JPS6013278A - 空気中のガス状放射性物質の試料収集装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、周囲の空気中に含まれるガス状の放射性物
質についての測定試料を収集する装置に関する。特に原
子力発電所その他の核技術設備の排ガスに含まれる＋４
　ｃ　ｏ２分を苛性ソーダ水溶液に吸収させて放射性炭
素同位体１４　ｃを収集する装置がこの発明の対象とな
る。

〔従来の技術〕

核技術廃棄物に関する安全規則（ＫＴＡ）の第１部には
＋４ｃの監視について煙英排ガスから連続的に二酸化炭
素試料を取り出し、それを３ケ月毎に計２則することが
述べられている。この安全技術上の要請を満たすために
は一連の問題を解決しなければならない。まず吸収剤に
集められた放射性炭素量を収集容器に移して試料収集装
置から手軽に取り出されるようにし、実、験室に運んで
定性的ならびに定世的に化学分析して排ガス中に含まれ
る放射性炭素の匣について推定を下すことができるよう
にする適当な吸収方法を選定しなければならない。３ケ
月の監視期間中の監視は連続して行なわなければならな
い。更に排ガス中の放射性炭素Ｃ−１４の量の決定は排
ガスの清浄化ではなく試料採集に過ぎないから、収集容
器には比較的少量のガスが流れればよい。この場合監視
期間中試料収集装置ができるだけ手動操作無しに自動的
に運転されることが重要である。このことは装置がそれ
自体安全に動作し、例えば停電や部品の故障等に際して
試料の採集が阻止されることなく故障分路を健全な分路
に切換えるようになっていることを意味している。監視
期間の終了後収集容器を新品と交換する際にも連続作業
が確保されなければならない。

〔解決すべき問題点〕

この発明の目的は、冒頭に挙げた種類の試料収集装置を
改良して上記の問題が確実にコントロールされ特に次の
目的が達成されるようにすることである。

（１）核技術設備特に原子力発電所の排ガスに含まれる
放射性炭素Ｃ−１４の含有量をＫＴＡで決められている
監視期間３ケ月に限らずそれよりも長い期間あるいは短
い期間に亘って捕捉できるようにする。

ｔｅｌ　監視期間の終りに試料を収集した収集容器を除
去し、新しい収集容器を接続する際装置の運転を中断す
ることなく続けることができるようにする。

（３）収集容器を通して導かれる測定ガス量を確実に捕
捉し、例えば停電等の障害に際してそれぞれの流量積算
を固持する。

（４）使用中の吸引分路が故障したとき健全な吸引分１
１′８に円滑に切換える。

（６）流量計の前に接続され一定流量に調整された調整
弁に対する予備圧を充分精確に決定する。

〔問題点の解決手段〕

この発明によれば冒頭に挙げた試料収集装置に課せられ
た諸条件が特許請求の範囲第１項（二特徴として挙げた
構成を採用することによって解決される。この発明の有
利な実施態様は特許請求の範囲第２項以下に示されてい
る。

〔作用効果〕

この発明によって得られる利点は、総合的には核技術設
備に使用される試料収集装置の連続的な全自動運転が可
能となることである。更に採集量が少量であり、安全度
が尚く、ポンプと収集容器に関する冗長性が高く保守が
簡単となる。安全技術の見地から重要なのは特許請求の
範囲第２項乃至第５項に記載された吸収フラスコと安全
フラスコの構成であって、これにより吸収液（Ｎａ０）
Ｉ水溶液）がフラスコ柱又は直列フラスコ組の流出側に
過圧が発生しても外に洩れ出すことはない（流入側に過
圧が発生したときＮａＯＨ溶液の洩れ出しは吸収フラス
コの特殊構造によって阻止される）。

〔実施例〕

ス面に示した実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。

第１図に全体がＰＳＥとして示されている試料収集装置
の空気入口は精密フィルタＦ’Ｏと吸引管１０を通して
核技術設備例えば原子力発電所、研究室、再処理設備等
の排気煙突に連結される。吸引管１０は二つの吸引分路
１ｚおよび１１２に分かれ、これらの分路はそれぞれガ
スポンプ（Ｐｌ又はＰ２）と締切弁（Ｖｌ又はＶ２）の
直列接続を含む。一方の分路例えば１１１を運転分路と
すれば他方は予備分路となり、運転分路が故障して遮断
されると自動的に接続されるから故障した分路の障害例
えばガスポンプＰ１を交換することができる。ガスポン
プＰＩ、Ｐ２は膜閉鎖真空ポンプで、特にポンプケーシ
ングが化学的に耐性の強い合成樹脂で作られているもの
が有利である。このポンプの膜操作は（帰心器付きの分
割極モータによる。ポンプは軸バッキングがなく完全に
気密である。特殊軸受の使用により極めて低雑音となる
。

更に極めて静かに回転し、小形であるので連続運転に適
している。

一般に二つの並列吸引分路により連続運転に対して充分
な冗長度が得られるが、試料採集期間が３ｔ月以上にな
り、又一つの分路が故障したときそれを直ちに修理する
必要がないような特殊の場合（二は２本以上の並列分路
を設けることができる。

分路１１１が使用中であるとする。この場合ガスポンプ
Ｐ１により例えば毎分３１のガス流ｇ。が排気煙突から
引き出され、分路１１２の接続点１．２を経て分岐点３
に送られる。分岐点３からガス流ｇ。の大部分が主流ｇ
Ａとして動圧形成用の狭窄部にと帰還導管１６を通して
排気煙突に戻される。この逆送は導管１７を通して行な
われる。

狭窄部にはバイパス細管と呼ばれているもので、流量が
毎分２．９ｔのとき、分岐点３に約０．４ｂａｒの動圧
を作る。この動圧は測定ガス流ｇｎを制御する調整弁■
３の機能に必要となるものである。

分岐点３はこの動圧を規準圧として導き、それからガス
流の小部分例えばｓｏｃｍ”／ｍｉｎ　が測定ガス流と
して単位時間毎の通過量を近似的に一定に保つ調整弁ｖ
３と流量計ＭＤＭならびに切換弁−を通して収集分路１
４１又は１４２に導かれる。

流ｆａ　Ｒｔ　Ｍ　Ｄ　、ＣＪとしては熱流量計が有利
である。切換弁ｖ４は手動又は電磁石駆動の三方弁であ
る。

図に示されている位置■は収集分路１４１が接続されて
いる位置Ｉから収集分路１４２が接続される位置■に切
換えられるときの中間位置である。

第１収集分路１４１は苛性ソーダ液を入れた主収集容器
Ａ１と安全容器Ｓ１の直列接続を含む。

収集容器Ａ１と安全容器Ｓ１は後で説明するよう（−吸
収フラスコおよび安全フラスコとするのが有利である。

収集容器ＡＩおよびＡ２内の苛性ソーダ溶液の液面はＮ
として示されている。第１収集部分路１４１の収集容器
Ａ１の後には締切弁ＶＡ１が挿入され、この弁は収集容
器Ａ１を取外す前に閉鎖される。この外に空気入れ弁又
はＩＥ力平衡弁ＶＢ］が安全容器Ｓ１の前に置かれ、収
集容器Ａ１を取外す際苛性ソーダ溶液を飛散させるおそ
れのある低圧力の急激な発生を防止する。第１収集分路
１４１に並列Ｃ二接続された第２収集分路１４２も第１
収集分路と同じ構成であり、安全容器、Ｎ２に直列に苛
性ソーダ溶液を入れた収集容器Ａ２が接続され、その後
に締切＊ＶＡ２が設けられ、更に空気入れＶＢ２が安全
容器Ｓ２に導く導管に接続されている。

試料採集期間の終りに直ちに第１収集容器Ａ１に切換え
ることができるようにするため、少くとも一つの第２収
集分路１４２を図に示したように固定設置して置かなけ
ればならない。しかしいかなる場合にも第２収集容器Ａ
２は第１収集容器Ａ１を取り外す直前に準備されていて
、切換弁ｖ４により測定ガス？ＭｇＢに接続できなけれ
ばならない。

一般には２本の収集分路で足りるが、特殊な場合には２
本以上の収集分路が必要となる。いかなる場合にも常に
測定ガス流ｇＢがそれぞれの収集容器ＡＩ、Ａ２中の苛
性ソーダ溶液量に適含し、規定された試料採集期間例え
ば３ｔ月の間該当する収集容器の苛性ソーダ溶液を交換
又は補充する必要がないようにすることが重要である。

−使用されている収集分路１４１又は１．４２を通過し
た後測定ガス流ｇＢは分岐点５を通って帰還導管１５に
流れ込むが、その時１４ＣＯ２の大部分は苛性ソーダ溶
液Ｎ１中に吸収されている。その析出率は図示の実施例
の場合９９俤以上である。減損した測定ガス流ｇｌＢは
主流ｇＡと共通の分岐点６に達し、そこから主流ｇＡと
共に最終導管部分１７を通して煙突に戻る。

第１図の両方の収集分路１４中の収集容器Ａ１、Ａ２は
第２図に示すように共に吸収フラスコとして構成され、
そのほぼ中心にフラスコの頭部ａ１と頚部ａ２から吸収
液Ｎ１を通ってフラスコ底ａ３Ｃ二達し、先端にガス分
配用のフリノ）Ａ４がとりつけられている測定ガス導管
ａＯが設けられている。吸収液面Ｎの上方（ニフラスコ
頭ａ５の着脱を容易にするため取外し可能の気密フラン
ジ結合ａ６が頭部ａ１と頚部ａ２の間に設けられ、互に
圧着している結合面のやき付けを防ぐためテフロンのバ
ッキングａ６１が挿入されている。フラスコＡ１．８１
は耐アルカリ、耐醒性のガラスで作られ、フランク部分
で微細研磨されたガラス面はバッキングをはさまないと
やき付けが生じ易い。フラスコ頭ａ１からそこに接続さ
れた測定ガス導管ａ７を通して締切弁ＶＡＩに達する。

吸収フラスコＡ１の前には通常吸収液を含まない安全フ
ラスコｓ１が接続されている。Ｓｌのガス導入管１４１
はフラスコ頭Ｓ】に接続され、次の吸収フラスコＡ１に
導く結合ガス導管ＳＯは測定ガス導入管ａＯに連絡し、
安全フラスコのほぼ中心に設けられた結合導管から成り
、フラスコ底ｓ３のすぐ上に入口Ｓ４があり、フラスコ
頭＄１を通して挿入されている。１０は結合導管ｓＯと
測定ガス導入管ａＯの気密連結スリーブである。分路１
４１においても安全フラスコＳ１の前と吸収フラスコＡ
１の後の導管ａ７に気密連結スリーブＩＩ、１２が設け
られている。又安全フラスコＳ１も吸収フラスコＡ１の
ものと同様な気密フランク結合部ｓ６を備えている。フ
ラスコＡ１と８１はそれらの頭部をつかんでいる。クラ
ンプ１３によって保持されている。これらのクランプは
必要に応じてフランジ結合ａ’６．ｓ６と共同でフラス
コの簡単な着脱を可能にする。フランジ結合は固定リン
グａ６２゜ｓ６２を備え、これらはフランジ頚部ａ２と
フランジ頭部ａ１にとりつけられたフランジ頭にねじ１
４によって引き寄せられているから、挿入されたテフロ
ン９ａ６１を介してフラン、；／環相互が気密に圧着す
る。ねじ１４は固定リングａ６２の周囲に分布している
。

測定ガス導入管ａＯの下端にはガス流分配用の凹状フリ
ットａ４がとりつけられている。この盤は上方に向けら
れた吹出し口ａ８を持つノズル環を備え、ガスの流れを
遅くする蛇管ａ９のオリフィスａ９１の下に置かれてい
る。この遅延蛇管は測定ガス導管ａＯを取巻き、その吹
き出し口ａ９２はフラスコの上部に８いて液面Ｎの下に
置かれる。

測定ガス尋人管ａＯを通して導入された測定ガス流は吹
き出し口ａ８を持つノズル環を通って微細な気泡に分け
られ、漏斗状のオリフィスａ９１に捕えられて蛇管ａ９
を泡の形で上昇する。この蛇管がない場合にはアルカリ
溶液中のガス路の長さは測定ガス導入管ａＯの浸漬深さ
と等しくなる。

ガス流遅延上昇蛇管ａ９によりガス路長は４倍以上に延
長され、ガスの滞留時間がそれに応じて長くなる。蛇管
内の苛性ソーダ溶液は上昇するガス泡に伴って上昇し、
フラスコＡ１の貯蔵液がそれに置き換わる。これによっ
て溶液の循環が起り、局部の過飽和が阻止される。この
苛性ソーダ溶液の循環は水の搬出により溶液面が蛇管の
上端の下まで低下してもなお続けられる。

初めに述べたように吸収フラスコの前に置かれた安全フ
ラスコは常時室であって、フラスコ列５ｌ−ＡＩの流出
側に過圧が発生しても苛性ソーダ液は決して流れ出すこ
とはなく、測定ガス導入管ａＯ１管連結部１０および結
合管ＳＯを通して安全フラスコ内に圧し込めらオするだ
けである。安全フラスコからは苛性ソーダ液がガス導入
管に流れ出すことはなく、過剰のガスがガス泡となって
安全ソクスコ内に圧し込められた予備苛性ソーダ液中を
上昇する。このガス圧の異常反転が終って正規の圧力分
布となり、フラスコ列Ｓ　ｌ　−’Ａ　Ｉの流入側の圧
力の方が流出側の圧力より高くなると、苛性ソーダ液は
僅かな残留分を除いて安全フラスコから吸収フラスコに
戻される。この残留分の高さは安全フラスコＳ１の底面
ｓ３から結合管の入口８４までの間隔で与えられる。第
２図の下の部分に示されている４も２収集分路１４２の
フラスコ列Ｓ２−Ａ２は第１分路のフラスコ列５Ｊ−Ａ
２と同様な構成であるから、その詳細な説明は省略する
。

分路１４］、１４２の左端には第１図に示した切換弁■
４の一部が示されている。１５１と１５２は、それぞれ
の分路が稼動中であることを示すパイロットランプであ
る。第２図の測定盤の上部に示されている指示ならびに
操作板については第３図の測定監視回路の説明において
明らかにする。

第１因に示した測定導管１３中調整弁ｖ３の後に設けら
れた流量計Ｍ　］）　ｆＩｉは通流量のアナログ測定電
圧を発生するもので、第３囚に示すように測定導線ｅ】
によって指示ならびに計６１１」電子回路を含む構成部
品ＡＡＥに結ばゎ、それから測定導線ｅ２を通して電子
調整器ＲＥに接続される。調整器ＲＥには測定電圧が必
要に応じて増幅されて通流量現実値として導かれ、又規
準値ボテンノヨメータＰＯによる調整可能な通流量規準
値が測定線ｅ３を通して縛がれる。調整器ｉｔ　Ｅにお
いて作られた規準値・現実値差は信号線ｅ４を通して調
整弁ｖ３に調整量として導かれる。流量計Ｍ’ＤＭと調
整器ＲＥの間に置がれた指示ならびに計測電子回路ＡＡ
Ｅは通流量に対して少くとも３桁のディジタル表示を行
なう。ＡＡＥには更に信号線ｅ５を通して電圧・パルス
変換器Ｕ／ｆが接続され、パルス導線ｅ６を通して電気
機械的ｄ−１“宿装置ＥＭＺをｍす御する。このｇ１砒
装置は測定ｊｖＪ間中の部分量を合算して全通流計とす
る。図に示された計量装置は７桁表示である。構成部品
ＡＡＥには信号線ｅ７を通して少くとも二つの警報装置
が接続され、設定された規準通流量を超過するがそれを
下回ったとき警報を発する。これらの警報装置はＳＭ’
１と８Ｍ２として示され、信号枝線ｅ’　７１とｅ７２
に挿入されている。Ｓ’Ｍ　］又はＳＭ２により警報が
発せられる場合、その時稼動中の吸引分路１】１又は１
１２が故障しているのであるから、この故障分路が５啼
切弁ｖ１又はｖ２の閉鎖と対応するガスポンプの停止に
より遮断され、並列接続されている健全な分路が接続さ
れる。この状態で故障分路の障害を追ＩＬ必要に応じて
ガスポンプを修理するか交換することができる。第３図
のＮＴは給電線ｅ８１乃至ｅｓ４を測定監視回路の各構
成部品ＮＩＪちｆｆＮ装ＷＳＭ１．８Ｍ２、変換？５　
Ｕ　／　ｆ、電子回路ＡＡＥおよび調整器ＲＥに分配す
る回路部分である。第３図に示した回路部分の一部（−
２第２スに示した前面の測定・操作盤に結ばれヤいる。

流量計Ｍ］）Ｍは熱流量計とするのが有利であり、この
場合中央に加熱巻線を巻いた特殊鋼管と両側に設けられ
た二つの測定巻線で構成される。加熱巻線に発生した熱
量は流体から測定巻線に導かれる。そこに生じた温度差
は流量の増大に伴ってＯから一つの最大値まで増大し、
計測電子回路ＡＡＥにおいて高感度ブリッジにより測定
される。熱の搬送は質駄粒子に結びついているからこの
測定値は通流賀歌に比例する。加熱傍線と測定巻線はそ
れらが直接通流媒体に接触しないように配置されるから
、侵食に対して保護さｉｔている。測定ブリッジで発生
する電圧は計測回路ＡＡＥにおいて増幅され、その出力
電圧は０乃至５ｖである。その瞬時値は第３図（１示し
た３桁のディジタル表示器に表示される。電圧／パルス
変換器Ｕ／ｆで作られたパルスは玉記の７桁表示の計量
装置に作用する。不測の停電に際しては総ての電子回路
とポンプの′電圧が消滅するけれども、全流通量の値は
電気機械的計量装置内に保持される。配電線電圧が回復
するとポンプが起動し流量調整が再開され、元の積算値
に新らしい測定値が合算される。流量測定信号は設定さ
れた規準値を超えるかそれを下回った後無電位接触によ
り警報を発し、ｔ１器上に表示すると同時に監視員に通
報する。最低値を下回った際吸り１分路ＩＩＩが稼動中
であることが確認されると、予（：ｆｉポンプＰ２が投
入され弁ｖ２が開放され乙。ポンプＰ１は遮断され、弁
Ｖ］は閉鎖される。

試料収集装置ＰＳＥの正規の動作中は接続されている吸
収フラスコＡ】又はＡ２において、大部分の酸化炭素が
測定ガス流から苛性ソーダ液に戻される。その析出率は
９９％以上に達する。一つの収集分路が稼動する３ケ月
間の採集期間の終りに試料を交換する際他方の収集分路
が新たに準備され、実験室において約９ｏｏｇの新鮮な
０．５Ｍｏ　１／１苛性ソーダの所定計を満たした吸収
フラスコが組み込まれる。その後弁Ｖ４によって切換え
られ、中断なしの試料収集が実施される。切り離された
吸収区間がらは吸収フラスコが収集された試料と共に取
り去られる。以後の試料処理は実験室において適当な作
業条件の下で行なわれるから、試料収集装置の設置場所
では吸収剤を使用して処理する必要はない。実験室の設
備情況に応じてＣ−」４の測定と評価は次の方法によっ
て行なわれる。

−液体シンテレーンヨン力つンタによる吸収剤溶液の直
接測定 −ＢａＣＯ３による沈殿後のβ固体試料測定−ＢａＣ０
，サスペンションとして液体シンテレーノヨンカウンタ
による測定

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による試料収集装置の接続図、第２図
は測定盤として構成されたこの発明の実施例の正面図、
第３図は電気測定ならびに監視装置のブロック接続図で
ある。第１図においてＰｌとＰ２：ガスボング、　Ｋ：
動圧形成用の狭窄部、　ｖ３：調整弁、　ＭＤＭ　：流
量計、Ｓｌと８２二安全フラスコ、　Ａ１とＡ２：吸収
フラスコ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｊ）煙突排気から取り出したガス流が精密フィルタおよ
   び少くとも二つの直列接続されたガスポンプと締切弁を
   含む吸引分路を通して一つの分岐点に導かれること、 この分岐点からガス流の大部分が主流として動圧を発生
   する狭窄部と帰還導管を通して排気煙突に戻されること
   、 動圧を規準圧として導く上記の分岐点からガス流の小部
   分が測定ガス流として単位時間肖りの通流量を近・敵的
   に一定に保つ調整弁と流量計ならびに一つの切換弁を通
   して苛性ソーダ溶液を入れた収集容器を含む第一収集分
   路に導かれ、この分路を通って排気煙突に戻されること
   、 第一収集分路に並列に少くとも一つの第二収集分路が設
   けられ、この分路が第一収集分路のものと同種の収集容
   器を含むかあるいは同種の第二収集容器が第一収集容器
   の取出し口の近くに挿入され、切換弁によって測定ガス
   流に接続可能であること、 予め定められた試料採集期間中収集容器内の苛性ソーダ
   溶液を交換又は補充する必要がないように測定ガス量が
   各収集容器の苛性ソーダ溶液量に適合していることを特
   徴とする周囲の空気中に含まれるガス状の放射性物質の
   試料を収集する装置。 ２）収集分路中の収集容器がそれぞれ吸収フラスコとし
   て構成され、はぼその中心に設けられフラスコ頭部と頚
   部ならびに吸収液を通ってフラスコの底に達し、そこに
   ガス分配頭部を備える測定ガス導入管を備えていること
   、吸収液面の上方に設けられたフラスコ頭部に測定ガス
   −帰還導管が接続されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ３）吸収フラスコの前に吸収液を含まない安全フラスコ
   が挿入され、そのガス導入管がフラスコ頭に接続され、
   後に続く吸収フラスコにノｑくガス連結管は安全フラス
   コのほぼ中心に設けられ測定ガス導入管に連絡している
   結袷管から成り、この結合管がフラスコ底の近くに受入
   れ口を持ちフラスコ頭部を通して外に引き出されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４）吸収フラスコが分解と組立のためにその頭部に取外
   し可能の気密フランジ継手を備え、つき合わされた気密
   閉鎖面の焼付けを防ぐためテフロンバッキングが間に置
   かれていることを特徴とする特許１清求の範囲第２項記
   載の装置。 ５）Ｉｌ１１１１定ガス導入管の下端に皿状のガス分配
   類があり、それに上向きの排出口を備えるノズル環が設
   けられていること、測定ガス韓入管を取巻き常時吸収液
   面の下にある上部フランジ区域に排出口を備えるガス流
   遅延蛇管の口金の下方にガス分配類の排出口が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第４
   項の−っに記載の装置。 ６）少くとも二つの互に並列に接続された吸引分路が設
   けられ、その一方は正規に接続され、他方は予備として
   使用され、故障が発生し第一の吸引分路が遮断されたと
   き活用されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ７）測定流路中調整弁の後に設けられ通流量のアナログ
   測定゛電圧を作る流量計の後に電子式調整器が接続され
   、この調整器に測定電圧が必要に応じて増１隔されて通
   流星現実値として導力ｑ″ｌ−１更に規準値電位差計か
   ら調整可能の通流量規準値が導かれること、調整器で形
   成された規準値と現実値の差が調整弁に対する調整量と
   して使用されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ８）通流量の瞬時値に対する少くとも３桁のディジタル
   表示を行なう計測電子回路が流量計と調整器の間に接続
   され、測定期間中の流量を積算する電気機械式計量器を
   制御する電圧・パルス変換器が計測電子回路の後に接続
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の装置。 ９）規定流…−値を超過するがそれよりも低下したとき
   故障警報を発し第二吸引分路への切換を行わせる警報装
   置が少くとも二つ計測′亀子回路に接続さｋていること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項又は第８項記載の装
   置。 １０）熱Ｋｍ計が使用されることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載の装置。 １】）ガスポンプとして膜閉鎖真空ポンプが使用される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第６項記載
   の装置。