JP3081694B2 - 燃料棒のシール溶接孔をレーザーによって穿孔および若しくは閉孔するための装置 - Google Patents

燃料棒のシール溶接孔をレーザーによって穿孔および若しくは閉孔するための装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料棒のシール溶接孔
をレーザーによって穿孔および若しくは閉孔するための
装置に関する。
【従来の技術】原子炉で用いられる燃料棒はジルコニウ
ム合金製の被覆管を有しており、この被覆管の両端に
は、被覆管内部を密封するための、被覆管と同じ材料か
らなるプラグが圧入溶接されている。燃料棒の中には燃
料ペレット積層体が装入され、プラグのうちの一方（下
側プラグという）によって支えられ、核分裂性コラムた
るこの燃料ペレット積層体は、この積層体と他方のプラ
グ（上側プラグという）との間に介在するスプリングに
よって下側プラグに押しつけられている。上側プラグ
は、一般に「シール溶接孔」と呼ばれる小径のオリフィ
スを有し、このシール溶接孔からヘリウムを導入して燃
料棒の加圧が行なわれるようになっており、その後この
シール溶接孔が溶接によって閉塞されるようになってい
る。この作業を、一般に「シール溶接」と呼ぶ。燃料棒
の肉厚が略０．６ｍｍのとき、燃料棒の長さは４ｍ程
度、直径はほぼ１０ｍｍである。シール溶接は高圧のヘ
リウムガス雰囲気中で行なわれ、小径オリフィス（通常
直径が０．８ｍｍ未満）の縁を圧潰することによって達
成される。これにおいては、溶接深さが被覆管の肉厚以
上であるという条件を厳密に満たすことが要求される。
フランス特許ＦＲ−Ａ−２，３０５，８２７号は、この
孔をレーザービームによって穿孔し且つ閉塞することを
提唱しているがその具体的な方法については何等開示し
ていない。
【発明が解決するべき課題】本発明の目的は、燃料棒の
シール溶接孔をレーザーによって穿孔および若しくは閉
孔するための装置であって、ヘリウムの消費量を減少す
ることを可能にする装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料棒
のシール溶接孔をレーザーによって穿孔および若しくは
閉孔するための装置において、レーザービームを合焦さ
せるためのハウジングであって、出口アームを有してお
り、この出口アーム中に開口する圧力ガスのためのパイ
プが設けられているようなハウジングと；レーザービー
ムを入射するための窓と前記窓に面する燃料棒を挿入し
位置決めするための通路とを有する包被体であって前記
通路にシールガスケットが設けられている包被体と；前
記ハウジングの前記出口アームに設けられた端部フラン
ジと前記窓との間に密封的に介在せしめられた塞止弁と
を含むことを特徴とする装置が得られる。本発明におい
ては、前記燃料棒の前記シール溶接孔が軸方向に配設さ
れていても良く、また前記窓が燃料棒のための座を形成
するものであっても良い。また前記包被体の、前記窓と
前記ガスケットとの間の空間は、パージガスの供給源、
真空ポンプおよび大気のうちのいずれかに接続され得る
ように構成されても良い。また、塞止弁は、回転プラグ
型のものであっても良い。以下に本発明の実施例を添付
図面を参照しつつ説明する。添付された単一の図面は、
本発明によるシール溶接孔閉塞装置の長手方向断面図で
ある。
【実施例】添付図に示される装置１は、一連の燃料棒３
のそれぞれに設けられた載頭円錘型のプラグ２中に軸方
向に開口しているシール溶接孔（図では不可視）をレー
ザーによって閉塞するためのものである。各燃料棒はそ
の外殻を構成する被覆管４を有し、この被覆管４の各端
にはプラグが嵌入溶接されている。装置１は、その必須
の構成要件として、ハウジング５と、包被体６と、パル
ス型のＹＡＧレーザー源７と、出力検出器８と、カメラ
９とを有している。ハウジング５は、直方体状の中心体
１０を有し、この中に４５°に傾斜した反射鏡１１が設
けられている。ハウジング５の相連続する４個の面は開
放されており、計４本のアームがこれ等の開放面から延
在している。これ等４本のアームを詳述すれば次のとお
りである。 入口アーム１２ これは、Ｘ−Ｘ軸（仮にこれを水平軸と想定する）方向
に延在し、管状支持部１３と中心体１０の近傍に位置す
るコリメータレンズ１４とを有している。レーザー源７
から延びる光ファイバー１５の終端がこの支持部１３に
接続されており、この終端はＸ−Ｘ軸に整合している。 出口アーム１６ これはＹ−Ｙ軸（垂直方向と想定）に延在し、中心体１
０から近い順に、合焦レンズ１７と、ポート１８と、円
筒部１９とを有している。円筒部１９はその開口端に、
固定用フランジ２０を具えている。ポート１８は、出口
アーム１６の、互いに締結される二つのフランジの間に
密封的に装着されている。３０バールの圧力でヘリウム
ガスを供給するようになったパイプ２１が、ポート１８
の直下において、円筒部１９の中に開口している。 レーザービーム制御アーム２２ このアームは、Ｘ−Ｘ軸に沿って前記アーム１２と反対
の方向に延在している。このアーム２２は、レーザービ
ームの径を、検出器８の寸法に適合させるための収束レ
ンズ２３および発散レンズ２４とを有している。検出器
８はアーム２２の端部に固定されている。 視覚制御アーム２５ このアームは、Ｙ−Ｙ軸に沿って前記アーム１６と反対
の方向に延在している。このアーム２５はビームの合焦
レンズの径をカメラ９に適合させるための収束レンズ２
６および発散レンズ２７を有している。カメラ９はアー
ム２５の端部に固定されている。ハウジング５の下方に
設けられた包被体６は、Ｙ−Ｙ軸方向において円筒部１
９とほぼ整合している。この包被体６は円筒状の通路２
８を有し、この通路２８は、上方に向って開口する段付
き凹部２９に連なる。この通路２８の凹部２９に近い部
分には、リップを有する形式のガスケット３０が設けら
れている。凹部２９の径大部即わち外側部分にはベアリ
ングプレート３１が密封的に設けられている。このベア
リングプレート３１の中心には中央がくびれた形の孔３
２が設けられており、この孔３２が包被体の窓を形成す
る。この窓３２の内側部分は、塞止されるべきシール溶
接孔を中心に備えた燃料棒プラグ２と当接するシートを
構成する。包被体６に設けられた導管３４は凹部２９の
内側に連通している。この導管３４は不図示の一方向弁
を介して、選択的に、大気圧よりも若干高圧のヘリウム
ガス源と、真空ポンプと、大気とのいずれかと連通せし
められても良い。円筒部１９のフランジ２０は、ソレノ
イド駆動の塞止弁３６の立方体状体部３５を介して包被
体６に接合している。塞止弁３６は球状弁プラグ３７と
回転型作動軸３８とを有している。使用時には塞止弁３
６は閉鎖されている。燃料棒が無い状態で、包被体６の
内部は、導管３４、凹部２９、通路２８を介して低圧の
ヘリウムガスでパージされる。次いで、燃料棒３が、シ
ール３０を通して通路２８の中に挿入される。この挿入
は、燃料棒３のプラグ２がシート３３に衝当するまで行
なわれる。その後燃料棒３は、図示しないクランプ装置
によって固定保持される。導管３４が真空ポンプに接続
されて燃料棒３中の空気の排気が行なわれその後閉鎖さ
れる。この真空排気工程は必ず行なわなければならない
というものではない。次いで塞止弁３６が開かれる。こ
れによって約３０バールのヘリウムが燃料棒を完全に満
たすとともに、弁プラグの円筒状通路３９を経由するレ
ーザービームの通過を可能とする。ヘリウムによる燃料
棒内空間の充填は、シール溶接孔のレベルまで行なわれ
る。次いでレーザービームパルスによってシール溶接孔
の閉孔が行なわれる。レーザービームは、光ファイバー
１５を通って伝達され、レンズ１４によって平行光線と
なされ、反射鏡１１によって反射され、レンズ１７によ
って閉塞されるべき孔に照射される。次いで塞止弁３６
が再び閉鎖され、導管３４が大気に接続され、燃料棒３
が引き出され、低圧回路を経由してヘリウムガスによる
包被体内のパージングが再び行なわれる。反射鏡１１は
ダイクロイックミラーであり、入射するレーザービーム
（波長λ＝１．６ミクロン）の大部分（例えば９７％）
を反射し、残りの僅少部を検出器８に向けて通過させ
る。更に、この鏡は、可視光線を透過せしめるので、バ
ルブ３６が開状態にある間、レンズ２７，２６および１
７、鏡１１、ポート１８および窓３２を通して、屈折反
射および像合成により、燃料棒３上のプラグ２をモニタ
ーすることが可能となる。検出器８は、レーザービーム
のモニタリングを可能とする他、光学要素のいずれかの
劣化やレーザー源の誤動作を検出して警報を作動させる
機能や、他の機能を有しても良い。カメラ９は、包被体
中における燃料棒の位置決めをチェックし、もし位置決
めが正しく行なわれていない場合には矢張り警報を生じ
るなどのことを可能にする。金属製の要素が互いに剛固
に固定接続され、また、光学要素もハウジング５の中に
剛固に固定されているので、装置全体が高い剛性を有し
ている。従って、ビームがいわゆるフールプルーフ的
に、高い精度をもって溶接箇所に合焦され、溶接が高品
質且つ高い再現性をもって行なわれる。しかしながら、
この装置、特にポート１８は脱着可能であり、それによ
ってメンソテナンスを容易に行なうことができる。ハウ
ジングと包被体との間に弁３６を設けた叙上の構成によ
り、プラグ２およびこれに隣接する燃料棒の部分の周囲
に充填されるヘリウムガスの量が極少となり、従ってヘ
リウムガスの消費量も最少となる。以上に説明した装置
を、必要に応じて各燃料棒のシール溶接孔の穿孔に使用
し得ることは明らかであろう。以上に述べた実施例にお
いてはソレノイド駆動のプラグ弁３６が用いられている
が、開位置において合焦されたレーザービームを十分に
通過させることができるような、他の適当な形式の弁を
用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する燃料棒シール溶接孔閉孔装置
の長手方向断面図である。
【符号の説明】
１ シール溶接孔閉孔装置 ２ プラグ ３ 燃料棒 ５ ハウジング ６ 包被体 ３２ 窓 ３６ 塞止弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 26/12 Ｂ２３Ｋ 26/12 (56)参考文献 特開 昭60−113198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−286797（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−302399（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−99295（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 21/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料棒のシール溶接孔をレーザーによっ
    て穿孔および若しくは閉孔するための装置において、 レーザービームを合焦させるためのハウジング（５）で
    あって出口アーム（１６）を有し、この出口アーム中に
    開口する圧力ガスのためのパイプ（２１）が設けられて
    いるハウジング（５）と、 レーザービームを入射するための窓（３２）と前記窓に
    面する燃料棒を挿入し位置決めするための通路（２８）
    とを有する包被体（６）であって前記通路にシールガス
    ケット（３０）が設けられている包被体（６）と、 前記ハウジングの前記出口アーム（１６）に設けられた
    端部フランジ（２０）と前記窓（３２）との間に窓封的
    に介在せしめられた塞止弁（３６）とを含むことを特徴
    とする装置。
  2. 【請求項２】 前記燃料棒（３）の前記シール溶接孔が
    軸方向に配設されており、前記窓（３２）が前記燃料棒
    のための座（３３）を形成していることを特徴とする請
    求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記包被体（６）の、前記窓（３２）と
    前記ガスケット（３０）との間との空間が、パージガス
    の供給源、真空ポンプおよび大気のうちのいずれかに接
    続され得るようになっていることを特徴とする請求項１
    および２のいずれかに記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記塞止弁（３６）が、回転プラグ（３
    ７）を有する形式のものであることを特徴とする請求項
    １乃至３のいずれかに記載の装置。
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