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JP5215949B2 - Artificial barrier environment monitoring device - Google Patents
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Description

本発明は、放射性廃棄物を封入したオーバーパックの腐食有無を判定する人工バリア環境モニタリング装置に係り、特に、光ファイバ式の金属腐食検知センサを用いた人工バリア環境モニタリング装置に関する。   The present invention relates to an artificial barrier environment monitoring device that determines the presence or absence of corrosion of an overpack enclosing radioactive waste, and more particularly to an artificial barrier environment monitoring device using an optical fiber type metal corrosion detection sensor.

一般に、高レベルの放射性廃棄物を収容する高レベル放射性物質収納体としてオーバーパックが使用される。原子力発電所などの使用済核燃料から取り出される高レベル放射性廃棄物は、ガラス固化体に封入され、炭素鋼のオーバーパックに入れられ、その周りをベントナイトなどの粘土を緩衝材として取り囲み、地下数百メートルのところに埋設される。このようなオーバーパックや緩衝材は人工バリアと呼ばれる。   In general, an overpack is used as a high-level radioactive material container that contains high-level radioactive waste. High-level radioactive waste extracted from spent nuclear fuel such as nuclear power plants is sealed in vitrified material, placed in a carbon steel overpack, surrounded by clay such as bentonite as a buffer, and several hundred underground Buried at the meter. Such overpacks and cushioning materials are called artificial barriers.

地層処分された人工バリアでは、天然バリア(岩盤など)からの地下水流入により、オーバーパックの腐食あるいはオーバーパック腐食によるガラス固化体からの放射性物質の流出などが懸念される。   In artificial barriers that have been disposed of, there is a concern that overpack corrosion or outflow of radioactive materials from vitrified bodies due to overpack corrosion due to inflow of groundwater from natural barriers (such as bedrock).

そこで、高レベル放射性物質収納体の地層処分施設を対象とした腐食状況モニタリング装置が求められているが、これらは、まだ研究段階のものである。研究中の腐食状況モニタリング装置では、一般的に、腐食を発生させる環境因子(温度、pH、水分、酸素量、水素量など)ごとに専用測定器を用いて測定し、それぞれの結果と腐食状況の目視観察、電子顕微鏡観察あるいはX線分析などの結果との相関関係から環境因子と腐食との関係を求め、腐食要因を分析している。   Therefore, there is a need for corrosion status monitoring devices for geological disposal facilities for high-level radioactive material containers, but these are still in the research stage. The corrosion status monitoring device under study generally measures each environmental factor (temperature, pH, moisture, oxygen content, hydrogen content, etc.) that causes corrosion using a dedicated measuring instrument, and the results and corrosion status of each. Correlation between environmental factors and corrosion is obtained from the correlation with the results of visual observation, electron microscope observation or X-ray analysis, and the corrosion factors are analyzed.

従来、環境因子測定には、温度はサーミスタ、熱電対など、pHはガラス電極法、比色法、アンチモン電極法、キンヒドロン電極法などのpH計、その他水分計、酸素濃度計、水素濃度計などを用いている。これら測定器を用いた腐食環境モニタリングは、好気性環境における金属腐食を対象としている。   Conventionally, for environmental factor measurement, temperature is thermistor, thermocouple, pH is glass electrode method, colorimetric method, antimony electrode method, quinhydrone electrode method, etc. pH meter, other moisture meter, oxygen concentration meter, hydrogen concentration meter, etc. Is used. Corrosion environment monitoring using these measuring instruments targets metal corrosion in an aerobic environment.

しかしながら、これらの方式では、センサ自体が大掛かりであり、しかも、センサ部と測定機器との間の信号線が金属でかつ長距離(数百メートル)であるため、信号雑音(電磁雑音による影響)が発生する可能性がある。   However, in these methods, the sensor itself is large, and the signal line between the sensor unit and the measuring device is metal and has a long distance (several hundred meters), so signal noise (effect of electromagnetic noise) May occur.

そこで、本発明者らは、光ファイバセンサのブリルアン散乱や表面プラズモン共鳴などの特徴を使ってpH、水分、酸素、水素を測定する人工バリア環境モニタリング装置を提案している(例えば、特許文献1参照)。センサとして光ファイバセンサを用いることで、センサ設置時に人工バリアの健全性を保ちつつ、かつ電磁ノイズを受けないものとすることができる。なお、光ファイバセンサのブリルアン散乱や表面プラズモン共鳴については、例えば、特許文献2に記載されている。   Therefore, the present inventors have proposed an artificial barrier environment monitoring device that measures pH, moisture, oxygen, and hydrogen using features such as Brillouin scattering and surface plasmon resonance of an optical fiber sensor (for example, Patent Document 1). reference). By using an optical fiber sensor as the sensor, the soundness of the artificial barrier can be maintained and no electromagnetic noise can be received when the sensor is installed. Note that Brillouin scattering and surface plasmon resonance of an optical fiber sensor are described in Patent Document 2, for example.

特開2007−93413号公報JP 2007-93413 A 特開2005−10025号公報JP 2005-10025 A 特許3642984号明細書Japanese Patent No. 3642984

近接場ナノフォトニクス入門 大津元一、河田聡/編 オプトロニクス社Introduction to near-field nanophotonics Genichi Otsu, Jun Kawada / edition Optronics

しかし、土壌中における金属腐食に関しては酸素と水分による好気性腐食の他に、硫酸塩還元菌などによる嫌気性環境における酸化還元反応による腐食がある。それに対して、特許文献1記載の方式では、硫酸塩還元菌などを直接検知することによる嫌気性環境での金属腐食モニタリングは不可能であった。   However, as for metal corrosion in soil, there is corrosion due to redox reaction in an anaerobic environment due to sulfate-reducing bacteria and the like in addition to aerobic corrosion due to oxygen and moisture. On the other hand, in the method described in Patent Document 1, it is impossible to monitor metal corrosion in an anaerobic environment by directly detecting sulfate-reducing bacteria.

なお、本発明は、嫌気性環境での金属腐食モニタリングのために、近接場光を用いるものである。一般に、物質表面観察における解像度は光の波長レベルが限界であるが、近接場光は光の波長よりも微小な物質構造に光を当てた場合や、あるいは光の波長よりも小さな穴から出た光であり、これは物質近傍に伝播しない光として存在しているものである。この近接場光は物質表面の固有の情報をもっているため、近接場光顕微鏡や光記録媒体への高密度読み出しに利用されている(例えば、特許文献3,非特許文献1参照)。   The present invention uses near-field light for metal corrosion monitoring in an anaerobic environment. In general, the resolution of material surface observation is limited by the wavelength level of light, but near-field light is emitted when light is applied to a material structure that is smaller than the wavelength of light or from a hole that is smaller than the wavelength of light. It is light, which is present as light that does not propagate near the substance. Since this near-field light has unique information on the surface of the substance, it is used for high-density reading to a near-field light microscope or an optical recording medium (see, for example, Patent Document 3 and Non-Patent Document 1).

本発明の目的は、地下深く埋設された人工バリアの嫌気性環境でも金属腐食をモニタできる人工バリア環境モニタリング装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an artificial barrier environment monitoring device capable of monitoring metal corrosion even in an anaerobic environment of an artificial barrier buried deep underground.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、放射性廃棄物を封入したオーバーパックの腐食有無を判定する人工バリア環境モニタリング装置であって、前記オーバーパックの周囲に設置され、バイオ菌を測定する光ファイバ金属腐食検知センサと、該光ファイバ金属腐食検知センサからの検出値である近接場光を表面プラズモン共鳴させバイオ菌量に比例した伝播光波長の長波長側へのシフト量を求めるファイバセンサ測定制御器と、該ファイバセンサ測定制御器により求められた伝播光波長の長波長側へのシフト量から算出したバイオ菌量を予め定めた値と比較することによって前記オーバーパックの腐食の有無を判定する腐食判定手段を備え、複数の前記光ファイバ金属腐食検知センサが設けられた光ファイバは、前記オーバーパックの外周に巻回され、前記複数の光ファイバ金属腐食検知センサは、等間隔で設置され、前記複数の光ファイバ金属腐食検知センサは、前記オーバーパックに対する周方向に位置がずれるように設置されるようにしたものである。
かかる構成により、地下深く埋設された人工バリアの嫌気性環境でも金属腐食をモニタできるものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention is an artificial barrier environment monitoring device for judging the presence or absence of corrosion of an overpack enclosing radioactive waste, and is installed around the overpack, Optical fiber metal corrosion detection sensor to be measured, and surface plasmon resonance of the near-field light that is a detection value from the optical fiber metal corrosion detection sensor, to determine the shift amount to the long wavelength side of the propagation light wavelength proportional to the amount of bio-bacteria By comparing the amount of bio-bacteria calculated from the amount of shift of the propagation light wavelength obtained by the fiber sensor measurement controller to the long wavelength side with the fiber sensor measurement controller with a predetermined value, the corrosion of the overpack e Bei corrosion determination unit that determines whether an optical fiber in which a plurality of said optical fiber metal corrosion detection sensor is provided, the overpack Is wound on the outer periphery, the plurality of optical fibers metal corrosion detection sensor is installed at equal intervals, said plurality of optical fiber metal corrosion detection sensor is installed so that the position in the circumferential direction with respect to the overpack is shifted so that It is a thing.
With such a configuration, metal corrosion can be monitored even in an anaerobic environment of an artificial barrier buried deep underground.

(2)上記(1)において、好ましくは、前記光ファイバ金属腐食検知センサは、光ファイバのコアの外周に設けられ、光ファイバに出力された光の波長よりも小さい穴を有する金属蒸着膜を備えるようにしたものである。
(3)上記(2)において、好ましくは、前記光ファイバ金属腐食検知センサは、前記金属蒸着膜の外周に設置されたセンサ部補強部材を備えるようにしたものである。
(4)上記(2)において、好ましくは、前記光ファイバ金属腐食検知センサの前記金属蒸着膜に設けられた穴は、前記光ファイバ金属腐食検知センサの周方向及び軸方向に等間隔に設けられてものである。
(2) In the above (1), preferably, the optical fiber metal corrosion detection sensor is provided on the outer periphery of the core of the optical fiber, and has a metal vapor deposition film having a hole smaller than the wavelength of the light output to the optical fiber. It is intended to provide.
(3) In the above (2), preferably, the optical fiber metal corrosion detection sensor is provided with a sensor portion reinforcing member installed on an outer periphery of the metal vapor deposition film.
(4) In the above (2), preferably, the holes provided in the metal deposition film of the optical fiber metal corrosion detection sensor are provided at equal intervals in the circumferential direction and the axial direction of the optical fiber metal corrosion detection sensor. It is.

本発明によれば、地下深く埋設された人工バリアの嫌気性環境でも金属腐食をモニタできるものとなる。   According to the present invention, metal corrosion can be monitored even in an anaerobic environment of an artificial barrier buried deep underground.

本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置で対象とする環境における練成挙動の概念図である。It is a conceptual diagram of the training behavior in the environment made into the object with the artificial barrier environment monitoring apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の構成図である。It is a block diagram of the artificial barrier environment monitoring apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置に用いる光ファイバセンサの全体構成図であり、図3(A)は正面断面図であり、図3(B)は図3(A)のB−B断面図であり、図3(C)は図3(A)のC−C断面図であり、図3(D)は図3(A)のD−D断面図である。It is a whole block diagram of the optical fiber sensor used for the artificial barrier environment monitoring apparatus by one Embodiment of this invention, FIG. 3 (A) is front sectional drawing, FIG.3 (B) is B- of FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line B, FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 3A, and FIG. 3D is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の光ファイバセンサの要部の構成図であり、図4(A)は平面図であり、図4(B)は正面断面図であり、図4(C)は側面断面図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a main part of an optical fiber sensor of an artificial barrier environment monitoring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 (A) is a plan view, and FIG. 4 (B) is a front sectional view; (C) is a side sectional view. 本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the artificial barrier environment monitoring apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の要部詳細構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part detailed structure of the artificial barrier environment monitoring apparatus by one Embodiment of this invention.

以下、図1〜図6を用いて、本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による人工バリア環境モニタリング装置で対象とする環境における練成挙動の概念について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置で対象とする環境における練成挙動の概念図である。
Hereinafter, the configuration and operation of an artificial barrier environment monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the concept of the training behavior in the environment targeted by the artificial barrier environment monitoring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram of training behavior in an environment targeted by an artificial barrier environment monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

高レベル放射性廃棄物地層処分における人工バリアの近傍地層領域では、廃棄物からの放熱、周辺岩盤からの地下水侵入、地下水による緩衝材の膨潤圧の発生、周辺岩盤の応力変化、および緩衝材中の酸素や二酸化炭素と地下水による化学反応など、熱的、水理学的、力学的、化学的なプロセスが相互に影響を及ぼし合っており、これらの練成挙動として現象を捉えることが必要になっている。   In the formation area near the artificial barrier in high-level radioactive waste disposal, heat release from waste, groundwater intrusion from surrounding rock, generation of swelling pressure of buffer due to groundwater, stress change in surrounding rock, and Thermal, hydraulic, mechanical, and chemical processes such as chemical reactions with oxygen and carbon dioxide and groundwater interact with each other, and it is necessary to capture these phenomena as the formation behavior. Yes.

そのため、本実施例では人工バリアとその近傍地層領域における環境を解析する熱−水−応力−化学練成モデルを構築し、人工バリア健全性を評価することを行う。   For this reason, in this embodiment, a heat-water-stress-chemical training model for analyzing the environment in the artificial barrier and the surrounding formation region is constructed, and the health of the artificial barrier is evaluated.

図1は、人工バリア環境モニタリング装置で示した熱移動、水分移動、応力・変形、化学反応についての相関関係に、化学反応と硫酸塩還元菌などのバイオ菌による腐食を追加したものを示している。バイオ菌は水、熱そして酸化還元反応が可能な環境であることが生息条件であり、酸素のない環境における金属腐食発生例として一般に知られている。   Figure 1 shows the correlation between heat transfer, moisture transfer, stress / deformation, and chemical reaction shown in the artificial barrier environment monitoring device, with the addition of chemical reaction and corrosion by bio-fungi such as sulfate-reducing bacteria. Yes. Biobacteria are inhabited by an environment where water, heat, and redox reaction are possible, and are generally known as examples of metal corrosion occurring in an oxygen-free environment.

次に、図2を用いて、本実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の構成図である。
Next, the configuration of the artificial barrier environment monitoring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of an artificial barrier environment monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

人工バリア環境モニタリング装置は、人工バリア環境モニタリング装置100と、データ収集器200と、ファイバセンサ測定制御器300と、光ファイバ400と、複数個の表面プラズモン共鳴光ファイバセンサ500とから構成される。   The artificial barrier environment monitoring device includes an artificial barrier environment monitoring device 100, a data collector 200, a fiber sensor measurement controller 300, an optical fiber 400, and a plurality of surface plasmon resonance optical fiber sensors 500.

一方、高レベル放射性物質収納体であるオーバーパックOPは、岩盤など天然バリアNBの中に載置され、オーバーパックOPの周囲には緩衝材BMが設けられる。   On the other hand, the overpack OP, which is a high-level radioactive substance storage body, is placed in a natural barrier NB such as a rock, and a buffer material BM is provided around the overpack OP.

ファイバセンサ測定制御器300からオーバーパックOPまでは、光ファイバ400が往復している。光ファイバ400の第1の端部は、ファイバセンサ測定制御器300に接続され、オーバーパックOPの外周に複数回巻回された後、再び、ファイバセンサ測定制御器300に戻り、光ファイバ400の第2の端部は、ファイバセンサ測定制御器300に接続される。光ファイバ400は、ループ型である。なお、ファイバセンサ測定制御器300とオーバーパックOPとの間の光ファイバ400の長さは、数百mである。   The optical fiber 400 reciprocates from the fiber sensor measurement controller 300 to the overpack OP. The first end of the optical fiber 400 is connected to the fiber sensor measurement controller 300, wound around the outer periphery of the overpack OP a plurality of times, and then returns to the fiber sensor measurement controller 300 again. The second end is connected to the fiber sensor measurement controller 300. The optical fiber 400 is a loop type. The length of the optical fiber 400 between the fiber sensor measurement controller 300 and the overpack OP is several hundred meters.

光ファイバ400の内、オーバーパックOPの外周に巻回される部分には、複数の表面プラズモン共鳴光ファイバセンサ500が所定間隔で設置されている。なお、表面プラズモン共鳴光ファイバセンサ500の詳細構成については、図2以降を用いて後述する。オーバーパックOPの直径を1mとすると、光ファイバ400は、図示の例では、11ターン巻回されている。従って、オーバーパックOPに巻回されている部分の光ファイバ400の全長は、40m程度であり、その部分に、例えば、10個のファイバセンサ500が等間隔で設置されている。なお、ファイバセンサ500は、オーバーパックOPに対する周方向の位置がずれるように設置される。   A plurality of surface plasmon resonance optical fiber sensors 500 are installed at predetermined intervals in a portion of the optical fiber 400 that is wound around the outer periphery of the overpack OP. The detailed configuration of the surface plasmon resonance optical fiber sensor 500 will be described later with reference to FIG. If the diameter of the overpack OP is 1 m, the optical fiber 400 is wound 11 turns in the illustrated example. Therefore, the total length of the optical fiber 400 wound around the overpack OP is about 40 m, and, for example, ten fiber sensors 500 are installed at equal intervals in the portion. In addition, the fiber sensor 500 is installed so that the position of the circumferential direction with respect to the overpack OP may shift | deviate.

ファイバセンサ測定制御器300は、レーザ光発信器310と、チャンネル切替器320と、分光器330とを備えている。ここで、天然バリアNBの内部には、複数個のオーバーパックOPが設置され、それぞれに、光ファイバ400と表面プラズモン共鳴光ファイバセンサ500が設置されるため、チャンネル切替器320は、対象とするオーバーパックOPを切り替えるために用いられる。   The fiber sensor measurement controller 300 includes a laser beam transmitter 310, a channel switch 320, and a spectrometer 330. Here, since a plurality of overpacks OP are installed inside the natural barrier NB, and the optical fiber 400 and the surface plasmon resonance optical fiber sensor 500 are installed in each of them, the channel switch 320 is targeted. Used to switch overpack OP.

人工バリア環境モニタリング装置100から出力されるデータ収集開始信号S1に基づき、データ収集器200は、レーザ光発信器310、チャネル切替器320にデータ収集指令S2を送信する。これに基づき、レーザ光発信器310はレーザ光を発信し、チャネル切替器320を使い、所定のオーバーパックOPに対する光ファイバー400に対して、パルスレーザ光を送る。なお、レーザ光発信器310は、可視光若しくは近赤外光のレーザ光を出力する。   Based on the data collection start signal S1 output from the artificial barrier environment monitoring apparatus 100, the data collector 200 transmits a data collection command S2 to the laser light transmitter 310 and the channel switch 320. Based on this, the laser beam transmitter 310 transmits a laser beam, and uses the channel switch 320 to send a pulsed laser beam to the optical fiber 400 for a predetermined overpack OP. The laser beam transmitter 310 outputs visible light or near-infrared laser light.

オーバーパックOPの表面環境の嫌気性環境でバイオ菌により発生した腐食に対して、表面プラズモン共鳴により波長シフトが発生する。その波長シフトした光は、光ファイバセンサ500により取り込まれ、再びチャネル切替器320を通して分光器330に送り、波長シフトした波長の光強度を求め、データ収集器200にその値を送る。データ収集器200に集められた腐食の情報は、測定時刻とともに、それぞれ人工バリア環境モニタリング装置100に送られる。人工バリア環境モニタリング装置100では収集した情報をリアルタイム表示するとともに、履歴情報表示し、オーバーパックOPの腐食状況を監視する。   A wavelength shift occurs due to surface plasmon resonance with respect to the corrosion generated by the biobacteria in the anaerobic environment of the surface environment of the overpack OP. The wavelength-shifted light is captured by the optical fiber sensor 500, sent again to the spectroscope 330 through the channel switch 320, the light intensity of the wavelength shifted wavelength is obtained, and the value is sent to the data collector 200. The corrosion information collected in the data collector 200 is sent to the artificial barrier environment monitoring apparatus 100 together with the measurement time. The artificial barrier environment monitoring apparatus 100 displays the collected information in real time and also displays history information to monitor the corrosion status of the overpack OP.

次に、図3及び図4を用いて、本実施形態による人工バリア環境モニタリング装置に用いる光ファイバセンサ500の構成について説明する。
図3は、本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置に用いる光ファイバセンサの全体構成を示す正面断面図及び側面断面図である。なお、図3(B)は図3(A)のB−B断面図であり、図3(C)は図3(A)のC−C断面図であり、図3(D)は図3(A)のD−D断面図である。図4は、本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の光ファイバセンサの要部の構成図である。図4(A)は平面図であり、図4(B)は正面断面図であり、図4(C)は側面断面図である。
Next, the configuration of the optical fiber sensor 500 used in the artificial barrier environment monitoring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a front sectional view and a side sectional view showing the overall configuration of the optical fiber sensor used in the artificial barrier environment monitoring apparatus according to the embodiment of the present invention. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3A, FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3A, and FIG. It is DD sectional drawing of (A). FIG. 4 is a configuration diagram of a main part of the optical fiber sensor of the artificial barrier environment monitoring apparatus according to the embodiment of the present invention. 4A is a plan view, FIG. 4B is a front sectional view, and FIG. 4C is a side sectional view.

図3に示すように、光ファイバ400は、コア410と、クラッド420と、被覆(ジャケット)430とから構成されている。   As shown in FIG. 3, the optical fiber 400 includes a core 410, a clad 420, and a coating (jacket) 430.

光ファイバセンサ500は、前述のコア410の外周に密着形成された金属蒸着膜510と、その外周に設置されたセンサ部補強部材520とから構成されている。金属蒸着膜510は、光ファイバのコア410の表面に近接場光を発生させるものであり、金あるいは銀などからなる。発生した近接場光は、金属蒸着膜510の表面にて発生するプラズモン共鳴により増幅してセンサ近傍の環境状況に応じた情報を取り込む。センサ近傍の環境状況に応じた情報は、伝播する光の波長シフト量により判別される。   The optical fiber sensor 500 includes a metal vapor deposition film 510 formed in close contact with the outer periphery of the core 410 and a sensor portion reinforcing member 520 installed on the outer periphery. The metal vapor deposition film 510 generates near-field light on the surface of the core 410 of the optical fiber, and is made of gold or silver. The generated near-field light is amplified by plasmon resonance generated on the surface of the metal vapor-deposited film 510 and takes in information according to the environmental condition in the vicinity of the sensor. Information corresponding to the environmental conditions in the vicinity of the sensor is determined by the wavelength shift amount of the propagating light.

なお、光ファイバ金属腐食検知センサ500は、光ファイバのコア410の部分を直接使用するため、センサ部補強材520は、光ファイバのクラッド420あるいは光ファイバの被覆430などを、図3(B),(C)に示すように、120度間隔で3箇所に挿入している。この形状は補強構造として最適な形状であればよく、図3に示す120度3箇所以外の方法でもよい。   Since the optical fiber metal corrosion detection sensor 500 directly uses the portion of the core 410 of the optical fiber, the sensor reinforcing member 520 includes the optical fiber cladding 420 or the optical fiber coating 430, as shown in FIG. , (C), it is inserted in three places at intervals of 120 degrees. This shape may be any shape that is optimal as a reinforcing structure, and may be a method other than the 120 ° 3 location shown in FIG.

次に、図4を用いて、図3に示した近接場光を発生する金属蒸着膜510の構成について説明する。   Next, the configuration of the metal vapor deposition film 510 that generates the near-field light shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.

金属蒸着膜510は、金あるいは銀の蒸着膜であるが、蒸着膜作成時にその膜に穴512があるように蒸着している。穴512の形状は、図示のように正方形若しくは円形としている。穴512のサイズは、レーザ光発信器310から出力される光(可視光若しくは近赤外光)の波長よりも小さいものである。より好適には、数十nmサイズとしており、数百nmの波長の光を用いる場合、その1/10程度のサイズとしている。また、金属蒸着膜510の厚さも、数十nm程度にする。   The metal vapor-deposited film 510 is a gold or silver vapor-deposited film, but is vapor-deposited so that the film has a hole 512 when the vapor-deposited film is formed. The shape of the hole 512 is square or circular as illustrated. The size of the hole 512 is smaller than the wavelength of light (visible light or near infrared light) output from the laser light transmitter 310. More preferably, the size is several tens of nm. When light having a wavelength of several hundreds of nm is used, the size is about 1/10 of the size. Further, the thickness of the metal vapor deposition film 510 is also set to about several tens of nm.

近接場光発生用金属蒸着膜510は、光ファイバのコア410の表面をカバーしている。光ファイバのコア410の表面で全反射した光の1部は数十nmサイズの穴512から伝播光波長(可視光若しくは近赤外光:数百nm)よりも小さい数十nmの光(近接場光)として光ファイバセンサコア410の表面に染み出し、光ファイバ金属腐食検知センサ500の近傍の環境に応じた近接場光を発生させる。この近接場光を表面プラズモン共鳴で増幅する。増幅エネルギーは、光ファイバのコア410を伝播する光からエネルギーを吸収するため、伝播する光の波長が長波長側にシフトする。このシフト量はバイオ菌発生量に比例する。   The near-field light generating metal deposition film 510 covers the surface of the core 410 of the optical fiber. A part of the light totally reflected on the surface of the core 410 of the optical fiber is light of several tens nm smaller than the propagation wavelength (visible light or near infrared light: several hundreds nm) from the hole 512 having a size of several tens nm (proximity (Field light) oozes out to the surface of the optical fiber sensor core 410 and generates near-field light according to the environment in the vicinity of the optical fiber metal corrosion detection sensor 500. This near-field light is amplified by surface plasmon resonance. Since the amplification energy absorbs energy from the light propagating through the core 410 of the optical fiber, the wavelength of the propagating light is shifted to the long wavelength side. This shift amount is proportional to the amount of bio-bacteria generated.

次に、図5及び図6を用いて、本実施形態による人工バリア環境モニタリング装置に用いる人工バリア環境モニタリング装置100の構成について説明する。
図5は、本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の構成を示すブロック図である。図6は、本発明の一実施形態による人工バリア環境モニタリング装置の要部詳細構成を示すブロック図である。
Next, the configuration of the artificial barrier environment monitoring device 100 used in the artificial barrier environment monitoring device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an artificial barrier environment monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a main part of the artificial barrier environment monitoring apparatus according to the embodiment of the present invention.

図5に示すように、人工バリア環境モニタリング装置100は、収集データ処理器110と、データ収集開始/終了制御器120とを備えている。収集データ処理器110は、腐食判定器111と、データ表示器113と、最新データ受信器115と、測定値保存器117と、過去データ参照器119とを備えている。   As shown in FIG. 5, the artificial barrier environment monitoring apparatus 100 includes a collected data processor 110 and a data collection start / end controller 120. The collected data processor 110 includes a corrosion determination device 111, a data display device 113, a latest data receiver 115, a measured value storage device 117, and a past data reference device 119.

腐食判定器111は、バイオ菌によるオーバーパックの腐食有無を判断する腐食判定ルールを備えている。腐食判定器111には、最新データ受信器115を経由して、図2に示したデータ収集器200から、オーバーパックOPの表面環境の嫌気性環境でバイオ菌により発生した腐食に対して、表面プラズモン共鳴により波長シフトしたシフト量の情報が入力される。   The corrosion determination unit 111 includes a corrosion determination rule for determining whether or not the overpack is corroded by biobacteria. The corrosion determiner 111 receives the surface from the data collector 200 shown in FIG. 2 via the latest data receiver 115 against the corrosion generated by the biobacteria in the anaerobic environment of the overpack OP surface environment. Information on the shift amount shifted in wavelength by plasmon resonance is input.

また、バイオ量をモニタリングするため、収集データ処理器110の最新データ受信器115および測定値保存器117にバイオ菌量測定値115Aを、過去データ参照器119にバイオ菌量参照値119Aをそれぞれ格納している。   Further, in order to monitor the amount of bio, the latest data receiver 115 and the measured value storage 117 of the collected data processor 110 store the bio-bacteria amount measurement value 115A, and the past data reference unit 119 stores the bio-bacterial amount reference value 119A. doing.

腐食判定器111は、判別器111Aと、判別器111Bと、判別器111Cと、判別器111Dとを備えている。   The corrosion determiner 111 includes a determiner 111A, a determiner 111B, a determiner 111C, and a determiner 111D.

判別器111Aは、バイオ菌の初期値と現在値の差がバイオ菌による腐食影響があると判断できる参照値を越えているかどうかを判別するものである。   The discriminator 111A discriminates whether or not the difference between the initial value and the current value of the biobacteria exceeds a reference value that can be determined to have a corrosive effect due to the biobacteria.

ここで、図6を用いて、判別器111Aの構成について説明する。大小判定器111A2は、バイオ菌量の初期値119Bと図5に示した現在値115Aの差が、図5に示した参照値119Aより大きいかどうかを判別する。バイオ菌量の初期値119Bと現在値115Aの差が、腐食発生の可能性のある参照値119Aよりも大きい場合((現在のバイオ菌量測定値−初期のバイオ菌量測定値)>参照値の場合)、腐食発生に対するバイオ菌量に有意な変化があったと大小判定器111A2が判断し、条件成立情報を、図5の判別器111B及び条件判別器111Cに送る。   Here, the configuration of the discriminator 111A will be described with reference to FIG. The size determination device 111A2 determines whether or not the difference between the initial value 119B of the bio-bacteria amount and the current value 115A shown in FIG. 5 is larger than the reference value 119A shown in FIG. When the difference between the initial value 119B of the bio-bacteria amount and the current value 115A is larger than the reference value 119A that may cause corrosion ((current bio-bacteria measurement value-initial bio-bacteria-quantity measurement value)> reference value ), The size determination unit 111A2 determines that there is a significant change in the amount of bio-bacteria with respect to the occurrence of corrosion, and sends condition establishment information to the determination unit 111B and the condition determination unit 111C in FIG.

図5において、判別器111Bは、参照値119Aからの逸脱が規定された期間継続しているかどうかを判別する。そして、判別器111Cは、判別器111A,111Bの両方が同時に成立するかどうかを判別し、両方が同時に成立するときは、判別器111Dはバイオ菌による腐食があると判定する。   In FIG. 5, the discriminator 111B discriminates whether or not the deviation from the reference value 119A continues for a prescribed period. The discriminator 111C discriminates whether or not both of the discriminators 111A and 111B are established at the same time, and when both are established at the same time, the discriminator 111D determines that there is corrosion due to the biobacteria.

判定結果は、データ表示器113のグラフ表示部113A,数値表示部113B,腐食評価表示部113Cに表示される。   The determination result is displayed on the graph display portion 113A, the numerical value display portion 113B, and the corrosion evaluation display portion 113C of the data display 113.

以上説明したように、光ファイバ金属腐食検知センサを用いることで、地下数百メートルに埋設した高レベル放射性廃棄物の人工バリア環境モニタリングが可能になり、高レベル放射性廃棄物が外に漏れないようにしているオーバーパックの金属腐食装置として利用できる。
As explained above, the use of a fiber optic metal corrosion detection sensor makes it possible to monitor the artificial barrier environment of high-level radioactive waste buried in several hundred meters underground so that high-level radioactive waste does not leak outside. It can be used as an overpack metal corrosion device.

100…人工バリア環境モニタリング装置
110…収集データ処理器
111…腐食判定器
113…データ表示器
115…最新データ受信器
117…測定値保存器
119…過去データ参照器
111A,111B,111C,111D…判別器
119A…腐食発生可能バイオ菌量の参照値、
120…データ収集開始/終了制御器
200…データ収集器
300…ファイバセンサ測定制御器
400…光ファイバ
410…コア
420…クラッド
430…被覆(ジャケット)
500…光ファイバ金属腐食検知センサ
510…金属蒸着膜
512…穴
520…センサ部補強材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Artificial barrier environment monitoring apparatus 110 ... Collected data processor 111 ... Corrosion judgment device 113 ... Data display device 115 ... Latest data receiver 117 ... Measurement value storage device 119 ... Past data reference device 111A, 111B, 111C, 111D ... Discrimination 119A ... reference value for the amount of bio-bacteria that can cause corrosion,
120 ... Data collection start / end controller 200 ... Data collector 300 ... Fiber sensor measurement controller 400 ... Optical fiber 410 ... Core 420 ... Cladding 430 ... Cover (jacket)
500 ... Optical fiber metal corrosion detection sensor 510 ... Metal deposition film 512 ... Hole 520 ... Sensor part reinforcement

Claims (4)

放射性廃棄物を封入したオーバーパックの腐食有無を判定する人工バリア環境モニタリング装置であって、
前記オーバーパックの周囲に設置され、バイオ菌を測定する光ファイバ金属腐食検知センサと、
該光ファイバ金属腐食検知センサからの検出値である近接場光を表面プラズモン共鳴させバイオ菌量に比例した伝播光波長の長波長側へのシフト量を求めるファイバセンサ測定制御器と、
該ファイバセンサ測定制御器により求められた伝播光波長の長波長側へのシフト量から算出したバイオ菌量を予め定めた値と比較することによって前記オーバーパックの腐食の有無を判定する腐食判定手段を備え、
複数の前記光ファイバ金属腐食検知センサが設けられた光ファイバは、前記オーバーパックの外周に巻回され、
前記複数の光ファイバ金属腐食検知センサは、等間隔で設置され、
前記複数の光ファイバ金属腐食検知センサは、前記オーバーパックに対する周方向に位置がずれるように設置されることを特徴とする人工バリア環境モニタリング装置。
An artificial barrier environment monitoring device that determines the presence or absence of corrosion of an overpack enclosing radioactive waste,
An optical fiber metal corrosion detection sensor that is installed around the overpack and measures biobacteria,
A fiber sensor measurement controller that obtains a shift amount to the long wavelength side of the propagation light wavelength proportional to the amount of biobacteria by surface plasmon resonance of the near-field light that is a detection value from the optical fiber metal corrosion detection sensor;
Corrosion determination means for determining the presence or absence of corrosion of the overpack by comparing the amount of bio-bacteria calculated from the shift amount of the propagation light wavelength obtained by the fiber sensor measurement controller toward the longer wavelength side with a predetermined value. Bei to give a,
An optical fiber provided with a plurality of optical fiber metal corrosion detection sensors is wound around the outer periphery of the overpack,
The plurality of optical fiber metal corrosion detection sensors are installed at equal intervals,
It said plurality of optical fiber metal corrosion detection sensor, EBS environmental monitoring device according to claim installed Rukoto so positioned in circumferential direction with respect to the overpack is shifted.
請求項1記載の人工バリア環境モニタリング装置において、
前記光ファイバ金属腐食検知センサは、光ファイバのコアの外周に設けられ、光ファイバに出力された光の波長よりも小さい穴を有する金属蒸着膜を備えることを特徴とする人工バリア環境モニタリング装置。
The artificial barrier environment monitoring device according to claim 1,
The optical fiber metal corrosion detection sensor is provided on the outer periphery of the core of the optical fiber, and includes a metal vapor deposition film having a hole smaller than the wavelength of the light output to the optical fiber.
請求項2記載の人工バリア環境モニタリング装置において、In the artificial barrier environment monitoring device according to claim 2,
前記光ファイバ金属腐食検知センサは、前記金属蒸着膜の外周に設置されたセンサ部補強部材を備えることを特徴とする人工バリア環境モニタリング装置。The optical fiber metal corrosion detection sensor includes a sensor part reinforcing member installed on an outer periphery of the metal vapor deposition film.
請求項2記載の人工バリア環境モニタリング装置において、In the artificial barrier environment monitoring device according to claim 2,
前記光ファイバ金属腐食検知センサの前記金属蒸着膜に設けられた穴は、前記光ファイバ金属腐食検知センサの周方向及び軸方向に等間隔に設けられていることを特徴とする人工バリア環境モニタリング装置。The artificial barrier environment monitoring device, wherein the holes provided in the metal vapor deposition film of the optical fiber metal corrosion detection sensor are provided at equal intervals in the circumferential direction and the axial direction of the optical fiber metal corrosion detection sensor. .
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