JP2003139885A - 照射済み核燃料棒の金属厚さを検知する方法 - Google Patents

照射済み核燃料棒の金属厚さを検知する方法

Info

Publication number
JP2003139885A
JP2003139885A JP2002220525A JP2002220525A JP2003139885A JP 2003139885 A JP2003139885 A JP 2003139885A JP 2002220525 A JP2002220525 A JP 2002220525A JP 2002220525 A JP2002220525 A JP 2002220525A JP 2003139885 A JP2003139885 A JP 2003139885A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
eddy current
fuel rod
probe
current signal
nuclear fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2002220525A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Kiernan Michael
マイケル・トマス・キールナン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2003139885A publication Critical patent/JP2003139885A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照射済み核燃料棒(12)の金属厚さを検知
する方法は、ディジタルアルゴリズムを用いて様々な周
波数における位相及び振幅での材料の効果を計算する際
に、様々な周波数についての位相/振幅データを得るこ
とによって付着した強磁性のクラッドの影響を除去す
る。 【解決手段】 照射済み燃料被覆の内径及び外径の渦電
流測定には、貫通コイル(42)を利用し、コイルにパ
ルス渦電流を供給して、強磁性のクラッドの影響を除去
する改良された金属損失法が用いられる。得られた測定
値により、照射済み核燃料棒の磁性層厚さ、酸化物層厚
さ、及び導電性金属層厚さが正確に求められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、核燃料棒被覆の健
全性及び耐食性を評価する渦流探傷検査法に関し、より
具体的には、貫通渦電流プローブを用いて照射済み核燃
料棒の金属厚さを検知する方法に関する。
【0002】
【発明の背景】過流探傷検査法は、核燃料棒被覆の健全
性の評価及び炉心運転環境に曝された被覆材料の耐食性
のような関連性能の評価に普通用いられる。具体的に
は、過流探傷検査法は、燃料棒被覆の外周表面に形成さ
れた腐食層の厚さを測定するのに用いられる。
【0003】燃料棒の腐食厚さを測定するための従来の
検査法では、渦電流センサが用いられ、そのプローブ
が、腐食層によってのみ隔てられた状態で、燃料棒被覆
の近傍に置かれる。プローブは、燃料棒の近傍にあると
きプローブの誘導性リアクタンスを表示するための機器
に連結される。典型的な渦電流センサのプローブは、実
質的には磁束の送信機と受信機の両方として機能する導
電性ワイヤのコイルを有する。コイルが交流で励振され
ると、コイルから交番磁束が出る。この交番磁束は、一
般的にジルカロイで作られている導電性の燃料棒被覆中
に交番渦電流を誘起する。この交番渦電流は次に、交番
磁束を生じさせ、該交番磁束が、プローブコイルを通る
交番励振電流に抗する交番「バッキング」電流を誘起す
る。プローブに連結された機器を用いて、プローブを通
って流れる電流に生じる最終的な減少を測定し、その減
少値がプローブの誘電性リアクタンスの測定値となる。
【0004】誘電性リアクタンスは、渦電流が誘起され
る導電性サンプルからプローブコイルを隔てる距離の関
数である。従って、燃料棒被覆に沿った特定の位置で腐
食層と接触したときのプローブの誘電性リアクタンス
は、その位置での腐食厚さの測定値となる。被覆とプロ
ーブの間のこの隔離距離は、一般的に「リフトオフ」と
呼ばれる。
【0005】原子炉の正常運転中に、原子炉冷却剤が、
原子炉循環配管から浸出し溶解した粒子を運ぶのは全く
普通のことであり、この溶解した粒子はクラッドの形態
で核燃料棒に付着しがちである。クラッド付着物が強磁
性体材料を含む場合には、この強磁性体材料の存在が、
かかる検査を実施する担当者が知らないまま、渦流探傷
検査結果に悪影響を及ぼすことになる。このことが、リ
フトオフを測定するための従来の方法が、プローブの抵
抗ではなくて、プローブの誘電性リアクタンスを測定す
る、即ち、従来の方法が、渦電流センサのプローブの複
素インピーダンスを測定しない理由である。
【0006】渦流探傷検査法が実施されている時の燃料
棒被覆のクラッド付着物中の強磁性体材料の存在を検知
するための方法が、特開平7−71905(米国特許第
5,341,678号)に開示されており、その内容は
引用文献として本明細書に組み込まれる。所定の励振周
波数に対する特性複素インピーダンス曲線が得られ、プ
ローブが未知の厚さでしかも未知の透磁率の腐食層を有
する燃料棒の近傍にある時に、所定の周波数で励振され
たプローブの複素インピーダンスが測定される。プロー
ブの複素インピーダンスは、燃料棒の外周面に沿う多数
の位置で測定される。燃料棒は、軸方向の増分距離毎に
また方位角の増分角度毎に、軸方向及び方位角方向の両
方で走査される。各プローブ位置に対して、複素インピ
ーダンス、つまり誘電性リアクタンスと抵抗の2つの成
分が、測定され、特性複素インピーダンス曲線上にプロ
ットされる。リフトオフ座に対するデータポイントの位
置は、検査する人が強磁性体材料の存在によるリフトオ
フ誤差を判断することを可能にする。
【0007】原子炉内部を保護するために亜鉛が注入さ
れる場合に生じるような、照射済み核燃料被覆が強磁性
特性を示す付着したクラッドを有する場合には、クラッ
ドの強磁性組成が、強磁性透過作用により渦電流応答に
おいて位相及び振幅のずれを更に生じさせる。この強磁
性応答が、被覆の形状寸法からの位相及び振幅のずれに
加わり、金属損失の測定値を不正確なものにする。付着
した強磁性のクラッドの濃度及び特性は、燃料棒上のそ
れぞれの位置で、また束内の燃料棒の間で異なり、金属
損失測定の予測できない妨げとなる。
【0008】
【発明の概要】本発明の例示的な実施形態において、放
射済み燃料棒の金属厚さを検知する方法は、(a)検査
される燃料棒の周りに貫通コイルプローブを置く段階
と、(b)貫通コイルプローブにパルス渦電流を供給す
る段階と、(c)貫通コイルプローブから渦電流信号を
受信する段階と、(d)フーリェ解析を用いて渦電流信
号を成分に分解する段階と、(e)成分に分解された渦
電流信号からの振幅、位相、及び周波数データにより、
磁性層厚さ、酸化物層厚さ、及び導電性金属層厚さを求
める段階とを含む。段階(e)は、振幅、位相、及び周
波数データの関数である、成分に分解された渦電流信号
に基づく回帰曲線を作り出すことにより実施することが
できる。また段階(e)は、検査される燃料棒の内径及
び外径を求めることにより実施することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、核燃料集合体10の上方
部分を示し、該核燃料集合体10は、複数の案内筒16
に固定可能に接続された1連の軸方向に間隔を置いて配
置された方形のグリッド14により担持され、支持され
た方形配列のジルカロイ被覆燃料棒12を含む。上端取
付具18は、案内筒16のボス22にねじ込まれた固締
ポスト20と原子炉運転中に集合体を所定の位置に保持
するためのコイルばね装置24とを含む。エンドキャッ
プ26が、燃料ペレットを燃料棒の内部に固定する。
【0010】単一の燃料棒12を図2に示す。ジルカロ
イ製チューブまたは被覆36は、溶接されたジルカロイ
製エンドキャップ26で密閉される。放射済み核燃料棒
の金属厚さを検知するために、符号42で概略的に示す
貫通コイル渦電流プローブが、検査される燃料棒の周り
に置かれる。
【0011】所要の位置に置かれると、貫通コイルプロ
ーブ42にはパルス渦電流が供給される。上に引用した
特許における方法とは対照的に、貫通コイルプローブ
に、標準の正弦波電流とは異なる、パルス渦電流を供給
することによって、多周波応答情報を得ることができ
る。真正パルスは、ほぼ一様な一連の正弦波からなり、
従って、多数の成分を広帯域コイルに導入する。この形
式の解決策の記述は、1971年にニューヨークのWi
ley−Interscienceにより発行されたL
ibby,H.Lによる「渦流探傷非破壊検査法の入
門」[ISBN 0−471−53410−2]に見出
すことができ、その内容は引用文献として本明細書に組
み込まれる。貫通コイルプローブから受信されたアナロ
グ渦電流信号は、次にディジタル化され、ディジタル化
された渦電流信号は公知のフーリェ解析(FFT)を用
いて成分に分解することができる。この解析により、周
波数の関数としての渦電流で通常解析されるような、振
幅及び位相情報が生成されることになる。追加された情
報を用いて、解析されている材料に関する追加の情報を
確かめることができる。ディジタル信号を成分に分解す
るためにフーリェ解析を用いることは公知であるので、
そのさらなる詳細は述べないことにする。関連のフーリ
ェ解析の記述は、1965年にニューヨークのMcGr
aw−Hillにより発行されたBracewellに
よる「フーリェ変換とその応用」に見出すことができ、
その内容は引用文献として本明細書に組み込まれる。
【0012】フーリェ解析を用いることにより、渦電流
信号の振幅、位相、及び周波数データを求めることがで
きる。この情報により、様々な層の厚さと磁性及び導電
率情報に関するそれ以上の情報を得ることが可能であ
る。これらの層の渦電流検査に関連する物理的問題は、
マクスウェルの方程式を適用することによって説明可能
である。運転後の燃料棒に関連する多層問題について
の、マクスウェルの方程式に対する逐次解が、得られ、
層厚さ、透磁率、伝導率、及び外径の関数である多数の
状態図曲線(位相角の関数としての抵抗対リアクタンス
又は位相角)を作り出すことができる。従って、状態図
の中で種々の周波数が挙動を示すことになる複雑な状態
は、使用が予測される事象の範囲に対して、一群の曲線
又はその複雑な数学的表現により捕捉することができ
る。これらの曲線又は数学的関係は、検査基準により生
成され、また理論と比較される。これらの曲線の特性を
基準として用いて、それによって様々な作用が様々な周
波数及び充填率に対する振幅に直交効果を生じる方法を
作り出す。この情報は、貫通コイルプローブによる1つ
のパルス信号から生成させることができる。
【0013】基準値を用いることにより、実際に実施を
予測される範囲についての様々な入力パラメータに対す
る周波数、振幅、及び位相の関数である回帰曲線を作り
出すことができる。各層についての厚さの範囲と共に磁
力層についての導電率及び透磁率の範囲を表わす基準値
が、作り出されることになる。次にこれらの基準値は、
振幅、周波数、及び位相データを層の厚さ、透磁率、及
び導電率に回帰させるためのあらゆる所定の用途に用い
られる。この情報で、磁性層厚さ、酸化物層厚さ、及び
導電性金属層厚さ求めることができる。
【0014】本発明の方法で、照射済み燃料棒被覆の内
径及び外径の正確な測定値を得ることができる。フーリ
ェ解析を用いて計算することにより、強磁性のクラッド
を生じる原子炉中で作動された燃料棒の残りの壁厚さ及
び酸化物層厚さを、識別することができる。かかる測定
値は、燃料棒設計の長期の性能を監視し、また長期間暴
露の燃料の継続使用に対する適否を判断するのに役立
つ。
【0015】本発明を、現在最も実用的でかつ好ましい
実施形態であると考えられるものに関して説明してきた
が、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきでは
なく、逆に、添付の特許請求の範囲の技術思想及び技術
的範囲に含まれる様々な変形形態及び均等構成を保護し
ようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 典型的な核燃料集合体の1部の正面図。
【図2】 本発明の関連する渦電流プローブの概略図を
備える核燃料棒の部分断面図。
【符号の説明】
10 核燃料集合体 12 燃料棒 14 方形のグリッド 16 案内筒 18 上端取付具 20 固締ポスト 22 ボス 24 コイルばね装置 26 エンドキャップ
フロントページの続き Fターム(参考) 2F063 AA16 AA30 BA24 BB02 BB03 BB05 DA01 DA05 GA08 2G053 AA12 AB21 BA02 BA10 BA12 BC02 BC05 BC14 CA03 CA19 CB17 DA02 2G075 CA38 DA02 FA16 FB07 GA21

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 照射済み核燃料棒の金属厚さを検知する
    方法であって、 (a)検査される燃料棒(12)の周りに貫通コイルプ
    ローブ(42)を置く段階と、 (b)該貫通コイルプローブにパルス渦電流を供給する
    段階と、 (c)前記貫通コイルプローブから渦電流信号を受信す
    る段階と、 (d)フーリェ解析を用いて前記渦電流信号を成分に分
    解する段階と、 (e)前記成分に分解された渦電流信号からの振幅、位
    相、及び周波数データにより、磁性層厚さ、酸化物層厚
    さ、及び導電性金属層厚さを求める段階と、を含むこと
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記段階(e)は、振幅、位相、及び周
    波数データの関数である、前記成分に分解された渦電流
    信号に基づく回帰曲線を作り出すことにより、実施され
    ることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記段階(e)は、前記検査される燃料
    棒(12)の内径及び外径を求めることにより、実施さ
    れることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 照射済み核燃料棒の金属厚さを検知する
    方法であって、 (a)検査される燃料棒(12)の周りに貫通コイルプ
    ローブ(42)を置く段階と、 (b)付着した強磁性のクラッドの影響を排除しなが
    ら、前記貫通コイルプローブに渦電流を供給する段階
    と、 (c)前記貫通コイルプローブから渦電流信号を受信す
    る段階と、 (d)ディジタルアルゴリズムを用いて、磁性層厚さ、
    酸化物層厚さ、及び導電性金属層厚さを求める段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】 前記段階(b)は、前記貫通プローブ
    (42)にパルス渦電流を供給することにより、実施さ
    れることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記段階(d)は、フーリェ解析を用い
    て前記渦電流信号を成分に分解することにより、実施さ
    れることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記段階(d)は、振幅、位相、及び周
    波数データの関数である、前記成分に分解された渦電流
    信号に基づく回帰曲線を作り出すことにより、さらに実
    施されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記段階(d)は、検査される燃料棒の
    内径及び外径を求めることにより、実施されることを特
    徴とする、請求項6に記載の方法。
JP2002220525A 2001-07-31 2002-07-30 照射済み核燃料棒の金属厚さを検知する方法 Withdrawn JP2003139885A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US91777001A 2001-07-31 2001-07-31
US09/917770 2001-07-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003139885A true JP2003139885A (ja) 2003-05-14

Family

ID=25439292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002220525A Withdrawn JP2003139885A (ja) 2001-07-31 2002-07-30 照射済み核燃料棒の金属厚さを検知する方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003139885A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
JP2008046121A (ja) * 2006-08-10 2008-02-28 General Electric Co <Ge> 検査システム及び動作方法
JP2010145233A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd 酸化膜厚さ測定方法
CN114999688A (zh) * 2022-06-14 2022-09-02 中国核动力研究设计院 一种缩比模拟燃料组件

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
JP4617677B2 (ja) * 2004-02-04 2011-01-26 Jfeスチール株式会社 層厚測定方法、システム及び層厚測定方法のプログラム
JP2008046121A (ja) * 2006-08-10 2008-02-28 General Electric Co <Ge> 検査システム及び動作方法
JP2010145233A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd 酸化膜厚さ測定方法
CN114999688A (zh) * 2022-06-14 2022-09-02 中国核动力研究设计院 一种缩比模拟燃料组件
CN114999688B (zh) * 2022-06-14 2024-04-26 中国核动力研究设计院 一种缩比模拟燃料组件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lebrun et al. Pulsed eddy current signal analysis: application to the experimental detection and characterization of deep flaws in highly conductive materials
JPH0226721B2 (ja)
EP0664435B1 (en) Determining thickness
US5341678A (en) Method for determining thickness of ferromagnetic material deposition on nuclear fuel rods
US6366083B1 (en) Method for measuring the thickness of oxide layer underlying crud layer containing ferromagnetic material on nuclear fuel rods
Ge et al. Bobbin pulsed eddy current array probe for detection and classification of defects in nonferromagnetic tubes
JPH01123143A (ja) 過電流欠陥探傷方法及びその装置
WO2006060102A2 (en) Method and apparatus for measuring hydrogen concentration in zirconium alloy components in the fuel pool of a nuclear power plant
JP4895142B2 (ja) 酸化膜厚さ測定方法
US6369566B1 (en) Method for measuring crud thickness on nuclear fuel rods
JP2003139885A (ja) 照射済み核燃料棒の金属厚さを検知する方法
Zainal Abidin Modelling and experimental investigation of eddy current distribution for angular defect characterisation
CN111133308B (zh) 涡电流探伤方法
Zhang Investigation of Flux Transfer along Ferrite Core of Probe Coil for Eddy Current Nondestructive Evaluation
US20240094168A1 (en) Method for detecting internal coating defects in pipe sample
Kishore et al. Characterization of pulsed eddy current signals to discriminate cladding change over wall thinning of ferromagnetic pipes
Nanekar et al. Nondestructive Evaluation of Corrosion: Case Studies I
Kishore et al. Detection of deep subsurface cracks in thick stainless steel plate
Krzywosz HYDROGEN CHARACTERIZATION OF ZIRCALOY-CLAD FUEL RODS USING SWEPT-FREQUENCY EDDY CURRENT
Dodd et al. EDDY-CURRENT EVALUATION OF NUCLEAR CONTROL RODS.
Udpa et al. Eddy current defect characterization using neural networks: Materials evaluation, Vol. 48, No. 3, pp. 342–347 (Mar. 1990)
Chady et al. Flaw recognition in presence of interferences from fasteners and subsurface structures
Dobbeni The Role of Eddy Currents and ACPD in Effective Inspection
Treece et al. Detecting cracks in semiconductor solarcells from eddy-current measurements: Proceedings of the 15th annual review of progress in quantitative nondestructive evaluation, La Jolla, California (USA), 31 Jul–5 Aug. 1988. Vol. 8B, pp. 1281–1288. Edited by DO Thompson and DE Chimenti. Plenum Press (1989). ISBN 0-306-43209-9
Shin et al. Electromagnetic Nondestructive Evaluation (XII)

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20051004