JPH0843582A - 燃料集合体内の欠陥燃料棒を検出するシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料集合体内の欠陥燃料棒を現場で精度よく
検出することのできるシステムを提供する。 【構成】 本願発明に係るシステムは、２つの基本サブ
システムを含んでいる。第１のサブシステムは、燃料に
被せたフード（２）から成っているサンプル収集システ
ムである。燃料集合体（４）から流体サンプルを抽出す
るために、脱ガスタンクの水中ノズルを介して真空吸引
を行う手法が用いられる。第２のサブシステムは、流体
サンプルに含有されているＫｒ−８５放射性同位体の量
を決定する。燃料集合体から抽出された流体サンプル内
のＫｒ−８５の測定値が、燃料集合体試験前に原子炉プ
ールから採取された流体サンプル、及び無漏洩の対照セ
ルから採取された流体サンプルのＫｒ−８５の各測定値
と比較される。後者の値は、対象の燃料集合体と比較す
るためのバックグラウンドを表す。この比較に基づい
て、燃料集合体が、欠陥のある、即ち漏洩のある燃料棒
を含んでいるか否かが決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水減速型原子炉の炉心
に使用されている欠陥燃料要素を同定する方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の炉心は複数の核燃料集合体を含
んでおり、各集合体は複数の核燃料棒から成っている。
各燃料棒は円筒形の外被、即ち被覆管を含んでおり、被
覆管は両端をそれぞれの端栓で密封されている。被覆管
の内部には、複数の核燃料ペレットが垂直柱を成して、
被覆管の全長よりも低い位置まで燃料柱の上方にプレナ
ム空間を残して積み重ねられている。プレナムの内部に
は、燃料ペレットを燃料棒の下方端栓側に片寄らせるた
めの圧縮ばねが配置されている。プレナム内部には又、
内部雰囲気から汚染物を除去するためのゲッタが従来通
りに設置されている。

【０００３】被覆管は主に２つの目的を果たす。即ち、
第１に、被覆管は、核燃料と冷却材又は減速材との間の
接触及び化学反応が生じるのを防止する。第２に、被覆
管は、その一部は気体である放射性核分裂生成物が燃料
棒から冷却材又は減速材へ放出されるのを防止する。内
気圧の上昇又はその他何らかの理由により被覆管が破損
すると、放射性長寿命生成物による冷却材又は減速材、
及び関連システムの汚染を招き、プラント運転が妨げら
れることになることもある。

【０００４】水減速型原子炉内の欠陥燃料要素を同定す
る従来の技術は、「燃料シッピング」として知られてい
る。この技術は、欠陥燃料棒から漏れ出る核分裂ガスを
取得すると共に測定することにより漏洩燃料棒を同定す
る。燃料シッピングを行うための公知の方法及び装置
は、本願と同一の譲渡人に譲渡された米国特許番号第
４，０３４，５９９号に開示されており、この開示内容
は、ここに参照されるべきものである。この従来技術に
よれば、燃料シッピングは、純水を満たした試験室に燃
料集合体を隔離することにより行われる。試験室の設置
場所は、原子炉容器内であっても、又は燃料プールの底
部であってもよい。燃料集合体又は燃料棒は、炉心又は
燃料貯蔵ラックから取り外され、密閉された容器に入れ
られて、バックグラウンドを減少させた上で、燃料集合
体又は燃料棒から放出されるガスサンプルが、このシッ
ピング容器から取得される。試験室は、その頂部付近に
排出管を含んでいると共に底部に気体散布器（ガス・ス
パージャ）を含んでいる。このガス・スパージャを通し
て試験室に空気が導入されて、燃料要素の上方の水の一
部と置き換わるようにする。この操作は、燃料要素の上
方にエアポケットを形成し、試験室の圧力を低下させ、
同時に、欠陥燃料要素から吸引放出された核分裂ガスを
燃料要素の周囲の水から浄化除去（パージ）するのに役
立つ。次に、上述の空気を適切な放射線モニタに通すこ
とにより、空気に同伴された核分裂ガスの放射能が測定
される。この方法の第２の工程では、核分裂ガスの放出
を増大させるために、試験室内の圧力を真空になるまで
更に減少させる。この方法の第３の工程では、試験室内
の圧力は真空に保持され、燃料要素の上方のエアポケッ
トから試験のために吸い出されたガスは、放出された核
分裂ガスを燃料要素周囲の水から継続して浄化除去する
ために再循環される。このようにして、浄化用の空気と
核分裂ガスとが試験室頂部のエアポケットに捕獲され、
サンプル管を経由してモニタのため取り出される。米国
特許番号第 ４，０３４，５９９号によれば、放射線モ
ニタはβ総量検出器（gross beta detector）である。
この検出器は、核分裂ガスの大部分を占めているＫｒ
（クリプトン）−８５及びＸｅ（キセノン）−１３３の
両者に同時に感応する。このシステムは極めて正確では
あるが、原子炉から燃料要素を取り外す必要があるこ
と、そして検出過程が長時間を要する性格であることか
ら、緩慢に漏洩する燃料が存在する場合には、測定が遅
くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】気体と水との分離は容
易に行えるので、核分裂ガスの測定は燃料シッピング法
の重要な要素である。しかしながら、Ｘｅ−１３３同位
体はＩ−１３３の崩壊生成物であり、Ｉ−１３３は水溶
性のイオンである。このことにより、上述した真空シッ
パの場合、脱塩補給水の使用により最低限に抑えられて
はいるが、バックグラウンドの問題が生ずる。脱塩復水
については、蒸気から持ち越され、復水脱塩器上で交換
されてきたＩ−１３３の崩壊でＸｅ−１３３が放出され
ることにより問題を生ずることが多いので、脱塩復水を
使用することはできない。プール水は、その内部に多量
のＩ−１３３を均一に分布させている。燃料ペレット物
質が燃料棒被覆管の欠陥部を通過して漏れ出してくる
と、Ｉ−１３３の濃度は著しく増加する。このようなバ
ックグラウンドの問題は、緩慢に漏洩する燃料が観測さ
れるときに考慮されなければならない。この場合、真空
シッパを用いた燃料シッピングのガス再循環段階中に、
核分裂ガスが少しずつ増大するのが見られる。この増大
は、燃料棒の微小な欠陥によるもの、試験室に漏洩混入
したプール水によるもの、又はＩ−１３３をも（化学結
合で）含み得る酸化膜からのガス脱離によるものかもし
れない。こういったことは、漏洩燃料棒の偽同定をもた
らす可能性があるので、問題である。

【０００６】Ｋｒ−８５同位体ならば、その崩壊形式に
水溶性のイオン種が存在しないので、上述のようなバッ
クグラウンドの問題を呈さない。従って、燃料棒の内部
から外部へと少しでも種が移行すると、その種は分離
し、ことごとく掃去される。但し、Ｋｒ−８５は、豊富
さの点でＸｅ−１３３に遠く及ばないことを銘記すべき
である。Ｘｅ−１３３の存在下でＫｒ−８５の量を決定
するために用いられる唯一の方法は、長期間にわたって
特定のサンプルを繰り返し測定して、この混合物の崩壊
特性を決定し、崩壊半減期に基づいてＫｒ−８５及びＸ
ｅ−１３３のそれぞれの量を算出するものである。しか
しながら、この測定法は、完了までに数か月を要する可
能性がある。Ｋｒ−８５を（独占的に）高速測定できる
と、燃料シッピング法における偽の明らかな応答が減少
し又は消滅する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、欠陥のある燃
料を現場で検出するための方法である。この方法の目的
は、核燃料炉心の周囲環境内で緩慢な漏洩燃料によって
生成された、燃料集合体内の痕跡量のＫｒ−８５の放出
を見い出す（収集、分離及び同定）することにある。

【０００８】本発明のシステムは、２つの基本下位（サ
ブ）システムを含んでいる。第１のサブシステムは、燃
料に被せたフードから成っているサンプル収集システム
である。新規な手法を用いて、１つの燃料集合体から、
又はその代わりに、４つの燃料集合体の正方配列を含ん
でいる１つの燃料セルから、流体サンプルを抽出する。
第２のサブシステムは、その流体サンプルに含有されて
いるＫｒ−８５放射性同位体の量を決定するシステムで
ある。この情報を用いて、当該燃料集合体が、欠陥のあ
る、即ち漏洩のある燃料棒を含んでいるか否かが決定さ
れる。燃料集合体から抽出された流体サンプル内のＫｒ
−８５の測定値は、（１）燃料集合体試験の前に原子炉
プールから採取された流体サンプル内のＫｒ−８５の測
定値、及び（２）漏洩燃料を含んでいないと既に決定さ
れた対照セルから採取された流体サンプル内のＫｒ−８
５の測定値と比較される。後者の値は、対象の燃料集合
体と比較するためのバックグラウンドを表す。この比較
に基づいて、対象の燃料集合体に欠陥があるか否かが決
定される。

【０００９】本発明によるサンプル収集サブシステム
は、その特定の用途に応じて、以下の４つの異なるフー
ドのうちの１つのフードを組み込んでいる。即ち、４ヘ
ッド・フード、２ヘッド・フード、単一ヘッド・フー
ド、及びマスト装着（マストに装着された）フードであ
る。４ヘッド・フードは、２×２の燃料集合体配列で構
成されている１つの燃料セルを覆う構造を有している。
全燃料炉心をシッピングの一期間中（sipping campaig
n）に検査するためには、１つ又は複数の４ヘッド・フ
ードが使用され得る。２ヘッド・フード及び単一ヘッド
・フードは、４ヘッド・フードでは届かない炉心の領域
に使用される。マスト装着フードは燃料交換マストに装
着される。フードの使用目的は、燃料集合体又は燃料セ
ルを可能な限り緊密に密封して、隣接した燃料集合体若
しくは燃料セルによる、又は原子炉圧力容器内部の棒周
囲の水による相互汚染（cross-contamination）を受け
ることなく、各燃料集合体又は燃料セルから流体（即
ち、水及び気体）が抽出されるようにすることである。

【００１０】燃料集合体及びその集合体内に含まれてい
る水からガスサンプルを放出させるためには、様々な方
法を利用することができる。先ず、燃料集合体内部の流
動を妨げ又は制御して当該燃料集合体が残留崩壊熱で加
熱されるように、燃料集合体にフードを被せる。標準の
圧力、体積及び温度条件であると仮定すると、燃料棒内
部の気体温度が上昇すると、その結果、気体が燃料棒に
包含されている限りにおいて、気体の体積は膨張する
（端栓が破損又は亀裂を生じていれば、ガスは流出し得
る。）。これにより、燃料棒内部に捕獲されているあら
ゆる気体の膨張及び漏出が促進され得る。

【００１１】次に、真空吸引による脱ガスを行うため
に、燃料集合体内部の水を急速に吸い上げて、脱ガスタ
ンクに散布する。水をこのように急速に再配置すると、
燃料集合体の水と燃料棒の内圧との間の局所的に小さな
差圧が瞬間的に増大する可能性もあって、気泡の放出が
助長される。ヘッドがマストに搭載された型の収集器で
は、燃料集合体が水面に向かって持ち上げられるので、
その燃料集合体から放出されたガスの捕獲能に対する信
頼性が更に高まる。この場合、マストの高さの変化によ
り水圧が低下し、燃料棒内部（高圧）と外部環境（低
圧）との間に差圧が生ずる。そして、ガスはマスト装着
フードによって捕獲される。その後、燃料集合体は、圧
力遷移過程の下に置かれて、ガスの放出が促進される。

【００１２】すべての形式のシッピング・フードについ
て、真空吸引による脱ガス過程が開始すると、早期サン
プルがβ検出器を通って高圧下で移動される。β検出器
のサンプル室はボルトで堅く密封された半球体である。
この半球形のサンプル室の幾何学的形状と、加圧された
サンプルとによって、検出器の効率が可能な限り高く維
持されると共に、ボルト締め構造であるため、サンプル
室を浄化操作し易くなる。ある水準を上回る即時信号が
得られたならば、燃料集合体を漏洩燃料と決定すること
ができる。このサンプルは処分され、次の燃料集合体の
サンプルが採取される。

【００１３】全体として燃料の漏洩を示さないサンプル
は、２つの充填物、即ち、湿分を吸収する第１の充填物
と、キセノンガスを吸収するが、クリプトンガスは通過
させる第２の充填物とを含んでいる湿分／分離カラムに
送られる。次に、この分離カラムから出たキセノンを含
有していないガスサンプルは、後にβ検出器に移送する
ためにアンプルに蓄積される。キセノンはサンプルから
除去されているので、加圧ガスサンプルがβ検出器を通
過するときに検出されるあらゆるβ放射能は、クリプト
ンの存在を示すものである。バックグラウンド・レベル
を超えるレベルのβ放射能は、試験中の燃料集合体に漏
洩燃料棒があることを示す。

【００１４】本発明によれば、ポンプ、弁、タイマ等を
制御するために、プログラム可能な論理制御器が用いら
れている。効率を高めるためには、β検出器と１つ又は
複数のシッピング・フードとの間に、４つの検出チャン
ネルを並列に接続することができる。これらのチャンネ
ルを流れるガスは、複数のソレノイド弁によって遠隔的
に且つ電気的に制御されている。各チャンネルは、直列
に連結されている脱ガスタンクと、湿分／分離カラム
と、ガスサンプル・アンプルとから成っている。各脱ガ
スタンクは、２×２配列の燃料集合体にそれぞれ装着さ
れた２つの４ヘッド・フードのうちのどちらかの対応す
る１つのヘッドに、交互に連結することができる。多重
化された一連の動作に従って、各検出チャンネルは同時
的にではあるが、相互に対しては位相を異にして（out
of phase）作動する。このようにして、単一の検出器に
対して、４つの独立したチャンネルを通して８つのガス
サンプルを多重処理することにより、各検出サイクル中
に８つの燃料集合体からガスサンプルを取得することが
できる。プログラム可能な論理制御器は、所望の多重化
された一連の動作に従って複数のソレノイド弁を遠隔制
御する上での要求に応じてプログラムされ得る。

【００１５】本発明は、Ｋｒ−８５の高速な分離及び測
定のための方法及びシステムを組み入れている。存在し
ているＫｒ−８５放射性同位体の量を測定することによ
り、真空シッピング法における偽の正信号が消滅し得
る。本発明は、低分解能の検出器でのスペクトル分析の
分解能を高めるために、放射性同位体を分離するカラム
を利用している。本発明による検出方法の概略は、以下
の通りである。（１）核分裂ガス流から湿分を除去す
る。（２）ガス流を吸着媒体に通すことにより、キセノ
ンガスを捕獲する。（３）吸着媒体からの流出物を真空
吸引されたアンプルに流し込み、β検出器に向かう前に
短時間保持する。如何なる微小な量のＫｒ−８５も、Ｘ
ｅ−１３３を含むことなく、β検出器を通過する。核分
裂ガス成分の崩壊形式（スキーム）によれば、Ｋｒ−８
５は試験中の燃料集合体内の欠陥燃料棒に由来すべきも
のであるので、Ｋｒ−８５の量が主として測定される。

【００１６】

【実施例】本基本システムは、現場の燃料集合体から液
体サンプルを取得する手段と、サンプルを脱ガスする手
段と、ガスからＫｒ−８５を分離する手段と、Ｋｒ−８
５を計数する手段と、制御装置とを含んでいる。本シス
テムの目的は、脱ガスして得られたサンプルに存在して
いるＫｒ−８５の量を決定し、その値を原子炉圧力容器
又は燃料貯蔵プールの常態のバックグラウンド値と比較
することにより、欠陥燃料を現場で検出することであ
る。

【００１７】図１に概略図示されたような本発明の好適
な実施例によれば、原子炉圧力容器（図示していない）
内部の燃料集合体４から流体サンプルを回収するため
に、炉内シッピング・フード２が設けられている。図１
は単一の燃料集合体の頭頂部に設置された単一ヘッド・
フードを概略図示しているが、本発明は、２つの隣接燃
料集合体を覆う２ヘッド・フードの使用、２×２配列の
燃料集合体を覆う４ヘッド・フードの使用、又は対応す
る複数の燃料集合体を覆う複数ヘッドを有しているその
他のあらゆるフード構成の使用をも包含している点を了
解されたい。一般に、４ヘッド・フードは、制御される
同一セル内の燃料のサンプルを採取するために用いられ
ている。２ヘッド・フード及び単一ヘッド・フードは、
周縁の燃料集合体のサンプルを採取するために用いられ
ている。

【００１８】シッピング・フードは、燃料集合体の頂部
から試験対象の燃料を覆っている。燃料棒の温度及び周
囲の冷却材の温度は、流動が制限されるため上昇する。
燃料ペレットの温度が上昇すると、燃料棒の内気圧が上
昇し、バンドル内に欠陥燃料棒が１つでもあれば、その
欠陥燃料棒から、燃料チャンネル内部の棒周囲の原子炉
冷却材へのガス放出が通常よりも多くなる。シッピング
・フードに装着された温度センサは、温度変化を測定す
る。温度が浸透する期間の後、各々の燃料集合体からの
水サンプルは、処理のために流制御兼脱ガスシステム
（ＦＣＤＳ）６に移送される。流制御兼脱ガスシステム
６に対して、駆動水供給ユニット８が駆動水源を提供す
る。

【００１９】炉内シッピングの２つの主たる長所は、炉
心から燃料を何ら移動させることなく燃料集合体から流
体サンプルを回収できる点と、多数の（多重化された）
サンプル収集及び評価が行える点である。この方法によ
り、サイクル中の停止時又は強制停止時に要求されるシ
ッピングの総時間がかなり短縮される。ガス供給ユニッ
ト１０は、流制御兼脱ガスシステム６から核分裂ガス測
定分析システム１２（ＦＧＭＡＳ）の核分裂ガス検出器
へ、脱ガスして得られたサンプルを輸送するために、一
定の圧力及び一定の流量の充填清浄ガスを供給する。こ
のユニット１０は又、核分裂ガス測定分析システム１２
に対して、システムの浄化及び再生のための浄化用ガス
を供給する。

【００２０】流制御兼脱ガスシステム６は、操作中に真
空に保持された脱ガスタンクを有している連続脱ガス装
置である。試験中の燃料集合体から流入した流体サンプ
ルから脱離したガスは、この脱ガスタンクの内部に蓄積
される。潜在的な放射線被曝を、及び燃料交換フロアで
の汚染水溢水の可能性を最低限に抑えるために、流制御
兼脱ガスシステム６の一部は、脱ガスタンクを含めて、
原子炉プール又は燃料貯蔵プールの水中に沈められて、
そこで操作される。

【００２１】脱ガス過程の最初期及び完了後には、核分
裂ガス測定分析システム１２は、Ｋｒ−８５含有量測定
のために脱ガスタンクからのガスサンプルを受け取る。
核分裂ガス測定分析システム１２は、サンプルガスから
Ｋｒ−８５を分離してから、放射線（β）検出器／計数
器でその放射能レベルを測定する。本発明によれば、プ
ログラム可能な論理制御器（ＰＬＣ）がシステム制御を
行う。この論理制御器は又、システムのデータ収集機能
及び分析機能を提供する。コンピュータ端末は、タッチ
スクリーン式ディスプレイと、プリンタ／プロッタと、
テープ・バックアップ装置とを有している。タッチスク
リーン式モニタは、システムと操作者とのインタフェー
スとして用いられている。このモニタは、システム操作
データ及び選択のためのスクリーン上の手引きを表示す
る。プリンタ／プロッタは、各試験からの試験結果のハ
ードコピーを提供する。ディジタル／アナログ・テープ
・デッキは、着脱式テープに試験データを記録する。

【００２２】流制御兼脱ガスシステム６は、原子炉圧力
容器又は原子炉プールの内部端に装着されており、駆動
水供給ユニット８と、核分裂ガス測定分析システム１２
とは、燃料交換フロア上に、流制御兼脱ガスシステム６
の付近に装着されている。システム制御装置は、燃料交
換フロア上の非汚染領域に設置されている。この配置、
及び装置の間の配線は、シッピング・フードの操作のた
めに燃料交換プラットホーム及び補助プラットホームの
動作を妨げたり、原子炉から燃料貯蔵プールへの燃料の
移動操作を妨げたりするものであってはならない。

【００２３】図２には、単一検出チャンネルを有してい
る流制御兼脱ガスシステム６のための流連結が図示され
ている。シッピング・ヘッド２は、燃料集合体４の頂部
から試験対象の燃料を覆っている。シッピング・フード
２の内部に装着された熱電対２４が、後続の温度上昇を
測定する。温度が浸透する期間の後に、燃料集合体４か
らの水サンプルは、処理のために流制御兼脱ガスシステ
ム６に移送される。流制御兼脱ガスシステム６は、開放
空気圧式弁１６（以後、流入遮断弁と呼ぶ。）によって
シッピング・フード２に連結し得る流入口を有している
脱ガスタンク１４を含んでいる。この脱ガスタンクは、
排出器２０に連結されたノズルを有しており、排出器２
０は、駆動水供給ユニット８から開放ソレノイド弁１８
（以後、駆動水供給弁と呼ぶ。）を経由して供給された
水によって駆動される。脱ガスタンクのノズル内部の弁
（図示していない）と、弁１６と、弁１８とが開放され
ると、排出器２０は脱ガスタンクを吸引して真空にし、
この真空により、シッピング・フードから脱ガスタンク
へ流体サンプルが誘導されて流入する。流入した流体サ
ンプルからの脱離ガスは、最初は早期サンプルとして吸
入されており、本過程が進行するにつれて脱ガスタンク
の内部に蓄積され、その後、流路管２２を経由して核分
裂ガス測定分析システムへ吸引される。

【００２４】図３を参照すると、流路管２２は、ガスサ
ンプルを流制御兼脱ガスシステム６から核分裂ガス測定
分析システム１２へ導く。ガスサンプルは、ソレノイド
弁２６を通過して、第１の６方向交差弁２８に入り、こ
の交差弁はガスサンプルを湿分／分離カラム３０へと送
り込む。カラム３０は冷却ジャケット３２に包囲されて
いると共に、ＡＣ（交流）加熱器電源３４によって給電
されている加熱器を有している。熱電対（ＴＣ）３６は
カラム内部の温度を検知する。湿分／分離カラム３０
は、２つの充填物、即ち、湿分を吸収する第１の充填物
と、キセノンガスを吸着するが、クリプトンガスは通過
させる第２の充填物とを含んでいる。キセノンが分離除
去されると、カラムから出たガスサンプルは、第１の６
方向交差弁２８と第２の六方向交差弁４０とを経由して
アンプル３８へと吸引される。分離済のガスサンプル
は、真空弁５２を開放して真空ポンプ５４を始動するこ
とにより、アンプルへ吸引される。分離済ガスサンプル
は、β放射能検出の時刻までアンプル内に保持される。
そして、分離済ガスサンプルは、第２の六方向交差弁４
０と、４方向交差弁４２と、第３の６方向交差弁４４と
を経由してβ検出器４６へ送られる。第３の６方向交差
弁４４には、予備のβ検出器４８も連結されている。β
検出器４６を通過する間にガスサンプルは検査され、そ
の後、６方向交差弁４４を経て排気管へ排出される。加
圧されたガスサンプルがβ検出器を通過する際に検出さ
れるあらゆるβ放射能は、クリプトンの存在を示すもの
である。β放射能がバックグラウンド・レベルを超えて
いれば、試験中の燃料集合体に漏洩燃料棒があることを
示す。警報の出た状態では、ガス流は確認のためにＫｒ
／Ｘｅ分離カラム５０に再送される。

【００２５】アンプル３８内のガスサンプルは、不活性
キャリア（担体）ガス、例えば窒素によってβ検出器に
輸送される。このキャリア・ガスは、ガス供給装置１０
から流路管５８を経由して供給される。同時に、分離カ
ラム３０は、流路管６０と、カラム浄化用弁６２と、６
方向交差弁２８とを経由した不活性ガスによって、浄化
再生（backflush）され得る。このときに加熱器の電源
を入れて、キセノン吸着充填物の温度をキセノンが脱離
するレベルにまで上昇させる。そして、窒素を用いてカ
ラムを浄化する。浄化再生を済ませたガスは、その後、
流路管６４を経て排気管へと送り出される。

【００２６】フィルタ圧力調節器６６と浄化用弁６８と
を経由してアンプル３８に充填するために圧縮空気が用
いられている。浄化用給気弁７０を経て供給される圧縮
空気は、分離カラムの浄化再生の完了後にカラム・ジャ
ケット３２を冷却する目的にも用いられる。熱気排出口
７２を経て圧縮空気から熱が除去される。このようにし
て、再生された分離カラムは次のチャンネル・サイクル
に向けて準備のできた状態となる。

【００２７】燃料バンドルを浄化再生する目的で、駆動
水をバンドル内に注入してもよい。駆動水は又、燃料シ
ッピング・フードが、ある位置から他の位置へ移動する
間にこのフードを洗浄するためにも用いることができ
る。β検出器４６は、その検出器を通過して流れるガス
サンプルによって放出されるβ粒子の数を測定し、その
データを電子的に出力する。β検出器によって決定され
た放射能レベルの書面記録を通常のチャート記録器が提
供する。

【００２８】図２及び図３に図示された弁はすべて、本
発明に従えば、プログラム可能な論理制御器（図示して
いない）からのディジタル出力によって制御されるソレ
ノイドを用いて操作される。これにより、検出サイクル
がコンピュータプログラムの制御の下で自動的に行え
る。本発明の実施上の好適な方式に従えば、気体（ガ
ス）シッピングの期間の長さを短縮するために、システ
ムに多重の検出チャンネルが組み込まれている。各チャ
ンネルは、図２及び図３に示したものと同一の機器設備
を有している。例えば、効率を高めるために、図５に示
すように４つの検出チャンネルを並列に接続することが
できる。これらのチャンネルは、単一のβ検出器が全チ
ャンネルからのガスサンプルを順に処理できるような形
で多重化されている。議論を簡単にするために、図５に
示すシステムは、それぞれがヘッドＡ〜Ｄを有している
２つの４ヘッド・フード１及び２と、４つのチャンネル
Ａ〜Ｄと、単一のβ検出器４６との構成のみを示すよう
単純化されている。各チャンネルは、直列に連結されて
いる脱ガスタンク１４Ａ〜１４Ｄと、湿分／分離カラム
(ＳＣ）３０Ａ〜３０Ｄと、ガスサンプル・アンプル３
８Ａ〜３８Ｄとを含んでいる。

【００２９】この好適な実施例によれば、各脱ガスタン
クは、第１のサイクル中に、あるフードのそれぞれのヘ
ッドから第１の流体サンプルを受け取り、次に、第２の
サイクル中に他のフードのそれぞれのヘッドから第２の
流体サンプルを受け取るよう連結されている。例えば、
脱ガスタンク１４Ａ（脱ガスタンク１４Ｂも同様）は、
シッピング・フード１のヘッドＡ若しくはヘッドＢのい
ずれかからフード１にあるバンドル選択用のサンプル弁
７４と流路管７６とを経て、又はシッピング・フード２
のヘッドＣ若しくはヘッドＤのいずれかからフード２に
あるバンドル選択用のサンプル弁７８と流路管８０とを
経て、流体サンプルを受け取ることができる。そして、
脱ガスタンク１４Ｃ（脱ガスタンク１４Ｄも同様）は、
シッピング・フード１のヘッドＣ若しくはヘッドＤのい
ずれかからフード１にあるバンドル選択用のサンプル弁
８２と流路管８４とを経て、又はシッピング・フード２
のヘッドＡ若しくはヘッドＢのいずれかからフード２に
あるバンドル選択用のサンプル弁８６と流路管８８とを
経て、流体サンプルを受け取ることができる。

【００３０】更に、各々のチャンネルのサイクルは、こ
れらの４つのチャンネルが、異なる時刻に個々の分離済
ガスサンプルをβ検出器に送出できるように、位相を異
にしている。個々のチャンネルのガスサンプルの処理
は、所定のアルゴリズムに従って多重化される。こうし
て、１つの脱ガスタンクが１つのシッピング・フードか
ら流入する流体サンプルを受け取っている間に、他の脱
ガスタンクは、他のシッピング・フードを始源として流
出したガスサンプルを、そのタンクに結びついた湿分／
分離カラムへ送出することができる。更に、１つの分離
済ガスサンプルがβ検出器４６で検査されている間に、
他の分離済ガスサンプルを個々のアンプルに保持してお
くことができる。このような多様な処理工程の流れは、
図５に記号的に示された各弁の遠隔切換によって制御さ
れる。これらの弁はすべて、ソレノイド作動式のもので
あって、プログラム可能な論理制御器９０から各ソレノ
イドへのディジタル出力によって制御され得る。更に、
図５は各アンプルの流入及び流出に対する個別のソレノ
イド弁を図示しているが、図３の好適な実施例に従え
ば、流入弁及び流出弁の両者が６方向交差弁の一部を形
成している点に留意されたい。電源喪失又は制御不能の
場合には、弁のばねはすべて、閉位置に戻る。

【００３１】本発明の理解を助けるため、好適な実施例
に従った欠陥燃料検出システムの構成及び動作につい
て、図面を用いずに概説する。先ず、原子炉の内部にテ
レビカメラと照明装置とを設置して、炉内シッピング動
作を監視する。シッピング動作を支援するために、頭上
式クレーン及び燃料交換プラットホームを使用可能な状
態にしておく必要がある。燃料シッピングを支援するた
めには、原子炉プール領域付近の以下のプラント施設を
使用することができる。即ち、１１０ｐｓｉｇの計測器
グレードの圧縮空気供給器、４８０／１２０電源、３０
ｇｐｍ、８０ｐｓｉｇの加圧型脱塩駆動水供給器、及び
システム操作用のキャリア・ガスと浄化用ガスとを供給
するために圧力調節器と流制御弁とを有している圧縮窒
素ガスボンベである。

【００３２】各シッピング・フードは、燃料引掛け鉤
（ヘッド移動用）又は汎用引掛け鉤（初期設置用）を用
いて、所定の制御セル領域の付近まで下降される。そし
て、システムの点検を行って、プール水のバックグラウ
ンド信号レベルを測定する。次に、シッピング・フード
を移動させて、所定の燃料集合体の頂部に装着する。そ
の結果、燃料チャンネルを通過する冷却材の流動が制限
されるので、燃料集合体の内部温度が上昇する。する
と、所与の燃料集合体内の燃料が、個々のシッピング・
ヘッド内での温度上昇に呼応して完全に温度浸透され
る。

【００３３】残りの手順は、簡便のため、単一チャンネ
ルに関して記載するものとする。先ず、脱ガスタンクを
原子炉プール水で一杯に満たす。この脱ガスタンクに少
量のガスを注入して脱ガスタンク頂部に空間を形成す
る。そして、脱ガスタンクの真空吸引を開始する。タン
クの圧力が予め設定した（プリセット）値に達したら、
選択された燃料集合体からの流入遮断弁を開放して、流
体サンプルからのガス脱離を開始する。ガス脱離が進行
している間に、アンプルを吸引して脱ガスタンクよりも
高真空とする。次に、脱ガスタンクからアンプルに早期
サンプルを吸引する。早期サンプルを分析して全体とし
て燃料の漏洩が同定されたら、脱ガス過程を終了する。
全体として燃料の漏洩はないと同定されたら、ガスサン
プルを採取した流路管を浄化再生することにより分離カ
ラムを浄化してから、カラムを吸引して高真空とする。
流体サンプルからのガス脱離が完了したら、真空ポンプ
を停止し、脱ガスタンクを原子炉プール水で満たして脱
ガスタンクに収納されたガスサンプルを圧縮する。そし
て、最終ガスサンプルを脱ガスタンクから吸引して、処
理のために核分裂ガス測定分析システムに送る。ガスサ
ンプルを分離にかけて湿分及びキセノンを除去してか
ら、分離済ガスサンプルを測定のためにβ検出器に送
る。警報の出た状態では、確認のためにガス流をＫｒ／
Ｘｅ分離カラムに再送する。他のアンプルに収集された
ガスサンプルは、自動操作のためにシステムが再準備で
きるまでアンプルに確実に保持される。各サイクルの後
で、分離カラムを再生しなければならない。１つの燃料
セル内の４つの燃料集合体すべてからのガスサンプルの
試験が完了したら、シッピング・フードを次の所定位置
へ試験のために移動させる。

【００３４】本発明の更なる側面によれば、図４に示す
ように、燃料集合体４が燃料交換マスト１００に支持さ
れている間に気体シッピングを行うことができる。燃料
交換マストは、燃料集合体の掛けつる１０４を引掛ける
ための引掛け鉤１０２を有している。シッピング・フー
ド１０６は燃料交換マスト上に装着されており、引掛け
鉤１０２から吊り下げられた燃料集合体の頂部を覆って
緊密に嵌まるように設計されている。円環形密封手段１
１０は、フードの下方の間隙からガスが漏出するのを防
止する。フードは、前に開示された流制御兼脱ガスシス
テムに連結するための連結器１０８及び１０８′で終端
している流入路管及び流出路管を有している。

【００３５】本発明の好適な実施例を説明のために開示
した。本発明の要旨を逸脱しない範囲でこの開示された
構成に対する変更及び改変が、気体処理分野における当
業者には容易に明らかとなろう。このような変更及び改
変はすべて、特許請求の範囲に包含されるべきものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例による燃料集合体内の
漏洩を現場で検出するための気体シッピング・システム
を示するブロック図である。

【図２】図１に概略図示された気体シッピング・システ
ムの詳細を示す流れ図である。

【図３】図１に概略図示された気体シッピング・システ
ムの詳細を示す流れ図である。

【図４】本発明のもう１つの好適な実施例による燃料交
換マストに装着された気体シッピング用フード（断面）
を示す模式図である。

【図５】本発明の更にもう１つの好適な実施例による複
数の燃料集合体内の漏洩を検出するための多重チャンネ
ル気体シッピング・システムを示す流れ図である。

【符号の説明】

１ ４ヘッド・フード ２ 炉内シッピングフード ４ 燃料集合体 ６ 流制御兼脱ガスシステム（ＦＣＤＳ） ８ 駆動水供給ユニット １０ ガス供給ユニット １２ 核分裂ガス測定分析システム（ＦＧＭＡＳ） １４ 脱ガスタンク １４Ａ〜１４Ｄ 脱ガスタンク（多重化チャンネル４つ
に各々対応） １６ 流入遮断弁（空気圧式弁） １８ 駆動水供給弁（ソレノイド弁） ２０ 排出器 ２２ 流路管（ＦＧＭＡＳへの） ２２Ａ〜２２Ｄ アンプル充填用弁（多重化チャンネル
４つに各々対応） ２４ 温度センサ（燃料集合体温度測定用熱電対） ２６ ソレノイド弁（ＦＣＤＳからの） ２８ 第１の六方向交差弁 ３０ 湿分／分離カラム ３０Ａ〜３０Ｄ 湿分／分離カラム（多重化チャンネル
４つに各々対応） ３２ カラム冷却ジャケット ３４ ＡＣ加熱器電源 ３６ 熱電対（カラム温度測定用） ３８ ガスサンプル用アンプル ３８Ａ〜３８Ｄ ガスサンプル用アンプル（多重化チャ
ンネル４つに各々対応） ４０ 第２の６方向交差弁 ４２ ４方向交差弁 ４４ 第３の６方向交差弁 ４６ β検出器 ４８ 予備β検出器 ５０ Ｋｒ／Ｘｅ分離カラム ５２ 真空弁 ５４ 真空ポンプ ５８ 流路管（給気装置からの） ６０ 流路管（再生浄化用） ６２ カラム浄化用弁 ６４ 流路管（排気管への） ６６ 圧縮空気用フィルタ圧力調節器 ６８ アンプル浄化用弁 ７０ 浄化用給気弁（カラム冷却用） ７２ 熱気排出口 ７４ サンプル弁（フード１のＡＢから１４ＡＢタンク
へ） ７６ 流路管（同上） ７８ サンプル弁（フード２のＣＤから１４ＡＢタンク
へ） ８０ 流路管（同上） ８２ サンプル弁（フード１のＣＤから１４ＣＤタンク
へ） ８４ 流路管（同上） ８６ サンプル弁（フード２のＡＢから１４ＣＤタンク
へ） ８８ 流路管（同上） ９０ プログラム可能な論理制御器（ＰＬＣ） １００ 燃料交換マスト １０２ 引掛け鉤 １０４ 掛けつる １０６ マスト装着シッピング・フード １０８ 流入／流出路管と流制御兼脱ガスシステムとの
連結点 １０８′ 流入／流出路管と流制御兼脱ガスシステムと
の連結点 １１０ 円環形密封手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイン・トーマス・スナイダー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、バイ ロン、コウブ・コート、2267番 (72)発明者 ジョニー・タン−チウ・マ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ノゼ、リオ・グランデ・ドライブ、5265番 (72)発明者 ケネス・ロイ・イッゾ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ロ ス・ガトス、スカイランド・ロード、 25059番 (72)発明者 ジョエル・クライデ・スワンソン アメリカ合衆国、カリフォルニア州、リブ モア、ワイン・サークル、1027番 (72)発明者 マーティン・サリヴァン・ローレント アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ノゼ、エルトン・ドライブ、14892番 (72)発明者 ピーター・フレデリック・カチェル アメリカ合衆国、カリフォルニア州、リブ モア、ロミタス・アベニュー、1038番

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料集合体（４）内の欠陥燃料棒を検出
   するシステムであって、 前記燃料集合体の頂部に取り付けられているシッピング
   ・フード（２）と、 該シッピング・フードの下方で捕獲された流体からのガ
   スサンプルを蓄積する手段（１４）と、 前記ガスサンプル内のクリプトンの存在を検出する手段
   （３０、４６）とを備えた燃料集合体（４）内の欠陥燃
   料棒を検出するシステム。
2. 【請求項２】 前記ガスを蓄積する手段は、 前記シッピング・フードからの流体サンプルを受け取る
   ように連結されている脱ガスタンク（１４）を含んでい
   る請求項１に記載のシステム。
3. 【請求項３】 前記脱ガスタンクは、ノズルを有してお
   り、 前記脱ガスタンクを真空吸引するために前記ノズルに連
   結されている排出器（２０）を更に含んでいる請求項２
   に記載のシステム。
4. 【請求項４】 前記クリプトンを検出する手段は、 当該分離カラムを通過して流れるガスサンプル内のキセ
   ノンを吸着すると共にクリプトンを通過させる材料を含
   んでいる分離カラム（３０）と、 該分離カラムによりキセノンを除去した後の前記ガスサ
   ンプルのβ放射能を検出するβ検出器（４６）とを含ん
   でいる請求項１に記載のシステム。
5. 【請求項５】 前記分離カラムは、該分離カラムを通過
   して流れるガスサンプル内の湿分を吸収する材料を含ん
   でおり、該湿分を吸収する材料は、前記キセノンを吸着
   する材料の上流側に配置されている請求項４に記載のシ
   ステム。
6. 【請求項６】 前記分離カラムを加熱する手段（３４）
   と、 前記分離カラムを冷却する手段（３２）とを更に含んで
   いる請求項５に記載のシステム。
7. 【請求項７】 前記クリプトンを検出する手段は、 前記分離カラムからの前記ガスサンプルを受け取ると共
   に、該ガスサンプルが前記β検出器に移送されるまで該
   ガスサンプルを保持するアンプル（３８）を更に含んで
   いる請求項４に記載のシステム。
8. 【請求項８】 温度センサ（２４）が、前記シッピング
   ・フード内に装着されている請求項１に記載のシステ
   ム。
9. 【請求項９】 前記シッピング・フードは、燃料交換マ
   スト（１００）に担持されている請求項１に記載のシス
   テム。
10. 【請求項１０】 第１及び第２の燃料集合体（４）内の
    欠陥燃料棒を検出するシステムであって、 前記第１及び第２の燃料集合体の頂部にそれぞれ設けら
    れている第１及び第２のシッピング・フード手段（１、
    ２）と、 該第１及び第２のシッピング・フード手段にそれぞれ連
    結されている第１及び第２のバンドル選択弁手段（７
    ４、７８）と、 ガスサンプル内のβ放射能レベルを検出する手段（４
    ６）と、 該β放射能レベルを検出する手段にそれぞれ連結されて
    いる第１及び第２のガスサンプル弁手段と、 前記第１及び第２のバンドル選択弁手段により前記第１
    及び第２のシッピング・フード手段にそれぞれ選択的に
    連結される入口と、前記第１及び第２のガスサンプル弁
    手段により前記β放射能レベルを検出する手段に異なる
    時刻にそれぞれ選択的に連結される出口とをそれぞれが
    有している第１及び第２の分離チャンネル（２２Ａ、３
    ０Ａ、３８Ａ、及び２２Ｂ、３０Ｂ、３８Ｂ）と、 前記第１及び第２のバンドル選択弁手段と、前記第１及
    び第２のガスサンプル弁手段とに接続されており、前記
    第１及び第２のシッピング・フードから前記第１及び第
    ２の分離チャンネルをそれぞれ経由して来たそれぞれの
    ガスサンプルを多重処理するように前記バンドル選択弁
    手段及びガスサンプル弁手段を制御するプログラム可能
    な論理制御手段（９０）とを備えた第１及び第２の燃料
    集合体（４）内の欠陥燃料棒を検出するシステム。