JPH0815497A - 使用済燃料の貯蔵監視方法およびその貯蔵設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】使用済燃料を乾式貯蔵するに際し、前記使用済
燃料を密封するために使用する密封容器の健全性を、長
期間にわたり精度良く監視する。 【構成】前記密封容器から収納管に漏洩する密封容器の
封入ガスを、前記収納管内に設置したセンサを利用して
光学的手法あるいは放射線計測により検知する。さら
に、封入ガス中に少量の標識ガスを共存させることによ
り検知精度を高める。 【効果】収納管内の空気等をサンプリングすることな
く、しかも遠隔で精度良く密封容器の健全性を監視でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所から発生
する使用済燃料を乾式貯蔵する際の監視方法と貯蔵設備
に係り、とりわけ使用済燃料中の放射性物質等が外部に
漏洩する可能性を限りなく低減するに好適な貯蔵監視方
法と貯蔵設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所から発生する使用済燃料の
貯蔵方法として、近年、乾式貯蔵が検討されている。た
とえば、特公平5−11598号には乾式貯蔵方法の一例が示
されている。本方式の一実施形態は、使用済燃料を密封
容器内に密封し、この密封容器を収納管の内部に収納す
る。収納管の外部は空気があり、これの対流により使用
済燃料から発生する熱が除去できるようになっている。
本方式による使用済燃料の貯蔵は数１０年以上に及ぶ可
能性もあるため、使用済燃料中の放射性物質等が密封容
器外部に漏洩していないことを監視する必要がある。

【０００３】漏洩の監視方法として、前記特公平5−115
98号では、収納管内部の空気を定期的にサンプリング
し、サンプリング空気中の放射能濃度を測定することを
開示している。しかし、本法ではサンプリング設備が必
要になるため貯蔵設備全体のコストが高くなるのみなら
ず、サンプリング空気は放射性気体廃棄物として取り扱
う必要があるため廃棄作業が繁雑になる。

【０００４】このような問題を解決するため特公平3−7
8960号では、密封容器内部の圧力変動を検知して漏洩監
視する方法が示されている。本法はサンプリングが不要
であるとの点で優れているが、使用済燃料の崩壊熱の減
衰や周囲温度の変動等によっても密封容器内部の圧力が
変化するため漏洩との区別が付きにくく、確実性に欠け
るきらいがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、サン
プリングに伴う作業煩雑化の防止、あるいは監視精度向
上に関し、必ずしも十分に配慮されていなかった。本発
明の目的は、密封容器内部から収納管内に漏洩した物質
をサンプリングすることなく、しかも高精度で監視する
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、密封容器内
部から収納管に漏洩したヘリウムガスを、吸光などの光
学的な手段等により検出することで達成される。さらに
上記目的は、あらかじめ密封容器内部に封入した標識ガ
スが収納管に漏洩したことを検出することでも達成され
る。前記標識ガスの検出方法としては、光学的手法，放
射線測定手法等が適用できる。

【０００７】

【作用】使用済燃料からの発熱を効率的に除去するた
め、密封容器内部には使用済燃料と共に熱伝導性に優れ
たヘリウムガスを封入することが考えられる。また、ハ
ンドリング性を考慮し、収納管の内部には空気を封入す
ることが考えられる。使用済燃料を長期間に渡り乾式貯
蔵している際、万一、密封容器に腐食等の原因で穴があ
くと、使用済燃料中の放射性物質が漏洩する前にヘリウ
ムガスが収納管内に漏洩する。このヘリウムガスを吸光
あるいは発光などの光学的な手法等で監視・検出するこ
とでいち早く不具合がわかり、密封容器の交換など適切
な対策を講じることができる。

【０００８】しかしながら、一般にヘリウムガスの検出
精度は悪いため、より精度の向上を図るには、密封容器
内のヘリウムガスに一酸化炭素，二酸化炭素，アルゴン
などの標識ガスを共存させておき、収納管内に漏洩した
標識ガスを検知することが望ましい。標識ガスとして一
酸化炭素や二酸化炭素を用いた場合、赤外線の吸光スペ
クトルを調べることで極めて高精度の監視が可能にな
る。また、標識ガスとしてアルゴンを用いた場合、使用
済燃料で放射化されたＡｒ−４１を放射線計測すること
で極めて高精度の監視が可能になる。

【０００９】

【実施例】実施例１ 以下、本発明の一実施例を図１と図２を用いて説明す
る。使用済燃料貯蔵施設の基本的な構成については、例
えば特公平5−11598号の図１や図３に示されているの
で、ここでは本発明に直接関係する部分のみについて説
明する。図１に示すように、使用済燃料１はヘリウムガ
スを封入した密封容器２に密封されており、前記密封容
器２はさらに収納管３に収納されている。前記収納管３
の上部は密封プラグ４により密封されており、また収納
管３と密封容器２の間には空気が充填されている。収納
管の外部には冷却空気５が流れており、前記使用済燃料
１から発生する崩壊熱が除去できるようになっている。
前記密封プラグ４にはヘリウムを検知するためのセンサ
部６が取り付けられており、前記センサ部６は光ファイ
バ７を介してヘリウムの検出部８に接続されている。

【００１０】図２には、前記センサ部６と前記検出部８
の詳細を示す。前記センサ部６にはセル９が設けられて
おり、前記収納管３に充填された空気は自由にセルを出
入りできるようになっている。前記セル９には送光部１
０と受光部１１が設けられている。前記検出部８に設け
られた色素レーザ１２からはヘリウムの吸収波長に相当
する光(たとえば３８８.９ｎｍ）が出され、光ファイバ
７を通じて前記送光部１０に送られる。この光はセル９
内の空気部分を通過して受光部１１に至るが、受光され
た光は再び光ファイバイ７を用いて光検出器１３に送ら
れ光強度が測定される。測定された光強度は、前記色素
レーザ１２から発射された光強度と演算器１４にて比較
され、前記セル９内での光の減衰量が求められる。

【００１１】前記密封容器２が健全で密封性も維持され
ている場合には、前記収納管３の内部には空気しか存在
しないために光はほとんど減衰しない。一方、前記密封
容器２に腐食などが起こりピンホール等を生じた場合に
は、前記密封容器２内部のヘリウムガスが前記収納管３
に漏洩する。このため、前記色素レーザ１２からの光は
前記セル９内でヘリウムガスにより吸収され減衰する。
また、光の減衰量はヘリウムガスの漏洩量に比例するこ
とから、前記密封容器２の腐食の程度も知ることができ
る。このように光の減衰量をモニターすることで、収納
管内部の空気をサンプリングすることなく、前記密封容
器２の健全性を監視することができる。ヘリウムガスに
よる光の減衰量を測定するに当たっては、ベースライン
シフト等に伴う誤差を低減するため、一般の計測分野で
採用されている高精度化の手法を使えることは当然であ
る。具体的には、参照光を用いたドリフト成分の補正、
光源として単色光にかえ白色光を用いて吸光スペクトル
を取り精度向上を図るなどの方法がある。

【００１２】なお、使用済燃料の貯蔵は場合によっては
数１０年以上の長期にわたること、また密封容器の腐食
等は起こるとしても徐々に進行することを考えると、健
全性の監視は必ずしも連続的に実施する必要はない。具
体的には、１日〜数ヶ月に１回でも十分と考えられる。
また、図１では１本の収納管を監視するのに１台の監視
装置を用いたが、複数の収納管を１台の装置で監視する
ことも可能である。具体的には、前記センサ部６は複数
の全ての収納管に設けるが、前記検出部８は１台のみと
し、スイッチング回路を用いて送受信する光を切り替え
収納管を順次監視することも可能である。これらの方法
は本実施例に限られるものではなく、以下に示す他の実
施例でも基本的に同じである。

【００１３】さらに、上記の実施例ではヘリウムの吸光
現象を利用したが、発光現象を利用することもできる。
具体的には、前記色素レーザ１２にかえ、波長の短い紫
外線のレーザやキセノンランプ等を用いてこれを前記セ
ル９内に照射する。ヘリウムガスが漏洩している場合に
は、ヘリウムの励起に伴う特定の発光（波長388.9 ，５
８７.６，７０６.５ｎｍなど）がみられることから、こ
れを検出することによっても健全性の監視が可能とな
る。また、光学的な手法以外でも監視は可能である。た
とえば、ヘリウムガスは空気などに比べて熱伝導性のよ
いことを利用し、前記収納管３内の充填ガスの熱伝導度
を測定することでも前記密封容器２の健全性を監視する
ことができる。

【００１４】実施例２ 実施例１では密封容器から漏洩するヘリウムガスを検出
したが、サンプリング分析を実施しない場合のヘリウム
ガスの検出下限値は十分でない場合がある。このため、
密封容器からヘリウムが０.１％ 程度以上漏洩した後で
なければ漏洩を検知できない。本実施例は、ヘリウムに
標識ガスを共存させることにより微量な漏洩の検知を可
能とするものである。

【００１５】装置の構成は基本的に図１と同じであるた
め、これを用いて説明する。本実施例では、使用済燃料
１を密封する密封容器２にはヘリウムガスと共に標識ガ
スとして少量の一酸化炭素(濃度０.１〜１０％程度）が
封入されている。腐食等の原因で前記密封容器２に穴が
あいた場合には、ヘリウムと共に一酸化炭素が前記収納
管３の内部に漏洩する。一酸化炭素は波長５.５μｍ 付
近の赤外線を吸収し、その吸光係数も極めて大きいこと
が知られている。したがって、前記検出部８から前記セ
ンサ部６に波長５.５μｍ 程度の赤外線を送り前記収納
管３の内部での減衰量を測定すれば、漏洩の検知は可能
である。しかも、一酸化炭素濃度が１ppm 程度であって
も検出可能であるため、ヘリウムを直接検知する場合に
比べ２桁以上少ない漏洩であっても監視・検出すること
ができる。なお、波長５.５μm程度の赤外線の光源とし
ては、赤外線ランプやヨウ素レーザなどがある。

【００１６】また、標識ガスとして利用できるのは一酸
化炭素に限られている訳ではなく、二酸化炭素や二酸化
硫黄も赤外領域に強い吸光ピークを持つため、これらを
使用することもできる。また、可視領域や紫外領域に強
い吸光ピークを持つガスも標識ガスとして使用できるこ
とは当然で、例えばフッ素ガスなどが考えられる。

【００１７】実施例３ 実施例２では標識ガスの検出に光学的な手法を用いた
が、本実施例では放射線計測を利用する場合について説
明する。

【００１８】使用済燃料１を密封する密封容器２にはヘ
リウムガスと共に標識ガスとして少量の非放射性アルゴ
ン(Ａｒ−４０)が封入されている。このＡｒ−４０は使
用済燃料から放出される中性子によりその一部が放射性
のＡｒ−４１に変化している。腐食等の原因で前記密封
容器２に穴があいた場合には、ヘリウムと共にこのＡｒ
−４１が前記収納管３の内部に漏洩し、センサ部６に至
る。本実施例は、前記センサ部６に至ったＡｒ−４１の
放射線を検出することで前記密封容器２からの漏洩を検
知するものであるが、本実施例で使用するセンサ部６の
構造を図３に示す。

【００１９】センサ部３の全体は鉛１５でおおわれてお
り、前記使用済燃料１からの放射線を遮蔽するようにで
きているが、前記収納管３内の空気はセンサ部の中心を
自由に出入りできるよう配慮されている。この中心部分
にはＮａＩ（Ｔｌ）結晶１６が設けられており、前記密
封容器３から漏洩したＡｒ−４１がセンサ内に至るとＡ
ｒ−４１が放出するγ線により前記ＮａＩ（Ｔｌ）結晶
１６が発光を起こす。この光は集光器１７により集めら
れ光ファイバ７で前記収納管３の外部に取り出される。
取り出された光は光電管等で計測され、Ａｒ−４１を検
知するようになっている。このような放射線計測の手法
は一般的な原理に基づくもので、精度向上のためにはγ
線のエネルギー弁別を実施することが有効なことは当然
であり、この場合には前記使用済燃料１から放出される
放射線との区別が容易になる。

【００２０】本実施例では、標識ガスとして使用済燃料
からの中性子で放射化される非放射性ガスを使用した
が、最初から放射性ガスを使用し密封容器からの漏洩時
にはこれの放射線を検出することも可能である。しか
し、本実施例のように非放射性ガスを使用する場合に
は、次のようなメリットがある。第１のメリットは、使
用済燃料を密封容器内に密封する際に放射性ガスを扱う
必要がないことである。しかし、放射性ガスを封入する
場合であっても、放射性ガスをガラスなどのアンプル内
に一旦密封しておいて使用済燃料と共に密封容器に入
れ、密封容器の密封作業が終了した後にこのアンプルを
密封容器外部から壊し放射性ガスを拡散させれば、取扱
は極めて容易となる。次に、非放射性ガスを使用する第
２のメリットについて説明する。放射性ガスを標識ガス
として使用する場合、監視期間が数１０年にもわたる事
を考えると半減期が相当に長い放射性ガスを使用せざる
を得ず、万一、密封容器からの漏洩が起こった場合には
繁雑な気体廃棄物処理が必要となる。これに対し非放射
性のＡｒ−４０を用いた場合には、使用済燃料から発生
する中性子により長期間にわたり定常的に放射性のＡｒ
−４１が生成し、しかもこれの半減期は約２時間と短
い。このため、万一、密封容器からの漏洩が起こって
も、簡単に処理することができる。このような非放射性
の標識ガスとしてはほかにＨｅ−３やＫｒ−８４などが
あり、中性子により前者では放射性のＨ−３、後者では
Ｋｒ−８５ｍが生成する。特にＨｅ−３の場合には、前
記使用済み燃料１を前記密封容器２に密封する際に使用
する通常のヘリウムガス（ほぼ１００％がＨｅ−４）と
ガスの比重が近いため、密封容器内でほぼ均一に分布
し、密封容器からの漏洩がいかなる場所で起こったとし
ても漏洩量を正確に検知できるとの長所がある。

【００２１】以上の実施例１〜３では、密封容器内部に
ヘリウムガスを封入することを前提に説明したが、他の
ガスを封入した場合にも同様の監視を行うことが可能で
ある。たとえば、熱伝導の良い水素ガスを封入した場合
にも光学的な手段等で漏洩を検知できる。また、空気を
封入した場合であっても、一酸化炭素，アルゴンなどの
適当な標識ガスを共存させることで漏洩の検知をでき
る。

【００２２】さらに、上記実施例では密封容器から収納
管に漏洩するガスの検知について説明したが、収納管内
部から外側の冷却空気に漏洩するガスの検知にも利用で
き、この場合には、前記センサ部６を収納管外側の前記
冷却空気５側に設置すれば良い。このような漏洩監視
は、前記使用済燃料１を前記密封容器２に一旦封入する
ことなく、前記使用済燃料１を前記収納管３に直接収納
する場合には特に有効である。

【００２３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、収納管内部の空
気等をサンプリングすることなく、密封容器の健全性を
精度良く監視できる。さらに、収納管内部には比較的高
い放射線場が存在するが、半導体機器等の電子部品を収
納管内部で用いる必要がないため長期間にわたり信頼性
の高い監視が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の装置構成を説明する図であ
る。

【図２】本発明の実施例に使用したガス検知用のセンサ
部と検出部の構造を説明する図である。

【図３】本発明の他の実施例に使用した放射線検知用の
センサ部の構造を説明する図である。

【符号の説明】

１…使用済燃料、２…密封容器、３…収納管、５…冷却
空気、６…センサ部、７…光ファイバ、８…検出部、９
…セル、１２…色素レーザ、１３…光検出器、１６…Ｎ
ａＩ（Ｔｌ）結晶。

フロントページの続き (72)発明者 金井 秀俊 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】使用済燃料を封入ガスと共に密封容器内に
   密封し、この密封容器を収納管に収納して、前記収納管
   の外部を冷却する使用済燃料乾式貯蔵設備にあって、前
   記密封容器から前記収納管内に漏洩する前記封入ガス
   を、前記収納管内に設けられたセンサにより監視するこ
   とを特徴とする使用済燃料の貯蔵監視方法。
2. 【請求項２】前記密封容器から漏洩した前記封入ガスの
   監視において、前記封入ガスの吸光または発光特性を前
   記センサにより検出することを特徴とする請求項１の使
   用済燃料の貯蔵監視方法。
3. 【請求項３】前記密封容器から漏洩した前記封入ガスの
   監視において、前記封入ガスの熱伝導特性を前記センサ
   により検出することを特徴とする請求項１の使用済燃料
   の貯蔵監視方法。
4. 【請求項４】前記封入ガスがヘリウムであることを特徴
   とする請求項１，２または３の使用済燃料の貯蔵監視方
   法。
5. 【請求項５】使用済燃料を封入ガスと共に密封容器内に
   密封し、この密封容器を収納管に収納して、前記収納管
   の外部を冷却する使用済燃料乾式貯蔵設備にあって、前
   記封入ガス中に標識ガスを共存させ、前記密封容器から
   前記収納管内に漏洩する前記標識ガスを、前記収納管内
   に設けられたセンサにより監視することを特徴とする使
   用済燃料の貯蔵監視方法。
6. 【請求項６】前記標識ガスが一酸化炭素，二酸化炭素，
   二酸化硫黄のいずれかであり、前記密封容器から漏洩し
   た前記標識ガスの監視において、前記封入ガスの吸光ま
   たは発光特性を前記センサにより検出することを特徴と
   する請求項５の使用済燃料の貯蔵監視方法。
7. 【請求項７】前記標識ガスが非放射性のＡｒ−４０，Ｋ
   ｒ−８４，Ｈｅ−３のいずれかであり、前記密封容器か
   ら漏洩した前記標識ガスの監視において、前記標識ガス
   中の放射化した成分を前記センサにより検出することを
   特徴とする請求項５記載の使用済燃料の貯蔵監視方法。
8. 【請求項８】前記標識ガスが放射性ガスであり、前記密
   封容器から漏洩した前記標識ガスの監視において、前記
   標識ガスの放射線を前記センサにより検出することを特
   徴とする請求項５の使用済燃料の貯蔵監視方法。
9. 【請求項９】使用済燃料を封入ガスと共に密封容器内に
   密封し、この密封容器を収納管に収納して、前記収納管
   の外部を冷却する使用済燃料乾式貯蔵設備にあって、前
   記密封容器から前記収納管内に漏洩する前記封入ガスを
   検出するためのセンサ部を前記収納管内に設けたことを
   特徴とする使用済燃料の貯蔵設備。
10. 【請求項１０】使用済燃料を封入ガスと共に密封容器内
    に密封し、この密封容器を収納管に収納して、前記収納
    管の外部を冷却する使用済燃料乾式貯蔵設備にあって、
    前記封入ガス中に標識ガスを共存させ、前記密封容器か
    ら前記収納管内に漏洩する前記標識ガスを検出するため
    のセンサ部を前記収納管内に設けたことを特徴とする使
    用済燃料の貯蔵設備。
11. 【請求項１１】前記センサ部からの信号を検出するため
    の検出部は前記収納管の外部に設けられており、前記検
    出部には複数のセンサ部が接続されており、スイッチン
    グ回路を用いて複数の前記センサ部からの信号を一つの
    前記検出部にて検出することを特徴とする請求項９また
    は１０の使用済燃料の貯蔵設備。
12. 【請求項１２】前記センサ部は前記収納管内に設けられ
    ており、前記センサ部からの信号を検出する検出部は前
    記収納管の外部に設けられており、前記センサと前記検
    出部が光ファイバにより接続されていることを特徴とす
    る請求項９また１０の使用済燃料の貯蔵設備。