JP6725682B2 - 放射線硬化型超音波洗浄システム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許仮出願第６２／３４１，４５２号（出願日：２０１６年５月２５日、名称：「ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＣＬＥＡＮＩＮＧ」）に基づく優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

様々な実施形態は、概して、核燃料アセンブリを超音波洗浄するための装置および方法に関する。

照射済み核燃料アセンブリを洗浄するための数多くの超音波洗浄システムが開発されている。そのような超音波洗浄システムの例が、例えば、米国特許第６，３９６，８９２号および第８，３７２，２０６号に記載されており、その全内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。

１つ以上の非限定的な実施形態は、内壁を有するフレームアセンブリを含む水中超音波洗浄システムを提供する。洗浄ゾーンは、内壁の内側に配置され、核燃料アセンブリをその内部に収容するように構成される。このシステムは、複数の超音波トランスデューサを含み、その各々がポリウレタン接着剤（例えば、放射線硬化型接着剤、Ｐｅｒｍａｂｏｎｄ ＰＴ３２６）または３Ｍ ＤＰ−１９０接着剤で内壁の１つに接合されて、複数の放射面を形成する。各放射面は、各トランスデューサからの超音波エネルギーを洗浄ゾーン内に伝送するように配列されている。

これらの実施形態の１つ以上によれば、複数のトランスデューサは、少なくとも１０ワット／ガロンのバルク電力密度を洗浄ゾーンに伝送するように構成される。

これらの実施形態の１つ以上によれば、フレームアセンブリは複数の外壁を更に含み、外壁は内壁に接続し、内壁と外壁との間に配置された水密トランスデューサゾーンにおいて複数のトランスデューサを取り囲む。

これらの実施形態の１つ以上によれば、洗浄システムは、原子力プラントの水中環境に配置される。

１つ以上の非限定的な実施形態は、複数の超音波トランスデューサを利用して超音波エネルギーを作動流体内に伝送するシステムにおけるエネルギー伝送劣化を診断する方法を提供する。本方法は、第１の診断テストにおいて、エネルギー伝送モードで複数のトランスデューサのうちの第１のトランスデューサを動作させる一方、エネルギ検出モードで複数のトランスデューサのうちの第２のトランスデューサを動作させる工程と、第２の診断テストにおいて、エネルギー検出モードで複数のトランスデューサのうちの第１のトランスデューサを動作させる一方、エネルギー伝送モードで複数のトランスデューサのうちの第３のトランスデューサを動作させる工程と、（１）第１の診断テスト中に第２のトランスデューサおよび（２）第２の診断テスト中に第１のトランスデューサによってそれぞれ送信された電気信号を分析して、各トランスデューサのうち少なくとも１つのトランスデューサの、超音波エネルギーを作動流体内に送達する能力の低下を識別する工程と、を含む。

これらの実施形態の１つ以上によれば、各トランスデューサのうちの第２のトランスデューサと第３のトランスデューサは同一のトランスデューサである。

これらの実施形態の１つ以上によれば、本方法は、第１および第２の診断テストの前に、洗浄サイクルにおいてシステムを使用して物体を洗浄する工程を更に含み、前記使用は、エネルギー伝送モードで複数の超音波トランスデューサを動作させて超音波エネルギーを作動流体内に伝送することによって、作動流体内に少なくとも部分的に配置された物体を洗浄することを含む。

これらの実施形態の１つ以上によれば、各トランスデューサのうちの第２のトランスデューサと第３のトランスデューサとは互いに異なるトランスデューサである。

これらの実施形態の１つ以上によれば、本方法は、各トランスデューサのうち少なくとも１つのトランスデューサの、超音波エネルギーを作動流体内に伝送する能力の低下をユーザに示す工程を更に含む。

これらの実施形態の１つ以上によれば、本方法は、前記示すことに応答して、その示すことによって明らかにされた問題を解消することによって、システムが作動流体に送達することができるエネルギー量を増加させる工程を更に含む。

これらの実施形態の１つ以上によれば、本方法は、少なくとも１０ワット／ガロンのバルク電力密度を洗浄ゾーンに提供するように複数のトランスデューサを動作させる工程を更に含む。

１つ以上の非限定的な実施形態は、複数の超音波トランスデューサを利用して超音波エネルギーを作動流体内に伝送するシステムにおけるエネルギー伝送劣化を診断する方法を提供する。本方法は、エネルギー伝送モードで複数の超音波トランスデューサのうちの１つ以上のトランスデューサを動作させると同時に、エネルギー検出モードで複数の超音波トランスデューサのうちの別の１つ以上のトランスデューサを動作させることによって一連の診断テストを行う工程と、各トランスデューサのうち少なくとも１つのトランスデューサの動作モードをエネルギー伝送モードからエネルギー検出モードおよび／またはエネルギー検出モードからエネルギー伝送モードへ変更する工程と、を含む。本方法はまた、一連の診断テスト中にエネルギー検出モードで動作させた時のトランスデューサによってそれぞれ送信された電気信号を分析して、各トランスデューサのうち少なくとも１つのトランスデューサの、超音波エネルギーを作動流体内に送達する能力の低下を識別する工程も含む。

１つ以上の非限定的な実施形態は超音波システムを提供し、この超音波システムは、フレームと、フレームに取り付けられ、超音波エネルギーを作動流体内に伝送するように配列された複数の超音波トランスデューサと、複数の超音波トランスデューサの各々に動作可能に接続されたトランスデューサモニタとを含む。モニタは、各トランスデューサのうちの選択されたトランスデューサをエネルギー伝送モードおよびエネルギー検出モードで交互に動作させ、エネルギー伝送モードで動作させている各トランスデューサによってそれぞれ送信された電気信号を分析することによって、各トランスデューサのうち少なくとも１つのトランスデューサの、超音波エネルギーを作動流体内に送達する能力の低下を識別するように構成される。

これらの実施形態の１つ以上によれば、モニタは、各トランスデューサのうち少なくとも１つのトランスデューサの、超音波エネルギーを作動流体内に送達する能力の低下をユーザに示すように構成された出力デバイスを含む。

１つ以上の非限定的な実施形態は超音波システムを提供し、この超音波システムは、フレームと、フレームに取り付けられ、超音波エネルギーを作動流体内に伝送するように配列された複数の超音波トランスデューサと、複数の超音波トランスデューサの各々に動作可能に接続されたトランスデューサモニタとを含む。モニタは、エネルギー伝送モードで各トランスデューサのうちの１つ以上のトランスデューサからなる第１のサブセットを動作させる一方、エネルギー検出モードで各トランスデューサのうちの１つ以上のトランスデューサからなる第２のサブセットを動作させるように構成される。モニタは、第２のサブセットによって送信された電気信号を分析することによって、超音波電力を作動流体に透過させることに影響を及ぼす作動流体の音響条件を識別するように構成される。

これらの実施形態の１つ以上によれば、モニタは、音響条件をユーザに示すように構成された出力デバイスを含む。

これらの実施形態の１つ以上によれば、音響条件には、作動流体中の油溶性ガス濃度、作動流体の温度、作動流体の静水圧、作動流体中の浮遊微粒子負荷、または作動流体の流体特性が含まれる。

本発明の様々な実施形態のこれらおよび／または他の態様の１つ以上、並びに関連する構造要素の動作方法および機能、そして製造における各部分の組み合わせと経済性については、添付図面を参照しつつ、以下の説明と添付の特許請求の範囲を検討することによってより明らかになるであろう。これらは何れも本明細書の一部を構成する。本明細書において、同様の参照符号は種々の図における対応部分を表す。一実施形態において、本明細書に例示される構造部品は、一律の縮尺に従って描かれている。ただし、図面は例示および説明のみを目的とし、本発明の限定事項の定義として意図されたものではないことが明白に理解されるべきである。更に、本明細書における任意の一実施形態に示される、または説明される構造的特徴は、他の各実施形態においても用いられ得ることが理解されるべきである。本明細書および特許請求の範囲において用いられる場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」には複数のものへの言及が含まれる。ただし、文脈によって別に解すべきことが明らかな場合にはこの限りでない。

本明細書において開示される全ての閉鎖式の値の範囲（例えば、「ＡとＢの間」）および開放式の値の範囲（例えば、「Ｃより大きい」）は、その範囲内の全ての範囲を明示的に含む。例えば、１から１０までと開示された範囲は、２から１０まで、１から９まで、３から９まで、などの範囲をも開示しているものと理解される。

様々な実施形態並びにそれらの他の目的および更なる特徴をより理解するために、添付図面と共に用いられるべき以下の記載が参照される。

本発明の実施形態による超音波洗浄アセンブリの断面図である。

図１の線２’−２に沿った、図１の超音波洗浄アセンブリの断面図である。

図１の超音波洗浄アセンブリの側面斜視図である。

図１の超音波洗浄アセンブリの１つ以上の実施形態によるトランスデューサモニタの動作のフローチャートである。

図１から図３は、様々な実施形態による超音波洗浄システム１００を示す。図１および図２に示されるように、システム１００は内壁１０４ａおよび外壁１０４ｂを有するモジュラーアセンブリフレーム１０４を含む。中央洗浄ゾーン１０６は、各内壁１０４ａの内側に画定され、洗浄対象物体（例えば、照射済み核燃料アセンブリ）の少なくとも一部および洗浄対象物体の前記少なくとも一部が浸漬される作動流体（例えば、水、原子炉における燃料プール内の水）を収容するようになっている。様々な実施形態によれば、システム１００および洗浄対象である燃料アセンブリの両方が、原子力プラントの水中環境（例えば、照射済み燃料アセンブリが貯蔵される原子炉の燃料プール、プラントの原子炉キャビティ、および／またはプラントの移送カナル）内に配置される場合、システム１００は高放射性燃料アセンブリの洗浄に用いられる。

フレーム１０４に取り囲まれ、内壁１０４ａと外壁１０４ｂとの間に配置された水密トランスデューサゾーン１０７内に、複数の平面超音波トランスデューサ１０２が設けられている。各トランスデューサ１０２のホーンは、各内壁１０４ａが、超音波エネルギーを各トランスデューサ１０２から各壁１０４ａを通って洗浄ゾーン１０６内に伝送するように構成された放射面を形成するように、内壁１０４ａに接合される。ゾーン１０６内の物体（例えば、燃料アセンブリ）の洗浄中、各壁１０４ａは、各トランスデューサ１０２とゾーン１０６内の作動流体との間の界面を画定する。この界面は、超音波エネルギーは透過させるが、ゾーン１０６内の作動流体が各壁１０４ａを通ってトランスデューサゾーン１０７内に漏れ、各トランスデューサ１０２に達することを防止する。

洗浄中、洗浄対象物体（例えば、燃料アセンブリ）の少なくとも一部がゾーン１０６内に位置付けられる。システム１００は、どちらの物体（例えば、システム１００または燃料アセンブリ）を他方に対して移動させるかに応じて、洗浄対象物体をゾーン１０６内で所望の向きに案内するか、または逆にシステム１００を燃料アセンブリ上に案内するのに役立つガイド１０８を備えてもよい。各トランスデューサの超音波エネルギーは、米国特許第８，３７２，２０６号に説明されているように、内壁１０４ａを通って洗浄領域１０６内に、そして領域１０６内に配置された核燃料アセンブリ内に移動して燃料アセンブリの燃料棒を洗浄する。フレーム１０４および各トランスデューサ１０２の構造および配置は、参照により全体として本明細書に組み込まれる米国特許第８，３７２，２０６号に開示されたアセンブリのうちの何れかと類似または同一であってもよい。様々な実施形態によれば、システム１００の各トランスデューサ１０２は洗浄領域１０６に、（１）少なくとも１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、および／または５００ワット／ガロン、（２）１０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、および／または３００ワット／ガロン未満、（３）１０〜１０００ワット／ガロンの間、１００〜７００ワット／ガロンの間、および／または２００〜６００ワット／ガロンの間、および／または（４）任意の２つのそのような値の間の任意の範囲内のバルク電力密度を提供する。

出願人は、システム１００の高放射線動作環境が、各トランスデューサ１０２のホーンと、各トランスデューサ１０２のホーンが取り付けられている内壁１０４ａとの間の接合を弱める恐れがあることを発見した。このような劣化は、各トランスデューサ１０２の内壁１０４ａからの部分的または完全な剥離につながり、エネルギーが各トランスデューサ１０２から壁１０４ａを通って洗浄ゾーン１０６内に伝送されることを妨げる恐れがある。ゾーン１０６においては、ゾーン１０６内の核燃料アセンブリをより良く洗浄するために高エネルギー密度が好ましい。そこで、出願人は、各トランスデューサ１０２を内壁１０４ａに取り付ける改良された方法を開発しようと努力した。

出願人は、２つの接着剤（Ｐｅｒｍａｂｏｎｄ ＰＴ３２６および３Ｍ ＤＰ−１９０）が超音波サービスに耐え、しかも９００回の燃料アセンブリ洗浄（３×１０⁹レムのガンマ線）に曝されるのと同等の照射後に良好な接合強度を維持することを発見した。これらの材料は何れも超音波サービス（例えば、トランスデューサを接合することであって、その場合、超音波エネルギーが接着剤を透過する）に適していることは以前から知られておらず、また、高放射線環境（例えば、燃料アセンブリが洗浄ゾーン１０６内にある時の原子炉の燃料プール内のシステム１００の動作環境において一般的であるように、少なくとも１００、５００、１０００、１０⁴、１０⁵、および／または１０⁶レム／時間、および／または１０⁸、１０⁷、１０⁶、および／または１０⁵レム／時間未満のオーダーのガンマ線）における何れの性能についても公的に入手可能な信頼できる情報はなかった。

これらの結果は、ＰＴ３２６およびＤＰ−１９０接着剤がトランスデューサ性能の所望の改善を達成するのに同様に適切であろうことを示唆した。１つの追加的なテストを行った。このテストにおいては、各材料を用いて作製したサンプルトランスデューサに１．５×１０⁹レムおよび３×１０⁹レムを照射し、その後、それぞれ２００時間の運転時間で動作させ、最後に、照射と超音波サービスとを組み合わせて行った後のトランスデューサと壁との間の接合強度を測定するための破壊検査を行った。ＰＴ３２６接合の各トランスデューサは、２００時間のテスト運転の間、正常に動作し、検査時に良好な接合完全性を示した。１．５×１０⁹レムに曝されたＤＰ−１９０接合のトランスデューサは２００時間のテスト運転を完了したが、その過程で７５％を超える接合強度を失った。３×１０⁹レムに曝されたＤＰ−１９０接合のトランスデューサは、２００時間運転中に故障した。

これらのテストにより、いくつかの予期せぬ結果が明らかとなった。

第１の予期せぬ結果は、照射後のＰＴ３２６接着剤の接合強度に大幅な向上があったことである。ＰＴ３２６の接合強度は、１．５×１０⁹レム曝露後に３０％向上し、３×１０⁹レム曝露後にその元の強度のほぼ１００％を保持したのに対し、本願において典型的に用いられている元の接着剤は、わずか１×１０⁹レム曝露後に作用しなくなった。この接合強度は、放射線曝露後のサンプル試料（シリンダをプレートに接合したもの）を用いて測定した。接合強度は、せん断（シリンダ軸に沿ったねじれ）およびシリンダ軸に沿った張力で測定した。

第２の予期せぬ結果は、放射線曝露および超音波サービスが、超音波洗浄システムにおいてトランスデューサを壁に接合する接着材料に相助作用的に損害を与える恐れがあり、その結果、照射後に良好な接合強度を維持し、しかも通常の動作条件下で超音波サービスに適していることが証明されている接着剤が超音波サービスと照射とを合わせた場合には適していない可能性があることである。ＰＴ３２６接着剤およびＤＰ−１９０接着剤の性能が超音波サービスと照射との組み合わせ下で明確に異なることは、個々に検討された効果に関してそれぞれ同等の性能を有することを考えると、予期せぬものであった。

ＰＴ３２６の各特性は、超音波洗浄アセンブリにおいてトランスデューサを壁に接合するのにこれまで用いられてきた別の接着剤と比較して、トランスデューサ１０２（１つ以上の実施形態において２００％以上の向上）およびシステム１００の優れた動作寿命をもたらす。

Ｐｅｒｍａｂｏｎｄ ＰＴ３２６に加え、例えば、他の二液型ポリウレタン接着剤を含む他のポリウレタン接着剤も様々な代替的実施形態に従って用いてもよい。更に、３Ｍ ＤＰ−１９０（二液型エポキシ接着剤）の使用は、ＰＴ３２６ほど強固ではないが、それでも超音波洗浄アセンブリの構築にこれまで用いられてきた接着剤に勝っている。

様々な実施形態によれば、各トランスデューサ１０２と内壁１０４ａとの間の接合は、（１）超音波エネルギーを各トランスデューサ１０２から壁１０４ａに、そして壁１０４ａを通って効果的に伝送し、（２）透過させている超音波エネルギーの機械的応力に耐えることができ、（３）システムの作業環境（例えば、照射済み燃料アセンブリが貯蔵される原子炉の燃料プール、または高放射性燃料アセンブリが配置される他の水中環境（例えば、原子力プラントの原子炉キャビティまたは移送カナル））における高レベル放射線からの放射線劣化の影響を受けにくく、および／または（４）核燃料アセンブリの洗浄における長寿命の使用サイクルに耐えることができる。

各トランスデューサ１０２に電力を供給する電子機器回路は、通常、トランスデューサ１０２に向かう総電力を報告する電力モニタ機能を含む。この報告された電力は、トランスデューサ１０２によって液体内に放射されている音響エネルギーの量の暗黙的基準である。しかし、出願人は、ある特定のトランスデューサ故障モードが、対応する電気負荷の減少を起こすことなく、作動流体への音響エネルギーの伝送を劣化させる可能性があることを発見した。このような劣化伝送は、例えば、トランスデューサ１０２が壁１０４ａから部分的または完全に分離する場合に起こり得る。劣化エネルギー伝送は、トランスデューサ１０２を壁１０４ａに取り付ける接着剤が放射線劣化の結果として弱くなり、トランスデューサ１０２から壁１０４ａおよび洗浄ゾーン１０６への超音波エネルギーの伝送を減衰させる場合にも起こり得る。この伝送劣化が起こると、報告されたトランスデューサ１０２の電力は、洗浄ゾーン１０６内の流体へのエネルギーの効果的な伝送が１００％未満であっても、１００％のままであり得る。従って、標準条件モニタメトリクスが、洗浄ゾーン１０６内の作動流体の音響条件を十分に反映しない状況があり得たことになり、その結果、洗浄対象物体（例えば、核燃料アセンブリ）は標準モニタメトリクスレポートによって報告されているほどには洗浄されていない。

１つ以上の実施形態によれば、システム１００は、故障または伝送劣化を起こしたトランスデューサ１０２を検出するトランスジューサモニタ１２０を含む。モニタ１２０は、適切なケーブル布線（例えば、トランスデューサ１０２の各々に電力を提供するそれぞれの電力ケーブル）を介してトランスデューサ１０２の各々に動作可能に接続する。モニタ１２０は、１つ以上のトランスデューサ１０２からなるエネルギー伝送サブセットに対して診断テストを行い、このテストは、（１）伝送サブセットに通電して、システム１００を用いて物体（例えば、核燃料アセンブリ）を洗浄する場合と同じ方法で超音波エネルギーを生成し、伝送すること、および（２）１つ以上のトランスデューサ１０２からなる離散的検出サブセットを超音波エネルギー検出器として用い、伝送サブセットによって洗浄ゾーン１０６において音響エネルギーに効果的に変換されている電気エネルギーの量を検出することによって行う。各トランスデューサ１０２は、超音波トランスデューサを介して超音波エネルギーを検出するための既知の技術を用いてエネルギー検出モードで使用することができる。そのような既知の技術は、洗浄ゾーン１０６に送達されている超音波エネルギーの量を示す、検出トランスデューサ１０２からの電気信号に帰する。これにより、モニタ１２０は、伝送サブセットに供給される電気エネルギーを検出するのではなく、伝送サブセットによって洗浄ゾーン１０６に送達されるエネルギーを検出することによって、伝送劣化（例えば、トランスデューサ１０２の分離、またはトランスデューサ１０２を壁１０４ａに取り付ける接着剤の弱化によって引き起こされる）を識別することができる。

モニタ１２０は、各トランスデューサ１０２からなる異なる各サブセットを伝送モードと検出モードの異なる組み合わせで順次動作させることによって、全てのトランスデューサ１０２をテストすることができる。従って、トランスデューサ１０２はそれぞれ、その伝送モードで動作されることもあれば、その検出モードで動作されることもある。

１つ以上の実施形態によれば、各トランスデューサ１０２からなる第１のサブセットが単一トランスデューサ１０２であるように、一度に１つのトランスデューサ１０２が伝送モードで動作される。他の各実施形態によれば、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上のトランスデューサ１０２からなるサブセットは、それらの伝送モードで同時に動作される。

同様に、１つ以上の実施形態によれば、検出サブセットは単一トランスデューサ１０２であり得る。ただし、代替的な各実施形態によれば、検出サブセットは２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上のトランスデューサ１０２を含む。１つ以上の実施形態によれば、検出サブセットは、伝送モードで動作されているサブセット以外の全てのトランスデューサ１０２を含む。

様々な実施形態によれば、伝送サブセットおよび検出サブセットは、フレーム１０４の互いに対向する側に配置される。その結果、診断テスト中、伝送トランスデューサ１０２のホーンは、検出トランスデューサ１０２のホーン側に向けられる。例えば、図１の左側の３つのトランスデューサ１０２が、それらの伝送モードでテストおよび使用される場合、図１の右側の３つのトランスデューサをそのテストのための検出サブセットとして動作させることができ、その逆も可能である。図１の上部の３つのトランスデューサ１０２についても、図１の下部の３つのトランスデューサ１０２に対して同じことが可能である。このような対向する各トランスデューサ１０２は、超音波エネルギーが一方から他方へ移動する傾向があり、そのために高い信号対雑音比をもたらすので、対向する各トランスデューサ１０２から伝送劣化を検出するのによく適している可能性がある。ただし、様々な代替的実施形態によれば、伝送トランスデューサ１０２および検出トランスデューサ１０２は、フレーム１０４の互いに対向する側以外の位置に、互いに対して配置される。例えば、様々な実施形態によれば、（各）伝送トランスデューサ１０２は、（１）フレーム１０４の単一側の（各）受信トランスデューサ１０２に隣接するように、（２）伝送トランスデューサ１０２と受信トランスデューサ１０２とが互いに隣接する壁上にある（例えば、互いに９０度ずれる）ように（各）受信トランスデューサ１０２に対して斜めに、（３）（各）受信トランスデューサ１０２に対して任意の他の位置にあるように、および／または（４）異なる相対的空間配置を組み合わせて（例えば、一部のトランスデューサ１０２が互いに対向する壁上に、他のトランスデューサ１０２が同じまたは互いに隣接する壁上に）、配置されてもよい。このような選択肢のいくつかは、（各）受信トランスデューサ１０２によって受信される信号の強度を低下させる可能性があるが、それでもこのような位置付けは、異なる（各）伝送／受信トランスデューサ１０２を異なる時に選択して、どこで劣化が起こったか（例えば、どのトランスデューサの取り付けが劣化しているか、どのトランスデューサが故障しているかなど）のより良い識別を容易にすることにおいて有利に柔軟性を広げやすくする可能性がある。

様々な実施形態によれば、モニタ１２０は、各トランスデューサ１０２からなる伝送サブセットおよび検出サブセットの特定の組み合わせについて、ベースライン診断データを（例えば、モニタ１２０のメモリに）記憶してもよい。例えば、モニタ１２０は、各トランスデューサ１０２が正しく連結され、全超音波電力を洗浄ゾーン１０６に送達する（そして、逆に全電力を検出する）ことができることが分かった時に、伝送サブセットのそれぞれについて検出サブセットのそれぞれからデータを収集してもよい。その後、モニタ１２０は、続いて得られる診断データをそのベースラインと比較して、伝送サブセットにおける伝送劣化を識別することができる。

検出トランスデューサ１０２が他の（各）トランスデューサ１０２によって洗浄ゾーン１０６に送達されるエネルギーを検出する能力はまた、検出トランスデューサ１０２と壁１０４ａとの間の劣化接合によっても損なわれる。接合が弱化すると、検出トランスデューサ１０２は、洗浄ゾーン１０６において実際に受信されているよりも少ないエネルギーを検出することになる。そのため、各検出トランスデューサ１０２から受信される電気信号は、各伝送トランスデューサ１０２および各検出トランスデューサ１０２の両方における伝送劣化の検出に寄与し得る。以下でより詳細に説明するように、モニタ１２０は、検出トランスデューサ１０２および伝送トランスデューサ１０２の異なる組み合わせを用いて複数の異なるテストを行うことによって、モニタ１２０が、（１）各伝送トランスデューサ１０２からゾーン１０６へのエネルギー伝送における障害と（２）各検出トランスデューサ１０２によるそのようなエネルギーの検出における障害とを区別するのに役立てる。

様々な実施形態によれば、モニタ１２０は、大規模な一連の診断テストにおいて、各伝送サブセットと各検出サブセットの多数の組み合わせを用いてもよい。トランスデューサ１０２のそれぞれは、多数の伝送サブセットおよび／または多数の検出サブセットに含まれてもよい。モニタ１２０は、多数の組み合わせについて診断データを比較して、診断テスト中の周囲動作条件の差異を説明するためにベースラインデータを調整することができる。

伝送トランスデューサ１０２および検出トランスデューサ１０２の異なる連続的な組み合わせを用いることはまた、エネルギー読み取り値の低下が（各）伝送トランスデューサ１０２の伝送劣化から生じるのか、または（各）検出トランスデューサ１０２の検出劣化から生じるのかを識別するのにも役立ち得る。

洗浄サイクル中、全てのトランスデューサ１０２が、典型的には伝送モードで同時に動作されて洗浄ゾーン１０６に送達される洗浄エネルギーを増加させる。様々な実施形態によれば、モニタ１２０は、そのような各洗浄サイクルの合間に、各トランスデューサ１０２に対して診断テストを行う。ただし、代替的な各実施形態によれば、各トランスデューサ１０２からなるサブセットを検出モードで動作させることは、洗浄されている物体に送達されている超音波エネルギーを低減させる（すなわち、一部のトランスデューサ１０２がそれらの検出モードで動作され、そのため、洗浄ゾーン１０６に洗浄エネルギーを送達しなくなるため）が、そうすることによって洗浄動作中に診断テストを行うことができる。

例示的な実施形態において、モニタ１２０は、フレーム１０４とは物理的に別個のものとして図示されている。そのような各実施形態において、モニタ１２０は、各トランスデューサ１０２に電力を提供する電力ケーブルを含む適切な配線／ケーブル布線を介して、各トランスデューサ１０２に接続してもよい。モニタ１２０は、各トランスデューサ１０２用トランスデューサ電源と共に設置されてもよい。モニタ１０２は、各トランスデューサ１０２に組み込まれてもよい。代替的に、モニタ１２０は、トランスデューサゾーン１０７内に配置されてもよい。

モニタ１２０は、各トランスデューサ１０２の履歴診断テストからのデータを記憶して、システム１００の洗浄サイクルごとの経時劣化の検出を容易にしてもよい。

様々な実施形態によれば、モニタ１２０は、診断テスト中のエネルギー伝送に影響を及ぼす作動流体の他の音響条件（例えば、作動流体中の油溶性ガス濃度、作動流体の温度、作動流体の静水圧、作動流体中の浮遊微粒子負荷、または作動流体の流体特性（例えば、蒸気圧）など）を識別するのに用いられる。様々な実施形態によれば、検出サブセットおよび伝送サブセットの重複セットの多数の組み合わせを用いることは、モニタがそのような非トランスデューサ依存性要因を検出するに役立つ。そのような非トランスデューサ依存性要因の影響は、その後、フィルタリング除去することができ、それにより、モニタ１２０は（１）トランスデューサ１０２と壁１０４ａとの間の弱化または崩壊した接合に起因する伝送劣化、または（２）伝送トランスデューサ１０２によるエネルギー生成の弱化の何れかを示すであろうトランスデューサ依存性変化に的を絞ることができる。

様々な実施形態によれば、モニタ１２０を、例えば、トランスデューサ特有の伝送劣化（例えば、故障した各トランスデューサの弱化接合を介した）の影響をフィルタリング除去することによって、洗浄ゾーン１０６内の作動流体の特性を特徴付けるのに代替的に用いることができる。検出された作動流体の特性は、キャビテーション強度、ひいては作動流体によるエネルギー減衰に影響を及ぼす油溶性ガス含有量を含んでもよい。様々な実施形態によれば、検出された特性は、追加的および／または代替的に、診断テスト中のエネルギー伝送に影響を及ぼす作動流体の任意の１つ以上の音響条件（例えば、作動流体中の油溶性ガス濃度、作動流体の温度、作動流体の静水圧、作動流体中の浮遊微粒子負荷、または作動流体の流体特性（例えば、蒸気圧）など）を含んでもよい。

様々な実施形態によれば、システム１００は、洗浄サイクル中に作動流体が用いられる前に、洗浄ゾーン１０６内の作動流体を脱気するのに用いられてもよい。このような脱気は、作動流体（例えば、水）から気体を追い出すために、洗浄ゾーン１０６内の作動流体中にエネルギーを向けるように動作されてもよい各トランスデューサ１０２によって達成されてもよい。モニタ１２０は、そのような脱気中に（またはそのような脱気の合間の間欠的な停止中に）、流体が十分に脱気された時を検出して、洗浄ゾーン１０６内に挿入される物体（例えば、核燃料アセンブリ）の良好な洗浄を容易にするのに用いられてもよい。

様々な実施形態によれば、モニタ１２０は、コンピュータと、各トランスデューサ１０２に送達されている電力を制御する電力管理装置と、個々のトランスデューサ１０２（エネルギー検出モードで運転時）から受信される検出信号を受信および変換し、それらの信号をモニタ１２０のコンピュータのプロセッサに提供するＡ／Ｄ変換器と、データストレージと、ユーザがシステム１００およびモニタ１２０を制御することを可能にするユーザ・インターフェースと、ディスプレイと、可聴表示システム（例えば、スピーカ）と、を含んでもよい。

一部の実施形態において、モニタ１２０のコンピュータは、本明細書に記載されている機能を果たすようにプログラムされた１つ以上のコンピューティング装置を含んでもよい。各コンピューティング装置は、１つ以上のコンピュータプログラム指示でプログラムされた１つ以上の物理的プロセッサまたは他のプロセッサ、および／または他のコンポーネントを含んでもよい。各コンピューティング装置は、ネットワーク（例えば、イーサネット、インターネットなど）または他のコンピューティング・プラットフォームとの有線または無線技術（例えば、イーサネット、光ファイバ、同軸ケーブル、ＷｉＦｉ、ブルートゥース、近距離無線通信、または他の技術など）を介した情報交換を可能にする通信回線またはポートを含んでもよい。各コンピューティング装置は、共同動作して各コンピューティング装置の機能性をモニタ１２０に提供する複数のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア・コンポーネントを含んでもよい。例えば、各コンピューティング装置は、各コンピューティング装置として共同動作する多数のコンピューティング・プラットフォームによって実現されてもよい。

モニタ１２０のデータストレージは、情報を電子的に記憶する非一時的ストレージメディアを含んでもよい。電子ストレージの電子ストレージメディアは、モニタ１２０のコンピュータと一体に（例えば、実質的に着脱不能に）設けられたシステムストレージ、または、例えば、ポート（例えば、ＵＳＢポート、ファイヤーワイヤーポート等）やドライブ（例えば、ディスクドライブ等）を介してコンピュータに着脱可能に接続可能な着脱可能ストレージの一方または両方を含んでもよい。データストレージは、光学的に読み取り可能なストレージメディア（例えば、光学ディスク等）、磁気的に読み取り可能なストレージメディア（例えば、磁気テープ、磁気ハードドライブ、フロッピードライブ等）、電荷型ストレージメディア（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等）、ソリッドステート・ストレージメディア（例えば、フラッシュドライブ等）、および／または他の電子的に読み取り可能なストレージメディア、のうちの１つ以上を含んでもよい。データストレージは、１つ以上の仮想ストレージリソース（例えば、クラウドストレージ、仮想プライベート・ネットワーク、および／または他の仮想ストレージリソース）を含んでもよい。データストレージは、ソフトウェア・アルゴリズム、コンピュータの各プロセッサによって決定された情報、ユーザ・コンピューティング・プラットフォームから受信される情報、または、コンピュータが本明細書に記載されているように機能することを可能にする他の情報を記憶してもよい。

モニタ１２０のコンピュータの（各）プロセッサは、コンピュータにおける情報処理能力を提供するようにプログラムされてもよい。このように、各プロセッサは、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報処理用のデジタル回路、情報処理用のアナログ回路、ステートマシン、および／または電子的に情報を処理するための他のメカニズム、のうちの１つ以上を含んでもよい。一部の実施形態において、各プロセッサは複数の処理ユニットを含んでもよい。これらの処理ユニットは物理的に同一の装置内に配置されてもよく、または各プロセッサが、協調して動作する複数の装置の処理機能性を示してもよい。各プロセッサは、モニタ１２０または他のサブシステムの本明細書に記載されている機能を果たすというコンピュータプログラム指示を実行するようにプログラムされてもよい。各プロセッサは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、何らかの方法で組み合わされたソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェア、および／または各プロセッサに処理能力を構成するための他の機構を用いてコンピュータプログラム指示を実行するようにプログラムされてもよい。本明細書に記載されたモニタ１２０によって提供される機能性の説明は、例示を目的とし、限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。

様々な実施形態によれば、モニタ１２０は、各トランスデューサ１０２の診断テストの結果を様々な１つ以上の方法の何れかでユーザに提供する情報出力デバイスを含む。１つ以上の実施形態によれば、モニタ１２０は、ユーザアクセス可能なコンピュータ（例えば、スマートフォン、ＰＣ、タブレット）に診断テストの結果を示す信号を（例えば、ネットワーク、無線または有線接続を介して）提供し、各トランスデューサ１０２が故障している（例えば、トランスデューサ１０２と壁１０４ａとの間の接合の弱化により、トランスデューサ１０２が所望の量の超音波エネルギーを生成しないことにより）と識別されているか否か、およびそれはどのトランスデューサ１０２かを確認する。この信号はまた、劣化の程度を開示してもよい。これらまたは代替的な各実施形態の１つ以上によれば、モニタ１２０は、診断テストの結果を視覚的に表示する視覚ディスプレイ（例えば、ＬＣＤスクリーン、モニタ、ＴＶなど）を含む。これらまたは代替的な各実施形態の１つ以上によれば、モニタ１２０は、（例えば、トランスデューサ１０２の故障を識別することによる）診断テストの結果をユーザに可聴的に警告する可聴警告システム（例えば、スピーカ）を含む。追加的および／または代替的に、モニタ１２０が、システム１００におけるエネルギー伝送劣化が所定の閾値（例えば、洗浄ゾーンに送達されると見込まれるエネルギーの５、１０、１５、２０、２５、３０、３５％減）を超えると判断した場合、モニタ１２０は、情報出力デバイスを介してユーザに警告し、エネルギー伝送劣化の問題が軽減されるまでシステム１００が洗浄サイクルに用いられないようにしてもよい。モニタ１２０は、劣化時にシステム１００が動作しないようにすることによって、システム１００によって洗浄されている各物体（例えば、核燃料アセンブリ）の不十分な洗浄を回避してもよい。

診断テストが、トランスデューサ１０２または各トランスデューサ１０２の組み合わせの伝送劣化が所定の閾値（例えば、５、１０、１５、２０％）を超えることを示す場合、モニタ１２０は、出力デバイスを介して（例えば、ディスプレイ、可聴警告、別個のユーザアクセス可能なコンピュータに転送される情報を介して）ユーザに情報を提供してもよい。その情報は、影響を受けた各トランスデューサ１０２の更なる分析が、劣化の原因が弱化したトランスデューサ／壁間の接合にあるのか、あるいはトランスデューサ１０２自体の内部の故障にあるのか、の何れを示すかに依存して、１つ以上のトランスデューサ１０２をより確実に壁１０４ａに取り付け、固定し、および／または取り替える必要があることを示す。

１つ以上の実施形態によれば、モニタ１２０のコンピュータは、図４に示すアルゴリズム／フローチャートを用いて、複数のトランスデューサ１０２に対して一連の診断テストを行う。このアルゴリズムは、モニタ１２０のコンピュータの（各）プロセッサによって実施されるプログラム／コードとして実施されてもよい。代替的に、アルゴリズムはデジタルまたはアナログ回路として実施されてもよい。様々な実施形態によれば、アルゴリズムは、伝送トランスデューサ１０２の伝送電力および／または周波数（例えば、トランスデューサの共振周波数付近の異なる周波数）を経時的に変化させ、そのような電力および／または周波数変化が（各）受信トランスデューサによって受信される信号にどのように影響するかをモニタしてもよい。例えば、アルゴリズムは、まず、伝送トランスデューサ１０２に１００％電力で伝送させ、続いて、伝送トランスデューサ１０２に５０％電力で伝送させてもよい。（各）受信トランスデューサ１０２によって受信される信号における、結果として得られる電力および／または周波数に基づく差異は、特定の劣化モードまたは問題を示す可能性がある。例えば、トランスデューサ／壁間の接着剤の劣化は、伝送トランスデューサ１０２が特定の電力レベルまたは周波数で動作される場合に、別の電力レベルまたは周波数で動作される場合よりも、伝送電力の比較的より大きな低減をもたらす可能性がある。

工程２００において、モニタ１２０は、伝送モードおよび検出モードでそれぞれ各トランスデューサ１０２サブセットの選択された組み合わせを動作させる。工程２１０において、モニタ１２０は、その後、エネルギー検出モードで動作されているトランスデューサ１０２サブセットからの検出信号を受信し、記憶する。この工程において、モニタ１２０はまた、各伝送トランスデューサ１０２から（例えば、目標動電力レベルを維持するトランスデューサの力を反映するデータのような伝送トランスデューサ自身の動作に関する）データを収集して、信号の直接的な比較を容易にしてもよい。工程２２０において、モニタは、モニタ１２０が全ての所望の組み合わせについての検出信号を受信および記憶するように、トランスデューサ１０２サブセットの全ての所望の組み合わせがテストされたか否かを判定する。否の場合には、アルゴリズムは工程２３０に進み、そこでモニタ１２０が、伝送モードおよび検出モードでそれぞれ次の所望の各サブセットの組み合わせを動作させ、工程２１０に戻る。工程２００から工程２３０においてモニタ１２０によって行われる診断テストの過程で、各トランスデューサ１０２のうちの１つ、複数、大多数、または全てが、伝送モードおよび検出モードのそれぞれにおいて交互に用いられてもよい。従って、工程２００から工程２３０における異なる診断テストに亘って、各トランスデューサ１０２のうちの１つ、いくつか、または全てが各モード（エネルギー伝送およびエネルギー検出）において動作されることになる。

各トランスデューサ１０２サブセットの全ての所望の組み合わせがテストされると、アルゴリズムは工程２４０に進み、そこでモニタ１２０は、多数のテストされた各サブセットの組み合わせからの検出信号を分析して、各トランスデューサ１０２のうちの１つ以上のトランスデューサ１０２のエネルギー伝送が劣化したか否か、またはその程度を判定する。様々な実施形態によれば、この分析は、検出された信号を記憶されたベースライン信号（例えば、各トランスデューサ１０２が正しく動作し、壁１０４ａに完全に取り付けられていることが分かっていたテスト中に得られた信号、所定の閾値）と比較することを含んでもよい。

工程２５０において、モニタ１２０は、出力デバイス（例えば、上述のディスプレイ、スピーカ、コンピュータに送信された信号）を介してユーザに情報を提供する。この情報は、１つ以上のトランスデューサ１０２が診断テスト中に劣化エネルギー伝送を呈したか否か、またはその程度を示す。

様々な実施形態によれば、モニタ１２０は診断テストを行うたびに、システム１００のトランスデューサ１０２の各々の伝送劣化を評価する。代替的に、モニタ１２０は診断テストを行うたびに、各トランスデューサ１０２のうち一部のトランスデューサのみを評価し、異なる一連の診断テストによって、各トランスデューサ１０２のうち残りのトランスデューサ１０２を評価してもよい。全てのトランスデューサ１０２の評価が各一連の診断テスト中に行われることが好ましいが、例えば、利用可能な診断時間が限られている場合（例えば、一連の核燃料アセンブリの各洗浄の合間）、全て未満のトランスデューサ１０２の評価が行われてもよい。

例示的な実施形態において、モニタ１２０は、超音波洗浄システム１００の各トランスデューサ１０２におけるトランスデューサのエネルギー伝送劣化を診断するのに用いられる。ただし、代替的な各実施形態によれば、モニタ１２０は、多数の超音波トランスデューサを含む任意の他のシステムにおけるトランスデューサのエネルギー伝送劣化を診断するのに用いられてもよい。

上記の例示的な各実施形態は、様々な実施形態の構造的および機能的な原理を示すために与えられたものであって、限定することを意図したものではない。むしろ、本発明の原理は、その任意および全ての変更、改変、および／または代替（例えば、以下の特許請求の範囲の趣旨および範囲内にある任意の改変）を含むことを意図している。

Claims (10)

1. 内壁を含み、前記内壁の内側に、核燃料アセンブリをその内部に収容するように構成さ
   れた洗浄ゾーンが配置されるフレームアセンブリと、
   各々がポリウレタン接着剤で前記内壁の１つに接合されて、複数の放射面を形成する複
   数の超音波トランスデューサと、を備えた水中超音波洗浄システムであって、
   前記複数の放射面が前記複数のトランスデューサからの超音波エネルギーを前記洗浄ゾ
   ーン内に伝送するように配列され、
   前記水中超音波洗浄システムが原子力プラントの水中環境に配置されるように構成され
   る、水中超音波洗浄システム。
2. 前記ポリウレタン接着剤が放射線硬化型接着剤を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数のトランスデューサが、少なくとも１０ワット／ガロンのバルク電力密度を前
   記洗浄ゾーンに伝送するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記フレームアセンブリが複数の外壁を更に含み、前記外壁は前記内壁に接続し、前記
   内壁と前記外壁との間に配置された水密トランスデューサゾーンにおいて前記複数のトラ
   ンスデューサを取り囲む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記洗浄システムが、原子力プラントの水中環境に配置される、請求項１に記載のシス
   テム。
6. 前記複数の超音波トランスデューサを用いて核燃料アセンブリを洗浄するように構成さ
   れる、請求項１に記載のシステム。
7. 原子力プラントの水中環境に配置される、請求項１に記載の水中超音波洗浄システム。
8. 前記複数の超音波トランスデューサを用いて核燃料アセンブリを洗浄するように構成さ
   れる、請求項１に記載の水中超音波洗浄システム。
9. 前記ポリウレタン接着剤の前記内壁との接合強度は、１．５ｘ１０ ⁹ レム暴露後に暴露前と比べて３０％向上する、請求項１に記載の水中超音波洗浄システム。
10. 前記ポリウレタン接着剤の前記内壁との接合強度は、３ｘ１０ ⁹ レム暴露後に暴露前と比べて１００％の接合強度に保持される、請求項１に記載の水中超音波洗浄システム。
    
    

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