JP3423682B2 - 薄肉円筒内圧封入方法および内圧封入試験片 - Google Patents
薄肉円筒内圧封入方法および内圧封入試験片Info
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- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、使用済み燃料被覆
管のような薄肉円筒に内圧を長時間負荷して高温変形の
測定を行うための薄肉円筒への内圧封入方法、および内
圧封入試験管に関する。
管のような薄肉円筒に内圧を長時間負荷して高温変形の
測定を行うための薄肉円筒への内圧封入方法、および内
圧封入試験管に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、使用済み燃料被覆管の如き放射
能を有する薄肉円筒が高温に曝されたときのクリープ変
形のような高温変形特性を求めるためには、その薄肉円
筒に一定の内圧を長時間負荷し変形量の負荷時間依存性
を測定することが行われている。
能を有する薄肉円筒が高温に曝されたときのクリープ変
形のような高温変形特性を求めるためには、その薄肉円
筒に一定の内圧を長時間負荷し変形量の負荷時間依存性
を測定することが行われている。
【０００３】図３は、上記クリープ試験を行う装置の概
略構成を示す図であって、使用済み燃料被覆管の一端に
密封用端栓を溶接し、他端に圧力ガス導入口を有する端
栓を溶接することによりクリープ試験片１が構成されて
おり、その試験片１が他の複数の試験片とともに電気炉
２内で加熱されるようにしてある。上記電気炉２には、
試験片からの放射能を遮蔽可能なように設計・施工され
た部屋（セルと称呼される）の壁３を貫通された高圧ガ
ス供給管４が接続されており、その高圧ガス供給管４が
上記試験片１の圧力ガス導入口に接続される。
略構成を示す図であって、使用済み燃料被覆管の一端に
密封用端栓を溶接し、他端に圧力ガス導入口を有する端
栓を溶接することによりクリープ試験片１が構成されて
おり、その試験片１が他の複数の試験片とともに電気炉
２内で加熱されるようにしてある。上記電気炉２には、
試験片からの放射能を遮蔽可能なように設計・施工され
た部屋（セルと称呼される）の壁３を貫通された高圧ガ
ス供給管４が接続されており、その高圧ガス供給管４が
上記試験片１の圧力ガス導入口に接続される。
【０００４】また、試験片１を加圧する気体（例えばア
ルゴンガス）５は圧縮機６によって加圧され、安全弁７
や圧力計８を経て高圧ガス蓄圧器９内に貯められ、さら
に前記セルの壁３を貫通された高圧ガス供給管４により
セル内に設置された整圧タンク１０に蓄えられた後、前
記高圧ガス供給管４を経て各試験片１内に供給される。
整圧タンク１０は室温の変化を受けないように恒温槽１
１内に収納されており、整圧タンク１０内の圧力は所定
の試験条件に従って定められ、セル内のバルブによって
内圧が調整されるようにしてある。
ルゴンガス）５は圧縮機６によって加圧され、安全弁７
や圧力計８を経て高圧ガス蓄圧器９内に貯められ、さら
に前記セルの壁３を貫通された高圧ガス供給管４により
セル内に設置された整圧タンク１０に蓄えられた後、前
記高圧ガス供給管４を経て各試験片１内に供給される。
整圧タンク１０は室温の変化を受けないように恒温槽１
１内に収納されており、整圧タンク１０内の圧力は所定
の試験条件に従って定められ、セル内のバルブによって
内圧が調整されるようにしてある。
【０００５】ところで、前述のように薄肉円筒のクリー
プ変形の如き高温変形特性を求めるためには、薄肉円筒
内を高圧状態に保持する必要があるため、上記試験片に
高圧ガスが導入され所定圧になった後、上記ガス導入口
部を密閉する必要がある。そこで、レーザー光の入射が
可能なように設計された耐圧性窓付きの容器内に、ガス
導入口を具備する試験片をセットし、所定の圧力の加圧
ガスを容器および試験片内に充填させ、その高圧ガス雰
囲気内にレーザー光を入射し、ガス導入口を溶融させ密
封することが行われている。
プ変形の如き高温変形特性を求めるためには、薄肉円筒
内を高圧状態に保持する必要があるため、上記試験片に
高圧ガスが導入され所定圧になった後、上記ガス導入口
部を密閉する必要がある。そこで、レーザー光の入射が
可能なように設計された耐圧性窓付きの容器内に、ガス
導入口を具備する試験片をセットし、所定の圧力の加圧
ガスを容器および試験片内に充填させ、その高圧ガス雰
囲気内にレーザー光を入射し、ガス導入口を溶融させ密
封することが行われている。
【０００６】また、別の技術として、高圧ガスを充満さ
せた容器内で、ガス導入口の近傍に電極を設置し、レー
ザー光の代わりに放電によってガス導入口を溶融し閉鎖
させ、内圧封入型試験片を得るようにすることも考えら
れる。
せた容器内で、ガス導入口の近傍に電極を設置し、レー
ザー光の代わりに放電によってガス導入口を溶融し閉鎖
させ、内圧封入型試験片を得るようにすることも考えら
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記変形量
の負荷時間依存性の測定に供される試験片は、放射線を
遮蔽可能な限られた空間内で、遠隔操作によって使用済
み燃料被覆管に圧力ガスを封入する必要があるため、技
術的に困難であるとともに、封入圧力の確認が不可能で
ある等の問題があり、さらに、図３から明らかなよう
に、放射線遮蔽施設に多くの付帯施設を設ける必要があ
り、多額の新規投資と運転費が必要とされ、経済的に好
ましくない等の問題がある。
の負荷時間依存性の測定に供される試験片は、放射線を
遮蔽可能な限られた空間内で、遠隔操作によって使用済
み燃料被覆管に圧力ガスを封入する必要があるため、技
術的に困難であるとともに、封入圧力の確認が不可能で
ある等の問題があり、さらに、図３から明らかなよう
に、放射線遮蔽施設に多くの付帯施設を設ける必要があ
り、多額の新規投資と運転費が必要とされ、経済的に好
ましくない等の問題がある。
【０００８】また、ガス導入口部を密封するためにレー
ザー溶接技術を応用する場合には、レーザー光を照射可
能な窓を設けた高圧容器の製作が必須であるだけでな
く、レーザー光発生装置のみならずレーザー光誘導管を
放射線防護壁を貫通配置させる必要があり、経済面で困
難である等の問題がある。さらに、試験対象となる薄肉
円筒に内圧を負荷したまま放電させることにより溶接・
密閉する従来の技術では、高圧ガス雰囲気下では放電が
十分に発生しないために溶接が不安定になり、製品の信
頼性が低下するという技術上の問題がある。
ザー溶接技術を応用する場合には、レーザー光を照射可
能な窓を設けた高圧容器の製作が必須であるだけでな
く、レーザー光発生装置のみならずレーザー光誘導管を
放射線防護壁を貫通配置させる必要があり、経済面で困
難である等の問題がある。さらに、試験対象となる薄肉
円筒に内圧を負荷したまま放電させることにより溶接・
密閉する従来の技術では、高圧ガス雰囲気下では放電が
十分に発生しないために溶接が不安定になり、製品の信
頼性が低下するという技術上の問題がある。
【０００９】本発明は、このような点に鑑み、信頼性に
優れ、且つ簡便な内圧封入方法および内圧封入試験管を
得ることを目的とする。
優れ、且つ簡便な内圧封入方法および内圧封入試験管を
得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
薄肉円筒の内部にガス圧を負荷して、且つ長時間高温に
保持することによってその薄肉円筒の変形の時間依存性
等の高温変形を測定するための薄肉円筒内圧封入方法に
おいて、ガス導入口を備えた薄肉円筒内にそのガス導入
口から高圧ガスを導入する工程と、高圧雰囲気内で上記
ガス導入口を機械的に閉塞する工程と、その後上記ガス
導入口を大気圧雰囲気内で密封溶接する工程と、ガス封
入前における試験片部材重量の測定値と上記ガス封入後
の試験片の全重量とを比較して、封入後のガス圧を計算
し、ガス封入時のガス内圧と封入後のガス内圧計算値と
を比較し、ガスの封入が妥当に行われていることを確認
する工程とを有することを特徴とする。
薄肉円筒の内部にガス圧を負荷して、且つ長時間高温に
保持することによってその薄肉円筒の変形の時間依存性
等の高温変形を測定するための薄肉円筒内圧封入方法に
おいて、ガス導入口を備えた薄肉円筒内にそのガス導入
口から高圧ガスを導入する工程と、高圧雰囲気内で上記
ガス導入口を機械的に閉塞する工程と、その後上記ガス
導入口を大気圧雰囲気内で密封溶接する工程と、ガス封
入前における試験片部材重量の測定値と上記ガス封入後
の試験片の全重量とを比較して、封入後のガス圧を計算
し、ガス封入時のガス内圧と封入後のガス内圧計算値と
を比較し、ガスの封入が妥当に行われていることを確認
する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、薄肉円筒の一端に密封用の端栓を溶接によ
り固着するとともに、他端にガス導入口が貫通された端
栓を溶接により固着し、そのガス導入口に端栓材と同一
の材質からなる挿入ピンを上記ガス導入口と間隙を有す
るように挿入することを特徴とする。
明において、薄肉円筒の一端に密封用の端栓を溶接によ
り固着するとともに、他端にガス導入口が貫通された端
栓を溶接により固着し、そのガス導入口に端栓材と同一
の材質からなる挿入ピンを上記ガス導入口と間隙を有す
るように挿入することを特徴とする。
【００１２】請求項３に係る発明は、請求項２に係る発
明において、薄肉円筒内にガス導入口から高圧ガスを導
入した後、上記挿入ピンをガス導入口に圧入することに
よりガス導入口を機械的に閉塞することを特徴とする。
明において、薄肉円筒内にガス導入口から高圧ガスを導
入した後、上記挿入ピンをガス導入口に圧入することに
よりガス導入口を機械的に閉塞することを特徴とする。
【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の
いずれかに係る発明において、薄肉円筒が原子炉で使用
された燃料被覆管であり、封入ガスがアルゴンガス、も
しくはヘルウムガス等の不活性ガスであり、密封溶接が
大気中でのレーザ溶接もしくは不活性ガス雰囲気下の放
電による溶接であることを特徴とする。
いずれかに係る発明において、薄肉円筒が原子炉で使用
された燃料被覆管であり、封入ガスがアルゴンガス、も
しくはヘルウムガス等の不活性ガスであり、密封溶接が
大気中でのレーザ溶接もしくは不活性ガス雰囲気下の放
電による溶接であることを特徴とする。
【００１４】請求項５に係る発明は、薄肉円筒の内部に
ガス圧を負荷して、且つ長時間高温に保持することによ
ってその薄肉円筒の変形の時間依存性等の高温変形を測
定するための内圧封入試験管において、ガス導入口を備
えた薄肉円筒内にそのガス導入口から高圧ガスを導入し
た後、高圧雰囲気内で上記ガス導入口を機械的に閉塞
し、その後上記ガス導入口を大気圧雰囲気内で密封溶接
し、ガス封入前における試験片部材重量の測定値と上記
ガス封入後の試験片の全重量とを比較して、封入後のガ
ス圧を計算し、ガス封入時のガス内圧と封入後のガス内
圧計算値とを比較し、ガスの封入が妥当に行われている
ことを確認したことを特徴とする。
ガス圧を負荷して、且つ長時間高温に保持することによ
ってその薄肉円筒の変形の時間依存性等の高温変形を測
定するための内圧封入試験管において、ガス導入口を備
えた薄肉円筒内にそのガス導入口から高圧ガスを導入し
た後、高圧雰囲気内で上記ガス導入口を機械的に閉塞
し、その後上記ガス導入口を大気圧雰囲気内で密封溶接
し、ガス封入前における試験片部材重量の測定値と上記
ガス封入後の試験片の全重量とを比較して、封入後のガ
ス圧を計算し、ガス封入時のガス内圧と封入後のガス内
圧計算値とを比較し、ガスの封入が妥当に行われている
ことを確認したことを特徴とする。
【００１５】請求項６に係る発明は、請求項５に係る発
明において、薄肉円筒が原子炉で使用された燃料被覆管
を所定の長さに切断したものであることを特徴とする。
明において、薄肉円筒が原子炉で使用された燃料被覆管
を所定の長さに切断したものであることを特徴とする。
【００１６】
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の内圧封入試験片
およびその封入方法を用いて使用済み燃料被覆管に内圧
を封入する実施の形態を示すフローチャートであり、ま
ず、放射線を十分に防護可能な施設内で、燃料集合体を
解体して高温変形特性を求めようとする核燃料棒をその
燃料集合体から取り出し、その核燃料棒を所定の長さ
（例えば９０ｍｍ）に切断する。切断された燃料棒には
燃料ペレットが含まれているのでそれらを機械的に取り
除き、円筒状の燃料被覆管のみを得る。この場合、必要
に応じて被覆管を回転させながら切削することによっ
て、切断面が管の長手方向に対して直角になるように切
断面を仕上げる。そして、使用済み燃料被覆管の内表面
には核分裂生成物が付着しているので、放射能を低下す
るために沸騰濃硝酸中で洗浄する。また、使用済み燃料
被覆管の内外表面は一般にジルカロイの酸化膜に覆われ
ているので、燃料被覆管の両端において内外面を数ｍｍ
の長さにわたって金属表面が得られるまで機械研磨を施
す。
およびその封入方法を用いて使用済み燃料被覆管に内圧
を封入する実施の形態を示すフローチャートであり、ま
ず、放射線を十分に防護可能な施設内で、燃料集合体を
解体して高温変形特性を求めようとする核燃料棒をその
燃料集合体から取り出し、その核燃料棒を所定の長さ
（例えば９０ｍｍ）に切断する。切断された燃料棒には
燃料ペレットが含まれているのでそれらを機械的に取り
除き、円筒状の燃料被覆管のみを得る。この場合、必要
に応じて被覆管を回転させながら切削することによっ
て、切断面が管の長手方向に対して直角になるように切
断面を仕上げる。そして、使用済み燃料被覆管の内表面
には核分裂生成物が付着しているので、放射能を低下す
るために沸騰濃硝酸中で洗浄する。また、使用済み燃料
被覆管の内外表面は一般にジルカロイの酸化膜に覆われ
ているので、燃料被覆管の両端において内外面を数ｍｍ
の長さにわたって金属表面が得られるまで機械研磨を施
す。
【００１８】このようにして得られた燃料被覆管の各端
に密封用端栓とガス導入口を有する端栓とをそれぞれ溶
接して、図２に示す試験片を得る。即ち、燃料被覆管２
０には密封用端栓２１とガス導入口２２を有する端栓２
３がそれぞれ溶接部２４によって一体化される（S
１）。また、ガス導入口２２内に挿入される挿入ピン２
５を端栓と同一組成からなるジルカロイ−２から製作す
る。
に密封用端栓とガス導入口を有する端栓とをそれぞれ溶
接して、図２に示す試験片を得る。即ち、燃料被覆管２
０には密封用端栓２１とガス導入口２２を有する端栓２
３がそれぞれ溶接部２４によって一体化される（S
１）。また、ガス導入口２２内に挿入される挿入ピン２
５を端栓と同一組成からなるジルカロイ−２から製作す
る。
【００１９】そこで、被覆管内部への封入ガス導入は以
下の様に実施する。図２に示す端栓溶接後の試験片のガ
ス導入口２２内に挿入ピン２５を緩く差し込み、同挿入
ピン２５を機械的に圧入する機構を具備した封入ガス導
入治具（図示せず）を端栓２２に密着させ、管内部に封
入ガス（高純度アルゴンガス、或いはヘリウムガス）を
導入する（S２）。そして、その封入ガスの圧力を圧力
計で計測し（S３）、その後、試験片内の温度が室温に
なるまで、所定の時間内圧を保持し温度を記録したの
ち、同内圧が負荷されたまま挿入ピン２５を端栓２３の
ガス導入口２２に強固に圧入することによってガス導入
口を機械的に閉塞させる（S４）。そこで、封入ガス導
入治具を端栓２３から分離させ、大気中において、不活
性ガスを吹き付けながら挿入ピン２５の頂部と上記端栓
２３の頂部とを放電により、或いは大気中でのレーザー
溶接により両者を溶融し結合させることにより内圧を封
入した試験片を作製する（S５）。次に試験片の全重量
を測定するとともに（S６）、ガス封入前における試験
片部材重量の測定値（S７）と上記ガス封入後の試験片
の全重量とを比較して、封入後のガス圧を計算し（S
８）、その後ガス封入前後のガス圧を比較して、ガスの
封入が妥当に行われたことを確認する（S１０）。
下の様に実施する。図２に示す端栓溶接後の試験片のガ
ス導入口２２内に挿入ピン２５を緩く差し込み、同挿入
ピン２５を機械的に圧入する機構を具備した封入ガス導
入治具（図示せず）を端栓２２に密着させ、管内部に封
入ガス（高純度アルゴンガス、或いはヘリウムガス）を
導入する（S２）。そして、その封入ガスの圧力を圧力
計で計測し（S３）、その後、試験片内の温度が室温に
なるまで、所定の時間内圧を保持し温度を記録したの
ち、同内圧が負荷されたまま挿入ピン２５を端栓２３の
ガス導入口２２に強固に圧入することによってガス導入
口を機械的に閉塞させる（S４）。そこで、封入ガス導
入治具を端栓２３から分離させ、大気中において、不活
性ガスを吹き付けながら挿入ピン２５の頂部と上記端栓
２３の頂部とを放電により、或いは大気中でのレーザー
溶接により両者を溶融し結合させることにより内圧を封
入した試験片を作製する（S５）。次に試験片の全重量
を測定するとともに（S６）、ガス封入前における試験
片部材重量の測定値（S７）と上記ガス封入後の試験片
の全重量とを比較して、封入後のガス圧を計算し（S
８）、その後ガス封入前後のガス圧を比較して、ガスの
封入が妥当に行われたことを確認する（S１０）。
【００２０】封入後圧力の算出には種々の実在気体の状
態式の内から条件に適合するものを選択する。ここで
は、加圧ガスとして不活性カ゛スの内からアルゴンガスを
選択した場合の、Redlich-Kwongの状態式による計算を
示す。
態式の内から条件に適合するものを選択する。ここで
は、加圧ガスとして不活性カ゛スの内からアルゴンガスを
選択した場合の、Redlich-Kwongの状態式による計算を
示す。
【００２１】今この工程で、加圧ガスとしてアルゴンガ
スを使用する場合には、封入ガスのモル数n(mol)は、ア
ルゴンの原子量(39.948 g/mol)および封入ガスの重量ｗ
(g)より、 n =ｗ / 39.948 である。ここで、封入時のカ゛ス圧Ｐ１を測定しておく。
スを使用する場合には、封入ガスのモル数n(mol)は、ア
ルゴンの原子量(39.948 g/mol)および封入ガスの重量ｗ
(g)より、 n =ｗ / 39.948 である。ここで、封入時のカ゛ス圧Ｐ１を測定しておく。
【００２２】次に、封入後の試験片カ゛ス圧を算出する。
試験片内容積をＶ（ｍ３）、封入時のガス温度をＴ
Ｒ（Ｋ）、封入後のカ゛ス圧をＰＲ（Pa）、試験時のガス
温度をＴ Ｔ（Ｋ）、および試験温度でのカ゛ス圧をＰＴ（P
a）とする。このとき、PRおよびP Tは公知のRedlich-Kwo
ngの状態式より、それぞれ PR = nRTR/(V-nb) - n2a/[TR 0.5V(V+nb)] ‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） PT = nRTT/(V-nb) - n2a/[TT 0.5V(V+nb)] ‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２） で表される。ここで、Rは、気体定数(8.314 Jk-1mol-1) a = 0.4278R2Tc2.5/Pc = 1.695 b = 0.08664RTc/Pc = 2.231×10-5 Tcは、Arの臨界温度(150.7 K) Pcは、Arの臨界圧力(4.865 MPa) である。
試験片内容積をＶ（ｍ３）、封入時のガス温度をＴ
Ｒ（Ｋ）、封入後のカ゛ス圧をＰＲ（Pa）、試験時のガス
温度をＴ Ｔ（Ｋ）、および試験温度でのカ゛ス圧をＰＴ（P
a）とする。このとき、PRおよびP Tは公知のRedlich-Kwo
ngの状態式より、それぞれ PR = nRTR/(V-nb) - n2a/[TR 0.5V(V+nb)] ‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） PT = nRTT/(V-nb) - n2a/[TT 0.5V(V+nb)] ‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２） で表される。ここで、Rは、気体定数(8.314 Jk-1mol-1) a = 0.4278R2Tc2.5/Pc = 1.695 b = 0.08664RTc/Pc = 2.231×10-5 Tcは、Arの臨界温度(150.7 K) Pcは、Arの臨界圧力(4.865 MPa) である。
【００２３】このように、アルゴンガス封入時圧力Ｐ１
を、封入後溶接した後の試験片カ゛ス圧の計算値ＰＲと比
較することによって、試験片内のカ゛ス圧を高精度で確認
することが可能である。
を、封入後溶接した後の試験片カ゛ス圧の計算値ＰＲと比
較することによって、試験片内のカ゛ス圧を高精度で確認
することが可能である。
【００２４】このようにして高圧のガスが封入された試
験片を、セル内の高温に管理された電気炉内で所定時間
加熱し、その後遠隔操作によって炉外に取り出し、室温
で形状の変化を測定する。
験片を、セル内の高温に管理された電気炉内で所定時間
加熱し、その後遠隔操作によって炉外に取り出し、室温
で形状の変化を測定する。
【００２５】上述のように、本発明においては、従来技
術の課題であった薄肉円筒内の圧力を長時間一定に保つ
ための各種の技術的な困難を取り除くとともに、試験装
置を簡略化することによって経済的および技術的にその
信頼性を向上することができる。
術の課題であった薄肉円筒内の圧力を長時間一定に保つ
ための各種の技術的な困難を取り除くとともに、試験装
置を簡略化することによって経済的および技術的にその
信頼性を向上することができる。
【００２６】次に、本発明の実施例を示す。前述のよう
にして形成された試験片部材に高純度アルゴンガスから
なる封入ガスを導入する。このときのガス圧Ｐ１は配管
の途中の（図示していない）圧力計で計測され149kg/cm
2(15.10ＭＰａ)であった。試験片内の温度が室温（27
℃、300K）になるまで、所定の時間内圧を保持し温度を
記録したのち、同内圧が負荷されたまま挿入ピン２５を
端栓２３に強固に圧入することによってガス導入口を機
械的に閉塞させる。その後、封入ガス導入治具を端栓２
３から分離させ、大気中において、不活性ガスを吹き付
けながら挿入ピンの頂部と上記端栓２３の頂部とを放電
により両者を溶融し結合させることにより内圧を封入し
た試験片を作製する。そしてその試験片の全重量を測定
した結果、４０．６８４９ｇでありこれを記録した。
にして形成された試験片部材に高純度アルゴンガスから
なる封入ガスを導入する。このときのガス圧Ｐ１は配管
の途中の（図示していない）圧力計で計測され149kg/cm
2(15.10ＭＰａ)であった。試験片内の温度が室温（27
℃、300K）になるまで、所定の時間内圧を保持し温度を
記録したのち、同内圧が負荷されたまま挿入ピン２５を
端栓２３に強固に圧入することによってガス導入口を機
械的に閉塞させる。その後、封入ガス導入治具を端栓２
３から分離させ、大気中において、不活性ガスを吹き付
けながら挿入ピンの頂部と上記端栓２３の頂部とを放電
により両者を溶融し結合させることにより内圧を封入し
た試験片を作製する。そしてその試験片の全重量を測定
した結果、４０．６８４９ｇでありこれを記録した。
【００２７】一方、図２に示す端栓付きの燃料被覆管と
挿入ピン２５の形状寸法を測定した結果、室温での試験
片内径、肉厚、内容積はそれぞれ１０．５５ｍｍ、０．
８６ｍｍおよび６．９９ｃｍ３であり、ガス封入前の部
材の封入ピンを含む全重量を求めた結果、３８．８８７
２ｇであった。
挿入ピン２５の形状寸法を測定した結果、室温での試験
片内径、肉厚、内容積はそれぞれ１０．５５ｍｍ、０．
８６ｍｍおよび６．９９ｃｍ３であり、ガス封入前の部
材の封入ピンを含む全重量を求めた結果、３８．８８７
２ｇであった。
【００２８】次に、試験片内に封入されたガスの圧力を
以下の計算で求めた。即ち、試験内容積（Ｖ）は６．９
９ｃｍ３、ガス温度ＴＲは27℃（300K）、封入カ゛スの重
量は40.6849-38.8872=1.7977gであるので、封入されたカ
゛スのモル数ｎは、 n = w / 39.948 = 4.500×10-2 mol である。ここで、前述の公知のRedlich-Kwongの状態式
（(1)式）より、封入後の試験片のガス圧ＰＲは、 PR = nRTR/(V-nb) - n2a/[TR 0.5V(V+nb)] = 15.20 MPa と計算される。ここで、 Rは、気体定数(8.314 Jk-1mol-1) a = 0.4278R2Tc2.5/Pc = 1.695 b = 0.08664RTc/Pc = 2.231×10-5 Tcは、Arの臨界温度(150.7 K) Pcは、Arの臨界圧力(4.865 MPa) である。
以下の計算で求めた。即ち、試験内容積（Ｖ）は６．９
９ｃｍ３、ガス温度ＴＲは27℃（300K）、封入カ゛スの重
量は40.6849-38.8872=1.7977gであるので、封入されたカ
゛スのモル数ｎは、 n = w / 39.948 = 4.500×10-2 mol である。ここで、前述の公知のRedlich-Kwongの状態式
（(1)式）より、封入後の試験片のガス圧ＰＲは、 PR = nRTR/(V-nb) - n2a/[TR 0.5V(V+nb)] = 15.20 MPa と計算される。ここで、 Rは、気体定数(8.314 Jk-1mol-1) a = 0.4278R2Tc2.5/Pc = 1.695 b = 0.08664RTc/Pc = 2.231×10-5 Tcは、Arの臨界温度(150.7 K) Pcは、Arの臨界圧力(4.865 MPa) である。
【００２９】計算の結果より、アルゴンガス封入時圧力
のＰ1 =１49 kg/cm2(15.10 MPa)と、封入後溶接した後
の試験片カ゛ス圧の計算値ＰＲ = 15.20 MPaとを比較する
ことによって、試験片内の内圧を確認する。本試験片で
は、前者と後者の差異は0.7％程度と小さく、工学的な
試験に供する試験片としては、目標とした内圧が充填さ
れたと判断され試験片が完成した。
のＰ1 =１49 kg/cm2(15.10 MPa)と、封入後溶接した後
の試験片カ゛ス圧の計算値ＰＲ = 15.20 MPaとを比較する
ことによって、試験片内の内圧を確認する。本試験片で
は、前者と後者の差異は0.7％程度と小さく、工学的な
試験に供する試験片としては、目標とした内圧が充填さ
れたと判断され試験片が完成した。
【００３０】なお、上記実施の形態においては、使用済
みの燃料被覆管について説明したが、その他の薄肉円筒
に適用できることは勿論である。
みの燃料被覆管について説明したが、その他の薄肉円筒
に適用できることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、まず封入ガスを機械的に密封し、次に大気圧下の不
活性ガス雰囲気内での放電、或いは大気中でのレーザー
溶接により密閉するようにしたので、セル内のような狭
い空間内での作業が可能であるだけでなく、大気圧で溶
接するので技術的にも容易であり、信頼性を向上させる
ことができる。しかも、大気圧下の不活性ガス雰囲気で
溶接する場合、封入ガスが水素のような可燃性／爆発
性、酸素のような強力な酸化性ガスであっても、また各
種の腐食性ガスの場合にも適用可能である等の効果を奏
する。
は、まず封入ガスを機械的に密封し、次に大気圧下の不
活性ガス雰囲気内での放電、或いは大気中でのレーザー
溶接により密閉するようにしたので、セル内のような狭
い空間内での作業が可能であるだけでなく、大気圧で溶
接するので技術的にも容易であり、信頼性を向上させる
ことができる。しかも、大気圧下の不活性ガス雰囲気で
溶接する場合、封入ガスが水素のような可燃性／爆発
性、酸素のような強力な酸化性ガスであっても、また各
種の腐食性ガスの場合にも適用可能である等の効果を奏
する。
【図１】本発明の薄肉円筒内への内圧封入方法を示すフ
ローチャート。
ローチャート。
【図２】本発明で用いる試験片の部品図。
【図３】従来の試験装置の概念図。
２０ 試験用燃料被覆管
２２ ガス導入口
２３ ガス導入口付き端栓
２５ 挿入ピン
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−271201（ＪＰ，Ａ)
特開2000−227199（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−227889（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−300886（ＪＰ，Ａ)
実用新案登録2587530（ＪＰ，Ｙ２)
特許3117778（ＪＰ，Ｂ２)
Ｔａｋａｙｏｓｈｉ Ｙａｓｕｄａ,
Ｍａｓａｆｕｍｉ Ｎａｋａｔｓｕｋ
ａ，Ｍａｓａｍｉ Ｍａｙｕｚｕｍ
ｉ，”Ｃｒｅｅｐ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ
ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｉｒｒａｄｉａｔ
ｅｄ Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２ Ｃｌａｄ
ｄｉｎｇ Ｔｕｂｅｓ Ｕｎｄｅｒ Ｄ
ｒｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｄｉｔｉ
ｏｎｓ”，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎｕｃｌｅａ
ｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ，米国，Ａｍｅｒｉ
ｃａｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ，1990年 ６月10日，第61巻，ｐ．77
−78
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 1/00 - 1/44
G01N 3/00 - 3/62
G21C 17/06 - 17/14
G01M 3/00 - 3/40
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】薄肉円筒の内部にガス圧を負荷して、且つ
長時間高温に保持することによってその薄肉円筒の変形
の時間依存性等の高温変形を測定するための薄肉円筒内
圧封入方法において、ガス導入口を備えた薄肉円筒内に
そのガス導入口から高圧ガスを導入する工程と、高圧雰
囲気内で上記ガス導入口を機械的に閉塞する工程と、そ
の後上記ガス導入口を大気圧雰囲気内で密封溶接する工
程と、ガス封入前における試験片部材重量の測定値と上
記ガス封入後の試験片の全重量とを比較して、封入後の
ガス圧を計算し、ガス封入時のガス内圧と封入後のガス
内圧計算値とを比較し、ガスの封入が妥当に行われてい
ることを確認する工程とを有することを特徴とする、薄
肉円筒内圧封入方法。 - 【請求項２】薄肉円筒の一端に密封用の端栓を溶接によ
り固着するとともに、他端にガス導入口が貫通された端
栓を溶接により固着し、そのガス導入口に端栓材と同一
の材質からなる挿入ピンを上記ガス導入口と間隙を有す
るように挿入することを特徴とする、請求項１記載の薄
肉円筒内圧封入方法。 - 【請求項３】薄肉円筒内にガス導入口から高圧ガスを導
入した後、上記挿入ピンをガス導入口に圧入することに
よりガス導入口を機械的に閉塞することを特徴とする、
請求項２記載の薄肉円筒内圧封入方法。 - 【請求項４】薄肉円筒が原子炉で使用された燃料被覆管
であり、封入ガスがアルゴンガス、もしくはヘルウムガ
ス等の不活性ガスであり、密封溶接が大気中でのレーザ
溶接もしくは不活性ガス雰囲気下の放電による溶接であ
ることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載
の薄肉円筒内圧封入方法。 - 【請求項５】薄肉円筒の内部にガス圧を負荷して、且つ
長時間高温に保持することによってその薄肉円筒の変形
の時間依存性等の高温変形を測定するための内圧封入試
験管において、ガス導入口を備えた薄肉円筒内にそのガ
ス導入口から高圧ガスを導入した後、高圧雰囲気内で上
記ガス導入口を機械的に閉塞し、その後上記ガス導入口
を大気圧雰囲気内で密封溶接し、ガス封入前における試
験片部材重量の測定値と上記ガス封入後の試験片の全重
量とを比較して、封入後のガス圧を計算し、ガス封入時
のガス内圧と封入後のガス内圧計算値とを比較し、ガス
の封入が妥当に行われていることを確認したことを特徴
とする、薄肉円筒内圧封入試験管。 - 【請求項６】薄肉円筒が原子炉で使用された燃料被覆管
を所定の長さに切断したものであることを特徴とする、
請求項５記載の薄肉円筒内圧封入試験管。
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|---|---|---|---|
| JP2000325389A JP3423682B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 薄肉円筒内圧封入方法および内圧封入試験片 |
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|---|---|---|---|
| JP2000325389A JP3423682B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 薄肉円筒内圧封入方法および内圧封入試験片 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131199A JP2002131199A (ja) | 2002-05-09 |
| JP3423682B2 true JP3423682B2 (ja) | 2003-07-07 |
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|---|---|---|---|
| JP2000325389A Expired - Fee Related JP3423682B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 薄肉円筒内圧封入方法および内圧封入試験片 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106568622A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-04-19 | 河海大学 | 用于高强度岩石试样正压水饱和的试验装置及使用方法 |
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| JP4817253B2 (ja) * | 2005-12-01 | 2011-11-16 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 材料試験装置と材料試験片 |
| JP6194536B2 (ja) * | 2012-09-18 | 2017-09-13 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | 燃料棒の被覆管試験片作製方法及びこれに使用する内面保護栓 |
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| CN108195691B (zh) * | 2017-12-20 | 2024-03-22 | 广东核电合营有限公司 | 一种包壳管内压爆破试验装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2587530Y2 (ja) | 1992-07-24 | 1998-12-16 | 日本ニユクリア・フユエル株式会社 | 端栓のシーム溶接装置 |
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-
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- 2000-10-25 JP JP2000325389A patent/JP3423682B2/ja not_active Expired - Fee Related
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