JPH0361158B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ナトリウム冷却型原子炉の炉心上部
に存在する障害物等の検出に好適する超音波透視
装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図及び第２図により背景技術を説明する。

第１図はナトリウム冷却型原子炉の炉心上部に
存在する障害物、例えば炉心より浮上つた燃料集
合体等を超音波を用いて検出する超音波透視装置
を示し、第２図は第１図の−線に沿つた横断
面図を示している。図中１は冷却材として液体金
属ナトリウムを用いるナトリウム冷却型原子炉の
炉容器で、この炉容器１の内部には炉心２、炉心
上部機構３、液体金属ナトリウム４等が収容さ
れ、炉容器１の上部は遮蔽プラグ５で遮蔽されて
いる。また炉心２中には多数の燃料集合体６……
が上方より挿脱自在に装荷されており、それらの
燃料集合体６……の内部に設けられた核燃料は核
分裂反応により熱を発生し、この熱で炉容器１の
下部に設けられたナトリウム入口７より流入した
液体金属ナトリウム４を加熱するように構成され
ている。そしてこの加熱されたナトリウム４を炉
容器１の上部に設けられたナトリウム出口８より
流出させ、炉容器１の外部に設けられている図示
しない熱交換器等を通過させ、冷却されたナトリ
ウムを再びナトリウム入口７より流入させるよう
にしている。

ここで、炉容器１の内部では液体金属ナトリウ
ム４が炉心２中を下から上へ流れるので、燃料集
合体６……は炉心２から浮上り易い状況にある。
図中６Ａは炉心２より浮上つた燃料集合体を示し
ている。

一方、炉心２の上方に位置する前記炉心上部機
構３は、制御棒駆動機構や各種計測器等から構成
されており、燃料交換時には炉心上部機構３を炉
心２の上方から外れる位置まで水平移動させ、こ
れに代つて燃料交換機（図示せず）を炉心２の上
方に位置させねばならない。ところが、炉心２と
炉心上部機構３との間の隙間（以後、コアギヤツ
プと称する）は70mm程度しかないので、燃料交換
機を用いて炉心２内に上方より挿入された燃料集
合体６が炉心最下位置まで充分に挿入されていな
かつた場合、又は、液体金属ナトリウム４の流れ
によつて一部の燃料集合体６が６Ａの如く浮上つ
ている場合には、そのまま炉心上部機構３を水平
移動させると炉心２より上方へ突出している燃料
集合体６Ａに衝突し、その燃料集合体を破壊して
しまうおそれがある。このため炉心上部機構を移
動する前に、炉心２より上方へ突出している燃料
集合体６Ａがないかどうか、慎重に確認しておく
必要がある。ここで、炉心２は液体金属ナトリウ
ム４中に没しており、しかも液体金属ナトリウム
４中に没した燃料集合体の様子を調べるには、液
体金属ナトリウム４中でも透視性の良い超音波を
用いた透視装置が必要となるのである。そこで、
炉容器１の内周面の一部には、炉心２の上端とほ
ぼ同一レベル位置に超音波トランスジユーサ９を
取付けるとともに、それと対向する炉容器１内周
面には超音波反射板１０を取付けておく。このよ
うにして超音波トランスジユーサ９より超音波を
発信すると、液体金属ナトリウム４中で発せられ
た超音波は、コアギヤツプ中に何らの障害物も存
在しなければ超音波トランスジユーサ９より超音
波反射波１０へ至る間に大幅に減衰することはな
く、反射板１０で反射して超音波トランスジユー
サ９で受信され、超音波トランスジユーサ９より
エコー信号として出力される。ところが、上記コ
アギヤツプに何らかの障害物、例えば炉心２より
上方へ浮上つた燃料集合体等があれば、超音波は
そのコアギヤツプを通過する際に減衰するので、
エコー信号は極度に小さくなる。そこで、上記反
射板１０を円弧状に広く設置しておき、超音波ト
ランスジユーサ９を水平方向に旋回させることに
より、炉心上の各位置における障害物の有無を調
べることができる。そして炉心上のどこかに障害
物が存在するときは、トランスジユーサ９をその
方向へ向けて超音波を発信したときエコー信号が
得られないことから、障害物の存在を知ることが
でき、さらにそのときのトランスジユーサの旋回
方向の位置からその障害物の存在する方向も知る
ことができる。

以上のような障害物の検出を行なう超音波透視
装置をさらに詳細に説明すると次の通りである。
すなわち炉容器１の外部には超音波トランスジユ
ーサ９の旋回させる駆動機構１１、超音波トラン
スジユーサ９の旋回方向の位置を検出する位置検
出回路１２、超音波トランスジユーサ９の旋回方
向の位置変化に同期して超音波トランスジユーサ
９に励起パルスを送出するパルサー１３、エコー
信号を検波し、かつ増幅するレシーバ１４、超音
波反射波からのエコー信号のみを通過させるゲー
ト回路１５、このゲート回路１５を通過したエコ
ー信号のピーク値を検出するピーク検出回路１
６、前記位置検出回路１２より出力された位置信
号及びピーク検出回路１６より出力されたエコー
信号のピーク値からコアギヤツプの状態を示す透
視画像信号を作成する画像処理回路１７及びこの
画像処理回路１７からの透視画像信号により透視
画像を表示する画像表示装置１８が設けられてい
る。

また、超音波反射板１０は第３図の如く構成さ
れている。すなわち、超音波トランスジユーサ９
より励起される超音波ビームは２次元的な広がり
をもつて照射される。このため、反射板１０とし
ては周方向に細分割された小反射板を組合せ、か
つ隣接する小反射板間には超音波トランスジユー
サ９からの距離が段階的に変化するように段差
Δlを設け、各小反射板からの反射波が互いに干
渉しないように構成してある。ここで、超音波ビ
ームの広がり角（以後、照射角と称する）をと
すると、複数（この例では７個）の小反射板１０
Ａ，１０Ｂ，……，１０Ｇを階段状に組合せるこ
とによつて構成される単位反射板１０で上記照射
角をカバーするようにし、そのような単位反射
板１０を複数個、炉容器１の内周面に円弧状に配
置するのである。なお、単位反射板１０の個数
は、第２図に示す如く炉心２上方の、超音波を透
視すべき範囲をカバーし得る個数とする。今、第
３図に示すように、超音波トランスジユーサ９よ
り発信される超音波ビームの中心線が中央の小反
射板１０Ｄ上にある状態について考察すると、パ
ルサー１４からは、第４図に示すような各小反射
板１０Ａ，１０Ｂ，……，１０Ｇからの反射波に
対応する信号が出力され、さらにレシーバ１４で
増幅されてエコー信号Ea，Eb，……，Egとな
る。このとき最大のエコー信号は超音波ビームの
中心線上にある小反射板１０Ｄからの反射波に対
応するエコー信号Edである。そこでこの最大エ
コー信号Edを基準測定値Ep（この場合Ep＝Ed）
として、この基準測定値からコアギヤツプの大き
さを求め、画像表示装置１８に表示する。なお最
大エコー信号からコアギヤツプを求めるには、例
えば第５図に示すようなエコー信号比とコアギヤ
ツプ比との関係を予め実験から求めておき、これ
を関数化して画像処理回路１７を構成するのであ
る。すなわち第５図は、障害物の存在しない場合
のエコー信号Epsと基準測定値Epとの比Ep／Eps
をエコー信号比として横軸にとり、炉心２・炉心
上部機構３間の隙間GsとコアギヤツプＧとの比
Ｇ／Gsをコアギヤツプ比として縦軸にとつたも
のである。

〔背景技術の問題点〕

以上のような従来の超音波透視装置では、第６
図に示すようにコアギヤツプの中に小さな障害物
（例えば浮上つた燃料集合体６Ａ）が存在してい
る場合には、超音波ビームの中心線上にある小反
射板１０Ｄに対応する中央のエコー信号Edが第
７図の如く小さくなつても、両端部の小反射板か
らの反射波は減衰しないので両側のエコー信号は
小さくならない。従つて小反射板１０Ｄからのエ
コー信号Edが基準測定値Epとして扱われるべき
であるにも拘らず、減衰しないエコー信号のうち
で最大のもの（例えば小反射板１０Ｂからのエコ
ー信号Ed）が基準測定値Epとして扱われ、これ
が透視画像信号を作成するデータとなる。その結
果、コアギヤツプの状態が実際より大きく表示さ
れることになるのである。

また超音波トランスジユーサ９より発信される
超音波ビームは中心線のまわりに約1°ずつ広がつ
て超音波反射板１０に照射される。そこでエコー
信号が互いに干渉を生じないようにするためには
各小反射板１０Ａ，１０Ｂ，……，１０Ｇの幅寸
法を例えば30mm程度にすると音波ビームの全幅を
カバーするためには10〜15枚もの小反射板が必要
となる。従つてこのような多数の小反射板を階段
状に配置すると超音波反射板の炉容器中心方向へ
の厚さ寸法が大きくなり、炉容器１内への組込み
が困難になるとともに製作費も高価となる。そこ
で超音波ビームのビーム幅を狭くすることにより
小反射板の枚数を減少させ、超音波反射板を小形
にすることが考えられるが、そのためには高価な
超音波トランスジユーサを使用しなければならず
好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情にもとづいてなされた
もので、その目的は、小さな障害物が存在してい
る場合でもその障害物の存在を正しく表示するこ
とができ、信頼性が高く、小形かつ安価な超音波
透視装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明に係る超音波透視装置は、旋回自在に設
けられた超音波トランスジユーサに対向して、複
数の小反射板を超音波トランスジユーサからの距
離が段階的に変化するように並設して超音波トラ
ンスジユーサより発信される超音波ビームのビー
ム幅をカバーする如く形成された超音波反射板を
超音波トランスジユーサの旋回方向に沿つて複数
配列し、超音波トランスジユーサにて受信された
反射波をエコー信号としてゲート回路を通して画
像処理回路へ送出し、この画像処理回路でエコー
信号と超音波トランスジユーサの位置とから画像
信号を作成し画像表示装置に透視画像を表示する
超音波透視装置において、超音波トランスジユー
サの位置に応じたゲート時間を設定するトランス
ジユーサ位置・ゲート時間変換回路と、この変換
回路よりゲート時間信号を入力しパルサーに励起
パルスを送出して超音波トランスジユーサを励起
させた後その超音波トランスジユーサの位置に応
じて設定された時間が経過したとき前記ゲート回
路にゲート開信号を送出してゲート回路を一定時
間開かせるタイミング回路とを具備して構成され
ている。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第８図ないし第１０図
を参照して説明する。

第８図はナトリウム冷却型原子炉の炉心上部に
存在する障害物、例えば炉心より浮上つた燃料集
合体等を超音波を用いて検出する超音波透視装置
を示している。図中１０１は冷却材として液体金
属ナトリウムを用いるナトリウム冷却型原子炉の
炉容器で、この炉容器１０１の内部には炉心１０
２、炉心上部機構１０３、液体金属ナトリウム１
０４等が収容され、炉容器１０１の上部は遮蔽プ
ラグ１０５で遮蔽されている。また炉心１０２中
には多数の燃料集合体１０６……が上方より挿脱
自在に装荷されており、それらの燃料集合体１０
６……の内部に設けられた核燃料は核分裂反応に
より熱を発生し、この熱で炉容器１０１の下部に
設けられたナトリウム入口１０７より流入した液
体金属ナトリウム１０４を加熱するように構成さ
れている。そして、この加熱されたナトリウム１
０４を炉容器１０１の上部に設けられたナトリウ
ム出口１０８より流出させ、炉容器１０１の外部
に設けられている図示しない熱交換器等を通過さ
せ、冷却されたナトリウムを再びナトリウム入口
１０７より流入させるようにしている。

また、炉容器１０１の内周面の一部には、炉心
１０２の上端とほぼ同一レベル位置に超音波トラ
ンスジユーサ１０９が取付けてあり、それと対向
する炉容器１０１内周面には超音波反射板１１０
が取付けてある。

一方、炉容器１０１の外部には次のような装置
が設けられている。まず図中１１１は遮蔽プラグ
１０５上に取付けられた駆動機構で、これは炉容
器１０１内に鉛直に垂下された回転軸１１１Ａを
介して超音波トランスジユーサ１０９を水平方向
に旋回させるものである。また図中１１２は位置
検出回路で、これは駆動機構１１１からの信号を
入力することにより超音波トランスジユーサ１０
９の旋回方向の位置を検出するものである。また
図中１１３はパルサーで、これは超音波トランス
ジユーサ１０９に励起パルスを送出するものであ
る。また図中１１４はレシーバでこれは超音波ト
ランスジユーサ１０９より出力されたエコー信号
を検波し、かつ増幅するものである。また図中１
１５はゲート回路で、これはレシーバ１１４より
出力されたエコー信号のみを一定時間（ゲート時
間）通過させるものである。また図中１１６はピ
ーク検出回路で、これはゲート回路１１５を通過
したエコー信号のピーク値を検出するものであ
る。また図中１１７は画像処理回路で、これは位
置検出回路１１２からの位置信号とピーク検出回
路１１６からのエコー信号のピーク値とを入力し
て画像信号を作成するものである。また図中１１
８は画像表示装置で、これは画像処理回路１１７
からの画像信号を入力して炉心１０２と炉心上部
機構１０３との間に存在するコアギヤツプの透視
画像を表示するものである。また図中１１９はト
ランスジユーサ位置・ゲート時間変換回路で、こ
れは前記位置検出回路１１２からの位置信号を入
力して前記ゲート回路１１５におけるゲート時間
を設定するものである。また図中１２０はカウン
タを内蔵したタイミング回路で、これはトランス
ジユーサ位置・ゲート時間変換回路１１９よりゲ
ート時間信号を入力し、前記パルサー１１３に励
起パルスを送出して超音波トランスジユーサ１０
９を励起させた後、その超音波トランスジユーサ
１０９の旋回方向の位置に応じて設定された時間
が経過したとき前記ゲート回路１１５にゲート開
信号を送出してゲート回路１１５を一定時間（ゲ
ート時間）開かせるものである。

また前記超音波反射板１１０は第９図の如く、
炉容器１０１の周方向に細分割された複数（この
例では７個）の小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，…
…，１１０Ｇを組合せ、かつ隣接する小反射板間
には超音波トランスジユーサ１０９からの距離が
段階的に変化するように炉容器１０１の半径方向
に一定の段差Δlを設け、各小反射板１１０Ａ，
１１０Ｂ，……，１１０Ｇからの反射波が互いに
干渉しないように構成してある。そして、これら
の小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０Ｇ
によつて構成される１個の超音波反射板１１０に
よつて超音波ビームの広がり角（照射角）をカ
バーするようにし、またそのような超音波反射板
１１０を複数個、超音波トランスジユーサ１０９
の旋回方向（すなわち炉容器１０１の周方向）に
沿つて配列して、炉心１０２上方の、超音波透視
すべき範囲をカバーするようにしている。

次に、以上の如く構成された超音波透視装置の
作用を第９図及び第１０図により説明する。なお
第１０図は第９図中にイ，ロ，ハ，ニで示す信号
のタイミング図である。

まず超音波トランスジユーサ１０９が駆動機構
１１１により第９図の位置にあるとする。ここ
で、位置検出回路１１２は駆動機構１１１からの
信号を受けて画像処理回路１１７及びトランスジ
ユーサ位置・ゲート時間変換回路１１９へ位置信
号を送出する。上記トランスジユーサ位置・ゲー
ト時間変換回路１１９は超音波トランスジユーサ
１０９から各小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，…
…，１１０Ｇまでの距離Ｌとの関係を予めメモリ
に記憶してあり、ゲート時間Ｔはコアギヤツプの
大きさＬが決まればＴ＝Ｌ／υ（但しυは超音波
の液体金属ナトリウム中での伝播速度）の関係か
ら一義的に決まるので、変換回路１１９より位置
信号が入力すると、超音波トランスジユーサ１０
９の旋回方向の位置に応じたゲート時間Ｔを設定
し、ゲート時間信号をタイミング回路１２０を送
出する。なお、超音波の伝播速度は温度によつて
変るため、トランスジユーサ位置・ゲート信号変
換回路１１９では液体金属ナトリウム１０４の温
度を計測して常に温度補正したゲート時間を求め
るか、又は障害物の影響を受けない場所に基準反
射板を設けて超音波伝播速度を求め、これによつ
て温度補正されたゲート時間を求めるようにすれ
ばよい。そこで、タイミング回路１２０はまずパ
ルサー１１３に励起パルスイを送出して超音波ト
ランスジユーサ１０９を励起させたとき、内蔵の
カウンタによる時間計測を開始する。そして所定
のゲート時間が経過したときゲート回路１２０に
ゲート開信号ロを送出してゲート回路１１５を一
定時間ΔTだけ開かせる。なおこの時間ΔTは各
小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０Ｇ間
の段差Δlを超音波が進行する時間であり、ΔT＝
Δl／υで求められる。このようにして、ピーク
値となるエコー信号Edのみを通過させるのであ
る。

一方、超音波トランスジユーサ１０９は超音波
発生器１１３に励起されるとビーム幅なる超音
波ビームを発信する。この超音波ビームは炉心１
０２上方を通つて超音波反射板１１０に達する
が、第９図の如く超音波反射板１１０を構成する
小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０Ｇの
うち中央の小反射板１１０Ｄ上に超音波ビームの
中心線が位置するときは超音波ビームの全幅が小
反射板１１０Ａ〜１１０Ｇによつてカバーされる
ことになる。そして、その超音波ビームは各小反
射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０Ｇへそれ
ぞれ段差Δlに相当する時間遅れを伴なつて到達
し、各小反射板で反射して超音波トランスジユー
サ１０９にそれぞれ時間遅れを伴なつて受信され
る。そこで超音波トランスジユーサ１０９は各小
反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０Ｇから
の反射波を受信する毎にレシーバ１１４へエコー
信号を出力し、これらはレシーバ１１４で検波さ
れ、増幅されてエコー信号ハ（すなわちEa，Eb，
……，Eg）としてゲート回路１１５へ出力され
る。ゲート回路１１５ではタイミング回路１２０
からのゲート開信号ロを受けて、超音波トランス
ジユーサ１０９が励起されてからＴ時間後に一定
時間ΔTだけゲートを開き、その間にレシーバ１
１４より入力するエコー信号ハ（Ea〜Eg）のう
ち中央の小反射板１１０Ｄに対応するエコー信号
Egのみ通過させる。また、ピーク検出回路１１
６ではゲート回路１１５からの出力をピーク値ニ
として検出し、これを画像処理回路１１７へ送出
する。

画像処理回路１１７では位置検出回路１１２か
らの位置信号とピーク検出回路１１６からのエコ
ー信号のピーク値とを入力して画像信号を作成
し、画像表示装置１１８ではこの画像信号にもと
づき超音波トランスジユーサ１０９と超音波反射
板１１０との間におけるコアギヤツプの透視画像
を表示する。

今、超音波トランスジユーサ１０９と超音波反
射板１１０との間に何らかの障害物が存在し、コ
アギヤツプが狭められているときは、超音波がそ
のコアギヤツプを通過する際に減衰するのでエコ
ー信号が極端に小さくなる。そして画像表示装置
１１８でそのコアギヤツプの状態が表示され、障
害物の存在を直ちに知ることができる。また、上
記障害物が超音波トランスジユーサ１０９と中央
の小反射板１１０Ｄとの間のみを遮蔽する程度の
小さいものであつても、ゲート回路１１５では１
枚の小反射板ごとにコアギヤツプの状態を検出す
るので、他のエコー信号の影響を受けて誤表示さ
れるおそれはない。

以上のような構成であるから、超音波トランス
ジユーサ１０９より発信される超音波ビーム幅
を狭くしなくてもコアギヤツプの状態は常に正し
く表示される。従つて、ビーム幅の狭い高価な
超音波トランスジユーサを使用しなくとも安価な
もので足り、コスト低下とともに信頼性の向上が
図られる。また１個の超音波反射板１１０を構成
する小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０
Ｇ間の段差Δlも小さくでき、これによつて超音
波反射板１１０全体を小形にすることができる。
その結果、炉容器１０１内への組込みも容易にな
り、製作費も低減できることになる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明に係る超音波透視
装置によれば、ビーム幅の広い安価な超音波トラ
ンスジユーサを使用することができ、しかもコア
ギヤツプ間に小さな障害物が存在するときも誤表
示を生じないので、コスト低下と信頼性の向上を
図ることができる。また超音波反射板を構成する
複数の小反射板間の段差を小さくすることができ
るので、超音波反射板の小形化が図れ、この点で
もコスト低下を図ることができ、かつ構成を簡単
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は背景技術を示すもので、
第１図は炉心上部における障害物の検出に適用さ
れる超音波透視装置の概略構成図、第２図は第１
図の−線に沿つた断面図、第３図は超音波ト
ランスジユーサと超音波反射板との関係を示す概
略構成図、第４図はレシーバより出力されるエコ
ー信号のタイミング図、第５図はエコー信号とコ
アギヤツプとの関係を示す図、第６図はコアギヤ
ツプ中に小さな障害物が存在する場合についての
説明図、第７図は第６図の場合についてのエコー
信号のタイミング図、第８図ないし第１０図は本
発明の一実施例を示すもので、第８図は炉心上部
における障害物の検出に適用される超音波透視装
置の概略構成図、第９図は超音波トランスジユー
サと超音波反射板との関係を示す概略構成図、第
１０図は超音波透視装置の各所より出力される信
号のタイミング図である。 １０９……超音波トランスジユーサ、１１０…
…超音波反射板、１１１……駆動機構、１１２…
…位置検出回路、１１３……超音波発生器、１１
４……増幅器、１１５……ゲート回路、１１７…
…画像処理回路、１１８……画像表示装置、１１
９……トランスジユーサ位置・ゲート時間変換回
路、１２０……タイミング回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 旋回自在に設けられた超音波トランスジユー
   サに対向して、複数の小反射板を超音波トランス
   ジユーサからの距離が段階的に変化するように並
   設して超音波トランスジユーサより発信される超
   音波ビームのビーム幅をカバーする如く形成され
   た超音波反射板を超音波トランスジユーサの旋回
   方向に沿つて複数配列し、超音波トランスジユー
   サをパルサーにより励起させ、超音波トランスジ
   ユーサにて受信された反射波をエコー信号として
   ゲート回路を通して画像処理回路へ送出し、この
   画像処理回路でエコー信号と超音波トランスジユ
   ーサの位置とから画像信号を作成し画像表示装置
   に透視画像を表示する超音波透視装置において、
   超音波トランスジユーサの位置に応じたゲート時
   間を設定するトランスジユーサ位置・ゲート時間
   変換回路と、この変換回路よりゲート時間信号を
   入力しパルサーに励起パルスを送出して超音波ト
   ランスジユーサを励起させた後その超音波トラン
   スジユーサの位置に応じて設定された時間が経過
   したとき前記ゲート回路にゲート開信号を送出し
   てゲート回路を一定時間開かせるタイミング回路
   とを具備したことを特徴とする超音波透視装置。 ２ 前記タイミング回路はカウンタを有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波
   透視装置。