または板状に形成し得る密封原子炉燃料要素
の配列によって構成される。

通常、本装置では完全な燃料束が試験される。

しかし、便宜上、以下の説明において燃料束を燃料要素
と称する。

説明が進むにつれて１１本発明が完全燃料集合体の試験
に限定されないことが明らかとなろう。

第１図の試験装置は、総括的に符号１で示す試験室を含
む。

試験室１は燃料プール２内に設置され、そして吸引筒３
と、それに装着された吸引筒ヘッド４からなる。

１個の吸引筒３だけを図示しであるが、通常５個程度の
吸引筒が試験に用いられる。

しかし、吸引筒ヘッド４は１個だけ設ければよい。

なぜなら、吸引筒相互間の吸引筒ヘッド４の移動によっ
て吸引筒３内の燃料要素を次々に試験できるからである
。

吸引筒３は底部にガス散布器５を内蔵する。

ガス散布器５は核分裂ガス除去用空気を多数のあわとし
て散布するに役立つ。

戻し管路６が空気をガス散布器５に供給する。

吸引筒ヘッド４は試料管路γとドレン管路８に連結され
る。

核分裂ガス除去用空気と核分裂ガスはエアポケット９内
に捕集されそして監視のため試料管路を通って引き出さ
れる。

吸引筒３と吸引筒ヘッド４とに接続するすべての管路は
小径のゴム管またはプラスチック管から成る。

試験装置の残りの部分は燃料プールまたは原子炉容器の
上方に配置される。

試料管路７は核分裂ガス除去用空気と核分裂ガスを溜め
容器１０へ送り込む。

なお、以下の説明において、核分裂ガス除去用空気と核
分裂ガスを試料流又は試料ガスと呼ぶ。

溜め容器１０は、エアポケット９から排除された水の体
積の少なくとも２倍の容積を有する。

試料流はその後管路１２を通ってガス冷却器１１に達す
る。

ガス冷却器１１の使用は不可欠ではないが、しかしそれ
は試験装置の他の部分における復水の防止に望ましい。

これは本試験方法の低圧部分中、および燃料プールの温
度が周囲温度を超える時間中、特に重要である。

試料流はガス冷却器１１を出た後、管路１４を経て第１
水トラツプ１３に入る。

第１水トラツプ１３は、ばね上に載置された台１５の上
に設置される。

ばね上載置台１５にはマイクロスイッチ接点１６または
類似物が装着され、もしトラップ１３内の所定レベルま
で水がたまれば、ポンプ１８を停止しそして遠隔操作弁
Ａを開いて試験装置から試料流を逃がすように働く。

この安全上の特徴により、吸引筒ヘッド４が試験方法の
真空段階中適当に密封されていない場合にポンプ１８に
よる試験装置の浸水が防止される。

（水トラツプ１３は制御弁付き管路１９によって空にで
きる。

）試料流は、第１水トラツプ１３を出た後、管路１７を
通ってポンプ１８の低圧側に達する。

ポンプ１８は、密封された潤滑および駆動装置を備えた
型のもので、しかも吸気側で真空を誘起しそして排気側
で圧力流を送り出すことが可能なものとすべきである。

油で潤滑された羽根ポンプを用い得るが、しかし分解と
清掃を繰返さなければならないおそれがある。

それ故、模型ポンプの使用が好ましい。

真空計２０と圧力計２１を設けてポンプ１８の性能を監
視し得る。

真空計２０と圧力計２１はそれぞれポンプ１８の吸入側
と排気側に連結される。

ポンプ１８は管路２３を介して第２水トラツプ２２に排
気する。

次に試料流は管路２５を通って、総括的に２４で示す放
射線検出モニタに向かう。

モニタ２４はモニタ室２６と検出器２７と計数率計２８
と記録装置２９で構成される。

モニタ室２６の容積は１００−程度であるが、所望の感
度に応じて増減し得る。

モニタ室の容積が増せばモニタの感度も高まる。

検出器２７は、４インチの鉛でじゃへいされたプラスチ
ック製のベータ・シンチレータでよい。

計数率計２８と記録装置２９は当業者に周知の型のもの
でよい。

記録装置２９は、試験中に現われる放射能レベルを記録
紙に記録できる簡単なチャートレコーダでよい。

本実施例では、計数率計２８は、それに接続する任意の
商用型の増幅器・弁別器回路を有する。

この回路はＸｅ１３３の存在の下でＫｒ８５を優先的に
測定するようモニタをバイアスするコトのできる回路か
、または両ガスが同等の効率で監視されるような回路で
ある。

Ｋｒ８５を優先的に監視することを望まない場合には、
ガイガーミュラー計数管のような他の型のベータ感応検
出器を代替的に用い得る。

Ｘｅ１３３を優先的に監視したい場合は、よう化ナトリ
ウムタリウム活性化結晶のようなガンマ感応検出器を代
替的に用いてもよい。

もし試験すべき燃料要素が発電のために原子炉の炉心内
で最近使われたばかりのものであればＸｅ１３３を優先
的に監視することが望ましいかも知れない。

しかし、時の経過と共に、比較的短寿命のＸｅ１３３の
存在量は少なくなり、従って比較的長寿命のＫｒ８５の
存在を監視する方がより望ましくなる。

試料流は管路３０を通ってモニタ室２６を離れ、２路弁
Ｂに入る。

第２図も参照して説明すると、２路弁Ｂは２方向のうち
１方向に試料流を向けるように使用される。

２路弁Ｂは、第２図の位置１で示す方位にある時流れを
原子炉建物換気設備３１に通ずる管路３２に向ける。

第２図の位置２で示す方位にある時、２路弁Ｂは流れを
再循環用の戻り管路６に向ける。

第１図に示すように、脱ミネラル水供給源３３と圧縮空
気供給源３４が、浄化の簡便化および（または）バック
グランド計数率の低減のために設けられる。

空気供給源３４と給水源３３への連結は、接続部３６．
３７のそれぞれに速断継手３５を移動することによって
達成される。

空気と水の流れはそれぞれ遠隔操作弁り、Ｃによって制
御される。

また、吸引筒ヘッド４の清浄化と取外しを容易にするた
めに、吸引筒ヘッド４から溜め容器１０に至るドレン管
８を設ける。

この管路は遠隔操作弁Ｅによって常時密閉される。

溜め容器１０はまた第２通気管路３８を備える。

この管路３８は原子炉建物換気設備３１に通じている。

遠隔操作弁Ａは管路３８を常時閉ざす。弁ＡおよびＥの
操作により、エアポケット９内に捕集された空気を逃が
しそしてその代わりに溜め容器１０からの水を入れるこ
とができる。

前述のごとく、弁Ａはまたマイクロスイッチ接点１６に
よって発生する信号によって開き得る。

これは試験装置のガス抜きと試験装置の偶発的な浸水の
防止とに役立つ。

第３図において、符号４１は６位置中央制御スイッチを
表す。

このスイッチは遠隔操作弁Ａ、Ｂ。Ｄ、Ｅの位置を設定
することとポンプ１８の運転を制御することによって試
験装置の操作様式を定める。

第３図はまた、スイッチ４１の各位置における弁Ａ、Ｂ
、Ｄ、Ｅおよびポンプ１８の状態を示す表を含む。

しかし、中央制御スイッチは便宜上設けたものに過ぎず
、もしすべての弁とポンプが手動および（または）個別
の制御を受けるとしてもそれは本発明の目的と矛盾しな
い。

試験装置の操作に際しては、試験すべき燃料要素を吸引
筒３に入れそしてその上に吸引筒ヘッド４をかぶせる。

次に、操作者は試験装置の空気浄化を始める。

空気浄化はスイッチ４１を位置■にセットすることによ
って行われる。

この時、弁Ａは閉じ、弁Ｂは通気側に開き、弁りは開き
、弁Ｅも開き、そしてポンプ１８は停止する。

空気浄化は、試験装置が所望のバックグランド計数率に
浄化されるまで続ければ十分である。

次に、試験方法の第１段階において、スイッチ４１を位
置■に動かす。

この時、弁Ｅは閉じて、エアポケット９から追い出され
た水が吸引筒ヘッド４の頂部に戻ることを防止する。

エアポケット９の形成はまた、試料管路７内から水を除
去し、試験室１内の圧力を減らすに役立つ。

核分裂ガスの放出が圧力低下によって容易になるにつれ
て、最初の空気浄化中燃料要素の周囲に気泡を作ってい
た空気はいくらかの核分裂ガスを捕え得る。

従って、もし最初の空気浄化中またはエアポケット形成
中に一定のバックグランド計数率の維持が困難になれば
、試験中の燃料要素が欠陥を持つということは非常にあ
り得ることである。

しかし、確認のため次の段階に進むことが一般に好まし
い。

先行段階は、もし燃料プールの深さが３０フイート以下
であれば、弁りを空気供給源３４に対してではなく大気
に対して開くことと、ポンプ１８を真空ポンプとじて働
かせることによって、浄化用の圧縮空気供給源の助けな
しに達成し得るということに注意すべきである。

これによって空気が弁りを通って吸込まれ、そして弁Ｂ
を通って換気設備３１に押し出される。

本方法の第２段階では、スイッチ４１を位置用に切換え
る。

この場合、弁りは閉じ、ポンプ１８は始動して試験室１
内に真空を誘起する。

通常、操作者は試験中の燃料要素に水銀柱約１５インチ
以上の真気圧を与えるべきである。

しかし、この段階中いっであっても計数率が急速な増加
を示せば、燃料欠陥が確認されたと考え、操作者にすば
やく試験を終りにし こうして試験装置の汚染と周辺へ
の核分裂ガスの不必要な放出を最小にすべきである。

もし、放射能の有意的な増加が生じなければ、操作者は
さらに確認をなすために次の段階に進むべきである。

本方法の第３段階では、スイッチ４１を位置■に切換え
る。

この時、弁Ｂは試験室側に開き、真空再循環に役立つ。

この段階では、試験室１内の圧力を水銀柱約１５インチ
以上の真空圧に保ちながら、試験のためエアポケット９
から引き出された試料流を連続的に再循環させる。

試料流は、ガス散布器５に通じる戻り管路６を通って試
験室１に戻る。

ガス散布器５は試料流を多数の気泡として散布し、これ
によって、燃料要素を囲む水から放出核分裂ガスを連続
的に除去する。

試験のこの過程中に、もし計数率の一定の増加が観察さ
れれば、たとえその増加がゆるやかであっても、燃料欠
陥の存在が確認されたと考える。

通常、もし試験中の燃料要素が、認知可能な計数率の増
加なしに５分間の真空再循環に耐えれは、その燃料要素
は良好であると考える。

そして操作者はスイッチ４１を位置Ｖおよび■に切換え
る操作に進む。

もし先行段階中いつであっても計数率の増加が観察され
、それが試験中の燃料要素が不良であることを示すに十
分であれば、操作者はすばやくスイッチ４１を位置Ｖに
切換えるべきである。

この切換えによって、弁Ａは開き、２路弁Ｂは通気側に
開き、弁Ｅは開き、そしてポンプ１８は作動状態を保つ
。

その結果、モニタ２４は換気設備３１から吸い込まれた
ガスによって浄化され、また溜め容器１０の排水が行わ
れる。

モニタが浄化された後、操作者はスイッチ４１を位置■
に動かして、ポンプ１８を停止する。

その結果、不良燃料要素は試験室１から除去し得る。

不良燃料要素の除去後、吸引筒３を水で洗浄することが
好ましい。

これは、吸引筒ヘッド４の除去後、戻り管路６に取付け
た速断継手３５を接続部３７に接続することと、水の流
れを弁Ｃで制御することによって達成し得る。

本発明は原子炉の炉心から除去された核燃料要素の完全
な集合体の試験に限定されないということを理解された
い。

本発明は個々の燃料要素、選択された要素群、または再
構成された燃料集合体に適用し得る。

また、燃料要素の試験を原子炉容器自体の中で行ったと
してもそれは本発明の目的と矛盾しない。

例えば、これは、試験室を原子炉容器のどこかに設置す
ることによって、あるいは、ＢＷＲのように燃料チャネ
ルを持つ原子炉の場合には、ガス散布器と必要な排気及
び戻し管路とを備えたキャップで燃料チャネルの両端を
密封することにより試験室を形成することによって、達
成し得る。

当業者は本装置およびその用法の前記およびその他の多
様な改良を本発明の概念を逸脱することなく採用し得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験装置の部分断面立面概略図、第２図は同装
置で採用された２路弁の機能を示す表、第３図は同装置
で採用した６位置型の主制御盤スイッチの概略図と機能
表から成る図である。 １・・・・・・試験室、３・・・・・・吸引筒、４・・
・・・・吸引筒ヘッド、５・・・・・・ガス散布器、６
・・・・・・戻し管路、７・・・・・・試料管路、８・
・・・・・ドレン管路、９・・・・・・エアポケット、
１０・・・・・・溜め容器、１１・・・・・・ガス冷却
器、１３・・・・・・第１水トラツプ、１５・・・・・
・ばね上載置台、１６・・・・・・マイクロスイッチ接
点、１８・・・・・・ポンプ、２４・・・・・・放射線
検出モニタ、３１・・・・・・原子炉建物換気設備、Ａ
・・・・・・通気弁、Ｂ・・・・・・２路弁、Ｅ・・・
・・・ドレン弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）水を満たした試験室に、試験すべき核燃料要素
   を個々に閉じ込めて密封し、（ｂ）試験室にガスを導入
   して、核燃料要素の上にある水を排除することによって
   、エアポケットを形成し且つ核燃料要素の上にある水に
   よる圧力ヘッドを除去して、試験室内の核燃料要素にか
   かる圧力を下げ、（ｃ）試験室の底に試料ガスを導入し
   て、前記減圧の結果として核燃料要素から放出された核
   分裂ガスを核燃料要素の周囲の水から除去し、そして（
   ｄ）同時に、試験室から試料ガスを引き出して、核燃料
   要素の欠陥から放出された核分裂ガスの存在を示す試料
   ガスの放射能を監視することからなる欠陥核燃料要素検
   出方法。 ２ 前記試料ガスの放射能の監視中、試験室内の圧力を
   水銀柱３８０Ｗｆｉ（１５インチ）の真空圧に下げるよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 核燃料要素より放出された核分裂ガスを核燃料要素
   の周囲の水から連続的に除去するように試験室から引き
   出された試料ガスを再循環させるようにした特許請求の
   範囲２項記載の方法。 ４ 核燃料要素が発電に使われてから比較的長時間経過
   した時は前記試料ガスをＫ ｒ ８５の存在について優
   先的に監視し、そして核燃料要素が発電に使われてから
   比較的短時間経過した時は前記試料ガスをＸｅ１３３の
   存在について優先的または同等に監視することを包含す
   る特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５（ａ）試験すべき核燃料要素を個別に包囲し密封する
   ための水を満たした試験室であって、その底部にガス散
   布器を設置した試験室と、（ｂ）試験室を減圧するため
   に、核燃料要素の上から排除された水を受は入れると共
   に、試験室からの試料ガスを受は入れるように、試験室
   に連結された溜め容器と、（ｃ）溜め容器から試料ガス
   を引き出すポンプと、（ｄ）ポンプからの試料ガスを受
   は入れる放射能モニタと、そして（ｅ）放射能モニタか
   らの試料ガスを受は入れる２路弁であって、核燃料要素
   の上にある水を排除して試験室内を減圧し、同時に、核
   燃料要素の周囲の水から、核燃料要素より放出された核
   分裂ガスを除去するために、ガス散布器を通して試料ガ
   スを試験室に選択的に戻し、また、ポンプによって試験
   室内の圧力を真空にまで減圧し、同時に、核燃料要素の
   周囲の水から、核燃料要素より放出された核分裂ガスを
   除去するために、試料ガスを選択的に逃がす２路弁とか
   らなる欠陥核燃料要素検出装置。 ６ 前記試験室が、（ａ）吸引筒ヘッドを有する吸弓筒
   と、（ｂ）前記吸引筒の底部に設けたガス散布器と、（
   ｃ試料ガスを前記２路弁から前記ガス散布器に戻すため
   に前記ガス散布器に連結された戻し管路と、（ｄ）前記
   吸引筒ヘッドの頂部に接続されて前記溜め容器に通じる
   ドレン管路および試料管路とから成る、特許請求の範囲
   第５項記載の装置。 ７ （ａｅ気設備と（ｂ）前記溜め容器と前記換気設
   備との間に連結された通気管路と、（ｃ）前記溜め容器
   を密封し前記試験室から排除された水が前記ガス除去操
   作中に前記試験室に戻ることを防ぐように通常閉ざされ
   ている、前宰通気管路内の通気弁および前記ドレン管路
   内のドレン弁とを含む特許請求の範囲第６項記載の装置
   。 ８ 前記溜め容器から試料ガスを受入れ、そして前記検
   出装置の他の部分における復水を防止するために前記試
   料ガスから水分を除去するように連結されたガス冷却器
   を含む特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９（ａ）前記ガス冷却器から試料ガスを、受入れる水ト
   ラツプから成る、前記検出装置の偶発的な浸水を防ぐ手
   段と、（ｂ）前記水トラツプを担持しそしてスイッチ接
   点を有する、ばね上に載置された台と含み、前記スイッ
   チ接点は前記はね上載置台に取付けられ、そして前記水
   トラツプに水が所定レベルまで入った時前記ポンプを停
   止し且つ前記通気管路内の通気弁を開くに役立つ、特許
   請求の範囲第８項記載の装置。 １０前記ポンプが模型ポンプである特許請求の範囲第９
   項記載の装置。 １１ 前記ポンプから試料ガスを受は入れる第２水ト
   ラツプを含み、前記放射線モニタが前記第２水トラツプ
   から試料ガスを受入れ、また前記放射線モニタが、Ｘｅ
   １３３の存在の下でＫｒ８５の放射能を優先的に測定す
   るかまたは選択的にＫｒ８５とＸｅ１３３の放射能を等
   しい効率で測定するための増幅器・弁別器回路を含む、
   特許請求の範囲第１０項記載の装置。