JP2001133208A - 核燃料棒の被覆表面の酸化物材料からなる層の厚さを求める方法 - Google Patents
核燃料棒の被覆表面の酸化物材料からなる層の厚さを求める方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 核燃料棒被覆表面に形成された、強磁性材料
からなるクラッド層および酸化物層の厚さを精確に測定
する方法を提供すること。 【解決手段】 うず電流センサのプローブを、強磁性材
料を含むクラッド層の表面に配置し、ここでこのプロー
ブはコイルを有しており、プローブのコイルを、強磁性
材料を含むクラッド層だけを貫通する第１周波数の交流
と、強磁性材料を含むクラッド層、酸化物材料の層、お
よび燃料棒被覆を貫通する第２周波数の交流とによって
励磁し、第１および第２複素インピーダンスを測定し、
第１複素インピーダンスの位相を回転して、第１複素イ
ンピーダンスの極性が第２複素インピーダンスと１８０
°をなすようにし、第２複素インピーダンスと、位相を
回転した第１複素インピーダンスとを加算して、酸化物
材料からなる層の厚さを表す合成複素インピーダンスを
形成する。
からなるクラッド層および酸化物層の厚さを精確に測定
する方法を提供すること。 【解決手段】 うず電流センサのプローブを、強磁性材
料を含むクラッド層の表面に配置し、ここでこのプロー
ブはコイルを有しており、プローブのコイルを、強磁性
材料を含むクラッド層だけを貫通する第１周波数の交流
と、強磁性材料を含むクラッド層、酸化物材料の層、お
よび燃料棒被覆を貫通する第２周波数の交流とによって
励磁し、第１および第２複素インピーダンスを測定し、
第１複素インピーダンスの位相を回転して、第１複素イ
ンピーダンスの極性が第２複素インピーダンスと１８０
°をなすようにし、第２複素インピーダンスと、位相を
回転した第１複素インピーダンスとを加算して、酸化物
材料からなる層の厚さを表す合成複素インピーダンスを
形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的には、核燃料
エレメントの核燃料棒の被覆に形成された強磁性および
非強磁性クラッドならびに酸化ジルコニウムからなる１
つまたは複数の導電層の厚さを測定するためのうず電流
試験方法に関し、またジルコニウム合金の燃料棒被覆
と、１つまたは複数の強磁性および／または非強磁性ク
ラッドの導電層との間にある酸化ジルコニウム層の厚さ
を精確に測定するためのうず電流試験方法に関する。
エレメントの核燃料棒の被覆に形成された強磁性および
非強磁性クラッドならびに酸化ジルコニウムからなる１
つまたは複数の導電層の厚さを測定するためのうず電流
試験方法に関し、またジルコニウム合金の燃料棒被覆
と、１つまたは複数の強磁性および／または非強磁性ク
ラッドの導電層との間にある酸化ジルコニウム層の厚さ
を精確に測定するためのうず電流試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉の運転中、各核燃料アセンブリに
配置された核燃料棒は、炉心の冷却／減速材に浸され
る。燃料棒に対してジルコニウムまたはジルカロイ被覆
管を使用する軽水炉では、水冷却減速材と被覆管のジル
コニウムとが反応する結果、酸化ジルコニウムが燃料棒
に形成される。この酸化物は約２００μｍの厚さまで堆
積することがある。酸化ジルコニウムは、燃料棒被覆管
から冷却／減速材への熱伝導に不利な影響を与えるた
め、また金属損によって被覆壁の厚さが薄くなることに
よって被覆の構造的な質が影響を受けるため、各燃料棒
に許容される最大酸化物量には限界がある。燃料棒がい
ったんこの限界に到達すると、この燃料棒は使用中止に
なり、除去しなければならない。
配置された核燃料棒は、炉心の冷却／減速材に浸され
る。燃料棒に対してジルコニウムまたはジルカロイ被覆
管を使用する軽水炉では、水冷却減速材と被覆管のジル
コニウムとが反応する結果、酸化ジルコニウムが燃料棒
に形成される。この酸化物は約２００μｍの厚さまで堆
積することがある。酸化ジルコニウムは、燃料棒被覆管
から冷却／減速材への熱伝導に不利な影響を与えるた
め、また金属損によって被覆壁の厚さが薄くなることに
よって被覆の構造的な質が影響を受けるため、各燃料棒
に許容される最大酸化物量には限界がある。燃料棒がい
ったんこの限界に到達すると、この燃料棒は使用中止に
なり、除去しなければならない。
【０００３】通常の水化学の原子炉（例えば、水の冷却
／減速材に亜鉛または貴金属が付加されていない原子
炉）では、通例、燃料棒にクラッドがデポジットされな
いか、限られた量のクラッドしかデポジットされないた
め、標準のうず電流リフトオフ測定技術を使用すること
ができる。このような標準の技術では、酸化ジルコニウ
ム層によって形成されたパラメタ（例えばリフトオフベ
クトル）が測定され、つぎにこれが酸化ジルコニウム層
の厚さに相関つけられる。
／減速材に亜鉛または貴金属が付加されていない原子
炉）では、通例、燃料棒にクラッドがデポジットされな
いか、限られた量のクラッドしかデポジットされないた
め、標準のうず電流リフトオフ測定技術を使用すること
ができる。このような標準の技術では、酸化ジルコニウ
ム層によって形成されたパラメタ（例えばリフトオフベ
クトル）が測定され、つぎにこれが酸化ジルコニウム層
の厚さに相関つけられる。
【０００４】しかしながら原子炉の冷却材は、溶解した
粒子を、原子炉冷却材システム部材と配管とから搬送す
ることがあり、このような溶解した粒子を核燃料棒にデ
ポジットすることがある。
粒子を、原子炉冷却材システム部材と配管とから搬送す
ることがあり、このような溶解した粒子を核燃料棒にデ
ポジットすることがある。
【０００５】アドミラルチーブラス部材を蒸気復水器に
有する沸騰水型炉（ＢＷＲ=BoilingWater Reactor）で
は、また亜鉛注入水化学を使用するＢＷＲおよび加圧水
型炉（ＰＷＲ=Pressured Water Reactor）では、強磁性
クラッドが同様に燃料棒に形成される。例えば亜鉛注入
化学を使用する原子炉では、亜鉛スピネル（ＺｎＦｅ 4
Ｏ2）およびヘマタイトの層が、粘着性のクラッド層を
酸化ジルコニウム層の上に形成する。このクラッド層
は、鉄が存在するため強磁性である。さらに鉄と亜鉛に
よって形成される合金は、クラッド層の導電率と透磁率
に影響を与える。クラッド層と酸化層の両方の厚さの測
定は、核燃料棒の熱流体性能と、燃料棒動作制限への適
合性と、燃料棒の耐用年数とを精確に評価するために重
要である。
有する沸騰水型炉（ＢＷＲ=BoilingWater Reactor）で
は、また亜鉛注入水化学を使用するＢＷＲおよび加圧水
型炉（ＰＷＲ=Pressured Water Reactor）では、強磁性
クラッドが同様に燃料棒に形成される。例えば亜鉛注入
化学を使用する原子炉では、亜鉛スピネル（ＺｎＦｅ 4
Ｏ2）およびヘマタイトの層が、粘着性のクラッド層を
酸化ジルコニウム層の上に形成する。このクラッド層
は、鉄が存在するため強磁性である。さらに鉄と亜鉛に
よって形成される合金は、クラッド層の導電率と透磁率
に影響を与える。クラッド層と酸化層の両方の厚さの測
定は、核燃料棒の熱流体性能と、燃料棒動作制限への適
合性と、燃料棒の耐用年数とを精確に評価するために重
要である。
【０００６】しかしながらクラッド層の強磁性材料は、
燃料棒の被覆酸化層の厚さと求めるのに使用される標準
のうず電流リフトオフ測定に障害を与える。強磁性材料
を有するクラッド層は、これまで従来の方法では精確に
測定されておらず、これら方法が原因で被膜酸化層の厚
さが過大に見積もられていた。
燃料棒の被覆酸化層の厚さと求めるのに使用される標準
のうず電流リフトオフ測定に障害を与える。強磁性材料
を有するクラッド層は、これまで従来の方法では精確に
測定されておらず、これら方法が原因で被膜酸化層の厚
さが過大に見積もられていた。
【０００７】１つまたは複数の腐食層の厚さを測定する
ための標準のリフトオフ測定では、燃料棒の表面に配置
される、導電性のワイヤからなるコイルを有するプロー
ブを使用する。コイルが試験体の表面からリフトオフす
るのに伴い、コイルのインピーダンスが、試験体の部分
に形成されるうず電流の低減作用に応じて変化する。コ
イルが形成する軌跡をリフトオフベクトルと称する。核
燃料棒を試験する場合、ベースまたは被覆材料の導電率
は変化しないため、これはリフトオフ曲線のリトレース
曲線に影響を与えない。インピーダンス変化は、うず電
流コイルが試験体をリフトオフした距離に直接、相関す
ると推定される。インピーダンスチャートで図１に示し
たように強磁性材料およびこれに対応する透磁率の軌跡
（図１の点Ａから点Ｃまでの部分として示されている）
は基本的な方向が、非磁性のベース材料（すなわち燃料
棒被覆）に対するリフトオフ曲線（図１の点Ｂから点Ａ
までの部分として示されている）と同じである。リフト
オフの軌跡の方向および大きさの変化は、強磁性のクラ
ッド層によって発生する。リフトオフ軌跡の方向および
大きさのこのような変化が、非磁性のベース材料からの
リフトオフ軌跡に、従来技術の装置では通例のように加
えられてしまうと、燃料棒の酸化物の厚さは、実際より
も１０倍もの厚さで不精確に求められてしまう。
ための標準のリフトオフ測定では、燃料棒の表面に配置
される、導電性のワイヤからなるコイルを有するプロー
ブを使用する。コイルが試験体の表面からリフトオフす
るのに伴い、コイルのインピーダンスが、試験体の部分
に形成されるうず電流の低減作用に応じて変化する。コ
イルが形成する軌跡をリフトオフベクトルと称する。核
燃料棒を試験する場合、ベースまたは被覆材料の導電率
は変化しないため、これはリフトオフ曲線のリトレース
曲線に影響を与えない。インピーダンス変化は、うず電
流コイルが試験体をリフトオフした距離に直接、相関す
ると推定される。インピーダンスチャートで図１に示し
たように強磁性材料およびこれに対応する透磁率の軌跡
（図１の点Ａから点Ｃまでの部分として示されている）
は基本的な方向が、非磁性のベース材料（すなわち燃料
棒被覆）に対するリフトオフ曲線（図１の点Ｂから点Ａ
までの部分として示されている）と同じである。リフト
オフの軌跡の方向および大きさの変化は、強磁性のクラ
ッド層によって発生する。リフトオフ軌跡の方向および
大きさのこのような変化が、非磁性のベース材料からの
リフトオフ軌跡に、従来技術の装置では通例のように加
えられてしまうと、燃料棒の酸化物の厚さは、実際より
も１０倍もの厚さで不精確に求められてしまう。
【０００８】燃料棒の被覆の強磁性材を含むクラッドの
層および酸化ジルコニウム層の厚さを測定する従来の方
法では、予想される強磁性のクラッド層の影響に起因し
て補正係数を使用しなければならない。この補正係数
は、強磁性材を含むクラッド層の影響が、厚さの線形関
数であると仮定することによって求められる。しかしな
がらこの仮定は、厚さ、成分、燃料棒被覆の軸方向の長
さに沿った透磁率を変化させる、クラッドの実際の状態
を正しく表してはおらず、ましては精確に表してもいな
い。したがってこの補正係数およびこの仮定それ自体
が、実際の厚さと記録された厚さとの重大な差を導入し
てしまう。この補正係数は集積されたデータから抽出さ
れたものであり、クラッド層と酸化ジルコニウム層との
仮想的な合計の厚さを与えるだけである。強磁性材を含
むクラッド層と酸化ジルコニウム層のそれぞれの厚さ
を、このような従来技術によって決定することはできな
い。
層および酸化ジルコニウム層の厚さを測定する従来の方
法では、予想される強磁性のクラッド層の影響に起因し
て補正係数を使用しなければならない。この補正係数
は、強磁性材を含むクラッド層の影響が、厚さの線形関
数であると仮定することによって求められる。しかしな
がらこの仮定は、厚さ、成分、燃料棒被覆の軸方向の長
さに沿った透磁率を変化させる、クラッドの実際の状態
を正しく表してはおらず、ましては精確に表してもいな
い。したがってこの補正係数およびこの仮定それ自体
が、実際の厚さと記録された厚さとの重大な差を導入し
てしまう。この補正係数は集積されたデータから抽出さ
れたものであり、クラッド層と酸化ジルコニウム層との
仮想的な合計の厚さを与えるだけである。強磁性材を含
むクラッド層と酸化ジルコニウム層のそれぞれの厚さ
を、このような従来技術によって決定することはできな
い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、核燃
料棒被覆表面に形成された強磁性材料を含むクラッド層
および酸化物層の厚さを精確に測定できる方法を提供す
ることである。
料棒被覆表面に形成された強磁性材料を含むクラッド層
および酸化物層の厚さを精確に測定できる方法を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明の請
求項１の特徴部分に記載された構成を有する方法によっ
て解決される。
求項１の特徴部分に記載された構成を有する方法によっ
て解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態と利点】本発明が従来技術の装置お
よび方法よりも有利であるのは、核燃料棒被覆に形成さ
れた、強磁性材料を含むクラッド層の厚さが精確に測定
されることである。
よび方法よりも有利であるのは、核燃料棒被覆に形成さ
れた、強磁性材料を含むクラッド層の厚さが精確に測定
されることである。
【００１２】さらに本発明が従来技術の装置および方法
よりも有利であるのは、核燃料棒被覆表面に形成された
酸化ジルコニウム層の厚さが精確に測定されることであ
る。
よりも有利であるのは、核燃料棒被覆表面に形成された
酸化ジルコニウム層の厚さが精確に測定されることであ
る。
【００１３】さらに本発明が従来技術の装置および方法
よりも有利であるのは、核燃料棒被覆表面に形成され
た、強磁性材料を含むクラッド層および酸化ジルコニウ
ム層の厚さが精確に測定されることである。
よりも有利であるのは、核燃料棒被覆表面に形成され
た、強磁性材料を含むクラッド層および酸化ジルコニウ
ム層の厚さが精確に測定されることである。
【００１４】本発明では、核燃料棒の被覆表面の、実質
的に酸化物材料からなる層が、その上に実質的に強磁性
材料からなる層を有しており、前記の実質的に酸化物材
料からなる層の厚さが未知の場合に、この実質的に酸化
物材料からなる層の厚さを求める方法が提供される。こ
の方法は次のようなステップを有するする。すなわち、
うず電流センサのプローブを、実質的に強磁性材料から
なる層の表面に配置し、ここでこのプローブはコイルを
有しており、このコイルは第１周波数の交流によって励
磁され、ここでこの第１周波数の交流は、これが実質的
に強磁性材料からなる層だけを貫通し、かつ前記プロー
ブの第１複素インピーダンスを形成するように選択され
ており、ここでこの第１複素インピーダンスは、実質的
に強磁性材料からなる層の透磁率変化と、厚さ変化と、
導電率変化とを表しており、前記コイルは第２周波数の
交流によって励磁され、この第２周波数の交流は、これ
が強磁性材料を含む層と、酸化物材料の層と、核燃料棒
の被覆とを貫通し、かつプローブの第２複素インピーダ
ンスを形成するように選択されており、ここでこの第２
複素インピーダンスは、実質的に酸化物材料からなる層
によって形成された、強磁性材料を含むクラッド層の透
磁率変化と、厚さ変化と、導電率変化と、リフトオフの
測定した変化とを表しており、プローブを第１周波数お
よび第２周波数の交流によって励磁し、第１複素インピ
ーダンスと第２複素インピーダンスとを測定し、第１複
素インピーダンスの位相を回転し、これによって第１複
素インピーダンスの極性が第２複素インピーダンスと１
８０°をなすようにし、第２複素インピーダンスと、位
相を回転した第１複素インピーダンスとを加算し、当該
加算によって、実質的に酸化物材料からなる層の厚さを
表す合成複素インピーダンスを形成する。
的に酸化物材料からなる層が、その上に実質的に強磁性
材料からなる層を有しており、前記の実質的に酸化物材
料からなる層の厚さが未知の場合に、この実質的に酸化
物材料からなる層の厚さを求める方法が提供される。こ
の方法は次のようなステップを有するする。すなわち、
うず電流センサのプローブを、実質的に強磁性材料から
なる層の表面に配置し、ここでこのプローブはコイルを
有しており、このコイルは第１周波数の交流によって励
磁され、ここでこの第１周波数の交流は、これが実質的
に強磁性材料からなる層だけを貫通し、かつ前記プロー
ブの第１複素インピーダンスを形成するように選択され
ており、ここでこの第１複素インピーダンスは、実質的
に強磁性材料からなる層の透磁率変化と、厚さ変化と、
導電率変化とを表しており、前記コイルは第２周波数の
交流によって励磁され、この第２周波数の交流は、これ
が強磁性材料を含む層と、酸化物材料の層と、核燃料棒
の被覆とを貫通し、かつプローブの第２複素インピーダ
ンスを形成するように選択されており、ここでこの第２
複素インピーダンスは、実質的に酸化物材料からなる層
によって形成された、強磁性材料を含むクラッド層の透
磁率変化と、厚さ変化と、導電率変化と、リフトオフの
測定した変化とを表しており、プローブを第１周波数お
よび第２周波数の交流によって励磁し、第１複素インピ
ーダンスと第２複素インピーダンスとを測定し、第１複
素インピーダンスの位相を回転し、これによって第１複
素インピーダンスの極性が第２複素インピーダンスと１
８０°をなすようにし、第２複素インピーダンスと、位
相を回転した第１複素インピーダンスとを加算し、当該
加算によって、実質的に酸化物材料からなる層の厚さを
表す合成複素インピーダンスを形成する。
【００１５】
【実施例】本発明の１実施形態ではうず電流コイルは、
通例は１０ＭＨｚである第１周波数で動作する。うず電
流の貫通の深さは、周波数の逆数に関係する。
通例は１０ＭＨｚである第１周波数で動作する。うず電
流の貫通の深さは、周波数の逆数に関係する。
【００１６】 Ｓ＝（１／πｆμ0μσ）1/2 （数式１） ここで、 Ｓ＝標準の貫通の深さ（ただしうず電流密度は、その表
面の値の３７％に減衰されている） ｆ＝うず電流プローブの動作周波数 μ0＝普遍透磁率または空気の透磁率 μ＝試験体または材料の比透磁率 σ＝試験体または材料の導電率 このように１０ＭＨｚの高い周波数を選択することによ
って、うず電流コイルインピーダンスの変化により、ク
ラッドの透磁率、厚さ、および導電率だけが測定され
る。なぜならばこの周波数は十分に高いため、十分な深
さまで貫通せずに通例はジルカロイである燃料棒被覆材
料の導電率により影響を受けないからである。この測定
から、強磁性材料を含むクラッド層の厚さ、透磁率、導
電率の変化が測定される。この方法は、従来技術の方法
よりも精確である。それはこの方法では、強磁性材料を
含むクラッド層だけを貫通するからであり、かつ強磁性
材料を含むクラッド層の実際の、しかも変化した特性だ
けが測定され、特定の強磁性材料に対する実際の厚さデ
ータが得られ、燃料棒被覆に実際に存在する強磁性材料
に単に類似している強磁性材料からは得られないからで
ある。
面の値の３７％に減衰されている） ｆ＝うず電流プローブの動作周波数 μ0＝普遍透磁率または空気の透磁率 μ＝試験体または材料の比透磁率 σ＝試験体または材料の導電率 このように１０ＭＨｚの高い周波数を選択することによ
って、うず電流コイルインピーダンスの変化により、ク
ラッドの透磁率、厚さ、および導電率だけが測定され
る。なぜならばこの周波数は十分に高いため、十分な深
さまで貫通せずに通例はジルカロイである燃料棒被覆材
料の導電率により影響を受けないからである。この測定
から、強磁性材料を含むクラッド層の厚さ、透磁率、導
電率の変化が測定される。この方法は、従来技術の方法
よりも精確である。それはこの方法では、強磁性材料を
含むクラッド層だけを貫通するからであり、かつ強磁性
材料を含むクラッド層の実際の、しかも変化した特性だ
けが測定され、特定の強磁性材料に対する実際の厚さデ
ータが得られ、燃料棒被覆に実際に存在する強磁性材料
に単に類似している強磁性材料からは得られないからで
ある。
【００１７】本発明の別の実施形態では、第２の周波数
が同一のコイルに供給され、この第２周波数によって、
うず電流は、クラッドと、酸化物層と、少なくとも１つ
の標準の貫通の深さで燃料棒被覆とを貫通する。周波数
の関数としてのうず電流の貫通の深さは、ここでも数式
１によって表される。択一的には第２のコイルを、単一
のコイルの代わりに使用することも可能である。
が同一のコイルに供給され、この第２周波数によって、
うず電流は、クラッドと、酸化物層と、少なくとも１つ
の標準の貫通の深さで燃料棒被覆とを貫通する。周波数
の関数としてのうず電流の貫通の深さは、ここでも数式
１によって表される。択一的には第２のコイルを、単一
のコイルの代わりに使用することも可能である。
【００１８】クラッドと、酸化物層と、燃料棒被覆とを
貫通するように選択された、有利には２〜３ＭＨｚであ
る周波数のより低い第２周波数を使用することによっ
て、うず電流コイルインピーダンスの変化は、酸化ジル
コニウム層のリフトオフベクトル（燃料棒被覆の導電率
が一定であるとした場合）と、強磁性クラッド導電率、
厚さ、および透磁率のベクトルとの合成になる。
貫通するように選択された、有利には２〜３ＭＨｚであ
る周波数のより低い第２周波数を使用することによっ
て、うず電流コイルインピーダンスの変化は、酸化ジル
コニウム層のリフトオフベクトル（燃料棒被覆の導電率
が一定であるとした場合）と、強磁性クラッド導電率、
厚さ、および透磁率のベクトルとの合成になる。
【００１９】標準のうず電流測定技術を使用する場合、
非磁性の燃料棒被覆に誘導されるうず電流は、うず電流
プローブによって形成された誘導うず電流と対抗する。
燃料棒被覆がその上に強磁性材料を含むクラッドを有す
る場合、上にあるクラッド層に誘導されるうず電流は、
非磁性の燃料棒被覆に形成されるうず電流よりも大き
く、これと同相（すなわち加算的）である。これにより
燃料棒被覆の上にある層の厚さの測定は偏る傾向があ
り、層は実際よりも厚くなることがわかる。
非磁性の燃料棒被覆に誘導されるうず電流は、うず電流
プローブによって形成された誘導うず電流と対抗する。
燃料棒被覆がその上に強磁性材料を含むクラッドを有す
る場合、上にあるクラッド層に誘導されるうず電流は、
非磁性の燃料棒被覆に形成されるうず電流よりも大き
く、これと同相（すなわち加算的）である。これにより
燃料棒被覆の上にある層の厚さの測定は偏る傾向があ
り、層は実際よりも厚くなることがわかる。
【００２０】本発明では、測定したパラメタ、すなわち
うず電流コイルを比較的高い周波数で動作させることに
よって得られた、強磁性クラッドの透磁率と厚さの軌跡
（ａ）を、うず電流コイルを比較的低い周波数で動作さ
せることによって得られた、酸化ジルコニウムの厚さ
（すなわちリフトオフ軌跡）と強磁性クラッド層の厚さ
（すなわち合成された透磁率と厚さの軌跡）を表す測定
パラメタ（ｂ）からベクトル的に減算することによっ
て、得られたインピーダンス信号は、酸化ジルコニウム
層のリフトオフベクトルからだけのデータを表し、強磁
性クラッド層の影響はキャンセルされる。したがって上
記の誤差または偏りは除去され、酸化ジルコニウム層の
実際の厚さを表すデータが得られる。高い周波数を使用
してうず電流を強磁性材料に誘導した測定には、誤差が
含まれない。それは強磁性材料に誘導されるうず電流
と、非磁性材料に誘導されるうず電流とは交差しないか
らである。
うず電流コイルを比較的高い周波数で動作させることに
よって得られた、強磁性クラッドの透磁率と厚さの軌跡
（ａ）を、うず電流コイルを比較的低い周波数で動作さ
せることによって得られた、酸化ジルコニウムの厚さ
（すなわちリフトオフ軌跡）と強磁性クラッド層の厚さ
（すなわち合成された透磁率と厚さの軌跡）を表す測定
パラメタ（ｂ）からベクトル的に減算することによっ
て、得られたインピーダンス信号は、酸化ジルコニウム
層のリフトオフベクトルからだけのデータを表し、強磁
性クラッド層の影響はキャンセルされる。したがって上
記の誤差または偏りは除去され、酸化ジルコニウム層の
実際の厚さを表すデータが得られる。高い周波数を使用
してうず電流を強磁性材料に誘導した測定には、誤差が
含まれない。それは強磁性材料に誘導されるうず電流
と、非磁性材料に誘導されるうず電流とは交差しないか
らである。
【００２１】２つまた１つのコイルを有するマルチ周波
数うず電流テスタを使用する場合、比較的高い周波数か
らの情報は、比較的高いおよび比較的低い周波数の全体
信号から、うず電流テスタ内のフィルタを使用して抽出
される。比較的高い周波数の信号からの情報は位相が回
転され、これによってその極性が比較的低い周波数の信
号と１８０°をなすようにする。これにより高い周波数
の信号と低い周波数の信号は、振幅が補正され、位相が
加えられ、濾波される。得られたインピーダンス信号
は、酸化ジルコニウムリフトオフベクトルからだけのデ
ータを表しており、強磁性クラッド層の影響はキャンセ
ルされている。さらに、強磁性クラッド層の厚さベクト
ル（図１では点Ｃと点Ｅとの間のグラフで表される厚さ
減少の軌跡として示されている）を、標準と比較してク
ラッド層の厚さを求めることができる。例えばコバルト
またはニッケルが存在することによって強磁性クラッド
層の組成に変化があれば、透磁率の軌跡（図１の点Ａか
ら点Ｃ）または導電率の軌跡（図１の点Ｃから点Ｄ）
に、このような変化を透磁率および／または導電率の軌
跡における位相シフトによって識別することができる。
択一的には、位相の加算をコンピュータ上でオフライン
で実行することが可能である。
数うず電流テスタを使用する場合、比較的高い周波数か
らの情報は、比較的高いおよび比較的低い周波数の全体
信号から、うず電流テスタ内のフィルタを使用して抽出
される。比較的高い周波数の信号からの情報は位相が回
転され、これによってその極性が比較的低い周波数の信
号と１８０°をなすようにする。これにより高い周波数
の信号と低い周波数の信号は、振幅が補正され、位相が
加えられ、濾波される。得られたインピーダンス信号
は、酸化ジルコニウムリフトオフベクトルからだけのデ
ータを表しており、強磁性クラッド層の影響はキャンセ
ルされている。さらに、強磁性クラッド層の厚さベクト
ル（図１では点Ｃと点Ｅとの間のグラフで表される厚さ
減少の軌跡として示されている）を、標準と比較してク
ラッド層の厚さを求めることができる。例えばコバルト
またはニッケルが存在することによって強磁性クラッド
層の組成に変化があれば、透磁率の軌跡（図１の点Ａか
ら点Ｃ）または導電率の軌跡（図１の点Ｃから点Ｄ）
に、このような変化を透磁率および／または導電率の軌
跡における位相シフトによって識別することができる。
択一的には、位相の加算をコンピュータ上でオフライン
で実行することが可能である。
【００２２】本発明の利点は、強磁性クラッドの特性お
よび厚さの変化を直接、測定できることである。従来技
術はシミュレーションされたクラッドの厚さおよび特性
に基づいており、このことは測定の精度に影響する。本
発明の方法は、クラッド層および酸化物層データを得る
ために、誤った近似を適用していない。本発明によれ
ば、強磁性クラッド層と酸化ジルコニウム層の厚さをそ
れぞれ、補正係数を使用して近似するのではなく測定す
ることができ、これによって燃料性能および動作マージ
ンを評価するための実際の尺度が提供される。
よび厚さの変化を直接、測定できることである。従来技
術はシミュレーションされたクラッドの厚さおよび特性
に基づいており、このことは測定の精度に影響する。本
発明の方法は、クラッド層および酸化物層データを得る
ために、誤った近似を適用していない。本発明によれ
ば、強磁性クラッド層と酸化ジルコニウム層の厚さをそ
れぞれ、補正係数を使用して近似するのではなく測定す
ることができ、これによって燃料性能および動作マージ
ンを評価するための実際の尺度が提供される。
【００２３】したがって本発明によって以下を精確に測
定することができる。すなわち非強磁性導電材料のベー
ス上にある、（ａ） 非導電性酸化物層を覆う、厚さお
よび透磁率が変化する強磁性層の厚さと、（ｂ） 強磁
性導電層の下にある酸化物層の厚さとを測定することが
できる。
定することができる。すなわち非強磁性導電材料のベー
ス上にある、（ａ） 非導電性酸化物層を覆う、厚さお
よび透磁率が変化する強磁性層の厚さと、（ｂ） 強磁
性導電層の下にある酸化物層の厚さとを測定することが
できる。
【００２４】さらに本発明は、最上層の強磁性層を通し
て行われる、非強磁性導電ベース上にある複数層の任意
の測定に適用することができる。
て行われる、非強磁性導電ベース上にある複数層の任意
の測定に適用することができる。
【００２５】本発明をその有利な実施形態に基づいて示
しかつ説明したが、形態および詳細な点について種々の
変更を、本発明の精髄および範囲を逸脱することなくな
し得ることは当業者には理解されることである。
しかつ説明したが、形態および詳細な点について種々の
変更を、本発明の精髄および範囲を逸脱することなくな
し得ることは当業者には理解されることである。
【図１】燃料棒被覆からレフトオフしたうず電流プロー
ブに対して、誘導性リアクタンスを抵抗について示した
複素インピーダンス図である。
ブに対して、誘導性リアクタンスを抵抗について示した
複素インピーダンス図である。
Ｂ−Ａ 非磁性体に対するリフトオフの軌跡 Ａ−Ｃ 磁性体に対する透磁率の軌跡 Ｃ−Ｄ 磁性体に対する導電率の軌跡 Ｃ−Ｅ 磁性体に対する厚さ減少の軌跡
Claims (6)
- 【請求項１】 核燃料棒の被覆表面の酸化物材料からな
る層が、当該層の上に強磁性材料を含むクラッド層を有
しており、前記酸化物材料の層の厚さが未知の場合に当
該層の厚さを求める形式の、核燃料棒の被覆表面の酸化
物材料からなる層の厚さを求める方法において、 うず電流センサのプローブを、強磁性材料を含むクラッ
ド層の表面に配置し、ここで前記プローブはコイルを有
しており、該コイルは第１周波数の交流によって励磁さ
れ、ここで該第１周波数の交流は、当該第１周波数の交
流が強磁性材料を含むクラッド層だけを貫通し、かつ前
記プローブの第１複素インピーダンスを形成するように
選択されており、ここで該第１複素インピーダンスは、
強磁性材料を含むクラッド層の透磁率変化と、厚さ変化
と、導電率変化とを表しており、さらに前記コイルは第
２周波数の交流によって励磁され、ここで該第２周波数
は、強磁性材料を含むクラッド層と、酸化物材料の層
と、核燃料棒被覆とを貫通し、かつ前記プローブの第２
複素インピーダンスを形成するように選択されており、
ここで該第２複素インピーダンスは、実質的に酸化物材
料からなる層によって形成された、強磁性材料を含むク
ラッド層の透磁率変化と、厚さ変化と、導電率変化と、
リフトオフの測定した変化とを表しており、 前記プローブを前記第１周波数の交流によって励磁し、 前記プローブを前記第２周波数の交流によって励磁し、 前記の第１複素インピーダンスと第２複素インピーダン
スとを測定し、 第１複素インピーダンスの位相を回転し、これによって
第１複素インピーダンスの極性が第２複素インピーダン
スと１８０°をなすようにし、 第２複素インピーダンスと、前記の位相を回転した第１
複素インピーダンスとを加算し、当該加算によって、実
質的に酸化物材料からなる層の厚さを表す合成複素イン
ピーダンスを形成することを特徴とする核燃料棒の被覆
表面の酸化物材料からなる層の厚さを求める方法。 - 【請求項２】 前記酸化物材料の層の酸化物材料は、ジ
ルコニウムの酸化物である請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記第２周波数の範囲は２〜３ＭＨｚで
ある請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記第１周波数は１０ＭＨｚである請求
項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記第２周波数の範囲は２〜３ＭＨｚで
ある請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 実質的に酸化物材料からなる層の酸化物
材料は、ジルコニウムの酸化物である請求項５に記載の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/398536 | 1999-09-17 | ||
| US09/398,536 US6366083B1 (en) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | Method for measuring the thickness of oxide layer underlying crud layer containing ferromagnetic material on nuclear fuel rods |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001133208A true JP2001133208A (ja) | 2001-05-18 |
| JP4681106B2 JP4681106B2 (ja) | 2011-05-11 |
Family
ID=23575752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000282680A Expired - Fee Related JP4681106B2 (ja) | 1999-09-17 | 2000-09-18 | 核燃料棒の被覆表面の酸化物材料からなる層の厚さを求める方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6366083B1 (ja) |
| EP (1) | EP1085526B1 (ja) |
| JP (1) | JP4681106B2 (ja) |
| KR (1) | KR100735213B1 (ja) |
| DE (1) | DE60018341T2 (ja) |
| ES (1) | ES2239979T3 (ja) |
| TW (1) | TW565858B (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005221282A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Jfe Steel Kk | 層厚測定方法、システム及び層厚測定方法のプログラム |
| JP2010145233A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 酸化膜厚さ測定方法 |
| US9207211B2 (en) | 2011-01-06 | 2015-12-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Deposit measurement apparatus, deposit measurement method, and computer-readable storage medium storing deposit measurement program |
| JP2016161562A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | 非破壊検査株式会社 | 渦電流検査装置及び渦電流検査方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW541425B (en) * | 2000-10-20 | 2003-07-11 | Ebara Corp | Frequency measuring device, polishing device using the same and eddy current sensor |
| US20050260331A1 (en) * | 2002-01-22 | 2005-11-24 | Xingwu Wang | Process for coating a substrate |
| EP1394360A1 (de) | 2002-08-23 | 2004-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Bauteils sowie zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel |
| US7388369B2 (en) * | 2004-11-30 | 2008-06-17 | Electric Power Research Institute, Inc. | Method and apparatus for measuring hydrogen concentration in zirconium alloy components in the fuel pool of a nuclear power plant |
| US7420165B1 (en) | 2006-06-09 | 2008-09-02 | Areva Np, Inc. | Method of determining the power transfer of nuclear component with a layer of material placed upon a heating surface of the component |
| US8737557B2 (en) * | 2006-07-21 | 2014-05-27 | Areva Inc. | Method for prediction of light water reactor fuel defects using a fuel condition index |
| NL2002921C2 (en) * | 2009-05-25 | 2010-11-30 | Ntgen Tech Dienst B V R | A METHOD OR NON-DESTRUCTIVELY TESTING, A SYSTEM AND A COMPUTER PROGRAM PRODUCT. |
| WO2011151530A1 (fr) | 2010-05-31 | 2011-12-08 | Arcelormittal Investigacion Y Desarrollo, S.L. | Procede et dispositif de mesure de l'epaisseur d'une couche de revetement sur une bande en defilement |
| KR101200781B1 (ko) | 2011-07-08 | 2012-11-13 | 한전원자력연료 주식회사 | 프로브 및 이를 포함하는 연료봉 산화막 두께 측정장치 |
| FR2981741B1 (fr) * | 2011-10-20 | 2013-11-29 | Messier Bugatti Dowty | Procede de mesure d'epaisseur d'une couche de revetement par induction de champs magnetiques |
| US9478319B2 (en) * | 2013-01-28 | 2016-10-25 | Areva Inc. | Method of operating a power generator based on noble metal induced oxidation of a heat transfer surface |
| CN106093581A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-11-09 | 刘相华 | 导电薄膜方块电阻的电涡流测量方法 |
| DE102017129150B4 (de) | 2017-12-07 | 2020-03-05 | Helmut Fischer GmbH Institut für Elektronik und Messtechnik | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Dicke von nicht magnetisierbaren Schichten auf einem magnetisierbaren Grundwerkstoff |
Citations (4)
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| JPH11142577A (ja) * | 1997-11-07 | 1999-05-28 | Hitachi Ltd | 酸化膜厚測定システム |
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|---|---|---|---|---|
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| DE4119903C5 (de) * | 1991-06-17 | 2005-06-30 | Immobiliengesellschaft Helmut Fischer Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Messung dünner Schichten |
-
1999
- 1999-09-17 US US09/398,536 patent/US6366083B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-09-05 TW TW089118104A patent/TW565858B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-09-14 DE DE60018341T patent/DE60018341T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-14 EP EP00119450A patent/EP1085526B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-14 ES ES00119450T patent/ES2239979T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-16 KR KR1020000054407A patent/KR100735213B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2000-09-18 JP JP2000282680A patent/JP4681106B2/ja not_active Expired - Fee Related
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