JPS6128954B2 - - Google Patents

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JPS6128954B2
JPS6128954B2 JP16833081A JP16833081A JPS6128954B2 JP S6128954 B2 JPS6128954 B2 JP S6128954B2 JP 16833081 A JP16833081 A JP 16833081A JP 16833081 A JP16833081 A JP 16833081A JP S6128954 B2 JPS6128954 B2 JP S6128954B2
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JP
Japan
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rays
energy
collimator
crystal
level
Prior art date
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JP16833081A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5870189A (en
Inventor
Yoshiaki Daito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Original Assignee
Toshiba Corp
Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Nippon Genshiryoku Jigyo KK filed Critical Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00Details of radiation-measuring instruments
    • G01T7/08Means for conveying samples received

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は核燃料再処理工場等の核物質取扱い施
設において発生する高レベル廃液のガラス固化体
中のウラン、プルトニウム等の核分裂性物質の含
有量をガラス固化体詰めキヤニスタのまま非破壊
で測定することができる方法及び装置に関する。 使用済み核燃料の再処理工場においては、有用
物質であるウランやプルトニウム等の核分裂性物
質は回収され再使用にまわされるが、不用の核分
裂生成物は廃棄物として処理・処分される。この
再処理工場からの廃棄物は放射能レベルが非常に
高く、この中に微量含まれると思われるウラン、
プルトニウム等の核分裂性物質を放射線測定によ
つて計量することはいろいろ難しい問題がある。
特に、再処理工程の最下流生成物であるガラス固
化体をキヤニスタ(例えば、直径約30cm、高さ約
150cm、厚さ約10mmの円筒形のステンレス容器)
に充填した状態で非破壊測定する方法はいまだ確
立されていない。 核分裂性物質はα線、γ線、中性子線を放出す
るが、α線はキヤニスタ内で吸収されて外部に全
く放出されないため、α線を検出して、核分裂性
物質の量を推定することは不可能である。中性子
線についてはキヤニスタ外部で検出することがで
きるが、廃棄物中にガドリニウム等の中性子毒物
が混在している場合には、このガドリニウムの影
響で誤差が大きくなり、中性子線の測定によつて
正確な核分裂性物質の量を推定することは難しく
なる。 また、γ線の場合は、廃棄物中の大部分を占め
る核分裂生成物も比較的高エネルギーのγ線を放
出するため、このような高レベルの高エネルギー
γ線雰囲気中で微量の核分裂性物質から放出され
る低レベルの比較的低エネルギーのγ線を測定す
るのは検出感度の点で通常のγ線検出器では非常
に困難である。 例えば、今日のγ線スペクトロスコピーの主流
をなすGe(ゲルマニウム)は半導体検出器は高
い分解能と比較的良好な検出感度を有するが、高
エネルギーγ線の強度が強い場合、低エネルギー
側でのγ線の検出感度は低下する。これは第1図
に示すように、γ線がGe半導体結晶中を通過す
る間にコンプトン散乱による影響がγ線スペクト
ルの低エネルギー側にコンプトン・テイルCと呼
ばれるプラト域を形成するためである。図中、P
は光電ピークである。エネルギーの異なつたγ線
光子が増加するにつれて、このコンプトン・テイ
ルは重ね合わされ、低エネルギー側の連続スペク
トルを増加することになる。γ線エネルギーは光
電ピークから求められるので、低エネルギー側で
はこのコンプトン・テイルの重ね合わせの上に光
電ピークが重ね合わされた形になる。 今、第2図に示すように、γ線エネルギーがE
からE+ΔEまでの範囲で、コンプトン・テイル
の部分の計数値Ac及び低エネルギーγ線の光電
ピークの計数値Apが重ね合わさつた場合を想定
する。計数値の統計誤差として一般によく用いら
れる標準偏差σ値は計数値の平方根で与えられる
ので、コンプトン・テイルの計数値がAcの場合
はσ値が√となり、Ap≦√の条件になる
と、光電ピークApの識別は不可能となる。 一方、高レベル廃液のガラス固化体中には高エ
ネルギーγ線を放出する核分裂生成物が大量に含
まれており、低エネルギー側では第3図に示すよ
うに、コンプトン・テイルが急激に立上がるよう
なスペクトルを示す。このような条件下で核分裂
性物質が放出する500KeV以下の低エネルギーγ
線を測定するにはAp≦√の条件から検出感度
に限界がある。従つて、核分裂生成物のγ線強度
よりはるかに弱い強度の核分裂性物質のγ線を
Ge半導体検出器によつて検出することは不可能
である。 本発明はかかる点に対処してなされたものであ
り、高レベル廃液のガラス固化体等の被測定物に
よる高レベルの高エネルギーγ線雰囲気中で低レ
ベルの低エネルギーγ線を測定する方法におい
て、コリメータで絞つたγ線を結晶により分光し
てγ線検出器で検出するとともに、被測定物を前
記コリメータに対して相対的に移動せしめること
により前記被測定物の全表面を走査可能にしたこ
とにより、核燃料再処理工場等において発生する
高レベル廃液のガラス固化体中に含まれる核分裂
性物質をキヤニスタに充填したまま非破壊で測定
することができる方法及び装置を提供しようとす
るものである。 核分裂性物質から放出されるγ線は500KeV以
下の比較的低エネルギーである。代表的な核種の
γ線エネルギーを次表に示す。
The present invention non-destructively measures the content of fissile materials such as uranium and plutonium in the vitrified high-level liquid waste generated in nuclear material handling facilities such as nuclear fuel reprocessing plants in a vitrified canister. The present invention relates to a method and apparatus capable of performing the same. At spent nuclear fuel reprocessing plants, useful fissile materials such as uranium and plutonium are recovered and reused, but unnecessary fission products are treated and disposed of as waste. The waste from this reprocessing plant has extremely high radioactivity levels, and it is thought to contain trace amounts of uranium,
There are various difficulties involved in quantifying fissile materials such as plutonium by radiation measurements.
In particular, the vitrified material, which is the most downstream product of the reprocessing process, is stored in a canister (for example, approximately 30 cm in diameter and approximately 30 cm in height).
Cylindrical stainless steel container (150cm, approximately 10mm thick)
A method for non-destructive measurement of the filled state has not yet been established. Fissile material emits alpha rays, gamma rays, and neutron rays, but since alpha rays are absorbed within the canister and are not emitted to the outside at all, it is impossible to detect alpha rays and estimate the amount of fissile material. It's impossible. Neutron beams can be detected outside the canister, but if neutron poisons such as gadolinium are mixed in the waste, errors will increase due to the influence of gadolinium, making it difficult to accurately measure neutron beams. It becomes difficult to estimate the amount of fissile material. In the case of gamma rays, fission products, which make up the majority of waste, also emit relatively high-energy gamma rays, so in such a high-level, high-energy gamma-ray atmosphere, a trace amount of fissile material It is extremely difficult to measure the low-level, relatively low-energy gamma rays emitted by ordinary gamma-ray detectors due to detection sensitivity. For example, semiconductor detectors using Ge (germanium), which is the mainstay of today's gamma-ray spectroscopy, have high resolution and relatively good detection sensitivity, but when the intensity of high-energy gamma rays is strong, Line detection sensitivity decreases. This is because, as shown in FIG. 1, while the γ-ray passes through the Ge semiconductor crystal, the influence of Compton scattering forms a plateau region called the Compton tail C on the low energy side of the γ-ray spectrum. In the figure, P
is the photoelectric peak. As the number of gamma ray photons with different energies increases, the Compton tails are superimposed, increasing the continuum spectrum on the low energy side. Since the gamma ray energy is determined from the photoelectric peak, on the low energy side the photoelectric peak is superimposed on the Compton tail. Now, as shown in Figure 2, the γ-ray energy is E
Assume that the count value Ac of the Compton tail portion and the count value Ap of the photoelectric peak of low-energy γ-rays are superimposed in the range from to E+ΔE. The standard deviation σ value, which is commonly used as a statistical error in the count value, is given by the square root of the count value, so if the Compton-Tail count value is Ac, the σ value will be √, and if the condition Ap≦√ is met, the photovoltaic Identification of peak Ap becomes impossible. On the other hand, the vitrification of high-level waste liquid contains a large amount of fission products that emit high-energy γ-rays, and on the low-energy side, the Compton tail suddenly rises as shown in Figure 3. It shows a spectrum like this. The low energy γ of less than 500 KeV emitted by fissile material under these conditions
When measuring lines, there is a limit to detection sensitivity due to the condition Ap≦√. Therefore, the γ-ray intensity of fissile material is much weaker than that of fission products.
It is impossible to detect with Ge semiconductor detectors. The present invention has been made in view of this problem, and provides a method for measuring low-level, low-energy γ-rays in an atmosphere of high-level, high-energy γ-rays produced by an object to be measured such as a vitrified body of high-level waste liquid. The gamma rays focused by the collimator are separated by a crystal and detected by a gamma ray detector, and the object to be measured is moved relative to the collimator, thereby making it possible to scan the entire surface of the object to be measured. By doing so, the present invention aims to provide a method and apparatus that can non-destructively measure fissile material contained in the vitrified high-level liquid waste generated at nuclear fuel reprocessing plants, etc. while the canister is still filled. . Gamma rays emitted from fissile materials have a relatively low energy of less than 500 KeV. The gamma ray energies of typical nuclides are shown in the table below.

【表】 Pu―241については208KeVのγ線を測定すれ
ばキヤニスタ内の、プルトニウムの存在量を推定
することができ、Pu―239については129KeV,
375KeV,431.8KeV、またPu―240については
160.3KeVのγ線を測定することにより各々の核
種別の存在量を推定することができる。 低エネルギーのγ線は、γ線の電磁波としての
性質を利用して結晶モノクロメータで分光し、測
定する。γ線の波長λとγ線の入射射エネルギー
Eとの関係は次式で表わされる。 λ=hc/E ここでhはプランクの定数(6.62×10-27erg.
sec)、cは光速を表わす。 また、波長λのγ線は結晶モノクロメータによ
つて次式のBragg則で示される角度θだけ散乱さ
れる。 2d・sinθ=nλ ここでdは格子面間距離、nは散乱の次数であ
る。 この結晶モノクロメータによる測定スペクトル
の一例を第4図に示すが、これによると、高エネ
ルギー側よりも低エネルギー側の方がきれいなス
ペクトルが得られており、およそ500KeV以下の
γ線測定に適している。 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明
する。 第5図はγ線結晶スペクトロメータである彎曲
結晶モノクロメータを上からみた概略図で、ガラ
ス固化体を充填されたキヤニスタ1は上下及び回
転駆動がなされるターンテーブル上に設置されて
いる。2は遮蔽壁で、この遮蔽壁2の開口部にコ
リメータ3が取付けられている。4は彎曲結晶で
コリメータ3を通つて入射するγ線を分光する。
5は彎曲結晶で分光されたγ線を検出するγ線検
出器で、分光角度θに従つて移動可能である。 次に、以上のように構成された彎曲結晶モノク
ロメータの動作について説明する。 まず、ターンテーブル上にガラス固化体詰めキ
ヤニスタ1が、載置され、所定の位置に設定され
る。キヤニスタ1より放出されるγ線はコリメー
タ3で絞られ、彎曲結晶4で分光される。波長λ
のγ線は結晶部分Bragg則で示される角度θだけ
散乱されるため、入射γ線の進行方向から角度θ
だけずらした方向にγ線検出器5を設定し、分光
された波長λのγ線を検出する。検出すべき波長
範囲のγ線を測定した後、ターンテーブルを上下
及び/又は回転駆動してキヤニスタの表面位置を
変え、再び同様の測定を行う。このようにしてキ
ヤニスタ全面にわたつて走査し、γ線の分光測定
を行う。 第6図に本発明の変形例として二重モノクロメ
ータを示すが、第5図と同一部分は同一記号で表
示してある。この方法はγ線を結晶部分で、2度
散乱させており、散乱角度が小さい場合に入射γ
線あるいは妨害散乱の影響を小さくするのに適し
ている。 上記の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、高レベルの高エネルギーγ線雰囲気中で低レ
ベルの低エネルギーγ線を感度よく検出すること
ができるため、高レベル廃液のガラス固化体中の
ウラン、プルトニウム等の核分裂性物質の含有量
を、ガラス固化体をキヤニスタに充填した状態で
非破壊測定することが可能となる。
[Table] For Pu-241, the amount of plutonium present in the canister can be estimated by measuring 208KeV gamma rays, and for Pu-239, it is 129KeV,
For 375KeV, 431.8KeV, and Pu-240
By measuring 160.3KeV gamma rays, the abundance of each nuclide type can be estimated. Low-energy gamma rays are analyzed and measured using a crystal monochromator, making use of the electromagnetic properties of gamma rays. The relationship between the wavelength λ of the γ-ray and the incident energy E of the γ-ray is expressed by the following equation. λ=hc/E where h is Planck's constant (6.62×10 -27 erg.
sec), c represents the speed of light. Further, the γ-rays having the wavelength λ are scattered by the crystal monochromator by an angle θ given by Bragg's law as shown below. 2d·sinθ=nλ Here, d is the distance between lattice planes, and n is the order of scattering. An example of the spectrum measured by this crystal monochromator is shown in Figure 4, and it shows that a spectrum is clearer on the low energy side than on the high energy side, making it suitable for measuring gamma rays below about 500 KeV. There is. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 5 is a schematic diagram of a curved crystal monochromator, which is a gamma-ray crystal spectrometer, viewed from above, and a canister 1 filled with vitrified material is placed on a turntable that is driven vertically and rotationally. 2 is a shielding wall, and a collimator 3 is attached to an opening of this shielding wall 2. Reference numeral 4 denotes a curved crystal which separates the γ-rays incident through the collimator 3.
A gamma ray detector 5 detects gamma rays separated by a curved crystal, and is movable according to the spectroscopic angle θ. Next, the operation of the curved crystal monochromator configured as described above will be explained. First, the vitrified material-filled canister 1 is placed on a turntable and set at a predetermined position. The gamma rays emitted from the canister 1 are focused by a collimator 3 and separated into spectra by a curved crystal 4. wavelength λ
γ-rays are scattered by the angle θ shown by the crystal part Bragg's law, so the angle θ from the traveling direction of the incident γ-rays is
The gamma ray detector 5 is set in a direction shifted by the same amount, and detects the separated gamma rays of wavelength λ. After measuring gamma rays in the wavelength range to be detected, the turntable is driven up and down and/or rotationally to change the surface position of the canister, and the same measurement is performed again. In this way, the entire surface of the canister is scanned to perform spectroscopic measurement of gamma rays. FIG. 6 shows a double monochromator as a modification of the present invention, and the same parts as in FIG. 5 are indicated by the same symbols. In this method, γ-rays are scattered twice in the crystal part, and when the scattering angle is small, the incident γ-rays are
Suitable for reducing the influence of radiation or interference scattering. As is clear from the above description, according to the present invention, low-level, low-energy γ-rays can be detected with high sensitivity in an atmosphere of high-level, high-energy γ-rays. It becomes possible to non-destructively measure the content of fissile materials such as uranium and plutonium in a canister filled with vitrified material.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図、第3図はGe半導体検出器に
よるγ線スペクトルの一例を示すグラフ、第4図
は結晶スペクトロメータによるγ線スペクトルの
一例を示すグラフ、第5図は本発明の一実施例を
示す彎曲結晶モノクロメータの概略図、第6図は
本発明の変形例を示す二重モノクロメータの概略
図である。 1……キヤニスタ、2……遮蔽壁、3……コリ
メータ、4……彎曲結晶、5……γ線検出器。
Figures 1, 2, and 3 are graphs showing an example of a γ-ray spectrum obtained by a Ge semiconductor detector, Figure 4 is a graph showing an example of a γ-ray spectrum obtained by a crystal spectrometer, and Figure 5 is a graph showing an example of a γ-ray spectrum obtained by a crystal spectrometer. FIG. 6 is a schematic diagram of a curved crystal monochromator showing one embodiment, and FIG. 6 is a schematic diagram of a double monochromator showing a modification of the present invention. 1... Canister, 2... Shielding wall, 3... Collimator, 4... Curved crystal, 5... γ-ray detector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 高レベルの高エネルギーγ線雰囲気中で低レ
ベルの低エネルギーγ線を測定する方法におい
て、コリメータで絞つたγ線を結晶により分光し
てγ線検出器で検出するとともに、被測定物を前
記コリメータに対して相対的に移動せしめること
により前記被測定物の全表面を走査可能にしたこ
とを特徴とする低エネルギーγ線の測定方法。 2 高レベル廃液のガラス固化体を容器に充填し
た状態で、前記ガラス固化体中に含まれるウラン
及びプルトニウム等の核分裂性物質の量を非破壊
で測定する装置において、コリメータと、前記コ
リメータ通過後のγ線を分光するための結晶及び
分光されたγ線を検出するためのγ線検出器から
成るγ結晶スペクトロメータと、前記コリメータ
の前面に配置された被測定物を載置するための回
転及び昇降可能な支持台と、前記支持台を回転及
び上下駆動せしめるための駆動機構とを備えたこ
とを特徴とする低エネルギーγ線の測定方法。
[Claims] 1. A method for measuring low-level, low-energy γ-rays in an atmosphere of high-level, high-energy γ-rays, in which γ-rays focused by a collimator are separated into spectra by a crystal and detected by a γ-ray detector; . A method for measuring low energy gamma rays, characterized in that the entire surface of the object to be measured can be scanned by moving the object to be measured relative to the collimator. 2. In an apparatus for non-destructively measuring the amount of fissile materials such as uranium and plutonium contained in the vitrified material of high-level waste liquid when the container is filled with the vitrified material, the apparatus includes a collimator, and a device after passing through the collimator. a γ-crystal spectrometer consisting of a crystal for dispersing γ-rays and a γ-ray detector for detecting the separated γ-rays; and a rotating device for placing an object to be measured placed in front of the collimator. A method for measuring low-energy γ-rays, comprising: a support base that can be raised and lowered; and a drive mechanism for rotating and driving the support base up and down.
JP16833081A 1981-10-21 1981-10-21 Method and device for measuring low energy gamma-ray Granted JPS5870189A (en)

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