DE4204294A1

DE4204294A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von luecken zwischen benachbarten brennstoffstaeben einer brennstoffkassette

Info

Publication number: DE4204294A1
Application number: DE4204294A
Authority: DE
Inventors: Masaru Ukai; Hideaki Okami; Kozo Sato; Kazuya Okamoto
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1992-08-20
Anticipated expiration: 2012-02-14
Also published as: DE4204294B4; US5282229A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Lücken zwischen benachbarten Brennstoffstä ben, die in einer Brennstoffkassette angeordnet sind, sowie zum Messen einer Lücke zwischen einem Brennstoffstab und einem diesem benachbarten Wasserstab. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem eine Fluidverteilung, z. B. die Verteilung eines Kühlwassers oder eines speziellen Gases, innerhalb kurzer Zeit aus ei nem Schichtbild der Brennstoffkassette gewonnen werden kann, wobei von der Kernspin- oder magnetischen Resonanz Gebrauch gemacht wird, um die Lücke zwischen den benachbar ten Brennstäben in Form eines Bildes auszumessen. Die er wähnten Lücken werden hier als Lücken zwischen den Brenn stoffstäben bezeichnet, soweit eine nähere Unterscheidung nicht erforderlich ist.

Für gewöhnlich besitzt ein Kernreaktor einen Reaktorkern, in den mehrere Brennstoffkassetten geladen werden. Ein ty pisches Beispiel für eine solche Brennstoffkassette ist in Fig. 33 gezeigt, in der eine in einen Reaktor eines Sie dewasser-Kernreaktors zu ladene Brennstoffkassette darge stellt ist.

Nach Fig. 33 enthält eine Brennstoffkassette 1 einen qua dratisch-zylindrischen Kanalkasten 2, in welchem mehrere Brennstäbe 3 und mindestens ein Wasserstab in Form eines Gitters im Querschnitt durch Abstandshalter 4 in Abständen voneinander gelagert sind. Jeweils die oberen und die unte ren Endabschnitte sämtlicher Brennstäbe 3 werden im zusam mengesetzten Zustand von einer oberen bzw. einer unteren Verbindungsplatte 5 und 6 festgehalten. Die Lücken oder Spalten zwischen den benachbarten Brennstoffstäben 3 und zwischen Brennstoffstäben 3 und einem diesen benachbarten Wasserstab werden durch die Abstandshalter 4 geschaffen, wobei bei einer Brennstoffkassette 1, in der die Brenn stoffstäbe 3 in einem Gitter aus acht Reihen und acht Spal ten angeordnet sind, jede Lücke klein ist, beispielsweise nur 4 mm.

Die Schaffung von Lücken zwischen den Brennstoffstäben 3 ist von Bedeutung im Hinblick auf die Wärmeübertragung von den Oberflächen der Brennstoffstäbe zu einem Kühlmittel. Ist die Lücke kleiner als ein vorbestimmter Wert, so geht dieses Wärmeübertragungsphänomen von einem Blasensieden mit guter Wärmeübertragung über zu einem Filmsieden, welches durch schlechte Wärmeübertragung gekennzeichnet ist. Dies kann zu einer übermäßig starken Oberflächentemperatur-Erhö hung einer Brennstoffstab-Ummantelung führen. Aus diesem Grund werden die Lücken zwischen den Brennstoffstäben in der Brennstoffkassette inspiziert, um sicherzugehen, daß die richtige Lückengröße vorhanden ist. Eine solche Inspek tion erfolgt periodisch nach etwa einem Jahr Betriebsdauer der Kernkraftanlage und/oder bei dem Zusammenbau der Brenn stoffkassette.

Im allgemeinen wird eine Kernkraftanlage nach einem Jahr Betriebsdauer etwa alle drei Monate periodisch inspiziert. Bei einer solchen periodischen Inspektion werden die ein zelnen Ausrüstungsteile geprüft, und Kernbrennstoff wird durch neuen Kernbrennstoff ersetzt. Bei einem Siedewasser reaktor beispielsweise, der 764 Brennstoffkassetten bein haltet und eine Ausgangsleistung von etwa 1,1 Millionen Ki lowatt liefert, wird etwa 1/4 der Brennstoffkassetten durch neue Kassetten ersetzt, während die übrigen 3/4 wei terverwendet werden. Die auszutauschenden Brennstoffkasset ten werden hier auch als verbrauchter Brennstoff bezeich net, während die übrigen Brennstoffkassetten, die nicht ausgetauscht werden, als rückgeladener Brennstoff bezeich net werden.

Bei einer Stichprobenprüfung wird eine vorbestimmte Anzahl von verbrauchten Brennstoffen und rückgeladenen Brennstof fen abhängig von dem jeweiligen Auslegungstyp der Brenn stoffkassetten herausgegriffen. Die Stichprobenüberprüfung umfaßt eine Überprüfung des äußeren Erscheinungsbilds der Brennstoffkassetten sowie eine Überprüfung einer Lücke zwi schen benachbarten Brennstoffstäben. Das Lückenmeßverfahren bei einer solchen Stichprobenüberprüfung soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 34 erläutert werden.

Fig. 34 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Brennstoffkassette 1 entlang der Linie XXXIV-XXXIV in Fig. 33. Die Brennstoffkassette enthält 62 Brennstoffstäbe 3 und zwei Wasserstäbe 7 die in der Kassette zentral angeordnet sind, so daß ein Gitter aus 8 Reihen und 8 Spalten gebildet ist.

Im Stand der Technik wird ein Verfahren zum Messen einer Lücke zwischen den benachbarten Brennstäben so durchge führt, daß auf einer Seite A beispielsweise eine Licht quelle positioniert und das durch die Lücken zwischen den Brennstoffstäben 3 hindurchgetretene Licht auf einer Seite C, die der Seite A gegenüberliegt, mit Hilfe beispielsweise einer Unterwasserkamera beobachtet wird, wie dies in Fig. 34 angedeutet ist. Außerdem wird von einer auf der Seite B angeordneten Lichtquelle kommendes Licht, welches durch die Lücken zwischen den Brennstoffstäben 3 hindurchläuft, auf einer der Seite B entgegengesetzten Seite D ebenfalls mit einer Unterwasserkamera erfaßt. Dieses Licht stellt eine Projektion in Richtungen dar, die sich rechtwinklig kreu zen. Ein solches Verfahren zum Beobachten der Lücken zwi schen Brennstoffstäben soll hier als Lichtprojektionsver fahren bezeichnet werden.

Wird anhand des Lichtprojektionsverfahrens beobachtet, daß die Lücken zwischen den Kernbrennstäben ziemlich schmal sind, so wird eine Fühllehre einer Plattenschablone mit be kannter Dicke in die Lücke eingeführt, um deren Zustand zu ermitteln. Dieses Verfahren wird als Fühllehrenverfahren bezeichnet.

Zur Zeit wird ein hohes Maß an Abbrand für die Brennstoff kassetten gefordert, um die Brennstoffausnutzung zu verbes sern und mithin einen neuen Typ Brennstoff zu entwickeln. Um ein hohes Maß an Abbrand zu erreichen, ist es erforder lich, Daten über die Neutronenstrahlung in der Brennstoff kassette zu sammeln und diese Daten in die Auslegung der Brennstoffkassette einfließen zu lassen. Obschon die Daten solche Probendaten umfassen sollten, die die Lücke zwischen den Brennstoffstäben der Brennstoffkassette betreffen, so ist dazu das oben erwähnte Lichtprojektionsverfahren sowie das Fühllehrenverfahren nicht ausreichend. Genauer gesagt, werden bei diesem Verfahren viele Fühllehren benötigt, um eine ausreichende Genauigkeit der Messung der Lückendaten zu erhalten. Wenn z. B. eine Genauigkeit in der Größenord nung von 0,05 mm gefordert wird, werden 50 Plattenschablo nen benötigt. Im Fall der Messung der verbrauchten Brenn stoffkassette ist eine Fernsteuerung aus einem Abstand von etwa 5 m im eingetauchten Zustand der zu prüfenden Anord nung erforderlich, da die Brennstoffkassette eine Quelle starker Strahlung ist. Aus diesem sowie aus anderen Gründen muß auch dann, wenn die geforderte Anzahl von Fühllehren bereitgestellt werden kann, viel Aufmerksamkeit auf den Einführungswinkel der Lehren in die Lücken zwischen den Brennstoffstäben und auch auf die Einführkraft verwendet werden, um den Vorgang mit hoher Genauigkeit durchführen zu können. Damit ist diese Vorgehensweise unbequem und mit Schwierigkeiten verbunden.

Bei einem anderen, für die Zukunft vorgesehenen Kernreaktor hat eine Brennstoffkassette zu Erzielung eines hohen Ab brand-Maßes die in Fig. 35 schematisch dargestellte Form. Die in Fig. 35 dargestellte Brennstoffkassette 1a ist im Querschnitt gitterförmig und umfaßt 8 Reihen und 8 Spalten einschließlich eines Wasserstabs, der zentrisch in der An ordnung der Brennstoffkassette 1a positioniert ist. Der Wasserstab 7a belegt einen Platz, welcher dem Platz von 4 Brennstoffstäben 3a entspricht, so daß man den Wasserstab auch als Großdurchmesser-Wasserstab 7a bezeichnet. Dieser Querschnitt entspricht dem auch in Fig. 34 dargestellten Schnitt.

Wenn man die Lücken zwischen den Brennstoffstäben 3a der Brennstoffkassette 1a in Fig. 34 betrachten will, so lassen sich drei der Lücken im Mittelbereich nicht nach dem her kömmlichen Lichtprojektionsverfahren betrachten, weil da zwischen nämlich der Großdurchmesser-Wasserstab 7a liegt. Wenn weiterhin die Fühllehren in die Lücken eingeschoben werden, so kann man die Lücken G zwischen den Brennstoff stäben 3a und dem zentral angeordneten großen Wasserstab 7a nur schwierig genau messen. Die Messung der Lücken dieser Brennstoffkassette 1a benötigt bei Anwendung des herkömmli chen Verfahrens viel Zeit und Arbeit.

Um die dem oben geschilderten Stand der Technik anhaftenden Probleme zu beseitigen, wurde ein Verfahren untersucht und vorgeschlagen, bei dem radiale Positionen der Brennstoff stäbe und Wasserstäbe unter Verwendung einer Hochenergie- Röntgenröhre oder einer Hochenergie-Gammaröhre, mit denen ein Schichtbild eines Objekts erzeugbar ist, gemessen wur den. Dieses Verfahren bringt jedoch das Problem mit sich, daß wegen der Quelle hoher Strahlung der verbrauchten Brennstoffkassette eine Kurzzeitbestrahlung erfolgt, was bei Ausnutzung der Strahlung und Lage von Urandioxid (UO₂) mit hohem Abschirmungsverhältnis insofern ungünstig ist, als man kein signifikantes S/N-(Signal/Stör)-Verhältnis in nerhalb kurzer Meßzeit erhält. Um ein genaues Meßergebnis zu erzielen, müßte also eine lange Meßzeit vorgesehen wer den, dies ist jedoch nicht praktikabel. Im Fall einer Hoch energie-Gammastrahlenröhre ist auch deren Handabung proble matisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die oben aufge zeigten Nachteile des Standes der Technik weitgehend zu be seitigen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Lücke zwischen benachbarten Brennstoffstäben oder zwischen einen Brennstoffstab und einem Wasserstab in einer Brennstoffkassette anzugeben, bei dem innerhalb kurzer Zeitspanne ungeachtet der radialen Querschnittsform der Brennstoffkassette die Lücke genau gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Die Erfindung nutzt die Kernspin- oder magnetische Resonanz aus. Die Erfindung schafft ein Verfah ren und eine Vorrichtung zum Messen der Lücke zwischen Brennstoffstäben. In bevorzugten Ausführungsformen der Vor richtung enthält diese einen zylindrischen Magnet mit einer Spule in Form eines Solenoids zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds, außerdem eine Kabeleinrichtung mit einem Kabel zum Aktivieren des Magnets, einem Kabel zum Aktivieren ei ner Magnetfeld-Justierspulenanordnung, einem Kabel zum Ak tivieren der Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung und einem Kabel zum Aktivieren der Hochfrequenz-Spulenanordnung. Die Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung befindet sich im Inne ren des zylindrischen Magneten und erzeugt ein Gradienten magnetfeld mit Primärgradienten in drei einander unter rechtem Winkel kreuzenden Richtungen. Die Spulenanordnung zum Erzeugen der Hochfrequenz umfaßt eine sattelförmige Spulenanordnung zum Aufbringen einer impulsförmigen Hoch frequenz, mit der Wasserstoff-Atomkerne in magnetische Re sonanz innerhalb des statischen Magnetfelds gebracht wer den, und zwar in einer zu dem statischen Magnetfeld senk rechten Richtung, und mit der ein magnetisches Resonanzsi gnal erfaßt wird.

Die Meßvorrichtung kann sich zusammensetzen aus einem Ma gneten zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes, einer Spulenanordnung im Inneren des Magneten zum Erzeugen des Gradientenmagnetfelds, und einer Spulenanordnung zum Erzeu gen der Hochfrequenz und zum Empfangen eines Kernspin-Reso nanz-Signals, wobei der Magnet das statische Magnetfeld in einer Richtung erzeugt, die etwa senkrecht auf einer axia len Richtung der in dem Behälter angeordneten Brennstoff kassette steht. Die Gradientenmagnetfelder-Spulenanordnung erzeugt Gradientenmagnetfelder in zwei sich rechtwinklig schneidenen Richtungen innerhalb einer Ebene, die die axiale Richtung der Brennstoffkassette etwa senkrecht kreuzt. Die Hochfrequenz-Spulenanordnung erzeugt ein magne tischen Hochfrequenzfeld in einer zu der axialen Richtung der Brennstoffkassette im wesentlichen parallelen Richtung. Bei dem Magneten handelt es sich um einen Permanentmagneten mit etwa C-förmigen Aufbau. Er setzt sich zusammen aus ei nem Paar von Magnetteilen, die sich mit Stirnseiten gegen überliegen, und einem ferromagnetischen Körper, welcher die Magnetteile zu einem einstückigen Bauteil verbindet, wobei in den sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Magnetteile Löcher angeordnet sind.

Bei beiden oben angesprochenen Aspekten der Erfindung han delt es sich bei dem Fluid um Kühlwasser, welches den Be hälter ausfüllt, oder um ein den Behälter füllendes Gas wie z. B. CF₄-Gas.

Gemäß den oben angegebenen Besonderheiten der vorliegenden Erfindung wird die Lücke zwischen benachbarten Brennstoff stäben oder zwischen einem Brennstoffstab und dem dazu be nachbarten Wasserstab der Brennstoffkassette dadurch gemes sen, daß man die Kernspin- oder magnetische Resonanz aus nutzt. Dies beruht auf dem Umstand, daß die Brennstoffkas sette üblicherweise in der Fluidatmoshpäre, also beispiels weise Kühlwasser oder Gas, gehandhabt wird. Die Verteilung des Kühlwassers oder Kühlgases innerhalb der Brennstoffkas sette in dem Fluid wird gemessen. Damit läßt sich die Lücke exakt und sicher messen.

Bei einem solchen Lückenmeßverfahren macht die Meßvorrich tung von der Kernspin-Resonanz Gebrauch, die von dem Magne ten zum Erzeugen des statischen Magnetfeldes, der Spulenan ordnung für die Gradientenmagnetfelder und die Spulenanord nung für die Hochfrequenzimpulse erzeugt wird. Die Lücke wird als Bild des die Lücken ausfüllenden Fluids gemessen.

In der bevorzugten Ausführungsform wird das Lückenmeßver fahren im Hinblick auf die Vernachlässigung der Erzeugung der dielektrischen Kopplung zwischen der leitenden Schleife durchgeführt, die durch den Brennstoffstab und die Ab standshalter der Brennstoffkassette und die Hochfrequenz- Spulenanordnung verursacht wird. Bei dieser Ausführungsform kann eine genauere Meßleistung erzielt werden.

Im folgendem werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung ei ner ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lückenmeßvorrichtung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines für die vorliegende Erfin dung verwendeten Kernspin-Resonanz-Abbildungssy stems,

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht eines zylindrischen Magneten zum Erzeugen eines stati schen Magnetfeldes als Bestandteil der Lücken meßvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 eine Ansicht einer Spulenanordnung zum Erzeugen ei nes statischen Magnetfeldes, wie sie in dem Magne ten nach Fig. 3 enthalten ist,

Fig. 5 ein weiteres Beispiel des in Fig. 3 dargestellten Magneten,

Fig. 6 eine Längsschnittansicht des Magneten, der eine An ordnung aus einer Trimmspule, einer Gradientenma gnetfeld-Spule und einer Hochfrequenz-Spule,

Fig. 7 eine Ansicht eines Beispiels der Hochfrequenz- Spule,

Fig. 8 eine Veranschaulichung eines Phantoms zum Erläutern der Einstellung der Hochfrequenz-Spule,

Fig. 9 ein Impulsdiagramm zum Veranschaulichen der Impuls folge zum Ermitteln von Daten,

Fig. 10 ein Beispiel für ein durch Anlegen eines linear po larisierten Feldes erhaltenen Bildes,

Fig. 11 eine Darstellung eines Beispiels einer Hochfre quenz-Spule zum Erzeugen eines kreisförmig polari sierten Feldes,

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer Duplexereinheit, die an die Hochfrequenz-Spule zum Erzeugen des kreisförmig po larisierten Feldes angeschlossen ist,

Fig. 13 ein Beispiel für ein Bild, welches man durch Anle gen des kreisförmig polarisierten Feldes erhält.

Fig. 14 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, in der eine modi fizierte Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist,

Fig. 15 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, jedoch bezogen auf die modifizierte Ausführungsform nach Fig. 14,

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines C-förmigen Per manentmagneten zum Erzeugen eines statischen Ma gnetfeldes in der Lückenmeßvorrichtung nach Fig. 14,

Fig. 17 eine Ansicht einer Anordnung aus einer Spule zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfeldes,

Fig. 18 eine Ansicht einer Solenoid-Spulenanordnung zum Er zeugen eines Hochfrequenzfeldes,

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines Teils der in der Lückenmeßvorrichtung befindlichen Brennstoffkas sette,

Fig. 20 ein Impulsdiagramm, ähnlich dem in Fig. 9, für die modifizierte Ausführungsform,

Fig. 21 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 16, jedoch eines an deren Beispiels des Magneten,

Fig. 22 eine perspektivische Ansicht einer Helmholtz-Magne tanordnung als weiteres Beispiel für den Magneten,

Fig. 23 eine Ansicht eines weiteren Beispiels der Spule zum Erzeugen des Gradientenmagnetfelds,

Fig. 24 eine Ansicht eines weiteren Beispiels der Spule zum Erzeugen des Gradientenmagnetfelds,

Fig. 25 eine schematische, perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lückenmeßvorrichtung,

Fig. 26 ein Blockdiagramm, ähnlich dem in Fig. 2 darge stellten Diagramm, für eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 27 eine schematische, perspektivische Ansicht, ähnlich der Ansicht nach Fig. 3, einer zweiten Ausführungs form,

Fig. 28 ein weiteres Beispiel für den in Fig. 27 gezeigten Magneten,

Fig. 29 eine Ansicht eines Beispiels für die Hochfrequenz- Spule, ähnlich der Darstellung nach Fig. 7,

Fig. 30 ein Impulsdiagramm zum Veranschaulichen der Impuls folge zum Erhalten von Daten, ähnlich der Darstel lung nach Fig. 9,

Fig. 31 ein Beispiel für ein Bild, welches durch Anlegen eines linear polarisierten Feldes erhalten wird,

Fig. 32 eine Darstellung eines Beispiels für eine Hochfre quenz-Spule zum Erzeugen eines kreisförmig polari sierten Feldes, ähnlich Fig. 11,

Fig. 33 eine Schnittansicht einer gewöhnlichen Brennstoff kassette, die mittels eines erfindungsgemäßen Lüc kenmeßverfahren ausgemessen wird,

Fig. 34 eine Schnittansicht entlang der Linie XXXIV-XXXIV nach Fig. 33, wobei ein Beispiel für die Anordnung von Brennstoffstäben und Wasserstäben der Brenn stoffkassette dargestellt ist, und

Fig. 35 ebenfalls eine Schnittansicht entlang der gleichen Linie, an der auch die Darstellung nach Fig. 34 ge schnitten wurde, jedoch hier für eine andere Anord nung.

Zunächst soll anhand der Fig. 1 bis 13 eine erste Ausfüh rungsform der Erfindung beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung einer Lückenmeßvor richtung zum Messen einer Lücke zwischen benachbarten Brennstoffstäben in einer Brennstoffkassette gemäß der Er findung. Die Lückenmeßvorrichtung verwendet das Phänomen der Kernspin- oder magnetischen Resonanz eines MR-Abbil dungssystems 10, im folgendem als MRI-System 10 bezeichnet, mit dessen Hilfe Lücken zwischen Brennstoffstäben 3 oder 3a oder zwischen einem Brennstoffstab und einem Wasserstab 7 oder 7a gemessen werden, wie dies anhand der Fig. 34 und 35 bereits erläutert wurde.

Die Brennstoffkassette(n) 1 bzw. 1a wird (werden) in einem Brennstoffgestell 12 untergebracht, welches sich in einem Brennstoffspeicherbad 11, z. B. einem Speicherbad für ge brauchten Brennstoff, befindet. In das Brennstoffspeicher bad 11 ist ein Kühlwasser 13 als Gegenmaßnahme gegen die Radioaktivität eingefüllt. Die Brennstoffkassette 1 wird mit Hilfe eines Krans 14 in das Kühlwasser 13 transpor tiert, wobei der Kran zweckmäßigerweise gemäß Fig. 1 ober halb des Bads 11 angeordnet ist. Eine dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung entsprechende Lüc kenmeßvorrichtung enthält ein Lückenmeßgerät 15, dessen Funktion auf den Phänomen der Kernspin- oder magnetischen Resonanz des MRI-Systems 10 beruht und in dem Brennstoff speicherbad 11 angeordnet ist. Eine Inspektion der ver brauchten Brennstoffkassette erfolgt üblicherweise einmal pro Jahr. Das Meßgerät 15 wird während der Inspektion in das Bad 11 eingetaucht. Die zu überprüfende verbrauchte Brennstoffkassette 1 wird ihres kanalförmigen Kastens 2 entkleidet und mit Hilfe des Krans 14 zu einem Mittelbe reich, d. h. einem Meßbereich für das Meßgerät 15 des Bads 11 transportiert.

Das MRI-System 10 besitzt eine Steuertafel 16 zum Steuern der Stärke der jeweiligen Magnetfelder des Meßgeräts 15, und ein Datenverarbeitungssystem 17 als Mittel zum Bearbei ten von Daten in Abhängigkeit eines MR-Signals, das von dem Meßgerät 15 gemessen und eingegeben wird.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, setzt sich die Meßvorrichtung 15 des MRI-Systems 10 zusammen aus einem zylindrischen Magne ten 20, der ein statisches Magnetfeld erzeugt, einer Gradi entenmagnetfeld-Spulenanordnung 21 im Inneren des Magneten 20 zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfeldes mit Primär gradienten in drei aufeinander senkrecht stehenden Richtun gen, und eine Hochfrequenz- oder HF-Spulenanordnung 22 zum Abstrahlen eines Hochfrequenz-Magnetfeldes auf die Brenn stoffkassette 1 als abzubildendes Objekt, sowie zum Empfan gen des MR-Signals von dem Objekt.

Der Magnet 20 wird von einer Leistungsquelle 23 erregt, die in der Steuertafel 16 vorgesehen ist. Die Gradientenmagnet feld-Spulenanordnung 21 umfaßt drei Spulen zum Erzeugen ei nes Gradientenmagnetfelds (Gx) für die Vorbereitung, eines Gradientenmagnetfeldes (Gy) für die Kodierung und eines Gradientenmagnetfeldes (Gz) für die Schichtauswahl. Diese Gradientenmagnetfelder Gx, Gy und Gz sind zueinander in Richtung des statischen Magnetfeldes parallel und besitzen Primärgradienten in drei zueinander senkrechten Richtungen. Diese Magnetfelder werden von elektrischer Leistung er zeugt, die von einer Gradientenfeld-Treiberquelle 24 gelie fert wird. Die Leistungsquelle 24 wird ihrerseits von einer Ablaufsteuerung 25 gesteuert, die in dem Datenverar beitungssystem 17 enthalten ist. Die Hochfrequenzleistung wird von einer durch die Ablaufsteuerung 25 gesteuerten Signalgeneratoreinheit 26 über eine Duplexereinheit 27 an die Hochfrequenz-Spulenanordnung 22 gegeben.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Meßgerät 15 des MRI-Systems 10 in das in dem Brennstoffspeicherbad 11 enthaltene Kühlwasser 13 getaucht und dort an einer ge wünschten Stelle positioniert. Anschließend wird der Ka nalkasten 2 von der Brennstoffkassette 1 entfernt, und die Kassette wird ohne den Kanalkasten mit Hilfe des Krans 14 innerhalb des Bads 11 zu einem Führungsbereich 50 (s. Fig. 6) des Meßgeräts 15 transportiert. Die Brennstoffkassette 1 wird als zu prüfender Gegenstand bewegt und dann in einen Abbildungsbereich des Meßgeräts 15 gestellt. Der zylin drische Magnet 20 des Meßgeräts 15 besitzt einen Innenraum, der sich zur Unterbringung mindestens einer Brennstoffkas sette 1 eignet. Unter den derart voreingestellten Bedingun gen wird das MRI-System 10 aktiviert, so daß der Magnet 20, die Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung 21 und die Hoch frequenz-Spulenanordnung 22 des Meßgeräts 15 erregt werden. Die Hochfrequenz-Spulenanordnung 22 empfängt von der Brenn stoffkassette 1 als abzubildendem Objekt durch Bestrahlung mit dem Hochfrequenz-Magnetfeld das MR-Signal.

Das MR-Signal wird von einer Signalempfangseinheit 28 über die Duplexereinheit 27 empfangen. In der Signalempfangsein heit wird das Signal verstärkt, demoduliert und dann zu ei ner Datensammeleinheit 29 des Datenverarbeitungssystems 17 übertragen. Das in die Datensammeleinheit 29 eingegebene MR-Signal wird einer Analog-Digital-Umsetzung (AD-Wandlung) unterzogen und einem elektronischen Rechner 30 zugeführt, in dem die Signale beispielsweise mittels Fouriertransfor mation verarbeitet werden. Das so erhaltene Bild wird auf einer Bildanzeigeeinheit 31 angezeigt, so daß das MR-Bild eine Kühlwasserverteilung in einem radialen Querschnitt der Brennstoffkassette 1 darstellt, wobei die Lücke zwischen benachbarten Brennstoffstäben sowie der Lücke zwischen dem Brennstoffstab und dem benachbarten Wasserstab in der Brennstoffkassette 1 exakt auf der Grundlage des so durch Ausnutzung des Phänomens der Kernspin-Resonanz erhaltenen MR-Bildes ausgemessen werden kann.

Die Daten des MR-Signals von der Hochfrequenz-Spulenanord nung 22, die in dem Rechner 30 z. B. einer Fouriertransfor mation unterzogen wurden, werden anschließend auf der Bild anzeige 31 dargestellt. Die Ablaufsteuerung 25 steuert die Leistungsquelle 24, die Signalgeneratoreinheit 26 der Steu ertafel 16, die Datensammeleinheit 29 und das Datenverar beitungssystem 17 in Abhängigkeit der von dem Rechner 30 kommenden Signale, und der Rechner 30 wird seinerseits über eine Konsole 32 gesteuert, die für das Datenverarbeitungs system 17 vorhanden ist.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Anpassung eines normal leitenden (widerstandsleitend) Magneten 20a zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes für das Meßgerät 15 des MRI- Systems 10. Der Magnet 20a enthält eine Magnetspule 35, die gemäß Fig. 4 wie ein Solenoid gewickelt ist, um ein stati sches Magnetfeld in Z-Richtung zu erzeugen. Eine Kabelan ordnung 36 zum Erregen des Magneten 20a, eine Kabelan ordnung 37 zum Speisen elektrischen Stroms in eine Trimm spule zum Justieren des magnetischen Feldes, eine Kabelan ordnung 38 zum Aktivieren der Gradientenmagnetfeld-Spule und eine Kabelanordnung 39 zum Übertragen bzw. Empfangen von Signalen von der Hochfrequenz-Spule sind elektrisch mit Stromquellen 27, 24 bzw. 26 verbunden, die außerhalb des Brennstoffspeicherbads 11 angeordnet sind. Wenn die Brenn stoffkassette 1 inspiziert werden soll, wird das Meßgerät 15 in das Bad 11 eingetaucht, und über die entsprechenden Kabelanordnungen wird elektrische Leistung eingespeist. Bei dem normal leitenden Magneten 20a wirft die durch das Lei ten starker Ströme erzeugte Wärme üblicherweise ein Problem auf, jedoch wird bei dem Meßgerät 15 dieser Ausführungsform der Magnet, welcher das statische Magnetfeld erzeugt, durch das in dem Bad 11 enthaltene Kühlwasser gekühlt, so daß das Problem der Wärmeentwicklung gelöst ist.

Fig. 5 zeigt eine modifizierte Ausgestaltung des in Fig. 3 dargestellten Meßgeräts 15, gemäß der ein supraleitender Magnet 20b zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes vor handen ist. Der Magnet 20b enthält eine als Solenoid gewic kelte Magnetspule gemäß Fig. 4, um das statische Magnetfeld in Z-Richtung zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform des supraleitenden Magneten 20b ist zusätzlich zu den vier Ar ten von Kabelzuführungen 36, 37, 38 und 39 eine Leitung 40 vorgesehen, über die flüssiges Helium (He) oder flüssiger Stickstoff (N₂) als Kühlmittel zugeführt bzw. verdampftes Heliumgas oder N₂-Gas abgeführt wird. Die Leitung 40 ist von einem wärmeisolierden Material 41 bedeckt, damit der Kanal 40 durch das Kühlmittelgas nicht gefriert.

Wenn es erforderlich ist, einen solchen supraleitenden Ma gneten 20b zu verwenden, so kommen zwei Einstellverfahren in Betracht. Nach dem einen Verfahren wird das Meßgerät 15, welches mit diesen Magneten 20b ausgestattet ist, bei der Inspektion in dem Bad 11 angeordnet, während ständig die He- oder N₂-Flüssigkeit strömt, um den supraleitenden Zu stand aufrechtzuerhalten. Da bei diesem Verfahren stets das statische Magnetfeld existiert, läßt sich der supraleitende Magnet 20b nur schwierig einstellen, und die fortwährende Bereitstellung des flüssigen He oder N₂ erfordert be trächtliche Betriebskosten. Insofern ist dieses Verfahren problematisch.

Bei dem anderen Verfahren wird der supraleitende Magnet 20b vor der Inspektion erregt, und diese Erregung wird nach Ende der Inspektion beendet. Das Erregen erfolgt durch Küh len des Inneren des supraleitenden Magneten 20b durch das flüssige He oder das flüssige N₂, das anschließende Zufüh ren das Kühlmittels, das Einbringen des Magneten 20b in das Brennstoffspeicherbad 11 und das anschließende Einspeisen elektrischen Stroms aus der Stromquelle 23 zum Zwecke der Erregung. Nach der Inspektion wird der Strom abgeschaltet und die Brennstoffkassette 1 aus dem Speicherbad 11 heraus gezogen. Dann wird das Kühlmittel zurückgewonnen, und die Temperatur im Inneren des Magneten 20b erhöht sich. Dieses Verfahren kann insofern aufwendig sein, als man den Magne ten 20b vor bzw. nach der Inspektion kühlen und heizen muß, jedoch sind diese Arbeiten relativ einfach und bedingen keine Unterhaltungskosten bei nicht-vorhandenem Magnetfeld während der Einstellzeit.

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht einer Ausgestaltung einer Trimmspulenanordnung 43, der Gradientenmagnetfeld-Spulenan ordnung 21 und der Hochfrequenz-Spulenanordnung 22 im Inne ren des Magneten 20 zum Erzeugen des statischen Magnetfelds des Meßgeräts 15. Diese Spulenanordnungen 43, 21 und 22 sind derart angeordnet, daß sie nicht in direkte Berührung mit dem Kühlwasser 13 des Bades 11 gelangen. Zu diesem Zweck sind die Spulen in isolierendes Material, z. B. ein Harz 45 eingebettet und befestigt. Für das die Hochfre quenz-Spulenanordnung 22 umgebende Harz 45 wird zweckmäßi gerweise ein Harz wie z. B. Acrylharz oder Polytetrafloure thylen ausgewählt, welches sich durch einen kleinen dielek trischen Verlustfaktor auszeichnet, damit die Hochfrequenz verluste verringert sind. Da jedoch die verbrauchte Brenn stoffkassette 1 eine Quelle starker Strahlung ist, kann je nach Bedarf auch ein Harz der Polyimid-Reihe oder der Poly acetat-Reihe verwendet werden.

Die Trimmspule 43 ist eine Spule zum gleichmäßigen Justie ren des statischen Magnetfeldes und des Gradientenmagnet feldes. Für gewöhnlich setzt sie sich zusammen aus Spulen gruppen, die Magnetfelder erzeugen, welche Komponenten zwi schen der Ordnung 0 und Tertiär- und Quarternär-Komponeten umfassen. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel kann, da das für die Bilderzeugung vorgesehene Objekt die Brenn stoffkassette 1 ist, ein schmaler Abbildungsbereich ange paßt werden, und es besteht nicht die Notwendigkeit, das Magnetfeld in einem breiten Bereich gleichförmig zu machen. Da außerdem das abzubildende Objekt feststeht, muß man die Einstellung des Magnetfelds nicht für jede einzelne Inspek tion vornehmen. Die Einstellung des Magnetfelds läßt sich also dadurch ausführen, daß man mehrere magnetische Stücke der Innenwandfläche des Magneten bei der Herstellung des Magneten 20 für das Meßgerät 15 festlegt. Die Anzahl der Anordnung der Trimmspulengruppen läßt sich verringern, wenn man ein Magnetfeld-Justierverfahren verwendet, bei dem die Trimmspulenanordnung 43 und die magnetischen Teile kombi niert werden. Beim Einspeisen von Strom in die Trimmspulen anordnung 43 entsteht Wärme, jedoch wird die Wärme dadurch abgeleitet, daß ein Spalt 46a in dem Meßgerät 15 vorgesehen wird, durch den hindurch Kühlwasser strömt.

Die Hochfrequenz-Spulenanordnung 22 dient dazu, die Hoch frequenz in Form eines Impulses anzulegen, bei welchem Was serstoff-Atomkerne in magnetische Resonanz innerhalb des statischen Magnetfeldes gelangen, und zwar in einer senk recht auf dem statischen Magnetfeld stehenden Richtung. Die Spule dient außerdem zum Erfassen eines erzeugten Kernspin- Resonanzsignals oder magnetischen Resonanzsignals (MR-Si gnal oder NMR-Signal). Für gewöhnlich wird eine sattelför mige Spulenanordnung 46 als Hochfrequenz-Spulenanordnung 22 verwendet, wie sie z. B. in Fig. 7 dargestellt ist.

Die sattelförmige Spulenanordnung 46 nach der Fig. 7 hat einen Aufbau, der sich für die Erzeugung eines hochfrequen ten Magnetfeldes B₁ eignet, welches in y-Richtung oszil liert. Die Hochfrequenz-Spulenanordnung 22 ist derart auf gebaut, daß eine Impedanzanpassung bei 50Ω beispielsweise erfolgt, um das Empfangen und Senden von Signalen effizient durchführen zu können.

Bei der Anordnung nach Fig. 7 sind Kondensatoren C₀ und C₁ für die Abstimmung bzw. die Anpassung vorgesehen. Da bei dieser Ausführungsform das abzubildende Objekt auf die Brennstoffkassette 1 beschränkt ist, ist es nicht notwen dig, bei jeder Inspektion eine Impedanzanpassung vorzuneh men, und wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird die Impedanz vorab unter Verwendung eines Phantoms 49 eingestellt, wobei sich das Phantom aus einer simulierten Kernbrennstoffkassette 47 und Kühlwasser 48 zusammensetzt.

Fig. 9 zeigt anhand eines Impulsdiagramms die Impulsfolge für den Fall, daß das MR-Bild unter Verwendung des MRI-Sy stems erzeugt wird. Das Meßgerät 15 wird zunächst in das in dem Brennstoffspeicherbad 11 befindliche Kühlwasser 13 ein getaucht, die Brennstoffkassette 1 wird ihres kanalförmigen Kastens 2 entkleidet und in den Führungsabschnitt 50 des Meßgeräts 15 eingetaucht. Dann wird an die Hochfrequenz- Spulenanordnung 22 und die Gradientenmagnetfeld-Spulenan ordnung 21 Leistung gegeben, um die Wasserstoff-Atomkerne selektiv in einer geeigneten Querschnittsebene innerhalb der Brennstoffkassette 1 zu erregen. Um die Scheiben- oder Schichtfläche auszuwählen, wird ein Hochfrequenzimpuls, in welchem eine Sinusfunktion durch eine MR-Frequenz moduliert ist, üblicherweise an die Hochfrequenz-Spulenanordnung 22 gelegt, während die Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung 21 ein Gradientenmagnetfeld Gz in Form eines Impulses mit ei nem Gradienten in axialer Richtung senkrecht zur Scheiben fläche anlegt. Fig. 9 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Quer schnitt senkrecht zur Z-Achse ausgewählt wird, indem das Gradientenmagnetfeld Gz in Z-Richtung angelegt wird.

Beim nächsten Schritt werden das Gradientenmagnetfeld Gx und das Feld Gy in zwei den zur Z-Achse senkrechten Quer schnitt rechtwinklig kreuzenden Richtungen in Form von Im pulsen angelegt, wodurch MR-Signale erzeugt werden, die man beobachten kann. Im Beispiel nach Fig. 9 wird als Vorberei tungsrichtung das in X-Richtung verlaufende Gradientenma gnetfeld Gx verwendet, als Kodierungsrichtung die Y-Rich tung durch das Gradientenmagnetfeld Gy. Eine in Fig. 9 dar gestellte Sequenzgruppe wird mit einer bestimmten Häufig keit wiederholt, während die Stärke des Gradientenmagnet felds Gy in der Kodierungsrichtung geändert wird. Die An zahl von Wiederholungen beträgt überlicherweise 256 oder 128, wenn ein MR-Bild einer 256×256-Matrix erhalten wer den soll.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel für ein MR-Bild mit einem hori zontalen Schnitt durch die Brennstoffkassette 1, wie es durch die Signalfolge nach Fig. 9 erhalten wird. Gemäß Fig. 10 erscheint der Brennstoffstab 3 als Ruhe- oder Leerbe reich, d. h. signalfreier Bereich, während das die Lücken zwischen den Brennstoffstäben 3 ausfüllende Kühlwasser 13 als Hochsignalbereiche in Erscheinung treten. Ein Brenn stoffstab 3 besitzt eine nicht so hohe elektrische Leitfä higkeit wie z. B. Kupfer, sondern seine Leitfähigkeit be trägt etwa 1/10 derjenigen von Kupfer, so daß der Brenn stoffstab 3 gegenüber der Hochfrequenz einen abschirmenden Effekt hat. Deshalb ergeben sich die in Fig. 10 durch Quer schraffierung kenntlich gemachten Bereiche 51 als Schatten der Brennstoffstäbe 3, wenn die Richtung des angelegten Hochfrequenz-Magnetfeldes, das durch die Hochfrequenz-Spu lenanordnung 22 angelegt wird, die Y-Richtung ist, und die Schattenbereiche treten als etwas dunklere Bereiche in Er scheinung.

Um solche Ungleichmäßigkeiten des MR-Bildes zu unterdrüc ken, benutzt man vorzugsweise ein kreisförmig polarisiertes Feld ohne die Verwendung eines Hochfrequenzfeldes, d. h. ei nes linear polarisierten Feldes, welches in einer Richtung oszilliert. Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer Hochfrequenz- Spulenanordnung 22a, mit deren Hilfe ein derartiges kreis förmig polarisiertes Feld erzeugt werden kann. Die Hochfre quenz-Spulenanordnung 22a setzt sich zusammen aus sattel förmigen Spulen 52 und 53, ähnlich der in Fig. 7 darge stellten Spule, die derart angeordnet sind, daß Hochfre quenz-Magnetfelder entstehen, deren Richtungen sich unter rechtem Winkel kreuzen. Ein im wesentlichen kreisförmig po larisiertes Feld kann man in dem Abbildungsbereich im inne ren der Spulenanordnung 22a dadurch erzeugen, daß man die gleiche Leistung und die gleichen Hochfrequenzen mit einem Phasenunterschied von 90° anlegt, um das MR-Bild zu erzeu gen.

Fig. 12 zeigt den grundlegenden Aufbau der Duplexereinheit 27, die man für den Fall benötigt, daß die Hochfrequenz- Spulenanordnung 22a nach Fig. 11 verwendet wird. Gemäß Fig. 12 werden die hochfrequenten Impulse aus der Signalübertra gungseinheit 26 über den Duplexer 54 in einen 90°-Hybrid 55 eingespeist, in welchem die Impulse aufgeteilt werden in Impulse, die sich durch eine 90°-Phasenverschiebung vonein ander unterscheiden. Andererseits werden beim Signalempfang die MR-Signale unterschiedlicher Phasen mit 90°-Phasenver schiebung von dem 90°-Hybrid einander überlappt und dann über den Duplexer 56 der Signalempfangseinheit 28 zuge führt.

Bei diesem Betrieb werden Signale von beiden Spulen 52 und 53 der Hochfrequenz-Spulenanordnung 22a spannungsmäßig ad diert, wozu durch die elektrische Spannungsquelle verur sachtes Rauschen noch zusätzlich addiert wird, so daß der Effekt einer Intensivierung des Rauschabstands (S/N-Ver hältnisses) erfolgt. Beispielsweise haben Signale, die von dem abzubildenden Objekt symmetrisch bezüglich der Richtun gen der jeweiligen linear polarisierten Felder sind, inden tische Signale und identisches Rauschen für die beiden Spu len 52 und 53, und dieses Rauschen steht nicht zueinander in Beziehung, so daß die Amplituden der MR-Signale doppelt so groß werden, während das Rauschen sich etwa auf das 1,4 fache verstärkt und sich mithin der Rauschabstand um etwa das 1,4-fache verbessert, indem die Phasen der MR-Signale zusammenaddiert werden. Der Betrieb der Duplexer 54 und 56 erfolgt derart, daß beim Senden von Signalen der Duplexer 54 eingeschaltet und der Duplexer 56 ausgeschaltet ist, hingegen während der übrigen Betriebszeit der Duplexer 54 aus- und der Duplexer 56 eingeschaltet ist.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann man ein MR-Bild mit im wesentlichen gleichförmiger Dichte, wie sie in Fig. 13 angedeutet ist, dadurch erhalten, daß man das kreisförmig polarisierte Feld mit Hilfe der Hochfrequenz- Spulenanordnung 22a erzeugt. Für den Fall, daß die abzubil dende Querschnittsform des Objekts komplizierte Gestalt hat, besteht die Möglichkeit, auch dann ein ungleichmäßiges MR-Bild zu erhalten, wenn man das kreisförmig polarisierte Feld verwendet. In diesem Fall wird die zu inspizierende Brennstoffkassette 1 gedreht, damit sie aus unterschiedli chen Winkelpositionen gemessen wird. Die dadurch erhaltenen Daten werden seitens des Rechners 30 einer Zusammenset zungs-Operation unterzogen, um ein gleichmäßiges MR-Bild zu erzeugen. Die Signale werden binär, d. h. "0", "1" unter schieden, während die Bildverarbeitung erfolgt, und Signale aus gleichen Abschnitten werden so verarbeitet, daß sie den gleichen Pegel besitzen. Bei dieser Datenverarbeitungsme thode läßt sich der Kontrast des Bildes ebenfalls erhöhen.

Eine gegenüber der ersten Ausführungsform modifizierte Aus führungsform dient zur weiteren Verbesserung des Leistungs vermögens der MR-Bildgebung für die Lücke zwischen den Brennstoffstäben in der als zu inspizierendes Objekt fun gierenden Brennstoffkassette.

Bei dieser modifizierten Ausführungsform gemäß Fig. 14 ist das Meßgerät 15 gemäß Fig. 1 der ersten Ausführungsform er setzt durch ein Meßgerät 115, welches sich hauptsächlich zusammensetzt aus einem Magneten 120 (Fig. 15) zur Erzeu gung eines statischen Magnetfeldes in Verbindung mit dem MRI-System 10. In Fig. 14 sind für gleiche und ähnliche Elemente wie in Fig. 1 entsprechende Bezugszeichen verwen det. Die bereits erläuterten Teile werden nicht nochmals angesprochen. Bei dieser Ausführungsform wird ebenfalls das MRI-System 10 eingesetzt, welches im wesentlichen den in Fig. 2 dargestellten Aufbau hat. In Fig. 15 sind lediglich die Bezugszeichen gegenüber jenen in Fig. 2 um "100" er höht.

Wie aus Fig. 16 hervorgeht, die einen Magneten 120 zum Er zeugen des statischen Magnetfeldes des Lückenmeßgeräts 115 zeigt, besitzt der Magnet 120 etwa C-förmige Außenkontur und setzt sich zusammen aus zwei Permanentmagneten 120a, die an den beiden einander abgewandten Enden liegen, die über einen ferromagnetischen Körper 120b miteinander ver bunden sind, so daß ein magnetischer Kreis gebildet wird. Die Permanentmagneten 120a sind aus einem Material wie z. B. einem Ferrit, einer Sm-Co-Legierung oder einer Seltenerd- Legierung wie z. B. einer Nb-Fe-B-Legierung hergestellt. Zur Vergleichmäßigung des magnetischen Feldes sind Polstücke 133 aus beispielsweise Eisen an den einander zugewandten Flächen der Permanentmagneten 120a angeordnet.

Der durch die sich gegenüberstehenden Flächen der Perma nentmagneten 120a definierte Bereich des zur Erzeugung des statischen Magnetfeldes dienenden Magneten 120 ist als Bildgebungsbereich ausgebildet, in welchem das in Z-Rich tung orientierte Magnetfeld erzeugt wird. Die abzubildende Brennstoffkassette 1 (1a) wird entlang der Y-Richtung in dazu senkrechter Lage in das Bad 11 eingeführt. Der Abstand zwischen den Permanentmagneten 120a eignet sich für die An ordnung der zu prüfenden Brennstoffkassette 1. Da sich die Stärke der von den Permanentmagneten 120a erzeugten Magnet felder abhängig von der Temperatur ändert, muß man an sich eine Temperatursteuerung durchführen. Bei dieser Ausfüh rungsform jedoch werden die Permanentmagneten 120a in einem in das Kühlwasser 13 des Bades 11 eingetauchten Zustand be trieben, so daß man durch Konstanthaltung der Badtemperatur auf eine spezielle Temperatursteuerung verzichten kann. Aufgrund des geringen magnetischen Streufeldes der Perma nentmagneten 120a läßt sich das Einbringen und Herausnehmen der Magnete bei jeder Inspektion mühelos durchführen.

Fig. 17 zeigt ein Beispiel für eine Gradientenmagnetfeld- Spulenanordnung 121, die in Verbindung mit den Permanentma gneten 120a nach Fig. 16 einsetzbar ist. Es handelt sich um eine sog. Anderson-Spule. Gemäß Fig. 17 umfaßt die Spulen anordnung 121 ein Paar Spulen, die jeweils aus drei Gradien tenmagnetfeld-Spulen 121a, 121b und 121c bestehen, welche Magnetfelder in X-, Y- und Z-Richtung erzeugen. Diese Spu len 121a, 121b und 121c sind in einer Ebene angeordnet, und ein Paar dieser Spulen liegt den einander gegenüberliegen den Stirnseiten der jeweiligen Permanentmagnete 120a gegen über. Die Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung 121 erzeugt ein Gradientenmagnetfeld parallel zu der Richtung des sta tischen Magnetfeldes, d. h. in Z-Richtung, und Primärgradi enten in drei Richtungen, die sich unter rechtem Winkel kreuzen.

Fig. 18 zeigt den Aufbau einer wie ein Solenoid gewickelten Hochfrequenz-Spulenanordnung 122. Diese wird eingesetzt, um ein Hochfrequenz-Magnetfeld zu erzeugen, welches in Y-Rich tung orientiert ist. Die Brennstoffkassette 1 wird in die Spulenanordung 121 in Y-Richtung eingesetzt. Die Hochfre quenz-Spulenanordnung 122 umfaßt eine Spule 134 und eine Schaltung mit Abstimm- und Anspassungs-Kondensatoren 133a, 133b und 133c zur wirksamen Durchführung einer Signalüber tragung und eines Signalempfangs bzw. zum Erreichen einer Impedanzanpassung von 50Ω.

Fig. 19 veranschaulicht den Zustand, in welchem die Brenn stoffkassette 1 als abzubildendes Objekt in das Meßgerät 115 eingesetzt ist. Durch die Brennstoffstäbe 3 und die Ab standshalter 4 wird eine leitende Schleife gebildet, zu der eine erste leitende Schleife 135a parallel zu der eine Achse der Hochfrequenz-Spulenanordnung 122 enthaltenden Ebene, sowie eine zweite leitende Schleife 135b, die durch den Abstandshalter 4 selbst gebildet wird, gehören. Bezüg lich der ersten leitenden Schleife 135a läßt sich eine ge genseitige dielektrische Kopplung verhindern durch das An ordnen der Hochfrequenz-Spulenanordnung 122 an einem Zwi schenabschnitt zwischen den verbindenden zwei Abstandshal tern 4 und der Brennstoffkassette 1. Die zweite leitende Schleife 135b bildet eine Kopplung mit der Hochfrequenz- Säulenanordnung 122 und reduziert geringfügig die Stärke des hochfrequenten magnetischen Feldes im Abbildungsbe reich, es ist jedoch möglich, das Bild des in der Lücke zwischen den Brennstoffstäben 3 vorhandenen Wassers zu er zeugen. Bei dieser Ausführungsform bedeutet der "Abbil dungsbereich" einen Bereich, zu dem bis zu einem gewissen Maß der hochfrequente Magnetfeld, das von der Hochfrequenz- Spulenanordnung 122 erzeugt wird, reicht. Es ist also ein zylindrischer Bereich, der eine axiale Mittelebene enthält, und eine Breite hat, die im wesentlichen identisch mit dem axialen Durchmesser der Spulenanordnung ist. Je kürzer die axiale Länge der Spulenanordnung 122 gegenüber dem Abstand zwischen benachbarten Abstandshaltern ist, desto geringer ist der Kopplungsgrad, und man erhält einen guten Rauschab stand bei geringer Hochfrequenzleistung. Die Abbildung des Wassers in der Lücke ist möglich.

Fig. 20 zeigt ein Impulsdiagramm einer Impulsfolge für den Fall, daß das MR-Bild unter Verwendung des MRI-Systems er zeugt wird. Das Meßgerät 115 wird zunächst in das in dem Brennstoffspeicherbad 11 enthaltene Kühlwasser 13 einge taucht, und dann wird die von dem kanalförmigen Kasten be freite Brennstoffkassette 1 in den Führungsabschnitt des Meßgeräts 115 eingesetzt. Dann werden der Hochfrequenzim puls sowie die Gradientenmagnetfelder angelegt, um die Wasserstoff-Atomkerne selektiv innerhalb eines gewünschten Querschnitts der Brennstoffkassette 1 anzuregen. Um eine Scheiben- oder Schichtfläche auszuwählen, wird üblicher weise ein Hochfrequenzimpuls angelegt, bei dem eine Sinus funktion durch eine MR-Frequenz moduliert ist, während das Gradientenmagnetfeld mit einem axialen Gradienten senkrecht zur Schicht in Form eines Impules angelegt wird.

Im nächsten Schritt werden in Form von Impulsen die Gradi entenmagnetfelder aus zwei sich rechtwinklig kreuzenden Richtungen in der ausgewählten Schnittfläche angelegt, wo durch MR-Signale erzeugt werden, die sich auswerten und be obachten lassen. Bei dem in Fig. 20 gezeigten Beispiel wird ein in X-Richtung orientiertes Gradientenmagnetfeld Gx zur Vorbereitung verwendet, während das in Y-Richtung orien tierte Gradientenmagnetfeld Gy für die Kodierung vorgesehen ist. Eine in Fig. 20 dargestellte Gruppensequenz wird mit einer bestimmten Häufigkeit wiederholt, wobei die Intensi tät des Gradientenmagnetfelds Gy in der Kodierungsrichtung geändert wird. Die Anzahl von Wiederholungen beträgt bei einem MR-Bild in Form einer 256×256-Matrix üblicherweise 256 oder 128. Das Gradientenmagnetfeld Gy ist in Scheiben- oder Schichtrichtung wegen der Brennstoffstäbe und derglei chen im Abbildungsbereich in Y-Richtung nicht gleichförmig.

Da bei dieser Ausführungsform ein relativ schmaler Abbil dungsbereich verwendet werden kann, muß man die Gleichför migkeit des Magnetfeldes nicht in einem breiten Bereich ju stieren, und weil es sich bei dem Objekt um ein vorbestimm tes abzubildendes Objekt handelt, sind auch keine besonde ren Magnetfeld-Justierungen bei jeder Inspektion erforder lich. Falls ein solches Erfordernis aber dennoch bestehen sollte, kann eine Magnetfeld-Justierspulenanordnung vorge sehen werden.

Die Magnetfeld-Justierspulenanordnung setzt sich üblicher weise aus Spulengruppen zusammen, um Magnetfelder zu erzeu gen, die den entsprechenden Komponenten nullter bis dritter oder vierter Ordnung der sphärischen harmonischen Funktion entsprechen. Die Magnetfeld-Justierspulenanordnung kann in einer Ebene ähnlich der Gradientenmagnetfeld-Spulenanord nung 121 gemäß Fig. 17 oder der Spulenanordnung 121 zylin drischer Form gemäß Fig. 22 angeordnet werden.

Vorzugsweise werden die Spulenanordnungen 121 und 122 sowie die Magnetfeld-Justierspulenanordnung mit Hilfe beispiels weise eines Harzmaterials abgedichtet fixiert, wobei das Material isolierende Eigenschaft besitzen soll, damit die Spulenanordnungen nicht direkt in Berührung mit dem in dem Bad 11 befindlichen Kühlwasser kommen. Insbesondere wird die Hochfrequenz-Spulenanordnung 122 von einem Harz wie z. B. Acrylharz oder Polytetraflourethylen abgedeckt, um einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor zu erhalten, so daß die Hochfrequenzverluste auf ein Minimum reduziert werden.

Da bei dieser modifizierten Ausführungsform das Hochfre quenz-Magnetfeld etwa parallel zur axialen Richtung der Brennstoffkassette 1 erzeugt wird, läßt sich das Phänomen der dielektrischen Kopplung signifikant bezüglich der lei tenden Schleife 135a in einer zur axialen Richtung der Brennstoffkassette 1 parallelen Ebene reduzieren, und dementsprechend kann das hochfrequente Magnetfeld sicher im Inneren der Brennstoffkassette 1 erzeugt werden. Damit er hält man ein Schichtbild mit hoher Genauigkeit, und man kann sehr genau die Lücke zwischen benachbarten Brennstoff stäben sowie dem Brennstoffstab und dem Wasserstab beobach ten.

Weiterhin setzt sich der zum Erzeugen des statischen Ma gnetfeldes verwendete Magnet 120 aus einem Permanentmagne ten zusammen, so daß das magnetische Feld wenig streut und die bei jeder Inspektion erforderlichen Transportarbeiten des Meßgeräts vereinfacht werden.

Da außerdem die Hochfrequenz-Spulenanordnung 122 ein Spu lenelement des Soleniod-Typs verwendet und um die Achse der Brennstoffkassette 1 herum angeordnet ist, läßt sich das Maß der dielektrischen Kopplung signifikant reduzieren, in dem man die axiale Länge der Spulenanordnung 122 kürzer macht als die Lücken zwischen benachbarten Abstandshaltern der Brennstoffkassette. Dies ermöglicht die Abbildung des zwischen den Brennstoffstäben befindlichen Kühlwassers bei verbessertem Rauschabstand mit geringerer Hochfrequenzlei stung.

Im folgendem werden weitere modifizierte Ausführungsbei spiele beschrieben.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel setzt sich der zum Erzeugen des statischen Magnetfeldes verwendete Magnet 120 aus einem Permanentmagneten zusammen, man kann aber auch einen Elektromagneten verwenden. Fig. 21 zeigt ein Beispiel für einen Elekromagneten, bei dem ein Magnet mit Eisenkern verwendet wird. Nach Fig. 21 wird ein magnetischer Kreis gebildet, indem Strom durch eine um einen ferromagnetischen Körper 120c gewickelte Spule 120d geleitet wird, wodurch ein Magnetfeld in Z-Richtung in der Lücke zwischen den Brennstoffstäben 3 erzeugt wird.

Nach Fig. 22 ist der Magnet 120 zum Erzeugen des statischen Magnetfeldes als sog. kaltleitendes Spulenelement vom Helm holtz-Typ ausgebildet. Bei diesem Beispiel laufen Ströme in derselben Richtung durch die beiden Spulen 120e, und zwi schen den beiden Spulen oder Leiterschleifen 120e wird ein Magnetfeld in Z-Richtung erzeugt. Man kann vier oder noch mehr Schleifen verwenden, um die Gleichmäßigkeit der stati schen Magnetfelder noch mehr zu verbessern.

Bei den Beispielen nach den Fig. 21 und 22 mit kaltleiten dem Magnet könnte die Wärmeerzeugung durch die starken Ströme ein Problem darstellen, erfindungsgemäß jedoch wird die Außenfläche der Magneten durch das Kühlwasser abge kühlt, so daß das Meßgerät 115 einfach dadurch betreibbar ist, daß man den Magneten in das Bad eintaucht und den Strom nur während der Zeit der Prüfung fließen läßt.

Fig. 23 zeigt eine Anordnung einer X-Gradientenmagnetfeld- Spule 136 und einer Y-Gradientenmagnetfeld-Spule 137 unter Anwendung des in Fig. 22 dargestellten Helmholtz-Magneten. Ein Paar zylindrischer Spulen 136 und 137 ist im Inneren der beiden Helmholtz-Spulen angeordnet.

Fig. 24 zeigt die Ausgestaltung einer Z-Gradientenmagnet feld-Spule 138 in Verbindung mit dem in Fig. 22 dargestell ten Helmholtz-Magneten. Die Spule 138 kann im Inneren der beiden Helmholtz-Spulen angeordnet sein.

Bei dem ersten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ent hält das Meßgerät keine Antriebseinrichtung, und man kann mehrere Sekundärbilder in Z-Richtung nur durch entsprechen den elektrischen Betrieb erhalten. Ferner sind nur die Spu lenanordnungen in der Nähe der Brennstoffkassette angeord net, so daß sich die Gegenwirkung bezüglich der Strahlung verbessert. Beim Messen von beispielsweise verbrauchten Brennstoffkassetten mit einer Oberflächendosis von 1×10⁶ R/h läßt sich die Zuverlässigkeit sowie die Lebensdauer be trächtlich heraufsetzen.

Fig. 25 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Meßgerät zum Messen der Lücke zwischen benach barten Brennstoffstäben in einer zu prüfenden Brennstoff kassette in einer mit einem speziellen Gas gefüllten Atmo sphäre angeordnet wird.

Der Hauptunterschied dieser Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform besteht in der Tatsache, daß die er ste Ausführungsform sowie die dazugehörigen Varianten ein Lückenmeßgerät vorsehen, welches in das Kühlwasser einge taucht ist, während beim hier in Rede stehenden zweiten Ausführungsbeispiel die Vorrichtung in eine mit Gas ge füllte Atmosphäre eingebracht ist, welche im folgenden ein fach als Gasatmosphäre bezeichnet wird. Die folgende Be schreibung ist also im wesentlichen identisch mit der Be schreibung des ersten Ausführungsbeispiels, wobei das Kühl wasserbad 11 ersetzt ist durch einen mit Gas gefüllten Be hälter 215, in dem sich ein spezielles Gas z. B. CF₄ befin det.

Gemäß Fig. 25 nutzt das Lückenmeßgerät 211 das Phänomen der Kernspin- oder magnetischen Resonanz durch ein MRI-System 210, mit dessen Hilfe die Lücken zwischen benachbarten Brennstoffstäben sowie zwischen dem Brennstoffstab 3 (3a) und dem Wasserstab 7 (7a) in der in den Fig. 33 bis 35 dar gestellten Brennstoffkassette 1 (1a) gemessen werden.

Das MRI-System 210 ist in Verbindung mit dem Lückenmeßgerät 211, einer Steuertafel 212 zum Steuern der Stärke der je weiligen Magnetfelder des Lückenmeßgeräts 211, einem Daten verarbeitungssystem 213 als Mittel zum Verarbeiten von Da ten, die aus einem Kernspin-Resonanzsignal (MR-Signal) ge wonnen werden, die von dem Lückenmeßgerät 211 gemessen und eingegeben werden, aufgebaut.

Das Lückenmeßgerät 211 ist in einer Gaskammer eines Behäl ters 215 untergebracht. Wie aus Fig. 25 ersichtlich, ist die Gaskammer des Behälter 215 mit einer nicht dargestell ten Gasquelle über eine Gasleitung 216 verbunden, während die in der Kammer befindliche Luft über ein Luftauslaßrohr 217 ausgelassen wird. Nach dem Entfernen der Luft aus der Kammer wird ein spezielles Gas, insbesondere CF₄-Gas über das Gaszuführrohr 216 in die Kammer geleitet, um den inne ren Gasdruck der Kammer etwas höher einzustellen als den atmosphärischen Druck. Als das erwähnte spezielle Gas kom men Isotope eines inaktiven Gases mit einem Kernspin in Be tracht, also an Stelle von CF₄-Gas auch ³He, ¹²⁹Xe oder ¹³¹Xe.

Nachdem das Lückenmeßgerät 211 in der oben erläuterten Weise eingestellt ist, wird die zu untersuchende Brenn stoffkassette 1 in die gasgefüllte Kammer geleitet, nachdem der kanalförmige Kasten 2 entfernt wurde. Diese geschieht mit Hilfe eines Krans 218. Die Brennstoffkassette wird in dem Meßbereich etwa in der Mitte des Behälters 215 einge stellt.

Das MRI-System 210 setzt sich im wesentlichen zusammen aus den gleichen Elementen oder Einheiten wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 2. Wie aus Fig. 26 entnehmbar ist, beinhaltet das Meßgerät 211 einen zylindrischen Magne ten 220 zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes, eine Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung 221 im Inneren des Ma gneten 220, um ein Gradientenmagnetfeld mit einem Primär gradienten in drei zueinander senkrechten Richtungen zu er zeugen, und eine Hochfrequenz-Spulenanordung 222 zum Ab strahlen eines hochfrequenten Magnetfeldes auf die Brenn stoffkassette 1 als abzubildendes Objekt, wobei die Hoch frequenz-Spulenanordnung auch das MR-Signal von dem Objekt empfängt.

Der Magnet 220 wird von einer Energiequelle 223 erregt, die in der Steuertafel 212 vorhanden ist. Die Gradientenmagnet feld-Spulenanordnung 221 enthält drei Spulenelemente zum Erzeugen eines Vorbereitungs-Gradientenmagnetfelds (Gx), eines Kodierungs-Gradientenmagnetenfelds (Gy) und eines Schichtauswahl-Gradientenmagnetfelds (Gz). Diese Gradien tenmagnetfelder Gx, Gy und Gz sind zueinander in Richtung des statischen Magnetfeldes parallel und besitzen Primär gradienten in drei zueinander senkrechten Richtungen. Diese Magnetfelder werden durch elektrische Leistung erregt, die von einer Gradientenmagnetfeld-Leistungsquelle 224 kommt. Die Leistungsquelle 224 wird von einer Ablaufsteuerung 225 gesteuert, die Teil des Datenverarbeitungssystems 213 ist. Die der Hochfrequenz-Spulenanordnung 222 über eine Duple xereinheit 227 zugeführte Hochfrequenzleistung wird von ei ner ihrerseits durch die Ablaufsteuerung 225 gesteuerten Signalgeneratoreinheit 226 geliefert.

Bei dieser Ausführungsform wird das Meßgerät 211 in einer mit Gas gefüllten Kammer des Behälters 215 eingestellt, wo bei sich in der Kammer ein spezielles Gas wie z. B. CF₄ be findet. Danach wird der kanalförmige Kasten von der Brenn stoffkassette 1 entfernt, und die Brennstoffkassette wird ohne den kanalförmigen Kasten mit Hilfe des Krans 218 in einen Führungsbereich 250 (Fig. 30) des Meßgeräts 211 inner halb der gasgefüllten Kammer des Behälters 215 bewegt. Die Brennstoffkassette 1 als zu inspizierendes Objekt wird also bewegt, und anschließend in einem Abbildungsbereich des Meßgeräts 211 eingestellt. Unter den so eingestellten Be dingungen wird das MRI-System betrieben, um den Magneten 220, die Gradientenmagnetfelder-Spulenanordung 221 und die Hochfrequenz-Spulenanordnung 222 des Meßgeräts 211 zu erre gen. Die Hochfrequenz-Spulenanordnung 222 empfängt von der Brennstoffkassette 1 als abzubildendem Objekt das MR-Si gnal, wobei die Brennstoffkassette 1 von dem hochfrequenten Magnetfeld bestrahlt wird.

Das empfangene MR-Signal wird über die Duplexereinheit 227 von einer Signalempfangseinheit 228 empfangen, in welcher das Signal verstärkt, demoduliert und dann zu einer Daten sammeleinheit 229 des Datenverarbeitungssystems 213 über tragen wird. Das in die Datensammeleinheit 229 eingegebene MR-Signal wird einer Analog-Digital-Umsetzung unterzogen und in den elektronischen Rechner 230 eingegeben, in wel chem die Daten beispielsweise einer Fouriertransformation unterzogen werden. Das so verarbeitete Bild wird auf einer Bildanzeigeeinheit 231 dargestellt, wodurch ein MR-Bild mit einer Verteilung des spezifischen Gases, z. B. des CF₄-Gases im radialen Querschnitt der Brennstoffkassette 1 angezeigt wird. Die Lücke zwischen jeweils benachbarten Brennstoff stäben und die Lücke zwischen einem Brennstoffstab und dem benachbarten Wasserstab in der Brennstoffkassette 1 lassen sich präzise anhand des so unter Verwendung des Kernspin- Resonanz-Phänomens erhaltenen MR-Bildes ausmessen.

Die Daten des von der Hochfrequenz-Spulenanordnung 222 kom menden MR-Signals, die von dem Rechner 230 z. B.einer Fouriertransformation unterzogen wurden, werden auf der Bildanzeigeeinheit 231 dargestellt. Die Ablaufsteuerung 225 steuert die Treiberleistungsquelle 224, die Signalgenera toreinheit 226 der Steuertafel 212, die Datensammeleinheit 229 des Datenverarbeitungssystems 213 ansprechend auf von dem Rechner 230 kommende Signale, und der Rechner 230 wird über eine Konsole 232 gesteuert, die für das Datenverarbei tungssystem 213 vorgesehen ist.

Fig. 27 zeigt ein Beispiel für die Anpassung eines normal (mit Widerstand) leitenden Magneten 220a zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes für das Meßgerät 211. Der Magnet 220a enthält eine als Solenoid gewickelte Magnetspule 235, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, um ein statisches Magnetfeld in Z-Richtung zu erzeugen. Eine Kabelanordnung 236 dient zum Erregen des Magneten 220a, eine Kabelanordnung 237 lie fert Strom in eine Trimmspule zum Einstellen des magneti schen Feldes, eine Kabelanordnung 238 speist die Gradien tenmagnetfeld-Spulenanordnung, und eine Kabelanordnung 239 überträgt und empfängt Signale zu bzw. von der Hochfre quenz-Spulenanordnung. Diese Kabelanordnungen sind mit En ergiequellen 223, 224 bzw. 226 verbunden, welche außerhalb des mit Gas gefüllten Behälters 215 vorgesehen sind. Wird die Brennstoffkassette 1 geprüft, so wird das Meßgerät 212 in die Gaskammer des Behälters 215 eingebracht und über die jeweiligen Kabelanordnungen wird elektrischer Strom einge speist.

Fig. 28 zeigt eine modifizierte Variante der Meßgeräte für das MRI-System 210 nach Fig. 27. Diese Variante verwendet einen supraleitenden Magneten 220b für die Erzeugung eines statischen Magnetfeldes. Der Magnet 220b enthält eine als Solenoid gewickelte Magnetspule zum Erzeugen des statischen Magnetfeldes in Z-Richtung. Bei dieser Ausführungsform des supraleitenden Magneten 220b ist zusätzlich zu den vier Ar ten von Kabelführungen 236, 237, 238 und 239 eine Leitung 240 vorgesehen, über die flüssiges Helium He oder flüssiger Stickstoff N₂ als Kühlmittel eingeleitet bzw. verdampftes Heliumgas oder N₂-Gas ausgeleitet wird. Die Leitung 240 ist durch ein wärmeisolierendes Material 241 abgedeckt, damit die Leitung 240 durch das Kühlmittel nicht gefriert.

Wenn es erforderlich ist, einen solchen supraleitenden Ma gneten 220b zu verwenden, gelangen zwei Einstellverfahren in Betracht. Nach dem einen Verfahren wird das mit diesen Magneten 220b ausgestattete Meßgerät für die Inspektion in dem mit dem speziellen Gas wie CF₄ gefüllten Behälter ein gestellt, während ständig das flüssige He oder N₂ fließt und der supraleitende Zustand aufrechterhalten wird. Da bei diesem Verfahren ständig das statische Magnetfeld vorhanden ist, besteht die Schwierigkeit, den supraleitenden Magneten 220b einzustellen. Hinzu kommt die andauernde Zufuhr flüs sigen Heliums oder N₂, woduch Wartungs- und Betriebskosten anfallen. Dies ist ein beträchtliches Problem.

Bei dem anderen Verfahren wird der supraleitende Magnet 220b vor der Inspektion erregt, und nach Abschluß der In spektion wird der Erregungszustand beseitigt. Das Erregen erfolgt durch Kühlen der Innenseite des supraleitenden Ma gneten 220b mittels flüssigem Helium oder flüssigem N₂, durch anschließendes Zuführen des Kühlmittels, durch Ein bringen des Magneten 220b in den mit Gas gefüllten Behälter 215 und durch anschließendes Einspeisen von elektrischem Strom aus der Energiequelle 223 für die Erregung. Nach der Inspektion wird der Strom abgeschaltet, und die Brennstoff kassette 1 wird aus dem Behälter 215 entnommen. Das Kühl mittel wird dann wiedergewonnen, und die Temperatur im in neren des Magneten 220b wird erhöht. Bei diesem Verfahren kann das Kühlen und Erwärmen des Magneten 220b vor bzw. nach der Inspektion mühsam sein, jedoch ist der Gesamtab lauf relativ einfach und bedingt keine Aufrechterhaltungs kosten, da daß magnetische Feld bei der Einstellzeit nicht vorhanden ist.

Die Ausgestaltung der Trimmspulenanordnung ist bei dieser zweiten Ausführungsform im wesentlichen identisch mit der Ausgestaltung nach Fig. 6, die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Auf eine Wiederholung der Beschreibung wird verzichtet.

Die Hochfrequenz-Spulenanordnung 222 dient zum Anlegen ei nes hochfrequenten Magnetfeldes in Form eines Impulses, wo durch Wasserstoff-Atomkerne in magnetische Resonanz inner halb des statischen Magnetfeldes gelangen, und zwar in ei ner Richtung senkrecht zu dem statischen Magnetfeld. Außer dem wird mit Hilfe der Hochfrequenz-Spulenanordnung ein ma gnetisches Resonanzsignal oder Kernspin-Resonanz-Signal (MR-Signal) erfaßt. Normalerweise wird für die Hochfre quenz-Spulenanordnung 222 eine sattelförmige Spulenanord nung 246 verwendet, wie sie z. B. in Fig. 29 gezeigt ist. Die sattelförmige Spule 246 in Fig. 29 besitzt eine Struk tur, die sich zum Erzeugen eines hochfrequenten Magnet feldes B₁ eignet, welches in Y-Richtung oszilliert. Die Hochfrequenz-Spulenanordnung 222 ist derart aufgebaut, daß eine Impedanzanpassung von beispielsweise 50Ω erfolgt, um das Empfangen und Senden der Signale effizient durchführen zu können. Bei der Anordnung nach Fig. 29 sind Kondensato ren C₀ und C₁ vorgesehen, mit denen eine Abstimmung bzw. eine Anpassung erfolgt. Da bei dieser Ausführungsform das abzubildende Objekt auf die Brennstoffkassette 1 festgelegt ist, muß man nicht bei jeder Inspektion eine Impedanzanpas sung vornehmen, man kann vielmehr die Impedanz vorab mit Hilfe eines Phantoms einstellen, welches aus einer simu lierten Kernstoffbrennstoffkassette und dem den Behälter ausfüllenden speziellen Gas besteht, wie es in Fig. 8 ge zeigt ist.

Fig. 30 zeigt ein Impulsdiagramm einer Impulsfolge für den Fall, daß das MR-Bild unter Verwendung des MRI-Systems ge wonnen wird. Das Meßgerät 211 wird zunächst in der mit Gas gefüllten Kammer des Behälter 215 eingestellt, und die von dem kanalförmigen Kasten entkleidete Brennstoffkassette 1 wird in den Führungsabschnitt 250 des Meßgeräts 211 einge setzt. Dann wird elektrische Leistung in die Hochfrequenz- Spulenanordnung 222 und die Gradientenmagnetfeld-Spulenan ordnung 221 eingespeist, um die Wasserstoff-Atomkerne se lektiv in einem gewünschte Querschnitt der Brennstoffkas sette 1 zu erregen. Zur Auswahl der Scheiben- oder Schicht fläche wird ein Hochfrequenzimpuls, in welchem eine Sinus funktion durch eine MR-Frequenz moduliert ist, üblicher weise an die Hochfrequenz-Spulenanordnung 222 angelegt, während die Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung 221 ein Gradientenmagnetfeld Gz in Form eines Impulses mit einem Gradienten in axialer Richtung senkrecht zu der Scheiben fläche anlegt. Fig. 30 zeigt ein Beispiel, bei dem ein zu der Z-Achse senkrechter Querschnitt durch Anlegen des Gra dientenmagnetfelds Gz in Z-Richtung ausgewählt wird.

Beim nächsten Schritt werden die Gradientenmagnetfelder Gx und Gy aus zwei sich rechtwinklig schneidenen Richtungen in dem senkrecht auf der Z-Achse stehenden Querschnitt in Form von Impulsen angelegt, um MR-Signale zu erzeugen, die sich beobachten lassen. Bei dem Beispiel nach Fig. 30 wird für die Vorbehandlungsrichtung das X-Gradientenmagnetfeld Gx und für die Kodierungsrichtung das Y-Gradientenmagnetfeld Gy verwendet. Eine Gruppenfolge gemäß Fig. 30 wird mit ei ner bestimmten Häufigkeit wiederholt, wobei die Intensität des Gradientenmagnetfeldes Gy in Kodierungsrichtung geän dert wird. Die Anzahl der Häufigkeit beträgt bei einem MR- Bild in Form einer 256×256-Matrix typischerweise 256 oder 128.

Fig. 31 zeigt ein Beispiel für ein MR-Bild mit einem Hori zontalschnitt durch die Brennstoffkassette 1, welches durch die Sequenz nach Fig. 30 erhalten wird. Gemäß Fig. 31 er scheint der Brennstoffstab 3 als ruhende, d. h. signalfreie Fläche, während das CF₄-Gas 248, welches die Lücke zwischen den Brennstoffstäben 3 ausfüllt, als Hochsignal-Bereich in Erscheinung tritt. Der Brennstoffstab 3 hat eine elektri sche Leitfähigkeit, die niedriger ist als die von Kupfer und gegenüber der Leitfähigkeit von Kupfer lediglich 1/10 beträgt. Dementsprechend wirkt der Brennstoffstab 3 als Ab schirmung gegenüber der Hochfrequenz. Deshalb erscheinen in der Zeichnung nach Fig. 31 als schrägschraffierte Bereiche 251 angedeutete Schatten der Brennstoffstäbe 3, wenn das Hochfrequenz-Magnetfeld, welches durch die Spulenanordnung 222 erzeugt wird, in Y-Richtung aufgebracht wird. Im Bild erscheinen dort etwas dunklere Bereiche.

Um derartige Ungleichmäßigkeiten des MR-Bildes auszu schließen, wird vorzugsweise von einem kreisförmig polari sierten Feld Gebrauch gemacht, ohne das ein Hochfrequenz feld, d. h. ein linear polarisiertes Feld verwendet wird, welches in einer Richtung oszilliert. Fig. 32 zeigt ein Beispiel für eine Hochfrequenz-Spulenanordnung 222a, die sich dazu eignet ein solches kreisförmig polarisiertes Feld zu erzeugen. Die Spulenanordnung 222a setzt sich zusammen aus sattelförmigen Spulen 252 und 253, die der in Fig. 29 dargestellten Form gleichen und so angeordnet sind, daß Hochfrequenz-Magnetfelder erzeugt werden, deren Richtungen senkrecht aufeinander stehen. Man kann ein im wesentlichen kreisförmig polarisiertes Feld in dem Abbildungsbereich im inneren der Spulenanordnung 222a dadurch erzeugen, daß man die gleiche Leistung bei gleichen hohen Frequenzen mit ei nem Phasenunterschied von 90° anlegt, um das MR-Bild zu un terdrücken.

Bei dieser Ausführungsform besitzt die Duplexereinheit 227 im wesentlichen den gleichen Aufbau, wie er oben beim er sten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Fig. 12 erläu tert wurde.

Beim Betrieb werden Signale von den beiden Spulen 252 und 253 der Spulenanordnung 222 spannungsmäßig addiert, während sich Rauschen leistungsmäßig addiert, so daß ein das Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) intensivierender Effekt einstellt. Da die von einem abzubildenden Objekt symme trisch bezüglich der Richtungen der jeweils polarisierten Felder erhaltenen Signale identische Signale und identi sches Rauschen für die jeweiligen Spulen 252 und 253 auf weisen und dieses Rauschen nicht zueinander in Beziehung steht, erhält man das zweifache der Amplituden der MR-Si gnale, während das Rauschen den 1,4-fachen Wert annimmt. Damit läßt sich der Rauschabstand um das 1,4-fache verbes sern, indem man die Phasen der MR-Signale addiert.

Die Arbeitsweise der Duplexer 254 und 256 erfolgt so, daß der Duplexer 254 beim Senden von Signalen eingeschaltet und der Duplexer 256 ausgeschaltet wird, während beim Empfang der Duplexer 254 ausgeschaltet und der Duplexer 256 einge schaltet ist.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, hat das MR-Bild gemäß Fig. 13 im wesentlichen gleichförmige Dichte, wenn man das kreisförmig polarisierte Feld mit Hilfe der Hoch frequenz-Spulenanordnung 222 anwendet. Für den Fall, daß die Querschnittsform des abzubildenden Objekts eine kompli zierte Gestalt hat, besteht die Möglichkeit, auch dann ein ungleichmäßiges MR-Bild zu erhalten, wenn von einem kreis förmig polarisierten Feld Gebrauch gemacht wird. In diesem Fall wird die zu prüfende Brennstoffkassette 1 gedreht, um sie aus unterschiedlichen Winkeln zu messen. Die dadurch erhaltenen Daten werden von dem Rechner 230 einer Zusammen setzungs-Verarbeitung unterzogen, so daß ein gleichmäßiges MR-Bild entsteht. Im übrigen werden die Signale binär un terschieden, d. h. durch "0" und "1", wobei diese Unter scheidung zur Zeit der Bildverarbeitung erfolgt. Signale, die gleiche Abschnitte representieren, werden derart verar beitet, daß sie auch gleiche Pegel besitzen. Bei dieser Da tenverarbeitungsmethode läßt sich der Kontrast des Bildes verbessern.

Es ist klar, daß spezielle Varianten des Lückenmeßgeräts des ersten Ausführungsbeispiels, beispielsweise wie in Fig. 3 gezeigt, auch bei dieser zweiten Ausführungsform angewen det werden, ohne daß besondere Änderungen vorgenommen wer den müssen. Anstelle des Kühlwassers tritt lediglich das Gas.

Claims

1. Verfahren zum Messen einer Lücke zwischen benach barten Brennstäben oder zwischen einem Brennstab und einem Wasserstab, die in einer Brennstoffkassette angeordnet sind, in welcher die Brennstäbe und der Wasserstab in Form eines Gitters (im Querschnitt) angeordnet und von einer Ab standseinrichtung gehaltert sind, wobei von einer Lücken meßvorrichtung (15, 115, 211) Gebrauch gemacht wird, die die Kernspin- oder magnetische Resonanz ausnutzt, umfassend folgende Schritte:
Bereitstellen eines mit einem Fluid gefüllten Behäl ters;
Einsetzen der Lückenmeßvorrichtung in das in dem Be hälter befindliche Fluid;
Anordnen einer zu inspizierenden Brennstoffkassette in einem vorbestimmten Abschnitt des Behälters;
Messen einer Verteilung des Fluids, welches die in den Behälter eingesetzte Brennstoffkassette ausfüllt, unter Ausnutzung der Kernspin-Resonanz; und
Messen der Lücke nach Maßgabe der Fluidverteilung als Bild.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Fluid ein Kühlwasser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Fluid ein Gas ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Gas CF₄ ist.

5. Vorrichtung zum Messen einer Lücke zwischen be nachbarten Brennstäben oder zwischen einem Brennstab und einem Wasserstab, die in einer Brennstoffkassette angeord net sind, in welcher die Brennstäbe und der Wasserstab in Form eines Gitters (im Querschnitt) angeordnet und von ei ner Abstandseinrichtung gehaltert sind, wobei die Kernspin- Resonanz ausgenutzt wird, umfassend:
eine in einem mit einem Fluid gefüllten Behälter ein gestellte Meßeinrichtung mit einer Magneteinrichtung und einer Spuleneinrichtung zum Erzeugen von Magnetfeldern, wo bei die Spuleneinrichtung eine Spulenanordnung zum Erzeugen von Gradientenmagnetfeldern und eine Spulenanordnung zum Erzeugen eines Hochfrequenz-Magnetfeldes und zum Erfassen eines Kernspin-Resonanzsignals enthält;
eine Steuereinrichtung zum Steuern der Magnetfelder, die von den jeweiligen Magneteinrichtungen und Spulenanord nungen erzeugt werden; und
eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Durchführen einer Datenverarbeitung in Abhängigkeit eines von der Steuereinrichtung gesendeten Signals, wobei die Verteilung des Fluids in der in dem Behälter eingestellten Brennstoff kassette als Schnittbild der Brennstoffkassette verarbeitet wird, um auf diese Weise die Lücke zwischen benachbarten Brennstoffstäben oder zwischen einem Brennstoffstab und dem Wasserstab zu messen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuer einrichtung eine Energiequelle zum Erregen der Spulenein richtung aufweist, damit letztere das Magnetfeld erzeugt, und eine Duplexereinheit besitzt, über die Hochfrequenzlei stung auf die zum Erzeugen der Hochfrequenz dienende Spu lenanordnung gegeben wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, bei der die Da tenverarbeitungseinrichtung eine Ablaufsteuerung erhält, die mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, eine mit der Steuereinheit verbundene Datenspeichereinheit enthält, und einen Rechner aufweist, der an die Datenspeichereinheit und eine Bildanzeigeeinheit angeschlossen ist, um ein von dem Rechner verarbeitetes Bild darzustellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Meßein richtung aufweist: einen zylindrischen Magneten, der mit einer Spule in Form eines Solenoids ausgestattet ist, um ein statisches Magnetfeld zu erzeugen, und der weiterhin mit einer Kabeleinrichtung versehen ist, die ein Kabel zum Speisen des Magneten, ein Kabel zum Speisen einer Magnet feld-Justierspulenanordnung, ein Kabel zum Speisen einer Gradientenmagnetfeld-Spulenanordnung und ein Kabel zum Speisen der Hochfrequenz-Spulenanordnung aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekenn zeichnet durch eine Leitungseinrichtung für die Zu fuhr eines Kühlmittels, um den Magneten zu kühlen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Lei tungseinrichtung von einem Wärmeisoliermaterial abgedeckt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Gradien tenmagnetfeld-Spulenanordnung sich im Inneren des zylindri schen Magneten befindet und ein Gradientenmagnetfeld mit Primärgradienten in drei sich unter rechtem Winkel schneidenden Richtungen erzeugt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Spulena nordnungen zum Justieren des Magnetfeldes, zum Erzeugen des Gradientenmagnetfeldes und zum Erzeugen der Hochfrequenz jeweils im Inneren des Magneten angeordnet und fest abge deckt sind durch ein Harzmaterial, welches verhindert, daß die Spulenanordnungen direkt mit dem in dem Behälter be findlichen Fluid in Berührung gelangen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei dem das die Hochfrequenz-Spulenanordnung bedeckende Harzmaterial einen kleinen dielektrischen Verlustfaktor aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, bei dem die Spulenanordnung zum Erzeugen der Hochfrequenz aus einer sattelförmigen Spulenanordnung zum Anlegen einer impulsförmigen Hochfrequenz ausgebildet ist, wodurch Was serstoff-Atomkerne in magnetische Resonanz innerhalb des statischen Magnetfeldes senkrecht zur Richtung des stati schen Magnetfeldes gelangen, wobei die Spulenanordnung außerdem ein Kernspinresonanz-Signal empfängt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Hoch frequenz-Spulenanordnung mittels eines Kondensators einer Impedanzanpassung unterzogen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Hochfre quenz-Spulenanordnung aus sattelförmigen Spulen besteht, welche derart angeordnet sind, daß die von den Spulen er zeugten Hochfrequenzfelder einander unter rechtem Winkel schneiden, um so ein kreisförmig polarisiertes Feld zu er zeugen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem die Meßein richtung sich zusammensetzt aus einem Magneten zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes, einer im Inneren des Magne ten angeordneten Spulenanordnung zum Erzeugen des Gradien tenmagnetfeldes, und einer Spulenanordnung zum Erzeugen ei nes Hochfrequenz-Magnetfelds sowie zum Empfangen eines Kernspinresonanz-Signals, wobei der Magnet das statische Magnetfeld in einer Richtung erzeugt, die etwa senkrecht auf der axialen Richtung der in dem Behälter eingestellten Brennstoffkassette steht, die Gradientenmagnetfeld-Spulenan ordnung Gradientenmagnetfelder in zwei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Richtungen in einer die axiale Richtung der Brennstoffkassette etwa rechtwinklig kreuzenden Ebene erzeugt, und die Hochfrequenz-Spulenanordnung eine Hochfre quenz in einer Richtung erzeugt, die etwa parallel zur Axi alrichtung der Brennstoffkassette verläuft.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Magnet ein Permanentmagnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Perma nentmagnet eine im wesentlichen C-förmige Gestalt hat und sich zusammensetzt aus einem Paar Magnetstücken, die mit sich gegenüberliegenden Stirnflächen angeordnet sind, wobei ein ferromagnetischer Körper die Magnetstücke zu einer ein stückigen Struktur verbindet, während Polstücke an den ein ander gegenüberliegenden Stirnflächen der Magnetstücke an geordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Gradi entenmagnetfelder-Spulenanordnung eine Spulenanordnung vom Anderson-Typ umfaßt, um ein Gradientenmagnetfeld mit Pri märgradienten parallel zu dem statischen Magnetfeld in drei sich unter rechtem Winkel kreuzenden Richtungen zu er zeugen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Spulen anordnungen zum Erzeugen der Gradientenmagnetfelder und zum Erzeugen des Hochfrequenz-Magnetfelds jeweils im Inneren des Magneten angeordnet sind und fest durch ein Harzmate rial abgedeckt sind, wodurch verhindert wird, daß die Spu lenanordnungen in direkte Berührung mit dem in dem Behälter befindlichen Fluid gelangen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei dem das Harzma terial, welches die Hochfrequenz-Spulenanordnung abdeckt, einen kleinen dielektrischen Verlustfaktor besitzt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Spulen anordnung zum Erzeugen der Hochfrequenz aus einer sattel förmigen Spulenanordnung besteht, mit der impulsförmig ein Hochfrequenz-Magnetfeld erzeugt wird, durch das die Wasser stoff-Atomkerne innerhalb des statischen Magnetfeldes in magnetische Resonanz in einer Richtung senkrecht zu dem statischen Magnetfeld gelangen, wobei die Hochfrequenz-Spu lenanordnung außerdem ein Kernspinresonanz-Signal erfaßt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der die Hoch frequenz-Spulenanordnung mit Hilfe eines Kondensators einer Impedanzanpassung unterzogen wird.

25. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Hoch frequenz-Spulenanordnung aus sattelförmigen Spulen besteht, welche derart angeordnet sind, daß die durch die Spulen er zeugten Hochfrequenz-Magnetfelder einander unter rechtem Winkel kreuzen, um ein kreisförmig polarisiertes Feld zu erzeugen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Magnet ein Elektromagnet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der der Elek tromagnet einen etwa C-förmigen Aufbau besitzt und aus ei nem C-förmigen ferromagnetischen Körper besteht, um den eine Spule gewickelt ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Magnet durch eine Helmholtz-Anordnung gebildet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Fluid ein den Behälter füllendes Kühlwasser ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Fluid ein den Behälter ausfüllendes Gas ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der das Gas ein CF₄-Gas ist.