JPS6085396A - 核分裂及び潜在核燃料物質の含有量を決定する装置 - 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】 この発明は、核分裂性並びに／又は潜在核燃料物質を回
収りる処理の為に、大形容器（ボックス）内に積上げら
れた可燃性の生地、布きれ、カバン等の様な放射能によ
って汚染された材料を評価並びに監視する装置と方法に
関する。

原子力の分野では、核分裂性並びに／又は潜在核燃料物
質を管理しなければならないことが従来から認識されて
いる。この管理は、核物質を扱う作業をＪる個人の健康
と福祉を守ると共に、原子力装置並びに／又は兵器を作
ろうと望む惧れのある個人又は個人のグループが、こう
いう物質を手に入れるのを防止Ｊる為に重要である。こ
の物質は金銭価値が非常に高い点でも、管理が必要であ
る。以下説明する装置は、ウラン２３５及びウラン２３
８という物質を対象とするが、この装置はプルトニウム
等の様な物質にも用いることが出来る。

この発明を実施する時、前に述べた物質を容器又はボッ
クスに最初に沈積する手段を設置づる。この容器又はボ
ックスは、１実施例では、高さ約４フイート、幅４フィ
ート、奥行４フイートであって、木材又は厚紙の様な可
燃材料で構成されていることが好ましい。可燃性のボッ
クスが、フォークリフト又はその他の運搬手段により、
第１の電動式コンベヤに送出され、このコンベヤによっ
てモニタの中に運び込む。このモニタで最初に受動様式
（照会用の中性子源なし）で測定を行ない、次に能動様
式（照会用の中性子源を用いる）で測定を行なう。この
測定に応じて、この後ボックスは廃棄列又は燃焼列へ送
出される。燃焼列にあるボックス（１つ又は複ｉ）が燃
焼列を介して焼却炉に送込まれ、ボックスと中味が焼却
され、残渣は焼却炉の出口を介して収集色に送出される
。収集アッシュ・カン及び中味がこの後で列にのせられ
、この列のモニタ部へ推進さける。人形容器に対するモ
ニタ部がウラン２３５及びウラン２３８の両方のウラン
含有量とボックス内に収容された可燃性くずを測定する
手段になる。従来の測定は、照会用の中性子源の放射能
を用いた場合及び用いない場合の、ウランからの中性子
及びガンマ線を検出している。臨界の制御にとってこう
いう測定が重要である為、核分裂並びに／又は潜在核燃
料物質の含有量の測定は２種類の測定で行なわれ、その
各々が冗長である。

この発明の評価の後に用いられる焼却炉が、係属中の米
国特許出願用４８６，５２３号に記載されている。

この発明の目的は可燃性くずボックス内にあるウランの
含有量並びにこのボックス内にある不燃性材料の含有量
を直接的に評価することである。

この発明の別の目的は、冗長な検査装置を利用づること
により、可燃性ボックスのＵ−２３５及びｊＪ−２３８
含右重を更に正確に評価づることである。

この発明の目的は、多様な装置によりて、臨界の制御の
為、Ｕ−２３５及びＵ−２３８（ずを独立に測定するこ
とである。

この０発明の別の目的は、放射性物質を取扱う人間の放
射の危険を小さくづる為に、ウランくずを測定する自動
化装置を利用することである。

この発明のその他の目的及び利点は、以下図面について
説明する所から明らかになろう。

この材料取扱装置の目的は、建物内部の焼却炉の外側か
らくずボックスを測定用のくずボックス・モニタへ、そ
して燃焼用の焼却炉へ、又はくずボックスが予め設定し
た基準に合ない場合は廃棄列へ自動的に運ぶことである
。

第１図について説明すると、材料取扱装置が、汚染され
た材料を含む可燃性ボックスを以下ボックス・モニタ１
０と呼ぶモニタ装置へ並びに該モニタ装置から輸送Ｊる
。参照数字１２がコンベヤ装置の人力部分を表わり−０
このコンベヤ装置は、核分裂性並びに／又は潜在核燃料
物質を含む汚染された可燃性くずのボックス（図に示し
てない）をボックス・モニタに自動的に運搬Ｊる動力駆
動のローラ１４を含むことが示されている。汚染された
可燃性くず材料を含むボックスを評価した後、それを別
のコンベヤ部分１６へ送る。この部分はディジタル・イ
クイップメント・コーポレーションの１１／３４型の様
な制御用計算機の指示の下に回転させられ、史にボック
スをコンベヤ部分１８又はコンベヤ部分２０に輸送する
。ボックスがそれまでの成る条例を充たした時、コンベ
ヤ部分１８が最終的にボックスを焼却炉部分に輸送する
。この焼却炉は前掲米国特許出願に詳しく記載されてい
る。ボックスがそれまでの条件に合格しないと、ボック
スは包装のし直しの為にコンベヤ２０から送出される。

次に第２図についてボックス・モニタ１０を更に詳しく
説明する。ボックス・モニタは、側面部材１０ａ　、　
１０ｂ　１頂部部材１０ｏ１底部４１１１０ｄ、人口ド
ア１０ｅ及び出口ドア１０ｆを持つ囲みであって、コン
ベヤ部分１４にのせて送られて来た可燃性４（ツクスを
その内部に受入れる様に適当に構成されて０る。動作状
態のボックス・モニタは、各々の１１１ＩＩ面、頂部、
底、入口ドア及び出口ドアに２個のＮＥ１０２型プラス
チック・シンチレーション検出器を備えている。頂部１
０Ｇ　、片側１０ａ及び入口ドア１０ｅに対するシンチ
レーション検出器（１２）シｈＸ示してないが、底１０
ｄ　、裏側１０ｂ、及び出口ドア１０ｆにも、同様にシ
ンチレーション検出器が配置されている。ドアはボック
スに対して摺動自在に取イ寸けられていて、空気シリン
ダを使うことによって入口及び出口ドアを開閉する。

各々のＮ　Ｅ　１０２型プラスチツク・シンチレーショ
ン検出器の光出力は非富に小さいので、各々のシンチレ
ータには２つの光増倍管が付設されて（Ｘる。１つの光
増倍管がシンチレーション検出器の各々の端に結合され
ている。光増倍管に必要な電圧は高圧電源装置から供給
される。この電源装置はルクロイ高圧電ｉｌＱ　（１−
ＩＶ５４０３２　ＡＷ＞　テアツ”’Ｃよい。

こ）で説明りるボックス・モニタは、ボックス内に収容
された材料のｔＪ−２３５及びＩＪ−２３８の敢射能を
直接的゛に測定する。測定の過程で、現在この発明では
幾つかの装置を用いる。第１の装置は、ボックスの周り
に４π形に形成された１２個の検出器を用いる１次主装
置である。第２の装置は前述の１２個の検出器の内の６
個の組で構成された冗長な１次装置である。第３の装置
は異種装置と貯ばれ、１つはボックス・モニタの上方、
もう１つはボックス・モニタの下方に配置された２つの
沃化ナトリウム検出器を用いる。ボックス・モニタに使
われる中性子線１４がボックス・モニタ集成体に対して
可動であり、ボックス・モニタ１０の側面に対して上げ
下げづることが出来る。この源からの中性子が、Ｕ−２
３５の質量に幾分比例して、Ｕ−２３５の核分裂を起さ
せる。プラスチック検出器によって同時に３重子として
収集されるガンマ線が存在するＵ−２３５の目安として
割数される。ボックス内の不燃性材料を検出する別の装
置が、ボツクス・モニタの頂部及び底に設けられたエネ
ルギ・スペクｌ〜ルを感知する中性子検出器を用いる。

１次電子装置 １次電子装置の目的は、１２個のシンチレーション検出
器からの２４個のアナログ・パルスを収集し、計数の為
にこれらのパルスを高速の負の論理パルスに変換し、パ
ルスの数を減らし、こういう信号の予備処理を行なうこ
とである。こうして予備処理された信号が、最終的な処
理並びにくずボックスにある核分裂性及び潜在核燃料物
質の評価の為、ディジタルｆｆｔ　Ｎ　ＩＩに送られる
。、１２（ｌｉｄのシンデレージョン検出器は参照数字
３０１乃至３１２で表わしであるが、これらが２４個の
アナログ・パルスを発生する。検出器の効率を最大にす
る為、各々のシンデレージョン検出器から２つの信号が
出る。この２４個の信号が３つの電子組合せ回路に供給
され、アナログ・パルスの数を１２個に減らす。回路２
１０Ａ　、２１０Ｂ　、２１０Ｇはこの組合せを行なう
ファンイン／）７ンアウト加算装置であり、この為にル
ウロイ４２８Ｆ型装置を使うことが出来る。

この１２個のアナログ・パルスがこの後で利得が１０の
直線増幅器、即ち、装置２１１によって増幅され、その
少ルクロイ６２３Ｂ型装置ｆｆｆｉ　２１２Ａ、２１２
Ｂの様な２つの更新エネルギ形弁別器に送られる。

これらの弁別器が１２個のアナログ・パルスの電圧を弁
別して、弁別したアナログ・パルスを、くずボックスの
核分裂性及び潜在核燃料物質の含有量を決定づる為に使
われる高速の負のパルスに変換Ｊる。

前述の１２個の負の論理パルスから成る一組が２つの５
０Ｍ　ｌ−１ｚ計数器に送られる。この計数器は力イネ
ティック・システムズ社の＃３６１０型装置（第１図に
は示してない）であっＣよく、１２個のシンヂレータ出
ノＪ＠連続的に監視する。１２個の負のパルスから成る
２番目の一組がファンイン／ファンアウト回路に送られ
る。この回路は１形式として、ルクロイ＃　４２８Ｆ型
であってよい。この装置が１２個の負のパルスを３木の
負パルス線Ａ、Ｂ、Ｃに組合せる。負パルスは、ルウロ
イ６２３Ｂ型の様な更新形弁別器２１４により、幅２５
ナノ秒の負のパルスに形が補正される。この装置が３つ
の負のパルスから成る３組（Ａ１、ＢＩ　Ｃ１の組、Ａ
’２、Ｂ２、Ｃ２の組、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の組）を出力
する。

Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の組は倍率装置２１７に送られ、これ
がＡ１、Ｂ１、Ｃ１からの負のパルスの総数を目数して
、この合計カウントをディジタル・イクイップメント・
コーポレーションの１１／３４型の様なディジタルｈ１
粋機に送る。

八２、Ｂ２、Ｃ２の組がファンイン／ファンアラ１へ組
合せ回路２１８に送られ、これらの組を組合けて、２つ
の負のパルスから成る３１１を形成し、それがルウロイ
３６５ΔＬ型の様な２重４重多数結論理回路２１９に入
力される。

ファンイン／ファンアウト回路２１８から出力されるパ
ルスの内の２つが遅延線Ｄ６及びＢ７を介して更新形弁
別器２２１に送られ、その後２重４重多数決論理回路２
１９に送られる。論理回路２１９が合計３名訳２一致事
象及び偶発３＠択２一致事象を同時に累韓する。合８１
３名訳２一致事象Ｘ２／３及び偶発一致事象Ｙ２／３が
ｉ率回路２２０に送られる。この倍率回路は、２本の線
の各々に対して３名訳２の合計カラン１〜を累幹し、こ
の合計カウントを最終処理の為にＤ　Ｅ　Ｃ−１１／３
４ディジタル計算機に送る。

くずボックスの中性子による照会により、信号Ａ３、Ｂ
３の組が核分裂性物質の測定値となる。

こういう信号は線形ノｉ・ンイン／ファンアウ（・計数
回路２１５で予め予備処理される。この計数回路はルウ
ロイ４２８Ｆ型Ｃあってよく、人々４つの出力から成る
３組を発生し、その内の５つの出）〕が種々の遅延線２
２１を介して更新形弁別器に送られる。この弁別器がパ
ルスの形とパルス幅を最終的に決定Ｊる。更に、３対の
出力が線形ファンイン／ファンアウト計数回路２２２に
送られ、この回路がこれらの３対を組合゛μで３つの個
別用りとし、この個別用ツノが４重論理装＠２１Ｇに送
られる。装置２１６は１形式としてルウロイ４６５型で
あってよい。この電子装置は予め処理された３つの出ノ
〕、即ち、合計３重一致カウント率Ｘ３／３、純粋偶然
又は偶発３重カウント率Ｙ３／３、真正パルス２個十偶
然一致カウント率Ｚ３／３を発生づる。

（ｇ　号Ｘ　３　／　３、Ｙ３／３、ｚ３／３が倍率回
路２１７に入力される。この回路はカイネティック・シ
ステム３６１０型であってよく、合計カウントを累算し
、この金側カウントをくずボックス内にある核分裂性物
質の最終解析の為に、ＤＥＣ１１／３４ディジタル計算
機に送る。

装置２１ＯＡ　１２１０Ｂ　、２１０Ｃに戻って説明り
ると、これらの組合せ電子モジュールは元の１２個のア
ナログ信号からの６個のアナログ信号から成る予定の小
集合を発生する。この小集合が冗長形電子パッケージに
送られるが、これは前に述べた１次電子装置と全く同じ
様に使われる。アナログ核物質パルス人力の数が１２か
ら６に減少した以外は口の冗長装置は全く同じ様に予備
処理をして、ディジタル計算’ｌｉ’Ｊ　Ｄ　Ｅ　Ｃ１
１／　３４に対し信号を出力する。同等の回路には同じ
参照数字の後に文字Ｒを付して、第３Ａ図に示す小集合
の冗長形電子パッケージであることを示す。

匙旦ｔｈａｗ 異種電子装置（第４゛図）の目的は、可燃性くず容器内
にある核分裂性及び潜在核燃料物質の含有量の完全に別
個の独立した測定をすることである。

この異種装置は本体部分及び冗長部分で構成される。こ
の場合はＮａｐ’（−１１＞であるが、２つのエネルギ
弁別検出器が１つはくずボックス・七二夕の頂部に、も
う１つはくずボックス・モニタの底に配置される。各々
の検出器が核分裂性及び潜在核燃料物質から放出された
該物質粒子（ガンマ線）を収集し、キャンベラ２００７
１）前置増幅器の様な回路４１０Ａ、４１０［３を介し
て予め増幅した電圧信号にそれらを変換し、この増幅器
が増幅された電圧信号を増幅器４１１Ａ　、４１１Ｂに
送る。これ、らの増幅器は、異種電子装置の残りの部分
にエネルギ弁別した入力を供給することが出来る様にす
る為に、元の増幅されたパルスを整形し直す様に作用す
る。

これらの信号が混合器／配布型回路４１２に送られ、こ
の回路が２つの入力の各々を追跡する。この信号が更に
　１００Ｍ　ｌ−Ｉ　Ｚのアナログ・ディジタル変換回
路４１３に送られる。回路４１３がアナログ・パルスを
標本化して、多重チャンネル解析回路４１４によって１
ネルギ処理が出来る様にする。この解析回路はキャンベ
ラ、４０　ＭＣＡシリーズであってよい。多重チレンネ
ル解析回路が」−ネルギ・レベルに対して入）ｊパルス
を分離し、こうして受動動作様式にある時、くずボック
ス内にある核分裂性及び潜在核燃料物質に対し、装置と
しての測定値を発生りる。異種装置の本体は、複数個の
エネルギ弁別検出器の平均出力で構成される。冗長装置
は、２つのエネルギ弁別検出器の内の一方の出力によっ
て構成される。

更に、くずボックスを中性子で照会１−る。時（能動動
作様式）、異種装置は、核分裂／潜在核燃料物質の判定
に干渉する惧れのある幾つかの化学的な元素が存在する
ことを判定することが出来る。これは照会用中性子源の
位置をも確実に検査する。

別個の中性子検出装置が、くずボックス内にある不燃含
有物の直接的な冗長の目安を発生する。

（第５図）。

一組はくずボックス・モニタの頂部に、もう１つはくず
ボックス・モニタの底に配置された２組の中性子検出器
が、一連の中性子エネルギ・スペクトル強度測定を通じ
て、くずボックス内にある不燃性の中味の主とな、る測
定及び冗長の測定を行なう１．この各々の検出器で形成
されたアナログ電圧パルスは、くり“ボックスを中性子
を用いて能動的に照会する際、これらの検出器内での中
性子の相亙作用によって発生される。これらの検出器か
らのパルス出力が４つの個別の前置増幅器５０３Ａ１！
１０３Ｂ　、５０３Ｃ、５０３Ｄに送られる。これらの
増幅器はテネレック１°Ｃ−１７５型と呼ばれる形式で
あってよい。こうして予め増幅されたパルスが４つの個
別の増幅器５０４Ａ乃至５０４Ｄに送られ、これらの増
幅器が入力信号を増幅してパルス整形Ｊる。増幅された
４つのパルスが４つの個別の信号チャンネル解析器５０
５Ａ乃至５０５Ｄに送られ、その後最終カウントを累算
する為に、倍率器５０６に送られる。これはカイネティ
ック・システム３６１０型装置であってよい。累韓カウ
ントがディジタル計算１１！ｔＤＥｃ　１１／３４に送
られ、そこでくずボックス内にある不燃材料の量を解析
する為に使われる。

１次装置 これまで説明した予め処理された電子信号が、前に述べ
た倍率器を介して１次測定装置からディジタル上１算機
ＤＥＣ１１／３４に入力される。

受動様式（照会用の中性子Ｉｌｌ、ｉなし〉では、出力
Ａ１、Ｂ１、Ｃ１から出るパルスをディジタル計算機で
集めて加締する。加算カウントをＲ景に対して補正し、
マトリクスの含有量に対して補正し、この補正カウント
を使って、くずボックス内に含まれている核分裂物質の
和を評価する。同様に、前に述べたシンデレージョン検
出器の小集合からの出力ＡＩ’　Ｂ１’　ＣＩ’　を発
生する冗長装置でも、背景に対づる補正、マトリクスの
含有（６）に対する補正をし、補正カウントを使ってく
ずボックス内にある核分裂物質の母を評価する。本体の
装能動様式（中性子の照会を使う）では、３重−の合計
総カウントを背景に対し−Ｃ補正すると共に、マトリク
スの含有量に対して補正する。こうして補正した３重ノ
Ｊウントを使って、くずボックス内にある核分裂物質の
量を決定する。

異種装置 多重チャンネル解析回路がスペクトル・データの収集を
終った後、ディジタル計算機がこのスぺ組成を持つ基準
に対して較正される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこ）で説明するボックス・モニタに使われるコ
ンペＡ７装置の図、第２図はボックス・モニタの投影図
、第３図及び第３Ａ図はこの発明を実施する時に使われ
る電子回路のブロック図で、この発明に使われる計算機
のインターフェイスを示しており、回路の相互接続には
普通の参照符号を用いている。第４図はこの発明を実施
する時に使われる電子回路のブロック図で沃化ナトリウ
ム検出器を冗長様式で使う時の装置を示している。 第５図はこの発明を実施する時に使われる電子回路のブ
【コック図で、不燃材料を監視する為に４つの検出器を
使う時の装置を示している。 主な符号の説明 １０：メイン・ボックス、 １（ｌａ　、　１０ｂ　：側面部材、 １０Ｃ：頂部部材、　１０ｄ：底部材、１０ｅ：入口ド
ア、　１０［：出口ドア、１４、１６：コンベヤ、３０
１乃至３１２：検出器。 第１頁の続き ０発　明　者　ティモジ−・ダニエ　アメリル・シック
　ン、イ ＠発明者　サミュエル・ランター　アメリメーヤー、セ
カンド　エスコ 力合衆国、ノース・カロライナ州、ウィルミングトー・
フォール・ドライブ、２０１旙 力合衆国、カリフォルニア州、ポートラ・バレイ、バー
・ロード、２０１番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）汚染されたくず材料の容器内にある核分裂並びに／
   又は潜在核燃料物質の含有量及び不燃材料の存在を決定
   する装置に於て、側面部材、頂部部材、底部材及び人口
   並びに出口ドアを持つメイン・ボックス部材と、前記側
   面部材、頂部部材、底部材及び入口並びに出口ドアに取
   付けられていて、検出信号を発生する複数個の検出器と
   、計算機からの指令に応答して前記入口及び出口ドアを
   開閉する手段と、核分裂／潜在核燃料くず材料の容器を
   前記メイン・ボックス部材まで運ぶ第１の手段と、前記
   くず容器をメイン・ボックス部材に挿入する第２の手段
   と、前記くず容器をメイン・ボックス部材から取出して
   、該メイン・ボックス部材から遠ざける為に前記くず容
   器をコンベＡ７にのせる第３の手段と、前記容器の重量
   を測定する手段と、前記メイン・ボックス部材の中味を
   中性子放射にさらして、ガンマ線の発生を誘起する為に
   、前記メイン・ボックス部材の近くに中性子源を運ぶ手
   段と、前記検出信号を電子的に強める手段と、電子的に
   強めた検出信号から、計算機による処理の後、核分裂／
   潜在核燃料物質の含有量に関する情報を編集する手段と
   を有する装置。 ２、特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、前記メ
   イン・ボックス部材まで並びに該部材から運ぶ手段が完
   全に自動化されていて、前記メイン・ボックス部材から
   の出力が、選択的に、燃焼の為に焼却炉に又は再加工部
   に送られる装置。 ３）特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、核分裂
   ／潜在核燃料物質の判定が複数個のシンチレーション検
   出器によって行なわれる装置。 ４）特許請求の範囲３）に記載しＩＣ装置に於て、前記
   検出器がプラスチックのシンチレーション検出器である
   装置。 ５）特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、自然に
   発生するガンマ線及び誘起されたガンマ線が沃化す１−
   リウム形の検出器によって測定される装置。 ６）特許請求の範囲４）に記載した装置に於て、シンデ
   レージョン検出器が４πの形状に配置されている装置。 ７）特許請求の範囲６）に記載した装置に於−Ｃ１前記
   複数個の検出器が核事象の時間的なか２価を決定する装
   置。 ８）特許請求の範囲３）に記載した装置に於て、核分裂
   ／潜在核燃料検出器が冗長である装置。 ９）特許請求の範囲３）に記載した装置に於て、核分裂
   ／潜在核燃料検出器が種々設けられている装置。 １０）特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、不燃
   材料の決定にはエネルギ分解中性子検出器が用いられて
   いる＠置。 １１）特許請求の範囲６）に記載した装置に於て、前記
   検出器の配列を利用して、核分裂／潜在核燃料物質の空
   間的な分布を決定し、この分布を核分裂／潜在核燃料物
   質の含有量の決定に使う装置。 １２、特許請求の範囲５）に記載した装置に於て、検出
   器が、容器の核分裂／ｆ！ｉ在核燃料物質の含有量の他
   に、容器の元素組成に関する情報を供給する装置。 １３）特許請求の範囲３）に記載した装置に於て、核分
   裂／潜在核燃料物質の含有量の決定に容器の重量を利用
   する装置。 １４）特許請求の範囲４）に記載した装置に於て、核分
   裂／潜在核燃料物質の多重のいろいろな冗長性を持つ決
   定を比較する手段を設けた装置。