JPH04269697A - 原子炉用燃料棒の非破壊検査装置 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉用燃料棒加工施
設等において使用される原子炉用燃料棒の非破壊検査装
置に関する。

【０００３】

【従来の技術】一般に、原子炉用燃料棒の非破壊検査装
置は、原子炉用燃料棒加工施設等において、異常ペレッ
トの混入の判別や、燃料棒１本当りの核***性物質総量
を求めるために使用される。

【０００４】図５は、このような従来の原子炉用燃料棒
の非破壊検査装置の一例を示すもので、筐体１内には、
Ｃｆ−２５２（カリフォルニウム−２５２）等の中性子
源２が配置されており、中性子源２の周囲には内側から
順に、ＺｒＨ２　（水素化ジルコニウム）層３、Ｐｂ（
鉛）層４、Ｄ２　Ｏ（重水）・ＷＥＰ（含水ポリエステ
ル）層５、Ｃ（グラファイト）層６、ＣＨ２（パラフィ
ンまたはポリエチレン）層７、ＷＥＰ＋Ｐｂ層８が形成
されており、中性子源２の付近には燃料棒貫通孔９ａ，
９ｂ、下部にはＨｅ−４中性子検出器１０が配設されて
いる。また、筐体１の側方には、ＮａＩ検出器（ヨウ化
ナトリウム・シンチレーション検出器）１１が配置され
ており、この検出器１１の周囲にＷ（タングステン）層
１２が形成され、その回りをＰｂ層１３によって覆われ
ている。

【０００５】そして、燃料棒を燃料棒貫通孔９ａに挿入
することにより、中性子源２からの中性子を照射し、燃
料棒中の核***性物質に核***を誘起せしめ、ＮａＩ検
出器１１で核***に起因する遅発γ線強度の燃料棒軸方
向分布を測定し、次に燃料棒を燃料棒貫通孔９ｂに挿入
し中性子を照射しＨｅ−４中性子検出器１０で核***即
発中性子の燃料棒軸方向均一領域平均強度を測定し、得
られた結果より異常ペレットの混入の判別と、燃料棒１
本当りの核***性物質総量を求める。

【０００６】なお、図５に示した装置は、遅発γ線測定
と核***即発中性子の測定を行なう装置であるが、中性
子検出器にＨｅ−３中性子検出器を使用し、中性子減速
材の材質等を変更して即発中性子の替りに遅発中性子の
測定を行なう装置もある。

【０００７】しかしながら、従来の原子炉用燃料棒の非
破壊検査装置では、検査対象が現在の軽水炉に使用され
ているウラン酸化物燃料のようにその主たる同位体組成
がＵ−２３５，Ｕ−２３８だけという単純な（１種類の
核***性物質Ｕ−２３５）燃料の場合には問題はないが
、高速増殖炉、新型転換炉等に使用されているＰｕ酸化
物とＵ酸化物の混合燃料いわゆる混合酸化物の場合には
、Ｐｕ自体が放出するγ線強度が大きくＰｕ同位体比が
変化すると、γ線強度が変化するため測定精度が劣化す
るという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の原子炉用燃料棒
の非破壊検査装置では、遅発γ線測定時に燃料棒から放
出されるγ線と中性子の照射を受けて放出される遅発γ
線が重畳されて測定されるのでウランとプルトニウムが
混合された混合酸化物燃料棒の同位体比が変化した場合
には、燃料棒から放出されるγ線強度が変化するので遅
発γ線測定のγ線強度が影響を受け、測定精度が低下す
る。

【０００９】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、混合酸化物の原子炉用燃料棒の同位体比
が変化しても実効的核***性物質量を精度良く検査する
ことができる原子炉用燃料棒の非破壊検査装置を提供す
ることを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る原子炉用制
御棒の非破壊検査装置は、上述した課題を解決するため
に、燃料棒に中性子を照射する手段と、中性子照射前に
燃料棒から放出されるγ線強度の燃料棒軸方向分布を測
定する手段と、中性子照射後に前記燃料棒から放出され
る遅発γ線の燃料棒軸方向分布を測定する前記γ線強度
測定手段と同じ構成の測定手段と、中性子照射後のγ線
軸方向分布データから中性子照射前のγ線軸方向分布デ
ータを減算し正味の遅発γ線強度分布を求める手段と、
求めた正味の遅発γ線強度分布から実効核***性物質の
量および分布変化を検出する検出手段を有するものであ
る。

【００１１】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る原子炉用制御棒の非破壊検査装置は、燃料棒
に中性子を照射する手段はカリフォルニウム−２５２等
の中性子源を有し、中性子照射前に燃料棒から放出され
るγ線強度の燃料棒軸方向分布を測定する手段と中性子
照射後に前記燃料棒から放出される遅発γ線強度の燃料
棒軸方向分布を測定する手段とは形状および検出性能が
等しいγ線検出器であり、前記両γ線検出器を、中性子
を照射する中性子源を中心とした対称位置に設け、上記
中性子源と両γ線検出器との間に少なくとも中性子減速
体、中性子遮蔽体およびγ線遮蔽体を前記中性子源を中
心としてぼぼ対称に配置したものである。

【００１２】

【作用】本発明の原子炉用燃料棒の非破壊検査装置では
、中性子照射前と中性子照射後のγ線強度測定手段によ
り、中性子照射前後のγ線強度分布を測定し、中性子照
射後の分布データより中性子照射前の分布データを減算
し、正味の遅発γ線強度分布データを求める。したがっ
て、燃料棒の同位体比が変化して、燃料棒からのγ線強
度が変化しても、この値を減算するので遅発γ線測定に
影響を受けない。

【００１３】また、中性子照射前のγ線強度分布測定手
段は、中性子照射後に燃料棒から放出される遅発γ線の
燃料棒軸方向分布を測定する手段と同じ構成で検出性能
が等しい測定手段としているので、複雑な補正を必要と
せず精度よく測定できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る原子炉用燃料棒の非破壊
検査装置の一実施例について添付図面を参照して説明す
る。

【００１５】図１は本発明に係る原子炉用燃料棒の非破
壊検査装置の一例を示すものである。この非破壊検査装
置２０は図示しない燃料棒内に充填される燃料要素とし
ての燃料ペレットのスタック長、燃料ペレット間ギャッ
プを検出するペレット検出手段としての透過γ線検出部
２１と、原子炉用燃料棒の同位体比を測定する測定手段
としてのγ線スペクトル検出部２２と、中性子照射前の
γ線強度の燃料棒軸方向分布を測定する手段である遅発
γ線バッググランド検出部２３と、原子炉用燃料棒に中
性子を照射する手段である中性子照射部２４と、中性子
照射後の遅発γ線の燃料棒軸方向分布を測定する手段で
ある遅発γ線検出部２５とを順次並列に配置して構成さ
れ、遅発γ線検出部２５は、遅発γ線バックグランド検
出部２３と構成を同じくしたγ線検出器で構成され、そ
の検出性能を同じくし、複雑な補正や校正をすることな
く精度よく測定できるようになっている。原子炉用燃料
棒は、非破壊検査装置２０の各検出部２１，２２，２３
、中性子照射部２４および検出部２５を図示しない燃料
棒駆動系により軸方向に一定速度で移動せしめられて案
内されるようになっている。

【００１６】ペレット検出手段としての透過γ線検出部
２１は、ここに原子炉用燃料棒が図示しない燃料棒駆動
系により案内されると、例えばセシウム−１３７（　１
３７Ｃｓ）外部γ線源により燃料棒にγ線が照射され、
γ線検出器により燃料棒全長に亘るγ線透過強度の軸方
向分布が測定される。このγ線透過強度の軸方向分布形
状により燃料要素である燃料ペレットのスタック長やペ
レット間ギャップが求められる。

【００１７】次に、原子炉用燃料棒はγ線スペクトル検
出部２２に案内され、この検出部２２内を通過する。γ
線スペクトル検出部２２では、燃料棒に充填される燃料
要素の各核種固有のエネルギのγ線を放出していること
に着目し、燃料棒から放出されるγ線をＧｅ検出器によ
って検出する。

【００１８】Ｇｅ検出器にて検出されたγ線の検出信号
は次に多重波高分析器（図示せず）によりγ線エネルギ
スペクトルが分析され、各核種から放出されている各種
のγ線強度を求め各核種の量を求める。

【００１９】原子炉用燃料棒に充填される各核種からは
、それらに固有のエネルギのγ線が放出されている。 各核種の代表的なγ線エネルギの一例は次のように表わ
される。

【００２０】プルトニウム−２３８（　２３８Ｐｕ）　
　１５２ｋｅＶ プルトニウム−２３９（　２３９Ｐｕ）　　４１４ｋｅ
Ｖプルトニウム−２４０（　２４０Ｐｕ）　　６４２ｋ
ｅＶプルトニウム−２４１（　２４１Ｐｕ）　　２０８
ｋｅＶアメリシウム−２４１（　２４１Ａｍ）　　　　
６０ｋｅＶウラン−２３５（　２３５Ｕ）　　　　　　
　　　　１８６ｋｅＶウラン−２３８（　２３８Ｕ）　
　　　　　　　１００１ｋｅＶここで、γ線エネルギス
ペクトルを模式的に示すと図２のようになる。

【００２１】γ線エネルギスペクトル線Ａには多数のγ
線計数のピークが現われ、これらのピーク計数のうち求
めようとする核種のγ線エネルギ位置に現われたγ線計
数のピークの面積を計算しγ線強度を求めると、その強
度は対象とする核種の量に比例する。

【００２２】すなわち、このγ線強度をその核種のγ線
放出率、γ線吸収率、γ線検出効率で割算すると、その
核種の量が求められる。

【００２３】対象とする核種、例えば　２３８Ｐｕ，　
２３９Ｐｕ，　２４０Ｐｕ，　２４１Ｐｕ，２３５　Ｕ
，２３８Ｕ，　２４１Ａｍそれぞれについて上記の処理
を行ない、これらの比を求めるとＰｕの同位体比などが
算出できる。

【００２４】γ線スペクトル検出部２２を通過した燃料
棒は、中性子照射前のγ線強度の燃料棒軸方向分布を測
定する手段である遅発γ線バックグラウンド検出部２３
に案内され、この検出部２３内を通過する。この検出部
２３では例えばＢＧＯ（ビスマス・ゲルマニウム・酸素
の化合物）シンチレーション検出器やＮａＩ−ＴＩシン
チレーション検出器のようなγ線検出器により、燃料棒
から放出されるγ線強度の燃料棒軸方向分布が測定され
る。

【００２５】遅発γ線バックグラウンド検出部２３を通
過した燃料棒は、中性子照射手段としての例えばＣｆ−
２５２（カリフォルニウム−２５２）等の中性子源２６
が格納された中性子照射部２４に案内されて、この中性
子照射部２４内に装荷された燃料棒案内管２７内を通過
する。

【００２６】燃料棒に中性子を照射する手段としての中
性子照射部２４は、図３に示したような内部構造を有し
、鉄製構造体であるハウジング２８内のほぼ中央部にＣ
ｆ−２５２の中性子源２６が設置され、この中性子源２
６を順次取り囲むように、ポリエチレン等を材質とする
中性子減速体２９、Ｐｂを材質とするγ線遮蔽体３０、
のホウ素入りパラフィン等からなる中性子遮蔽体３１、
Ｐｂ製のγ線遮蔽体３２が順次配置される。γ線遮蔽体
３２はハウジング２８に内張りされる。中性子減速体２
９はポリエチレンの代りにＺｒＨ２　、Ｂｅ（ベリリウ
ム）、重水、グラファイト等があり、中性子遮蔽体３１
には、ホウ素入りパラフィンの代りにホウ素入りポリエ
ステル、リチウム入りポリエステルやパラフィンを用い
てもよい。中性子遮蔽体３１は中性子減速体２９の外側
に配置されるが、中性子減速体２９、中性子遮蔽体３１
およびγ線遮蔽体３０，３２の配置関係は、図３のもの
に限定されない。

【００２７】しかして、中性子照射部２４の内部構造は
、Ｃｆ−２５２の中性子源２６を中心に左右対称に形成
され、この中性子照射部２４で燃料棒案内管２７内を通
過する燃料棒は中性子照射を受け、燃料棒中の核***性
物質である２３５　Ｕ，　２３９Ｐｕ，２４１Ｐｕは中
性子を吸収して核***反応を起こし、核***後時間遅れ
をもって遅発γ線を放出する。

【００２８】中性子照射を受けた燃料棒は、続いて中性
子照射後の遅発γ線の燃料棒軸方向分布を測定する手段
である遅発γ線検出部２５に案内される。この検出部２
５は遅発γ線バックグラウンド検出部２３と同一構成の
γ線検出器で構成され、両γ線検出器はその構成や検出
性能を同じくし、この遅発γ線検出部２５により遅発γ
線強度の燃料棒軸方向分布が測定される。

【００２９】図４は正味の遅発γ線強度分布を求める手
段３３を示し、この手段は遅発γ線バックグラウンド検
出部２３により測定された中性子照射前γ線軸方向分布
データを遅発γ線検出部２５により測定された中性子照
射後γ線軸方向分布データから減算し、正味の遅発γ線
軸方向分布データを求めるようになっている。このデー
タ値から実効核***性物質量検出手段３４により、前も
って求められた遅発γ線強度と実効核***性物質量の校
正定数により校正し、実効核***性物質の量を求める。 また、この検出手段３４は実効核***性物質の量の軸方
向分布の変化点より分布変化を検出し、燃料棒に誤って
混入された異常ペレットを検出するようになっている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る原子
炉用燃料棒の非破壊検査装置によれば、中性子照射後の
遅発γ線強度の燃料棒軸方向分布を測定する手段と同じ
検出手段により、燃料棒から放出されるγ線強度の燃料
棒軸方向分布を中性子照射前に測定し、このデータを中
性子照射後のデータから減算し、正味の遅発γ線強度を
求めるので、燃料棒の同位体比が変化して、燃料棒から
のγ線が変化しても、遅発γ線が精度良く測定でき、し
たがって精度良く実効核***性物質の量およびその分布
変化を測定できる。

【００３１】また、中性子照射前、後の２台のγ線検出
器は形状および検出性能が同じで、中性子源を中心とし
て対称の位置に置かれ、２台のγ線検出器と中性子源と
の間の中性子減速体、中性子遮蔽体、γ線遮蔽体などの
構造物も対称に配置されているので、Ｃｆ−２５２等の
中性子源に起因するバッググランドγ線が２台のγ線検
出器に入射する頻度が同等となり、前後データの減算の
際に中性子源に起因するバックグランドγ線が正味の遅
発γ線データに残ることがなく、精度良い測定ができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉用燃料棒の非破壊検査装置
の一実施例を示す図。

【図２】原子炉用燃料棒に充填される核種のγ線エネル
ギとγ線計数との関係を示す図。

【図３】本発明の原子炉用燃料棒の非破壊検査装置の一
実施例に相当する中性子照射部の内部構造を示す図。

【図４】中性子照射前γ線と中性子照射後のγ線を組み
合せて実効核***性物質量を求める方法を示す図。

【図５】従来の原子炉用燃料棒の非破壊検査装置を示す
図。

【符号の説明】

２０　　原子炉用燃料棒の非破壊検査装置２１　　透過
γ線検出部 ２２　　γ線スペクトル検出部 ２３　　遅発γ線バックグラウンド検出部（中性子照射
前のγ線強度の燃料棒軸方 向分布の測定手段） ２４　　中性子照射部（中性子照射手段）２５　　遅発
γ線検出部（中性子照射後の遅発γ線の燃料棒軸方向分
布測定手段） ２６　　中性子源 ２７　　燃料棒案内管 ２８　　ハウジング ２９　　中性子減速体 ３０，３２　　γ線遮蔽体 ３１　　中性子遮蔽体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料棒に中性子を照射する手段と、中
   性子照射前に燃料棒から放出されるγ線強度の燃料棒軸
   方向分布を測定する手段と、中性子照射後に前記燃料棒
   から放出される遅発γ線の燃料棒軸方向分布を測定する
   前記γ線強度測定手段と同じ構成の測定手段と、中性子
   照射後のγ線軸方向分布データから中性子照射前のγ線
   軸方向分布データを減算し正味の遅発γ線強度分布を求
   める手段と、求めた正味の遅発γ線強度分布から実効核
   ***性物質の量および分布変化を検出する検出手段を有
   することを特徴とする原子炉用燃料棒の非破壊検査装置
   。
2. 【請求項２】　　燃料棒に中性子を照射する手段はカリ
   フォルニウム−２５２等の中性子源を有し、中性子照射
   前に燃料棒から放出されるγ線強度の燃料棒軸方向分布
   を測定する手段と中性子照射後に前記燃料棒から放出さ
   れる遅発γ線強度の燃料棒軸方向分布を測定する手段と
   は形状および検出性能が等しいγ線検出器であり、前記
   両γ線検出器を、中性子を照射する中性子源を中心とし
   た対称位置に設け、上記中性子源と両γ線検出器との間
   に少なくとも中性子減速体、中性子遮蔽体およびγ線遮
   蔽体を前記中性子源を中心としてほぼ対称に配置したこ
   とを特徴とする原子炉用燃料棒の非破壊検査装置。