JPH0363719B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、原子炉用燃料の破損検出方法に係
り、特に燃料集合体内の冷却材をサンプリングし
て燃料破損が生じていないかどうかを検出する燃
料破損検出方法に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

一般に、原子炉容器内には多数の燃料集合体が
配設され炉心部が構成されており、その各燃料集
合体内に、金属製の被覆管内に核燃料を挿入密封
した複数本の燃料棒が配列せしめられている。

すなわち、核燃料は金属製の被覆管によつて密
封され、核分裂によつて発生する有害な核分裂生
成物が冷却材中に拡散しないようにしてある。

しかしながら、被覆管の腐蝕や局所的な応力の
発生または製造上の欠陥等によつて、原子炉運転
中に燃料棒の被覆管が破損したような場合には、
核燃料の核分裂によつて発生する核分裂生成物が
冷却材中に拡散し、冷却材のみならず原子炉系機
器やタービン系機器等が放射能で汚染される可能
性がある。したがつて、破損した燃料棒を有する
燃料集合体の有無を時々点検し、破損した燃料棒
を有する燃料集合体がある場合には、当該燃料集
合体を新らしいものと交換する必要がある。

ところで、燃料集合体の燃料棒被覆管の破損の
有無は、原子炉を通過する冷却材をサンプリング
して冷却材中に含まれる核分裂生成物の濃度を測
定して検出することができる。しかし、多数ある
燃料集合体の中から破損している燃料棒を有する
燃料集合体を検出するためには、各燃料集合体に
ついて個別にその破損検出を行なわなければなら
ない。しかも、燃料集合体の燃料棒に破損がある
場合には、不用意な取り扱いにより作業員が被爆
を受ける可能性があり、炉内機器も汚染される可
能性がある。そのため破損燃料集合体の検出は原
子炉内で行なうことが望ましい。

第１図は、沸騰水型原子炉における燃料破損検
出方法の概略説明図であつて、符号１はチヤンネ
ルボツクス２内に概略的に示す燃料棒群３を装着
した燃料集合体であり、その燃料集合体１は炉心
支持板４上に支持装着されている。一方、冷却材
は上記炉心支持板４の下方から、上記燃料集合体
１のチヤンネルボツクス２の内外に流通せしめら
れ、その冷却材によつて燃料の核分裂により発生
する崩壊熱が冷却除去される。

ところで、このような原子炉において燃料棒の
破損の検出に際しては、燃料集合体１の上端部
に、空気管５とサンプリング管６とが取り付けら
れキヤツプ７を装着する。そして、上記空気管５
を通してキヤツプ７内に空気を供給し、キヤツプ
７内に空気層８を形成する。したがつて、この空
気層８によつて燃料集合体１内の上部に液面９が
形成されるとともに、燃料集合体１内に流入する
冷却材の流れが阻止される。

そこで、このような状態で一定時間保持する
と、燃料棒３の温度が上昇し、燃料棒３の被覆管
上に破損があると破損部から冷却材中に核分裂生
成物が放出され易くなり、また冷却材も加熱さ
れ、燃料集合体１内で冷却材が自然対流によつて
循環し、上記核分裂生成物が冷却材中に溶け込み
ながら燃料集合体１の内部を拡散していく。

しかして、上記一定時間経過後、燃料集合体１
の上部に被冠したキヤツプ７に取り付けてあるサ
ンプリング管６を経て冷却材を炉外に採取し、そ
の採取した冷却材中の放射能濃度を測定すること
によつて燃料集合体の破損の有無を検出する。

しかしながら、このような燃料破損検出方法に
おいては、下記のような不都合がある。すなわ
ち、破損燃料の検出作業は、炉内の放射能濃度の
低下待ちや水張り遮へい作業等のために炉停止後
５〜７日経過してから行なわれるため、崩壊熱量
は小さく核分裂生成物の放出量も極めて少なくな
つた状態にある。しかも核分裂生成物は燃料集合
体内を冷却材の自然対流によつて拡散する。その
ためサンプリングを行なつている燃料集合体下部
に核分裂生成物が放出された場合、その核分裂生
成物が溶け込んだ冷却材がサンプリング管６が挿
入されている燃料集合体上部に到達するまでに長
時間を要し、また燃料集合体内で生じる自然対流
の流動如何によつては燃料集合体下部の冷却材が
上部に到達することがなく、燃料集合体の中途で
冷却材が逆流して、核分裂生成物のサンプリング
が十分に行なえない等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、比較的核分裂生
成物の流出が少なくしかも燃料集合体下部で核分
裂生成物が放出された場合においても、十分上記
核分裂生成物を含有した冷却材をサンプリング
し、核分裂生成物の有無の検出精度が高い燃料破
損検出方法を得ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉容器内に装架されている燃料
集合体の頂端部を、空気管およびサンプリング管
を設けたキヤツプで覆いそのキヤツプ内に空気を
封入することによつて、燃料集合体の下方より流
入し上方に流出する冷却材流れを停止させ、その
状態を一定時間保持させた後燃料集合体上部の空
気層を排除し、燃料集合体内の冷却材流れを再開
させ、燃料集合体内に滞留していた冷却材を所定
時間サンプリングし、サンプリングした冷却材の
放射能測定により燃料棒の破損の有無を検出する
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、第２図乃至第６図を参照して本発明の一
実施例について説明する。

第２図は燃料破損検出装置の概略構成図であつ
て、原子炉の点検等に際しては原子炉の作動停止
後、原子炉容器１０の上蓋が取り外されるととも
に、残留熱除去系によつて冷却材が原子炉容器に
供給され、上記原子炉容器１０内に配設された炉
心１１部の冷却が行なわれる。すなわち、残留熱
除去系ポンプ１２の始動によつて圧力抑制室等の
冷却材源１３から冷却材が汲み上げられ熱交換器
１４で冷却された後原子炉容器１０内に供給され
る。上記冷却材温度は30〜40℃程度であつて、こ
の冷却材によつて炉心１１の異常な温度上昇を防
ぐとともに、炉心１１を構成する燃料集合体から
放出される核分裂生成物の量を少なくし、作業員
の放射能被曝の危険性が減少せしめられる。

ところで、炉心１１を構成する多数本の燃料集
合体の任意の一つに順次燃料破損検出用のキヤツ
プ７が被冠されるが、上記キヤツプ７には空気管
５およびサンプリング管６が取り付けられてい
る。上記空気管５の一端部は原子炉容器１０外に
あるブロワー１５に開閉弁１６を介して連接され
ており、さらに上記開閉弁１６のキヤツプ７側に
は空気放出弁１７が設けられている。一方、サン
プリング管６には原子炉容器１０の外方において
開閉弁１８を介してサンプリングポンプ１９が設
けられ、さらにその先端部にサンプリング容器２
０が配設されている。

しかして、燃料破損の検出に際しては、従来と
同様に点検しようとする燃料集合体１の頂部にキ
ヤツプ７をかぶせ、空気放出弁１７を閉じるとと
もに開閉弁１６を開け、ブロワー１５によつてキ
ヤツプ７内に空気を送る。すると、上記燃料集合
体１の上部とキヤツプ７内に空気層８が形成され
て、燃料集合体１内上部に液面９が形成され、燃
料集合体１内への流入が停止する。

そこで、この状態で一定時間放置する。しかし
て、上記燃料集合体１内に滞留している冷却材は
その温度が上昇し、燃料集合体１の下部にはプレ
ナム２１の冷却材との温度差によつて温度境界層
２２が形成される。第４図はこのときの燃料集合
体の軸線方向の温度分布の時間変化を概略的に示
したもので、冷却材の流れを停止した時間をt₀か
ら順次t₁、t₂…と長くすると、燃料集合体１の下
部では時間の経過とともに温度勾配の急な温度境
界層ができる。しかも燃料集合体の冷却材は、燃
料棒の崩壊熱により加熱され、プレナム２１の冷
却材より軽くなるため上記温度境界層は安定なも
のとなり、その結果核分裂生成物の溶け込んだ燃
料集合体内の冷却材のプレナム２１側への拡散は
殆どなくなる。

また、燃料集合体１に流入する冷却材流れを一
定時間放置することによつて、その間核分裂生成
物が冷却材中に放出し続け、燃料集合体１内の冷
却材の自然対流によつて上記核分裂生成物の燃料
集合体内での拡散が生じ、かつ冷却材中の核分裂
生成物濃度が高められる。

次に、上記温度境界層が安定状態となる一定時
間経過後ブロワー１５の駆動を止めて燃料集合体
１に供給していた空気を止めるとともに開閉弁１
６を閉じ、空気放出弁１７を開ける。しかして、
燃料集合体１の上部および空気管５内の空気が排
気され、これに応じて燃料集合体１内に残留熱除
去系から原子炉容器に供給されている冷却材がプ
レナム２２から流入しはじめる。したがつて、燃
料集合体１への冷却材供給再開以前に燃料集合体
１に滞留していた冷却材と新らたに燃料集合体１
に流入した冷却材の温度差による温度境界層２２
も燃料集合体１で上昇する（第５図および第６図
参照）。

ところで、一般的に残留熱除去系により冷却材
が燃料集合体を流れる場合、燃料集合体内の冷却
材流速は約６〜12cm／ｓ程度しかない。したがつ
て、このような低流速においては前記温度境界層
２２が冷却材の流れによつて乱されることもな
く、その温度境界層の上部の冷却材、すなわち燃
料集合体１で一定時間滞在し核分裂生成物濃度が
高められた冷却材はピストン状に押し上げられ
る。そのため、前記核分裂生成物濃度が高められ
た冷却材層がピストン状に押し上げられて燃料集
合体から流出する時間（約１〜２分）だけ、冷却
材をサンプリング管６を介して採取し続けること
により、冷却材中に溶け込んだ核分裂生成物を捕
集することができる。

しかして、従来のように自然対流のみによつて
核分裂生成物が拡散してサンプリング管に到達す
るのを待つのではなく、冷却材の上方への移動に
よつて核分裂生成物を冷却材とともにサンプリン
グ管まで導くので、燃料集合体１の下部で燃料破
損が発生した場合においても、核分裂生成物の検
出を確実に行なうことができる。

こゝで採取する冷却材量或は採取時間は、サン
プリングポンプ１９の能力や開閉弁１８の調節に
より任意に選定可能であるが、前記燃料集合体に
滞留した核分裂生成物濃度が高められた冷却材が
燃料集合体からサンプリング管６から流出し始め
てから流出し終るまでの時間（１〜２分）だけ連
続的に採取することが望ましい。

そのためには、サンプリング管６に流入する冷
却材の温度を測定し、燃料集合体１内に滞留して
核分裂生成物を含みかつ崩壊熱により加熱された
冷却材と、冷却材流れを再開したのちプレナム２
１から燃料集合体１に流入する冷却材との温度
差、すなわち温度境界層２２で生じる温度差を検
出してサンプリング時間を調整すればよい。

一方、燃料集合体１への冷却材流入を停止した
のち、燃料集合体への冷却材の流入開始時の冷却
材駆動力としては、上述のように残留熱除去系ポ
ンプ１２の利用が好ましいが、燃料集合体１への
冷却流れを停止しているときに、燃料集合体１内
に滞留している冷却材が崩壊熱によつて加熱され
て周囲の冷却材温度より高くなつているため、こ
の温度差による自然対流力を利用して冷却材の移
動を行なわせるようにしてもよい。

また、本発明における燃料破損検出方法をより
確実にするためには、燃料集合体への冷却材流れ
を停止させる前に、放射能汚染の少ない低バツク
グランドの冷却材を燃料集合体に注入することに
より、燃料集合体内の冷却材を清淨な冷却材と置
換することが効果的である。この場合、燃料集合
体に注入する置換用冷却材としては、淨化系によ
り洗淨されたものや別途用意された、放射能に汚
染されていない清淨水を用いるのが理想的ではあ
るが、必ずしも完全な清淨水を用いる必要はな
い。すなわち、検査を希望すべき破損規模のとき
予想される放出蓄積される放射能レベルに対して
相対的に放射能レベルが低いものであれば、原子
炉容器等に貯蔵されている冷却材の一部を用いて
もよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては原子炉
容器内に装架されている燃料集合体の頂端部を、
空気管およびサンプリング管を設けたキヤツプで
覆い、そのキヤツプ内に空気を封入することによ
つて燃料集合体の下方より流入し上方に流出する
冷却材流れを停止させ、その状態を一定時間保持
させた後燃料集合体上部の空気層を排除し、燃料
集合体内の冷却材流れを再開させ、燃料集合体内
に滞留していた冷却材を所定時間サンプリング
し、サンプリングした冷却材の放射能測定により
燃料棒の破損の有無を検出するようにしたので、
サンプリング作動時に核分裂生成物が溶け込んだ
冷却材がピストン状にそのまゝ順次押し上げられ
てサンプリング管に送入され、冷却材中に溶け込
んだ核分裂生成物を確実に捕集することができ、
しかも燃料集合体の下部で燃料破損が発生した場
合においても、核分裂生成物の検出を確実に且つ
短時間に行なうことができて、燃料破損検出の信
頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉における従来の燃料破
損検出方法の概略説明図、第２図は燃料破損検出
装置の概略構成図、第３図は本発明の燃料破損検
出方法の作動説明図、第４図は燃料集合体内の冷
却材の軸方向温度分布図、第５図および第６図は
それぞれ本発明方法実施中における冷却材の温度
境界層の変化説明図である。 １……燃料集合体、２……チヤンネルボツク
ス、３……燃料棒、５……空気管、６……サンプ
リング管、７……キヤツプ、１５……ブロワー、
１９……サンプリングポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉容器内に装架されている燃料集合体の
   頂端部を、空気管およびサンプリング管を設けた
   キヤツプで覆い、そのキヤツプ内に空気を封入す
   ることによつて燃料集合体の下方より流入して上
   方に流出する冷却材流れを停止させ、その状態を
   一定時間保持させた後燃料集合体上部の空気層を
   排除し、燃料集合体内の冷却材流れを再開させ、
   燃料集合体内に滞留していた冷却材を所定時間サ
   ンプリングし、サンプリングした冷却材の放射能
   測定により燃料棒の破損の有無を検出するように
   したことを特徴とする、燃料破損検出方法。 ２ 燃料集合体下部に滞留した冷却材が、サンプ
   リング管に流入するまでの間、サンプリングを行
   なうことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記
   載の燃料破損検出方法。 ３ 燃料集合体内に滞留し温度上昇した冷却材
   と、冷却流れを再開した後におけるプレナムから
   燃料集合体内に流入した冷却材との温度差によつ
   て、サンプリング終了時間が制御されることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項記載の燃料破損
   検出方法。 ４ 燃料集合体内に滞留せしめる冷却材は、放射
   能汚染の少ない冷却材と置換させることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項記載の燃料破損検出
   方法。 ５ 燃料集合体内に滞留した冷却材は、強制循環
   によつてサンプリング管側に移送されることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項乃至第４項のい
   ずれかに記載の燃料破損検出方法。