JP2017161465A

JP2017161465A - 重元素含有物の測定装置及びその測定方法

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Publication number: JP2017161465A
Application number: JP2016048538A
Authority: JP
Inventors: 宰杉田; Tsukasa Sugita; 研一吉岡; Kenichi Yoshioka; 宏徳熊埜御堂; Hironori Kumanomido; 晴夫宮寺; Haruo Miyadera
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP6640617B2

Abstract

【課題】核燃料や核燃料デブリなどの重元素含有物の組成を特定できる重元素含有物の測定技術を提供する。【解決手段】測定装置１０は、重元素含有物を保持する収納容器１１に外設された第１軌跡検出器１２からミュオンの入射軌跡を受け付ける第１受付部１４と、第１軌跡検出器１２に対向して設けられた第２軌跡検出器１３から出射軌跡を受け付ける第２受付部１５と、ミュオンの入射軌跡及び出射軌跡に基づいてミュオンの散乱角及び散乱位置を計算する散乱角計算部１７と、散乱位置が測定領域２２に属する散乱角を収集して、この測定領域２２における散乱角の計数分布を測定する散乱分布測定部１８と、測定領域２２において予想される散乱角の予想計数分布を、想定される各物質について保存する予想散乱分布保存部１９と、測定された前記計数分布と前記予想計数分布に基づいて前記重元素含有物の組成を特定する組成特定部２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ミュオンの飛行軌跡を用いて核燃料や核燃料デブリなどの重元素含有物を測定する重元素含有物の測定技術に関する。

原子力発電所の冷却機能喪失事故が起きた場合、原子炉の核燃料が溶融し、圧力容器を貫通して格納容器などに達して、溶融した核燃料が再固化した核燃料デブリ（以下単に「燃料デブリ」とも記す）が発生する恐れがある。このような事態が発生した場合、燃料デブリを原子炉建屋から取り出して安全に保管、管理する必要がある。

しかし、核燃料と圧力容器などを構成する構造材料とが溶融、混合して生成された燃料デブリはその物質組成を直接的に把握することは高い放射線量などの問題により困難である。燃料デブリの物質組成が把握できなければ、原子炉建屋から燃料デブリを取り出した場合であっても、その燃料デブリに含まれる核燃料の総量を把握することはできず、また原子炉建屋内に残された未回収分の核燃料の総量を把握することも出来ない。

遮蔽容器や構造物の内部に保持された物質情報を得るための方法としては、従来から様々な種類の非破壊検査技術が検討されており、一般的には放射線透過試験や、超音波探傷試験、渦電流探傷試験などが広く知られている。また、核燃料の組成を非破壊で分析する方法としては、発生ガス分析装置や蛍光Ｘ線分析装などが知られている。

近年、放射線透視技術の一種として、宇宙線ミュオンの飛行軌跡を利用したミュオン透視技術が注目されている。この技術は、人工的な放射線を使用せずに、宇宙から地球に入射する宇宙線の一種であるミュオンの飛行軌跡を測定することで、構造物の内部を画像化する手法であり、大型建築物の透過試験や火山の密度分布の測定に利用されている。

ミュオンによる透視技術では、透視の対象となる構造物にミュオン軌跡検出器が外設される。そして、この軌跡検出器によりミュオンの飛行軌跡を検出し、軌跡を解析することで構造物内部における物質の存在位置、材質が判別されて、構造物内部のイメージングが行われる。

特表２０１２−５０１４５０号公報

ところで、一般的なミュオン透視技術では、構造物の内部おいて重元素（例えば、ウランやプルトニウム）が存在する位置でのミュオンの散乱角が、軽元素（例えば、鉄）などの存在位置の散乱角よりも大きくなることを利用して核物質の存在位置及びその材質の測定を行っている。

しかし、ミュオンの散乱角は同じ散乱位置であっても常に一定では無くばらつきを有するものであり、特に複数の材料が混在した燃料デブリにおけるミュオンの散乱は、混合物に起因したものとなる。このため、散乱角のばらつきは単一の元素の場合よりも複雑なものとなり、測定された散乱角のみの情報に基づいて燃料デブリの組成を特定することは困難であった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、核燃料や核燃料デブリなどの重元素含有物の組成を特定できる重元素含有物の測定技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る重元素含有物の測定装置は、重元素含有物を保持する収納容器に外設された第１軌跡検出器から、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付ける第１受付部と、前記収納容器に外設されるとともに前記第１軌跡検出器に対向して設けられた第２軌跡検出器から、前記収納容器を通過した後の前記ミュオンの出射軌跡を受け付ける第２受付部と、受け付けた前記ミュオンの前記入射軌跡及び前記出射軌跡に基づいて前記ミュオンの散乱角及び散乱位置を計算する散乱角計算部と、前記散乱位置が前記収納容器の内部に設定された測定領域に属する前記散乱角を収集して、この測定領域における前記散乱角の計数分布を測定する散乱分布測定部と、前記重元素含有物として想定される物質が前記収納容器の内部に保持されたと仮定した場合に、前記測定領域において予想される前記散乱角の予想計数分布を、想定される前記物質のそれぞれについて保存する予想散乱分布保存部と、測定された前記計数分布と前記予想計数分布に基づいて前記重元素含有物の組成を特定する組成特定部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る重元素含有物の測定方法は、重元素含有物を保持する収納容器に外設された第１軌跡検出器から、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付けるステップと、前記収納容器に外設されるとともに前記第１軌跡検出器に対向して設けられた第２軌跡検出器から、前記収納容器を通過した後の前記ミュオンの出射軌跡を受け付けるステップと、受け付けた前記ミュオンの前記入射軌跡及び前記出射軌跡に基づいて前記ミュオンの散乱角及び散乱位置を計算するステップと、前記散乱位置が前記収納容器の内部に設定された測定領域に属する前記散乱角を収集して、この測定領域における前記散乱角の計数分布を測定するステップと、前記重元素含有物として想定される物質が前記収納容器の内部に保持されたと仮定した場合に、前記測定領域において予想される前記散乱角の予想計数分布を、想定される前記物質のそれぞれについて保存するステップと、測定された前記計数分布と前記予想計数分布に基づいて前記重元素含有物の組成を特定するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の実施形態により、核燃料や核燃料デブリなどの重元素含有物の組成を特定できる重元素含有物の測定技術が提供される。

第１実施形態に係る重元素含有物の測定装置の構成図。（Ａ）は測定領域が設定された収納容器の断面図、（Ｂ）は測定領域を通過するミュオンの軌跡の一例を示す説明図。測定領域内におけるミュオン散乱角の計数分布の一例を示す図。収納容器の内部に保持される物質として、二酸化ウラン、ステンレス鋼、またはこれらの混合物を想定した場合に、測定領域内におけるミュオン散乱角の予想計数分布の計算例。第１実施形態に係る重元素含有物の測定手順を示すフローチャート。第２実施形態に係る重元素含有物の測定装置の構成図。軽元素と重元素との混合物における、散乱角の混合分布関数の一例を示す図。第２実施形態に係る重元素含有物の測定手順を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように第１実施形態に係る重元素含有物の測定装置１０（以下、測定装置１０と省略する）は、重元素含有物２３（図２（Ａ）参照）を保持する収納容器１１に外設された第１軌跡検出器１２から、収納容器１１に入射するミュオンの入射軌跡を受け付ける第１受付部１４と、収納容器１１に外設されるとともに第１軌跡検出器１２に対向して設けられた第２軌跡検出器１３から、収納容器１１を通過した後のミュオンの出射軌跡を受け付ける第２受付部１５と、受け付けたミュオンの入射軌跡及び出射軌跡に基づいてミュオンの散乱角及び散乱位置を計算する散乱角計算部１７と、散乱位置が収納容器１１の内部に設定された測定領域２２に属する散乱角を収集して、この測定領域２２における散乱角の計数分布を測定する散乱分布測定部１８と、重元素含有物２３として想定される核燃料や燃料デブリなどの物質が収納容器１１の内部に保持されたと仮定した場合に、測定領域２２において予想される散乱角の予想計数分布を、想定される物質のそれぞれについて保存する予想散乱分布保存部１９と、測定された前記計数分布と前記予想計数分布に基づいて前記重元素含有物の組成を特定する組成特定部２０と、を備える。
なお、図１では、上空から降り注ぐミュオンのうち収納容器１１を通過する１つのミュオンμの飛行軌跡を例示している。

本実施形態に係る測定装置１０は、設定された測定領域２２におけるミュオンの散乱角の計数分布を測定して、測定した計数分布を重元素含有物２３として想定される物質のそれぞれに対応して計算された散乱角の予想計数分布と照合することにより、収納容器１１内に保持された重元素含有物２３の組成を特定する装置である。

収納容器１１は、金属製の収納部材であり、その内部に重元素含有物２３が保持されている。重元素含有物２３として、原子力発電所において苛酷事故が発生した際に、炉心が溶融して生じた燃料デブリが例示される。

なお、重元素含有物であり炉心溶融により生じる燃料デブリは、圧力容器や炉内外の構造物などの鉄系材料、被覆管やチャンネルボックス材料のジルコニウム材、同じく重元素含有物である核燃料の中に含まれている酸化物燃料（酸化ウランや酸化プルトニウム）、ＦＰ（核分裂生成物）酸化物等の様々な物質が不均一な状態で混在する混合物である。

第１軌跡検出器１２及び第２軌跡検出器１３は、高い透過力を有する荷電粒子であるミュオンの飛行軌跡を検出するミュオン軌跡検出器である。このミュオン軌跡検出器は、ミュオンの通過を検出可能なドリフトチューブ（図示省略）を複数平行に配列させたものを１層として、複数層（少なくとも３層以上）に配置させたものである。

ミュオン軌跡検出器は、ミュオンの通過が検出された各ドリフトチューブの検出信号に基づいてミュオンの通過軌跡を検出する。なお、ドリフトチューブに代えてミュオンの通過を検出可能なシンチレーション検出器を用いても良い。

計測のために使用するミュオンは、宇宙から地球に入射する一次宇宙線が地球の大気と反応する事により生じる二次宇宙線を用いても良いし、加速器等で人工的に発生させたミュオンを使用しても良い。二次宇宙線のミュオンは３〜４ＧｅＶとエネルギーが高く、特別な発生装置が不要であるという利点があり、加速器により発生させるミュオンはエネルギーや入射位置をコントロールできるといる利点を有する。

第１軌跡検出器１２及び第２軌跡検出器１３の構成として、ミュオンの軌跡を３次元的に検出可能となるため、ドリフトチューブを平行に配列させたドリフトチューブの層を、軸方向の向きが交互に直角となるように複数の層に重ねて構成させることが望ましい。

第１軌跡検出器１２と第２軌跡検出器１３とは、収納容器１１を挟んで対向する位置に設置される。２つの検出器は、収納容器１１を挟んで容器の側方に配置しても良いし、容器の上下に配置しても良い。また、第１軌跡検出器１２と第２軌跡検出器１３とは、平行に設置するよりも、高さをずらして設置した方が大きな流束のミュオンを検出することが可能となる。

第１軌跡検出器１２は、収納容器１１に入射するミュオンの入射軌跡及び通過時間（入射時刻）を検出する。そして、検出した入射軌跡及びミュオンの通過時間を測定装置１０に送信する。

一方、第２軌跡検出器１３は、収納容器１１を通過後のミュオンの出射軌跡及び通過時間（出射時刻）を検出する。そして、検出した出射軌跡及びミュオンの通過時間を測定装置１０に送信する。

第１実施形態に係る測定装置１０は、第１受付部１４と、第２受付部１５と、同時計数部１６と、散乱角計算部１７と、散乱分布測定部１８と、予想散乱分布保存部１９と、組成特定部２０と、重量推定部２１と、を備えている。

なお、測定装置１０を構成する各ユニットの機能は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）の他、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や光ディスク装置等の外部記憶装置を含む記憶媒体である記憶回路に保持された所定のプログラムコードを、FPGA（Field Programmable Gate Array）、PLD(programmable logic device)、GPU（Graphics Processing Unit）、またはCPU（Central Processing Unit）などのプロセッサなどの電子回路において実行することによって実現しても良く、このようなソフトウェア処理に限らず、例えば、ＡＳＩＣ等の電子回路を用いたハードウェア処理で実現しても良いし、ソフトウェア処理とハードウェア処理とを組み合わせて実現しても良い。

第１受付部１４は、第１軌跡検出器１２から送信されたミュオンの入射軌跡及び入射時間を受け付ける。そして、第１受付部１４は、受け付けた入射軌跡及び入射時間を同時計数部１６に出力する。

第２受付部１５は、第２軌跡検出器１３から収納容器１１を通過した後のミュオンの出射軌跡及び通過時間を受け付ける。そして、第２受付部１５は、入力した出射軌跡及び出射時間を同時計数部１６に出力する。

同時計数部１６は、入射時間及び出射時間のデータを用いて、一定時間内に第１軌跡検出器１２及び第２軌跡検出器１３のそれぞれで検出された入射軌跡と出射軌跡とを同一のミュオンによる軌跡データとして選別する。なお、一定時間とは、同一のミュオンに関する軌跡であることが判定可能な時間を意味し、例えばミュオンが収納容器１１の通過に要する時間として想定される時間のうち最大の時間等が考えられる。

同時計数部１６により、第１軌跡検出器１２及び第２軌跡検出器１３において大量に検出されるミュオンの軌跡について、同一のミュオンに関する入射軌跡と出射軌跡とが選別される。なお、同一のミュオンに関する入射軌跡と出射軌跡を十分に判別できる程度に測定装置１０側で軌跡の入力を制限した場合は、同時計数部１６を省略する構成として良い。

散乱角計算部１７は、ミュオンの入射軌跡及び出射軌跡に基づいて、ミュオンの散乱角度及び散乱位置を計算する。散乱角は、入射軌跡が散乱により変化しないと仮定した場合の予想軌跡と出射軌跡とのなす角により計算する。そして、入射軌跡が変化した点を散乱位置として求める。なお、散乱位置は、ミュオンの入射軌跡及び出射軌跡との交点から求めて良い。

例えば図１に示すミュオンμの場合、散乱角θは、入射軌跡Ｔ_ｉｎが散乱により変化しないと仮定した場合の予想軌跡Ｔ_ｉｎ’と出射軌跡Ｔ_ｏｕｔとのなす角により計算される。また、入射軌跡Ｔ_ｉｎが変化した点を散乱位置Ａとして求める。

散乱角計算部１７は、同時計数部１６から入力される全てのミュオンの軌跡データについて散乱角及び散乱位置をそれぞれ計算する。そして、計算した散乱角及び散乱位置のデータを散乱分布測定部１８に出力する。

散乱分布測定部１８は、計算された散乱位置が収納容器１１の内部に設定された測定領域２２に属する散乱角を収集して、測定領域２２における散乱角の計数分布を測定する。

ここで、収納容器１１の内部に設定される測定領域２２について説明する。図２（Ａ）は、測定領域２２が設定された収納容器１１の断面図を示しており、図２（Ｂ）は、測定領域２２を通過するミュオン軌跡の一例を示す説明図である。

測定領域２２は、その領域内におけるミュオン散乱角の計数分布を測定するための解析上の設定面である。この測定領域２２は、収納容器１１の内部かつ重元素含有物２３の存在が想定される位置に任意の大きさで設定される。

測定領域２２は、第１軌跡検出器１２及び第２軌跡検出器１３の少なくともいずれかが画成する平面と平行に設定されることが望ましい。また、測定領域２２は、平面に限定されるものでは無く、一定の体積を有する３次元的な領域であっても良い。

散乱分布測定部１８は、散乱角計算部１７で計算された散乱位置が測定領域２２に属する、言い換えると測定領域２２の内部を通過するミュオンの散乱角を収集する。例えば、図２（Ｂ）に示すようにミュオンμの散乱位置Ａが測定領域２２に属する場合、このミュオンμの散乱角θは収集される。

そして、散乱分布測定部１８は、収集された全ての散乱角について角度ごとに計数を行い、測定領域２２内における散乱角の計数分布を測定する。なお、散乱分布測定部１８は、測定領域２２内における計数分布のばらつきが十分に判別可能となるまで散乱角の収集を行う。

図３は、散乱分布測定部１８で測定された、測定領域２２内における散乱角の計数分布の一例を示す図である。横軸は散乱角を示しており、縦軸は散乱角のイベント数（検出数）を示している。

予想散乱分布保存部１９（図１）は、重元素含有物２３として想定される物質が収納容器１１の内部に保持されたと仮定した場合に、測定領域２２において予想される散乱角の予想計数分布を、想定される物質のそれぞれについて保存するものである。

ここで想定される物質とは、ウランやプルトニウムなどの核燃料を含む化合物または混合物など、重元素含有物２３として想定される全ての物質を意味する。混合物を想定する場合には、混合する物質の組成比を複数の組み合わせで変更して、変更した組み合わせごとに異なる物質として区別する。

想定される物質が収納容器１１内に充填されたと仮定して、軌跡検出器の設置位置など実際の測定と同様の条件下で収納容器１１を通過するミュオンの散乱をシミュレーションして、測定領域２２における散乱角の予想計数分布を計算する。予想計数分布の計算は、想定される物質のそれぞれについて実行されて、予想散乱分布保存部１９に保存される。なお、予想計数分布の計算は、測定装置１０上あるいは別の計算機上において実行される。

ミュオンが物質を通過する際のクーロン多重散乱による散乱角は、通過する物質の原子番号に対応する放射長Ｘ_０、密度、物質の厚さｔに依存して下記式（１）のように示すことができる。式（１）中のｖとｐはミュオンの速度と運動量であるため、ｖｐは入射ミュオンのエネルギーに対応している。ここでは、ｖｐは入射するミュオンのエネルギースペクトルの平均値として仮定する。

重元素含有物２３として想定される物質が収納容器１１内に充填されていると仮定する場合、収納容器１１の形状情報、物質の密度、原子番号などが既知となるため、この式（１）を用いることで、測定領域２２において予想される散乱角の計数分布が計算できる。

なお、実際に測定される散乱角には収納容器１１によるミュオン散乱も含まれるため、計算された予想計数分布に対して収納容器１１に起因する散乱角のデータを加えることで、実際に測定される計数分布に近い予想計数分布が得られる。

図４は、収納容器１１の内部に保持される物質として、二酸化ウラン、ステンレス鋼、またはこれらの混合物を想定した場合に、測定領域２２におけるミュオン散乱角の予想計数分布を示している。図４に示されるように、物質ごとに異なる計数分布が得られることが分かる。

組成特定部２０は、測定された計数分布を、予想散乱分布保存部１９に保存された予想計数分布と比較（照合）する。そして、測定された計数分布に最も近似する予想計数分布に対応する物質（想定した物質）を重元素含有物２３の組成として特定（推定）する。なお最も近似するとは、測定された計数分布と予想計数分布とが合致する場合を含み、２つの計数分布の差が最も小さくなる場合を意味する。また、組成特定部２０による重元素含有物２３の組成の特定とは、重元素含有物２３の組成を明確に示すもののほか、最も近似するものなどにより重元素含有物２３の組成を推定するものも含む。

重量推定部２１は、特定された重元素含有物２３の組成に基づいて重元素含有物２３に含まれる核燃料などの重元素の重量を推定する。具体的には、収納容器１１の全重量が判明する場合には、収納容器１１の全重量と特定された組成（組成比）から重元素含有物２３に含まれる核燃料などの重元素の重量を推定する。また、特定された重元素含有物２３の組成に基づき重元素含有物２３に含まれる核燃料などの重元素の密度が判明するため、この密度と収納容器１１の容積から核燃料などの重元素の重量を推定しても良い。

図５は、第１実施形態に係る重元素含有物２３の測定装置１０の測定手順を示すフローチャートである（適宜、図１参照）。

第１受付部１４は、第１軌跡検出器１２から送信されたミュオンの入射軌跡及び入射時刻を受け付ける（Ｓ１０）。

第２受付部１５は、第２軌跡検出器１３から収納容器１１を通過した後のミュオンの出射軌跡及び通過時間を受け付ける（Ｓ１１）。

同時計数部１６は、一定時間内に検出された入射軌跡と出射軌跡とを同一のミュオンに関する軌跡として選別する（Ｓ１２）。

散乱角計算部１７は、入射軌跡及び出射軌跡に基づいて、各ミュオンの散乱角及び散乱位置を計算する（Ｓ１３）。

散乱分布測定部１８は、設定された測定領域２２内の散乱角を収集して、散乱角の計数分布を測定する（Ｓ１４）。

組成特定部２０は、測定された計数分布を予想散乱分布保存部１９に保存された予想散乱分布と照合して、測定された計数分布に最も近似する予想計数分布に対応する物質を重元素含有物２３の組成として特定する（Ｓ１５）。

このように、測定領域２２における散乱角の計数分布を測定して、重元素含有物２３として想定される物質それぞれの散乱角の予想計数分布と照合することで、散乱角のみのデータに基づいて重元素含有物２３の組成を特定する場合と比較して、重元素含有物２３の組成を高い精度で特定することができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る重元素含有物２３の測定装置１０の構成図を示している。なお、図６において第１実施形態（図１）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第２実施形態に係る測定装置１０が第１実施形態と異なる点は、混合予想計数分布作成部としての混合近似関数作成部２４をさらに備える点にある。

混合近似関数作成部２４は、予想散乱分布保存部１９で保存されている、重元素含有物２３として想定される物質それぞれの予想計数分布について、最小二乗法などの波形フィティングにより近似関数を作成する。そして、各予想計数分布に対応する近似関数を足し合わせた混合近似関数を作成する。

なお、本実施形態では、想定される物質それぞれの予想計数分布の近似関数を作成して、この近似関数を足し合わせて混合近似関数を作成しているが、このような近似関数を足し合わせた混合近似関数に限らず、想定される物質それぞれの予想計数分布を足し合わせることで、想定される物質が複数の物質の混合物である場合の混合予想計数分布を別の手段で求めても構わない。すなわち、混合近似関数作成部２４により作成された混合近似関数は、想定された物質それぞれの予想計数分布を足し合わせた混合予想計数分布に相当する。

図７は、軽元素と重元素との混合物における混合近似関数の一例を示している。混合近似関数作成部２４は、予想散乱分布保存部１９に軽元素及び重元素の予想計数分布が保存されている場合、２つの予想計数分布に対応する近似関数を足し合わせて混合近似関数を作成する。

組成特定部２０は、混合近似関数を構成する近似関数の構成比率を変更して、散乱分布測定部１８で測定された計数分布と混合近似関数とを波形フィッティングにより照合する。そして、測定された計数分布と最も近似する混合近似関数における近似関数の構成比率に対応する物質を重元素含有物２３の組成として特定する。

具体例を挙げて説明する。
重元素含有物２３に、ウランと鉄の２種類が含まれると想定する。まず、混合近似関数作成部２４は、予想散乱分布保存部１９から、ウラン及び鉄のそれぞれの予想散乱分布を入力して、各予想散乱分布について近似関数を作成する。

そして、下記式（２）のように、ウラン及び鉄それぞれの近似関数を足し合わせた混合近似関数ｆ（θ）を作成する。ｆ_Ｕ（θ）、ｆ_Ｆｅ（θ）は、ウラン及び鉄の近似関数を示しており、Ｃ_１、Ｃ_２は、各物質の構成比率を示している。

ｆ（θ）＝Ｃ_１×ｆ_Ｕ（θ）＋Ｃ_２×ｆ_Ｆｅ（θ）・・・式（２）

組成特定部２０は、混合近似関数ｆ（θ）を構成する近似関数の構成比率Ｃ_１、Ｃ_２を変更して、散乱分布測定部１８で測定された計数分布と混合近似関数ｆ（θ）とを比較（照合）する。

そして、測定された計数分布と最も近似する混合近似関数ｆ（θ）におけるウラン及び鉄の構成比率Ｃ_１、Ｃ_２に基づいて重元素含有物２３の組成を特定する。重元素含有物２３に３つ以上の物質が含まれている場合も同様の手順により各物質の構成比率を導出する。

図８は、第２実施形態に係る重元素含有物２３の測定装置１０の測定手順を示すフローチャートである（適宜、図６参照）。

第１受付部１４は、第１軌跡検出器１２から送信されたミュオンの入射軌跡及び入射時刻を受け付ける（Ｓ２０）。

第２受付部１５は、第２軌跡検出器１３から収納容器１１を通過した後のミュオンの出射軌跡及び通過時間を受け付ける（Ｓ２１）。

同時計数部１６は、一定時間内に検出された入射軌跡と出射軌跡とを同一のミュオンに関する軌跡として選別する（Ｓ２２）。

散乱角計算部１７は、入射軌跡及び出射軌跡に基づいて、各ミュオンの散乱角及び散乱位置を計算する（Ｓ２３）。

散乱分布測定部１８は、設定された測定領域２２内の散乱角を収集して、散乱角の計数分布を測定する（Ｓ２４）。

混合近似関数作成部２４は、予想散乱分布保存部１９に保存された各予想散乱分布の近似関数を足し合わせて混合近似関数を作成する（Ｓ２５）。

組成特定部２０は、混合近似関数中の各近似関数の構成比率を変更して、測定した計数分布を混合近似関数と照合する（Ｓ２６）。

組成特定部２０は、測定した計数分布に最も近似する混合近似関数における近似関数の構成比率に基づき前記重元素含有物２３の組成を特定する（Ｓ２７）。

このように、測定領域２２内でのミュオン散乱角の計数分布を、重元素含有物２３として想定される物質それぞれの予想計数分布に基づいて作成した混合近似関数と照合することで、重元素含有物２３の組成をより高い精度で特定することができる。

以上述べた各実施形態の重元素含有物の測定装置によれば、重元素含有物を保持する収納容器内に設定された測定領域におけるミュオンの散乱角の計数分布を測定して、測定した計数分布を重元素含有物して想定される物質の予想計数分布と照合することにより、核燃料や燃料デブリなどの重元素含有物の組成を特定できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。なお、上述の実施形態では、原子炉建屋内から取り出された燃料デブリを内部に収納する収納容器１１を測定対象として説明しているが、原子炉建屋の外部に第１軌跡検出器１２及び第２軌跡検出器１３を外設して、原子炉格納容器の内部に保持されている燃料デブリを測定対象とすることができる。

１０…重元素含有物の測定装置、１１…収納容器、１２…第１軌跡検出器、１３…第２軌跡検出器、１４…第１受付部、１５…第２受付部、１６…同時計数部、１７…散乱角計算部、１８…散乱分布測定部、１９…予想散乱分布保存部、２０…組成特定部、２１…重量推定部、２２…測定領域、２３…重元素含有物（燃料デブリ）、２４…混合近似関数作成部、θ…散乱角、Ａ…散乱位置。

Claims

重元素含有物を保持する収納容器に外設された第１軌跡検出器から、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付ける第１受付部と、
前記収納容器に外設されるとともに前記第１軌跡検出器に対向して設けられた第２軌跡検出器から、前記収納容器を通過した後の前記ミュオンの出射軌跡を受け付ける第２受付部と、
受け付けた前記ミュオンの前記入射軌跡及び前記出射軌跡に基づいて前記ミュオンの散乱角及び散乱位置を計算する散乱角計算部と、
前記散乱位置が前記収納容器の内部に設定された測定領域に属する前記散乱角を収集して、この測定領域における前記散乱角の計数分布を測定する散乱分布測定部と、
前記重元素含有物として想定される物質が前記収納容器の内部に保持されたと仮定した場合に、前記測定領域において予想される前記散乱角の予想計数分布を、想定される前記物質のそれぞれについて保存する予想散乱分布保存部と、
測定された前記計数分布と前記予想計数分布に基づいて前記重元素含有物の組成を特定する組成特定部と、を備えることを特徴とする重元素含有物の測定装置。
特定された前記重元素含有物の組成に基づいて前記重元素含有物に含まれる重元素の重量を推定する重量推定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の重元素含有物の測定装置。
前記重元素含有物として想定される前記物質のそれぞれについて保存された前記予想計数分布を足し合わせた混合予想計数分布を作成する混合予想計数分布作成部をさらに備えて、
前記組成特定部は、前記混合予想計数分布を構成する前記予想計数分布の比率を変更して、測定された前記計数分布を前記混合予想計数分布と比較して前記重元素含有物の組成を特定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重元素含有物の測定装置。
前記予想散乱分布保存部は、前記収納容器に起因して発生する前記ミュオンの散乱を前記予想計数分布に加えること特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の重元素含有物の測定装置。
重元素含有物を保持する収納容器に外設された第１軌跡検出器から、前記収納容器に入射するミュオンの入射軌跡を受け付けるステップと、
前記収納容器に外設されるとともに前記第１軌跡検出器に対向して設けられた第２軌跡検出器から、前記収納容器を通過した後の前記ミュオンの出射軌跡を受け付けるステップと、
受け付けた前記ミュオンの前記入射軌跡及び前記出射軌跡に基づいて前記ミュオンの散乱角及び散乱位置を計算するステップと、
前記散乱位置が前記収納容器の内部に設定された測定領域に属する前記散乱角を収集して、この測定領域における前記散乱角の計数分布を測定するステップと、
前記重元素含有物として想定される物質が前記収納容器の内部に保持されたと仮定した場合に、前記測定領域において予想される前記散乱角の予想計数分布を、想定される前記物質のそれぞれについて保存するステップと、
測定された前記計数分布と前記予想計数分布に基づいて前記重元素含有物の組成を特定するステップと、を含むことを特徴とする重元素含有物の測定方法。