JP2014077756A

JP2014077756A - 中性子検出装置

Info

Publication number: JP2014077756A
Application number: JP2012226729A
Authority: JP
Inventors: Kenji Osaka; 健次大阪
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-05-01
Also published as: CN103730174B; CN103730174A; US20140105346A1; US9613725B2

Abstract

【課題】シンブル案内管内に固形物が生成されることを防止する中性子検出装置を提供する。
【解決手段】原子炉３０の炉内３０ａの中性子束分布を検出する中性子検出器１９と、中性子検出器１９を炉外３０ｂから炉内３０ａに挿入され設置されているシンブル案内管１８と、シンブル案内管１８に接続され、シンブル案内管１８内、外に中性子検出器１９を挿入、抜去する駆動装置１と、シンブル案内管１８内の真空状態を制御する真空ユニット１０と、炭酸ガスを供給する供給ユニット１１と、供給ユニット１１に接続され、シンブル案内管１８内を炭酸ガスにてガスパージするガスパージユニット９と、シンブル案内管１８と駆動装置１との間に形成され開閉を行う仕切り弁５と、仕切り弁５、駆動装置１、真空ユニット１０、供給ユニット１１、およびガスパージユニット９を制御する制御装置１７とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、シンブル案内管内に固形物が生成されることを防止できる中性子検出装置に関するものである。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：ＢｏｉｌｉｎｇＷａｔｅｒＲｅａｃｔｏｒ）では、原子炉運転中に原子炉内の中性子束分布状態を把握する為に原子炉内中性子モニタ（以後、インコアモニタと称す）が設けられている。このインコアモニタは、インコアモニタハウジング（以後、インコアハウジングと称す）と、このインコアハウジング上方に設けられた案内管を通じて炉心に挿入されている。

そして、インコアハウジングおよび案内管の洗浄装置は、インコアハウジングおよびこのインコアハウジング上方に設けられた案内管に収容されたインコアモニタとシート部を形成するインコアフランジに接続された外筐と、この外筐内に上下動可能に収容され内周側に洗浄排水が流下する中空部を有するピストン軸と、外筐に接続され上記ピストン軸を駆動させる駆動機構と、外筐に接続され洗浄排水を排出する排出機構とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５９−２２０６８２号公報

従来の洗浄装置は、水を用いた洗浄であり、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：ＰｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄＷａｔｅｒＲｅａｃｔｏｒ）において、水を使用する洗浄は困難であるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、加圧水型原子炉のシンブル案内管内に固形物が生成されることを防止できる中性子検出装置を提供することを目的とする。

この発明の中性子検出装置は、
加圧水型原子炉の炉内の中性子束分布を検出する中性子検出装置において、
上記原子炉の炉内の中性子束分布を検出する中性子検出器と、
上記中性子検出器を上記原子炉の炉内に挿入するため、上記原子炉の炉外から上記原子炉の炉内に挿入され設置されているシンブル案内管と、
上記シンブル案内管に接続され、上記シンブル案内管内に上記中性子検出器を挿入、または、上記シンブル案内管外に上記中性子検出器を抜去するための駆動装置と、
上記シンブル案内管内の真空状態を制御する真空ユニットと、
炭酸ガスを供給する供給ユニットと、
上記供給ユニットに接続され、上記シンブル案内管内を炭酸ガスにてガスパージするガスパージユニットと、
上記シンブル案内管と上記駆動装置との間に形成され、上記シンブル案内管と上記駆動装置との間の開閉を行う仕切り弁と
上記仕切り弁、上記駆動装置、上記真空ユニット、上記供給ユニット、および上記ガスパージユニットを制御する制御装置とを備えたものである。

この発明の中性子検出装置は、上記のように構成されているため、シンブル案内管内に固形物が生成されることを防止できる。

この発明の実施の形態１の中性子検出装置の構成を示す図である。図１に示した中性子検出装置の検出器の詳細を示す拡大図である。この発明の実施の形態２の中性子検出装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態３の中性子検出装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における中性子検出装置の構成を示す図、図２は図１に示した中性子検出装置のＸ部分の詳細を示す拡大図である。図において、中性子検出装置１００は、加圧水型原子炉３０の炉内３０ａの中性子束分布を検出するものである。そして、中性子検出装置１００は、中性子検出器１９と、シンブル案内管１８と、駆動装置１と、真空ユニット１０と、供給ユニット１１と、ガスパージユニット９と、仕切り弁５と、制御装置１７とを備えている。

中性子検出器１９は、原子炉３０の炉内３０ａの中性子束分布を検出するものである。シンブル案内管１８は、中性子検出器１９を原子炉３０の炉内３０ａに挿入するため、原子炉３０の炉外３０ｂから原子炉３０の炉内３０ａに挿入され設置されているものである。よって、中性子検出器１９には、シンブル案内管１８内を移動するためのケーブル１９ａが存在する。

駆動装置１は、シンブル案内管１８に接続されている。そして、駆動装置１は、シンブル案内管１８内に中性子検出器１９を挿入、または、シンブル案内管１８外に中性子検出器１９を抜去する。よって、駆動装置１は、シンブル案内管１８に接続された配管およびモータなどを有している。そして、その配管内に中性子検出器１９のケーブル１９ａを抜き差しすることにより、この動作を行うものである。

また、中性子検出器１９を使用しない場合には、駆動装置１は、中性子検出器１９をシンブル案内管１８から抜去する。そして、駆動装置１は、原子炉３０の炉外３０ｂに形成された格納管１６内に、中性子検出器１９を挿入する。また、駆動装置１には、天井より炭酸ガスを放出するための排気管２０が設けられている。この排気管２０は、埃等ゴミが混入しないようにＵ字管にて形成されている。そして、排気管２０の放出先は、下向きにて形成されている。

また、駆動装置１は、この排気管２０以外の箇所は密封状態となるように形成されている。よって、駆動装置１内は大気圧よりわずかに高い圧力となるように、内部にオリフィスを入れて調整している。真空ユニット１０は、シンブル案内管１８内の真空状態を制御するものである。具体的には、真空ユニット１０は、真空ポンプ、真空計、バルブなどを備えている。

供給ユニット１１は炭酸ガスを供給するものである。具体的には、供給ユニット１１は炭酸ガスボンベ、圧力計、圧力調整弁、流量計などを備えている。ガスパージユニット９は、供給ユニット１１に接続され、シンブル案内管１８内を炭酸ガスにてガスパージするものである。具体的には、ガスパージユニット９は、Ａ系統９ａと、Ｂ系統９ｂとの２系統を有している。Ａ系統９ａは、少量の流量の炭酸ガスをシンブル案内管１８に供給可能である。また、Ｂ系統９ｂは、Ａ系統９ａより流量の多い炭酸ガスをシンブル案内管１８に供給可能である。

仕切り弁５は、シンブル案内管１８と駆動装置１との間に形成され、シンブル案内管１８と駆動装置１との間の開閉を行うものである。具体的には、仕切り弁５は、開閉により、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを閉鎖または連通させるものである。また、仕切り弁５の形成位置は、シンブル案内管１８の原子炉３０の炉内３０ａに位置する先端より、上方となる位置に形成されているものである。これは、炭酸ガスが空気より重いため、シンブル案内管１８内に充填された炭酸ガスが外部に出にくく、シンブル案内管１８内に空気が入りにくくするためである。

制御装置１７は、仕切り弁５、駆動装置１、真空ユニット１０、供給ユニット１１、およびガスパージユニット９を制御するものである。実際には中性子検出器１９は複数個存在し、それに伴いシンブル案内管１８も同数個存在する。よって、駆動装置１の中性子検出器１９の駆動は、第１通路選択装置４によりいずれか１つが選択して行われている。また、真空ユニット１０およびガスパージユニット９におけるそれぞれの制御は、第２通路選択装置６により選択して行われている。そして、制御装置１７は、第１通路選択装置４および第２通路選択装置６を制御するものである。

ガスパージユニット９および真空ユニット１０は、それぞれ原子炉３０の格納容器内に形成する例を示したが、これに限られることはなく、格納容器内に形成箇所がない場合には、格納容器外に形成してもよい。尚、各実施の形態における動作の説明においては、１組の中性子検出器１９およびシンブル案内管１８の動作の説明のみについて説明する。但し、他の組の中性子検出器１９およびシンブル案内管１８の動作も同様に行うことができる。

まず、中性子検出装置１００において、シンブル案内管１８内に固形物が生成される想定原理について説明する。シンブル案内管１８内に空気が存在すると、下記に示す式（１）により固形物が生成される。

ＮＨ_３＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２→ＮＨ_４ＨＣＯ_３・・・（１）
ＣＯ_２：空気中に存在する。
Ｈ_２：原子炉３０における１次冷却材中の水素が、シンブル案内管１８内に透過して存在する。
Ｎ_２：空気中に存在する。
Ｈ_２Ｏ：Ｈ_２の酸化により生成され存在する。
ＮＨ_３：Ｎ_２とＨ_２とが放射線下における反応により存在する。

よって、これらの凝固反応により、炭酸水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＣＯ_３）にて成る固形物が生成される。このように炭酸水素アンモニウムを生成させないためには、下記に示す式（２）を満足させる必要がある。

Ｘ（ＮＨ_３）＋Ｘ（Ｈ_２Ｏ）＋Ｘ（ＣＯ_２）×Ｐ_Ｔ ^３→ｅ−（ΔＦ０／ＲＴ）・・・（２）
Ｘ：各ガスモル分率（体積分率）
Ｐ_Ｔ：ガス全圧（ａｔａ）
Ｔ：ガス絶対温度（Ｋ）
ΔＦ０：反応の自由エネルギー
Ｒ：ガス定数

よって、上記に示した式（２）を満足させるためには、具体的に、ガス全圧を小さくする方法、または、ガスモル分率を下げる方法がある。しかしながら、Ｈ_２ＯおよびＣＯ_２のモル分率を下げることは不可能である。このため、ＮＨ_３を抑制することが考えられる。すなわち、空気（Ｎ_２）の混入を防止することが考えられる。このために、本願発明においては、シンブル案内管１８内をＣＯ_２で充満する方法を考えた。

次に上記のように構成された実施の形態１の中性子検出装置の動作について説明する。まず、中性子束分布を測定していない場合について説明する。この際、中性子検出器１９は原子炉３０の炉外３０ｂの格納管１６内に配設されている。

そして、制御装置１７は以下に示す制御を行う。まず、仕切り弁５を閉止して、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを閉鎖する。次に、真空ユニット１０を用いて、シンブル案内管１８内を真空にする。次に、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＢ系統９ｂを用いて、シンブル案内管１８内に炭酸ガスを充填する。そして、シンブル案内管１８内を真空状態から炭酸ガスに置換する。尚、実際には、この真空にする工程と、炭酸ガスに置換する工程とを交互に複数回繰り返し行い、シンブル案内管１８内の空気を全て炭酸ガスに入れ替える。

次に、仕切り弁５を開放して、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを連通する。次に、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＡ系統９ａを用いて、常時１０〜１５ｃｃ／秒程度の炭酸ガスを流す。このことによって、駆動装置１側に炭酸ガスが常に流れることとなり、シンブル案内管１８内に空気が混入するのを防止する。また、駆動装置１およびシンブル案内管１８の各装置および配管類は全て密閉構造となっていることから、駆動装置１の排気管２０より炭酸ガスは放出されている。そして、中性子束分布の測定に備える。

次に、中性子束分布を測定する場合について説明する。この際、中性子検出器１９は格納管１６内に配設されている。そして、制御装置１７は以下に示す制御を行う。まず、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＢ系統９ｂを用いて、炭酸ガスを調整して、７〜１０リットル／ｍｉｎ程度流す。そして、駆動装置１内の空気を中性子検出器１９がシンブル案内管１８内に持ち込まないように炭酸ガスをパージする。よって、駆動装置１の排気管２０より炭酸ガスは放出されている。

次に、駆動装置１は、中性子検出器１９を格納管１６から取り出す。次に、駆動装置１は、中性子検出器１９をシンブル案内管１８内に挿入する。次に、中性子検出器１９は中性子束分布を測定する。次に、中性子束分布の測定が終了する。次に、駆動装置１は、中性子検出器１９をシンブル案内管１８から抜去する。次に、駆動装置１は、中性子検出器１９を格納管１６内に挿入する。

そして、仕切り弁５を開放したままで、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを連通状態にしたままとする。次に、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＡ系統９ａを用いて、常時１０〜１５ｃｃ／秒程度の炭酸ガスを流す。そして、次の中性子束分布の測定に備える。

上記のように構成された実施の形態１の中性子検出装置によれば、中性子束分布の測定停止時には、微少流量の１０〜１５ｃｃ／秒の炭酸ガスを流す。そして、中性子束分布の測定時には、７〜１０リットル／分の炭酸ガスをパージする。このことから、シンブル案内管内を常に炭酸ガスによる微加圧状態が保たれる。このため、シンブル案内管内は空気が混入することなく、ＣＯ_２が充満する状態となる。よって、シンブル案内管内に炭酸水素アンモニウムの固形物が生成されることが防止される。よって、中性子検出装置を長期間使用することができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における中性子検出装置の構成を示す図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態２において、上記実施の形態１と異なる部分は、排気管２０を有しない点にある。

上記のように構成された実施の形態２の中性子検出装置の動作について説明する。まず、中性子束分布を測定していない場合について説明する。この際、中性子検出器１９は原子炉３０の炉外３０ｂの格納管１６内に配設されている。

そして、制御装置１７は以下に示す制御を行う。まず、仕切り弁５を閉止して、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを閉鎖する。次に、真空ユニット１０を用いて、シンブル案内管１８内を真空にする。次に、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＢ系統９ｂを用いて、シンブル案内管１８内に炭酸ガスを入れる。そして、シンブル案内管１８内を真空状態から炭酸ガスに置換する。

尚、実際には、この真空にする工程と、炭酸ガスに置換する工程とを交互に複数回繰り返し行い、シンブル案内管１８内の空気を全て炭酸ガスに入れ替える。そして、シンブル案内管１８内を炭酸ガスによる加圧状態を保持して、中性子束分布の測定に備える。

次に、中性子束分布を測定する場合について説明する。この際、中性子検出器１９は格納管１６内に配設されている。そして、制御装置１７は以下に示す制御を行う。まず、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＢ系統９ｂを用いて、炭酸ガスを調整して、７〜１０リットル／ｍｉｎ程度流す。そして、駆動装置１内の空気を中性子検出器１９がシンブル案内管１８内に持ち込まないように炭酸ガスをパージする。

このパージは、本実施の形態２においては、上記実施の形態１と異なり排気管２０を有していないため、駆動装置１内の空気がシンブル案内管１８内に流れ込まない程度に炭酸ガスの圧力によって遮断するように調整されているものである。次に、仕切り弁５を開放して、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを連通する。

次に、仕切り弁５を閉止して、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを閉鎖する。次に、次の中性子束分布の測定まで、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＡ系統９ａを用いて、シンブル案内管１８内を炭酸ガスによる加圧状態を保持して、中性子束分布の測定に備える。

上記のように構成された実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、中性子束分布を測定していない時には、仕切り弁を閉止する。そして、シンブル案内管側を遮断して、シンブル案内管内を炭酸ガスにて加圧する。よって、上記実施の形態１と比べて、炭酸ガスの消費量を少なくすることができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における中性子検出装置の構成を示す図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。真空ユニット１０は、Ｃ系統１０ａおよびＤ系統１０ｂを有している。Ｃ系統１０ａおよびＤ系統１０ｂは、シンブル案内管１８内を同様に真空状態に保持できるもので有り、通常はＣ系統１０ａを使用し、Ｃ系統１０ａに不具合があった場合には、Ｄ系統１０ｂを用いるものである。

上記のように構成された実施の形態３の中性子検出装置の動作について説明する。まず、中性子束分布を測定していない場合について説明する。この際、中性子検出器１９は原子炉３０の炉外３０ｂの格納管１６内に配設されている。

そして、制御装置１７は以下に示す制御を行う。まず、仕切り弁５を閉止して、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを閉鎖する。次に、真空ユニット１０を用いて、シンブル案内管１８内を真空にし、この状態（真空ユニット１０を運転状態）を保持する。そして、中性子束分布の測定に備える。

次に、中性子束分布を測定する場合について説明する。この際、中性子検出器１９は格納管１６内に配設されている。そして、制御装置１７は以下に示す制御を行う。まず、真空ユニット１０を停止後、供給ユニット１１およびガスパージユニット９のＢ系統９ｂを用いて、炭酸ガスを調整して、７〜１０リットル／ｍｉｎ程度流す。そして、駆動装置１内の空気を中性子検出器１９がシンブル案内管１８内に持ち込まないように炭酸ガスをパージする。

このパージは、本実施の形態３においては、上記実施の形態１と異なり排気管２０を有していないため、駆動装置１内の空気がシンブル案内管１８内に流れ込まない程度に炭酸ガスの圧力によって遮断するように調整されているものである。また、シンブル案内管１８内には炭酸ガスが充填されるように調整されているものである。次に、仕切り弁５を開放して、シンブル案内管１８側と駆動装置１側とを連通する。そして、シンブル案内管１８内は炭酸ガスが充填される。

次に、供給ユニット１１およびガスパージユニット９を停止する。これとともに、仕切り弁５を閉止して、上記に示した場合と同様に、シンブル案内管１８内を真空に保つ。尚、このように、頻繁に真空引きを行うことから、万一、真空ユニット１０のＣ系統１０ａに不具合が発生した場合は、Ｄ系統１０ｂに切り替えて対応するように構成されている。

上記のように構成された実施の形態３の中性子検出装置によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、万一、シンブル案内管内に空気が入っても、すぐに真空引きを実施するため炭酸水素アンモニウムの固形物が生成されることはなく、上記実施の形態１、２に比べて信頼性が高い。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１駆動装置、４第１通路選択装置、５仕切り弁、６第２通路選択装置、
９ガスパージユニット、９ａＡ系統、９ｂＢ系統、１０真空ユニット、
１０ａＣ系統、１０ｂＤ系統、１１炭酸ガス供給ユニット、１６格納管、
１７制御装置、１８シンブル案内管、１９中性子検出器、１９ａケーブル、
２０排気管、３０原子炉、３０ａ炉内、３０ｂ炉外、
１００中性子検出装置。

Claims

加圧水型原子炉の炉内の中性子束分布を検出する中性子検出装置において、
上記原子炉の炉内の中性子束分布を検出する中性子検出器と、
上記中性子検出器を上記原子炉の炉内に挿入するため、上記原子炉の炉外から上記原子炉の炉内に挿入され設置されているシンブル案内管と、
上記シンブル案内管に接続され、上記シンブル案内管内に上記中性子検出器を挿入、または、上記シンブル案内管外に上記中性子検出器を抜去するための駆動装置と、
上記シンブル案内管内の真空状態を制御する真空ユニットと、
炭酸ガスを供給する供給ユニットと、
上記供給ユニットに接続され、上記シンブル案内管内を炭酸ガスにてガスパージするガスパージユニットと、
上記シンブル案内管と上記駆動装置との間に形成され、上記シンブル案内管と上記駆動装置との間の開閉を行う仕切り弁と
上記仕切り弁、上記駆動装置、上記真空ユニット、上記供給ユニット、および上記ガスパージユニットを制御する制御装置とを備えた中性子検出装置。
上記制御装置は、
上記仕切り弁を閉状態に制御して、
上記真空ユニットにて上記シンブル案内管内を真空状態にする請求項１に記載の中性子検出装置。
上記制御装置は、
上記シンブル案内管内を真空状態にした後に、
上記供給ユニットから炭酸ガスを上記ガスパージユニットにて調整して上記シンブル案内管内にガスパージする請求項２に記載の中性子検出装置。
上記駆動装置内の排気を行う排気管を備え、
上記制御装置は、
上記シンブル案内管内をガスパージした後に、
上記仕切り弁を開状態に制御し、
上記供給ユニットから炭酸ガスを上記ガスパージユニットにて調整して上記シンブル案内管内および上記駆動装置内をガスパージするように制御し、
上記排気管は、炭酸ガスを上記駆動装置外に排気する請求項３に記載の中性子検出装置。
上記制御装置は、
上記仕切り弁を閉状態に制御する前に、
上記仕切り弁を開状態に制御し、
上記駆動装置により上記中性子検出器を上記シンブル案内管内に挿入させる請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の中性子検出装置。
上記制御装置は、
上記仕切り弁を閉状態に制御する前に、
上記仕切り弁を開状態に制御し、
上記駆動装置により上記中性子検出器を上記シンブル案内管外に抜去させる請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の中性子検出装置。
上記制御装置は、
上記シンブル案内管内および上記駆動装置内をガスパージした後に、
上記駆動装置により上記中性子検出器を上記シンブル案内管内に挿入させる請求項４に記載の中性子検出装置。