JPH0414319B2

JPH0414319B2 -

Info

Publication number: JPH0414319B2
Application number: JP59059031A
Authority: JP
Inventors: Takuhiko Sakai; Jiro Niitome
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1992-03-12
Also published as: JPS60202392A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、高速増殖炉（以下、「FBR」と称
す）における燃料ピン破損の規模を正確に推定で
きるようにした燃料ピン破損検出方法およびその
方法を実施する装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

原子炉はその安全性を充分考慮して、炉心に装
荷されている燃料ピンの使用可能時間を制限して
運転されているが、万一、その燃料ピンが運転中
に破損すると、冷却材の流れに変化を与え、核燃
料集合体ひいては炉心の熱的バランス等がくず
れ、原子炉運転に支障をきたす可能性がある。し
たがつて、何らかの手段で燃料ピンが破損したか
否かを常に監視する必要がある。

ところで、FBRにおいては、万一、運転中に
燃料ピンが破損した場合には、燃料ピン内部で生
成された核分裂生成物（以下、「FP」と略記す
る）が冷却材である液体ナトリウム中に放出され
ることになる。このFPは殆んどが放射性物質で
あり、その性質上、希ガスFP（Kr、Xe等）と、
揮発性FP（Br、Rb、Te、Ｉ、Cs等）と、不揮発
性FP（Sr、Ｙ、Zr、Ru、Ba、La、Ce等）とに
大別される。この現象を利用し、従来FBRにお
ける燃料ピン破損の検出には、前述のFPのうち
Br、Ｉ等の一部の揮発性FPの核種が放出する遅
発中性子（DN）を検出するDN検出法や、冷却
材中に放出された後、カバーガス中に移行した希
ガスFPが放出するγ線をγ線検出器で検出する
方法や、また希ガスFPの放射壊変で生成される
Rb、Cs等のイオン性核種を電気的に捕集してそ
の核種の放出するβ線を検出するプレシピテータ
法等が採用されている。そして、これらの検出法
で、燃料ピンが破損していることが判つた時点
で、FBRの運転を停止し、破損燃料を交換すれ
ば良いことになる。

しかしながら、上述した従来の検出方法にあつ
ては次のような問題があつた。

すなわち、燃料ピンの破損にも程度の差があ
り、小はピンホールが生じた状態から、大は被覆
管が溶融した状態まである。一般に、燃料ピンに
ピンホールのような小さな破損が生じた場合には
希ガスおよび揮発性のFPが放出されるのみであ
るが、破損の規模が大きくなると、破損部から冷
却材がピン内に侵入し、燃料と直接触媒したり、
あるいは燃料の一部がピン破損部からピンの外側
の冷却材流路に飛び出して冷却材と直接接触した
りして、冷却材に殆んど溶解度をもたない不揮発
性FPまでもが冷却材中に放出される。そして、
ピンホール程度の破損の場合には、冷却材の流れ
に変化を与えることなく、その熱的影響が少ない
ことからして、破損がそれ以上に拡大化しない場
合が多い。

しかるに、従来の検出方法では、破損の規模に
殆んど関係なく放出される希ガスおよび揮発性の
FPの放射線を燃料破損の検出に利用しているの
で、燃料破損が検出されたときには破損規模に拘
らず炉をスクラムし、破損燃料の交換等の手間の
かかる作業が必要であつた。もちろん、原子炉
は、燃料破損のない状態で運転されることが望ま
しいが、万一小規模な燃料破損が生じ、冷却材中
に希ガスおよび揮発性のFPが放出された場合で
も、これらのFPは短半減期の核種が多く、また
カバーガス系に移行し易く、カバーガス系の排ガ
ス処理系で放射性のFPを分離することができる
ので、放射性物質の環境への放出はない。したが
つて、原子炉運転の経済性から考えると、ピンホ
ール程度の小規模な破損の場合には、原子炉の運
転を継続することが望ましいといえる。むしろ、
原子炉の運転にとつて重大な場合は、燃料ピンの
大規模な破損によりプラント内に沈着し易い不揮
発性FPが冷却材中に放出され、プラントが汚染
を受ける場合であり、このときには破損燃料の交
換が必要である。したがつて、燃料破損の規模を
適確に推定でき、多大な手間と長時間に亘る炉の
停止による経済的に不利な破損燃料の交換が必要
かどうかを適確に判断できる燃料破損検出方法の
出現が望まれているのが実情である。

そこで、このような要望に対処して冷却材中に
放出された不揮発性FPの放射線量を検出するこ
とによつて燃料ピンの破損規模を推定することが
考えられる。しかし、FBRでは、通常、冷却材
であるナトリウム中に、炉心付近で高密度の中性
子照射を受けて強い放射能を有する ²⁴Naが多量
に存在している。このため、ナトリウム中の不揮
発性FPの放射能は、この ²⁴Naの放射能に埋も
れてしまい、正確な検出がほとんどできないとい
う不具合があつた。

〔本発明の目的〕

本発明は、このような事情に基づきなされたも
のであり、その目的とするところは、原子炉の運
転になんら支障をきたすことなく、燃料ピン破損
の規模を正確に推定でき、原子炉の運転の継続可
能性、破損燃料の交換必要性の的確な判断に寄与
することができ、もつて経済性に優れた原子炉の
運転に寄与できる燃料ピン破損検出方法およびそ
の方法を実施する装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明に係る検出方法では、原子炉の炉心を通
つた液体金属冷却材の一部を主として不揮発性
FPを捕獲する捕獲部材の収容された捕獲装置内
に通流させた後、上記捕獲部材と上記液体金属冷
却材とを分離させ、しかる後に上記捕獲部材に捕
獲されている不揮発性FPが放出する放射線量を
測定することにより燃料ピンの破損の規模を推定
するようにしたことを特徴としている。

すなわち、本発明は、液体金属中に放出された
不揮発性FPが特定の部材に吸着され易いという
事実に着目し、上記部材に不揮発性FPを捕獲さ
せるとともに、この部材から液体金属を分離した
後、この部材に捕獲されている不揮発性FPから
放出される放射線量を測定するようにしたもので
ある。

また、本発明に係る検出装置は、液体金属を一
次冷却材とする原子炉の一次冷却材循環路に設け
られたバイパス流路と、このバイパス流路に直列
に介挿されるとともに内部に主として不揮発性
FPを捕獲する捕獲部材を収容してなる捕獲装置
と、この捕獲装置内に前記液体金属を所定時間通
流させる手段と、この手段によつて前記液体金属
が通流した後に上記捕獲装置内に残つている上記
液体金属と前記捕獲部材とを分離させる手段と、
この手段によつて前記液体金属から分離された前
記捕獲部材に捕獲されている不揮発性FPが放出
する放射線量を測定する手段とを具備し、上記放
射線量から燃料ピンの破損の規模を推定するよう
にしたことを特徴としている。

〔発明の効果〕

本発明に係る検出方法では、燃料ピンの破損規
模がピンホール程度を越えたときに、燃料ピンか
ら冷却材である液体金属中へ混入し、しかも冷却
材には殆ど溶解度を持たず、そのうえ半減期の長
い不揮発性のFPを検出対象としている。実際の
検出に際しては、炉心を通つた液体金属冷却材の
一部を主として不揮発性のFPを捕獲する捕獲部
材の収容された捕獲装置内に所定時間通流させて
いるので、捕獲装置内の捕獲部材に不揮発性FP
を濃縮蓄積させることができる。そして、その後
に、捕獲部材と液体金属とを分離させ、この状態
で蓄積された不揮発性FPが放出する放射線量を
測定するようにしているので、たとえば ²⁴Naな
どのバツクグランドの影響を受けることなく不揮
発性FPからの放射線量を高感度に測定すること
ができ、液体金属中の不揮発性FPの量を高精度
に推定することができる。しかも、この方法で
は、半減期の長い不揮発性のFPを検出対象とし
ているので、炉心から漏洩してくる中性子の影響
が少ない場所で放射線量を測定できる。

したがつて、この検出方法では、原子炉の運転
に何等影響を与えることなしに、燃料ピンの破損
規模を正確に検知することができるので、原子炉
のスクラムする回数を低減することができ、安全
性を損なわない状態で原子炉運転の経済性を高め
ることができる。

また、本発明に係る検出装置では、上述した機
能を完全に自動化することが可能となるので、原
子炉のより効率的な運転に寄与できる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照し、本発明の実施例について
説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を適用した
FBRプラントを模式的に示す図であり、図中１
は原子炉容器である。この原子炉容器１の内部に
は炉心２が収容さている。この炉心２は原子炉主
容器１の内部に収容された液体ナトリウムＱによ
つて冷却されている。原子炉容器１の内部の上部
と下部とは一次冷却系配管３によつて連通されて
おり、この一次冷却系配管３を介して液体ナトリ
ウムＱを炉心２の上部から炉心２の下部へ移動さ
せるようにしている。一次冷却系配管３には、液
体ナトリウムＱの熱を放出させるための中間熱交
換器４と、液体ナトリウムＱを循環させるための
ポンプ５とが設けられている。なお、図中Ｒは液
体ナトリウムＱの上部空間に充填されたカバーガ
スである。

原子炉容器１から中間熱交換器４に至る出口側
の一次冷却系配管３には、バイパス流路６が設け
られている。そして、このバイパス流路６には、
FP検出系７が設置されている。

FP検出系７は、具体的には第２図に示す如く、
不揮発性FP検出系として構成されている。

すなわち、バイパス流路６には、FP捕獲装置
１１が設けられている。このFP捕獲装置１１は、
例えば鉛等の遮蔽体で覆われたステンレス鋼性の
管等から構成され、液体ナトリウムＱを内部に通
流させる過程で、液体ナトリウムＱ中に含まれる
不揮発性FPを上記FP捕獲装置１１の内面に沈着
させるようにしたものである。

FP捕獲装置１１の上流側のバイパス流路６ａ
および下流側のバイパス流路６ｂには、それぞれ
弁１２および１３が設けられている。また、弁１
３が設けられた下流側のバイパス流路６ｂには、
FP捕獲装置１１の内部に液体ナトリウムＱを循
環させるためのポンプ１４が設けられている。

FP捕獲装置１１の上流側は、弁１５を介して
液体ナトリウムを貯溜するタンク１６と連通して
いる。一方、FP捕獲装置１１の下流側は、弁１
７を介して内部に例えばアルゴンガス、窒素ガス
等のカバーガスＳが充填されたガスボンベ１８と
連通するとともに、弁１９を介して真空ポンプ２
０と接続されている。

なお、FP捕獲装置１１の近傍には、例えば外
部を鉛等で覆われ、FP捕獲装置１１内に残溜す
る放射性物質からのγ線を検出するγ線検出器２
１が設置されている。

このように構成された不揮発性FP検出系７の
動作について説明する。

いま、原子炉の一次冷却系配管３には液体ナト
リウムＱが循環されているものとする。この状態
で炉心２の内部に収容された図示しない燃料ピン
が破損すると、液体ナトリウムＱ内には前述した
希ガスFP、揮発性FPが放出される他、その破損
が大規模になると不揮発性FPが放出される。そ
して、これらのFPは液体ナトリウムＱの移動に
伴なつて一次冷却系配管３内を循環する。

バイパス流路６の弁１２，１３を開放してポン
プ１４を作動させると、バイパス流路６内に液体
ナトリウムＱが流入する。これにより、FP捕獲
装置１１の内部を液体ナトリウムＱが通流する。
液体ナトリウムＱに不揮発性FPが含有されてい
る場合には、液体ナトリウムＱを所定時間通流さ
せると、FP捕獲装置１１の内部に不揮発性FPが
沈着する。この沈着の量は、液体ナトリウム中に
不揮発性FPが含有する量に応じた量、すなわち
燃料ピン破損の規模に応じた量となる。

所定時間経過後、弁１２，１３を閉じるととも
に弁１５，１７を開放し、ガスボンベ１８の内部
に充填されたカバーガスＳをFP捕獲装置１１内
へ供給する。この結果、FP捕獲装置１１の内部
に収容された液体ナトリウムＱはタンク１６内に
排出される。したがつて、FP捕獲装置１１の内
部には、前述したように不揮発性FPのみが残留
する。そこで、この残留した不揮発性FPから放
出されるγ線の量をγ線検出器２１によつて測定
する。

測定が終了したら、弁１５，１７を閉じ、弁１
９を開放して真空ポンプ２０を作動させる。これ
により、FP捕獲装置１１の内部に充填されたカ
バーガスＳは真空排気され、図示しない排ガス処
理系へ導かれる。この排気の終了後、弁１９を閉
じ、弁１２，１３を再び開放してFP捕獲装置１
１に液体ナトリウムＱを導入する。

以上の手順を繰り返すことによつて、略実時間
で不揮発性FPの検出を行うことができる。

尚、FPのナトリウム中での挙動で、Sr、Ba等
の不揮発性FPはステンレス配管に非常に沈着し
易く、そして、この沈着の速度は、ナトリウムの
温度が高いほど大きいため、この不揮発性FP検
出系７を、液体ナトリウムＱの温度が高い原子炉
の出口側の一次冷却系配管３に設置し、FP捕獲
装置１１にステンレス鋼製の管を用いている。こ
のため、液体ナトリウムＱの中に不揮発性FPが
含有されている場合には、FP捕獲装置１１の内
面に速やかにかつ効率良く不揮発性FPが沈着す
る。そして、この場合には、半減期の長い不揮発
性FPを検出対象としているので、炉心からの放
射能の影響を受けない位置に不揮発性FP検出系
７を配置でき、しかも ²⁴Naの放射能を含んだナ
トリウムをタンク１６内に排出させるようにして
いるので、FP捕獲装置１１には燃料ピンの破損
規模を最も忠実に知らせる不揮発性FPのみから
放出されるγ線を、非常に高い精度で測定するこ
とができる。

また、このγ線の検出方法としては、
1428.3keVのγ線を放出する ⁹⁴Srを検出するの
が、最も優れている。この場合、ナトリウム中に
含有され、かつステンレス表面に沈着する放射性
腐食生成物（以下、「CP」と呼ぶ）の ⁵⁴Mnや
⁶⁰Coの放出するγ線エネルギよりも ⁹⁴Srから放
出されるγ線のエネルギの方が充分に高いため、
CPのγ線のコンプトンによる妨害を受けること
なく極めて高感度の測定が可能である。なお、上
記 ⁹⁴Srの他にも、 ⁹¹Sr、 ⁹²Sr、 ⁹³Sr、 ¹⁰¹Tc、
¹⁴¹Ba、 ¹⁴²Ba、 ¹⁴³Ba、 ¹⁴⁰La、 ¹⁴²La等のγ
線を検出するように構成してもよい。

〔発明の他の実施例〕

なお、上記不揮発性FP検出系は次のように構
成するようにしてもよい。

すなわち、第３図は本発明の第２の実施例に係
る不揮発性FP検出系を示す図である。

この例においては、バイパス流路６に複数の
FP捕獲装置３１，３２，３３，３４，…を並列
接続し、弁４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４
３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，…の開閉動作に
より、これらFP捕獲装置３１，３２，…に液体
ナトリウムＱを順次通流させ、前述した実施例の
手順を各FP捕獲装置について連続的に行なうよ
うにしている。

このような測定を行なえば、燃料ピンの破損状
況を連続的に監視することができる。

第４図は、本発明の第３の実施例に係るFP検
出系を示す図である。

すなわち、バイパス流路６ａ，６ｂ間に、設け
られた不揮発性FP捕獲装置４６は、図示しない
鉛などの遮蔽体で囲まれたタンク４７と、このタ
ンク４７の内部に収容されたFP捕獲部材５２と、
上記タンク４７の外部から連結棒５３を介して前
記FP捕獲部材５２を上下に駆動する駆動装置５
４とで構成されている。タンク４７の内部には、
バイパス流路６ａからタンク４７に導入され、バ
イパス流路６ｂに排出される液体ナトリウムＱが
収容されている。この液体ナトリウムＱは自由液
面Ｘを有しており、タンク４７の内部の自由液面
Ｘの上部にはカバーガスＳが充填されている。こ
のカバーガスＳは、弁４８を介在させた配管４９
を介してタンク４７の内外に給・排気できるよう
になつている。FP捕獲部材５２は、たとえばス
テンレスの焼結体で形成され、タンク４７の内部
に存在する液体ナトリウムＱに浸漬されている。
このFP捕獲部材５２は、タンク４７内部に液体
ナトリウムＱを所定時間通流させた後、連結棒５
３を介して駆動装置５４により自由液面Ｘ上に引
上げられる。FP捕獲部材５２が引上げられた際
のFP捕獲部材に対向するタンク４７の外部位置
には、前述したγ線検出器２１が設置されてい
る。

このような構成であつても、前述と同様に不揮
発性FPから放出されるγ線を高い精度で検出で
きる。

第５図は、上述した第３の実施例におけるFP
捕獲部材５２、連結棒５３および駆動装置５４を
複数台設置したFP捕獲装置５５を備えた第４の
実施例に係る不揮発性FP検出系を示す図である。

このような構成であれば、FP捕獲部材５２を、
駆動装置５４によつて択一的に引上げることによ
つて、燃料ピン破損の連続的な監視が可能化でき
る。

第６図および第７図は、本発明の第５の実施例
に係る不揮発性FP検出系を示す図である。

すなわち、この例において、FP捕獲装置６０
は、複数のFP捕獲部材６１を可撓性のベルト６
２を介して輪状に連結してなる輪状体６３と、こ
の輪状体６３を装着して駆動するためカバーガス
Ｓの内部に設置された滑車６４と、同じく液体ナ
トリウムＱに浸漬された滑車６５とで構成されて
いる。輪状体６３のベルト６２は、第７図に示す
ように、縦割の孔６２ａを有している。滑車６４
は、その外周に径方向に延びる複数の駆動棒６６
を有し、この駆動棒６６をベルト６２の孔６２ａ
内面に引掛けて回転することによつて、上記輪状
体６３を駆動するようにしている。なお、γ線検
出器２１の設置位置については、前述した第３の
実施例と同様である。

このような構成の不揮発性FP検出系は、図示
しないモータに連結された滑車６４を一定の角速
度で回転させることによつて、FP捕獲部材６１
に捕獲されたFPの連続的な監視が可能である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。

たとえば、FP捕獲装置にFP捕獲部材としてス
テンレス鋼材に限らず、Ni系金属等、他の金属
を用いるようにしてもよい。

また、本発明の検出方法は、時に液体金属冷却
材から放出されるγ線の量が捕獲部材に捕獲され
たFPからのγ線の量が小さい範囲であれば、FP
捕獲部材と液体金属冷却材とを完全に分離させず
に、多少残量があつても、その捕獲量を測定でき
る程度であれば、FP捕獲部材から放出される放
射線を冷却材を含めて測定するようにしてもよ
い。この場合でも、FP捕獲部材にはFPが濃縮蓄
積させるので、精度のよい測定が可能である。さ
らには、本発明の検出方法と、従来のDN検出
法、γ線検出法、プレシピテータ法等による検出
方法とを併用すれば、燃料ピンの小規模破壊から
大規模破壊までの検出が行なえることになる。こ
の場合、揮発性FPを検出系には、FP捕獲部材と
して、たとえばC_sの吸着性が高い、グラフアイト
等の炭素を主体とする物質を用いればよい。特に
網目状ガラス状の炭素は、ナトリウムとの接触面
積が大きく、かつ単位体積当りの放射性C_sの吸着
料が高いので捕獲部材として最適である。

また、上述した実施例では、液体金属冷却材と
して液体ナトリウムを用いた原子炉について説明
したが、たとえばナトリウムカリウムなど他の液
体金属を用いた原子炉にも本発明を適用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るFBRプ
ラントを模式的に示した図、第２図は同プラント
におけるFP検出系を示すフローシート図、第３
図は本発明の第２の実施例に係るFP検出系を示
すフローシート図、第４図は本発明の第３の実施
例に係るFP検出系を示すフローシート図、第５
図は本発明の第４の実施例に係るFP検出系を示
すフローシート図、第６図は本発明の第５の実施
例に係るFP検出系を示すフローシート図、第７
図は同実施例における輪状体の一部を示す側面図
である。１……原子炉容器、２……炉心、３……一次冷
却系配管、４……中間熱交換器、５，１４……ポ
ンプ、６……バイパス流路、７……不揮発性FP
検出系、１１，３１〜３４，４６，５５，６０…
…FP捕獲装置、１２，１３，１５，１７，１９，
４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂ，４８……弁、
１６，４７……タンク、１８……ガスボンベ、２
０……真空ポンプ、２１……γ線検出器、５２，
６１……FP捕獲部材、５３……連結棒、５４…
…駆動装置、６２……ベルト、６３……輪状体、
６４，６５……滑車、Ｑ……液体ナトリウム、
Ｒ，Ｓ……カバーガス、Ｘ……自由液面。

Claims

【特許請求の範囲】１原子炉の炉心を通つた液体金属冷却材の一部
を主として不揮発性分裂生成物を捕獲する捕獲部
材の収容された捕獲装置内に通流させた後、上記
捕獲部材と上記液体金属冷却材とを分離させ、し
かる後に上記捕獲部材に捕獲されている不揮発性
核分裂生成物が放出する放射線量を測定すること
により燃料ピンの破損の規模を推定するようにし
たことを特徴とする燃料ピン破損検出方法。２液体金属を一次冷却材とする原子炉の一次冷
却材循環路に設けられたバイパス流路と、このバ
イパス流路に直列に介挿されるとともに内部に主
として不揮発性核分裂生成物を捕獲する捕獲部材
を収容してなる捕獲装置と、この捕獲装置内に前
記液体金属を所定時間通流させる手段と、この手
段によつて前記液体金属が通流した後に上記捕獲
装置内に残つている上記液体金属と前記捕獲部材
とを分離させる手段と、この手段によつて前記液
体金属から分離された前記捕獲部材に捕獲されて
いる不揮発性核分裂生成物が放出する放射線量を
測定する手段とを具備し、上記放射線量から燃料
ピンの破損の規模を推定するようにしたことを特
徴とする燃料ピン破損検出装置。３前記捕獲部材と前記液体金属とを分離させる
手段は、前記捕獲装置の内部の前記液体金属を排
出する手段を含んでいることを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の燃料ピン破損検出装置。４前記捕獲部材と前記液体金属とを分離させる
手段は、前記捕獲装置の内部の前記液体金属の自
由液面上に前記捕獲部材を引上げる手段を含んで
いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の燃料ピン破損検出装置。５前記捕獲装置は前記バイパス流路に並列に複
数設けられており、前記液体金属を所定時間通流
させる手段は上記各捕獲装置に順次液体金属を通
流させるものであることを特徴とする特許請求の
範囲第２項記載の燃料ピン破損検出装置。６前記捕獲部材は、ステンレス鋼を素材とする
焼結体で構成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の燃料ピン破損検出装置。