レーザー法による微量希ガス検出技術の「常陽」への適用

Application of trace rare gas detection Technique using laser to JOYO

原野 英樹; 伊藤 主税   ; 有馬 聡宏*; 山口 勝行*

Harano, Hideki; Ito, Chikara; Arima, Toshihiro*; not registered

燃料破損を迅速に検知し (FFD:Fuel Failure Detection)、破損燃料集合体を正確に同定すること(FFDL:Failed Fuel Detection and Location)は、高速炉プラントの安全性や信頼性、さらには稼働率の向上の観点から極めて重要である。このFFDLの高度化策として、カバーガス中に含まれる極微量Kr、Xeの検出にレーザ共鳴イオン化質量分析法(RIMS:resonance Ionization Mass Spectrometry)を適用する方法が提案され、東大院工原施のRIMS装置を用いて実施した基礎検討により、運転中の実時間モニタリングの可能性を示唆する数々の優れた特性が報告されている。このような状況を踏まえて、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ガスやタグガスを同位体分析することが可能となる。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オンパワーで破断資料が特定でき、あるいは、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燃焼度を推定することにより破損燃料の絞込みが可能となる等、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が期待できる。本報告では、「常陽」用レーザ法FFDLシステムの基本設計結果及び実機への適用性評価を含む性能評価試験について報告する。

An early detection of fuel failure and subsequent precise identification of the failed fuel subassemblies are important and indispensable for operating fast reactors from the viewpoint of their safety, reliability and plant availability as well. In order to improve the failed fuel detection and location (FFDL) technology, the laser resonance ionization spectrometry (RIMS) has been proposed to use for the trace nalysis of krypton and xenon contained in cover gas. Various promising features have been reported through the fundamental study using the RIMS device at the nuclear engineering research laboratory (NERL) of the university of Tokyo. The results suggest the feasibility of this method to on-power real-time monitoring. Based on the information obtained above, we are developing a new laser FFDL system which employs RIMS, and it is applied to the fast experimental reactor JOY0. By using this system at JOY0, the isotope analysis can be performed with high sensitivity not only for radioactive nuclides but also for stable elements of fission product (FP) and tag gas which are usually diluted in the cover gas argon. This enables to improve irradiation technology and to identify the failed fuel subassemblies immediately. For instance, it becomes possible to identify breached steel capsule to be used for on-line creep rupture experiment of cladding materials under the irradiation condition. The fuel burn-up of failed subassembly can be estimated by measuring the isotopic composition of FP nuclides, which allows the pre-location in the FFDL procedure. The present paper describes the basic design of the laser FFDL system. Some experimental results are also reported from the performance tests to examine the feasibility to fast reactor cover gas analysis.