JP4922300B2 - 水中に存在する原子炉用の部品上の渦電流の測定に関するシステムおよび使用 - Google Patents
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Description
このシステムは、発生させた交流電磁界に対する反応を測定して、対象の特性の計算を行うことによって、対象の特性の測定を行うように構成されている。
上記システムは、水の外に配置されるようになっており、測定を制御するように配置された制御ユニットと、水中において部品のすぐ近くに移動するのに適した測定プローブであって、好ましくは少なくとも1つのコイル手段を有し、このコイル手段による支援により、対象の上記部品に侵入する交流電磁界が生成される測定プローブと、上記制御ユニットと上記測定プローブ間の接続の少なくとも一部を形成するのに適した第1ケーブルと、を有し、上記ケーブルは、少なくとも部分的に水中に配置されるのに適している。
これらの文献に記載されているように、例えば、このような部品に存在する層の厚さの測定の実施が可能であることが重要である。この層は、例えば酸化物層などである。
また、原子炉用の燃料棒は、別の種類の層(例えば、いわゆるクラッド層)を有することもある。
クラッド層は、通常、酸化物層の外に存在する。クラッド層は帯磁している場合があるため、酸化物層の厚さの測定が一層困難となる。しかし、クラッド層が帯磁している場合であっても、上記引用した文献に記載されているような適切な計算モデルを用いることによって、酸化物層の厚さ、クラッド層の厚さを測定することが可能である。
測定は、例えば部品中の水素化物の含有量に関してなど、層厚以外の特性に関して実行されてもよい。
測定は、測定対象のすぐ近くに配置された測定プローブによって行われる。測定プローブは、少なくとも1本のケーブルを介して測定装置に接続されている。ケーブルは一定の伝達関数を有するため、ケーブルの特性が測定結果に影響することがある。このため、正しい測定結果を取得するには、測定と共に、なかでもケーブルが測定結果に与える影響に関して較正を行う必要がある。
目的は、これにより、ケーブルが測定結果に与える影響を考慮に入れた較正を可能にすることにある。
別の目的は、この較正を比較的容易に行うことができるようにすることにある。
更に別の目的は、実際の測定が行われる水中に、測定プローブと前述のケーブルがある場合に、較正を行えるようにすることにある。
このため、切替ユニットは、水中に配置されるのに適している。
このため、切替ユニットは、前述の第1ケーブルを、測定プローブとの間で接続および接続解除するために使用することができる。
第1ケーブルを測定プローブから接続解除することができるため、較正を行うことができる。
前述のように、第1ケーブルは一定の伝達関数を有するため、このケーブルが測定結果に影響することがある。
ケーブルの伝達関数は、必ずしも一定とは限らず、例えば、ケーブルの配置の仕方によって変わる。
このため、伝達関数は、測定を行うたびに変化する。このため、較正では、ケーブルの伝達関数の決定が行われる。これにより、ケーブルが測定に与える影響を除去することができる。
通常、測定中に測定プローブのインピーダンスが測定される。
ケーブルの影響を除去することができるため、測定プローブの実際のインピーダンスを取得することができる。
換言すれば、測定プローブのインピーダンスを分離することが可能である。システムが上述した切替ユニットを有することにより、このような較正が可能となる。較正自体がどのように行われるかについては、下記により詳細に説明する。
このため、オペレータが、切替ユニットから離れた場所にいて、切替ユニットの一部を構成している切替装置を遠隔制御することができる。
このため、本明細書および特許請求の範囲において、「あるケーブルがある方法で接続されている」という場合、好ましくは、ケーブルの2つの導体が記載した方法で接続されていることを適切に意味する。
第1ケーブルは、8mより適切に長く、例えば10m〜30mである。
切替ユニットがこのような第1既知の負荷を有するため、既知の負荷に較正測定を行うことができる。
この較正測定中に、第1ケーブルが既知の負荷に接続されるため、較正測定中にこのケーブルの影響が考慮される。
このような3つの負荷(すなわち、短絡、開放、および既知の有限のインピーダンス値)を有することにより、較正を正確に行うことができる。
また、好ましくは、上記第2「負荷」と第3負荷は、測定が行われる周波数範囲の全体にわたって定インピーダンスを有する。
切替ユニットから測定プローブまで延びる第2ケーブルは、好ましくは比較的短い。長さLは、例えば0.3m〜3mであり、例えば0.4m〜2m、例えば約0.8mである。
第3ケーブルは上記第2ケーブルと同様の特性を有するため、較正中に第3ケーブルを使用することができる。
このため、第3ケーブルを使用することによって、較正は、測定プローブ自体に対して常に「先行させる(be moved forward)」ことができる。
これにより、測定中に、測定プローブのインピーダンス自体を、測定プローブに延びるケーブルが測定に与える影響から分離することが可能である。
このため、上記した第2状態、第3状態および第4の状態において、測定プローブは、好ましくは第1ケーブルに接続されない。
測定を燃料棒に対して行う場合には、較正目標は、既知の厚さの既知の層を有する短い燃料棒(または燃料棒の用のクラッドチューブ)を構成する。例えば、燃料棒中の水素化物の含有量に関して測定を行う場合には、較正目標も、同様に水素化物を既知の含有量に含む。
このため、このような抵抗計は、上述した温度センサの代わりに用いるか、あるいはその補助として使用することができる。
例えば、切替装置は、測定を行う環境における強度の放射線の影響を受けないリレーから構成される。
切替ユニットは、特性を測定する部品(例えば燃料棒)から、(上述した第2ケーブルにより)ある程度離間して配置することができるという点に留意されたい。更に、ケースが、放射線から保護する材料から形成されてもよい。
ケースは、例えば、このような保護をある程度与えるアルミニウムから形成される。
リレーは、好ましくは、インピーダンスに大きく影響することはないような高品質のものである。
別の測定プローブを有することによって、例えば、上記の測定プローブが、特性を測定する部品自体に配置されるのと同時に、この別の測定プローブを較正目標に配置することが可能となる。
これにより、対象の部品の特性を決定するための比較測定を行うことが可能となる。
これにより、上記システムは、測定が行われる上記部品が原子炉用の燃料棒であるときに使用される。
このため、本発明によるシステムは、燃料棒の形の部品の測定に使用され、有利である。
燃料棒は、核燃料を格納しているクラッドチューブを有するという点に留意されたい。
本明細書中、「測定が燃料棒に対して行われる」という場合、好ましくは、測定が、核燃料を取り囲むクラッドチューブに対して行われることを意味する。
このため、システムの適切な使用は、層厚、例えば燃料棒(核燃料を取り囲むクラッドチューブ)にある酸化物層の厚さの測定である。
前述のように、システムは、燃料棒(核燃料を取り囲むクラッドチューブ)中の水素化物の含有量を測定するために使用することもできる。
部品10は、例えば、原子力反応炉用の燃料棒である。水12は、この燃料棒10が貯蔵されている水プールを構成する。図1では、水面13が破線で示されている。
水プールは、かなりの深さを有する。測定は、5mを超える水深で適切に実行される。
例えば、この部品10に存在する可能性のある酸化物層の厚さ、クラッド層の厚さが、本発明によるシステムの支援によって測定される。また、例えば燃料棒10中の水素化物の含有量を測定するためなど、ほかの測定のためにシステムを使用することも可能である。
測定プローブ16を部品10のすぐ近くに移動させることによって、測定が行われる。測定プローブ16は、少なくとも1つのコイル18を適切に有し、このコイル18による支援により、交流電磁界が生成される。この交流電磁界は部品10に侵入する。
これにより、部品10内で渦電流が発生し、これが発生させた交流電磁界に逆に作用する。
システムは、測定プローブ16の支援により、発生させた交流電磁界への、渦電流によって引き起こされた反応を測定するように構成されている。
システムは、これによって、部品10で測定しようとしている対象の特性の計算を行うように構成されている。
測定手順自体は、例えば、上に挙げた米国特許に記載された方法で実行することができる。好ましくは、測定中に、異なる周波数の交流電磁界が生成される。計算モデルには、上記に挙げた文献に記載されているのと同様の反復過程が含まれる。
しかし、本発明は、これらの文献に記載された計算過程に限定されることはない。
制御ユニット14によって測定が制御される。制御ユニット14は、コンピュータ51、温度測定ユニット53、リレー駆動ユニット55およびインピーダンス解析器57を有する。ユニット53,55,57は、コンピュータ51に適切に接続されている。
第2ケーブル22の第2端22bは、測定プローブ16に接続されている。測定プローブ16は、測定プローブホルダ39内に配置されている。測定プローブホルダ39は、遠隔制御手段43から遠隔制御することができ、この遠隔制御手段43は制御ユニット14と関連するように構成される。
遠隔制御手段43は、コンピュータ51に接続されることも可能である。
このため、測定プローブ16は、測定プローブホルダ39の支援により、測定対象の部品10に近か付けたり、これから離れて移動することができる。移動は、カメラ(図示なし)の支援により適切に監視される。
このため、測定プローブ16を、較正目標41の1つ以上に移動させるために、測定プローブホルダ39が、遠隔制御手段43から遠隔制御される。当然、測定プローブ16は、この後に、部品10に戻される。
温度センサ45は温度測定ユニット53に接続されている。このため、温度センサ45は制御ユニット14と通信している。
これにより、水がケース35内部に侵入するのが阻止される。このため、ケース35内の部品が濡れることがなくなる。
第2切替状態では、第1ケーブル21は、第2ケーブル22に接続されず、代わりに、第3ケーブル23に接続され、この第3ケーブル23を介して第1既知の負荷31に接続される。
この既知の負荷31は、50Ωのインピーダンス値を有する。ケーブル21,22,23は、少なくとも2つの導体を適切に含む点に留意されたい。
このため、第2状態では、この2つの導体が第1負荷31を介して相互に接続される。
また、これは、長い第1ケーブル21が、較正測定中に、その後行われる部品10の測定で配置されるのと同じように配置されるということでもある。
このため、較正測定中に、第1ケーブル21が測定に与える影響が考慮される。
更に、第3ケーブル23が第2ケーブル22と同じ特性を有することにより、第2ケーブル22の特性も考慮される。
このため、本発明により、較正を極めて正確に実行することができる。
その後行われる部品10の測定が複数の周波数で行われる場合、較正も、これに対応して、複数の周波数で適切に行われる。
このため、較正によって、第1ケーブルおよび(第3ケーブルの支援により)第2ケーブルが測定結果に与える影響を除去することが可能である。
換言すれば、測定プローブのインピーダンスを分離することが可能である。
遠隔制御手段43とリレー駆動ユニット55により、この較正手順の全体を、遠隔制御することができる。
例えば、インピーダンスプローブ59、およびコイル18自体の特性に関して、更に別の較正を行うことができる点に留意されたい。
しかし、これらの較正については本明細書に記載しない。
抵抗計63は、直流抵抗の測定を行うように構成(適合)されている。抵抗計63は、上記第1ケーブル21の一端に、第1ケーブル21の他端が切替ユニット25に接続されるのと同時に接続されるように構成(適合)されている。
あるいは、システムが、例えば、第1ケーブル21のこの一端が、抵抗計63かインピーダンスプローブ59に代替的に接続できるように構成してもよい。この切替は、リレーユニット65の支援により行われる。
リレーユニット65による切替は、例えば、リレー駆動ユニット55の支援により制御される。また、抵抗計63は、制御ユニット14にも接続される。
測定プローブ16(特にコイル18)の抵抗は温度依存を示し、このため、測定プローブ16の抵抗を測定することによって、温度を測定することが可能である。抵抗計63の支援により、測定プローブ16の直流抵抗を測定することによって、そのインダクタンスおよびキャパシタンスからの影響が除去される。
この状態では、第1ケーブル21は、第3ケーブル23を介して(第2ケーブル22に対応する)、第2既知の「負荷」32(すなわち短絡)に接続されている。
渦電流測定中に正確な測定結果を取得するためには、温度を知ることが重要となる。
この別の測定プローブ47は、上で記載した測定プローブ16が切替ユニット25に接続されるのと同時に、切替ユニット25に接続される。
切替装置27により、測定プローブ16と測定プローブ47との間での切替を制御することが可能となる。
測定プローブ47は、例えば、測定プローブ16が部品10自体に配置されるのと同時に、較正目標41に配置される。
システムが測定ブリッジ(図示せず)を備えてもよく、これにより、プローブ16が部品10を測定するのと同時に、別の測定プローブ47が較正目標41を測定する直接比較測定を行うことができるよう、測定プローブ16と別の測定プローブ47が測定ブリッジを介して同時に接続されることが考えられる。
第2ケーブル22の第1端22aが、ケース35内に置かれた切替装置(リレー)27に直結されるよう、ケース35が、第2ケーブル22をケース35内に通すリードスルーを有することも当然可能である。
これと対応して、第1ケーブル21とケーブル61が、ケース35内に延び、切替装置(リレー)27に直結されてもよい。
また、第3ケーブル23も、当然、切替装置(リレー)27に直結されてもよい。
当然、第3ケーブル23は、その特性が第2ケーブル22の特性(およびケーブル61の特性)に対応するように接続される必要がある。
例えば、酸化物層の厚さ、クラッド層の厚さを、本発明によるシステムの支援により測定することができる。
また、例えばこのような燃料棒中の水素化物の含有量を測定することも可能である。
燃料棒が水プール内にある場合、上で述べたように測定が適切に行われる。
Claims (24)
- 原子炉用の部品(10)が水(12)中に存在する場合に、部品(10)上の渦電流測定を行うのに適したシステムであって、
前記部品にある少なくとも1つの層の厚さのような、部品(10)の少なくとも一つの特性を測定するために構成され、
対象となる前記部品(10)に侵入する少なくとも1つの交流電磁界を発生させることによって、同様に前記発生された交流電磁界に逆に作用する渦電流が発生され、
発生させた交流電磁界に対する反応を測定して、対象の特性の計算を行うことによって、対象の特性の測定を行うように構成され、
前記水(12)の外側に設置されることを目的として配置され、前記測定を制御する制御ユニット(14)と、
前記水(12)中において前記部品(10)のごく近くに移動するのに適した測定プローブ(16)とを有し、
前記測定プローブ(16)は、少なくとも1つのコイル手段(18)を含み、このコイル手段(18)による支援により対象の前記部品(10)に侵入する前記交流電磁界が生成され、
前記制御ユニット(14)と前記測定プローブ(16)との間に少なくとも接続の部分を構成するために適した第1ケーブル(21)と、
第1ケーブル(21)は、少なくとも部分的に前記水(12)中に配置されるのに適し、
水(12)中に配置されるのに適し、前記第1ケーブル(21)と前記測定プローブ(16)とに接続されるように配置された切替ユニット(25)と、
前記切替ユニット(25)は、少なくとも第1状態および第2状態をとる切替装置(27)を有し、
前記第1ケーブル(21)は、前記第1状態において前記測定プローブ(16)によって接続され、
前記第1ケーブル(21)は、前記第2状態において前記測定プローブ(16)によって接続されず、
前記切替ユニット(25)は、少なくとも第1既知負荷(31)を有し、前記第2状態において前記第1ケーブル(21)が前記第1既知負荷(31)に接続されるように構成されている、ことを特徴とするシステム。 - 前記第1既知負荷(31)は、既知の有限インピーダンス値を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記既知の有限のインピーダンス値は、5Ωから1000Ωの間である、ことを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記切替ユニット(25)は、第2既知負荷(32)を有し、
前記切替装置(27)は、第3状態をとり、前記第3状態において前記第1ケーブル(21)が前記第2既知負荷(32)に接続される、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のシステム。 - 前記第2既知負荷(32)は、ほぼ0Ωのインピーダンス値を有する、ことを特徴とする請求項4に記載のシステム。
- 前記切替ユニット(25)は、第3既知負荷(33)を有し、
前記切替装置(27)は、第4状態をとり、前記第4状態において前記第1ケーブル(21)が前記第3既知負荷(33)に接続される、ことを特徴とする請求項4または5に記載のシステム。 - 第3既知負荷は、ほぼ無限大のインピーダンス値を有する、ことを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 所定の長さIの第2ケーブルを有し、
前記第2ケーブル(22)の一端(22a)は、前記切替ユニット(25)に接続され、前記第2ケーブル(22)の他端(22b)は前記測定プローブ(16)に接続され、
前記第1状態において前記第1ケーブル(21)が前記第2ケーブル(22)を介して前記測定プローブ(16)に接続される、ことを特徴とする請求項1乃至7に記載のシステム。 - 前記切替ユニット(25)は、前記第2ケーブル(22)と同一又は略同一の特性を有する第3ケーブル(23)を有し、
前記切替ユニット(27)は、前記第1ケーブル(21)が前記第2ケーブル(22)の代わりに前記第3ケーブル(23)に接続可能なように構成されている、ことを特徴とする請求項8に記載のシステム。 - 前記第3ケーブル(23)は、正確または少なくともほぼ前記長さIを有する、ことを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 前記切替ユニット(25)は、第2状態、第3状態および第4状態の少なくとも1つにおいて、
前記第1ケーブル(21)が、前記第3ケーブル(23)を介して既知負荷(31,32,33)に接続されるように構成される、ことを特徴とする請求項9または10に記載のシステム。 - 前記切替ユニット(25)は、水を侵入させないように作製されたケース(35)を有し、これにより、前記切替ユニット(25)が水中で使用される場合に、前記ケース(35)内に配置された部品が乾いている、ことを特徴とする請求項1乃至11に記載のシステム。
- 前記システムが使用中かつ前記切替ユニット(25)が水(12)中にある場合に、水が前記ケース(35)内部に侵入するのを防ぐようにケース(35)内を過圧にするために、前記ケース(35)内に気体、好ましくは空気を導入するための手段(37)を有して構成されている、ことを特徴とする請求項12記載のシステム。
- 前記測定プローブ(16)を、測定対象の前記部品(10)との間で近づけたり離したりして移動できるように構成された測定プローブホルダ(39)を有する、ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記測定プローブホルダ(39)の近くに配置され、既知の特性を有する1つ以上の較正目標(41)を有し、
前記測定プローブホルダ(39)は、較正測定を可能にするために、前記測定プローブ(16)を前記1つ以上の較正目標(41)に移動可能なように構成される、ことを特徴とする請求項14記載のシステム。 - 前記測定プローブホルダ(39)の前記移動の遠隔制御を可能にするように構成された遠隔制御手段(43)を有する、ことを特徴とする請求項14または15に記載のシステム。
- 前記切替ユニット(25)または前記測定プローブ(16)に隣接またはその近くに置かれるように構成され、前記制御ユニット(14)と通信する温度センサを有する、ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記水(12)の外に設置され、直流抵抗の測定を行うために構成される抵抗計(63)を有し、
前記抵抗計は、前記第1ケーブル(21)の一端に、前記第1ケーブル(21)の他端が前記切替ユニット(25)に接続されるのと同時に、接続されるように構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1つに記載のシステム。 - 前記切替ユニット(25)およびその一部を構成している部品は、原子炉用の部品(10)の水中での測定中の場合を含む放射性環境で機能するように適合されている、ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記測定プローブ(16)が前記切替ユニット(25)に接続されると同時に、前記切替ユニット(25)に接続されるように適合された別の測定プローブ(47)を有する、ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記部品(10)が原子炉用の燃料棒であるときに測定が行われる、ことを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1つに記載のシステムの使用。
- 燃料棒(10)にある少なくとも1つの層の厚さの測定が行われる、ことを特徴とする請求項21に記載の使用。
- 燃料棒(10)の中の水素化物の含有量の測定が行われる、ことを特徴とする請求項21又は22に記載の使用。
- 燃料棒が水プール内に位置する場合、前記測定が行われる、ことを特徴とする請求項21乃至23のいずれか1つに記載の使用。
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