JP6766161B2 - 試料採取容器および試料採取システム並びに対応する運転方法 - Google Patents

Description

原子力発電所においては、事故または災害状況において放射性核分裂生成物（たとえばヨウ素、エアロゾル）および希ガスがコンテインメント雰囲気およびコンテインメントサンプおよび／または‐沸騰水型原子炉では‐凝縮室への起こり得る重大な放出を考慮しなければならない。核分裂生成物の組成を知ることは進行する事故を推察することを可能にし、場合によって取るべき対策のための重要な基礎となる。さらに特に福島における事故では、貯蔵槽における燃料要素の状態を知ることも設備状態の判断に必要であることが示されている。

コンテインメント雰囲気からの放出の場合には特にヨウ素同位体１３１は環境への放射能の危険を示している。過酷事故の成果のある管理は、ヨウ素が発生および放出されたかどうかに拘わらず、コンテインメント雰囲気中における揮発性ヨウ素の環境を損なう恐れのある濃度をできるだけ小さく抑えるための効果的な対策を必要とする。

これはコンテインメントサンプにおける非揮発性の形での分解および抑制によって行うことができる。この場合ヨウ素をできるだけ液相で結合するように努められる。これによりたとえば漏洩によりまたはコンテインメントのろ過付き圧力軽減（ベント）中に起こるコンテインメントからの放出が減少される。

コンテインメントサンプ中の高いｐＨ値の調整は放射線の危険ポテンシャルの抑制および軽減を図ることができる。なかんずくサンプのｐＨ値は特に事故時（たとえばケーブル火災時）の塩化物の放出によりヨウ素の抑制に関し負の影響を与えうる。サンプ中の実際のｐＨ値を知ることはそれゆえ受動的放射能シンクとしての役割において事故管理および放射線抑制の対策の適時の導入にとって決定的な意義がある。

コンテインメント内の各流体中への測定センサの直接的な設置は大抵の場合、放射線、エアロゾル、湿気、圧力および温度によるセンサおよびその電気系統の過度な負荷並びに測定信号用および給電用のケーブルが事故に耐性がないことまたはあってもごく制限されていることに鑑み失敗に終わっている。

設備パラメータの変化の測定および判断のためには、それゆえ通常時にはコンテインメント内の種々の貯槽からの典型的な液状および／またはガス状の試料の取得が必要である。採取される代表的な試料は次いでコンテインメントの外部で化学パラメータ（たとえばｐＨ値）または所定の放射性核種またはエアロゾル量などの重要なパラメータを検査することができる。

従来の構想はたとえばコンテインメント雰囲気またはコンテインメントサンプ中にある試料容器からの試料採取が前提である。

特許文献１に記載されている装置および方法では試料が吸引され圧力パルスにより促進される。試料採取管はこのため底点のない一定の勾配で設置しなければならない。さらに特殊な圧力パルス技術による試料の輸送が試料採取管の限定された長さ（＜８０ｍ）においてのみ可能であるという欠点がある。試料の運搬はさらに戻し容器に関して大きな緩衝容量を必要とする。さらにこの方法はガス状の試料をコンテインメントから引き出す必要のある場合には試料採取管の加熱を必要とする。これは試料採取装置により採取された量を正確に推察できるようにするために蒸気の凝縮を妨げるために必要である。試料採取装置に装填される洗浄液もこの理由から装填前に加熱しなければならず、そのため装置にかなりの出費と高い電流消費を要する。それゆえ試料評価装置の設置個所は常に導管の長さをできるだけ抑えるためにコンテインメントの直近でなければならない。

同様に考慮すべき特別の要件はエアロゾル試料の採取と沸騰液からの液体試料の採取である。

放出された放射能の評価のための典型的なエアロゾル試料採取は試料採取管を介する輸送時にエアロゾルが堆積するために、エアロゾルを直接試料採取箇所で洗浄液に移し、導管に著しい堆積が生じないように、洗浄液と一緒に溶けた形で比較的大きな距離を置いて輸送できる場合にのみ可能である。

沸騰液からかなりの距離（たとえば＞１００ｍ）を置いて評価ユニットに運ばれるようにした安全な典型的な液体試料採取は、従来の試料採取装置では同様に実現は極めて困難である。

欧州特許第０９３１３１７Ｂ１号公報

それゆえ本発明の課題は、特に原子力発電所の重大事故後にコンテインメントサンプまたはコンテインメント雰囲気または凝縮室から液相、特に沸騰状態にある液体から並びにガス相から典型的な試料採取を可能にする試料採取容器および付属の試料採取システム並びに相応する運転方法を提供することにある。なかんずく、僅かなエネルギー需要で少量の試料を大きな距離（＞１００ｍ）に亘って試料採取管の壁部に殆ど堆積を生じることなく外部の分析装置に搬送することを可能にしなければならない。

上述の課題は本発明によれば請求項１の特徴を有する試料採取容器により解決される。この種の試料採取容器は請求項９に記載の試料採取システムの構成要件である。このような試料採取システムを備えた原子力発電所は請求項１４に規定されている。相応する運転方法は請求項１４および１７に規定されている。従属請求項は基本原理の有利な実施形態を示している。

試料採取容器は検査すべき対象媒体中に、たとえば原子力発電所のコンテインメント中にあり、付属の導管を介して試料採取システムに組み込まれている。それゆえIn-Situ（現場）試料採取である。外部のプロセス・分析モジュールへの試料搬送はガス試料の採取に際しては負圧の付勢により、液体試料の採取に際しては不活性搬送ガス／輸送ガス、特に窒素により実施される。この場合液体試料は、試料採取容器が好適には自動的に機能する閉鎖機構を備えているので大きな距離に亘り搬送可能である。従来技術である上述の圧力パルス技術とは異なり、したがって持続的な搬送圧力が可能となる。エアロゾル試料は、有利にはベンチュリノズルを通流させることにより試料採取容器中に導入された洗浄液中に入れられる。エアロゾル試料は次いで液体試料として上述のように搬送される。サンプ試料採取ではほぼ受動的な試料採取が沸騰サンプでも可能となる。これら全ての工程に対して同一の試料採取容器が修正なしに使用可能である。

有利な実施形態では周辺環境、たとえばコンテインメント雰囲気から試料採取容器への熱移送が受動的な導熱管により行われる。これにより洗浄液は試料採取容器への装填前にもはや従来のように能動的に加熱する必要はなく、洗浄液中の蒸気凝縮が回避される。

さらに有利な実施形態では、コンテインメントの外側の試料採取管の加熱は、超臨界状態で流れるようにされた絞り／ノズルによる流量の受動的一定化により、コンテインメント外の試料採取管で失われた水蒸気成分を求めることができるので、不要となる。これによりベンチュリノズル／洗浄液中に導かれる流量が求められ、外部で測定された放射能はコンテインメント内の量と関連付けることができる。

有利な変形例では、試料採取システムの導管を介して周辺環境への修復対策も、たとえば適当な化学剤の供給によるｐＨ値の調整により試料採取箇所で行うことができる。このような所期の調整／後処理により原子力発電所の重大事故時における放射能の放出が著しく減ぜられる。

本発明による構想の主要な利点を以下に箇条書きで総括する。
・たとえばコンテインメントサンプ内の沸騰液体の試料採取も可能
・試料の歪曲のないIn-situ（現場）測定
・＞１００ｍの長い搬送距離の実現
・搬送管へのエアロゾルの堆積が少ない損失の無い試料搬送
・予め固定設置された配管系へのモバイル的プロセス・分析モジュールの接続が可能
・戻し容器を有する戻しモジュールが不要
・特にコンテインメント外での放射線から保護された環境での測定装置の設置
・測定信頼度の向上
・設備の通常運転中における保守点検用の測定装置への良好なアクセス可能性
・圧力下にある搬送ガスによる準受動的な試料搬送
・僅かなエネルギー需要‐システム運転および測定がバッテリー運転により維持可能
・僅かな導管断面積、これにより管破損時の漏洩が少ないこと

本発明の種々の実施例を以下に図面に基づき詳述する。この場合図面は簡単に概略で示す。

図１は特に原子力設備における雰囲気または液体槽から周辺環境試料を取得／採取するための試料採取容器の縦断面図である。 図２は試料採取容器を上から見た平面図である。 図３は図１の拡大詳細図である。 図４は若干変形した図１の別の部分の詳細図である。 図５は試料採取運転中の試料採取容器を示す図である。 図６は図１の試料採取容器を備えた原子力設備の試料採取システムの概略図である。 図７はこのような試料採取システムの変形例を示す図である。

同一または同じ作用をする部材は全図において同じ符号を付してある。

簡略化のために使用した位置および方向の指示は常にコンポーネントを規定通りに使用する際の図面中に示された通常の組み込み状態に関係するものである。

図１は、特に原子力設備における周辺環境試料を取得するための試料採取プローブまたは試料採取タンクまたは略して試料採取器と呼ばれる試料採取容器２の縦断面図である。図２はそれを上から見た平面図である。

試料採取容器２は内室６を備えた内側容器４および外室１０を備えた外側容器８を有し、これらは互いに分離壁または囲壁によりおよび外側の周辺環境から分離されている。内側容器壁１２により囲まれる内側容器４は外側容器壁１４により囲まれる外側容器８に上側から入り込むので、外室１０は部分的に内室６を囲む一種の環状室として形成される。この部分では内側容器壁１２は同時に外室１０の内側境界を形成する。内側容器壁１２は下側の底領域で閉鎖可能な通流口１６を有しており、開口状態においてこの通流口から流体／流材／媒体が外室１０の底領域から内室６へまたはその逆に流れることができる。内側容器４には内室６に上側から突入する立ち上がり管２０を備えた試料採取管１８および媒体搬送管２２が蓋板２４内の対応する端子を介して接続可能である。ちなみに内室６は外室１０および周辺環境に対して圧力密および媒体密に閉鎖されている。外側容器壁１４は上側範囲に周辺環境に対する通流口２６を有しており、その下縁は内側容器壁１２内の通流口１６の入口よりも高い位置にある。これにより‐圧力比が適当に調整されている場合は‐媒体は周辺環境から通流口２６を通って外室１０に流れ込み、その底領域に貯められ、通流口１６が開いている場合は内室６に溢流することができる。

具体的に言えば試料採取容器２は本実施例では規定通り使用した場合垂直方向に向けられる中心軸Ｍに関し回転対称に形成されている。内側容器４は上側範囲が円筒状であり、その直径は下側範囲で切頭円錐状に細くなっている。外側容器８は内側容器４と同様の形状を有しているが、直径は若干大きく、内側容器の下側範囲を取り囲み、内室６と同心的に配置された環状の外室１０を形成している。内側容器４の上側は蓋板２４により閉鎖されている。本実施例では蓋板２４は容器頂部を取り巻いているフランジ２８の上に載置されそれと取り付けボルト３０（着脱可能）により結合されている構成部材であり、その間にあるパッキンリング３２により所望の密閉状態が形成される。外側容器８はその上側で内側容器４の円筒状の側壁にフランジ止めされている。そのすぐ下には外側容器壁１４に配置された周辺環境に対する通流口２６がある。通流口２６の最も下側の下縁は垂直方向に見て内側容器壁１２の底部と若干の間隔を置いている。内側容器壁１２の底範囲にある下側と外側容器壁１４の平坦な底との間には図１の縦断面図に示すように媒体により通流可能で内室６への通流口１６に通じている空隙３６がある。通流口２６を介して周辺環境から外室１０に流入する媒体は特に液状の形で外室１０の底範囲に、特に空隙３６に集められ、通流口１６が開かれるとそこに支配する圧力が許す限り内室６に溢流することができる。

所望の機能を実現するために外側容器８は内側容器４を必ずしも囲む必要はなく、いずれにしても完全に囲む必要はない。むしろ通流口１６を介する流れの接続があれば十分であり、この通流口を介して液柱を通るガスの溢流が行われる。用語「内側」および「外側」は一般的な意味で理解される。

図３、５にも詳細が示されている通流口１６は内側容器４の底板３８に孔／凹みを有し、上方に向かって短いノズル管４０内を延びており、ノズル管は垂直方向に一部が内室６に入り込んでいる。ノズル管４０はその下端で上から孔／凹みに差し込まれるかまたは別のやり方で圧力密および媒体密にフランジ止めされる。これにより流路４２が形成され、その入口／流入口４４は外室１０から内室６へすなわち下側から上側の媒体の流れ方向を仮定した場合、底板３８の下側にあることになり、その出口／流出口４６は管４０の上端にあることになる。特別な運転状況、特に運転開始時には、流れ方向およびしたがって入口および出口の役割は逆転も可能（下記参照）であるが、通常時には試料採取に際し上述の流れ方向および相応して選択された図面が適用される。

通流する媒体の液相または別個の洗浄液への試料採取の際の効果的なエアロゾル分離のためには通流口１６はベンチュリノズルの形で形成するかこのようなノズルを有するかこれを囲むようにする。この目的のため図５に示すようにノズル管４２に形成された流路４２は、下端に上側に向かって細くなる円錐状入口４７と上端に上側に向かって拡大する円錐状出口４８を有する。その間にある狭隘部／狭窄部には少なくとも周囲の一部を介して有利には環状または部分的環状の入口スリット４９がノズル管４２の壁部に形成され、これは半径方向では周囲の内室６と流れ的に通じている。このように形成されたベンチュリノズル５０により試料採取中に入口開口４４から出口開口４６へ流れる媒体は入口スリット４９を介して周囲の内室６にある液体を吸収し、これを一緒に搬送する。これにより特に流動する媒体のガス状成分と液相との内的交互作用が生じる。媒体のガス状相の中にたまたま一緒に搬送されたエアロゾルはこの場合特に効果的にガス状相から分離され、液相中に入れられる。出口開口４６のすぐ上に配置された衝突板５１によりその効果は高められる。

内側容器４の蓋板２４を、立ち上がり管２０が圧力密および媒体密に通される。中心軸Ｍに沿って、すなわち通常時に垂直方向に向けられた立ち上がり管２０はしたがって上から内室６に入り込む。立ち上がり管２０の下端にある入口５２は若干の間隔をもって通流口１６に属する管４０の出口開口４６の上側にある。立ち上がり管２０の上端にある出口５４は内側容器４の外側にあり、試料採取管１８に対する接続端子５６を備えており、この採取管は採取される試料のためのプロセス・分析モジュール１２６に通じている（図６，７参照）。立ち上がり管２０は試料採取管１８の一部（始端）とみなすこともできる。

プロセス・分析モジュール１２６は特に試料採取管１８に接続された真空ポンプ１５０を有しており、このポンプにより試料採取管１８と内室６は周辺環境に比して負圧に設定することができる。これは以下にさらに詳述する。

有利な実施形態では図６に示した絞り弁／絞り５８が試料採取管１８に接続される。可能な変形例ではこの絞りは出口５４のすぐ下で立ち上がり管２０にまたは端子５６に組み込まれ、試料採取容器２と構造的なユニットを形成する。これは接続端子５６の下流側の試料採取管１８にも配置できるが、全長に関してできるだけ試料採取管２の始端近くにあるようにされる。絞り５８は有利にはこれを介して流れる媒体の臨界的緩和用に設計されている。

さらに試料採取容器２の運転時に媒体搬送管２２は圧力密および媒体密に内側容器４の蓋板２４内を案内されている。このため蓋板２４には適当なブッシング６０が設けられる。試料採取管１８の場合と同様に蓋板２４を通される管部分があり、内側容器４の外側にあるその上側端部には媒体搬送管２２用の接続端子６２がある。この管部分は媒体搬送管２２の（端部）部分とみなすこともでき、この管は外部の搬送媒体源から試料採取容器２に導かれ、そこでその出口６４で内室６に通じている。

搬送媒体／輸送媒体／駆逐媒体としては窒素が使用され、これは好適には適当な窒素ガスボンベを介して用意される。搬送媒体により内室６は周辺環境よりも過圧に設定することができる（以下に示す図６、７の説明参照）。

最後に内側容器４の蓋板２４は有利な態様ではもう一つのブッシング６６を有しており、すなわち内室６に突入する導熱管６８用のブッシングである。図４に示すように複数の導熱管６８を設けることも勿論可能であり、その中に含まれる熱搬送媒体により受動的に熱がこれを取り巻く周辺環境から内室６に導入される（ここでは太い矢印により示されている）。内室６の底領域にある／溜まっている液相への熱の搬入はその上にあるガス相に対してよりも効果的なので、導熱管６８は有利には相応に長くされるので、この管は内室６の底領域にまで達し、通常は液相７０に突入している。

各導熱管６８は特に２相式熱サイフォンまたはいわゆるヒートパイプとすることができ、この中で熱搬送媒体が自然循環で熱源（周辺環境）での気化およびヒートシンク（内室６）での凝縮により案内される。代替的にまたは付加的に強制原理によりたとえば蒸気などの加熱媒体により貫流されるヒートパイプなどを内室６に案内し、そこでガス相における凝縮を回避するために内容物の加熱を行うようにすることもできる。熱搬送を最適化するためには、有利な実施形態では試料採取容器２内並びにその外側にも導熱板またはリブが導熱管６８に取り付けられる。

外室１０から内室６への通流口１６を必要に応じて閉鎖するために閉鎖装置７２、好適には特に空圧シリンダを備えた空圧および／または水圧式閉鎖装置が設けられる。

図１、３の実施例では閉鎖装置７２は円筒状の閉鎖ピストン７４を有しており、これは中心軸Ｍに沿って外側容器８の底内でリニア状に移動できるように支承されている。

このため外側容器壁１４の底板７６は円筒状の切り欠きを有しており、その中に閉鎖シリンダ／閉鎖ピストン７４を取り囲む中空シリンダ７８が媒体密に嵌め込まれている。中空シリンダ７８の下端は環状パッキン９２により密閉された円筒状端部片９４を正確に嵌め込むことにより圧力密および媒体密に閉鎖される。端部片９４は図示のように固定ボルト９６により中空シリンダ７８のシリンダ壁にねじ止めされる。中空シリンダ７８はこの実施例では上側円筒部８０を有しており、その直径は、閉鎖ピストン７４のピストン軸８２が僅かな間隙で案内され、ピストンパッキンを形成しながらその中を往復（ここではすなわち上下に）滑動できるように、選定される。下側の円筒部８４では中空シリンダ７８の直径は上側の円筒部８０に対して拡大される。下側の円筒部８４に突入するピストン軸８２はその全長に亘り一定の直径Ａを有しており、ピストン軸８２とシリンダ壁１０８の間に環状の中間室８６が形成される。下端では半径方向に突出する円状の閉鎖板８８がピストン軸８２の下側端面に取り付けられる。閉鎖板８８の直径Ｂは、それとシリンダ壁１０８との間になお媒体により通流可能な狭い空隙９０が残るように選定される。代替的にそこには、たとえば適当な外径を有する閉鎖ピストン７４を旋盤で作ることにより、適当な直径を有する周回突起を円筒状ピストン軸８２に設けることもできる。

開口位置では閉鎖ピストン７４はたとえば閉鎖板８８の下側または端部片９４にある終端突起９８により規定されている下側の終端位置にあり、外側容器壁１４の底板７６まで完全に下げられている。この位置では空隙３６および通流口１６は開放される。閉鎖位置では閉鎖ピストン７４は上側の終端位置にあり、その端面１００が通流口１６を閉鎖する。具体的にはたとえば端面１００内で環状の密閉領域１０２が通流口１６の縁部枠に接している。この密閉領域１０２には端面１００から上方に突出する環状パッキン１０４がピストン軸８２の溝に配置されると有利である。通流口１６の入口を効果的に覆い密閉する面の直径は図３にＣで示されている。

中間室８６には圧縮ばねとして作用するらせんばね１０６が配置され、その下端は閉鎖板８８の半径方向に突出する突起に、上端は上側の円筒部分８０と下側の円筒部分８４の間の段に支持されている。この場合ばね力は、閉鎖ピストン７４を下方に開口位置まで動かすように設定されている。らせんばね１０６の代わりに他の適当なばね部材を使用できることは当然である。

閉鎖ピストン７４を閉鎖位置にもたらすために、ピストンとシリンダ壁の間の圧力密および媒体密に周辺環境に対して閉鎖された中間室は下側のシリンダ部分８４内に操作媒体の導入により上方に向いた調整力が下方に向いた調整力を上回るように圧力下に置かれる。この目的のためシリンダ壁１０８は下側のシリンダ部分８４に通流口１１０を有し、その外側に操作媒体を案内する操作媒体管１１４のための接続端子１１２が配置される。特に有利な実施形態ではこれは媒体搬送管２２から分岐した管であるので、搬送媒体は同時に操作媒体として使用可能である（下記参照）。

詳細には閉鎖ピストン７４に作用する力は以下のようになされる。

閉鎖ピストン７４が開放位置にあると、上方に向いた閉鎖力は、閉鎖板８８（直径Ｂ）における有効ピストン面Ａ_Ｂと中空シリンダ７８の中間室８６における操作媒体の圧力ｐ_Ｚの積Ａ_Ｂｐ_Ｚによって与えられる。

下方に向いた開放力は付加的に、らせんばね１０６のばね力Ｆ_Ｆと、閉鎖板８８の突起（外径Ｂ、内径Ａ）の環状面Ａ_Ｂ−Ａに上方から作用する力Ａ_Ｂ−Ａｐ_Zと、閉鎖ピストン７４の端面Ａ_Ａ（直径Ａ）に上方から作用する力Ａ_Ａｐ_Ｕから合成され、ここでｐ_Ｕは内側容器４と外側容器８との間の空隙３６における媒体の圧力を示し、ほぼ周辺環境の圧力と同一視される。

閉鎖ピストン７４を閉鎖位置にもたらすために、中間室８６における操作媒体の圧力ｐ_Ｚは上方に向けられた閉鎖力が下方に向けられた開放力を上回るまで高められる。力平衡モーメントでは次式が有効となる。
Ａ_Ｂｐ_Ｚ＝Ａ_Ｂ−Ａｐ_Ｚ＋Ａ_Ａｐ_Ｕ＋Ｆ_Ｆ

中間室８６におけるこの圧力が上回ると、閉鎖ピストン７４は通流口１６の縁部に向かって行き、この通流口を閉鎖するが、その際密閉は環状パッキン１０４（直径Ｃ）により行われる。通流口１６が閉じられると別の力平衡が生じ、すなわち次式が成立する。
Ａ_Ｂｐ_Ｚ＝Ａ_Ｂ−Ａｐ_Ｚ＋Ａ_Ｃｐ_Ｉ＋Ｆ_Ｆ

ここでｐ_Ｉは内室６の圧力であり、有利な実施形態では、すなわち同一の媒体が同時に閉鎖ピストン７４に対する操作媒体としておよび内室６内の液体に対する搬送媒体として作用するときに、中空シリンダ７８の中間室８６における圧力ｐ_Ｚと同じである（以下参照）。

試料採取容器２の機能を以下に図６の原子力設備における２つの典型的な設置状況に基づき説明する。

図６は原子力発電所１２２の格納容器１２０の極めて簡略化した縦断面図である。格納容器１２０により囲まれる空間はコンテインメント１２４とも呼ばれる。本実施例の場合コンテインメント１２４内に２つの試料採取容器２が例として設置され、所属の導管系を介してコンテインメント１２４の外側に配置されたプロセス・分析モジュール１２６と接続される。

両試料採取容器２のそれぞれには-それぞれ端子５６を介して-試料採取管１８が接続される。両試料採取管１８はこの実施例では導管１２８に統合され、統合箇所に設置された切替弁１３０により調整されるが、この弁は両試料採取容器２に使用される。さらに各管は別々に閉鎖弁１３２により閉鎖可能であるが、この弁は有利には格納容器１２０の直後に配置される。

同様に両試料採取容器２にはそれぞれ接続端子６２を介してプロセス・分析モジュール１２６から来て格納容器２に案内される媒体搬送管２２が接続される。具体的にはこの実施例では共通の導管１３４が存在しており、この共通導管は分岐管１３６で２つの部分管に分岐される。ここでも適当な箇所に閉鎖弁１３８が設けられる。

各搬送媒体管２２からは分岐管１４０で１つの管が分岐され、この管は試料採取容器２の接続端子１１２と接続され、操作媒体管１１４として作用する。有利には搬送媒体として使用される窒素ガスはしたがって同時に閉鎖ピストン７４に対する操作媒体として用いられることにより二重機能を有する。搬送媒体管２２、すなわち分岐管１４０と接続端子６２との間の管路部分に接続された絞り１４２は、搬送／操作媒体を案内する際に閉鎖ピストン７４に作用する操作圧力が内室６に作用する搬送圧力よりも早く形成されるように作用する。

窒素の代わりに別の搬送／操作媒体、特に採取すべき試料との交互作用ができるだけ少なく測定の精度を損なわない不活性ガスも使用できる。

プロセス・分析モジュール１２６は、必要に応じて試料採取管１８内におよび試料採取容器２の内室６内に負圧を作るために、試料採取管１８に接続可能で吸引ポンプとして使用される真空ポンプ１５０を含んでいる。このような吸引工程では試料採取容器２からプロセス・分析モジュール１２６へ媒体流／試料流が生じる。これは云わば標準例であり、これに基づき入口／出口の表示が選ばれている。さらにプロセス・分析モジュール１２６は洗浄液１５４用の貯槽１５２を含んでおり、この貯槽は試料採取管１８に接続可能であり、真空ポンプ１５０の遮断または脱離の際に搬送ポンプ１５６により洗浄液１５４は試料採取管１８を介して‐試料採取の際の流れ方向に逆らって‐試料採取容器２の方向へその内室６に搬送され得る。洗浄液１５４は有利にはアルカリ溶液、特にヨウ素の分離を促進するアルカリ反応物を添加した水溶性液体である。

さらにプロセス・分析モジュール１２６は必要に応じて相応する導管１３４に導入される搬送媒体／操作媒体、好適には圧力ガスボンベ１５８（窒素ボンベ）に高圧下に貯蔵されている窒素のための貯槽を含んでいる。これにより搬送ポンプ等を別個に設ける必要がなくなる。導管系に接続された減圧器や調整弁を介して試料採取容器２内に有効な圧力は実際の必要性に応じて調整および場合により再調整される。

さらにプロセス・分析モジュールは化学剤用の貯槽１６０と搬送ポンプを有することができ、化学剤は必要に応じてコンテインメント１２４内の雰囲気またはサンプ槽１６２等内の液体の化学的コンディショニング用に格納容器１２０へ案内される別個の導管を介してコンテインメントに入れられる。この導管を介しておよび／または別個の戻り管１６４を介して場合によっては採取した試料をコンテインメント１２４に戻すことを行うこともできる。

最後にプロセス・分析モジュール１２６は、前処理、化学的／物理的／放射線的分析および場合によってはコンテインメントから採取された試料の一時貯蔵または保管用に種々の設備を含む。たとえば液状またはガス状試料は別個のループに導きそこで希釈される。さらにシステムは核種比放射能測定用の測定機器を備えることもでき、特にオンライン測定（”on-the-fly”）の形で、並びにガス組成を求めるための測定機器を備えることができる。液体試料ループ内には有利にはｐＨ値測定用のプローブもある。

好適には自家発電設備を備えたプロセス・分析モジュール１２６の制御ユニットは、一方では試料採取および種々の閉鎖・調整弁によるおよび真空ポンプ１５０の駆動機器の制御による搬送／操作媒体の供給を制御する。他方では各種の補助および付加設備も制御される。測定・評価装置１６６の制御も設備制御に組み込むか代替的に別個の制御ユニットに設定することもできる。一般にプロセス・分析モジュール１２６はモジュール的に構成され、必要に応じて種々の機能ユニットに拡大することができる。ベースモジュールはこの場合たとえば試料採取に欠かせないコンポーネント、すなわち真空ポンプ、窒素および場合によっては洗浄液などの供給装置への給電および制御のみを引き受け、他の機能は付加モジュールに任せることもできる。ベースモジュールの上述の部分機能は同様に別個に用意することができる。

図６の実施例では両試料採取容器２の一方はコンテインメント２内の雰囲気１６１からのガスおよびエアロゾル試料の採取用に設けられ、それゆえ十分な高さに設置される。他方の液体レベル１６８より下側に設置された試料採取容器はサンプ／サンプ槽１６２から液体試料を抽出するものである。

両試料採取容器２の上側の容器によるガス試料の採取には、まず通流口１６を開いて試料採取管１８および立ち上がり管２０を介して洗浄液１５４がプロセス・分析モジュール１２６の貯槽１５２から内室６に導入される。その際内室６を過圧にすることにより洗浄液１５４は通流口１６を介して外室１０に溢流する。続いて内室６の圧力が減ぜられ、洗浄液１５４の一部がベンチュリノズル５０を備えた通流口１６を介して内室６に戻される。その結果少なくとも外室１０の底範囲および内室６の底範囲にも洗浄液１５４からの液柱が形成される。したがって本来の試料採取システムが準備される。

真空ポンプ１５０により試料採取管１８内の圧力をさらに減少させることにより雰囲気中の空気がコンテインメント１２４から通流口２６を介して外室１０へ流れ、そこからベンチュリノズル５０を備えた通流口１６を介して‐洗浄液１５４を通って‐内室６に流れる。水に溶けた空気成分は洗浄液１５４中に溶ける。同様に空気流中に同行したエアロゾルは洗浄液１５４内に沈殿する。水に溶けないガス状成分は立ち上がり管２０を介して上方に移動し、試料採取管１８を介して吸入され、プロセス・分析モジュール１２６の測定・分析装置１６６に導かれる。

このような工程中に内室６内で洗浄液１５４の受動的加熱が導熱管６８により周囲熱により行われ、凝縮が最小化される。

さらに試料採取管１８内の通流が試料採取管１８内で試料採取容器２の直近にある超臨界状態で流される絞り５８により一定に保たれる。

プロセス・分析モジュール１２６における圧力測定によりコンテインメント１２４内の雰囲気圧力が求められる。この場合圧力は静的に、すなわち貫流なしに測定される。さらにコンテインメント１２４内の温度が適当なセンサにより測定される。これによりコンテインメント１２４内の水蒸気分圧が求められる。試料採取管１８中の測定された貫流と超臨界流体の分析で求められた貫流との比較により搬送路上で凝縮された水蒸気成分が求められる。これにより洗浄液１５４中を流れるガス流が求められ、洗浄液１５４中の放射能の量（Ｂｑ／ｍ^３）が求められる。

このような処置によりシステムはガス試料採取用の試料採取管１８／１２８の加熱を必要としない。

ガス試料採取後に通流口１６は閉鎖ピストン７４により閉鎖される。このため既に詳述したように閉鎖ピストン７４の中間室８６が操作媒体管１１４を介して‐加圧下にある窒素の導入により‐閉鎖ピストン７４が上方の閉鎖位置へ達するまで圧力を付勢される。操作媒体管１１４と搬送媒体管２２に分岐され窒素を案内する導管１３４内の圧力をさらに高めることにより、内室６は搬送媒体管２２を介して圧力を付勢され、立ち上がり管２０を介して洗浄液１５４から採取された液体試料が栓として試料採取管１８を通して搬送される。搬送媒体として作用する窒素は栓をいわば押しやる。このようにして液体試料は持続的に作用する搬送圧力でもって１００ｍ以上の比較的大距離でもプロセス・分析モジュール１２６に搬送され、そこで特に予めガスで貫流の際にコンテインメント雰囲気から沈積した空気により運ばれる放射能（エアロゾル）の分析が行われる。

窒素クッションによる搬送中は有利には真空ポンプ１５０が遮断されるか試料採取管１８から外され、或いは共に稼働することもできる。

評価された試料は続いて再び戻し管１６４を介してコンテインメント１２４に戻される。

試料採取後にシステムは窒素を導く導管２２、１１４の圧力軽減によりおよび場合によっては洗浄液による再洗浄により初期状態に戻され、新たな試料採取に使用される。

図６のコンテインメント１２４の下側のサンプ槽１６２内にまたは液相／液体１７０中のその他の槽内に配置された試料採取容器２（「プールサンプラー」）は上側のガス相／雰囲気１６１内に配置された試料採取容器２と同様に構成され、同様に付属の導管系を介してプロセス・分析モジュール１２６に接続される。槽内にある液体１７０から直接試料を採取するために試料採取管１８を若干負圧にすることにより外室１０から内室６への液体１７０の流入が可能となる。負圧はプロセス・分析モジュール１２６または他の箇所に配置された真空ポンプ１５０により作られる。続いて他の試料採取容器２に対して前述したように閉鎖ピストン７４が窒素による圧力付勢により閉鎖位置にもたらされ、したがって内室６が閉鎖される。搬送媒体管２２を介する窒素による内室６の圧力付勢により、最終的に液体試料が試料採取管１８を介してプロセス・分析モジュール１２６に搬送される。

試料は特にサンプまたは槽中の沸騰液１７０から採取され、窒素で搬送される。搬送圧力はこの場合サンプ中の液体１７０の飽和蒸気圧よりも大きく調整される。

沸騰槽／プールからの試料採取用のこのようなシステムの変形は図７に沸騰水型原子炉の凝縮室１８０を例として示されている。ここではガス相／雰囲気１６１からの試料採取は行われないので、液体１７０の充填には試料採取容器２の内室６に比較的僅かな負圧を作れば十分である。このためにはガス噴射ポンプで十分である。

具体的にはこの実施例では試料採取容器２に接続された試料採取管１８は凝縮室１８０の壁および／または格納容器を通してプロセス・分析モジュール１２６に導かれる。ここで採取された液体試料は制御ユニット１９６により制御／監視される測定モジュール１８２をｐＨ値の測定のために通過し、‐窒素管１９０を介して導かれた窒素クッションにより駆動されて‐続いて戻し管１８４を介して凝縮室１８０に搬送される。戻し流にはたとえば噴射ノズル１８６により、必要に応じて貯槽１８８から採取された化学的反応物、たとえば苛性ソーダがプール液１７０のｐＨ値の作用／調整のために注入される。戻し管１８４の出口端は有利には注入ノズル／注入噴射器２１０として形成され、絞られた媒体流が周囲のプール液１７０を混合および均一化のため撹拌するようにされる。

プール液１７０を充填する際に試料採取容器２内に負圧を短時間で作るために噴射ポンプ１９２が設けられ、試料採取管１８またはここに示したように戻し管１８４に接続される。噴射ポンプ１９２の搬送媒体としては有利には圧力ガスボンベ１５８を介して用意される窒素が使用される。特に有利な実施形態ではこのため窒素管１９０から分岐管１９４が分岐され、この管が噴射ポンプ１
９２の搬送媒体端子に接続される。適当に配置された調整・制御弁により種々の運転モード間で切り替えが行われる。

２ 試料採取容器
４ 内側容器
６ 内室
８ 外側容器
１０ 外室
１２ 内側容器壁
１４ 外側容器壁
１６ 通流口
１８ 試料採取管
２０ 立ち上がり管
２２ 搬送媒体管
２４ 蓋板
２６ 通流口
２８ フランジ
３０ 固定ボルト
３２ パッキン
３４ 底
３６ 空隙
３８ 底板
４０ ノズル管
４２ 流路
４４ 入口開口
４６ 出口開口
４８ 円錐状出口
４９ 入口スリット
５０ ベンチュリノズル
５１ 衝突板
５２ 入口
５４ 出口
５６ 出口
５８ 絞り
６０ ブッシング
６２ 接続端子
６４ 出口
６６ ブッシング
６８ 導熱管
７０ 液相
７２ 閉鎖装置
７４ 閉鎖ピストン
７６ 底板
７８ 中空シリンダ
８０ 上側シリンダ部分
８２ ピストン軸
８４ 下側シリンダ部分
８６ 中間室
８８ 閉鎖板
９０ 空隙
９２ 環状パッキン
９４ 端部片
９６ 固定ボルト
９８ 端部突起
１００ 端面
１０２ 密閉領域
１０４ 環状パッキン
１０６ らせんばね
１０８ シリンダ壁
１１０ 通流口
１１２ 接続端子
１１４ 操作媒体管
１２０ 格納容器
１２２ 原子力発電所
１２４ コンテインメント
１２６ プロセス・分析モジュール
１２８ 排出管
１３０ 切替弁
１３２ 閉鎖弁
１４０ 分岐管
１４２ 絞り
１５０ 真空ポンプ
１５２ 貯槽
１５６ 搬送ポンプ
１５８ 圧力ガスボンベ
１６０ 貯槽
１６１ 雰囲気
１６２ サンプ槽
１６４ 戻し管
１６６ 測定・評価装置
１６８ 液体レベル
１７０ 液体
１８０ 凝縮室
１８２ 測定モジュール
１８４ 戻し管
１８６ 噴射ノズル
１８８ 貯槽
１９０ 窒素管
１９２ 噴射ポンプ
１９４ 分岐管
１９６ 制御ユニット
２００ 試料採取システム
２１０ 注入噴射器
Ａ，Ｂ，Ｃ 直径
Ｍ 中心軸

Claims (18)

1. 周辺環境の試料を取得するための試料採取容器（２）であって、
   ・外側容器壁（１４）により囲まれ、外側容器壁（１４）内に配置された少なくとも１つの通流口（２６）を介して周辺環境と直接流れ的に接続されており、少なくとも底領域が液体で充填可能な外室（１０）と、
   ・内側容器壁（１２）により囲まれ、内側容器壁（１２）内に配置された通流口（１６）を介して外室（１０）の底領域と流れ的に接続され、試料採取管（１８）用の接続端子（５６）と搬送媒体管（２２）用の接続端子（６２）とを有し、周辺環境に対して常時は圧力密および媒体密に密閉されている内室（６）と、
   ・操作媒体管（１１４）用の接続端子（１１２）を有し外室（１０）と内室（６）の間の通流口（１６）に対する空圧的または水圧的に操作可能な閉鎖装置（７２）と
   を有し、
   外室（１０）から内室（６）への通流口（１６）がベンチュリノズル（５０）として形成される試料採取容器。
2. 閉鎖装置（７２）が中空シリンダ（７８）内で開位置と閉位置との間を動く閉鎖ピストン（７４）を有する請求項１記載の試料採取容器（２）。
3. 閉鎖ピストン（７４）を静止状態で開位置へもたらすばね要素（１０６）が設けられ、操作媒体の十分な圧力下で閉鎖ピストン（７４）がばね要素（１０６）の力に抗して閉鎖位置に動かされる請求項２記載の試料採取容器（２）。
4. 閉鎖装置（７２）が外側容器壁（１４）の底板（７６）内に配置される請求項１から３の１つに記載の試料採取容器（２）。
5. 試料採取管（１８）用の接続端子（５６）が内室（６）に突入する立ち上がり管（２０）に接続される請求項１から４の１つに記載の試料採取容器（２）。
6. 内室（６）に突入する少なくとも１つの導熱管（６８）が周辺環境から内室（６）へ熱を搬送するために設けられる請求項１から５の１つに記載の試料採取容器（２）。
7. 請求項１から６の１つに記載の試料採取容器（２）を備えた試料採取システム（２００）であって、容器の内室（６）に真空ポンプ（１５０，１９２）に接続された試料採取管（１８）と圧力ガス源（１５８）に接続された搬送媒体管（２２）が接続され、容器の閉鎖装置（７２）に圧力ガス源（１５８）に接続された操作媒体管（１１４）が接続されるようにした試料採取システム。
8. 操作媒体管（１１４）が搬送媒体管（２２）から分岐し、搬送媒体が同時に閉鎖装置（７２）用の操作媒体として作用するようにした請求項７記載の試料採取システム（２００）。
9. 搬送媒体が窒素ガスである請求項７または８記載の試料採取システム（２００）。
10. 試料採取管（１８）に超臨界で流される絞り（５８）が試料採取管（１８）中の流量を一定に保持するために接続される請求項７から９の１つに記載の試料採取システム（２００）。
11. 真空ポンプが噴射ポンプ（１９２）である請求項７から１０の１つに記載の試料採取システム（２００）。
12. 格納容器（１２０）と請求項７から１１の１つに記載の試料採取システム（２００）とを備え、少なくとも１つの試料採取容器（２）が格納容器（１２０）の内部に配置され、付設のプロセス・分析モジュール（１２６）が格納容器（１２０）の外側に配置されるようにした原子力発電所。
13. 請求項７から１１の１つに記載の試料採取システム（２００）の運転のため、外室（１０）と内室（６）の間の通流口（１６）を開いて試料採取管（１８）に負圧を付勢することによりガス試料を吸引するようにした試料採取システムの運転方法。
14. ガス試料が外室（１０）から内室（６）に溢流する際に洗浄液（１５４）中を導かれる請求項１３記載の方法。
15. 洗浄液（１５４）が試料採取前に試料採取管（１８）を介して試料採取容器（２）に導かれる請求項１４記載の方法。
16. 請求項７から１１の１つに記載の試料採取システム（２００）の運転のため、外室（１０）と内室（６）の間の通流口（１６）を閉じて搬送媒体管（２２）に過圧を付勢することにより試料採取管中の液体試料に圧力をかけるようにした試料採取システムの運転方法。
17. エアロゾル試料を採取するためにまずガス試料を試料採取容器（２）内の洗浄液（１５４）中に導き、次に液体試料を洗浄液（１５４）から採取するようにした請求項１３から１６の１つに記載の方法。
18. 閉鎖装置（７２）を閉鎖するために操作媒体管（１１４）に圧力を付勢するようにした請求項１３から１７の１つに記載の方法。
    

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