測定方法及びこれを用いた核燃料破損の検出方法、並びに、測定装置及びその使用方法
【課題】試料ガス中のキセノンガス等の測定対象ガスを、バックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定し、しかも、試料ガスの制約を少なくする。
【解決手段】試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定装置１は、前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスを得る混合手段３４と、混合手段３４により得られた前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段３３と、低減手段３３により前記成分が選択的に低減された前記混合ガスが導入され、当該導入されたガスの質量分析を行う大気圧イオン化質量分析装置２と、を備える。
【解決手段】試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定装置１は、前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスを得る混合手段３４と、混合手段３４により得られた前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段３３と、低減手段３３により前記成分が選択的に低減された前記混合ガスが導入され、当該導入されたガスの質量分析を行う大気圧イオン化質量分析装置２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定方法及び測定装置、前記測定方法を用いた核燃料破損の検出方法、並びに、前記測定装置の使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、高速増殖炉の核燃料破損時に放出されるキセノン、クリプトン、セシウム等の核分裂生成物質を多光子増感イオン化法により検出することを特徴とした核燃料破損時における核分裂生成物質の検出方法が、開示されている。
【０００３】
この従来の検出方法によれば、多光子増感イオン化法が用いられ、多光子増感イオン化法では放射能に無関係な検出が可能であることから、核分裂生成物質ガスをバックグランド放射能の影響を受けずに高感度で検出することができる。
【０００４】
また、従来から、高感度でガスを分析し得る装置として、大気圧イオン化質量分析装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２９４８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されているように、多光子増感イオン化法を実際の試料の分析に適用する場合の問題点の多くは、分子化合物の原子化にあると考えられている。そこで、前記従来の検出方法では、検出対象が、高速増殖炉の核燃料破損時に放出されるキセノン、クリプトン、セシウム等の核分裂生成物質に限られている。上記特許文献１に記載されているように、高速増殖炉で発生する核分裂生成物質ガスは、単原子分子であり、しかも不活性ガス（アルゴン又はヘリウム）雰囲気であるために、分子化合物を形成する可能性は極めて少ない。したがって、前記従来の検出方法では、検出対象が、高速増殖炉の核燃料破損時に放出されるキセノン、クリプトン、セシウム等の核分裂生成物質に限られているため、発生する核分裂生成物質ガスを多光子増感イオン化法により高感度で検出することにより、燃料棒の破損を迅速に検知可能である。
【０００７】
このように、前記従来の検出方法では、分子化合物の原子化の問題点を回避するために、検出対象が限られていた。このため、例えば、大気中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを検出することができれば、原子炉の形式（高速増殖炉であるか軽水炉であるか等）を問わずに、原子炉から離れた箇所において原子炉の核燃料破損を検出することが可能となるが、前記従来の検出方法では、大気中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを検出することはできなかった。
【０００８】
また、大気等の試料ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入し、大気圧イオン化質量分析装置で試料ガスの質量分析を行うことによって、大気等の試料ガス中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを測定しようとしても、キセノンガスやクリプトンガスやラドンガスの信号が大気等に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号中に埋もれてしまい、大気等の試料ガス中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを測定することはできない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、試料ガス中の測定対象ガス（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガス）を、バックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができ、しかも、試料ガスの制約が少ない測定方法及び測定装置、前記測定方法を用いた核燃料破損の検出方法、並びに、前記測定装置を使用する使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による測定方法は、試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定方法であって、前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスとし、前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入し、前記大気圧イオン化質量分析装置によって当該導入されたガスの質量分析を行うものである。
【００１１】
前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスは、アルゴンガス及びヘリウムガスのうちのいずれか一方又は両方を意味する。この点は、以下の記載についても同様である。
【００１２】
前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させるためには、例えば、ゲッター材を用いることができる。このとき、ゲッター材の前段においてモレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材を用いて、これらによって前記混合ガスから水分等を予め除去した後に、その混合ガスからゲッター材によって不活性ガス以外の成分を選択的に低減してもよい。この場合、ゲッター材の劣化等を低減することができるので、好ましい。
【００１３】
本発明では、大気圧イオン化質量分析装置が用いられているが、大気圧イオン化質量分析装置に試料ガスを直接に導入するのではなく、不活性ガスであるキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスよりもイオン化ポテンシャルの高い不活性ガスであるアルゴンガス及び／又はヘリウムガスと試料ガスとを混合して混合ガスとし、この混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入する。したがって、本発明によれば、大気圧イオン化質量分析装置を用いながらも、測定対象ガス（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガス）の信号が大気等に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号中に埋もれてしまうようなことがなくなるため、試料ガス中の測定対象ガスを高感度で測定することができる。
【００１４】
そして、大気圧イオン化質量分析装置は、放射能に無関係に質量分析を行うことが可能であることから、本発明によれば、測定対象ガスをバックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができる。
【００１５】
さらに、大気圧イオン化質量分析装置では、分子化合物の原子化の問題点が生じないので、本発明によれば、前記従来の検出方法のように多光子増感イオン化法を用いる場合に比べて、試料ガスの制約が少なくてすみ、大気その他の種々の試料ガス中の測定対象ガスを測定することができる。
【００１６】
第２の態様による測定方法は、前記第１の態様において、前記試料ガスは、大気、原子炉建屋内の雰囲気、原子炉の排気流路内又は排気口付近の排気ガス、原子炉格納容器内における原子炉圧力容器外の空間内のガス、あるいは、原子炉圧力容器内のガスであるものである。
【００１７】
この第２の態様は、前記第１の態様における試料ガスの例を挙げたものであるが、前記第１の態様では、試料ガスはこれらの例に限定されるものではない。
【００１８】
第３の態様による測定方法は、前記第１又は第２の態様において、前記試料ガスが、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスであるか、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガスであるか、あるいは、核燃料又はその他の所定物体が内部に収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスであるものである。
【００１９】
この第３の態様は、供給元の観点から前記第１及び第２の態様における試料ガスを例示したものであるが、前記第１及び第２の態様では、試料ガスはこれらの例に限定されるものではない。
【００２０】
第４の態様による核燃料破損の検出方法は、前記第１乃至第３のいずれかの態様による測定方法を用いて、前記試料ガス中に所定濃度以上の前記測定対象ガスを検出することによって、核燃料破損を検出するものである。
【００２１】
この第４の態様は、核燃料破損に伴ってキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが発生することから、前記第１乃至第３のいずれかの態様による測定方法を利用して核燃料破損を検出するものである。もっとも、前記第１乃至第３のいずれかの態様による測定方法は、核燃料破損検出以外の用途に用いてもよい。
【００２２】
第５の態様による測定装置は、試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定装置であって、前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスを得る混合手段と、前記混合手段により得られた前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段と、前記低減手段により前記成分が選択的に低減された前記混合ガスが導入され、当該導入されたガスの質量分析を行う大気圧イオン化質量分析装置と、を備えたものである。
【００２３】
この第５の態様による測定装置は、前記第１の態様による測定方法を実現するものである。
【００２４】
前記低減手段は、例えば、ゲッター材で構成してもよい。また、前記低減手段は、例えば、ゲッター材とその前段に設けたモレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材とで構成し、モレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材によって前記混合ガスから水分等を予め除去した後に、その混合ガスからゲッター材によって不活性ガス以外の成分を選択的に低減してもよい。この場合、ゲッター材の劣化等を低減することができるので、好ましい。
【００２５】
第６の態様による測定装置の使用方法は、前記第５の態様による測定装置を使用する使用方法であって、前記混合手段に前記試料ガスと前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスとの混合を間欠的に行わせ、前記大気圧イオン化質量分析装置に前記混合に同期して前記混合ガスの質量分析を行わせ、前記混合ガスが前記低減手段に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスを前記低減手段に供給するものである。
【００２６】
この第６の態様によれば、時間間隔をあけて間欠的に測定が行われ、前記混合ガスが前記低減手段に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスが前記低減手段に供給されるので、測定を行わない時間中にも前記混合ガスを前記低減手段に供給し続ける場合に比べて、低減手段の劣化を低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、試料ガス中の測定対象ガス（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガス）を、バックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができ、しかも、試料ガスの制約が少ない測定方法及び測定装置、前記測定方法を用いた核燃料破損の検出方法、並びに、前記測定装置を使用する使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１に示す測定装置の測定原理を模式的に示す図である。
【図３】大気圧イオン化質量分析装置の測定結果の例を示す図である。
【図４】比較例による測定装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による測定方法、測定装置、核燃料破損の検出方法、及び、測定装置の使用方法について、図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による測定装置１を模式的に示す概略構成図である。
【００３１】
本実施の形態による測定装置１は、公知の大気圧イオン化質量分析装置２を備えている。本実施の形態では、大気圧イオン化質量分析装置２は、ほぼ大気圧にされたイオン化部３と、差動排気部４と、質量分析部５とを有している。イオン化部３には、ガス流入口６、ガス流出口７、及び、ガス流入口６から導入されたガスをイオン化するための放電針８が設けられている。ガス流入口６から導入されたガスは、ガス流出口７に接続された排気管９を経て排気される。イオン化部３と差動排気部４との間は細孔１０を介して仕切られ、差動排気部４と質量分析部５との間は細孔１１を介して仕切られている。差動排気部４には、静電レンズ１２が設けられている。差動排気部４内の圧力は真空ポンプ１３により比較的低い所定圧力に維持され、質量分析部５内の圧力は真空ポンプ１４により高真空度に維持されるようになっている。質量分析部５には質量分離部１５及び検出部１６が設けられ、イオン化部３でイオン化されたイオンが差動排気部４を通って、高真空の質量分析部５で質量分析できるようになっている。なお、本発明で用いることができる大気圧イオン化質量分析装置の構成は、図示の例に限定されるものではない。
【００３２】
本実施の形態による測定装置１は、大気圧イオン化質量分析装置２の他、サンプリング管２１と、微粒子を除去するフィルタ２２，２３と、吸引加圧ポンプ２４と、圧力調整器２５と、開閉弁２６〜２８と、高圧ボンベ２９，３０と、流量調整器３１，３２と、ガス純化器３３とを備えている。
【００３３】
サンプリング管２１の先端が、試料ガスとしての大気を捕集するサンプリング口２１ａとなっている。サンプリング口２１ａには、必要に応じて、ノズル等が設けられる。サンプリング管２１の基端側は、フィルタ２２を介して、吸引加圧ポンプ２４の吸引口に接続されている。吸引加圧ポンプ２４の吐出口は、圧力調整器２５の導入口に接続されるとともに、開閉弁２６を介して流量調整器３１の導入口に接続されている。圧力調整器２５の排出口は大気に解放されている。
【００３４】
図１に示す例では、サンプリング口２１ａが原子力発電所１００の周辺に配置されて、原子力発電所１００の周辺の大気がサンプリングされて試料ガスとして用いられる。
【００３５】
高圧ボンベ２９内には、大気圧イオン化質量分析装置２の濃度較正を行うための標準ガス（例えば、ベースとなるアルゴンガスに１００ｐｐｂのキセノンガス、１００ｐｐｂのクリプトンガス及び１００ｐｐｂのラドンガスを混入した標準ガス）が収容され、高圧ボンベ２９の排出口は、開閉弁２７を介して、流量調整器３１の導入口に接続されている。高圧ボンベ２９は、その排出口に減圧弁２９ａを有している。
【００３６】
高圧ボンベ３０内には、純度の高いアルゴンガスが収容され、高圧ボンベ３０の排出口は、開閉弁２８を介して、流量調整器３２の導入口に接続されている。高圧ボンベ３０は、その排出口に減圧弁３０ａを有している。
【００３７】
流量調整器３１の排出口及び流量調整器３２の排出口は、一部が両者について共通する配管３４を介して、ガス純化器３３の導入口に接続されている。したがって、流量調整器３１から排出されるガスと流量調整器３２から排出されるガスとが配管３４で混合された後に、ガス純化器３３に導入される。このように、本実施の形態では、配管３４が、流量調整器３１から排出されるガスと流量調整器３２から排出されるガスとを混合する混合手段を構成している。
【００３８】
本実施の形態では、ガス純化器３３は、公知のゲッター材で構成され、導入されたガス中の不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段を構成している。このような低減手段は、ゲッター材とその前段に設けたモレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材とで構成し、モレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材によって水分等を予め除去した後に、ゲッター材によって不活性ガス以外の成分を選択的に低減してもよい。この場合、ゲッター材の劣化等を低減することができる。
【００３９】
ガス純化器３３の排出口は、フィルタ２３を介して、大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６に接続されている。
【００４０】
本実施の形態では、大気圧イオン化質量分析装置２の濃度較正を行う場合には、開閉弁２６を閉じ、開閉弁２７，２８を開き、流量調整器３１，３２により、高圧ボンベ２９内の標準ガスを高圧ボンベ３０内のアルゴンガスで希釈して任意の濃度を作って濃度較正を行うことができる。
【００４１】
本実施の形態では、測定を行う場合には、開閉弁２７が閉じられる一方で、開閉弁２６，２８が開かれ、吸引加圧ポンプ２４が作動される。これにより、原子力発電所１００の周辺の大気が、吸引加圧ポンプ２４の吸引によって、試料ガスとしてサンプリング口２１ａからサンプリングされる。この試料ガスは、フィルタ２２で微粒子が除去された後に吸引加圧ポンプ２４を経て、圧力調整器２５でその圧力が調整されるとともに流量調整器３１でその流量が調整され、配管３４に供給される。一方、高圧ボンベ３０内のアルゴンガスが、減圧弁３０ａで減圧され更に流量調整器３２でその流量が調整されて、配管３４に供給される。これにより、流量調整器３１から排出された試料ガスと流量調整器３２から排出されたアルゴンガスとが混合される。この混合ガスは、配管３４を介してガス純化器３３の導入口に供給され、ガス純化器３３によって不活性ガス以外の成分が選択的に低減され、更にフィルタ２３で微粒子（ガス純化器３３等から発生する可能性のある微粒子）が除去された後に、大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６へ供給される。そして、大気圧イオン化質量分析装置２によって、ガス流入口６から大気圧イオン化質量分析装置２に導入されたガスの質量分析が行われる。
【００４２】
図２は、本実施の形態による測定装置１の測定原理を模式的に示す図である。今、原子力発電所１００の核燃料が破損しているものとすると、図２に示すように、原子力発電所１００の周辺の大気である試料ガスは、空気（Ａｉｒ）中に所定濃度以上のキセノンガス（Ｘｅ）、クリプトンガス（Ｋｒ）及びラドンガス（Ｒｎ）を含んだものとなる。この試料ガスと高圧ボンベ３０内のアルゴンガス（Ａｒ）とが配管３４で混合された後に、その混合ガスは、ガス純化器３３によって不活性ガス以外の成分が選択的に低減される。このとき、ガス純化器３３によって、不活性ガスであるキセノンガス、クリプトンガス、ラドンガス及びアルゴンガスはほとんど除去されずに、空気（Ａｉｒ）はほとんど除去される。したがって、前記成分が選択的に低減された混合ガス（ガス純化器３３から排出されて大気圧イオン化質量分析装置２のガス流入口６からイオン化部３に導入されるガス）は、図２に示すように、試料ガスにおいてキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスをほとんどそのまま残す一方で空気をアルゴンガスで置換したようなガスとなる。
【００４３】
イオン化部３への導入ガスは、放電針８によるコロナ放電によって、その一部が一次イオン化される。一次イオン化により生成されたイオン（Ａｒ＋，Ｘｅ＋，Ｋｒ＋，Ｒｎ＋）の組成比は、前記導入ガス（Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ，Ｒｎ）の組成比とほぼ同じである。ＡｒはＸｅ，Ｋｒ，Ｒｎよりもイオン化ポテンシャルが高いので、一次イオン化後に、Ａｒ＋の電荷がＸｅ，Ｋｒ，Ｒｎに移動する２次イオン化が生じ、Ａｒ＋，Ｘｅ＋，Ｋｒ＋，Ｒｎ＋の量が増大する。これらのイオンが差動排気部４を経由して質量分析部５に導入され、質量分析部５によってこれらのイオンのイオン強度が検出される。
【００４４】
図３は、大気圧イオン化質量分析装置２の測定結果の例を示す図である。ただし、図３に示す測定結果は、ベースとなるアルゴンガスに１００ｐｐｂのキセノンガスを混入した標準ガスを、大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６に供給した場合に得られた測定結果である。この図３から、大気圧イオン化質量分析装置２によって、アルゴンガス中の微量のキセノンガスを高感度で測定し得ることがわかる。同様に、アルゴンガス中の微量のクリプトンガスや微量のラドンガスについても、大気圧イオン化質量分析装置２によって高感度で測定し得る。
【００４５】
本実施の形態は、大気圧イオン化質量分析装置２が用いられているが、大気圧イオン化質量分析装置２に試料ガスを直接に導入するのではなく、不活性ガスであるキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスよりもイオン化ポテンシャルの高い不活性ガスであるアルゴンガスと試料ガスとを混合して混合ガスとし、ガス純化器３３によってこの混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置２に導入する。したがって、本実施の形態によれば、大気圧イオン化質量分析装置２を用いながらも、測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスであるが、そのうちのいずれか１つ又は２つのガスでもよい。）の信号が大気に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号中に埋もれてしまうようなことがなくなるため、試料ガス中の測定対象ガスを高感度で測定することができる。
【００４６】
図４は、本実施の形態による測定装置１と比較される比較例による測定装置２０１を示す模式的に示す概略構成図である。図４において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００４７】
この比較例による測定装置２０１が本実施の形態による測定装置１と異なる所は、この比較例では、開閉弁２７及び高圧ボンベ２９が取り除かれるとともに、開閉弁２８、高圧ボンベ３０及び流量調整器３２が取り除かれ、流量調整器３１の排出口がフィルタ２３を介して大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６に接続されている点のみである。
【００４８】
この比較例では、試料ガスである原子力発電所１００の周辺の大気が大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３に直接に導入されているので、大気圧イオン化質量分析装置２による測定結果において、キセノンガスやクリプトンガスやラドンガスの信号（イオン強度）が大気等に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号（イオン強度）中に埋もれてしまい、当該試料ガス中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを測定することはできない。
【００４９】
これに対し、本実施の形態では、前述したように、試料ガスをアルゴンガスと混合し、その混合ガスからガス純化器３３で不活性ガス以外の成分を除去した後のガスを大気圧イオン化質量分析装置２に導入するので、試料ガス中の測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス）を高感度で測定することができるのである。
【００５０】
そして、大気圧イオン化質量分析装置２は、放射能に無関係に質量分析を行うことが可能であることから、本実施の形態によれば、測定対象ガスをバックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができる。
【００５１】
さらに、大気圧イオン化質量分析装置では、分子化合物の原子化の問題点が生じないので、本実施の形態によれば、前記従来の検出方法のように多光子増感イオン化法を用いる場合に比べて、試料ガスの制約が少なくてすみ、大気その他の種々の試料ガス中の測定対象ガスを測定することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、原子力発電所１００の周辺の大気を試料ガスとしており、原子力発電所１００の核燃料が破損すると、その試料ガスは所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスを含んだものとなる。したがって、大気圧イオン化質量分析装置２の測定結果に基づいて、前記試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス（それらのガスのうちの少なくとも１つのガスでもよい。）を検出することによって、原子力発電所１００の核燃料破損を検出することができる。本実施の形態では、検出感度が高いので、試料ガスを、原子力発電所１００からかなり離れた箇所の大気とする場合であっても、原子力発電所１００の核燃料破損を検出することができる。
【００５３】
本発明では、試料ガスは、原子力発電所１００の周辺又はそこから離れた箇所の大気のみならず、原子炉建屋内の雰囲気、原子炉の排気流路内又は排気口付近の排気ガス、原子炉格納容器内における原子炉圧力容器外の空間内のガス、あるいは、原子炉圧力容器内のガスであってもよい。また、本発明では、試料ガスは、核燃料破損に関連するガスに限定されるものではなく、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスを含み得る任意のガスであればよい。
【００５４】
本実施の形態では、前述したように、試料ガスは、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスである。もっとも、本発明では、試料ガスは、これに限らず、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガス、あるいは、核燃料又はその他の所定物体が内部に収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスもよい。後者の例として、第２の実施の形態による測定装置５１について、後に説明する。
【００５５】
本実施の形態では、前述したように、試料ガスと混合するガスとして、アルゴンガスが用いられている。本発明では、これに限らず、試料ガスと混合するガスとして、ヘリウムガス、あるいは、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いることができる。この場合、高圧ボンベ３０内に、ヘリウムガス、あるいは、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスを収容しておけばよい。
【００５６】
本実施の形態による測定装置１によって、試料ガス中の測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス）を間欠的に行う場合（例えば、長時間に渡って、１時間毎に１回ずつ測定する場合）には、試料ガス及びアルゴンガスを両方とも配管３４に供給し続けてもよいが、常時アルゴンガスを配管に供給し続ける一方、開閉弁２６を開閉することで１時間毎に１回ずつなどの測定期間中だけ試料ガスを配管３４に供給し他の期間中は試料ガスを配管に供給しなくてもよい。後者の場合、試料ガスとアルゴンガスとを混合を間欠的に行わせ、大気圧イオン化質量分析装置２に前記混合に同期して質量分析を行わせ、試料ガスとアルゴンガスとの混合ガスがガス純化器３３に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに、アルゴンガスをガス純化器３３に供給することになる。この場合、測定を行わない時間中にも前記混合ガスをガス純化器３３に供給し続ける場合に比べて、ガス純化器３３の劣化を低減することができるので、好ましい。
【００５７】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態による測定装置５１を模式的に示す概略構成図である。図５において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態による測定装置５１は、サンプリング管２１及びフィルタ２２に代えて、核燃料としての冷却状態等の燃料集合体（燃料棒単体等でもよい。）６１を出し入れ可能に収容する容器６２と、容器６２に通流させるキャリアガスを収容した高圧ボンベ６３と、を備えている。高圧ボンベ６３の排出口は、容器６２の導入口６２ａに接続されている。高圧ボンベ６３は、その排出口に減圧弁６３ａを有している。容器６２の排出口６２ｂは、吸引加圧ポンプ２４の吸引口に接続されている。高圧ボンベ６３から供給されたキャリアガスは、燃料集合体６１を収容した容器６２内を通流した後に、試料ガスとして、吸引加圧ポンプ２４、開閉弁２６及び流量調整器３１を経て、配管３４に供給される。なお、吸引加圧ポンプ２４及び圧力調整器２５を取り除いて、容器６２の排出口６２ｂを開閉弁２６に接続してもよい。
【００５９】
高圧ボンベ６３に収容されたキャリアガスとしては、測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス）以外のガスであればよく、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、あるいは、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスなどを挙げることができる。また、キャリアガスとして空気を用いてもよく、この場合は、高圧ボンベ６３を取り除いて容器６２の導入口６２ａを大気に解放してもよい。
【００６０】
本実施の形態では、燃料集合体６１の少なくとも一部が破損していれば、燃料集合体６１からキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが発生するため、試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが含まれる一方で、燃料集合体６１が破損していなければ、試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが含まれない。したがって、本実施の形態によれば、大気圧イオン化質量分析装置２の測定結果に基づいて、前記試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス（それらのガスのうちの少なくとも１つのガスでもよい。）を検出することによって、容器６２内の燃料集合体６１の破損を検出することができ、これにより、燃料集合体６１の良否（破損しているか否か）の検査を行うことができる。
【００６１】
燃料集合体６１に代えて任意の物体を容器６２内に収容すれば、測定対象物（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つ）が当該物体に付着しているか否かや当該物体から漏れ出ているか否かなどの検査を行うことができる。
【００６２】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１，５１ 測定装置
２ 大気圧イオン化質量分析装置
３３ ガス純化器（低減手段）
３４ 配管（混合手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定方法及び測定装置、前記測定方法を用いた核燃料破損の検出方法、並びに、前記測定装置の使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、高速増殖炉の核燃料破損時に放出されるキセノン、クリプトン、セシウム等の核分裂生成物質を多光子増感イオン化法により検出することを特徴とした核燃料破損時における核分裂生成物質の検出方法が、開示されている。
【０００３】
この従来の検出方法によれば、多光子増感イオン化法が用いられ、多光子増感イオン化法では放射能に無関係な検出が可能であることから、核分裂生成物質ガスをバックグランド放射能の影響を受けずに高感度で検出することができる。
【０００４】
また、従来から、高感度でガスを分析し得る装置として、大気圧イオン化質量分析装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２９４８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されているように、多光子増感イオン化法を実際の試料の分析に適用する場合の問題点の多くは、分子化合物の原子化にあると考えられている。そこで、前記従来の検出方法では、検出対象が、高速増殖炉の核燃料破損時に放出されるキセノン、クリプトン、セシウム等の核分裂生成物質に限られている。上記特許文献１に記載されているように、高速増殖炉で発生する核分裂生成物質ガスは、単原子分子であり、しかも不活性ガス（アルゴン又はヘリウム）雰囲気であるために、分子化合物を形成する可能性は極めて少ない。したがって、前記従来の検出方法では、検出対象が、高速増殖炉の核燃料破損時に放出されるキセノン、クリプトン、セシウム等の核分裂生成物質に限られているため、発生する核分裂生成物質ガスを多光子増感イオン化法により高感度で検出することにより、燃料棒の破損を迅速に検知可能である。
【０００７】
このように、前記従来の検出方法では、分子化合物の原子化の問題点を回避するために、検出対象が限られていた。このため、例えば、大気中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを検出することができれば、原子炉の形式（高速増殖炉であるか軽水炉であるか等）を問わずに、原子炉から離れた箇所において原子炉の核燃料破損を検出することが可能となるが、前記従来の検出方法では、大気中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを検出することはできなかった。
【０００８】
また、大気等の試料ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入し、大気圧イオン化質量分析装置で試料ガスの質量分析を行うことによって、大気等の試料ガス中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを測定しようとしても、キセノンガスやクリプトンガスやラドンガスの信号が大気等に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号中に埋もれてしまい、大気等の試料ガス中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを測定することはできない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、試料ガス中の測定対象ガス（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガス）を、バックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができ、しかも、試料ガスの制約が少ない測定方法及び測定装置、前記測定方法を用いた核燃料破損の検出方法、並びに、前記測定装置を使用する使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による測定方法は、試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定方法であって、前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスとし、前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入し、前記大気圧イオン化質量分析装置によって当該導入されたガスの質量分析を行うものである。
【００１１】
前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスは、アルゴンガス及びヘリウムガスのうちのいずれか一方又は両方を意味する。この点は、以下の記載についても同様である。
【００１２】
前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させるためには、例えば、ゲッター材を用いることができる。このとき、ゲッター材の前段においてモレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材を用いて、これらによって前記混合ガスから水分等を予め除去した後に、その混合ガスからゲッター材によって不活性ガス以外の成分を選択的に低減してもよい。この場合、ゲッター材の劣化等を低減することができるので、好ましい。
【００１３】
本発明では、大気圧イオン化質量分析装置が用いられているが、大気圧イオン化質量分析装置に試料ガスを直接に導入するのではなく、不活性ガスであるキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスよりもイオン化ポテンシャルの高い不活性ガスであるアルゴンガス及び／又はヘリウムガスと試料ガスとを混合して混合ガスとし、この混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入する。したがって、本発明によれば、大気圧イオン化質量分析装置を用いながらも、測定対象ガス（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガス）の信号が大気等に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号中に埋もれてしまうようなことがなくなるため、試料ガス中の測定対象ガスを高感度で測定することができる。
【００１４】
そして、大気圧イオン化質量分析装置は、放射能に無関係に質量分析を行うことが可能であることから、本発明によれば、測定対象ガスをバックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができる。
【００１５】
さらに、大気圧イオン化質量分析装置では、分子化合物の原子化の問題点が生じないので、本発明によれば、前記従来の検出方法のように多光子増感イオン化法を用いる場合に比べて、試料ガスの制約が少なくてすみ、大気その他の種々の試料ガス中の測定対象ガスを測定することができる。
【００１６】
第２の態様による測定方法は、前記第１の態様において、前記試料ガスは、大気、原子炉建屋内の雰囲気、原子炉の排気流路内又は排気口付近の排気ガス、原子炉格納容器内における原子炉圧力容器外の空間内のガス、あるいは、原子炉圧力容器内のガスであるものである。
【００１７】
この第２の態様は、前記第１の態様における試料ガスの例を挙げたものであるが、前記第１の態様では、試料ガスはこれらの例に限定されるものではない。
【００１８】
第３の態様による測定方法は、前記第１又は第２の態様において、前記試料ガスが、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスであるか、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガスであるか、あるいは、核燃料又はその他の所定物体が内部に収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスであるものである。
【００１９】
この第３の態様は、供給元の観点から前記第１及び第２の態様における試料ガスを例示したものであるが、前記第１及び第２の態様では、試料ガスはこれらの例に限定されるものではない。
【００２０】
第４の態様による核燃料破損の検出方法は、前記第１乃至第３のいずれかの態様による測定方法を用いて、前記試料ガス中に所定濃度以上の前記測定対象ガスを検出することによって、核燃料破損を検出するものである。
【００２１】
この第４の態様は、核燃料破損に伴ってキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが発生することから、前記第１乃至第３のいずれかの態様による測定方法を利用して核燃料破損を検出するものである。もっとも、前記第１乃至第３のいずれかの態様による測定方法は、核燃料破損検出以外の用途に用いてもよい。
【００２２】
第５の態様による測定装置は、試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定装置であって、前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスを得る混合手段と、前記混合手段により得られた前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段と、前記低減手段により前記成分が選択的に低減された前記混合ガスが導入され、当該導入されたガスの質量分析を行う大気圧イオン化質量分析装置と、を備えたものである。
【００２３】
この第５の態様による測定装置は、前記第１の態様による測定方法を実現するものである。
【００２４】
前記低減手段は、例えば、ゲッター材で構成してもよい。また、前記低減手段は、例えば、ゲッター材とその前段に設けたモレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材とで構成し、モレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材によって前記混合ガスから水分等を予め除去した後に、その混合ガスからゲッター材によって不活性ガス以外の成分を選択的に低減してもよい。この場合、ゲッター材の劣化等を低減することができるので、好ましい。
【００２５】
第６の態様による測定装置の使用方法は、前記第５の態様による測定装置を使用する使用方法であって、前記混合手段に前記試料ガスと前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスとの混合を間欠的に行わせ、前記大気圧イオン化質量分析装置に前記混合に同期して前記混合ガスの質量分析を行わせ、前記混合ガスが前記低減手段に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスを前記低減手段に供給するものである。
【００２６】
この第６の態様によれば、時間間隔をあけて間欠的に測定が行われ、前記混合ガスが前記低減手段に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスが前記低減手段に供給されるので、測定を行わない時間中にも前記混合ガスを前記低減手段に供給し続ける場合に比べて、低減手段の劣化を低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、試料ガス中の測定対象ガス（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガス）を、バックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができ、しかも、試料ガスの制約が少ない測定方法及び測定装置、前記測定方法を用いた核燃料破損の検出方法、並びに、前記測定装置を使用する使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１に示す測定装置の測定原理を模式的に示す図である。
【図３】大気圧イオン化質量分析装置の測定結果の例を示す図である。
【図４】比較例による測定装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による測定装置を模式的に示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による測定方法、測定装置、核燃料破損の検出方法、及び、測定装置の使用方法について、図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による測定装置１を模式的に示す概略構成図である。
【００３１】
本実施の形態による測定装置１は、公知の大気圧イオン化質量分析装置２を備えている。本実施の形態では、大気圧イオン化質量分析装置２は、ほぼ大気圧にされたイオン化部３と、差動排気部４と、質量分析部５とを有している。イオン化部３には、ガス流入口６、ガス流出口７、及び、ガス流入口６から導入されたガスをイオン化するための放電針８が設けられている。ガス流入口６から導入されたガスは、ガス流出口７に接続された排気管９を経て排気される。イオン化部３と差動排気部４との間は細孔１０を介して仕切られ、差動排気部４と質量分析部５との間は細孔１１を介して仕切られている。差動排気部４には、静電レンズ１２が設けられている。差動排気部４内の圧力は真空ポンプ１３により比較的低い所定圧力に維持され、質量分析部５内の圧力は真空ポンプ１４により高真空度に維持されるようになっている。質量分析部５には質量分離部１５及び検出部１６が設けられ、イオン化部３でイオン化されたイオンが差動排気部４を通って、高真空の質量分析部５で質量分析できるようになっている。なお、本発明で用いることができる大気圧イオン化質量分析装置の構成は、図示の例に限定されるものではない。
【００３２】
本実施の形態による測定装置１は、大気圧イオン化質量分析装置２の他、サンプリング管２１と、微粒子を除去するフィルタ２２，２３と、吸引加圧ポンプ２４と、圧力調整器２５と、開閉弁２６〜２８と、高圧ボンベ２９，３０と、流量調整器３１，３２と、ガス純化器３３とを備えている。
【００３３】
サンプリング管２１の先端が、試料ガスとしての大気を捕集するサンプリング口２１ａとなっている。サンプリング口２１ａには、必要に応じて、ノズル等が設けられる。サンプリング管２１の基端側は、フィルタ２２を介して、吸引加圧ポンプ２４の吸引口に接続されている。吸引加圧ポンプ２４の吐出口は、圧力調整器２５の導入口に接続されるとともに、開閉弁２６を介して流量調整器３１の導入口に接続されている。圧力調整器２５の排出口は大気に解放されている。
【００３４】
図１に示す例では、サンプリング口２１ａが原子力発電所１００の周辺に配置されて、原子力発電所１００の周辺の大気がサンプリングされて試料ガスとして用いられる。
【００３５】
高圧ボンベ２９内には、大気圧イオン化質量分析装置２の濃度較正を行うための標準ガス（例えば、ベースとなるアルゴンガスに１００ｐｐｂのキセノンガス、１００ｐｐｂのクリプトンガス及び１００ｐｐｂのラドンガスを混入した標準ガス）が収容され、高圧ボンベ２９の排出口は、開閉弁２７を介して、流量調整器３１の導入口に接続されている。高圧ボンベ２９は、その排出口に減圧弁２９ａを有している。
【００３６】
高圧ボンベ３０内には、純度の高いアルゴンガスが収容され、高圧ボンベ３０の排出口は、開閉弁２８を介して、流量調整器３２の導入口に接続されている。高圧ボンベ３０は、その排出口に減圧弁３０ａを有している。
【００３７】
流量調整器３１の排出口及び流量調整器３２の排出口は、一部が両者について共通する配管３４を介して、ガス純化器３３の導入口に接続されている。したがって、流量調整器３１から排出されるガスと流量調整器３２から排出されるガスとが配管３４で混合された後に、ガス純化器３３に導入される。このように、本実施の形態では、配管３４が、流量調整器３１から排出されるガスと流量調整器３２から排出されるガスとを混合する混合手段を構成している。
【００３８】
本実施の形態では、ガス純化器３３は、公知のゲッター材で構成され、導入されたガス中の不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段を構成している。このような低減手段は、ゲッター材とその前段に設けたモレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材とで構成し、モレキュラシーブス材及び／又はシリカゲル材によって水分等を予め除去した後に、ゲッター材によって不活性ガス以外の成分を選択的に低減してもよい。この場合、ゲッター材の劣化等を低減することができる。
【００３９】
ガス純化器３３の排出口は、フィルタ２３を介して、大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６に接続されている。
【００４０】
本実施の形態では、大気圧イオン化質量分析装置２の濃度較正を行う場合には、開閉弁２６を閉じ、開閉弁２７，２８を開き、流量調整器３１，３２により、高圧ボンベ２９内の標準ガスを高圧ボンベ３０内のアルゴンガスで希釈して任意の濃度を作って濃度較正を行うことができる。
【００４１】
本実施の形態では、測定を行う場合には、開閉弁２７が閉じられる一方で、開閉弁２６，２８が開かれ、吸引加圧ポンプ２４が作動される。これにより、原子力発電所１００の周辺の大気が、吸引加圧ポンプ２４の吸引によって、試料ガスとしてサンプリング口２１ａからサンプリングされる。この試料ガスは、フィルタ２２で微粒子が除去された後に吸引加圧ポンプ２４を経て、圧力調整器２５でその圧力が調整されるとともに流量調整器３１でその流量が調整され、配管３４に供給される。一方、高圧ボンベ３０内のアルゴンガスが、減圧弁３０ａで減圧され更に流量調整器３２でその流量が調整されて、配管３４に供給される。これにより、流量調整器３１から排出された試料ガスと流量調整器３２から排出されたアルゴンガスとが混合される。この混合ガスは、配管３４を介してガス純化器３３の導入口に供給され、ガス純化器３３によって不活性ガス以外の成分が選択的に低減され、更にフィルタ２３で微粒子（ガス純化器３３等から発生する可能性のある微粒子）が除去された後に、大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６へ供給される。そして、大気圧イオン化質量分析装置２によって、ガス流入口６から大気圧イオン化質量分析装置２に導入されたガスの質量分析が行われる。
【００４２】
図２は、本実施の形態による測定装置１の測定原理を模式的に示す図である。今、原子力発電所１００の核燃料が破損しているものとすると、図２に示すように、原子力発電所１００の周辺の大気である試料ガスは、空気（Ａｉｒ）中に所定濃度以上のキセノンガス（Ｘｅ）、クリプトンガス（Ｋｒ）及びラドンガス（Ｒｎ）を含んだものとなる。この試料ガスと高圧ボンベ３０内のアルゴンガス（Ａｒ）とが配管３４で混合された後に、その混合ガスは、ガス純化器３３によって不活性ガス以外の成分が選択的に低減される。このとき、ガス純化器３３によって、不活性ガスであるキセノンガス、クリプトンガス、ラドンガス及びアルゴンガスはほとんど除去されずに、空気（Ａｉｒ）はほとんど除去される。したがって、前記成分が選択的に低減された混合ガス（ガス純化器３３から排出されて大気圧イオン化質量分析装置２のガス流入口６からイオン化部３に導入されるガス）は、図２に示すように、試料ガスにおいてキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスをほとんどそのまま残す一方で空気をアルゴンガスで置換したようなガスとなる。
【００４３】
イオン化部３への導入ガスは、放電針８によるコロナ放電によって、その一部が一次イオン化される。一次イオン化により生成されたイオン（Ａｒ＋，Ｘｅ＋，Ｋｒ＋，Ｒｎ＋）の組成比は、前記導入ガス（Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ，Ｒｎ）の組成比とほぼ同じである。ＡｒはＸｅ，Ｋｒ，Ｒｎよりもイオン化ポテンシャルが高いので、一次イオン化後に、Ａｒ＋の電荷がＸｅ，Ｋｒ，Ｒｎに移動する２次イオン化が生じ、Ａｒ＋，Ｘｅ＋，Ｋｒ＋，Ｒｎ＋の量が増大する。これらのイオンが差動排気部４を経由して質量分析部５に導入され、質量分析部５によってこれらのイオンのイオン強度が検出される。
【００４４】
図３は、大気圧イオン化質量分析装置２の測定結果の例を示す図である。ただし、図３に示す測定結果は、ベースとなるアルゴンガスに１００ｐｐｂのキセノンガスを混入した標準ガスを、大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６に供給した場合に得られた測定結果である。この図３から、大気圧イオン化質量分析装置２によって、アルゴンガス中の微量のキセノンガスを高感度で測定し得ることがわかる。同様に、アルゴンガス中の微量のクリプトンガスや微量のラドンガスについても、大気圧イオン化質量分析装置２によって高感度で測定し得る。
【００４５】
本実施の形態は、大気圧イオン化質量分析装置２が用いられているが、大気圧イオン化質量分析装置２に試料ガスを直接に導入するのではなく、不活性ガスであるキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスよりもイオン化ポテンシャルの高い不活性ガスであるアルゴンガスと試料ガスとを混合して混合ガスとし、ガス純化器３３によってこの混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置２に導入する。したがって、本実施の形態によれば、大気圧イオン化質量分析装置２を用いながらも、測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスであるが、そのうちのいずれか１つ又は２つのガスでもよい。）の信号が大気に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号中に埋もれてしまうようなことがなくなるため、試料ガス中の測定対象ガスを高感度で測定することができる。
【００４６】
図４は、本実施の形態による測定装置１と比較される比較例による測定装置２０１を示す模式的に示す概略構成図である。図４において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００４７】
この比較例による測定装置２０１が本実施の形態による測定装置１と異なる所は、この比較例では、開閉弁２７及び高圧ボンベ２９が取り除かれるとともに、開閉弁２８、高圧ボンベ３０及び流量調整器３２が取り除かれ、流量調整器３１の排出口がフィルタ２３を介して大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３のガス流入口６に接続されている点のみである。
【００４８】
この比較例では、試料ガスである原子力発電所１００の周辺の大気が大気圧イオン化質量分析装置２のイオン化部３に直接に導入されているので、大気圧イオン化質量分析装置２による測定結果において、キセノンガスやクリプトンガスやラドンガスの信号（イオン強度）が大気等に含まれる酸素や窒素や水分やその他の物質の信号（イオン強度）中に埋もれてしまい、当該試料ガス中のキセノンガスやクリプトンガスやラドンガスを測定することはできない。
【００４９】
これに対し、本実施の形態では、前述したように、試料ガスをアルゴンガスと混合し、その混合ガスからガス純化器３３で不活性ガス以外の成分を除去した後のガスを大気圧イオン化質量分析装置２に導入するので、試料ガス中の測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス）を高感度で測定することができるのである。
【００５０】
そして、大気圧イオン化質量分析装置２は、放射能に無関係に質量分析を行うことが可能であることから、本実施の形態によれば、測定対象ガスをバックグランド放射能の影響を受けずに高感度で測定することができる。
【００５１】
さらに、大気圧イオン化質量分析装置では、分子化合物の原子化の問題点が生じないので、本実施の形態によれば、前記従来の検出方法のように多光子増感イオン化法を用いる場合に比べて、試料ガスの制約が少なくてすみ、大気その他の種々の試料ガス中の測定対象ガスを測定することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、原子力発電所１００の周辺の大気を試料ガスとしており、原子力発電所１００の核燃料が破損すると、その試料ガスは所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスを含んだものとなる。したがって、大気圧イオン化質量分析装置２の測定結果に基づいて、前記試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス（それらのガスのうちの少なくとも１つのガスでもよい。）を検出することによって、原子力発電所１００の核燃料破損を検出することができる。本実施の形態では、検出感度が高いので、試料ガスを、原子力発電所１００からかなり離れた箇所の大気とする場合であっても、原子力発電所１００の核燃料破損を検出することができる。
【００５３】
本発明では、試料ガスは、原子力発電所１００の周辺又はそこから離れた箇所の大気のみならず、原子炉建屋内の雰囲気、原子炉の排気流路内又は排気口付近の排気ガス、原子炉格納容器内における原子炉圧力容器外の空間内のガス、あるいは、原子炉圧力容器内のガスであってもよい。また、本発明では、試料ガスは、核燃料破損に関連するガスに限定されるものではなく、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスを含み得る任意のガスであればよい。
【００５４】
本実施の形態では、前述したように、試料ガスは、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスである。もっとも、本発明では、試料ガスは、これに限らず、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガス、あるいは、核燃料又はその他の所定物体が内部に収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスもよい。後者の例として、第２の実施の形態による測定装置５１について、後に説明する。
【００５５】
本実施の形態では、前述したように、試料ガスと混合するガスとして、アルゴンガスが用いられている。本発明では、これに限らず、試料ガスと混合するガスとして、ヘリウムガス、あるいは、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いることができる。この場合、高圧ボンベ３０内に、ヘリウムガス、あるいは、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスを収容しておけばよい。
【００５６】
本実施の形態による測定装置１によって、試料ガス中の測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス）を間欠的に行う場合（例えば、長時間に渡って、１時間毎に１回ずつ測定する場合）には、試料ガス及びアルゴンガスを両方とも配管３４に供給し続けてもよいが、常時アルゴンガスを配管に供給し続ける一方、開閉弁２６を開閉することで１時間毎に１回ずつなどの測定期間中だけ試料ガスを配管３４に供給し他の期間中は試料ガスを配管に供給しなくてもよい。後者の場合、試料ガスとアルゴンガスとを混合を間欠的に行わせ、大気圧イオン化質量分析装置２に前記混合に同期して質量分析を行わせ、試料ガスとアルゴンガスとの混合ガスがガス純化器３３に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに、アルゴンガスをガス純化器３３に供給することになる。この場合、測定を行わない時間中にも前記混合ガスをガス純化器３３に供給し続ける場合に比べて、ガス純化器３３の劣化を低減することができるので、好ましい。
【００５７】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態による測定装置５１を模式的に示す概略構成図である。図５において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態による測定装置５１は、サンプリング管２１及びフィルタ２２に代えて、核燃料としての冷却状態等の燃料集合体（燃料棒単体等でもよい。）６１を出し入れ可能に収容する容器６２と、容器６２に通流させるキャリアガスを収容した高圧ボンベ６３と、を備えている。高圧ボンベ６３の排出口は、容器６２の導入口６２ａに接続されている。高圧ボンベ６３は、その排出口に減圧弁６３ａを有している。容器６２の排出口６２ｂは、吸引加圧ポンプ２４の吸引口に接続されている。高圧ボンベ６３から供給されたキャリアガスは、燃料集合体６１を収容した容器６２内を通流した後に、試料ガスとして、吸引加圧ポンプ２４、開閉弁２６及び流量調整器３１を経て、配管３４に供給される。なお、吸引加圧ポンプ２４及び圧力調整器２５を取り除いて、容器６２の排出口６２ｂを開閉弁２６に接続してもよい。
【００５９】
高圧ボンベ６３に収容されたキャリアガスとしては、測定対象ガス（本実施の形態では、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス）以外のガスであればよく、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、あるいは、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスなどを挙げることができる。また、キャリアガスとして空気を用いてもよく、この場合は、高圧ボンベ６３を取り除いて容器６２の導入口６２ａを大気に解放してもよい。
【００６０】
本実施の形態では、燃料集合体６１の少なくとも一部が破損していれば、燃料集合体６１からキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが発生するため、試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが含まれる一方で、燃料集合体６１が破損していなければ、試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスが含まれない。したがって、本実施の形態によれば、大気圧イオン化質量分析装置２の測定結果に基づいて、前記試料ガス中に所定濃度以上のキセノンガス、クリプトンガス及びラドンガス（それらのガスのうちの少なくとも１つのガスでもよい。）を検出することによって、容器６２内の燃料集合体６１の破損を検出することができ、これにより、燃料集合体６１の良否（破損しているか否か）の検査を行うことができる。
【００６１】
燃料集合体６１に代えて任意の物体を容器６２内に収容すれば、測定対象物（キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つ）が当該物体に付着しているか否かや当該物体から漏れ出ているか否かなどの検査を行うことができる。
【００６２】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１，５１ 測定装置
２ 大気圧イオン化質量分析装置
３３ ガス純化器（低減手段）
３４ 配管（混合手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定方法であって、
前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスとし、
前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、
前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入し、前記大気圧イオン化質量分析装置によって当該導入されたガスの質量分析を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記試料ガスは、大気、原子炉建屋内の雰囲気、原子炉の排気流路内又は排気口付近の排気ガス、原子炉格納容器内における原子炉圧力容器外の空間内のガス、あるいは、原子炉圧力容器内のガスであることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
【請求項３】
前記試料ガスが、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスであるか、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガスであるか、あるいは、核燃料又はその他の所定物体が内部に収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスであることを特徴とする請求項１又は２記載の測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の測定方法を用いて、前記試料ガス中に所定濃度以上の前記測定対象ガスを検出することによって、核燃料破損を検出することを特徴とする核燃料破損の検出方法。
【請求項５】
試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定装置であって、
前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスを得る混合手段と、
前記混合手段により得られた前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段と、
前記低減手段により前記成分が選択的に低減された前記混合ガスが導入され、当該導入されたガスの質量分析を行う大気圧イオン化質量分析装置と、
を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の測定装置を使用する使用方法であって、
前記混合手段に、前記試料ガスと前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスとの混合を間欠的に行わせ、
前記大気圧イオン化質量分析装置に、前記混合に同期して前記混合ガスの質量分析を行わせ、
前記混合ガスが前記低減手段に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスを前記低減手段に供給することを特徴とする測定装置の使用方法。
【請求項１】
試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定方法であって、
前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスとし、
前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させ、
前記成分が選択的に低減された前記混合ガスを大気圧イオン化質量分析装置に導入し、前記大気圧イオン化質量分析装置によって当該導入されたガスの質量分析を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記試料ガスは、大気、原子炉建屋内の雰囲気、原子炉の排気流路内又は排気口付近の排気ガス、原子炉格納容器内における原子炉圧力容器外の空間内のガス、あるいは、原子炉圧力容器内のガスであることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
【請求項３】
前記試料ガスが、サンプリング容器を用いることなく直接的にサンプリングされるガスであるか、サンプリングボンベ又はサンプリングバッグ等のサンプリング容器内に収容されたガスであるか、あるいは、核燃料又はその他の所定物体が内部に収容された容器にキャリアガスを通流させたときに前記容器の下流側で得られるガスであることを特徴とする請求項１又は２記載の測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の測定方法を用いて、前記試料ガス中に所定濃度以上の前記測定対象ガスを検出することによって、核燃料破損を検出することを特徴とする核燃料破損の検出方法。
【請求項５】
試料ガス中の、キセノンガス、クリプトンガス及びラドンガスのうちの少なくとも１つのガスである測定対象ガスを測定する測定装置であって、
前記試料ガスとアルゴンガス及び／又はヘリウムガスとを混合して混合ガスを得る混合手段と、
前記混合手段により得られた前記混合ガスから不活性ガス以外の成分を選択的に低減させる低減手段と、
前記低減手段により前記成分が選択的に低減された前記混合ガスが導入され、当該導入されたガスの質量分析を行う大気圧イオン化質量分析装置と、
を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の測定装置を使用する使用方法であって、
前記混合手段に、前記試料ガスと前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスとの混合を間欠的に行わせ、
前記大気圧イオン化質量分析装置に、前記混合に同期して前記混合ガスの質量分析を行わせ、
前記混合ガスが前記低減手段に供給されていない間は、前記混合ガスの代わりに前記アルゴンガス及び／又はヘリウムガスを前記低減手段に供給することを特徴とする測定装置の使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１９６７２（Ｐ２０１３−１９６７２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０６２３（Ｐ２０１１−１５０６２３）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（５９５１１５７５４）株式会社日本エイピーアイ (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（５９５１１５７５４）株式会社日本エイピーアイ (6)
【Ｆターム（参考）】
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