JP6246075B2 - 放射線モニタ - Google Patents

Description

この発明は、原子炉施設等における過酷事故時に、排気筒等から試料ガスをサンプリングし、その試料ガス中の放射性物質の放射能濃度を測定する放射線モニタに関するものである。

従来の放射線モニタは、例えば特開２０１１−１８００６１号公報（特許文献１）に開示されているように、１次冷却材喪失事故時に排気筒から放出される放射性希ガスを測定対象としており、「発電用軽水型原子炉施設における放出放射性物質の測定に関する指針」で規定する平常運転用放射線モニタの上限レンジから「発電用軽水型原子炉施設における事故時の放射線計測に関する審査指針」で規定する上限レンジ３．７×１０^６Ｂｑ／ｃｍ^３をカバーするものである。

そして、その放射線モニタは、試料ガスをサンプリングするサンプリング部と、サンプリングされた試料ガス中の放射性物質から放出される放射線を検出して放射線検出信号を出力する検出部と、その放射線検出信号に基づき放射線を測定すると共に前記サンプリング部を遠隔で制御する測定部と、を有し、前記サンプリング部は、サンプリング点から試料ガスを吸入する吸気配管と、試料ガス中に浮遊する塵埃を捕集するフィルタと、そのフィルタから排出された試料ガスを前記検出部に導入し、そこから排出された試料ガスを吸入するポンプと、そのポンプから排出された試料ガスを排気する排気配管と、試料ガスの流量を検出して流量信号を出力する流量センサーと、前記検出部の圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサーと、を備えており、もっぱら測定レンジ上限の拡大を主眼にして設計されている。すなわち、測定レンジ上限を拡大するために前記検出部内の試料容器を小さくして検出効率を小さくしている。

また、試料ガスは、例えば最大８０℃と高温になるが、サンプリング途中の前記吸気配管で結露して前記検出部にドレンが流入することはないとしたサンプリング部の構成となっている。

特開２０１１−１８００６１号公報

前記従来の放射線モニタのように、サンプリング部に検出部を接続する構成の放射線モニタで過酷事故に対応すると、事故により試料ガスの温度が更に高くなり、かつ水蒸気が侵入するため、サンプリング途中で水蒸気が結露してミストを生成し、このミストによりフィルタが濡れて流路が閉塞する問題があり、また、検出部に流入したミストで検出部内の試料容器表面が濡れて粒子状放射性物質が蓄積し、測定の障害になる問題があった。

更に、測定レンジ上限を拡大するために前記検出部内の試料容器を小さくして検出効率を小さくしているため、ドレンが侵入した場合に試料ガスの圧力が不安定になる問題があった。

この発明は前記のような問題を解決するためになされたものであり、検出部へのドレンの侵入を防止した過酷事故に対応する新たな放射線モニタを提供することを目的とするものである。

この発明に係る放射線モニタは、試料ガスをサンプリングするサンプリング部と、サンプリングされた試料ガス中の放射性物質から放出される放射線を検出して放射線検出信号を出力する検出部と、前記放射線検出信号に基づき放射線を測定すると共に、前記サンプリング部を遠隔制御する測定部と、を有する放射線モニタにおいて、
前記サンプリング部は、サンプリングされた試料ガスを吸入する吸気配管と、前記吸気配管の内部で試料ガス中の水蒸気が結露して生成されるミスト、及び試料ガス中に浮遊するダストを除去し、ダストを含むドレンにして試料ガスから分離するミスト・ダスト除去部と、前記ミスト・ダスト除去部から排出されたドレンを外部に排出するオートドレンと、前記ミスト・ダスト除去部から排出された試料ガスの温度を検出して温度信号を出力する温度センサーと、前記温度センサーが温度を検出した後の試料ガスを乾燥するヒータと、前記乾燥した試料ガスを前記検出部に導入し、前記検出部から排出された試料ガスを吸入するポンプと、前記ポンプから排出された試料ガスを排気する排気配管と、を備え、前記ミスト・ダスト除去部は、積層装填された繊維がミストで濡れることにより表面に生成した水膜でダストを捕集し、前記水膜が水滴に成長してドレンになることにより排出除去するものである。

この発明に係る放射線モニタは、前記のように構成されているので、事故により試料ガスに水蒸気が混入し、その水蒸気が吸気配管内で結露してミストが生成されてもミストに起因する流路の閉塞がなく、更に乾燥してから試料ガスを検出部に導入するようにしたので、前記検出部内に高濃度の粒子状放射性物質が付着して蓄積することがなく安定した放射線測定ができる信頼性の高い放射線モニタを提供できる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１に係る放射線モニタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る放射線モニタのミスト・ダスト除去部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る放射線モニタのオートドレンの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る放射線モニタの外気導入部の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る放射線モニタのポンプ下流のオートドレンの系統配置を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る放射線モニタの圧力センサーの構成と系統を示す図である。

以下、この発明に係る放射線モニタの好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る放射線モニタの構成を示す図である。
図１において、実施の形態１に係る放射線モニタは、試料ガスをサンプリングするサンプリング部１と、サンプリングされた試料ガス中の放射性物質から放出される放射線を検出して放射線検出信号を出力する検出部２と、検出部２から出力される放射線検出信号に基づき放射線を測定すると共に、サンプリング部１を遠隔操作する測定部３と、を有している。

サンプリング部１は、吸気配管１１、ミスト・ダスト除去部１２、オートドレン１３、温度センサー１４、ヒータ１５、流量センサー１６、圧力センサー１７、ポンプ１８、及び排気配管１９を備えて構成されている。前記のように構成されたサンプリング部１において、吸気配管１１は、サンプリング点、例えば排気筒（図示せず）から試料ガスを吸入する。ミスト・ダスト除去部１２は、吸気配管１１の管内で試料ガス中の水蒸気が結露して生成されるミスト、及び試料ガス中に浮遊するダストを除去してダストを含むドレンにして試料ガスから分離し、分離されたドレンはオートドレン１３から自動的に外部に排出される。

温度センサー１４は、ミスト・ダスト除去部１２から排出された試料ガスの温度を検出して温度信号を出力し、ヒータ１５は、温度センサー１４が温度を検出した後の試料ガスを加熱して乾燥させる。また、流量センサー１６は、試料ガスの流量を検出して流量信号を出力し、圧力センサー１７は、試料ガスの圧力を検出して圧力信号を出力する。そして、ポンプ１８は、ヒータ１５により乾燥させた試料ガスを検出部２に導入し、検出部２から排出された試料ガスを排気配管１９で排気する。なお、排出された試料ガスの排気先は、サンプリング点より下流の排気筒が一般的であるが、サンプリング点より上流になることもある。

測定部３は、温度センサー１４から出力された温度信号を入力して試料ガスの温度を測定し、その試料ガスの温度にポンプ１８の入口までの放熱による温度低下分を加算した測定値でヒータ１５を制御する。なお、ポンプ１８の入口までの放熱による温度低下分は予め評価しておく。

次に、検出部２について説明する。検出部２は、試料容器２１、放射線検出器２２、シールド２３、吸気ノズル２４、排気ノズル２５を備えて構成されている。前記のように構成された検出部２において、試料容器２１の中を試料ガスが通過する間に、放射線検出器２２が試料ガスに含まれる放射性核種から放出される放射線を検出して放射線検出信号を出力する。放射線検出器２２は、測定レンジが広い場合に測定レンジを分割して複数台が設置される場合もある。

シールド２３は、試料容器２１及び放射線検出器２２を囲繞して環境放射線から遮蔽し、放射線測定に影響しないレベルまでバックグラウンドの上昇を抑制する。試料容器２１には試料ガスを導入する吸気ノズル２４と試料ガスを排気する排気ノズル２５が接続され、吸気ノズル２４と排気ノズル２５はシールド内で螺旋状に曲げられてから試料容器２１に接続される。これにより、環境放射線が内部に侵入しにくくなっている。そのために、流量が大きいと吸気ノズル２４及び排気ノズル２５が圧力損失の主要な要素になる。

試料ガス温度は、過酷事故時に短期間で１００℃以上の高温になる場合があると考えられ、ポンプ１８の置かれている環境も８０℃以上の高温になることが考えられるため、ポンプ１８のストレス軽減を考慮してヒータ１５による乾燥温度は必要最低限に抑制することが望ましい。試料ガス温度が１００℃以上において結露は発生しないので、試料ガス温度が１００℃未満の場合に限定して、例えば、測定された温度＋１０℃を目標にヒータ１５を定容量で動作させてもよい。

ミスト・ダスト除去部１２は、図２に示すように、容器１２１の内部に内容器１２２が収納され、容器１２１の蓋１２３を外すと内容器１２２が取り出せるようになっている。容器１２１と蓋１２３はパッキン１２４でシールされており、容器１２１には吸気ノズル１２１１、排気ノズル１２１２、ドレンノズル１２１３が設けられている。

内容器１２２の内部には細い糸状の濡れ易い繊維１２５が積層装填され、下部は繊維１２５の下方、例えば直下に設けられた円錐屋根１２６により、上部は金網１２７により押さえられている。試料ガスのミストは、繊維１２５の表面を濡らして水膜が水滴に成長し、内容器１２２の内面に沿って底部に向かって落下する。そして、試料ガスと分離されてドレンとなる。試料ガスと分離されたドレンは、円錐屋根１２６に沿って流れ落ち、容器１２１の底部に設けられたドレンノズル１２１３から排出される。この時、試料ガスに浮遊するダストは繊維１２５の表面の水膜に付着することで効率的に除去され、ドレンと共にドレンノズル１２１３から排出される。一方、ミスト及びダストが除去された試料ガスは、円錐屋根１２６に沿って吹き下ろされ、円錐屋根１２６の裏側（図２の下側）に回り込んで排気ノズル１２１２から排出されて温度センサー１４に送られる。

濡れ易い素材の繊維１２５の表面に生成される水膜の面積は非常に大きいため、水膜によるダストの除去は、水中で試料ガスが細かい泡として噴出することによりダストを除去する、所謂、バブリング洗浄と同等以上の効果がある。一方、バブリングのように大きな圧力差は必要ない。従って、フィルタとしてのメッシュが粗くても水膜を効果的に活用することで、圧損が低くその状態を長期間維持することができるため、過酷な放射線環境で長期間アクセスができない条件に好適である。なお、濡れ易い素材の繊維１２５としては金属ウールを適用することができる。金属ウールの中でもステンレスウールは錆びにくいこと（錆による自己ダストを発生させない）、容易に入手可能で低価格であること等から好適である。

以上のように、実施の形態１に係る放射線モニタは、ミスト・ダスト除去部１２において、ミスト・ダストを含む試料ガスを濡れ易い繊維１２５の層を通過させて繊維を濡らしてミストを除去し、繊維表面の水膜でダストを除去し、オートドレン１３でダストを含むドレンを外部に自動排出する。そして、ミスト・ダスト除去部１２から排出された試料ガスをヒータ１５で乾燥させて検出部２に導入するようにしたので、検出部２の試料容器２１の内面が濡れて粒子状放射性物質が付着し、堆積して放射線測定におけるバックグラウンドが変動することを防止する。従って、安定した放射線測定を行うことができると共に、長期間保守不要となって被爆低減にも寄与できる効果を奏する。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る放射線モニタについて説明する。図３は、実施の形態２に係る放射線モニタのオートドレンの構成を示す図である。
図３において、実施の形態２に係る放射線モニタのオートドレン１３は、ドレンを溜めるドレンポット１３１と、ドレンポット１３１の入口に設けられ、測定部３からの信号に基づいてドレンの流入を開閉制御する入口電磁弁１３２と、ドレンポットの出口に設けられ、測定部３からの信号に基づいてドレンの排出を開閉制御する出口電磁弁１３３と、を備えている。なお、放射線モニタのその他の構成については実施の形態１と同様であり、図示、説明を省略する。

前記のように構成された実施の形態２に係る放射線モニタにおいて、入口電磁弁１３２は、非通電時に開放、通電時に閉成となるように動作し、出口電磁弁１３３は、非通電時に閉成、通電時に開放となるように動作するものである。入口電磁弁１３２及び出口電磁弁１３３は、いずれも通常運転中は非通電、ドレン排出時に通電となるように、設定された経過時間で設定された時間のみドレンを排出するように測定部３から一定間隔で制御される構成となっている。

ドレンポット１３１が置かれる環境温度は、過酷事故時に８０℃以上の高温になることが考えられるが、例えば、１時間に１回の頻度でドレンを排水することとし、入口電磁弁１３２及び出口電磁弁１３３の通電時間を３０秒以内の短時間に限定することにより自己発熱を抑制すれば、Ｈ種コイルを使用した一般の電磁弁を適用でき、安価で信頼性の高い放射線モニタを提供できる。

なお、入口電磁弁１３２及び出口電磁弁１３３において、ドレンは内部の空気（試料ガス）と入れ代わりながら移動するので、その入れ代わりに十分な口径のものを選択する必要がある。あるいは、図３に示す二方向電磁弁の代わりに、外気口を持った三方電磁弁を適用してもよい。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る放射線モニタについて説明する。図４は、実施の形態３に係る放射線モニタの外気導入部の構成を示す図である。
実施の形態３に係る放射線モニタは、図４に示すように、ポンプ１８の入口に外気導入部４０を備えている。外気導入部４０は、ポンプ１８を保護するために導入した外気に含まれるポンプ１８の障害になるようなダストを除去するフィルタ４０１と、導入する外気の流量を調整する流量調整弁４０２を備えて構成されている。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であり、図示、説明を省略する。

実施の形態３に係る放射線モニタは、過酷事故評価結果としての試料ガスについてのサンプリング点の上限温度、及びミスト・ダスト除去部１２の入口の上限温度、ポンプ１８の環境の上限温度で、試料ガスと外気導入の比を決めて外気導入の流量を決定し、仮設した流量計（図示せず）の信号に基づいて流量調整弁４０２の開度を調整して固定する。外気を導入して試料ガスと外気を混合して温度を下げることによりポンプ１８の温度ストレスを軽減でき、また、検出部２の圧損を軽減してポンプ１８の負担を軽減できるので、信頼性の高い放射線モニタを提供することができる。なお、外気導入部４０は、流量調整弁４０２の開度設定時に流量計を仮設する運用としたが、流量計を常設してもよい。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る放射線モニタについて説明する。図５は、実施の形態４に係る放射線モニタのポンプ下流のオートドレンの系統配置を示す図である。
実施の形態４に係る放射線モニタは、図５に示すように、ポンプ１８の出口から排気配管１９の立ち上げ起点までの間にオートドレン１３と同じ構造、機能を有する第２のオートドレン５０を備えたものである。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であり、図示、説明を省略する。

実施の形態４に係る放射線モニタは、第２のオートドレン５０を備えたので、排気配管１９が立ち上がり勾配であり、排気配管１９の内部で新たな結露が発生してドレンが生成された場合でも、排気される試料ガスの流れに逆流するドレンを第２のオートドレン５０で自動排出できる。従って、信頼性の高い放射線モニタを提供することができる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る放射線モニタについて説明する。図６は、実施の形態５に係る放射線モニタの圧力センサーの構成と系統を示す図である。
実施の形態５に係る放射線モニタは、図６に示すように、検出部２の入口の圧力センサー１７と共に、圧力センサー１７と同じ機能を有する第２の圧力センサー６０を検出部２の出口に備えて構成されている。なお、実施の形態５に係る放射線モニタでは、実施の形態１に係る放射線モニタの流量センサー１６が省略されるが、その他の構成については実施の形態１と同様であり、図示、説明を省略する。

実施の形態５に係る放射線モニタは、圧力センサー１７と第２の圧力センサー６０の両方の圧力信号を測定部３に入力してそれぞれの圧力を測定し、圧力センサー１７と第２の圧力センサー６０の両方の圧力の平均値と、両方の圧力の差に基づき流量を求めて出力するように構成されている。従って、平均圧力を使用して放射線量の圧力補正を行う場合に精度の高い補正を行うことができ、実施の形態１の放射線モニタにおける流量センサー１６をなくすことができる。また、一般的に流量センサー１６は、配管中にドレンがあると試料ガスの流れに大きな脈動が発生することがあり、指示が不安定になるが、圧力差に基づき流量をもとめた場合にはその脈動はキャンセルされて安定に動作するので、信頼性の高い放射線モニタを提供することができる。

以上、この発明の実施の形態１から５に係る放射線モニタについて説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ サンプリング部、２ 検出部、３ 測定部、１１ 吸気配管、１２ ミスト・ダスト除去部、１３ オートドレン、１４ 温度センサー、１５ ヒータ、１６ 流量センサー、１７ 圧力センサー、１８ ポンプ、１９ 排気配管、２１ 試料容器、２２ 放射線検出器、２３ シールド、２４ 吸気ノズル、２５ 排気ノズル、４０ 外気導入部、５０ 第２のオートドレン、６０ 第２の圧力センサー、１２１ 容器、１２２ 内容器、１２３ 蓋、１２４ パッキン、１２５ 繊維、１２６ 円錐屋根、１２７ 金網、１３１ ドレンポット、１３２ 入口電磁弁、１３３ 出口電磁弁、４０１ フィルタ、４０２ 流量調整弁、１２１１ 吸気ノズル、１２１２ 排気ノズル、１２１３ ドレンノズル。

Claims (8)

1. 試料ガスをサンプリングするサンプリング部と、サンプリングされた試料ガス中の放射性物質から放出される放射線を検出して放射線検出信号を出力する検出部と、前記放射線検出信号に基づき放射線を測定すると共に、前記サンプリング部を遠隔制御する測定部と、を有する放射線モニタにおいて、
   前記サンプリング部は、サンプリングされた試料ガスを吸入する吸気配管と、
   前記吸気配管の内部で試料ガス中の水蒸気が結露して生成されるミスト、及び試料ガス中に浮遊するダストを除去し、ダストを含むドレンにして試料ガスから分離するミスト・ダスト除去部と、
   前記ミスト・ダスト除去部から排出されたドレンを外部に排出するオートドレンと、
   前記ミスト・ダスト除去部から排出された試料ガスの温度を検出して温度信号を出力する温度センサーと、
   前記温度センサーが温度を検出した後の試料ガスを乾燥するヒータと、
   前記乾燥した試料ガスを前記検出部に導入し、前記検出部から排出された試料ガスを吸入するポンプと、
   前記ポンプから排出された試料ガスを排気する排気配管と、を備え、
   前記ミスト・ダスト除去部は、積層装填された繊維がミストで濡れることにより表面に生成した水膜でダストを捕集し、前記水膜が水滴に成長してドレンになることにより排出除去することを特徴とする放射線モニタ。
2. 前記ミスト・ダスト除去部は、積層装填された繊維の下方に円錐屋根を備え、前記円錐屋根に向かって水滴を含む試料ガスが吹き下ろされる配置にすると共に、吹き下ろされた前記試料ガスを前記円錐屋根の下方の空間から吸入して排出する排気口と、前記円錐屋根から落下したドレンを排出する排水口と、を備えたこと特徴とする請求項１に記載の放射線モニタ。
3. 前記繊維は、ステンレスウールであることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線モニタ。
4. 前記測定部は、前記温度センサーの温度信号を入力して試料ガス温度を測定し、前記試料ガス温度に予め評価しておいた前記ポンプの入口までの放熱による温度低下分を加算した設定値を上限として前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の放射線モニタ。
5. 前記オートドレンは、非通電時開放、通電時閉成となるように動作する入口電磁弁と、非通電時閉成、通電時開放となるように動作する出口電磁弁と、を備え、
   前記入口電磁弁と前記出口電磁弁は、サンプリング時に非通電、ドレン排出時に通電となるように、設定された時間経過で設定された時間のみダストを含むドレンを排出するように前記測定部に制御されることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の事故時放射線モニタ。
6. 前記ポンプの入口に外気導入部を備え、前記検出部から排出された試料ガスに外気を混入させて温度を下げるように構成したことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の放射線モニタ。
7. 前記排気配管の立ち上げ起点と前記ポンプの出口との間に第２のオートドレンを備えたことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の放射線モニタ。
8. 前記検出部の入口と出口に試料ガスの圧力を検出する圧力センサーを備え、
   前記測定部はそれぞれの前記圧力センサーから出力される圧力の平均値を検出部の圧力として測定すると共に、それぞれの前記圧力センサーから出力される圧力の差圧に基づき流量を測定することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の放射線モニタ。

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