JP2005517191A - 原子核燃料ロッドの検査方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、誘導コイルを利用した電磁検出器（９）を使用することによって、スプリング（５）を収容しつつ核燃料シース（２）に対しての封入キャップ（３）の溶接を制御するという方法に関するものである。実際、過剰のエネルギーでもって溶接が行われると、スプリング（５）の冶金学的構造が脆弱化し、電磁結合強度が低下して、検出器（９）によって記録される信号が低下する。ピーク信号とベース信号とを比較することにより、原子核燃料ロッド（１）の品質の判定基準がもたらされる。

Description

本発明の目的は、原子核燃料ロッドの検査方法である。

ある種の原子核燃料ロッドは、クラッドを備えており、このクラッドの中に、積層された複数の核燃料ペレットを収容している。クラッドの開放端部は、プラグによって閉塞され、このプラグは、後に溶接される。スプリングが、プラグとペレット積層体との間において圧縮されている。これにより、積層体が所定位置に保持されるようになっている。

組み立てられたロッドのいくつかの特性をチェックするために、非破壊試験が行われる。その際、電磁検出器を使用することによって、スプリングの存在と、プラグと核燃料ペレットとの間においてスプリングを収容しているチャンバの長さと、をチェックすることができる。検出器を通してロッドを移動させたとき、検出器の出力信号は、磁気結合が局所的に強い場合には大きなものとなり、スプリングの長さに対応した平坦部分を有している。この平坦部分は、スプリングの端部位置に対応した２つのピークによって規定される。スプリングの端部においては、圧縮されたターンが集積しており、そのため、磁気結合が大きい。この特性曲線の存在は、スプリングが失われていないことを証明する。なお、本出願人の知る限りにおいては、本出願に関連性を有する先行技術文献は存在しない。

本発明による方法においては、上記タイプの測定を使用することによって、画期的理由づけに基づき、プラグの溶接の品質を決定する。

溶接の品質が入力エネルギーに強く依存することは、既に観測されている。この入力エネルギーが過剰であると、溶融金属液滴が、スプリング上に付着し、スプリングの状態に悪影響を与えたり、あるいは、プラグに対してスプリングを固着させたり、してしまう。発生する１つの深刻な問題点は、スプリングやクラッドやプラグの冶金学的構造が、過熱によって変性してしまうことである。損傷を受けたスプリングを収容したロッドは、不合格品とされなければならない。同様に、スプリングが失われたロッドも、また、不合格品とされなければならない。

要約すれば、本発明は、原子核燃料ロッドの検査方法に関するものであって、原子核燃料ロッドが、クラッドと、このクラッドに対して溶接された端部プラグと、このプラグと核燃料との間において圧縮されたコイルスプリングと、を具備する場合に、電磁誘導型検出器を使用して、この検出器に沿ってロッドを移動させ、検出器の出力信号を測定する、という検査方法において、ロッドとの磁気結合が存在しない場合に得られるベース部をなす信号の値と、プラグとスプリングの一端との接触箇所に対応した最大の磁気結合に由来するピーク信号の値と、を記録し、それら信号の値に関する比を計算し、この比がしきい値より大きいかあるいは小さいかに基づいてロッドを合格品とするかあるいは不合格品とするかを決定することを特徴としている。

以下、本発明について、添付図面を参照しつつ、説明する。

図１は、原子核燃料からなるロッド１を示している。ロッド１に関し、クラッドには、符号２が付されており、トッププラグには、符号３が付されており、積層された複数のペレットには、符号４が付されており、スプリングには、符号５が付されている。クラッド２のエッジに対してのプラグ３の溶接箇所は、符号６によって示されている。スプリング５は、一端７から、ペレット４に隣接している他端８までにわたって、延在している。検査は、センサ９によって行われる。センサ９は、円筒状マンドレル１０を備えている。マンドレル１０には、ロッド１を挿通させるための穴１１が形成されている。マンドレル１０には、２つの外側グルーブが、連接して形成されている。一方のグルーブには、一次コイル１２が巻回されており、他方のグルーブには、二次コイル１３が巻回されている。コイル１２の両端子には、励起デバイス１４が接続されており、コイル１３の両端子には、受信デバイス１５が接続されている。各コイル１２，１３には、１０分の１ｍｍ直径の銅ワイヤを、５３０ターン巻回することができる。発振器からの正弦波電気信号出力が、一次コイル１２に対して入力されている。発振器の周波数は、１．５ｋＨｚとすることができ、発振器の電圧は、２Ｖとすることができる。二次コイル１３には、誘導電流が流れ、電圧は、ロッド１によって生成される磁気結合に依存する。ロッド１は、検出器９に沿って穴１１を通って移動し、それにより、図２に示すような複雑な形状を有した信号を引き起こす。横軸は、移動距離を示しており、縦軸は、二次コイル１３によって測定される電圧を示している。まず最初に、一定値すなわちベース値は、ロッド１の磁気影響の欠如に対応して記録される、あるいは、無負荷試験に対応して記録される。この例においては、値Ｓ１は、約２．６Ｖである。信号の値は、スプリング５の端部７によって主に生成される磁気結合が感知された時点で、急激に増加する。そして、最大で、ピーク値Ｓ４に到達する。この例においては、ピーク値Ｓ４は、４．０Ｖまたは４．５Ｖである。その後、磁気結合は、主に、スプリング５の中央部分によって生成される。これにより、信号は、一定値Ｓ３という、より小さな値となる。この値は、およそ３．３Ｖまたは３．４Ｖである。スプリング５の他端８によって主に磁気結合が生成されるようになった時点で、信号は
、ピーク値Ｓ５という大きな値へと復帰する。このピーク値Ｓ５は、実際には、値Ｓ４に近い値である。場合によっては、少しだけ大きい。最後に、ロッド１が検出器９を通ってさらに前進したときには、信号は、安定値Ｓ２に等しくなる。この場合の磁気結合は、実質的に、クラッド２によって引き起こされる。この値Ｓ２は、値Ｓ１よりも、わずかに大きい。

本発明による方法においては、値Ｓ４，Ｓ５，Ｓ３を記録し、比（Ｓ４−Ｓ５）／Ｓ３を決定する。プラグ３の溶接に際して過剰のエネルギーが使用された場合には、Ｓ４の値が、より小さくなる。したがって、この検査プロセスにおいては、比（Ｓ４−Ｓ５）／Ｓ３と、しきい値と、を比較する。しきい値は、この例においては、−１０％とすることができる。しかしながら、他の場合においては、経験的に決定しなければならない。この比較により、比（Ｓ４−Ｓ５）／Ｓ３がしきい値よりも大きいかあるいは小さいかに基づいて（この例においては、しきい値よりも小さい）、ロッド１が、製造基準に適合しているかどうかを評価する。この曲線を使用することにより、２つのピークの間の距離を測定することによって、スプリング５の圧縮長さを決定することができる、あるいは、スプリング５を収容しているチャンバの長さを決定することができる。また、スプリングが失われた場合にはピークが観測されることがなく観測曲線が値Ｓ１から値Ｓ２へと直接的に変化することのために、スプリング５の存在を確認することができる。

許容可能かどうかの判断基準として比（Ｓ４−Ｓ５）／Ｓ３を選択することは、ピークＳ４，Ｓ５の値が、製造欠陥に敏感な場所におけるロッド１の磁気結合のみに依存するだけではなく、環境の特性やスプリングの長さや検出器自体にも依存することを、ベースとしている。したがって、これら値Ｓ４，Ｓ５を一定値Ｓ３によって重み付けすることがより良いものであり、これにより、一種の参照信号が得られる。

本発明による方法の実施に際して使用される設備を示す全体図である。 得られた曲線を示すグラフである。

符号の説明

１ 原子核燃料ロッド
２ クラッド
３ トッププラグ（端部プラグ）
４ ペレット（核燃料）
５ スプリング（コイルスプリング）
９ センサ、検出器（電磁誘導型検出器）

Claims (1)

1. 原子核燃料ロッド（１）の検査方法であって、
   前記原子核燃料ロッド（１）が、クラッド（２）と、このクラッド（２）に対して溶接された端部プラグ（３）と、このプラグ（３）と核燃料（４）との間において圧縮されたコイルスプリング（５）と、を具備する場合に、電磁誘導型検出器（９）を使用して、この検出器（９）に沿って前記ロッドを移動させ、前記検出器の出力信号を測定する、という検査方法において、
   前記コイルスプリングの非端部において得られるベース部をなす信号（Ｓ３）と、最大の磁気結合に由来するピーク信号（Ｓ４，Ｓ５）と、を記録し、
   前記信号に関し、比（Ｓ４−Ｓ５）／Ｓ３を計算し、
   この比がしきい値より大きいかあるいは小さいかに基づいて前記ロッドを合格品とするかあるいは不合格品とするかを決定する、
   ことを特徴とする方法。

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