レーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いたNa冷却型高速炉用破損燃料位置検出システムの開発 -「常陽」RIMSシステムの設計 -

Development of the FFDL system using resonance ionization mass spectrometry for sodium cooled fast reactors; System design for the JOYO

原野 英樹; 野瀬 正一; 伊藤 和寛 

Harano, Hideki; Nose, Shoichi; not registered

燃料破損を迅速に検知し(FFD:Fuel Failure Detection)、破損燃料集合体の正確な同定(FFDL:Failed Fuel Detection and Location)を行なうことは高速炉プラントの安全性や信頼性、更には稼働率の向上の観点から極めて重要である。このFFDLの高度化の為の方策として、カバーガスに含まれる極微量Kr、Xeの検出へのレーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS:Resonance Ionization Mass Spectrometry)の適用が提案され、東京大学原子力工学研究施設のRIMS装置を用いて行なった基礎検討により運転中の実時間モニタリングの可能性をも示唆する数々の優れた特性が報告されている。そうした状況を受け、現在、本方式をベースとしたレーザ法FFDLシステムを開発し、高速実験炉「常陽」への導入について検討を進めている。「常陽」に本システムを導入することで、安定同位体を含め高感度でカバーガス中のFPガスやタグガスの同位体分析が可能となり、これにより、例えば、照射試験として実施している被覆管材料の破断試験において、破断試料の特定をオンパワーで可能とでき、或いは、破損燃料集合体の同定において、FP核種の同位体組成比から破損燃料の燃焼度を推定するなどして事前の絞り込みが可能となるなど、照射技術の高度化や破損燃料同定までの大幅な時間短縮を望める。本報告書では、その出発点となる「常陽」用レーザ法FFDLシステムの基本設計結果について、東京大学原子力工学研究施設のRIMS装置を用いた基礎的検討結果と合わせて報告する。

lmmediate detection of fuel failure and subsequent precise identification of failed fuel assembiies are extremely important and indispensable for fast reactors from the viewpoint of their safety and reliability as well as the improvement of plant availability. ln order to develop the failed fuel detection and location (FFDL) technology, laser resonance ionization spectrometry (RIMS) has been proposed to be applied to the trace analysis of krypton and xenon contained in cover gas, Various promising features have been reported including the results which suggest the feasibility of the method to the on-power real-time monitoring, through the fundamental study using the RIMS device at the nuclear engineering research laboratory (NERL) of the university of Tokyo. Based on the information obtained above, we are developing a new laser FFDL system using RIMS which is planned to be introduced onto the fast experimental reactor JOY0. By the use of the system at the JOY0, isotope analysis can be performed with high sensitivity for not only radioactive but also stable elements in fission product (FP) and tag gas in the cover gas. This permits the improvement of irradiation technology and the immediate identification of failed fuel assemblies. For instance, it is possible to identify burst samples in the breach test of fuel cladding materials during irradiation. From the isotopic composition of the FP nuclides, the burnup of failed fuel can be estimated which allows the preliminary focusing in the FFDL. ln this paper, we review the fundamental study using the RIMS device at NERL and report the basic design of the laser FFDL system for the JOY0.