特表 2022-504004 燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-13

(54)【発明の名称】燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置

(51)【国際特許分類】

   G21C 19/02 20060101AFI20220105BHJP

   G01T 1/167 20060101ALI20220105BHJP

   G21C 17/00 20060101ALI20220105BHJP

   G21C 19/26 20060101ALI20220105BHJP

【ＦＩ】

G21C19/02 120

G01T1/167 E

G01T1/167 D

G01T1/167 G

G21C17/00 500

G21C19/26

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2020573547

(86)(22)【出願日】2019-05-17

(85)【翻訳文提出日】2021-02-26

(86)【国際出願番号】 RU2019000346

(87)【国際公開番号】W WO2020101527

(87)【国際公開日】2020-05-22

(31)【優先権主張番号】2018140445

(32)【優先日】2018-11-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】RU

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521001836

【氏名又は名称】パブリック ジョイント ストック カンパニー“マシーノストロイテルニー ザヴォッド”

(74)【代理人】

【識別番号】110001900

【氏名又は名称】特許業務法人 ナカジマ知的財産綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】チェレヴィク ヴィクトール ミハイロヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】クプトフ セルゲイ ヴィクトロヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】アントシェンコフ アレクセイ ユレヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】イエラギン ユリー ニコラエヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】シェフチェンコ レオニド エフゲネエヴィチ

【テーマコード（参考）】

2G075

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G075BA18

2G075CA38

2G075DA08

2G075EA01

2G075FA05

2G075FC04

2G188AA07

2G188AA21

2G188BB06

2G188CC08

2G188DD11

2G188EE06

2G188EE07

2G188FF30

(57)【要約】

本発明は、原子力産業に関する。燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置は、燃料棒の装填モジュールおよび連続して配置された燃料棒の取り外しモジュール、燃料棒位置センサー、装填モジュールと、取り外しモジュールとの間に配置され、燃料棒の表面からのアルファ線を検出するためのユニットを含む測定モジュール、アルファ線源を含む試料を供給するためのロッドの位置を感知するためのセンサーを備えた空気圧シリンダーを含み、装填モジュールには、燃料棒を測定モジュールに供給し、続いて取り外しモジュールに供給するためのクレードル付きの可動自動キャリッジが備わっている。装填モジュールと取り外しモジュールには、モジュールとキャリッジのクレードルに沿って燃料棒を配置するための可動ラックが備わっている。ウランの天然同位体を含む試料は、測定モジュールを校正するためのアルファ線源として使用される。本発明は、標準化された測定特性を提供しながら、燃料棒の表面のアルファ汚染の自動監視を実行することを可能にする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置であって、
順次配置される装填モジュール及び燃料モジュールの取り外しモジュールを含み、その各々は、ホルダを有する固定フレームと、燃料要素位置センサとを含み、
装填モジュールと取り外しモジュールとの間に配置される測定モジュールを含み、
測定モジュールは、燃料棒の表面からのアルファ線を検出するユニットと、アルファ放射線源を有するサンプルを供給するためのロッド位置センサとを備えた空気圧シリンダとを含み、
装填モジュールは、燃料棒を測定モジュールに供給し、次いで、取り外しモジュールに供給するためのホルダを備えた可動式自動キャリッジを備え、
一方、装填モジュール及び取り外しモジュールは、モジュール及びキャリッジのホルダ上に燃料棒をスタックするための可動レールを備え、
天然ウラン同位体を有するサンプルは、測定モジュールを調整するためのアルファ線源として使用される
ことを特徴とする燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置。

【請求項2】

製品のフローの整列は、補正器によって実行される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置。

【請求項3】

前記キャリッジの移動は、駆動装置を備えたステッピングモータを用いて行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置。

【請求項4】

製品の表面から放射され、記録されたアルファ線のデジタル処理は、加算装置と、制御結果をオペレータパネルに出力する工業用コントローラの一部としての迅速計算モジュールとを使用して実行される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置。

【請求項5】

前記測定モジュール内の検出する前記ユニットは、保護カーテンによって光から閉鎖される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置。

【請求項6】

前記装置の制御システムとして、コントローラを用いて、位置センサからの信号の処理及び全てのアクチュエータへ制御信号の伝達を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子力産業に関し、燃料要素(ＴＶＥＬ)の表面上のアルファ汚染を自動的に制御するための燃料要素(ＴＶＥＬ)の製造に使用することができる。燃料極を燃料棒に組み立てるプロセスは、密封された完成品の表面の放射線汚染を受ける。このように、新しく製造された燃料要素のパラメータは、内部品質システムによって制御される。燃料棒の表面の放射線汚染の制御は、二酸化ウランの放射性ダストの形態で一群の生成物の表面に位置するウランの放射線によって行われる。同時に、所与の排除レベルを超えるウラン同位体の混合物のアルファ粒子の活動は、燃料棒の表面の許容できない放射線汚染を示し、これは、次に、原子力プラントに輸送される燃料集合体の放射線汚染につながる。

【背景技術】

【0002】

燃料棒のアルファ汚染を取り除く制御を自動化する、一般に知られた装置は、接点のトレイに取り付けられたカセットを含み、布地テープの巻き出し及び巻きとりのために２つのリールが取り付けられたハウジングからなり、各々のリールには、テープ量センサ、ガイドローラ、テープと燃料棒との接触位置から１ステップのオフセットをもって上方に位置するテープ張力センサと、測定装置に接続されテープの下に配置されたアルファ検出器とが設けられていて、燃料棒の表面に沿ってテープにひだをつけるクリンプ機構であり、テープの幅に等しい長さをもち、燃料棒の直径に沿って内径をもち、クランプ力セグメントのための計測器によって制御されるステッパモータを有する電動シリンダに、力センサを介して接続されたスプリングブロックとロッドによって接続された弾性ガスケットをもつ２つの可動形状のセグメントを具備する。カセット内のテープの正規化された動きのために、コイルの回転機構は、ステッパモータを備え、測定装置および力計が、産業用コンピュータ(特許文献１を参照)に接続された論理コントローラに接続される。この装置は、ドライスミア法による自動ラインにおいて燃料棒の汚染決定プロセスの自動化が許される。欠点は、粗いキャラコテープの穴あけを確実にするために使用される装置の設計が複雑である一方、測定位置への燃料棒の装着が、ステップ－バイーステップ（シーケンシャル）でなされるために、制御効率が低いことである。

【0003】

製品の表面の放射線汚染を測定する様々な方法の中で、スミア法が知られている。それは、接触によって制御された表面から採取されたアクティビティを測定することで、放射能汚染(ＲＥ)のレベルを測定する方法である。ＲＰを除去するために綿布、ガーゼ、布ＦＰ、綿スワブといった材料を使用する。この方法の欠点は、多数の手動操作、また、補助装置、材料および試薬を用いる必要性を含み、自動生産ラインの一部としては実用的ではない点である（非特許文献１参照）。

【0004】

汚染された表面からサンプリングするための装置が知られており、ハウジングから成り、その内部に入口及び出口パイプを有するフィルタエレメント、吸引ポンプが設置されている。ケーシングの低部を開放し、複数の入口パイプをケーシングの低部に作られた穴で接続し、調査中の表面に対して斜めに配置する（特許文献２参照)。この装置の欠点は、交換すべき吸着フィルターの存在、蓄積した粒子の除去やさらなる制御が必要になるせいで、効率性および放射線汚染制御の自動化が欠落している点である。

【0005】

本発明に最も近い類似物は、燃料要素を監視および選別するためのラインであり、それは、内部欠陥に従って燃料棒を制御および選別するための機構があるラインに沿って、ローリングテーブルへの単一片供給のためのカットオフを有する傾斜テーブルに、燃料棒を搭載するための輸送コンテナを含み、径方向で燃料棒を制御および選別するための機構、ならびに曲率に応じてＴＶＥＬ制御および選別を行う機構を備える。ラインはさらに輸送、及び、操作モジュールを備え、それが燃料棒の表面からアルファ線を検出するためのブロック、回転子位置センサのブロックを備えた回転子、回転子駆動制御ユニット及び電力供給源、搭載位置における燃料棒の存在を検出するための光電センサ、及び１０００Ｂｑの活性値を有するプルトニウム２３９放射性核種を有する閉じたアルファ線源、処理及び制御モジュール、適切な輸送コンテナ（特許文献３参照）に燃料棒を供給するため、「清潔な燃料棒」及び「汚い燃料棒」という２つの流れに分離する分離機構を伴って、制御された燃料棒を取り外す車両を含む。この装置の欠点は、燃料棒、エジェクタ、およびカットオフを有する傾斜テーブルの搭載及び取り外しのための車両として使用することから、重力の影響下での製品の追加の機械的負荷および歪みをもたらし、それは、停止につながり、製品の制御および選別効率を低下させ得る点である。ジェネラトリックスに沿って配置されたディスクとツールホルダ付きのロータは、測定位置での製品数(最大数１３個)を制限する。

【0006】

装置の調整および校正のため、密封されたサンプル中のアルファ粒子の放出体として兵器級プルトニウム（Ｒｉ－２３９）を使用することは、核物質の計量および制御のための要求を増加させるせいで、並びに、核および放射線の安全要件のせいで非実用的である。

【0007】

装置の総計数速度の記録は、燃料棒群の全体的な表面汚染を決定し、様々な製品群の一部としての幾何学的寸法を考慮して個々の製品の表面汚染を区別することを可能にしない。ＩＡＥＡの核物質計数および制御システムの要件が、製造に使用される同位体に関するデータの標準化を提供する。これらの欠点は、燃料要素のアルファ汚染を制御するための設備には存在しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】ロシア国特許2615036明細書

【特許文献2】ロシア国特許2408003明細書

【特許文献3】ロシア国特許2242297明細書

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Guidelines 2.6.1.016-99 "Control of contamination by radioactive nuclides of the surfaces of workrooms , equipment of vehicles and other objects ”p. 6.3

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、製品の輸送の信頼性に対する要求を増大させつつも、燃料棒の製造プロセスにおける燃料棒の表面のアルファ汚染を自動的に制御するため、ウランの天然同位体からのサンプルを自動的に調整する能力を有する装置を提供し、燃料棒のクラッドに歪みおよび追加の機械的応力をもたらす、自然に発生する移動を排除することである。

【0011】

本発明の技術的成果は、燃料要素の自動生産ラインの一部として燃料要素の輸送における信頼性及び安全性を保証しながら、燃料要素の表面のアルファ汚染の効果的な自動制御を、汚染の標準化された計測学的特性の割当てを用いて提供し、製品を欠陥のあるものにするか又は使用可能にすることである。

【0012】

技術的成果は、燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置により達成され、順次配置される装填モジュール及び燃料モジュールの取り外しモジュールを含み、その各々は、ホルダを有する固定フレームと、燃料要素位置センサとを含み、装填モジュールと取り外しモジュールとの間に配置される測定モジュールを含み、測定モジュールは、燃料棒の表面からのアルファ線を検出するユニットと、アルファ放射線源を有するサンプルを供給するためのロッド位置センサとを備えた空気圧シリンダとを含み、装填モジュールは、燃料棒を測定モジュールに供給し、次いで、取り外しモジュールに供給するためのホルダを備えた可動式自動キャリッジを備え、一方、装填モジュール及び取り外しモジュールは、モジュール及びキャリッジのホルダ上に燃料棒をスタックするための可動レールを備え、天然ウラン同位体を有するサンプルは、測定モジュールを調整するためのアルファ線源として使用される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置の簡略構造図を示す。

【図2】キャビネット制御システムを示す。

【図3】提案したデバイスの完全な機能図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

燃料要素のアルファ汚染を監視するための装置は、自動装填モジュール１を含む。自動装填モジュール１は、製品番号リーダ２、ホルダ３を備えた固定フレーム、チェーンギア４により駆動される機関からなる。この機関は、ホルダ５を備えた可動レール用のアクチュエータとして機能する。

【0015】

可動レール５は、生産ライン上の前の操作からの、製品の段階的な選択のために、また、自動可動キャリッジ６の駆動部のホルダ上の空き位置のその後の充填のために、並びに、複数の製品でキャリッジ６の駆動部を充填した後、装填モジュールの端部に対して製品を整列させるのに必要な補正器７のために、設計されている。

【0016】

制御モジュール２３の一部としてのコントローラ８、電磁センサ９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７及びステッピングモータ２９に基づく制御システムは、測定モジュール２８上の製品の更なる移送及び正確な位置決めを提供する。測定モジュール２８は、プレート２５の形態でアルファ線の調整用サンプルの自動垂直供給のための空気圧ユニットからなる。

【0017】

プレートは、天然ウラン同位体の堆積からなる。

【0018】

測定モジュールは、アルファ線検出ユニット２６（例えば、ＺｎＳ蛍光体に基づくタイプＢＤＺＡ－２－０１－ＥＭ）と、光が蛍光体に入るのを防止する保護シャッタ２７とを含む。

【0019】

放射線源としては、燃料要素の被覆材表面上の二酸化ウランの放射性ダストが用いられる。

【0020】

測定結果の工程は、加算装置２４（例えば、ＵＳＩ－０１Ｍ型）により実施される。

【0021】

結果は、制御モジュール２３の一部としてオペレータパネル上に表示される。

【0022】

制御の結果によれば、可動キャリッジ６は、取り外しモジュール３０への製品の更なる移送を順番に行う。取り外しモジュール３０は、ホルダ３１を備えた固定フレームを含む。可動レール３２およびチェーン駆動部３３を用いて、ホルダ３１に対して、製品が移送される。

【0023】

（実施例）
この装置は、次のように動作する。

【0024】

前段の技術的操作で直列化された製品３４は、装填モジュール１のホルダ３を有する固定フレームに到達し、自動オペレータ補正器７を使用して装置の端部に対して整列され、リーダ２を使用して制御システムデータベースに入力される。

【0025】

装填モジュールの固定フレームに沿った製品の後続する移送は、固定フレーム３上の全てのホルダが満たされるまで、チェーン駆動に基づく駆動部４を備える機関の可動レール５を使用して実行される。

【0026】

次いで、可動レール５の助けを借りて、可動キャリッジの駆動により、ホルダ６が満たされる。

【0027】

この装置は、レール２２の低い位置に存在するセンサを有する装填モジュール１に対して、正確に位置決めするための電磁センサ１２、１４と、取り外しモジュール３０と、測定モジュール２８と、製品とともにキャリッジを測定モジュール２８に向けて、アルファ線検出ユニット２６の群に対する中心位置に移動させる駆動部を備えたステッピングモータ２９とを含む。各アルファ線検出ユニット２６は、検出ユニットの蛍光体に光が入ることを可能にしない特殊シャッタ２７で保護されている。

【0028】

ウラン放射性核種スパッタリング（２３４Ｕ、２３５Ｕ、２３８Ｕ）により、金属プレート５に基づき、圧縮空気によりサンプルを供給する装置を用いて、表面のアルファ線による汚染を制御する装置の予備調整および校正が実施される。

【0029】

被覆物の表面上の二酸化ウランの放射性ダストの放射によって、アルファ線の記録が実施される。燃料棒の表面から照射されるアルファ放射線の記録に従って、装置は、オペレータパネル上に、製品の表面に存在するウラン同位体混合物の平均アルファ活性の値を表示する。

【0030】

Ｂｑ：製品の表面に存在するウラン同位体混合物の平均表面アルファ活性の値
Ｂｑ／ｃｍ² ：製品の表面に存在し、その表面積を参照した、ウラン２３５放射性核種の質量
制御を通過した製品の表面汚染の特性とともに、それらの製品の番号に関連付けて、測定結果がデータベースに入力される。

【0031】

製品を搭載したキャリッジのさらなる移動は、キャリッジ１７、１８上の位置センサ及び取り外しモジュール１９、２０上の製品存在検出センサによって、取り外しモジュール３０に向かって、実行される。可動レール３２、レール２１の低い位置のセンサ及びアクチュエータ３３を使用して、モジュールの固定フレーム３１上に製品を取り外す。製品の表面汚染を測定する場合の装置の動作原理は、加算装置２４及びコントローラ８の一部としての迅速計数モジュール３５を使用して、製品の表面上に存在するウラン同位体混合物の平均アルファ活性へ、測定されたサンプルのアルファ粒子の全流量を記録し、再計算することである。

【0032】

Ｂｑ：製品の表面上に存在するウラン同位体混合物の平均表面アルファ活性
Ｂｑ／ｃｍ² ：製品の表面上に存在しその表面積を参照した、ウラン－２３５放射性核種の質量
この装置により、標準化された測定学的な汚染特性を強調しながら、高い効率及び生産性で、燃料棒の表面汚染を判定することができ、基準レベルで不良品又は適正な製品の区別を実行し、データベースを形成し、燃料棒の製造のための自動ラインの一部として、燃料棒の移送の間における信頼性および安全性を確保する。また、天然ウラン同位体からの調整用サンプルの自動供給を使用する装置の一部として、産業用コンピュータを使用することなく、得られたデータをオペレータパネルへ送信することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】