JP2004077485A - 貴金属試料の現場での採取方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　金属構成部品の表面から試料を得るための放電加工式試料採取装置が提供される。
【解決手段】　例示的な実施形態において、試料採取装置は、水中で作動可能であり、ベースプレート（７２）と該ベースプレートに移動可能に結合された電極組立体（７４）とを含む。電極組立体は、放電電極（７６）と電極ホルダ（７８）を含み、電極はそれを貫通して延びる少なくとも１つの穴（８０）を備える。試料採取装置は更に、電極に作動的に結合された粒子収集組立体（８２）を含む。各電極穴は、粒子収集組立体と流体連通している。
【選択図】　　　図２

Description

　本発明は、一般的に原子炉の点検に関し、より具体的には、原子炉圧力容器の内部の材料試料を得るための放電加工（ＥＤＭ）式装置に関する。

　一般的に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）は、ほぼ円筒形の形状を有し、例えば底部ヘッド及び取外し可能な上部ヘッドにより両端が閉じられる。上部ガイドが、一般的にＲＰＶの内部で炉心プレートの上方に間隔を置いて配置される。炉心シュラウド又はシュラウドが、一般的に炉心を囲み、シュラウド支持構造体により支持される。具体的には、シュラウドは、ほぼ円筒形の形状を有し、炉心プレート及び上部ガイドの両方を囲む。円筒形の原子炉圧力容器と円筒形状のシュラウドとの間には、空間すなわちアニュラスが設けられる。

　運転中のＢＷＲの内部構造は、様々な腐食及び亀裂作用を受けやすい。応力腐食割れ（ＳＣＣ）は、高温の水に曝される構造部材、配管、固締具、及び溶接部のような原子炉構成部品内に発生する公知の現象の１つである。原子炉構成部品は、例えば熱膨張差、原子炉冷却水を封じ込めるのに必要な運転圧力、並びに溶接、冷間加工、及び他の不均一な金属処理による残留応力のような他の原因に関連する各種の応力を受ける。更に、水の化学的性質、溶接、熱処理、及び放射線が、構成部品内の金属のＳＣＣを生じる傾向を増大させる可能性がある。

　貴金属注入法（ＮＭＣＡ）のような表面処理を用いて、原子炉構成部品の表面上に密着したミクロ層皮膜又はフィルムを形成している。施工時に、ＮＭＣＡ処理層は、均一に被着されない場合があり、使用時に該処理層は、腐食又は他の作用により表面から除去される可能性がある。表面におけるＮＭＣＡ分布又は濃度を測定するために、材料表面酸化物の試料が必要とされる。十分な表面積及び質量の試料を、原子炉構成部品に対する最小限の損傷で得る必要がある。

　材料表面酸化物の試料を得るのに用いられる１つの方法は、小型の砥石車又は研削砥石と研削屑又は残滓を収集するための組み合わされた真空装置とを使用するものである。この方法は一般的に、測定に必要とされる適切な試料の大きさが得られない。材料表面酸化物の試料を得る別の方法は、表面酸化物を含む表面金属のチップを取り去るためのバリ取り機又は類似の工具を使用するものである。この方法は、大きな表面陥凹を生じさせ、また金属チップを取り去ることができないうちに関心のある酸化物を破壊又は散乱させる可能性がある。材料表面酸化物の試料を得る更に別の方法は、機械加工又は類似の方法により原子炉構成部品から材料の大きな試料を取り去るものである。大きな試料を取り去ることは、原子炉構成部品の表面を著しく変えるので、原子炉構成部品の修理、特別な分析、又は原子炉構成部品の将来的な使用中の監視が必要になる可能性がある。

　１つの態様において、金属構成部品の表面から試料を得るための放電加工式試料採取装置が、提供される。該試料採取装置は、水中で作動可能であり、ベースプレートと該ベースプレートに移動可能に結合された電極組立体とを含む。電極組立体は、放電電極と電極ホルダとを含み、電極はそれを貫通する少なくとも１つの穴を含む。試料採取装置は更に、電極に作動的に結合された粒子収集組立体を含む。各電極穴は、粒子収集組立体と流体連通している。

　別の態様において、原子炉内の構成部品の表面から試料を得るための放電加工式試料採取装置が、提供される。該試料採取装置は、水中で作動可能であり、ベースプレートと該ベースプレートに移動可能に結合された電極組立体とを含む。電極組立体は、放電電極と電極ホルダとを含み、電極はそれを貫通する少なくとも１つの穴を含む。試料採取装置は更に、電極に作動的に結合された粒子収集組立体を含む。各電極穴は、粒子収集組立体と流体連通している。粒子収集組立体は、フィルタハウジング内に配置されたフィルタ膜を含み、フィルタハウジングは真空源に作動的に結合されている。

　更に別の態様において、原子炉内の構成部品の金属表面の試料採取を現場で行なう方法が、提供される。該方法は、原子炉内の原子炉構成部品の金属表面に隣接して放電加工式試料採取装置を位置決めする段階と、原子炉構成部品の表面から粒子のデブリを生成するように該試料採取装置を起動させる段階と、粒子のデブリを収集する段階とを含む。該試料採取装置は、水中で作動可能であり、ベースプレートと該ベースプレートに移動可能に結合された電極組立体とを含む。電極組立体は、放電電極と電極ホルダとを含み、電極はそれを貫通する少なくとも１つの穴を含む。試料採取装置は更に、電極に作動的に結合された粒子収集組立体を含む。各電極穴は、粒子収集組立体と流体連通している。

　水中で操作可能でありかつ沸騰水型原子炉の構成部品から材料試料を得ることができる放電加工（ＥＤＭ）式試料採取装置を、以下により詳細に説明する。ＥＤＭ式試料採取装置は、原子炉内で容易に位置決めされ、また原子炉内での位置を維持することができて、原子炉構成部品の表面に対して最小限の又は無視できる程度の損傷しか与えない状態で、原子炉構成部品から材料の抽出作業を行なうことができる。ＮＭＣＡフィルム及びあらゆる表面酸化物を含む試料材料が、構成部品の所定の表面区域から取り去られ、原子炉から取り出されて分析のために試験室又は試験システムに運ばれることができる。

　ＥＤＭ式試料採取装置を、原子炉構成部品から試料を得ることに関連して以下に説明する。しかしながら、ＥＤＭ式試料採取装置は、種々の用途における構成部品の金属試料を得るのに用いることができる。例えば、ＥＤＭ式試料採取装置は、タンク又は管の表面酸化物状態を点検するのに用いることができ、或いは高温のガスタービン又はジェットエンジン構成部品の酸化物堆積を点検するのに用いることができる。更に、ＥＤＭ式試料採取装置は、試験室分析において、むき出しの母材金属を適切に検査するために金属試料が表面から酸化物層を除去されなければならない場合にも用いることができる。

　ここで図面を参照すると、図１は、沸騰水型原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１０の一部破断された断面図である。ＲＰＶ１０は、ほぼ円筒形の形状を有し、一端が底部ヘッド１２により閉じられ、また他端が取外し可能な上部ヘッド１４により閉じられている。側壁１６が、底部ヘッド１２から上部ヘッド１４まで延びる。側壁１６は、上部フランジ１８を含む。上部ヘッド１４は、上部フランジ１８に取付けられる。円筒形の形状の炉心シュラウド２０が、原子炉炉心２２を囲む。シュラウド２０は、１端でシュラウド支持体２４により支持され、他端に取外し可能なシュラウドヘッド２６を含む。アニュラス２８が、シュラウド２０と側壁１６との間に形成される。リング形状のポンプデッキ３０が、シュラウド支持体２４とＲＰＶ側壁１６との間で延びる。ポンプデッキ３０は、複数の円形の開口３２を含み、各開口がジェットポンプ３４を収納する。ジェットポンプ３４は、炉心シュラウド２０の周りに円周方向に分散配置される。入口上昇管３６が、移行組立体３８により２つのジェットポンプ３４に結合される。各ジェットポンプ３４は、入口ミキサ４０及びディフューザ４２を含む。入口上昇管３６及び２つの連結されたジェットポンプ３４が、ジェットポンプ組立体４４を形成する。

　核分裂物質の燃料集合体４６を含む炉心２２の内部で熱が発生される。炉心２２を通って上方に循環する水が、少なくとも部分的に蒸気に変換される。蒸気分離器４８が、再循環される水から蒸気を分離する。残留する水は、蒸気ドライヤ５０により蒸気から除去される。蒸気は、容器上部ヘッド１４付近の蒸気出口５２を通ってＲＰＶ１０を流出する。

　炉心２２内で発生する熱の量は、例えば炭化ホウ素のような中性子吸収材料の制御棒５４を挿入及び引き出すことによって調節される。制御棒５４が燃料集合体４６内に挿入される程度に応じて、そうでなければ炉心２２内に熱を発生する連鎖反応を促進するのに利用されるはずの中性子を制御棒が吸収する。制御棒ガイド管５６が、挿入及び引き出しの間に制御棒５４の垂直方向の動きを維持する。制御棒駆動装置５８が、制御棒５４の挿入及び引き出しを行なう。制御棒駆動装置５８は、底部ヘッド１２を貫通して延びる。

　燃料集合体４６は、炉心２２の底部に設けられた炉心プレート６０により整列される。上部ガイド６２が、燃料集合体４６が炉心２２内に下げられるとき該燃料集合体を整列させる。炉心プレート６０及び上部ガイド６２は、炉心シュラウド２０により支持される。

　図２は、本発明の例示的な実施形態によるＥＤＭ式試料採取装置７０の斜視図である。試料採取装置７０は、ベースプレート７２と該ベースプレート７２に移動可能に結合された電極組立体７４とを含む。電極組立体７４は、放電電極７６と電極ホルダ７８とを含む。穴８０が、電極７６を貫通して延びる。電極７６は、任意の適当な材料、例えば黒鉛又は銀タングステン材料から形成することができる。

　試料採取装置７０は更に、電極７６に作動的に結合された粒子収集組立体８２を含み、各電極穴８０は粒子収集組立体８２と流体連通している。収集組立体８２は、フィルタハウジング８６の内部に設置されたフィルタ要素８４（図４に示す）を含む。収集組立体８２は、水吸引真空ポンプ（図示せず）に作動的に結合されて、ＥＤＭ処理により生成された微粒子すなわち「削り屑」を含む水を電極穴８０を通してフィルタハウジング８６内に吸い出す。ハウジング８６の内部で、水がフィルタハウジング８６を通過すると、削り屑がフィルタ要素８４上に収集される。別の実施形態では、電極ホルダ７８が、フィルタハウジングと流体連通する穴を含み、収集組立体８２内の削り屑の収集を行なう。

　駆動機構９０が、ベースプレート７２に結合され、かつ駆動ベルト９４によりモータ９２に作動的に結合される。モータ９２は、取付けブラケット９６によりベースプレート７２に結合される。駆動機構９０は、ベースプレート７２に結合された支持ブロック９８と、親ねじ１０２に作動的に結合されたトロリ１００と、線形スライド１０４とを含む。Ｌ字形状の取付けブラケット１０６が、トロリ１００に結合され、かつフィルタハウジング８６及び電極ホルダ７８に取付けられる。駆動プーリ１０８が、親ねじ１０２に作動的に結合され、かつ駆動ベルト９４を受ける大きさにされる。

　位置合わせブラケット１１０が、ベースプレート７２に結合される。調節可能な整準スタッド１１２が、位置合わせブラケット１１０の第１の表面１１４から延びる。整準スタッド１１２は、原子炉１０内に装置７０を取付けるのに先立って、点検される原子炉構成部品の曲率に適合するように調節される。

　図３を参照すると、ＥＤＭ式試料採取装置７０は更に、支持ブラケット１１８と装置７０を原子炉構成部品に結合するための手段１２０とを備える位置決め組立体１１６を含む。この例示的な実施形態では、装置７０を原子炉構成部品に結合するための手段１２０は、支持ブラケット１１８に結合された吸盤１２２を含む。他の実施形態では、装置７０を原子炉構成部品に結合するための適当な手段１２０は、それに限定するのではないが、クランプ組立体、くさび組立体、フック組立体、固締具組立体、及びそれらの組合せを含む。また、図４は、削り屑１２４が収集された状態のフィルタ要素８４を示す。

　原子炉１０の構成部品の表面から試験試料を得るために、試料採取装置７０は、電極７６が点検される原子炉構成部品の表面に隣接する状態で、原子炉１０内の水中に位置決めされる。吸盤１２２は、調節可能な整準スタッド１１２が原子炉構成部品の表面と接触して、電極７６が原子炉構成部品の表面と位置合わせされた状態で、試料採取装置７０を原子炉構成部品の表面に固定する。モータ９２が作動されて、線形スライド１０４に沿ってトロリ１００を移動させて電極７６を原子炉構成部品の表面から所望の距離に位置決めする。ＥＤＭ電極７６が、始動されて放電を生じ、原子炉構成部品の表面を気化させて、微粒子デブリすなわち削り屑を生成する。水と削り屑が、水吸引真空ポンプ（図示せず）の作用により電極内の穴８０を通して導かれ、フィルタハウジング８６の内部のフィルタ要素８４上に収集される。次に、装置７０は、停止されて、原子炉１０から除去される。フィルタ要素８４は、フィルタハウジング８６から取外されて、点検される原子炉構成部品の表面に被着された貴金属の量又は濃度を求める分析のために試験室又は試験システム（図示せず）に運ばれる。

　試料採取装置７０は、貴金属濃度を求めるために、原子炉構成部品上の浅い試料区域（深さが約０．００１から約０．００４インチ(約０．０２５から約０．１０２mm)）のみを形成する原子炉構成部品から試料を得る。浅い試料区域は、原子炉構成部品表面に及ぼす影響は最小限又は無視できるほどである。試料区域の深さは、ＥＤＭパラメータ、例えば電極材料、電極に供給される電流と電圧、及び放電時間により制御される。更に、供給される電流及び電圧は、一定とすることができるし、或いは可変の振幅、パルス周波数、及びパルス持続時間をもつ脈動とすることができる。

　本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

沸騰水型原子炉圧力容器の一部破断された断面図。 本発明の実施形態による試料採取装置の斜視図。 送給具に結合された、図２に示す試料採取装置の斜視図。 図２に示す試料採取装置のフィルタ要素の平面図。

符号の説明

　７０　放電加工式試料採取装置
　７２　ベースプレート
　７４　電極組立体
　７６　放電電極
　７８　電極ホルダ
　８０　穴
　８２　粒子収集組立体
　８６　フィルタハウジング
　９０　電極駆動機構
　９２　モータ
　１００　トロリー
　１０２　親ねじ
　１０４　線形スライド
　１０６　取付けブラケット
　１１０　位置合わせブラケット
　１１２　整準スタッド

Claims (9)

1. 金属構成部品の表面から試料を得るための放電加工式試料採取装置（７０）であって、該装置は、水中で作動可能であり、
   　ベースプレート（７２）と、
   　それを貫通して延びる少なくとも１つの穴（８０）を備える放電電極（７６）と電極ホルダ（７８）とを含み、前記ベースプレートに移動可能に結合された電極組立体（７４）と、
   　前記電極に作動的に結合された粒子収集組立体（８２）と、を含み、
   　前記少なくとも１つの電極穴が、前記粒子収集組立体と流体連通している、
   ことを特徴とする装置。
2. モータ（９２）と、該モータ及び前記電極組立体（７４）に作動的に結合された電極駆動機構（９０）とを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記電極駆動機構（９０）が、前記電極組立体（７４）を構成部品の表面に対してほぼ垂直な平面に沿って移動させるように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記ベースプレート（７２）に結合された位置合わせブラケット（１１０）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記位置合わせブラケット（１１０）が、少なくとも３つの整準スタッド（１１２）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記ベースプレート（７２）に結合された位置決め組立体（１１６）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記位置決め組立体（１１６）が、前記ベースプレート（７２）に結合された支持ブラケット（１１８）と該試料採取装置を構成部品に結合するための手段（１２０）とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記試料採取装置を構成部品に結合するための前記手段（１２０）が、前記支持ブラケット（１１８）に結合された少なくとも２つの吸盤（１２２）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記粒子収集組立体（８２）が、フィルタハウジング（８６）内に配置されたフィルタ要素（８４）を含み、前記フィルタハウジングが真空源に作動的に結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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