JP2000352596A

JP2000352596A - 破損燃料検出方法および装置

Info

Publication number: JP2000352596A
Application number: JP11163341A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Wakamatsu; 光夫若松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却材サンプリングのタイミングを的確に捉え
あるいは冷却材をサンプリングすることなしに、燃料破
損を正確に検出することのできる破損燃料検出方法およ
び装置を提供する。【解決手段】炉水６で満たされた原子炉容器５内の下部
格子板３に植立された燃料集合体チャンネル１と上部格
子板４にシッパーキャップ７ならびにインナーキャップ
８をかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃
料集合体チャンネルの上部に気液界面を作り、冷却材流
れをせき止めて集合体内の冷却材をサンプリングし、こ
の冷却材を分析して行う破損燃料検出方法において、サ
ンプリングされる冷却材の温度を測定し、その温度上昇
曲線より判断してサンプリングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉容器内の破損
燃料を検出する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水炉では、破損燃料検出方法として炉
内シッピング法がある。これは、燃料集合体チャンネル
の上部にシッパーキャップを装着し、シッパーキャップ
内に空気を送ることにより燃料集合体チャンネル内の上
部に気液界面を形成し崩壊熱によりチャンネル内の温度
が上昇した後に、サンプリングノズルから集合体内冷却
材をサンプリングし分析を行い、放射線量レベルとバッ
クグランド線量と比較することにより破損燃料を検出す
る方法である。

【０００３】図20，21はこのような破損燃料検出方法お
よび装置の構成を示す。図20に示すように、燃料集合体
チャンネル１には複数の燃料棒２が収容され、複数の燃
料集合体チャンネル１が下部格子板３に植立され、上部
格子板４でサポートされて、原子炉容器５に収容されて
いる。原子炉容器５内には炉水６が満たされている。

【０００４】原子炉の通常運転中は、冷却材が燃料集合
体チャンネル１の下部から図示しないポンプで押し込ま
れ上方に流れる。一方、燃料棒２が破損した場合は、核
分裂反応によって副成したＦＰガスが放出されるので、
循環している炉水６のオフガス濃度が高くなるため、原
子炉運転を停止して破損燃料を検出し、新燃料と交換す
る必要がある。

【０００５】この破損燃料の検出方法のひとつとして炉
内シッピング法がある。炉内シッピング方では、燃料集
合体チャンネル１と上部格子板４にシッパーキャップ７
とインナーキャップ８をかぶせ、シッパーキャップ７内
にコンプレッサ９から空気供給バルブ10，空気供給ホー
ス11および空気供給ノズル12を介して加圧空気を送り、
燃料集合体チャンネル１の上部に空気隔離層13を作り冷
却材の流れをせき止める。この状態で一定時間放置し、
崩壊熱により破損燃料から生じるＦＰガスが出やすい状
態にし、燃料集合体チャンネル１内の冷却材をサンプリ
ングノズル14，サンプリングホース15を介して吸上げポ
ンプ16で吸引し、サンプリングチューブ17を経てサンプ
リングボトル18に採取する。採取した冷却材を放射分析
して、バックグラウンドよりレベルが高ければ、それが
破損燃料集合体であると判定する。

【０００６】原子炉では破損燃料は１体とは限らないの
で、全部の燃料集合体チャンネル１にシッパキャップ７
を装着して冷却材のサンプリングをおこなう。異なる燃
料集合体チャンネル１に装着した場合はサンプリングホ
ース15に純水を逆流させて洗浄を行う。なお、コンプレ
ッサ９，吸上げポンプ16，サンプリングボトル18等はオ
ペレーションフロアー19上に設置されている。

【０００７】図21は上部格子板４にシッパーキャップ７
を装着した状態を拡大して示す。ひとつのシッパーキャ
ップ７の中に複数のインナーキャップ８（図では２個）
を構成したタイプである。インナーキャップ８は燃料集
合体チャンネル１にパッキン19を介してシールされてい
る。また、インナーキャップ８の上底にはシッパーキャ
ップ７内の空間とインナーキャップ８内空間を連通する
連通孔21があけられており、シッパーキャップ７内に導
入された空気はインナーキャップ８内にも入り、冷却材
の液面を押し下げる。そして、シッパーキャップ７の切
り欠き22から空気をブローさせながら空気隔離層13を形
成する。

【０００８】このように炉内シッピング法は、燃料集合
体チャンネル１と上部格子板４にシッパーキャップ７な
らびにインナーキャップ８をかぶせ、シッパーキャップ
７内にコンプレッサ９３から空気供給ホース11、空気供
給ノズル12を介して加圧空気を送り、燃料集合体チャン
ネル１の上部に空気隔離層13を作り、冷却材の流れをせ
き止める（ソーキングという）。この状態で一定時間放
置して、崩壊熱により破損燃料があった場合のＦＰガス
を生成滞留させ、集合体内の冷却材をサンプリングホー
ス15を介してサンプリングボトル18に採取する。この場
合、燃料集合体チャンネル１内の冷却材をサンプリング
する必要があるため、サンプリングホース15内に溜まっ
ている洗浄用の純水を吸上げポンプ16で一定時間吸い上
げてドレンした後、サンプリングボトル18をサンプリン
グチューブ17の下に差し込み、冷却材をサンプリングす
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の炉内シッピング
法においては、ソーキング中にＦＰガスは空気隔離層13
の直下部に主に溜まるので、サンプリングボトル18にサ
ンプルするタイミングが重要になる。特に、サンプリン
グホース15内に溜まっている洗浄用の純水を吸上げポン
プ16で吸い上げドレンする（予備吸上げとよぶ）のは経
験的に決められた一定の時間であるため、サンプリング
ボトル18に採取された冷却材が破損燃料を検出するのに
最も適した領域からはずれてしまい破損燃料の検出が難
しくなる恐れがある。

【００１０】そこで本発明は、冷却材サンプリングのタ
イミングを的確に捉えあるいは冷却材をサンプリングす
ることなしに、燃料破損を正確に検出することのできる
破損燃料検出方法および装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、炉水で満たされた原子炉容器内の下部格子板に植立
された燃料集合体チャンネルと上部格子板にシッパーキ
ャップならびにインナーキャップをかぶせ、シッパーキ
ャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャンネルの上
部に気液界面を作り、冷却材流れをせき止めて集合体内
の冷却材をサンプリングし、この冷却材を分析して行う
破損燃料検出方法において、サンプリングされる冷却材
の温度を測定し、その温度上昇曲線より判断してサンプ
リングを行うことを特徴とする。

【００１２】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明において、サンプリングされる冷却材の温度
の測定は、燃料集合体チャンネル上部またはサンプリン
グチューブ末端近傍の少なくともいずれか一方において
行うことを特徴とする。

【００１３】請求項３に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にかぶせられたシッパーキャッ
プならびにインナーキャップ内に加圧空気を送る空気供
給装置と、燃料集合体チャンネルの上部の冷却材を吸上
げるポンプと、このポンプの吐出側に接続されたサンプ
リングチューブ内または前記燃料集合体チャンネル上部
の冷却材の温度の少くともいずれか一方をモニタする温
度モニタと、前記サンプリングチューブ上に接続され前
記温度モニタからの信号によって切換えられる三方弁を
備えたことを特徴とする。

【００１４】請求項４に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空
気を送って燃料集合体チャンネルの上部に気液界面を作
り冷却材流れをせき止めて、集合体内上部冷却材の液面
下部に可視光を照射し、燃料集合体内チャンネル上部の
ＦＰガスの挙動を外部の画像処理装置によって検知する
ことを特徴とする。

【００１５】請求項５に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空
気を送って燃料集合体チャンネルの上部に気液界面を作
り冷却材流れをせき止めて、集合体内上部冷却材の液面
下部のガンマ線量レベルを計測し、ガンマ線量レベル高
を感知することにより燃料棒の破損を検出することを特
徴とする。

【００１６】請求項６に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空
気を送って燃料集合体チャンネルの上部に気液界面を作
り冷却材流れをせき止めて、集合体内上部冷却材の液面
下部の電導度を計測し、ＦＰガスを含む冷却材の電導度
低下を感知することにより燃料棒の破損を検出すること
を特徴とする。

【００１７】請求項７に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空
気を送って燃料集合体チャンネルの上部に気液界面を作
り冷却材流れをせき止めて、集合体内上部冷却材の液面
下部のボイド率を計測し、ＦＰガスを含む冷却材のボイ
ド率異常を感知することにより燃料棒の破損を検出する
ことを特徴とする。

【００１８】請求項８に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空
気を送って燃料集合体チャンネルの上部に気液界面を作
り冷却材流れをせき止めて、集合体内上部冷却材の液面
下部の密度を計測し、ＦＰガスを含む冷却材の密度異常
を感知することにより燃料棒の破損を検出することを特
徴とする。

【００１９】請求項９に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空
気を送って燃料集合体チャンネルの上部に気液界面を作
り冷却材流れをせき止めて、集合体内上部冷却材の液面
下部の超音波の反射を計測し、ＦＰガスを含む冷却材の
発信側と受信側の異常を感知することにより燃料棒の破
損を検出することを特徴とする。

【００２０】請求項10に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをかぶせ、シッパーキャップ内に加圧空
気を送って燃料集合体チャンネルの上部に気液界面を作
り冷却材流れをせき止めて、集合体内上部冷却材の液面
下部のレーザ光波の反射を計測し、ＦＰガスを含む冷却
材の発光側と受光側の乱反射による異常を感知すること
により燃料棒の破損を検出することを特徴とする。

【００２１】請求項11に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にかぶせられたシッパーキャッ
プならびにインナーキャップ内に加圧空気を送る空気供
給装置と、燃料集合体チャンネル上部冷却材中に挿入さ
れた光センサまたはガンマ線センサまたは電導度センサ
またはボイド率センサまたは密度センサまたは超音波セ
ンサまたはレーザ光センサの少くともいずれか一つと、
前記センサからの計測信号を受けて計測データの処理を
行う計測処理装置とを備えたことを特徴とする。

【００２２】請求項12に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の燃料集合体チャンネルの上方炉水液
面下部に原子炉容器上を水平方向に走行するトラバース
台に支持され発光側と受光側を備えて垂直ビームを発光
するレーザプローブを挿入し、集合体内の破損燃料棒か
ら放出されるＦＰガス泡によるレーザ光の反射を計測
し、ＦＰガス泡を含む冷却材の発光側と受光側の乱反射
によるドップラ信号の異常を感知することにより燃料棒
の破損を検出することを特徴とする。

【００２３】請求項13に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の燃料集合体チャンネルの上方側面に
原子炉容器上を水平方向に走行するトラバース台に支持
され水平方向にレーザビームを出す発光側と受光側を備
えたレーザプローブを挿入し、集合体内の破損燃料棒か
ら放出されるＦＰガス泡によるレーザ光の反射を計測
し、ＦＰガス泡を含む冷却材の発光側と受光側の乱反射
による異常を感知することにより燃料棒の破損を検出す
ることを特徴とする。

【００２４】請求項14に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の燃料集合体チャンネルの上方側面対
角位置に原子炉容器上を水平方向に走行するトラバース
台に支持され水平方向にレーザビームをだす発光側と受
光側を備えたレーザプローブを挿入し、集合体内の破損
燃料棒から放出されるＦＰガス泡によるレーザ光の反射
を計測し、ＦＰガス泡を含む冷却材の発光側と受光側の
乱反射による受光時間異常を感知することにより燃料棒
の破損を検出することを特徴とする。

【００２５】請求項15に対応する発明は、燃料集合体チ
ャンネルを収容し炉水で満たされた原子炉容器上を水平
方向に走行するトラバース台と、このトラバース台に支
持され炉水中に挿入されて前記燃料集合体チャンネルか
ら発生するＦＰガス泡を検出するレーザプローブと、原
子炉容器外に設けられ前記レーザプローブの検出信号を
処理する計測処理装置とを備えたことを特徴とする。

【００２６】請求項16に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の燃料集合体チャンネルの上部にＦＰ
ガスたまりを設け、炉運転中ならびに炉停止直後の燃料
集合体中の炉水およびＦＰガスを一時的に前記ＦＰガス
たまりに捕集し、このＦＰガスたまり内の炉水およびＦ
Ｐガスをサンプリングして放射分析することを特徴とす
る。

【００２７】請求項17に対応する発明は、請求項16に対
応する発明において、ＦＰガスたまりは燃料集合体チャ
ンネルのハンドリングヘッドの上底に設けることを特徴
とする。

【００２８】請求項18に対応する発明は、請求項16に対
応する発明において、ＦＰガスたまりは燃料集合体チャ
ンネルの上部に設けられた支持具に取付けることを特徴
とする。

【００２９】請求項19に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の燃料集合体チャンネルの上部に設け
られ炉運転中および炉停止直後の燃料集合体中の炉水と
ＦＰガスを捕集する捕集器と、この捕集器内の炉水とＦ
Ｐガスを原子炉容器外に取出す採取器と、この採取器で
採取した炉水とＦＰガスの放射能を分析する放射分析器
とを備えたことを特徴とする。

【００３０】請求項20に対応する発明は、炉水で満たさ
れた原子炉容器内の下部格子板に植立された燃料集合体
チャンネルと上部格子板にシッパーキャップならびにイ
ンナーキャップをシールした状態で装着し、シッパーキ
ャップ内に加圧された炉水と温度の異なる純水を送り、
燃料集合体チャンネル内を純水で満たし、流れをせき止
め崩壊熱でさらに温度上昇した後の集合体内の純水をサ
ンプリングして行うことを特徴とする。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の破損燃料検出方法
および装置の実施の形態を図１から図19を参照して説明
する。なお従来の技術と変わらない部分は図20，21を参
照する。本発明の第１の実施の形態は、その全体構成を
図１（ａ）に示すように、サンプリングチューブ17の途
中に熱電対25を設け、この熱電対25の出力を表示する温
度モニタ26を接続し、また、サンプリングチューブ17上
に三方弁27を接続し、この三方弁27の一方の出口の下に
サンプリングボトル18を置き、他方の出口はバイパスチ
ューブ28を接続しその下にはドレン29付きの予備ボトル
30を置いたものである。コンプレッサ９，空気供給バル
ブ10，吸上げポンプ16，三方弁27，サンプリングボトル
18等はオペレーションフロアー19上に設置された炉内シ
ッピング操作盤24内に収容する。原子炉容器５側の構成
は、図20に示した従来のものと同じである。

【００３２】このように構成した破損燃料検出装置にお
いて、熱電対25の温度応答を図１（ｂ）に示す。予備吸
上げの最初の温度Ｔ１はオペレーションフロアー19の気
中にあるサンプリングホース15内の水の温度を示し、温
度Ｔ２は炉水６中の空気隔離層13までのサンプリングホ
ース15内の温度を示し、温度Ｔ３は空気隔離層13より燃
料集合体内温度で崩壊熱によって上昇した温度を示して
いる。この温度を温度モニタ26でモニタしながら、予備
吸上げからソーキング中の空気隔離層13の直下部の冷却
材温度上昇で通過点の温度上昇の信号を感知した時点ｔ
2 直後のタイミングをねらい、予備ボトル30からサンプ
リングボトル18に三方弁27を切り替えて採取する。

【００３３】このように本第１の実施の形態によれば、
冷却材のサンプリングを正確なタイミングで行うことが
でき、燃料集合体内の冷却材が破損燃料を検出するのに
最も適した領域に一致し、破損燃料の検出を正確に行う
ことができる。

【００３４】本発明の第２の実施の形態を図２に示す。
これは、上記第１の実施の形態において、三方弁27を電
動型とし、温度モニタ26にサンプリングタイミング（図
１（ｂ）のｔ2 ）判断機能を持たせ、温度モニタ26から
三方弁27に信号を送るフィードバック回路31を設けたも
のである。

【００３５】この実施の形態によれば、冷却材サンプリ
ングの適切なタイミングが温度モニタ26によって自動的
に判断され、その信号によって三方弁27が自動的に切替
えられる。こうして、燃料集合体内の冷却材が破損燃料
を検出するのに最も適した領域に一致し、破損燃料の検
出精度を向上させることができる。

【００３６】本発明の第３の実施の形態を図３に示す。
これは図３（ａ）に示すように、上記第１の実施の形態
において空気供給バルブ10と空気供給ホース11の間に排
気バルブ32を設けたものである。

【００３７】このような構成において、サンプリングチ
ューブ17内を流れてくる冷却材の温度を温度モニタ26で
モニタしながら、予備吸い上げからソーキング中の空気
隔離層13の直下部の冷却材温度上昇で通過点の温度上昇
の信号を感知した直後のタイミングをねらい三方弁27に
フイードバックし、予備ボトル30からサンプリングボト
ル18に三方弁27を切り替えて、図３（ｂ）に示すように
１回目のサンプリング(1) を行う。しかし、燃料集合体
チャンネル１内の燃料棒２の下部にリークホールがあっ
た場合はＦＰガスが空気隔離層13の近くまで上昇してこ
ないことも考えられる。この場合は排気バルブ32を開い
て燃料棒２の周囲の冷却材をソーキングを解除すること
により上部に流しながら２回目のサンプリング(2) を行
う。このようにサンプリングのタイミングを複数設ける
ことにより集合体内の冷却材が破損燃料を検出するのに
最も適した領域に一致し、また燃料棒２の下部の破損に
ついても検出精度を向上させることができる。

【００３８】本発明の第４の実施の形態を図４に示す。
これは、第１の実施の形態において燃料集合体チャンネ
ル１内において空気隔離層13の下部の冷却材温度を計測
する熱電対25ａを設けたものである。

【００３９】この熱電対25ａとサンプリングチューブ17
上の熱電対25の温度をモニタしながら、予備吸い上げか
らソーキング中の空気隔離層13の直下部の冷却材温度上
昇で通過点の温度上昇の信号を感知した直後のタイミン
グをねらい三方弁27にフイードバックし、ドレン29に接
続された予備ボトル30からサンプリングボトル18に三方
弁27を切り替えてサンプリングをする。このようにサン
プリングのタイミングを正確に把握することにより、集
合体内の冷却材が破損燃料を検出するのに最も適した領
域に一致し、また燃料棒２下部の破損についても検出精
度を向上させることができる。

【００４０】本発明の第５の実施の形態を図５に示す。
この実施の形態は、図５（ｂ）に示すような画像光ファ
イバ素子34と照明光ファイバ35を束ねた光ファイバ被覆
管36を、図５（ａ）に示すように、シッパーキャップ７
の上部から集合体内上部冷却材の液面下部に挿入し、オ
ペレーションフロアー19上には、画像インタフェイス37
と、画像モニタ38と画像プロセッサ39と、光源40を設け
たものである。

【００４１】この実施の形態によれば、破損燃料棒２か
ら放出されるＦＰガス33の挙動を光ファイバあるいは電
気信号で画像データとして導出し、オペレーションフロ
アーの画像モニタ38ならびに画像処理プロセッサ39でＦ
Ｐガスの有無を感知することにより、燃料集合体チャン
ネル１内の冷却材のサンプリングをおこなわなくとも燃
料棒２の破損を検出することができる。

【００４２】本発明の第６の実施の形態を図６に示す。
この実施の形態は前記第１の実施の形態と第５の実施の
形態を複合したものであり、図６（ａ）に示すようにシ
ッパーキャップ７から集合体内上部冷却材の液面下まで
サンプリングノズル14と光ファイバ被覆管36を挿入し、
オペレーションフロアー19上にはサンプリングボトル等
の冷却材採取の装置と画像モニタ38等の画像監視の装置
を設けたものである。図６（ｂ）に示すように、サンプ
リングノズル14の内側に隙間をおいて光ファイバ被覆管
を通し、画像光ファイバ素子34はＦＰガス気泡33を撮像
し、サンプリングノズル14は冷却材を吸上げる。サンプ
リングノズル14の上端に分岐管41とシール具42を取付け
て光ファイバ被覆管36とサンプリングホース15を分岐す
る。

【００４３】この第６の実施の形態においては、画像モ
ニタ87ならびに画像処理プロセッサ88でＦＰガスの有無
を感知するとともに、ＦＰガスの存在が画像データで検
知されたら、さらに確実性を増すために燃料集合体チャ
ンネル１内の冷却材サンプリングを行い、放射分析を行
って燃料棒２の破損を調べる。ここで図示はしないが、
ＦＰガス気泡を効率よく検出する方法として、ＦＰガス
気泡の撮像の際、流路をせばめてレーザスキャンで検出
するようにしてもよい。

【００４４】本発明の第７の実施の形態を図７に示す。
これは、インナーキャップ８内の冷却材液面下にガンマ
線センサ43を挿入したものである。ガンマ線センサ43は
保護管44内に収容され、リード線45が接続されている。
リード線45は計測処理装置46に接続してある。

【００４５】このような構成の第７の実施の形態におい
ては、破損燃料棒２から放出されるＦＰガス（主にヨウ
素）の線量を電気信号でリード線45を経由して導出し、
オペレーションフロアー19の計測処理装置46でＦＰガス
がある場合の線量レベルの高い異常を検出することによ
り、燃料集合体チャンネル１内の冷却材サンプリングを
おこなわなくとも燃料棒２の破損を検出することができ
る。

【００４６】本発明の第８の実施の形態を図８に示す、
これは、前記第７の実施の形態におけるガンマ線センサ
の代りに保護管44で覆われた電導度センサ47を挿入し、
絶縁ブロック48で絶縁された電極49ａと49ｂの間で測定
した電導度を電気信号でリード線45を経由して導出し、
オペレーションフロアーの計測処理装置で処理し、破損
燃料棒から放出されるＦＰガスが存在する場合の電導度
の異常（低下）を感知する。これにより、燃料集合体内
の燃料棒の破損を検出することができる。

【００４７】本発明の第９の実施の形態を図９に示す。
これは、前記第７の実施の形態におけるガンマ線センサ
の代りに保護管44で覆われたボイドセンサ50を挿入する
ものである。破損燃料棒から放出されるＦＰガス33が存
在する場合のボイド率を電気信号でリード線45を経由し
て導出し、オペレーションフロアーの計測処理装置でＦ
Ｐガスがある場合のボイド率の異常（バクグラウンドに
対して上昇）を検出する。こうして、燃料集合体内の冷
却材サンプリングをおこなわなくとも燃料棒の破損を検
出することができる。ここで用いるボイドセンサ50とし
ては２電極タイプあるいはレーザの光軸遮蔽で検出する
タイプ等が使用できる。

【００４８】本発明の第10の実施の形態を図10に示す。
これは、前記第７の実施の形態におけるガンマ線センサ
の代りに密度センサを用いるものである。すなわち、イ
ンナーキャップ内の冷却材中に保護管44で覆われた密度
センサ51を挿入し、冷却材密度を電気信号でリード線45
を経由して連続的に導出し、計測処理装置で処理して、
ＦＰガスがある場合の密度の異常（バックグラウンドに
対して低下）を検知する。こうすることにより、燃料集
合体チャンネル内の燃料棒の破損を検出することができ
る。

【００４９】本発明の第11の実施の形態を図11に示す。
これは、前記第７の実施の形態におけるガンマ線センサ
の代りに超音波センサを用いるものである。すなわち、
インナーキャップ内冷却材中に保護管44で覆われた超音
波センサ52を挿入し、発信側ブロック53と受信側ブロッ
ク54の超音波信号を電気信号でリード線45を経由して導
出し外部のオペレーションフロアーの計測処理装置で処
理し、破損燃料棒から放出されるＦＰガス泡33が存在す
る場合の受信側超音波のバックグラウンドに対してＦＰ
ガスの乱反射のために相互相関で得られる距離データを
算出する（発受信センサ間距離よりも短くなる）。こう
して燃料集合体内の燃料棒の破損を検出することができ
る。

【００５０】本発明の第12の実施の形態を図12に示す。
これは、前記第７の実施の形態におけるガンマ線センサ
の代りにレーザセンサを用いるものである。すなわち、
インナーキャップ内冷却材中に保護管44で覆われたレー
ザプローブ55を挿入し、発光ブロック56と受光ブロック
57のレーザ光の強度と周波数信号を電気信号でレーザフ
ァイバ58を経由して導出し、オペレーションフロアーの
計測処理装置で処理し、破損燃料棒から放出されるＦＰ
ガス泡33が存在する場合の受信側レーザ光のバックグラ
ウンドに対するＦＰガスの乱反射のために相互相関で得
られる距離データの変化を検出する（発受光センサ間距
離よりも短くなる）。こうして、燃料集合体内の燃料棒
の破損を検出することができる。

【００５１】本発明の第13の実施の形態を図13に示す。
すなわち、炉水６で満たされた原子炉容器５内の下部格
子板３に植立された燃料集合体チャンネル１の上方、炉
水６の液面下部に発光側と受光側を備えたレーザプロー
ブ55を挿入する。レーザプローブ55は、中心にレーザフ
ァイバ58が通ったサポート保護管64を介して、トラス59
上を走行するＸ方向トラバース台60に保持され、トラス
59は、原子炉容器５の縁を走行するＹ方向トラバース台
61に支持されている。

【００５２】このような構成において、対象とする集合
体内に炉水６液面近傍のレーザプローブ55から炉水６を
通過して発光ビーム62を照射して反射ビーム63を受光側
で受ける。破損燃料棒２から放出されるＦＰガス泡33に
よるレーザ光の反射をオペレーションフロアー19の計測
処理装置46で計測し、バックグラウンドとの比較により
ＦＰガス泡33を含む冷却材の発光側と受光側の乱反射に
よるドップラ信号の異常を感知することにより、燃料集
合体チャンネル１内の燃料棒２の破損を検出することが
できる。

【００５３】本発明の第14の実施の形態を図14に示す。
これは、上記第13の実施の形態においてレーザブロック
55をサポート保護管64の下端に取付け、燃料集合体チャ
ンネル１の上方の炉水６中に位置させるようにしたもの
である。このような構成であると、レーザブロック55と
ＦＰガス泡33の発生部が近くなり、ＦＰガス泡をより確
実に検出することができる。

【００５４】本発明の第15の実施の形態を図15に示す。
すなわち、炉水６で満たされた原子炉容器５内の下部格
子板３に植立された燃料集合体チャンネル１の上方側部
に、サポート保護管64に支持され水平方向にレーザビー
ムを発受光するレーザプローブ55を位置させる。レーザ
プローブ55は、図15（ｂ）に示すように、レーザファイ
バ58中を送られてきたレーザ光を集束するレンズ65と、
そのレーザ光を水平方向に曲げるミラー66を備える。ま
た、図15（ｃ）に示すように、ひとつのレーザプローブ
55を使ってＸ方向トラバース60と角度を90度変えたＹ方
向トラバース61の両方から水平方向にレーザビームを照
射してマトリックスの行と列によってＦＰガス泡を放出
している燃料集合体チャンネルを検出する。これにより
その交点として破損燃料集合体を検出できる。

【００５５】本発明の第16の実施の形態を図16に示す。
すなわち、炉水６で満たされた原子炉容器５内の下部格
子板３に植立された燃料集合体チャンネル１の上方側部
において原子炉容器５の内側の対角位置に、水平方向に
レーザビームを発受光するレーザプローブ55とレーザビ
ームを受けるレーザプローブ67がレーザファイバ58を中
心に通したサポート保護管64によって支持して挿入し、
トラバース台61で縦横に移動できるようにしたものであ
る。

【００５６】この実施の形態のよれば、燃料集合体内の
破損燃料棒から放出されるＦＰガス泡33によるレーザ光
の反射を計測処理装置46で計測し、バックグラウンドと
の比較によりＦＰガス泡を含む冷却材の発光側と受光側
の乱反射による相互相関（発光側と受光側の信号の時間
遅れから距離をだす）によりＦＰガス放出位置を検知す
ることができる。

【００５７】本発明の第17の実施の形態を図17に示す。
すなわち、図17（ａ）に示すように燃料集合体チャンネ
ル１のハンドリングヘッド68の上底にＦＰガスたまり69
を設ける。ＦＰガスたまり69はその上底に外から押され
た時だけ開くシールピン70を有する。運転中、ならびに
炉停止直後の燃料集合体中の冷却材、あるいはＦＰガス
はこのＦＰガスたまり69にたまる。炉を開放した後で
も、ＦＰガスたまり69は図示しないシール構造とシール
ピン70でシールされ、ＦＰガスは浮力が働くためＦＰガ
スたまり69に保存される。炉を開放した後、図17（ｂ）
に示す押しボタン71付き筒状のサポート72でシールピン
70を押すことにより、ＦＰガスたまり69内の炉水をサン
プリングする。この炉水を放射分析器73によって分析し
て破損燃料を検出する。

【００５８】本発明の第18の実施の形態を図18に示す。
本実施の形態はＦＰガス気泡捕集方法に関するもので、
燃料集合体チャンネル１の上部に固定格子75を設け、こ
の固定格子75にＦＰガスたまり69を取付ける。このＦＰ
ガスたまりは下方に開いたラッパ状ガイド76および内部
にはバネ77とストッパ78を有し、上底にはシールピン70
を有する。ＦＰガス気泡およびＦＰガスを含む冷却材の
捕集と分析のやり方は上記第17の実施の形態におけると
同じである。

【００５９】本発明の第19の実施の形態を図19に示す。
すなわち、燃料集合体チャンネル１と上部格子板４にシ
ッパーキャップ７ならびにインナーキャップ８をパッキ
ン20とシッパーキャップシール79でシールした状態で装
着し、純水供給源80から純水供給ホース81を介してシッ
パーキャップ７内に加圧された炉水と温度の異なる（高
温）純水を送り、温度衝撃を与え破損燃料棒があった場
合にＦＰガスが放出し易い状態にして、流れをせき止め
崩壊熱でさらに温度上昇した後、集合体内の純水をサン
プリングする。なお、ガス抜きノズル82およびガス抜き
バルブ83はオペレーションフロアー19から最初に炉水中
にシッパキャップ７を漬ける時のガス抜きを行うための
ものである。

【００６０】以上、いろいろな実施の形態を説明した
が、本発明によれば、サンプリングボトル側のサンプリ
ングチューブにサンプリング水の温度を計測するための
熱電対（他の温度計測手段でも可）を設け、この熱電対
の温度応答をモニタしながら予備吸い上げからソーキン
グ中の空気隔離層の直下部の冷却材温度上昇で通過点の
温度上昇の信号を感知した直後のタイミングをねらいド
レンに接続された予備ボトルからサンプリングボトルに
三方弁を切り替えて採取するようにしたので、サンプリ
ングのタイミングを正確に行うことができ、集合体内の
冷却材が破損燃料を検出するのに最も適した領域に一致
し破損燃料の検出精度を向上させることができる。

【００６１】また、シッパーキャップ内に空気供給ホー
スから加圧空気を送り燃料集合体チャンネルの上部に空
気隔離層を作り冷却材流れをせき止める構成とレーザプ
ローブ、ガンマ線計測センサ、ボイドセンサ、密度セン
サ、超音波センサを使用する方法により、破損燃料棒か
ら放出されるＦＰガスが存在する場合の信号の微妙な変
化をリード線を経由して導出し外部の計測処理装置で処
理し、ＦＰガスがある場合のバックグラウンドに対する
ＦＰガスの乱反射等のための変化を感知することによ
り、燃料集合体内の冷却材サンプリングをおこなうこと
なく燃料棒の破損を検出することができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明の破損燃料検出方法あるいは破損
燃料検出装置によれば、原子炉容器内の破損燃料の検出
精度を向上させることができ、破損燃料を確実に検出す
ることができるとともに検出作業の省力化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は全
体図、（ｂ）はサンプリングチューブ内の温度応答曲線
図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の要部を示す図。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示し、（ａ）は要
部を示す図、（ｂ）はサンプリングチューブ内の温度応
答曲線図。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示す図。

【図５】本発明の第５の実施の形態を示し、（ａ）は全
体図、（ｂ）は画像光ファイバ素子の構成図。

【図６】本発明の第６の実施の形態を示し、（ａ）は全
体図、（ｂ）は画像光ファイバとサンプリングノズルの
構成図。

【図７】本発明の第７の実施の形態を示し、（ａ）は全
体図、（ｂ）はガンマ線センサの構成図。

【図８】本発明の第８の実施の形態において用いる電導
度センサの構成図。

【図９】本発明の第９の実施の形態において用いるボイ
ドセンサの構成図。

【図１０】本発明の第10の実施の形態において用いる密
度センサの構成図。

【図１１】本発明の第11の実施の形態において用いる超
音波センサの構成図。

【図１２】本発明の第12の実施の形態を示し、（ａ）は
全体図、（ｂ）はレーザプローブの構成図。

【図１３】本発明の第13の実施の形態を示す図。

【図１４】本発明の第14の実施の形態を示す図。

【図１５】本発明の第15の実施の形態を示し、（ａ）は
全体図、（ｂ）はレーザプローブの構成図、（ｃ）はレ
ーザプローブのトラバース台の移動方向を示す原子炉容
器平面図。

【図１６】本発明の第16の実施の形態を示す図。

【図１７】本発明の第17の実施の形態を示し、（ａ）は
ＦＰガスたまりの構成を示す図、（ｂ）はＦＰガスたま
りのサンプリングシステムの図。

【図１８】本発明の第18の実施の形態を示し、ＦＰガス
たまりの構成を示す図。

【図１９】本発明の第19の実施の形態を示す図。

【図２０】従来の破損燃料検出方法および装置を示す
図。

【図２１】従来の破損燃料検出方法で用いるシッパーキ
ャップの断面図。

【符号の説明】

１…燃料集合体チャンネル、２…燃料棒、３…下部格子
板、４…上部格子板、５…原子炉容器、６…炉水、７…
シッパーキャップ、８…インナーキャップ、９…コンプ
レッサ、10…空気供給バルブ、11…空気供給ホース、12
…空気供給ノズル、13…空気隔離層、14…サンプリング
ノズル、15…サンプリングホース、16…吸上げポンプ、
17…サンプリングチューブ、18…サンプリングボトル、
19…オペレーションフロアー、20…パッキン、21…連通
孔、22…シッパーキャップの切り欠き、23…ソーキング
バブル、24…炉内シッピング操作盤、25…熱電対、26…
温度モニタ、27…三方弁、28…バイパスチューブ、29…
ドレン、30…予備ボトル、31…フイードバック回路、32
…排気バルブ、33…ＦＰガス気泡、34…画像光ファイバ
素子、35…照明光ファイバ、36…光ファイバ被覆管、37
…画像インタフェイス、38…画像モニタ、39…画像処理
プロセッサ、40…光源、41…分岐管、42…シール具、43
…ガンマ線センサ、44…保護管、45…リード線、46…計
測処理装置47…電導度センサ、48…絶縁ブロック、49
ａ，49ｂ…電極、50…ボイドセンサ、51…密度センサ、
52…超音波センサ、53…発信側ブロック、54…受信側ブ
ロック、55…レーザプローブ、56…発光ブロック、57…
受光ブロック、58…レーザファイバ、59…トラス、60…
Ｘ方向トラバース台、61…Ｙ方向トラバース台、62…発
光ビーム、63…反射ビーム、64…サポート保護管、65…
レンズ、66…ミラー、67…レーザプローブ、68…ハンド
リングヘッド、69…ＦＰガスたまり、70…シールピン、
71…押しボタン、72…サポート、73…放射分析器、74…
仕切板、75…固定格子、76…ラッパ状ガイド、77…バ
ネ、78…ストッパ、79…シッパーキャップシール、80…
純水供給源、81…純水供給ホース、82…ガス抜きノズ
ル、83…ガス抜きバルブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
シッパーキャップならびにインナーキャップをかぶせ、
シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャ
ンネルの上部に気液界面を作り、冷却材流れをせき止め
て集合体内の冷却材をサンプリングし、この冷却材を分
析して行う破損燃料検出方法において、サンプリングさ
れる冷却材の温度を測定し、その温度上昇曲線より判断
してサンプリングを行うことを特徴とする破損燃料検出
方法。
【請求項２】サンプリングされる冷却材の温度の測定
は、燃料集合体チャンネル上部またはサンプリングチュ
ーブ末端近傍の少なくともいずれか一方において行うこ
とを特徴とする請求項１記載の破損燃料検出方法。
【請求項３】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
かぶせられたシッパーキャップならびにインナーキャッ
プ内に加圧空気を送る空気供給装置と、燃料集合体チャ
ンネルの上部の冷却材を吸上げるポンプと、このポンプ
の吐出側に接続されたサンプリングチューブ内または前
記燃料集合体チャンネル上部の冷却材の温度の少くとも
いずれか一方をモニタする温度モニタと、前記サンプリ
ングチューブ上に接続され前記温度モニタからの信号に
よって切換えられる三方弁を備えたことを特徴とする破
損燃料検出装置。
【請求項４】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
シッパーキャップならびにインナーキャップをかぶせ、
シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャ
ンネルの上部に気液界面を作り冷却材流れをせき止め
て、集合体内上部冷却材の液面下部に可視光を照射し、
燃料集合体内チャンネル上部のＦＰガスの挙動を外部の
画像処理装置によって検知することを特徴とする破損燃
料検出方法。
【請求項５】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
シッパーキャップならびにインナーキャップをかぶせ、
シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャ
ンネルの上部に気液界面を作り冷却材流れをせき止め
て、集合体内上部冷却材の液面下部のガンマ線量レベル
を計測し、ガンマ線量レベル高を感知することにより燃
料棒の破損を検出することを特徴とする破損燃料検出方
法。
【請求項６】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
シッパーキャップならびにインナーキャップをかぶせ、
シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャ
ンネルの上部に気液界面を作り冷却材流れをせき止め
て、集合体内上部冷却材の液面下部の電導度を計測し、
ＦＰガスを含む冷却材の電導度低下を感知することによ
り燃料棒の破損を検出することを特徴とする破損燃料検
出方法。
【請求項７】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
シッパーキャップならびにインナーキャップをかぶせ、
シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャ
ンネルの上部に気液界面を作り冷却材流れをせき止め
て、集合体内上部冷却材の液面下部のボイド率を計測
し、ＦＰガスを含む冷却材のボイド率異常を感知するこ
とにより燃料棒の破損を検出することを特徴とする破損
燃料検出方法。
【請求項８】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
シッパーキャップならびにインナーキャップをかぶせ、
シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャ
ンネルの上部に気液界面を作り冷却材流れをせき止め
て、集合体内上部冷却材の液面下部の密度を計測し、Ｆ
Ｐガスを含む冷却材の密度異常を感知することにより燃
料棒の破損を検出することを特徴とする破損燃料検出方
法。
【請求項９】炉水で満たされた原子炉容器内の下部格
子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板に
シッパーキャップならびにインナーキャップをかぶせ、
シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体チャ
ンネルの上部に気液界面を作り冷却材流れをせき止め
て、集合体内上部冷却材の液面下部の超音波の反射を計
測し、ＦＰガスを含む冷却材の発信側と受信側の異常を
感知することにより燃料棒の破損を検出することを特徴
とする破損燃料検出方法。
【請求項１０】炉水で満たされた原子炉容器内の下部
格子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板
にシッパーキャップならびにインナーキャップをかぶ
せ、シッパーキャップ内に加圧空気を送って燃料集合体
チャンネルの上部に気液界面を作り冷却材流れをせき止
めて、集合体内上部冷却材の液面下部のレーザ光波の反
射を計測し、ＦＰガスを含む冷却材の発光側と受光側の
乱反射による異常を感知することにより燃料棒の破損を
検出することを特徴とする破損燃料検出方法。
【請求項１１】炉水で満たされた原子炉容器内の下部
格子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板
にかぶせられたシッパーキャップならびにインナーキャ
ップ内に加圧空気を送る空気供給装置と、燃料集合体チ
ャンネル上部冷却材中に挿入された光センサまたはガン
マ線センサまたは電導度センサまたはボイド率センサま
たは密度センサまたは超音波センサまたはレーザ光セン
サの少くともいずれか一つと、前記センサからの計測信
号を受けて計測データの処理を行う計測処理装置とを備
えたことを特徴とする破損燃料検出装置。
【請求項１２】炉水で満たされた原子炉容器内の燃料
集合体チャンネルの上方炉水液面下部に原子炉容器上を
水平方向に走行するトラバース台に支持され発光側と受
光側を備えて垂直ビームを発光するレーザプローブを挿
入し、集合体内の破損燃料棒から放出されるＦＰガス泡
によるレーザ光の反射を計測し、ＦＰガス泡を含む冷却
材の発光側と受光側の乱反射によるドップラ信号の異常
を感知することにより燃料棒の破損を検出することを特
徴とする破損燃料検出方法。
【請求項１３】炉水で満たされた原子炉容器内の燃料
集合体チャンネルの上方側面に原子炉容器上を水平方向
に走行するトラバース台に支持され水平方向にレーザビ
ームを出す発光側と受光側を備えたレーザプローブを挿
入し、集合体内の破損燃料棒から放出されるＦＰガス泡
によるレーザ光の反射を計測し、ＦＰガス泡を含む冷却
材の発光側と受光側の乱反射による異常を感知すること
により燃料棒の破損を検出することを特徴とする破損燃
料検出方法。
【請求項１４】炉水で満たされた原子炉容器内の燃料
集合体チャンネルの上方側面対角位置に原子炉容器上を
水平方向に走行するトラバース台に支持され水平方向に
レーザビームをだす発光側と受光側を備えたレーザプロ
ーブを挿入し、集合体内の破損燃料棒から放出されるＦ
Ｐガス泡によるレーザ光の反射を計測し、ＦＰガス泡を
含む冷却材の発光側と受光側の乱反射による受光時間異
常を感知することにより燃料棒の破損を検出することを
特徴とする破損燃料検出方法。
【請求項１５】燃料集合体チャンネルを収容し炉水で
満たされた原子炉容器上を水平方向に走行するトラバー
ス台と、このトラバース台に支持され炉水中に挿入され
て前記燃料集合体チャンネルから発生するＦＰガス泡を
検出するレーザプローブと、原子炉容器外に設けられ前
記レーザプローブの検出信号を処理する計測処理装置と
を備えたことを特徴とする破損燃料検出装置。
【請求項１６】炉水で満たされた原子炉容器内の燃料
集合体チャンネルの上部にＦＰガスたまりを設け、炉運
転中ならびに炉停止直後の燃料集合体中の炉水およびＦ
Ｐガスを一時的に前記ＦＰガスたまりに捕集し、このＦ
Ｐガスたまり内の炉水およびＦＰガスをサンプリングし
て放射分析することを特徴とする破損燃料検出方法。
【請求項１７】ＦＰガスたまりは燃料集合体チャンネ
ルのハンドリングヘッドの上底に設けることを特徴とす
る請求項16記載の破損燃料検出方法。
【請求項１８】ＦＰガスたまりは燃料集合体チャンネ
ルの上部に設けられた支持具に取付けることを特徴とす
る請求項16記載の破損燃料検出方法。
【請求項１９】炉水で満たされた原子炉容器内の燃料
集合体チャンネルの上部に設けられ炉運転中および炉停
止直後の燃料集合体中の炉水とＦＰガスを捕集する捕集
器と、この捕集器内の炉水とＦＰガスを原子炉容器外に
取出す採取器と、この採取器で採取した炉水とＦＰガス
の放射能を分析する放射分析器とを備えたことを特徴と
する破損燃料検出装置。
【請求項２０】炉水で満たされた原子炉容器内の下部
格子板に植立された燃料集合体チャンネルと上部格子板
にシッパーキャップならびにインナーキャップをシール
した状態で装着し、シッパーキャップ内に加圧された炉
水と温度の異なる純水を送り、燃料集合体チャンネル内
を純水で満たし、流れをせき止め崩壊熱でさらに温度上
昇した後の集合体内の純水をサンプリングして行うこと
を特徴とする破損燃料検出方法。