JP2008175753A - 黒鉛含有セラミック容器の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の検査装置が必要とせず、また酸化防止用釉薬に影響されることなく、黒鉛含有セラミック容器の欠陥を簡便かつ確実に発見できる検査方法を提供する。
【解決手段】内側に渦電流センサ４を搭載した小型のセンサユニット２を、導電性の黒鉛含有セラミック容器１の口縁に沿って移動させ、容器の口部内面からクラックの有無を渦電流探傷検査する。センサユニット２としては、黒鉛含有セラミック容器１の口縁に跨る逆Ｕ字状の本体３に、ローラー５，６，７と、渦電流センサ４と、渦電流センサ４から容器表面までの距離を一定に保つバネ１０とを設けたものを用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、低レベル放射性廃棄物等の溶融処理に用いられる黒鉛含有セラミック容器の検査方法に関するものである。

原子力発電所に代表される原子力施設からは、金属、ガラス、コンクリート、フィルタ、焼却灰などの低レベルの放射性雑固体廃棄物が発生する。これらの放射性雑固体廃棄物の最終処理法としては、これらをセラミック容器に収納して溶融炉内で高周波誘導加熱し、溶融固化する方法が主体である。このためのセラミック容器は、特許文献１に記載されているような黒鉛を８〜４０％程度含有させた黒鉛含有セラミック容器であり、黒鉛により導電性を与えて容器自体も発熱するようになっている。

この黒鉛含有セラミック容器の検査方法には、打音検査法、超音波検査法、Ｘ線透視検査法、水圧検査法、発泡検査法（特許文献２）、目視検査法などがあり、工場出荷段階においてはこれらの検査法の組み合わせにより欠陥のない製品が出荷されている。

ところが、工場出荷時には無欠陥であっても、出荷後の輸送段階や使用場所における溶融炉内への装着等の取り扱い段階において、黒鉛含有セラミック容器に欠陥が生じる場合がある。これは黒鉛含有セラミック容器を搬送途中に障害物に衝突させたりすることによって発生する欠陥であり、ラミネーションと呼ばれる層状亀裂や緻密性不足といったセラミック組織内部の欠陥ではなく、黒鉛含有セラミック容器の口部に発生するクラックが大部分である。このクラックは目視により発見できる場合もあるが、目視では発見できない微細なヘアクラックであることもある。このようなクラックのある黒鉛含有セラミック容器を放射性雑固体廃棄物の高周波誘導加熱に用いた場合には、溶融時の発熱によってクラックが拡大して破損に至り、最悪の場合には放射性の溶湯が炉内に漏れる湯漏れ事故となる可能性がある。

このような黒鉛含有セラミック容器の使用時における湯漏れを避けるためには、工場出荷時に実施されている検査と同じ検査を使用場所においても行うことにより、欠陥の発見は可能である。しかし、打音検査法、超音波検査法、目視検査法は何れも個人の技量に依存するために検査漏れが発生する可能性がある。また、Ｘ線透視検査法、水圧検査法、発泡検査法を実施するには大型の検査装置が必要であるため、使用場所である放射性廃棄物処理場においてこれらの検査法を実施することは、経済性にも設備的にも困難である。

しかも現在使用されている黒鉛含有セラミック容器には、含有されている黒鉛の酸化を防止するために、工場出荷時に表面に酸化防止用釉薬が塗布されている。このため、超音波検査法、水圧検査法、発泡検査法はこの釉薬層が障害となって実施困難であり、さらに目視検査も困難となっている。
特許第３４８９８６８号公報 特許第２９５５１９１号公報

従って本発明の目的は、大型の検査装置を必要とせず、また酸化防止用釉薬に影響されることなく、使用場所において黒鉛含有セラミック容器の湯漏れにつながるような欠陥を簡便かつ確実に発見することができる黒鉛含有セラミック容器の検査方法を提供することである。
この課題を解決するために、本発明者は黒鉛含有セラミック容器が導電性を有すること、及びクラックの発生部位は容器口部に集中していることに着目し、本発明を完成した。

上記の知見に基づいてなされた本発明の黒鉛含有セラミック容器の検査方法は、渦電流センサを搭載したセンサユニットを、黒鉛含有セラミック容器の口縁に沿って移動させ、容器口部のクラックの有無を検査することを特徴とするものである。好ましくは、渦電流センサをセンサユニットの内側に搭載し、容器の口部内面からクラックの有無を検査する。なお、本発明においては、センサユニットとして、黒鉛含有セラミック容器の口縁に跨る逆Ｕ字状の本体に、走行用のローラーと、渦電流センサと、渦電流センサから容器表面までの距離を一定に保つバネとを設けたものを用いることが好ましく、特にローラーが容器の口部上面、口部内面、口部外面に接する各ローラーを含み、口部外面に接するローラーをバネにより口部外面に向かって弾発することにより、渦電流センサから容器表面までの距離を一定に保つようにすることが好ましい。

本発明の黒鉛含有セラミック容器の検査方法は、黒鉛含有セラミック容器が導電性を有することを利用して容器口部の渦電流探傷検査を行うものであり、小型のセンサユニットを用いて、容器口部のクラックの有無を、酸化防止用釉薬の影響を受けることなく、簡便かつ正確に検査することができる。この検査は大型の検査装置を必要とせず、放射性廃棄物処理場等において容易に実施することができる。また、セラミック組織内部の欠陥は工場出荷段階において検査されており、その後の搬送途中で発生する欠陥のほとんどは容器口部に集中しているため、口部のみを検査すれば湯漏れにつながるような欠陥容器をほぼ完全に排除することができる。

なお、渦電流探傷検査を行うためには渦電流センサから容器表面までの距離を一定に保つ必要があるが、請求項３、４に記載のセンサユニットを用いれば、上記の距離を一定に保ちながら、口縁部全周にわたる欠陥検査が可能となる。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１において、１は放射性雑固体廃棄物の高周波溶融に使用される黒鉛含有セラミック容器である。この黒鉛含有セラミック容器はアルミナを基本成分とし、黒鉛を８〜４０％程度含有させて導電性を持たせたものである。前記したように、その表面には黒鉛の酸化を防止するための酸化防止用釉薬が塗布されている。

本発明では、渦電流センサを搭載した小型のセンサユニット２を用いて、黒鉛含有セラミック容器１の渦電流探傷検査を行う。渦電流探傷検査は、コイルに高周波電圧を印加すると交流磁界が発生し、その磁界内部に置かれた金属材料に発生する渦電流が、材質、欠陥、形状変化などの影響によって変化することを利用して金属材料の非破壊検査を行う方法である。この渦電流探傷検査自体は周知の検査方法であり、原子力分野においても燃料被覆管や蒸気発生器伝熱管などの健全性を確認するために従来から用いられている。しかし従来は専ら金属材料の検査に使用されてきた方法である。

本実施形態において用いたセンサユニット２は、黒鉛含有セラミック容器１の口部を跨ぐ断面が逆Ｕ字状の本体３に、渦電流センサ４を搭載したものである。渦電流センサ４は図示を略した電源装置と検出信号解析器とに接続され、交流磁界の発生と渦電流の検出とを行うことができるものである。しかし渦電流センサ４から容器表面までの距離が変化すると検出信号も変化するため、この距離を一定に保ちながら容器口部に沿って移動させる必要がある。

そこでセンサユニット２には、図２、図３に示すような黒鉛含有セラミック容器１の口部上面に接するローラー５と、口部内面に接するローラー６と、口部外面に接するローラー７とを設けてある。ローラー５はセンサユニット２の本体３を一定高さに維持するためのもので、黒鉛含有セラミック容器１の口部上面を走行できるよう、２つのローラー５，５が黒鉛含有セラミック容器１の円周方向に角度を持たせて設置されている。なお、口部上面に接するローラー５にセンサユニット２の本体３に対する高さ調節機構を設けておけば、渦電流センサ４による検査高さの調整が可能となる。その調整幅は５０ｍｍ程度としておけば十分である。

口部内面に接するローラー６は、図示のように上下２段の左右に合計４個が設けられている。そしてそれらの中心位置に渦電流センサ４が設けられている。ローラー６と渦電流センサ４とはともにセンサユニット２の本体３に固定されているので、ローラー６を黒鉛含有セラミック容器１の口部内面に接触させれば、黒鉛含有セラミック容器１の口部肉厚の大小や円周方向の歪み変形にかかわらず、渦電流センサ４と容器表面との距離は常に一定となる。

一方、口部外面に接するローラー７も上下２段の左右に合計４個が設けられているのであるが、これらのローラー７は何れも本体に固定された軸受９に支持されたローラー保持軸８の先端に設けられており、軸受９とローラー７との間にはバネ１０が設けられている。バネ１０は圧縮コイルバネであって、ローラー７を口部外面に向かって弾発している。その反作用によってセンサユニット２の本体３は常に容器の外側に向かって付勢されることとなり、上記のローラー６は常に黒鉛含有セラミック容器１の口部内面に接触され、センサユニット２と渦電流センサ４との距離を一定に保つことが可能となる。

このように、本実施形態では渦電流センサ４はセンサユニット２の内側に設けられており、黒鉛含有セラミック容器１の口部を内面から検査する。本発明者の調査によれば、黒鉛含有セラミック容器１を障害物に衝突させたときに発生するクラックは口部天面から発生し、内面から外面に貫通するものが多いが、微小なクラックは口部天面から内面に進展するものの、外面にまで貫通しない場合がある。逆に口部天面から外面にのみ進展するクラックはほとんどない。このため、渦電流センサ４を黒鉛含有セラミック容器１の口縁に沿って移動させ、容器の口部内面からクラックの有無を検査すれば、微細なヘアクラックを含むクラックのほとんどを検出することができ、特に湯漏れの原因となるようなクラックは完全に検出可能となる。しかし本発明はこれに限定されず、口部外面や口部上面からクラックを検査するようにしてもよい。

センサユニット２は人手によって黒鉛含有セラミック容器１の口縁を全周にわたり移動させてもよいが、センサユニット２に走行用モータを搭載し、口部上面に接するローラー５や口部内面に接するローラー６を駆動してセンサユニット２を自走させてもよい。また黒鉛含有セラミック容器１を回転テーブルに載せて回転させ、センサユニット２を一定位置に保持したままで全周を検査することも可能である。センサユニット２には電力線や信号線が接続されるので、多数の黒鉛含有セラミック容器１を全数検査する場合には、黒鉛含有セラミック容器１を回転させる方法が便利である。

図４に、クラックがある位置における渦電流センサ４の検出信号の一例を示し、図５に健全品の場合の渦電流センサ４の検出信号の一例を示した。このようにクラックの有無によって明確な信号変化があり、酸化防止用釉薬による障害もない。本発明による検査を使用場所において実施すれば、輸送中のハンドリングミスに起因する黒鉛含有セラミック容器１の口部のクラックを確実に検出することができ、溶融処理中の湯漏れの危険をなくすることが可能となる。

電気比抵抗が５０００μΩｃｍの黒鉛含有セラミック容器を転倒させ、口元上端から内面の１００ｍｍの高さまでクラックを生成させた。このクラックは外面には貫通していないヘアクラックである。この黒鉛含有セラミック容器とクラックのない健全品とについて、実施形態に示したセンサユニットを人手により走行させて渦電流センサの検出信号を測定した。その結果、健全品では検出信号の振幅値が０.１５ｍＶであったのに対して、クラックを生成させた容器では０.８５ｍＶとなり、クラックを検出することが可能であった。

同様に、電気比抵抗が５０００μΩｃｍの黒鉛含有セラミック容器を転倒させ、口元上端から内面の２００ｍｍの高さ、外面の１００ｍｍの高さまでの貫通クラックを生成させた。この黒鉛含有セラミック容器と健全品とについて、実施形態に示したセンサユニットを人手により走行させて渦電流センサの検出信号を測定した。その結果、健全品では検出信号の振幅値が０.１５ｍＶであったのに対して、貫通クラックを生成させた容器では１.５ｍＶとなり、クラックを検出できた。なお、何れの黒鉛含有セラミック容器にも酸化防止用釉薬が塗布されているが、全くその影響を受けないことも確認できた。

本発明の実施形態を示す斜視図である。 本発明の実施形態を示す垂直断面図である。 本発明の実施形態を示す水平断面図である。 クラックがある場合の渦電流センサの検出信号の一例を示すグラフである。 健全品の場合の渦電流センサの検出信号を示すグラフである。

符号の説明

１ 黒鉛含有セラミック容器
２ センサユニット
３ 本体
４ 渦電流センサ
５ 口部上面に接するローラー
６ 口部内面に接するローラー
７ 口部外面に接するローラー
８ ローラー保持軸
９ 軸受
１０ バネ

Claims (4)

1. 渦電流センサを搭載したセンサユニットを、黒鉛含有セラミック容器の口縁に沿って移動させ、容器口部のクラックの有無を検査することを特徴とする黒鉛含有セラミック容器の検査方法。
2. 渦電流センサをセンサユニットの内側に搭載し、容器の口部内面からクラックの有無を検査することを特徴とする請求項１記載の黒鉛含有セラミック容器の検査方法。
3. センサユニットとして、黒鉛含有セラミック容器の口縁に跨る逆Ｕ字状の本体に、走行用のローラーと、渦電流センサと、渦電流センサから容器表面までの距離を一定に保つバネとを設けたものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の黒鉛含有セラミック容器の検査方法。
4. ローラーが、容器の口部上面、口部内面、口部外面に接する各ローラーを含み、口部外面に接するローラーをバネにより口部外面に向かって弾発することにより、渦電流センサから容器表面までの距離を一定に保つことを特徴とする請求項３記載の黒鉛含有セラミック容器の検査方法。

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