JPH04326095A - 中性子増倍体系の臨界監視モニタ - 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、例えば核燃料再処理施
設の核燃料溶液処理工程のような核分裂性物質を含む中
性子増倍体系において、この中性子増倍体系が臨界に達
することを未然に防止する中性子増倍体系の臨界監視モ
ニタに関する。

【０００３】

【従来の技術】原子力プラントでは、核燃料、減速材な
どからなり、中性子による核分裂連鎖反応が生じる中性
子増倍体系が存在する。核燃料サイクルのうち、核分裂
性物質を含む中性子増倍体系が臨界に達すると核分裂反
応が連続的に生じるため、この臨界に達することを未然
に防止することが必要な分野がある。この必要な分野と
しては、例えば、燃料製造工場、燃料輸送過程、原子炉
で使用後取り出された燃料の燃料貯蔵過程、使用済燃料
の輸送・貯蔵過程、再処理工場における溶解工程、清澄
工程、共除染工程、分離・精製工程、脱硝・倍燒工程、
製品貯蔵工程等が考えられる。

【０００４】これらの分野のうち、炉心装荷後から共除
染工程の初期の段階までは、その中性子増倍体系の中に
核分裂生成物が含まれていて、その核分裂や捕獲反応に
より著しく強いガンマ線が放出されるとともに、キュウ
リウム（Ｃｍ）、アメリシウム（Ａｍ）、カリホルニウ
ム（Ｃｆ）などの超ウラン元素も含まれており、多量の
中性子も放出されている。しかし、これらの工程以外で
は、中性子増倍体系に核分裂生成物やＣｍ等が殆ど含ま
れていないため、放出される放射線は、主としてその中
性子増倍体系に含まれるウランやプルトニウム等の放射
性同位体が固有に放出するガンマ線やエックス線となる
。

【０００５】ところで、中性子増倍率が比較的大きくな
る恐れのある中性子増倍体系では、中性子増倍率の変化
をモニタリングして中性子増倍体系が臨界に近づく傾向
が有る場合に速やかにこれを検知して、中性子増倍体系
が臨界に達することを未然に防止するための制御を行な
うことが必要である。更に、そのようなモニタリングを
行なうための装置は、臨界安定性を確保するためのもの
であるから、信頼性の高いものであることが要求される
。

【０００６】しかしながら、従来の一般的な再処理施設
等においては、中性子増倍体系が臨界に近づいているか
どうか、即ち中性子増倍体系の実効増倍率（ｋｅｆｆ）
　を測定して工程の臨界安定性を確保することは通常行
われていなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】実効増加率の測定手法
としては、例えば特開平２−８０９９３号公報として、
ガンマ線を一つのガンマ線検出器で測定して、高エネル
ギ部分の計数率と低エネルギ部分の計数率の比率から中
性子増倍率を測定するようにしたものが提案されている
。

【０００８】しかしながら、この測定方法においては、
通常、高エネルギ部分の計数率は低エネルギ部分の計数
率に比べて極めて小さいため、目的とする中性子増倍率
を評価するための測定精度が悪いという欠点がある。

【０００９】このため、ガンマ線検出器の寸法やガンマ
線の入射部に低エネルギガンマ線をカットするためのフ
ィルタを付ける等の工夫により測定上好ましい条件を見
つけ出すようにすることが考えられるが、一つのガンマ
線検出器においてそれを実現するのは比較的労力を要す
る作業であり、かつ測定精度においても限界がある。こ
のため、中性子増倍率を評価して臨界安定性を確保する
場合の信頼度が低く、実用化するには問題があるものと
考えられていた。

【００１０】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、中性子増倍率の変化を精度良く感知して、中性
子増倍体系が臨界に近づいて中性子増倍率がある値を超
えた時に速やかに警報ないしは警報信号を発するように
した信頼性の高い中性子増倍体系の臨界監視モニタを提
供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明に係る中性子増倍体系の臨界監視モニタは、内
部に核分裂性核種と中性子放出核種とを含む中性子増倍
体系の側面にガンマ線エネルギによる検出感度特性の異
なる２種類以上のガンマ線検出器を配置し、この各検出
器からの信号の比率を演算回路で比較して該比率がある
レベルを超えた時、中性子増倍体系が臨界に達するのを
防止するために警報ないしは警報信号を発する警報装置
を備えたものである。

【００１２】２種類以上のガンマ線検出器を配置し、こ
の各検出器からの検出信号の比率を演算回路で比較して
その計数比率があるレベルを超えた時に警報ないしは警
報信号を発する警報装置を備えたものである。

【００１３】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、中性子
増倍体系から放出されるガンマ線において、核分裂性物
質の核分裂や捕獲反応に伴うガンマ線は比較的エネルギ
レベルが高く、放射性同位体（ＲＩ）の崩壊による低エ
ネルギレベルのγ線との間で中性子増倍率が変化すると
高エネルギガンマ線の量と低エネルギガンマ線の量との
相対的な比率が変化するため、高エネルギガンマ線に対
する感度の高いガンマ線検出器と低エネルギガンマ線に
対する感度の高いガンマ線検出器のように検出感度特性
の異なる２種類以上のガンマ線検出器とを用いてガンマ
線を夫々に測定し、各ガンマ線検出器からの検出信号の
比率を求め、計数することにより、中性子増倍率の変化
に精度良く応答させて、中性子増倍体系が臨界に近付い
た時、警報装置により速やかに警報ないしは警報信号を
発することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る中性子増倍体系の臨界監
視モニタ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において、例えば核燃料溶液１の内部
には核分裂物質が含まれているとともに、この核燃料溶
液１の側面に強度Ｓの中性子源２が置かれて臨界監視の
対象となる中性子増倍体系３が構成されている。

【００１６】この中性子増倍体系３の側面には、ガンマ
線エネルギによる検出感度特性の異なる例えば２つのガ
ンマ線検出器４ａ，４ｂが配置される。

【００１７】一方のガンマ線検出器４ａには、遮蔽コリ
メータ５ａの内部に位置してフィルタ６ａおよびＮａＩ
結晶７ａが備えられている。このフィルタ６ａは、低エ
ネルギガンマ線に対する感度を極力抑えるためものであ
り、また、高エネルギガンマ線に対する感度をなるべく
高くするため、遮蔽コリメータ５ａとしては、その幅を
比較的広くしたものが用いられ、またＮａＩ結晶７ａと
しては、遮蔽コリメータ５ａの入射軸方向の長さのなる
べく長いものが用いられている。そして、ＮａＩ結晶７
ａでのガンマ線信号は，光電子増倍管（ＰＭＴ）８ａで
増倍され、その検出信号は、増幅器・波高弁別器９ａで
波形整形・増幅されるとともに、高いエネルギのガンマ
線信号のみ計数可能とするために波高弁別されて計数率
計１０ａで計数されるよう構成されている。

【００１８】他方のガンマ線選出器４ｂには、遮蔽コリ
メータ５ｂの内部に位置してＮａＩ結晶７ｂが備えられ
ている。このＮａＩ結晶７ｂとしては、高エネルギガン
マ線よりも低エネルギガンマ線に対する感度が高くなる
ように、遮蔽コリメータ５ｂの入射軸方向の長さがなる
べく短いものが用いられ、また遮蔽コリメータ５ｂとし
ては、その幅が比較的狭いものが用いられている。また
、必要に応じてフィルタが設けられる。そして、ＮａＩ
結晶７ｂでのガンマ線信号は、光電子増倍管（ＰＭＴ）
８ｂで増幅され、その検出信号は，増幅器・波高弁別器
９ｂで波形整形・増幅されるとともに、低いエネルギの
ガンマ線信号のみ計数可能とするために波高弁別されて
計数率計１０ｂで計数されるよう構成されている。

【００１９】ガンマ線検出器４ａでのガンマ線エネルギ
による特性は、図２にＡで示すように、ガンマ線エネル
ギが低い場合に低く、ガンマ線エネルギが高い場合に比
較的高いものとなる。また、ガンマ線検出器４ｂの検出
特性は、図２にＢで示すように、低エネルギガンマ線エ
ネルギが低い場合に高く、ガンマ線エネルギが高い場合
に極めて低いものとなるようにされている。

【００２０】本実施例においては、ガンマ線入射方向の
長さの異なるＮａＩシンチレーションガンマ線検出器４
ａ，４ｂを用いることや、一方のガンマ線検出器４ａに
フィルタ６ａを付けることでエネルギ特性の違いを大き
くする工夫と、遮蔽コリメータ５ａ，５ｂの幅を変える
ことにより、検出効率の絶対値を調整する工夫を施した
例を示しているが、この他にも、ガンマ線エネルギによ
る検出感度の特性の異なる組み合わせの複数のガンマ線
検出器によって、臨界監視モニタを実現することも可能
である。

【００２１】例えば、低エネルギガンマ線に対する感度
の高い検出器として、ＣｄＴｅ（カドミテルル：カドミ
ウムテルライド）半導体検出器やＨｇＩ２　（沃化水銀
）検出器等の体積の小さなガンマ線検出器を、高エネル
ギガンマ線に対する感度の高い検出器として、ＢＧＯ（
ビスマス、ゲルマニウム、酸素の化合物）シンチレーシ
ョン検出器等の体積の大きなガンマ線検出器等を夫々用
いることもできる。

【００２２】計数率計１０ａで計数される計数率は、図
３に示すガンマ線信号のエネルギスペクトルにおいて、
ガンマ線エネルギが高い信号部分にあたる（Ｃ）に相当
する。また。計数率計１０ｂで計数される計数率は，図
３に示すガンマ線信号のエネルギスペクトルにおいてガ
ンマ線エネルギが低いガンマ線および高いガンマ線のコ
ンプトン散乱成分の信号部分にあたる（Ｄ）に相当する
。

【００２３】今、計数率計１０ａの計数率をＣｈ、計数
率計１０ｂの計数率をＣｌ、両者の計数比をＲｃ（Ｒｃ
＝Ｃｈ／Ｃｌ）とすると、この計数比Ｒｃにおいて、計
数率Ｃｈは高エネルギのガンマ線に比例した計数率であ
り、中性子増倍体系３内での核分裂率に対して良く応答
する。一方、計数率Ｃｌは、中性子増倍体系３の核分裂
性物質等が放出する低エネルギのガンマ線の量に比例す
る計数率となる。これには、エネルギの高い核分裂ガン
マ線によるコンプトン散乱成分も多少含まれることにな
る。

【００２４】ここで、前記計数比Ｒｃからモニタする中
性子増倍体系３の実効増倍率ｋを測定することができる
（特開平２−８０９９３号公報参照）。計数比Ｒｃは、
核燃料溶液１に含まれる核分裂性物質濃度およびそれに
付随して変化する実効増倍率ｋによって変化するもので
ある。そして、近似的には、ｋ＝１の時に発散するよう
な応答を示すので、中性子増倍体系３が臨界に近づくほ
ど変化量の大きな応答を示すことになる。

【００２５】本実施例においては、濃度既知の中性子増
倍体系３の実効増倍率ｋの計算を行ない、その体系にお
いて実験的に計数比Ｒｃを測定するなどの校正試験を行
なうことにより、下記のプロセス機器１４に警報を発す
るべき実効増倍率ｋに相当する計数比Ｒｃの値が警報レ
ベルとして予め求められている。

【００２６】即ち、計数率計１０ａ，１０ｂの信号から
両者の比を算出するとともに、この比が上記警報レベル
を超えた際に警報装置としての警報器１２に信号を送る
演算回路１１が備えられている。そして、この警報器１
２は、前記演算回路１１からの信号を受けて警報を発す
るとともに警報信号１３を制御すべきプロセス機器１４
に発信し、これによりプロセス機器１４が臨界に到達す
ることを阻止するための制御を行なえるようなっている
。

【００２７】なお、本発明の一実施例では、検出感度の
異なるガンマ線検出器を２台独立して構成した例を示し
たが、１つの遮蔽コリメータ内に検出感度が異なるよう
にガンマ線検出器を併設してもよく、また、各ガンマ線
検出器で検出されるガンマ線信号のエネルギスペクトル
を検出し、そのスペクトル比から臨界に達するのを防ぐ
ようにしてもよい。この場合、一方のエネルギスペクト
ルに比較係数を乗じて、両エネルギスペクトルを比較で
きるようにする必要がある。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
中性子増倍体系の実効増倍率に伴って変化する核分裂ガ
ンマ線等の高エネルギガンマ線の計数率と核分裂性核種
等が放出する低エネルギガンマ線の計数率の比をモニタ
リングし、この比が、予め決められた警報レベルを超え
た時に警報ないしは警報信号を発するようにすることに
より、中性子増倍体系が臨界に達することを未然に防止
して、臨界安全上の管理を確実に実施することができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る中性子増倍体系の臨界監視モニタ
の１実施例を示すブロック図。

【図２】２つのガンマ線検出器の検出効率のエネルギ特
性の概略図。

【図３】２つの検出器のガンマ線スペクトルおよび波高
弁別されて計数対象となる部分の概略図。

【符号の説明】

３　　中性子増倍体系 ４ａ，４ｂ　　ガンマ線検出器 ５ａ，５ｂ　　遮蔽コリメータ ６ａ　　フィルタ ７ａ，７ｂ　　ＮａＩ結晶 １０ａ，１０ｂ　　計数率計 １１　　演算回路 １２　　警報器 １４　　プロセス機器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内部に核分裂性核種と中性子放出核種
   とを含む中性子増倍体系の側面にガンマ線エネルギによ
   る検出感度特性の異なる２種類以上のガンマ線検出器を
   配置し、この各検出器からの信号の比率を演算回路で比
   較して該比率があるレベルを超えた時、中性子増倍体系
   が臨界に達するのを防止するために警報ないしは警報信
   号を発する警報装置を備えたことを特徴とする中性子増
   倍体系の臨界監視モニタ。