JPH0540191A

JPH0540191A - 中性子検出装置

Info

Publication number: JPH0540191A
Application number: JP3198146A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Endo; 寛遠藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高速増殖炉のような高温の冷却材を
用いる原子炉であっても炉内に中性子検出器を装荷する
ことができ、中性子を正確に計測することができるとと
もに、中性子検出器からの検出信号が放射線による雑音
等の影響を受けず、良好な中性子検出感度を得ることが
できるようにしたものである。【構成】中性子を検出するシンチレータを内部に収容
し、耐高熱性を有する容器を備えた中性子検出部２１
と、この中性子検出部２１に接続され前記中性子検出部
２１からの検出信号を伝達する検出信号伝達部２２と、
この検出信号伝達部２２を介して前記中性子検出部２１
に接続され検出信号を増幅して中性子を計測する中性子
計測部４１とを備えるとともに、前記中性子検出部２１
を原子炉容器３の内部に配設するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速増殖炉等の原子炉
に用いられる中性子検出装置に係り、特に、原子炉容器
内部の高温条件で中性子を検出することができるととも
に、ノイズレベルの低減化を図ることができる中性子検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軽水炉に用いられる中性子検出装
置は、中性子検出部が炉内に装荷される。一方、高速増
殖炉に用いられる中性子検出装置は、炉内の温度条件が
軽水炉における温度条件よりも厳しいため、中性子検出
部が原子炉容器の外部に設けられる。高速増殖炉の中性
子検出部は、原子炉容器内に装荷された炉心燃料部から
発生する中性子を原子炉容器内に充填された冷却材およ
び原子炉容器を介して検出する。

【０００３】中性子検出装置の検出部は、ＢＦ₃ガスカ
ウンタあるいはフィッションチェンバ（核分裂電離箱）
等よりなる中性子検出器で構成される。中性子検出器は
内部に核反応により生じる核反応生成物によって電離す
る作動ガスが封入される。このため、中性子検出器は内
部に中性子が侵入すると核反応を生じ、核反応の結果生
じた核反応生成物が作動ガスを電離させ、集電極間に電
気パルスを発生させ、電気パルスを中性子検出信号とし
て送出する。中性子検出信号は、中性子検出器と電気的
に接続されたケーブルにより、電気的信号として増幅系
および計数系からなる中性子計測系に伝送される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の中性子検出装置
は、上述のように構成されているので、高速増殖炉に用
いられる中性子検出器は、冷却材の温度が３００〜６０
０°Ｃと高温であるため、原子炉容器内部に装荷するこ
とは極めて困難である。

【０００５】ところが、高速増殖炉は、発電容量の増大
に伴い炉心が大型化すると、炉心内の中性子束分布の局
所的な歪みが大きくなってしまう。このため、原子炉プ
ラントの運転効率を向上させるためには、炉心内の中性
子束分布を正確に計測する必要があり、そのためには中
性子検出部を高温の炉内に装荷する必要がある。

【０００６】また、従来、軽水炉や高速増殖炉等の原子
炉に用いられる中性子検出装置は、中性子検出器が、検
出信号を電気信号として中性子計測系に送出している。
このため、検出信号が伝達される間に放射線の影響を受
けて雑音が発生し、中性子検出装置の中性子検出感度や
信頼性を損なうという問題があった。

【０００７】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、高速増殖炉のような高温の冷却材を用いる原
子炉であっても炉内に中性子検出器を装荷することがで
き、中性子を正確に計測することができる中性子検出装
置を提供することを目的とする。

【０００８】また、中性子検出器からの検出信号が放射
線による雑音等の影響を受けず、中性子検出感度が良好
で信頼性の高い中性子検出装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る中性子検出
装置は、上述した課題を解決するために、中性子を検出
するシンチレータを内部に収容し、耐高熱性を有する容
器を備えた中性子検出部と、前記中性子検出部に接続さ
れ前記中性子検出部からの検出信号を伝達する検出信号
伝達部と、前記検出信号伝達部を介して前記中性子検出
部に接続され検出信号を増幅して中性子束を計測する中
性子計測部とを備えるとともに、前記中性子検出部を原
子炉容器の内部に配設したものである。

【００１０】また、本発明に係る中性子検出装置は、上
述した他の課題を解決するために、検出信号伝達部は、
前記中性子検出部と光学的に接続された光伝達部により
構成するようにしたものである。

【００１１】

【作用】本発明に係る中性子検出装置は、中性子を検出
するシンチレータを内部に収容し耐高熱性を有する容器
により中性子検出部を構成し、前記中性子検出部に接続
された検出信号伝達部を介して前記中性子検出部からの
検出信号を中性子計測部に伝達し、前記中性子計測部に
より検出信号を増幅して中性子束を計測するとともに、
前記中性子検出部を原子炉容器の内部に配設したことに
より、中性子検出部は高温の原子炉容器内部で中性子を
感度よく計測することができるので、中性子検出部を小
型化して設置場所の自由度が増大する。このため、炉が
大型化しても中性子を正確に計測することができる。

【００１２】また、検出信号伝達部を、前記中性子検出
部と光学的に接続された光伝達部により構成したことに
より、検出信号の伝達時、炉心から発生する放射線の影
響を避けることができるので、検出信号に混入する雑音
を低減化させ、中性子検出感度が向上する。

【００１３】

【実施例】本発明に係る中性子検出装置の第１の実施例
について添付図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の第１の実施例に係る中性
子検出装置が設けられた高速増殖炉の構成を示す構成
図、図２は図１の中性子検出装置を示す一部断面構成図
である。原子炉格納容器２内には、原子炉容器３が収納
され、原子炉容器３の外部には隔壁１０が設けられる。

【００１５】原子炉容器３内に炉心４が収容される。炉
心４は炉心支持機構５により支持されるとともに、液体
金属ナトリウム等の冷却材６で覆われる。原子炉容器３
は、上部がルーフスラブ７で閉塞される。ルーフスラブ
７と冷却材６との間の空隙には、カバーガス空間８が形
成され、アルゴンガス等の不活性ガスであるカバーガス
８Ａが充填される。

【００１６】炉心４は、炉心燃料部１１、ブランケット
部１２、反射部１３および遮蔽部１４を備え、これら各
部１１〜１４が炉心構成要素Ｅ11〜Ｅ14を構成する。各
炉心構成要素Ｅ11〜Ｅ14は、遮蔽部１４を除き、正六角
形断面を有する多数のラッパ管１５により集合体を形成
し、ラッパ管１５中に各要素Ｅf ，Ｅb ，Ｅr をそれぞ
れ収容する。

【００１７】例えば、各炉心構成要素Ｅ11〜Ｅ14のう
ち、炉心燃料部１１およびブランケット部１２はそれぞ
れ多数のラッパ管１５により炉心燃料集合体および半径
方向ブランケット燃料集合体を形成する。そして、炉心
燃料集合体および半径方向ブランケット燃料集合体は、
ラッパ管１５中に多数の炉心燃料要素（燃料ピン）Ｅf
或いはブランケット燃料要素Ｅb を三角格子状に配列し
てそれぞれ構成される。炉心４の上部には、炉心上部機
構（ＵＣＳ）９が設けられる。炉心上部機構９は，図示
しないが、独立した制御系を備え、制御系の下方に設け
られた制御棒を上下動させて、炉心４に出し入れし、炉
心４に装荷された核燃料の出力を制御する。また、炉心
上部機構９には上下方向に案内管９Ａが設けられる。

【００１８】冷却材６は、冷却材出入口を通じて原子炉
容器３内に出し入れされる。冷却材６は、炉心４からの
熱を取り出し、中間熱交換器を経て二次冷却系に伝え
る。このため、冷却材６は高温状態（３００〜６００°
Ｃ）で原子炉容器３内を循環する。また、冷却材６は炉
心４から発生する中性子の減速および吸収作用を果た
す。なお、符号１６は炉心４の出口部を、符号１７は隔
壁１０内部の測定室をそれぞれ示す。

【００１９】ところで、原子炉格納容器２には、中性子
検出装置２０が設けられる。中性子検出装置２０は、中
性子検出部２１と、中性子検出部２１に接続される検出
信号伝達部２２と、検出信号伝達部２２を介して中性子
検出部２１に接続される中性子計測部２３とから構成さ
れる。

【００２０】中性子検出部２１は、図２に示すように、
開口部３０Ａを有する円筒状の耐圧容器３０により構成
される。耐圧容器３０には内部にガスシンチレータ３１
が充填され、開口部３０Ａ側に集光ガラス３２が封入さ
れるとともに、集光ガラス３２の外部側には光ファイバ
ケーブルコネクタ３３が設けられ、集光ガラス３２と光
学的に接続される。

【００２１】耐圧容器３０は、耐高熱性および耐圧性を
有し、高温環境（３００〜６００°Ｃ）の使用に耐え得
る材料で形成される。また、耐圧容器３０の内面３０Ｂ
は、鏡面加工が施される。そして、耐圧容器３０は、図
１に示すように、所定のラッパ管１５の内部に収納され
る。ラッパ管１５は各炉心構成要素Ｅ11〜Ｅ14のうち、
ブランケット部１２を構成する半径方向ブランケット燃
料集合体内に配置される。

【００２２】ガスシンチレータ３１は、数気圧から数百
気圧の高圧水素ガスまたは高圧ヘリウムガスの単独気
体、或いは両者の混合気体、或いは両者の混合気体中に
少量の不純物ガス（例えばＣＯ₂等）を添加して構成さ
れる。ガスシンチレータ３１は、中性子が入射される
と、例えばガスシンチレータ３１が混合気体であれば、
水素ガス中の陽子と（ｎ，ρ）反応を生じ、反跳陽子の
運動エネルギの損失に伴い混合気体の原子が発光（シン
チレーション）することにより中性子を検出するように
なっている。また、シンチレータに気体を用いるガスシ
ンチレータ３１は、シンチレータとして寿命を長く取る
ことができるため、使用される。

【００２３】集光ガラス３２は、耐圧容器３０の内部で
生じた発光を鏡面加工が施された内面３０の反射により
効率的に補足し、光ファイバケーブルコネクタ３３に伝
達する。

【００２４】検出信号伝達部２２は、図２に示すよう
に、中性子検出部２１と後述する中性子計測部２３とを
光学的に接続する光ファイバケーブル３４により構成さ
れる。光ファイバーケーブル３４は、図１に示すよう
に、一端が光ファイバケーブルコネクタ３３に接続さ
れ、炉心上部機構９の案内管９Ａを経て、他端が中性子
計測部２３の一部を構成する光電子増倍装置３５に接続
される。光ファイバケーブル３４は、ガスシンチレータ
３１が中性子を検出すると、中性子検出信号を光信号と
して集光ガラス３２から光ファイバケーブルコネクタ３
３を介して光電子増倍装置３５に伝達するようになって
いる。

【００２５】中性子計測部２３は、図１に示すように、
光電子増倍装置３５と、電子回路系４１とが電気的に接
続されて構成される。電子回路系４１は、図２に示すよ
うに、前置増幅器３６と、パルス波形弁別器（ＰＳＤ）
３７と、主増幅器３８と、波高分析器（ＰＨＡ）３９と
を備え、順に直列に接続されて構成される。そして、光
電子増倍装置３５は、高圧電源４０に接続される。中性
子計測部２３は、図１に示すように、放射線遮蔽体とし
ての隔壁１０内部の計測室１７に配置される。光電子増
倍装置３５は、光ファイバケーブル３４と光学的に接続
され、中性子検出部２１で検出した中性子検出信号を電
気的信号に変換し、回路系４１に送出する。光電子増倍
装置３５は、フォトマル、電荷結合素子、チャンネルプ
レート、或いは、チャンネルトロン等が用いられる。次
に、上記第１の実施例に係る中性子検出装置の作用につ
いて説明する。

【００２６】炉心４で燃料の核分裂反応に伴って中性子
が放出され、中性子検出部２１に入射すると、耐圧容器
３０内部のガスシンチレータ３１は、中性子により水素
ガス中の陽子と（ｎ，ρ）反応を生じ、反跳陽子の運動
エネルギの損失に伴い混合気体の原子が発光（シンチレ
ーション）する。

【００２７】この発光は、中性子検出信号として耐圧容
器３０の内面３０Ｂにより反射されて、効率よく集光ガ
ラス３２に集光される。集光ガラス３２は、集光した光
を光ファイバケーブルコネクタ３３を介して光ファイバ
ケーブル３４に伝える。光ファイバケーブル３４は、中
性子検出信号としての光信号を光電子増倍装置３５に伝
達する。光信号は電気信号と異なり、γ線等の放射線の
影響を受けることがない。光電子増倍装置３５は、放射
線の影響から遮断された隔壁１０内の測定室１７で入力
された光信号を電気的信号に変換し、回路系４１に送出
する。

【００２８】回路系４１は、光電子増倍装置３５からの
電気信号を前置増幅器３６により増幅する。増幅された
電気信号がパルス波形弁別器（ＰＳＤ）３７に入力され
ると、パルス波形弁別器（ＰＳＤ）３７は、増幅された
電気信号から電気的パルスの立上がり時間の早い成分を
除去する。

【００２９】これは、中性子検出部２１により中性子を
検出する際、ガスシンチレータ３１が中性子による発光
だけでなく、γ線の影響による発光も混在した中性子検
出信号を検出してしまうので、中性子検出信号からγ線
の影響による発光を取り除く必要があるためである。パ
ルス波形弁別器（ＰＳＤ）３７は、γ線（反跳電子）に
よるシンチレータ３１の励起時間（発光時間）に較べ、
中性子（反跳陽子）による発光時間が長い性質を利用し
たものである。パルス波形弁別器（ＰＳＤ）３７によ
り、中性子検出信号は中性子による発光がγ線の影響に
よる発光から分離されて弁別され、中性子による発光に
基づいた中性子検出信号のみを取り出すことができる。

【００３０】主増幅器３８は、パルス波形弁別器（ＰＳ
Ｄ）３７からの中性子検出信号を増幅し、波高分析器
（ＰＨＡ）３９に出力する。波高分析器（ＰＨＡ）３９
は主増幅器３８からの中性子検出信号を分析し、中性子
を計測する。

【００３１】次に、本発明に係る中性子検出装置の第２
の実施例について図３を参照して説明する。なお、図１
ないし図２と同一または相当部分には同一の符号を付
し、その説明は省略する。

【００３２】中性子検出部５０は、図３に示すように、
開口部５１Ａを有する円筒状の容器５１により構成され
る。容器５１には、中性子を検出するシンチレータとし
て例えばＬi Ｉ( Ｅu ) 等の固体シンチレータ５２が充
填され、開口部５０Ａ側に集光ガラス３２が封入される
とともに、集光ガラス３２の外部側には光ファイバケー
ブルコネクタ３３が設けられ、集光ガラス３２と光学的
に接続される。固体シンチレータ５２にＬi Ｉ( Ｅu)
を用いる場合、固体シンチレータ５２の発光メカニズム
は、

【００３３】

【数１】を用い、この場合α， ³Ｈともに発光（シンチレーショ
ン）を生じる。また、固体シンチレータ５２を用いるか
わりに、高沸点有機物よりなる液体シンチレータを用い
ることもできる。

【００３４】シンチレータとして固体または液体を用い
る場合、容器５１は、耐圧構造とする必要はなく、耐高
熱性を有し、高温環境（３００〜６００°Ｃ）の使用に
耐え得る材料で形成されていればよい。また、容器５１
の内面５１Ｂは、上記第１の実施例と同様に鏡面加工が
施される。そして、容器５１は、図１に示すように、所
定のラッパ管１５の内部に収納される。

【００３５】上記第２の実施例に係る中性子検出装置
は、シンチレータとして固体または液体を用いることに
より、容器５１をコンパクト化することができ、炉心４
の狭隘な間隙を形成する空間にも中性子検出部５０を設
置することができる。

【００３６】なお、上記各中性子検出部２１、５０は、
１つのラッパ管１５に収容する必要はなく、炉心構成要
素Ｅ11〜Ｅ14のうちいずれに設置してもよく、複数個設
置してもよいのは言うまでもない。

【００３７】次に、本発明に係る中性子検出装置の第３
の実施例について図４を参照して説明する。なお、図１
ないし図３と同一または相当部分には同一の符号を付
し、その説明は省略する。中性子検出装置６０は、図４
に示すように、中性子検出部２１をラッパ管１５内に挿
脱自在に配置する駆動機構６１を備えて構成される。中
性子検出部２１は、検出信号伝達部２２としての光ファ
イバケーブル３４を介して中性子計測部２３に接続され
る。

【００３８】駆動機構６１は、炉心上部機構９およびル
ーフスラブ７を上下方向にそれぞれ貫通する貫通孔６２
Ａ，６３Ａ内に昇降可能に挿通される。駆動機構６１
は、上部が図示しない駆動装置に接続され、下部には中
性子検出部２１が設けられる。また、中性子検出装置６
０は、多数の中性子検出部２１を有し、原子炉容器３内
外の所定位置Ｐ１〜Ｐ７に設置される。中性子検出部２
１の設置される位置Ｐ１〜Ｐ７を、以下に示す。

【００３９】位置Ｐ１は、炉心燃料部１１を構成するラ
ッパ管１５Ａ内に位置する。位置Ｐ２は、炉心４の出口
部１６の上部に位置する。位置Ｐ３は、炉心４の径方向
外部に位置する。位置Ｐ４は、炉心４の下方外部に位置
する。位置Ｐ５は、原子炉容器３の外部に位置する。位
置Ｐ６は、ブランケット部１２を構成するラッパ管１５
Ｂ内で上下方向の複数箇所に位置する。位置Ｐ７は、駆
動機構６１が昇降するラッパ管１５Ｃ内に位置し、位置
Ｐ７は、駆動機構６１の昇降に応じてラッパ管１５Ｃ内
で上下方向に変位する。

【００４０】上記第３の実施例に係る中性子検出装置６
０は、中性子検出部２１を駆動機構６１により中性子計
測時のみ検出位置に配置するようにしているので、中性
子検出部２１の劣化を防ぐことができ、さらに、中性子
検出部２１を原子炉容器３内外の所望箇所に多数設置で
きるので、中性子検出部２１を設置する自由度が増大
し、きめ細かく中性子を計測、監視できる。なお、中性
子検出部２１の設置位置は上記位置Ｐ１〜Ｐ７に限ら
ず、中性子計測の必要に応じて所望の位置に設けること
ができる。また、上記各実施例は高速増殖炉について述
べたが、これに限られるものではなく、他のタイプの原
子炉についても適用可能であることはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る中性
子検出装置は、中性子を検出するシンチレータを内部に
収容し、耐高熱性を有する容器を備えた中性子検出部
と、この中性子検出部に接続され中性子検出部からの検
出信号を伝達する検出信号伝達部と、この検出信号伝達
部を介して中性子検出部に接続され検出信号を増幅して
中性子を計測する中性子計測部とを備えるとともに、中
性子検出部を原子炉容器の内部に配設したことにより、
高温環境においても中性子束を感度良好に検出して計測
することができ、中性子検出部をコンパクト化し、装置
の簡素化を図ることができる。

【００４２】また、本発明に係る中性子検出装置は、検
出信号伝達部を、中性子検出部と光学的に接続された光
伝達部により構成したことにより、中性子検出信号の伝
達時放射線の影響を低減化することができ、ノイズレベ
ルを低く抑えることができるので、中性子を精密に検出
して計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る中性子検出装置が
設けられた高速増殖炉の構成を示す構成図。

【図２】図１の中性子検出装置の構成を示す一部断面構
成図。

【図３】本発明の第２の実施例に係る中性子検出装置の
構成を示す一部断面構成図。

【図４】本発明の第３の実施例に係る中性子検出装置の
中性子検出部の位置を示す概念図。

【符号の説明】

３原子炉容器２０中性子検出装置２１、５０中性子検出部２２検出信号伝達部２３中性子計測部３０耐圧容器３１ガスシンチレータ５１容器５２固体シンチレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中性子を検出するシンチレータを内部に
収容し、耐高熱性を有する容器を備えた中性子検出部
と、この中性子検出部に接続され前記中性子検出部から
の検出信号を伝達する検出信号伝達部と、前記検出信号
伝達部を介して前記中性子検出部に接続され、検出信号
を増幅して中性子束を計測する中性子計測部とを備える
とともに、前記中性子検出部を原子炉容器の内部に配設
したことを特徴とする中性子検出装置。
【請求項２】検出信号伝達部は、前記中性子検出部と
光学的に接続された光伝達部により構成されることを特
徴とする請求項１に記載の中性子検出装置。