JP6899251B2 - 試験カプセル、及び試験カプセルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、試験カプセル、及び試験カプセルの製造方法に関する。

原子炉内に配置される照射試験片カプセルが知られている（例えば、特許文献１参照）。照射試験片カプセルは、その内部に監視試験片が封入されている。監視試験片は、原子炉圧力容器に使用される材料と同じ材料で構成されている。監視試験片は、中性子による原子炉圧力容器の劣化状態を経年的に監視するための脆化量の評価に使用される。具体的には、照射試験片カプセルは、所定の期間が経過すると、原子炉内から取り出される。そして、照射試験片カプセルの内部の監視試験片に対して各種の評価試験が実施されることで、脆化量の評価が行われる。

ところで、特許文献１の照射試験片カプセルのような、試験片を収容した試験カプセルは、通常、プラントの新設時に原子炉内に配置される。このため、試験カプセルは、プラントの新設時における規制基準に基づいて、規定される各種試験に応じた本数が配置される。ここで、プラントの新設時における規制基準（以下、従来の規制基準という）は、改定されることで新たな規制基準となる。新たな規制基準では、従来の規制基準に規定される試験に対し、さらに試験が追加されることから、使用する試験カプセルが増える場合がある。この場合、既存のプラントにおいては、試験カプセルが不足する可能性がある。

これに対し、新たな試験片を収容した試験カプセルを、原子炉内に配置することも考えられるが、新たな試験片が、原子炉容器に照射される中性子の照射量に到達するためには、時間を要してしまう。そのため、原子炉容器の健全性を評価するにあたって、適切な試験片を得ることが難しい。そこで、すでに中性子が照射されている使用済みの試験片を試験カプセルに収容し、この試験カプセルを原子炉内に配置することで使用済みの試験片を原子炉内に戻すことが考えられている。

特開２００５−１７２６４１号公報

しかしながら、中性子が照射された試験片は、放射線を放射する照射材となっていることから直接触れることができない。その結果、遠隔操作によって、照射材を試験カプセルに収容する必要があり、取り扱いが容易でない。照射材を試験カプセルに収容して封入する際には、放射性物質や放射線が漏れないように設計された場所であるホットセル内で試験カプセルの端部を溶接して閉塞する必要がある。特に、溶接作業は、放射線の透過を防ぐ鉛ガラス越しに操作者がマニプレータ等を操作して作業を行うことが難しい。そこで、ホットセル内に防護服を着た作業者が直接入って溶接作業が実施される。そのため、作業者に被ばく量低減のために溶接位置を照射材から遠ざけることが望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶接位置と照射材との位置を離すことが可能な試験カプセル及び試験カプセルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る試験カプセルは、一端に開口部が形成され、筒状をなして延びるカプセル本体と、前記カプセル本体内で前記開口部から離れた位置に配置され、放射線を放射する照射材と、前記カプセル本体内で前記照射材と前記開口部との間に配置され、前記カプセル本体の延在方向に延びる棒状のスペーサと、前記カプセル本体の前記一端に溶接されることで前記カプセル本体の開口部を閉塞しているプラグと、を備え、前記プラグは、前記カプセル本体の内部と連通するガス注入孔を有し、前記スペーサは、前記ガス注入孔から前記照射材に向かって連通するガス流通路を有し、前記ガス流通路は、前記カプセル本体の延在方向に前記スペーサを貫通する溝又は孔からなる。

このような構成によれば、カプセル本体内に照射材を封入するためにプラグとカプセル本体とを溶接する溶接位置と照射材の配置されている位置とが、スペーサによって一定の距離だけ確実に離れることとなる。
さらに、ガス注入孔を介してカプセル本体の内部にヘリウムガス等の置換ガスを供給することで、カプセル本体の内部を置換ガスに置換することができる。この際、スペーサにガス流通路が形成されていることで、照射材が配置された領域まで置換ガスを行き渡らせることができる。

また、本発明の第二態様に係る試験カプセルでは、第一態様において、前記照射材及び前記スペーサは、中性子が照射されることで放射線を放射する材料で形成されていてもよい。

このような構成とすることで、スペーサを評価試験に用いることができる。

また、本発明の第三態様に係る試験カプセルでは、第一態様又は第二態様において、前記一端に対して反対側の端部である前記カプセル本体の他端に連結され、他の試験カプセルの前記プラグが連結可能とされた被連結プラグを備え、前記被連結プラグの前記延在方向の長さは、前記スペーサの前記延在方向の長さよりも長くてもよい。

このような構成とすることで、被連結プラグを溶接する必要がある場合に、被連結プラグの溶接位置と照射材との位置を離すことができる。

また、本発明の第四態様に係る試験カプセルの製造方法は、一端に開口部が形成されて筒状をなして延びるカプセル本体内に、放射線を放射する照射材を前記開口部から挿入して収容する照射材収容工程と、前記照射材収容工程の後に、前記カプセル本体内に前記開口部から前記カプセル本体の延在方向に延びて前記カプセル本体の延在方向に貫通する溝又は孔からなるガス流通路を有した棒状のスペーサを挿入し、前記照射材よりも前記開口部側に前記スペーサを収容するスペーサ収容工程と、前記スペーサ収容工程の後に、前記カプセル本体の前記一端に前記カプセル本体の内部と連通するガス注入孔を有したプラグを溶接して、前記カプセル本体の開口部を閉塞する開口部閉塞工程と、を有する。

また、本発明の第五態様に係る試験カプセルの製造方法では、第四態様において、前記照射材収容工程は、前記カプセル本体よりも磁化し易い複数の分割照射材によって構成された照射材を、磁力を調整可能な挿入治具に生じる磁力によって前記挿入治具にまとめて吸着させて前記カプセル本体内に挿入し、前記カプセル本体内で前記挿入治具の磁力を切って前記挿入治具から前記複数の分割照射材を脱離させてもよい。

このような構成とすることで、照射材が複数の分割照射材で構成されていても、分割照射材を挿入治具に吸着させて、まとめてカプセル本体内の所定の位置に収容させることができる。

本発明によれば、溶接位置と照射材との位置を離すことができる。

本発明の実施形態に係る原子力発電プラントの一例の概略構成図である。 本実施形態の試験カプセルユニットが設けられる加圧水型原子炉の縦断面図である。 本実施形態の試験カプセユニットの平面図である。 本実施形態の試験カプセルの平面図である。 本実施形態のスペーサの横断面図である。 本実施形態の試験カプセルユニットの製造方法に関するフローチャートである。 本実施形態の照射材収容工程を説明する斜視図である。 本実施形態の変形例のスペーサの横断面図である。 本実施形態の変形例のスペーサの横断面図である。 本実施形態の変形例のスペーサの横断面図である。

以下、本発明の実施形態について図１から図７を参照して説明する。
図１に示すように、原子力発電プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ）を有する。この原子力発電プラントは、原子炉格納容器１００内において、加圧水型原子炉の原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３及び一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。

原子炉容器１０１は、内部に燃料集合体１２０を密閉状態で格納可能とされている。原子炉容器１０１は、燃料集合体１２０が挿抜できるように、原子炉容器本体１０１ａと、その上部に装着される原子炉容器蓋１０１ｂとにより構成されている。原子炉容器本体１０１ａは、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口側管台１０１ｃ及び出口側管台１０１ｄが設けられている。出口側管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の入口側水室１０３ａに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口側管台１０１ｃは、蒸気発生器１０３の出口側水室１０３ｂに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。

蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａ及び出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続されている。出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の二次冷却水管１０６ａが接続されている。蒸気発生器１０３は、上部側の側部に、入口側の二次冷却水管１０６ｂが接続されている。

また、原子力発電プラントは、蒸気発生器１０３が、原子炉格納容器１００外で二次冷却水管１０６ａ、１０６ｂを介して蒸気タービン１０７に接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。

蒸気タービン１０７は、高圧タービン１０８及び低圧タービン１０９を有する。蒸気タービン１０７は、発電機１１０が接続されている。また、高圧タービン１０８及び低圧タービン１０９には、湿分分離加熱器１１１が、二次冷却水管１０６ａから分岐して接続されている。また、低圧タービン１０９は、復水器１１２に接続されている。この復水器１１２は、二次冷却水管１０６ｂに接続されている。二次冷却水管１０６ｂは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、復水器１１２から蒸気発生器１０３に至る。その後、二次冷却水管１０６ｂには、復水ポンプ１１３、低圧給水加熱器１１４、脱気器１１５、主給水ポンプ１１６、及び高圧給水加熱器１１７が設けられている。

したがって、原子力発電プラントでは、一次冷却水が原子炉容器１０１にて加熱されて高温・高圧となる。その後、一次冷却水は、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換後の冷却した一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介して一次冷却水ポンプ１０４側に回収され、原子炉容器１０１に戻される。一方、熱交換により蒸気となった二次冷却水は、蒸気タービン１０７に供給される。その後、湿分分離加熱器１１１は、高圧タービン１０８からの排気から湿分を除去する。湿分分離加熱器１１１は、除去した湿分をさらに加熱して過熱状態とした後に低圧タービン１０９に送る。蒸気タービン１０７は、二次冷却水の蒸気により駆動され、その動力が発電機１１０に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、復水器１１２に排出される。復水器１１２は、取水管１１２ａを介してポンプ１１２ｂにより取水した冷却水（例えば、海水）と、低圧タービン１０９から排出された蒸気とを熱交換し、当該蒸気を凝縮させて低圧の飽和液に戻す。熱交換に用いられた冷却水は、排水管１１２ｃから排出される。また、凝縮された飽和液は、二次冷却水となり、復水ポンプ１１３によって二次冷却水管１０６ｂを介して復水器１１２の外部に送り出される。さらに、二次冷却水管１０６ｂを経る二次冷却水は、低圧給水加熱器１１４で、例えば、低圧タービン１０９から抽気した低圧蒸気により加熱される。加熱された二次冷却水は、脱気器１１５で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去される。その後、主給水ポンプ１１６により高圧給水加熱器１１７に送水される。高圧給水加熱器１１７では、例えば、高圧タービン１０８から抽気した高圧蒸気により加熱され、二次冷却水は蒸気発生器１０３に戻される。

このように構成された原子力発電プラントの加圧水型原子炉において、図２に示すように、原子炉容器１０１は、その内部に燃料集合体１２０を含む炉内構造物が挿入可能とされている。本実施形態の原子炉容器１０１は、原子炉容器本体１０１ａに対して原子炉容器蓋１０１ｂが複数のスタッドボルト１２１及びナット１２２により開閉可能に固定されている。

原子炉容器本体１０１ａは、原子炉容器蓋１０１ｂを取り外すことで上部が開口可能とされている。原子炉容器本体１０１ａは、下部が半球形状をなす下鏡１０１ｅにより閉塞された円筒形状をなしている。原子炉容器本体１０１ａは、内部にて、入口側管台１０１ｃ及び出口側管台１０１ｄより上方に上部炉心支持板１２３が固定される。原子炉容器本体１０１ａは、内部の下方の下鏡１０１ｅの近傍に位置して下部炉心支持板１２４が固定されている。この上部炉心支持板１２３及び下部炉心支持板１２４は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板１２３は、複数の炉心支持ロッド１２５を介して、図示しない多数の連通孔が形成されて下方に配置された上部炉心板１２６が連結されている。

原子炉容器本体１０１ａは、内部に円筒形状をなす炉心槽１２７が内壁面と所定の隙間をもって配置されている。この炉心槽１２７は、上部が上部炉心板１２６に連結されている。炉心槽１２７は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板１２８が下部に連結されている。そして、下部炉心板１２８は、下部炉心支持板１２４に支持されている。即ち、炉心槽１２７は、原子炉容器本体１０１ａの下部炉心支持板１２４に支持されることとなる。

この炉心槽１２７の外部側には、後述する試験カプセルユニット１を収容する収納容器１６０が設けられている。この収納容器１６０は、炉心槽１２７の周方向において、所定の間隔を空けて設けられている。この収納容器１６０に収容される試験カプセルユニット１は、後述する炉心１２９よりも径方向外側に位置すると共に、原子炉容器本体１０１ａよりも径方向内側に位置することとなる。

上部炉心板１２６と炉心槽１２７と下部炉心板１２８とにより炉心１２９が形成されている。炉心１２９は、内部に多数の燃料集合体１２０が配置されている。燃料集合体１２０は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成されている。燃料集合体１２０は、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心１２９は、内部に多数の制御棒１３０が配置されている。この多数の制御棒１３０は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ１３１となっている。制御棒１３０は、燃料集合体１２０内に挿入可能となっている。上部炉心支持板１２３を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管１３２が固定されている。各制御棒クラスタ案内管１３２は、下端部が燃料集合体１２０内の制御棒クラスタ１３１まで延出されている。

原子炉容器１０１を構成する原子炉容器蓋１０１ｂは、上部が半球形状をなして磁気式ジャッキの制御棒駆動装置１３３が設けられている。原子炉容器蓋１０１ｂは、原子炉容器蓋１０１ｂと一体をなすハウジング１３４内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管１３２は、上端部が制御棒駆動装置１３３まで延出されている。この制御棒駆動装置１３３から延出された制御棒クラスタ駆動軸１３５が、制御棒クラスタ案内管１３２内を通って燃料集合体１２０まで延出されることで、制御棒クラスタ１３１を把持可能となっている。

制御棒クラスタ駆動軸１３５は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ１３１に連結されている。加えて、制御棒クラスタ駆動軸１３５の表面には、複数の周溝が長手方向に等ピッチで配設されている。制御棒駆動装置１３３は、制御棒クラスタ駆動軸１３５を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。

このような加圧水型原子炉は、制御棒駆動装置１３３により制御棒クラスタ駆動軸１３５を移動して燃料集合体１２０から制御棒１３０が所定量引き抜かれる。これにより、炉心１２９内での核***が制御され、発生した熱エネルギにより原子炉容器１０１内に充填された軽水が加熱される。高温の軽水は、出口側管台１０１ｄから排出される。即ち、燃料集合体１２０を構成する原子燃料が核***することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とする。その結果、新たな核***を起こしやすくするとともに、軽水は発生した熱を奪って冷却される。一方、制御棒１３０を燃料集合体１２０に挿入することで、炉心１２９内で生成される中性子数が調整される。また、制御棒１３０を燃料集合体１２０に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。原子炉容器１０１は、炉心１２９に対して、その上方に出口側管台１０１ｄに連通する上部プレナム１５２が形成されるとともに、下方に下部プレナム１５３が形成されている。そして、原子炉容器１０１と炉心槽１２７との間に入口側管台１０１ｃ及び下部プレナム１５３に連通するダウンカマー部１５４が形成されている。したがって、軽水は、入口側管台１０１ｃから原子炉容器本体１０１ａ内に流入し、ダウンカマー部１５４を下向きに流れ落ちて下部プレナム１５３に至る。その後、軽水は、この下部プレナム１５３の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板１２４及び下部炉心板１２８を通過した後、炉心１２９に流入する。この炉心１２９に流入した軽水は、炉心１２９を構成する燃料集合体１２０から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体１２０を冷却する。一方、燃料集合体１２０を冷却して高温となった軽水は、上部炉心板１２６を通過して上部プレナム１５２まで上昇し、出口側管台１０１ｄを通って排出される。原子炉容器１０１から排出された軽水は、上述したように、蒸気発生器１０３に送られる。

次に、図３から図５を参照して、試験カプセルユニット１について説明する。
試験カプセルユニット１は、内部に照射材２４を収容している。この照射材２４は、原子炉容器１０１の健全性を評価するための評価試験に用いられる。ここで、試験カプセルユニット１は、原子炉容器本体１０１ａよりも径方向内側に位置していることから、照射材２４に照射される中性子の照射量は、原子炉容器本体１０１ａよりも大きくなる。このため、照射材２４を用いて評価試験を行うことにより、原子炉容器１０１の先行監視を行うことが可能となっている。

図３に示すように、試験カプセルユニット１は、収納容器１６０に挿入される挿入方向の後端側から順に、保持部材１１と、ステー部材１２と、複数の試験カプセル１３と、先端部材１４とを備えている。ここで、挿入方向の後端側は、試験カプセルユニット１が原子炉容器１０１内に配置された場合に鉛直方向の上方となる。また、挿入方向の先端側は、試験カプセルユニット１が原子炉容器１０１内に配置された場合に鉛直方向の下方となる。

保持部材１１は、試験カプセルユニット１の取り扱い時において、作業装置により保持される部材となっている。この保持部材１１は、例えば、図示しないチャック装置に対して着脱自在な形状となっている。保持部材１１は、挿入方向の先端側がステー部材１２と接続されている。

ステー部材１２は、挿入方向を長手方向とする棒状に形成されている。ステー部材１２は、長手方向の一端に保持部材１１が接続されている。ステー部材１２は、長手方向の他端に試験カプセル１３が連結されている。ステー部材１２の連結部分には、試験カプセル１３の凸部４２が挿入可能とされている。このステー部材１２は、長手方向における長さが調整されることで、試験カプセルユニット１の挿入方向における全長を調整することが可能となっている。

複数の試験カプセル１３は、挿入方向に沿って並べて（直列に）連結されている。図３では、試験カプセル１３を三つ連結しているが、連結数については、特に限定されず、いずれの数であってもよい。連結された複数の試験カプセル１３は、挿入方向の後端側の端部にステー部材１２が連結されている。連結された複数の試験カプセル１３は、挿入方向の先端側の端部に先端部材１４が連結されている。この試験カプセル１３は、その内部に照射材２４を気密に封止した状態で収容している。試験カプセル１３は、その内部が不活性ガス（置換ガス）で充満している。試験カプセル１３は、実機環境を模擬したオートクレーブに収容可能な大きさで形成されている。なお、試験カプセル１３の詳細については、後述する。

先端部材１４は、挿入方向の先端側の端部が先細りとなる形状に形成されている。先端部材１４は、挿入方向の後端側の端部に試験カプセル１３が連結されている。先端部材１４の連結部分には、後述する試験カプセル１３と同様の凸部４２が形成されている。先端部材１４は、挿入方向に向かって先細りとなる先端部９１ａによって、試験カプセルユニット１の挿入を案内している。

したがって、収納容器１６０へ試験カプセルユニット１を収容する場合、試験カプセルユニット１は、保持部材１１がチャック装置に保持（装着）された状態で、収納容器１６０へ向けて移動させられる。そして、試験カプセルユニット１は、先端部材１４によって案内されながら、収納容器１６０に収容された後、チャック装置による保持部材１１の保持が解除されることで、収納容器１６０への収容が完了する。

一方で、収納容器１６０から試験カプセルユニット１を取り出す場合、試験カプセルユニット１は、保持部材１１がチャック装置に保持（装着）された状態で、収納容器１６０から取り出される。そして、試験カプセルユニット１は、収納容器１６０から取り出された後、チャック装置による保持部材１１の保持が解除されることで、収納容器１６０からの取り出しが完了する。これにより、試験カプセル１３に収容された照射材２４が原子炉から取り出される。

次に、試験カプセル１３について説明する。試験カプセル１３は、図４に示すように、カプセル本体２１と、上部プラグ（プラグ）２２と、下部プラグ（被連結プラグ）２３と、照射材２４と、スペーサ２５とを有している。

カプセル本体２１は、筒状をなして延びている。カプセル本体２１は、延在方向の一端に開口部が形成されている。カプセル本体２１は、挿入方向を延在方向として延びている。本実施形態のカプセル本体２１は、両端が開口した角筒状に形成されている。本実施形態では、延在方向の一端の開口部を第一開口部３１とし、延在方向の他端の開口部を第二開口部３２とする。カプセル本体２１は、ステンレス等の磁化しづらい材料で形成されている。

上部プラグ２２は、カプセル本体２１の一端の第一開口部３１を閉塞している。上部プラグ２２は、カプセル本体２１の延在方向の一端（挿入方向の後端側の端部）に設けられ、溶接により接合される。上部プラグ２２は、他の試験カプセル１３の下部プラグ２３が連結可能とされている。また、上部プラグ２２の中で、試験カプセルユニット１において挿入方向の最も後端側に位置する上部プラグ２２は、下部プラグ２３ではなくステー部材１２に連結される。上部プラグ２２は、上部プラグ本体４１と、上部プラグ本体４１から挿入方向に突出する凸部４２と、不活性ガスを注入するためのガス注入孔４３とを有している。

上部プラグ本体４１は、挿入方向から見た断面形状が方形となる四角柱の形状となっている。上部プラグ本体４１は、その端部が第一開口部３１に嵌め合わされた状態で溶接によりカプセル本体２１に接合される。したがって、上部プラグ本体４１とカプセル本体２１との間に溶接部が形成された状態で、上部プラグ２２とカプセル本体２１とが一体に形成される。

凸部４２は、挿入方向から見た形状が方形となる四角柱の形状となっている。凸部４２は、上部プラグ本体４１よりも小さい方形に形成されている。凸部４２は、カプセル本体２１と溶接された溶接部とは反対側となる上部プラグ本体４１の端部から突出している。凸部４２は、他の試験カプセル１３の下部プラグ２３に嵌め合わされる。

ガス注入孔４３は、カプセル本体２１の内部と連通するように上部プラグ本体４１に形成されている。ガス注入孔４３は、上部プラグ本体４１の側面から第一開口部３１に挿入される上部プラグ本体４１の端部まで上部プラグ本体４１内を貫通して形成されている。ガス注入孔４３は、カプセル本体２１の内部雰囲気を、不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）に置換するために用いられる。なお、不活性ガスの置換後、ガス注入孔４３は、気密に封止される。具体的には、例えば、ガス注入孔４３は、上部プラグ本体４１の側面を溶かすことで開口部分を閉塞させて気密に封止される。または、ガス注入孔４３は、図示しない栓を設け、その栓を溶接により接合することで気密に封止される。

下部プラグ２３は、カプセル本体２１の延在方向の他端（挿入方向の先端側の端部）に設けられている。カプセル本体２１の延在方向の他端は、第一開口部３１が形成されたカプセル本体２１の一端に対して反対側の端部である。下部プラグ２３は、他の試験カプセル１３の上部プラグ２２が連結可能とされている。また、下部プラグ２３の中で、試験カプセルユニット１において挿入方向の最も先端側に位置する下部プラグ２３は、上部プラグ２２ではなく先端部材１４に連結される。下部プラグ２３は、カプセル本体２１の挿入方向の他端と溶接により接合されている。下部プラグ２３の挿入方向の長さは、後述するスペーサ２５の挿入方向の長さよりも長く成形されている。下部プラグ２３は、下部プラグ本体５１と、下部プラグ本体５１から挿入方向に窪む凹部５２とを有している。

下部プラグ本体５１は、挿入方向から見た断面形状が上部プラグ本体４１と同じ大きさの方形となる四角柱の形状となっている。下部プラグ本体５１は、カプセル本体２１側の端部が、第二開口部３２に嵌め合わされた状態でカプセル本体２１に対して溶接により接合される。したがって、下部プラグ本体５１とカプセル本体２１との間に溶接部が形成された状態で、下部プラグ２３とカプセル本体２１とが一体に形成される。下部プラグ本体５１は、挿入方向の長さがカプセル本体２１の挿入方向の長さの半分以上の長さで形成されている、本実施形態の下部プラグ本体５１は、後述するスペーサ２５よりも長くカプセル本体２１よりも短い長さで形成されている。

凹部５２は、挿入方向から見た形状が方形となる中空の角孔となっている。凹部５２は、カプセル本体２１と溶接された溶接部とは反対側となる下部プラグ本体５１の端部から窪んでいる。凹部５２は、他の試験カプセル１３の上部プラグ２２の凸部４２が嵌め込まれる。

照射材２４は、カプセル本体２１内で第一開口部３１から離れた位置に配置されている。照射材２４は、放射線を放射している。照射材２４は、中性子が照射されることで放射線を放射する材料で形成されている。照射材２４は、原子炉を構成する材料と同じ低合金鋼で形成されている。本実施形態の照射材２４は、カプセル本体２１よりも磁化し易い複数の分割照射材２４ａによって構成されている。照射材２４は、既に加圧水型原子炉の収納容器１６０に装荷された後に評価試験が実施された試験片を用いている。したがって、分割照射材２４ａは、運転開始時に原子炉に投入されて原子炉から取り出された後に評価試験を実施された試験片の欠片である。本実施形態の分割照射材２４ａは、評価試験を実施後の試験片の欠片の中で比較的大きく、評価試験に再度利用可能な大きさを有する試験片の欠片である。

スペーサ２５は、カプセル本体２１内で照射材２４と第一開口部３１との間に配置されている。スペーサ２５は、挿入方向に延びる棒状部材である。スペーサ２５は、中性子が照射されることで放射線を放射する材料で形成されている。本実施形態のスペーサ２５は、例えば、照射材２４と同じ材料で形成されている。スペーサ２５は、カプセル本体２１内で摺動可能な形状をなしている。本実施形態のスペーサ２５は、図５に示すように、カプセル本体２１の内周面に対して、僅かに隙間が形成されるような大きさの断面方形状をなしている。スペーサ２５は、照射材２４の収容されている位置がずれないように、第一開口部３１に対する照射材２４の挿入方向の降誕側の端面までの距離と同じ長さで形成されている。本実施形態では、スペーサ２５は、照射材２４と同程度の長さで形成されている。スペーサ２５は、ガス注入孔４３から照射材２４に向かって連通するガス流通路２５ａが形成されている。本実施形態のガス流通路２５ａは、挿入方向にスペーサ２５を貫通する複数の溝として形成されている。

次に、図６及び図７を参照し、上記の試験カプセルユニットの製造方法Ｓ１について説明する。試験カプセルユニットの製造方法Ｓ１は、図６に示すように、ユニット部材準備工程Ｓ２、試験カプセル製造工程Ｓ３、及びユニット部材連結工程Ｓ４を有している。

ユニット部材準備工程Ｓ２は、試験カプセルユニット１の部品となる部材を事前に準備する。本実施形態のユニット部材準備工程Ｓ２は、保持部材１１、ステー部材１２、及び先端部材１４を事前に準備する。

試験カプセル製造工程Ｓ３は、試験カプセルの製造方法Ｓ１０で試験カプセル１３を複数製造する。本実施形態の試験カプセル製造工程Ｓ３は、カプセル部材準備工程Ｓ１１と、照射材収容工程Ｓ１２と、スペーサ収容工程Ｓ１３と、開口部閉塞工程Ｓ１４と、を有している。

カプセル部材準備工程Ｓ１１は、試験カプセル１３の部品となる部材を事前に準備する。本実施形態のカプセル部材準備工程Ｓ１１は、カプセル本体２１、上部プラグ２２、下部プラグ２３、照射材２４、及びスペーサ２５を事前に準備する。カプセル部材準備工程Ｓ１１では、カプセル本体２１と下部プラグ２３とを溶接して連結させる。これにより、カプセル本体２１と下部プラグ２３との間に溶接部が形成された状態で、カプセル本体２１の第二開口部３２が下部プラグ２３によって閉塞される。

照射材収容工程Ｓ１２は、カプセル本体２１内に複数の分割照射材２４ａによって構成された照射材２４を第一開口部３１から挿入して収容する。照射材収容工程Ｓ１２は、照射材２４を用いることから、放射線が漏れないホットセル内において遠隔操作により行われる。図７に示すように、本実施形態の照射材収容工程Ｓ１２では、複数（本実施形態では四つ）の分割照射材２４ａを位置決め部材９２によってまとめて照射材２４としている。分割照射材２４ａは、板状の位置決め部材９２によって直方状に成形されている。照射材収容工程Ｓ１２では、複数の分割照射材２４ａが磁力を調整可能な挿入治具９１によってカプセル本体２１内に収容される。ここで、挿入治具９１は、例えば、電磁石が先端部９１ａに設けられている。挿入治具９１は、電磁石への電力の供給を制御することで、電磁石に生じる磁力のＯＮ及びＯＦＦを切替可能とされている。照射材収容工程Ｓ１２では、挿入治具９１の先端部９１ａに生じる磁力によって分割照射材２４ａ及び位置決め部材９２を押し込み工具にまとめて吸着された状態としてカプセル本体２１内に第一開口部３１から挿入する。分割照射材２４ａがカプセル本体２１内の奥まで挿入された後に、挿入治具９１の磁力を切って挿入治具９１から複数の分割照射材２４ａが脱離される。これにより、カプセル本体２１内の任意の位置に照射材２４が収容される。

スペーサ収容工程Ｓ１３は、照射材収容工程Ｓ１２の後に実施される。スペーサ収容工程Ｓ１３は、ホットセル内において遠隔操作により行われる。スペーサ収容工程Ｓ１３は、照射材２４が収容されたカプセル本体２１内に第一開口部３１からスペーサ２５を挿入する。スペーサ２５は、照射材２４よりも第一開口部３１側に収容される。本実施形態では、スペーサ２５は、照射材２４に対して挿入方向に僅かに間隔を空けた状態で、第一開口部３１からはみ出さないようにカプセル本体２１内に収容される。

開口部閉塞工程Ｓ１４は、スペーサ収容工程Ｓ１３の後に実施される。開口部閉塞工程Ｓ１４は、ホットセル内において作業者が直接実施する。開口部閉塞工程Ｓ１４は、カプセル本体２１の一端に上部プラグ２２を溶接して連結させる。これにより、開口部閉塞工程Ｓ１４では、カプセル本体２１の第一開口部３１が閉塞される。第一開口部３１が閉塞された状態のカプセル本体２１に対して、ガス注入孔４３から不活性ガスを注入することで、カプセル本体２１の内部の雰囲気を不活性ガスに置換する。不活性ガスへの置換後、ガス注入孔４３が形成された上部プラグ本体４１の側面を溶かし、カプセル本体２１の内部を、気密に封止する。これらにより、試験カプセル１３の作製が完了する。作製が完了した試験カプセル１３は、引き続いて、各種検査が行われる。

ユニット部材連結工程Ｓ４は、複数の試験カプセル１３を連結させる。また、ユニット部材連結工程Ｓ４は、試験カプセル１３にステー部材１２及び先端部材１４を連結させる。

本実施形態のユニット部材連結工程Ｓ４は、試験カプセル１３の下部プラグ２３に、他の試験カプセル１３の上部プラグ２２を溶接によって接合する。ユニット部材連結工程Ｓ４では、これを複数回繰り返すことで、複数の試験カプセル１３を挿入方向に直列に連結する。この際、一方の試験カプセル１３の下部プラグ２３と、他方の試験カプセル１３の上部プラグ２２とは、凸部４２が凹部５２に挿入された状態で連結され、溶接により接合される。

その後、ユニット部材連結工程Ｓ４では、保持部材１１にステー部材１２の一端が接続される。また、ステー部材１２の他端には、連結された試験カプセル１３の中で、挿入方向の最も後端側の試験カプセル１３の上部プラグ２２が連結される。このとき、ステー部材１２と試験カプセル１３とは、溶接によりに接合される。

連結された試験カプセル１３の中で、挿入方向の最も線端側の試験カプセル１３の下部プラグ２３に、先端部材１４が連結される。試験カプセル１３と先端部材１４とは、溶接により接合される。以上により、試験カプセルユニット１の作製が完了する。

作成された試験カプセルユニット１は、原子炉の内部、つまり、収納容器１６０に収納される。試験カプセルユニット１は、保持部材１１がチャック装置に保持（装着）され、収納容器１６０へ向けて移動させられる。その後、試験カプセルユニット１は、先端部材１４によって案内されながら、収納容器１６０に収容される。収容された後、チャック装置による保持部材１１の保持が解除されることで、収納容器１６０への試験カプセルユニット１の収容が完了する。これにより、カプセル本体２１に収容された試験片５が原子炉内に再装荷される。

上記のような試験カプセル１３及び試験カプセルの製造方法Ｓ１０によれば、カプセル本体２１内に照射材２４を封入するために上部プラグ２２とカプセル本体２１とを溶接する溶接位置と照射材２４の配置されている位置とが、スペーサ２５によって一定の距離だけ確実に離れることとなる。そのため、溶接時に作業者が照射材２４から受ける被ばく量を低減することができる。また、溶接時の熱の影響が照射材２４に及ぶことが抑えられる。したがって、溶接時に生じる影響を抑えるように溶接位置と照射材２４との位置を離すことができる。

また、照射材２４と同じ材料でスペーサ２５を形成することで、スペーサ２５を評価試験に用いることができる。照射材２４とスペーサ２５とで評価結果を比較することで、試験カプセル１３に照射材２４及びスペーサ２５を装荷した時点から試験カプセル１３から照射材２４及びスペーサ２５を取り出した時点までの期間における同じ材料の経時的な特性の変化を把握することができる。

また、下部プラグ２３がスペーサ２５よりも長く形成されている。そのため、他の試験カプセル１３と溶接する場合のように、下部プラグ２３の端部を溶接する際に、溶接位置と照射材２４との位置を離すことができる。

また、ガス注入孔４３を介してカプセル本体２１の内部にヘリウムガス等の置換ガスを供給することで、カプセル本体２１の内部を置換ガスに置換することができる。この際、スペーサ２５にガス流通路２５ａが形成されていることで、照射材２４が配置された領域まで置換ガスを行き渡らせることができる。

また、照射材収容工程Ｓ１２において、照射材２４が複数の分割照射材２４ａで構成されていても、分割照射材２４ａを挿入治具９１に吸着させて、まとめてカプセル本体２１内に収容させることができる。したがって、評価試験後の細かな試験片の欠片のように複数の分割照射材２４ａを、ホットセル内であっても容易かつ確実にカプセル本体２１内に収容させることができる。

また、試験カプセルユニット１が試験カプセル１３を挿入方向に複数連結した構造となっているため、連結した分だけ、単体の試験カプセル１３の挿入方向における長さを短くすることができる。このため、評価試験の試験片として、中性子が照射された照射材２４を用いる場合であっても、試験カプセル１３単位で取り扱うことができる。よって、使用されるオートクレーブ装置等の機器の制限を満足しつつ、ホットセル内において、試験片５の取り扱いを容易なものとすることができる。

また、本実施形態によれば、上部プラグ２２を他の試験カプセル１３の下部プラグ２３に溶接することにより、試験カプセル１３同士を強固に連結することができる。

また、本実施形態によれば、凸部４２と凹部５２とを面接触させて、上部プラグ２２と下部プラグ２３とを嵌め合わせることができるため、ホットセル内で上部プラグ２２に対する下部プラグ２３の位置を適切に規制することができる。

（実施形態の他の変形例）
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、本実施形態では、スペーサ２５に形成されるガス流通路２５ａを複数の溝としたが、ガス流通路２５ａはこのような構成に限定されるものではない。ガス流通路２５ｂは、例えば、図８に示すように、図７に行ける複数の溝を繋げた側面から大きく窪む一つの溝として形成してもよい。また、ガス流通路２５ｃは、例えば、図９に示すように、スペーサ２５ーの内部を貫通する貫通孔として形成してもよい。また、ガス流通路２５ｄは、例えば、図１０に示すように、スペーサ２５自体をカプセル本体２１の内周面と隙間を大きく開けるように小さく形成し、スペーサ２５の外周面とカプセル本体２１の内周面との間で形成される構成であってもよい。したがって、ガス流通路２５ａは、照射材２４が配置されている領域まで不活性ガスを供給可能な形状で形成されていればよい。

また、本実施形態では、上部プラグ２２にガス注入孔４３を形成したが、下部プラグ２３にガス注入孔４３を形成してもよく、特に限定されるものではない。

また、本実施形態では、複数の試験カプセル１３を連結することができるため、必要な照射材２４の収容量に応じて、連結する試験カプセル１３の数を変えてもよい。このとき、試験カプセルユニット１の挿入方向における全長を所定の長さに維持する場合には、ダミーの試験カプセル１３を連結してもよいし、ステー部材１２の長さを調整してもよい。さらに、原子炉から照射材２４を取り出す場合、必要な試験カプセル１３だけ取り出し、残りの試験カプセル１３を原子炉内へ再装荷してもよい。

１００…原子炉格納容器 １０１…原子炉容器 １０１ａ…原子炉容器本体 １０１ｂ…原子炉容器蓋 １０１ｃ…入口側管台 １０１ｄ…出口側管台 １０１ｅ…下鏡 １０２…加圧器 １０３…蒸気発生器 １０３ａ…入口側水室 １０３ｂ…出口側水室 １０３ｃ…仕切板 １０３ｄ…管板 １０３ｅ…伝熱管 １０４…一次冷却水ポンプ １０５…一次冷却水管 １０６ａ、１０６ｂ…二次冷却水管 １２０…燃料集合体 １０７…蒸気タービン １０８…高圧タービン １０９…低圧タービン １１０…発電機 １１１…湿分分離加熱器 １１２…復水器 １１２ａ…取水管 １１２ｂ…ポンプ １１２ｃ…排水管 １１３…復水ポンプ １１４…低圧給水加熱器 １１５…脱気器 １１６…主給水ポンプ １１７…高圧給水加熱器 １２１…スタッドボルト １２２…ナット １２３…上部炉心支持板 １２４…下部炉心支持板 １２５…炉心支持ロッド １２６…上部炉心板 １２７…炉心槽 １２８…下部炉心板 １２９…炉心 １３０…制御棒 １３１…制御棒クラスタ １３２…制御棒クラスタ案内管 １３３…制御棒駆動装置 １３４…ハウジング １３５…制御棒クラスタ駆動軸 １５２…上部プレナム １５３…下部プレナム １５４…ダウンカマー部 １６０…収納容器 １…試験カプセルユニット１…保持部材 １２…ステー部材 １３…試験カプセル １４…先端部材 ２１…カプセル本体 ３１…第一開口部 ３２…第二開口部 ２２…上部プラグ ４１…上部プラグ本体 ４２…凸部 ４３…ガス注入孔 ２３…下部プラグ ５１…下部プラグ本体 ５２…凹部 ２４…照射材 ２４ａ…分割照射材 ２５…スペーサ ２５ａ…ガス流通路 Ｓ１…試験カプセルユニットの製造方法 Ｓ２…ユニット部材準備工程 Ｓ３…試験カプセル製造工程 Ｓ１０…試験カプセルの製造方法 Ｓ１１…カプセル部材準備工程 Ｓ１２…照射材収容工程 ９１…挿入治具 ９１ａ…先端部 ９２…位置決め部材 Ｓ１３…スペーサ収容工程 Ｓ１４…開口部閉塞工程 Ｓ４…ユニット部材連結工程

Claims (5)

1. 一端に開口部が形成され、筒状をなして延びるカプセル本体と、
   前記カプセル本体内で前記開口部から離れた位置に配置され、放射線を放射する照射材と、
   前記カプセル本体内で前記照射材と前記開口部との間に配置され、前記カプセル本体の延在方向に延びる棒状のスペーサと、
   前記カプセル本体の前記一端に溶接されることで前記カプセル本体の開口部を閉塞しているプラグと、を備え、
   前記プラグは、前記カプセル本体の内部と連通するガス注入孔を有し、
   前記スペーサは、前記ガス注入孔から前記照射材に向かって連通するガス流通路を有し、
   前記ガス流通路は、前記カプセル本体の延在方向に前記スペーサを貫通する溝又は孔からなる
   試験カプセル。
2. 前記照射材及び前記スペーサは、中性子が照射されることで放射線を放射する材料で形成されている請求項１に記載の試験カプセル。
3. 前記一端に対して反対側の端部である前記カプセル本体の他端に連結され、他の試験カプセルの前記プラグが連結可能とされた被連結プラグを備え、
   前記被連結プラグの前記延在方向の長さは、前記スペーサの前記延在方向の長さよりも長い請求項１または請求項２に記載の試験カプセル。
4. 一端に開口部が形成されて筒状をなして延びるカプセル本体内に、放射線を放射する照射材を前記開口部から挿入して収容する照射材収容工程と、
   前記照射材収容工程の後に、前記カプセル本体内に前記開口部から前記カプセル本体の延在方向に延びて前記カプセル本体の延在方向に貫通する溝又は孔からなるガス流通路を有した棒状のスペーサを挿入し、前記照射材よりも前記開口部側に前記スペーサを収容するスペーサ収容工程と、
   前記スペーサ収容工程の後に、前記カプセル本体の前記一端に前記カプセル本体の内部と連通するガス注入孔を有したプラグを溶接して、前記カプセル本体の開口部を閉塞する開口部閉塞工程と、を有する試験カプセルの製造方法。
5. 前記照射材収容工程は、前記カプセル本体よりも磁化し易い複数の分割照射材によって構成された照射材を、磁力を調整可能な挿入治具に生じる磁力によって前記挿入治具にまとめて吸着させて前記カプセル本体内に挿入し、前記カプセル本体内で前記挿入治具の磁力を切って前記挿入治具から前記複数の分割照射材を脱離させる請求項４に記載の試験カプセルの製造方法。

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