JPH0469359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、核燃料酸化膜厚測定装置に係り、特
に、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体の構
成部材に形成された酸化膜の厚みを測定する核燃
料酸化膜厚測定装置に関するものである。

〔発明の背景〕

酸化膜厚の測定原理はプローブコイルを測定面
に接触させたときのプローブコイルと酸化膜下の
金属表面との距離をリフトオフ効果として検出す
るものであり、精度よく酸化膜厚を測定するに
は、測定面の法線方向とプローブコイルの軸方向
を精度よく一致させるとともにプローブコイルと
測定点との相対位置を測定中、一定に保つことが
必要である。

従来、酸化膜厚測定装置については、原子力学
会昭和58年分科会“渦流法によるジルカロイ被覆
管の酸化膜厚さ測定技術”で報告されている。

本報告によると、プローブコイルは保持機構に
固定し、燃料被覆管を燃料体より引抜き、プロー
ブコイルを設置した保持機構に燃料被覆管を測定
している。この方法は、燃料体を解体するという
付帯作業が発生するとともに、国内では慣例的に
解体、再組立した燃料体は、炉心に再装荷しない
ことになつており再装荷燃料に対しては適用する
ことが困難であるとともに、ホツトセルでの測定
に限定されているため、原子炉建家の使用済燃料
貯蔵プールでの測定を考慮していない。

また、燃料体の解体を実施しないで測定する場
合は、プローブコイルがほとんど固定に近い状態
であることから保持機構と燃料体製造時公称寸法
からの寸法取合をもつて測定点に対するプローブ
コイル位置を決定していた。しかしこのことは、
燃料体寸法が公称寸法から公差範囲内で変動する
ことと、照射による寸法変化により精度よく位置
決めが困難であるとともに、プローブコイル軸方
向と測定点法線方向の一致についての確認及び調
整機能がないために、この不一致は測定誤差とな
る。例えば、プローブコイル軸方向と測定点法線
方向との角度が10゜で、その誤差は30μmとなる。
これは測定対象が燃料被覆管の場合、その中心線
からわずか１mmのずれに相当するに過ぎないが測
定誤差が大きくなるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、プローブコイルの酸化膜厚測
定点への位置決め精度を向上できる核燃料酸化膜
厚測定装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、燃料集合体構成部材に形成さ
れた酸化膜の厚みを測定する核燃料酸化膜厚測定
装置において、上下方向に移動する第１移動部材
と、前記第１移動部材に設けられて水平方向に移
動する第２移動部材と、前記第２移動部材を水平
方向に旋回させる手段と、前記第２移動部材に設
けられて前記燃料集合体構成部材に形成された酸
化膜の厚みを測定するプローブコイルと、前記第
２移動部材に設けられて前記プローブコイルの測
定端を視野に入れているTVカメラと、前記第２
移動部材に設けられて前記酸化膜厚の測定点の法
線方向と前記プローブコイルの軸方向との一致を
検出する超音波センサーと、前記プローブコイル
の測定信号に基づいたドリフト信号を、零点ドリ
フト成分の補正により出力する補正手段と、前記
ドリフト信号と既知の酸化膜厚との相関関係に基
づいて、前記燃料集合体構成部材に形成された酸
化膜の厚みを求める手段とを備えたことにある。

プローブコイルは、第１及び第２移動部材によ
り、酸化膜厚を測定する燃料集合体構成部材（例
えば、燃料被覆管及びチヤンネルボツクス）の側
面に対して上下左右に移動することができる。

プローブコイルと連動して移動するTVカメラ
によつてプローブコイルの測定端を撮影できるの
で、プローブコイルが燃料集合体構成部材の測定
点に位置しているかを確認できる。プローブコイ
ルがその測定点に位置していない場合は、上記第
１及び第２移動部材を操作することによつて該当
する位置に位置決めすることができる。

酸化膜厚の測定点の法線方向とプローブコイル
の軸方向との一致は、超音波センサーの測定信号
により確認できる。すなわち、測定点の法線方向
にプローブコイルの軸方向が一致しているとき、
超音波センサーから照射されて測定点で反射され
る超音波の反射波が最大高さになることからそれ
らの方向の一致を簡単に確認できる。それらの方
向が一致していない場合は、旋回手段を操作する
ことにより容易に一致できる。

以上のように、プローブセンサの位置をTVカ
メラ及び超音波センサーにより確認でき、また第
１及び第２移動手段及び旋回手段によりプローブ
センサを任意の位置に移動できるので、プローブ
コイルの酸化膜厚測定点への位置決め精度を著し
く向上できる。

プローブコイルによる計測信号は、酸化膜厚に
相当するプローブコイルのリフトオフ効果による
インピーダンス変化が測定装置の安定性に関する
零点ドリフト量を含んだ形として出力される。補
正手段は、零点ドリフト成分を補正し、リフトオ
フ効果による信号（以下、リフトオフ信号とい
う）を出力する。

酸化膜厚は、このリフトオフ信号を換算したも
のである。この換算は、既知の酸化膜厚を有する
標準サンプルを酸化膜厚測定装置で測定し、この
測定によつて得られたリフトオフ信号と標準サン
プルの既知の酸化膜厚との相関関係を用いて行わ
れる。

本発明は、測定信号に基づいたリフトオフ信号
を、補正手段から出力すると共に、前述した酸化
膜の厚みを求める手段でそのような相関関係を用
いて酸化膜厚を求めているので、求められた酸化
膜厚の信頼性が高くこのような酸化膜厚を計測中
に確認できる。また、前述したようにプローブコ
イルの位置決め精度の向上とあいまつて、求めら
れた酸化膜厚の精度も向上する。

上記の相関関係は、好ましくは、模擬の標準サ
ンプルの模擬酸化膜厚と測定されたリフトオフ信
号との相関関係、及び模擬酸化膜厚と真の酸化膜
厚との相関関係の２つの相関関係を含む。これ
は、通常、実際の酸化膜サンプルは非破壊でその
酸化膜厚を測定できないため、模擬のサンプルを
使用せざるを得ないためである。

本発明の実施例の具体的な構成とその効果は次
の通りである。沸騰水型原子炉において、その照
射済燃料の検査は原子炉建家にある使用済燃料貯
蔵プール内のチヤンネル着脱機に燃料を設置して
実施する。

第１図に実施例を示す。

プローブコイル１は保持機構下部ユニツト２に
設置されている。チヤンネル着脱機上に設置され
た燃料体９の軸方向におけるプローブコイル２の
位置決めの粗調整は、保持機構上部ユニツト４の
操作により伸縮支持管３を上下に伸縮させ、保持
機構下部ユニツト２を上下動させることにより行
う。このとき、その後のプローブコイル１の位置
決めのための微調整、測定のためのプローブコイ
ル１の測定点への押付けで、保持機構下部ユニツ
ト２の燃料に対する相対位置が変動しないよう
に、クランプ機構５により保持機構下部ユニツト
２を燃料に対して固定する。プローブコイル１の
測定点への微調整（水平方向の微調整）は保持機
構下部ユニツト２に装備のプローブコイル駆動機
構６にて行ない、この操作は全て保持機構上部ユ
ニツト４にて行なう。このとき同時に保持機構下
部ユニツト２に装備したプローブコイル駆動機構
６によりプローブコイル１と連動して動く水中
TVカメラ７にて測定点を監視し、目的とする測
定点にプローブコイル１が位置していることを確
認する。プローブコイル１と連動して移動する水
中TVカメラ７は、常に、プローブコイル１の測
定端を視野に入れてプローブコイル１が測定しよ
うとしている非測定対象物の酸化膜の測定点付近
を撮影する。この水中TVカメラ７で撮影された
映像は、使用済燃料貯蔵プール脇に設置したモニ
タTVに写し出される。この映像をみることによ
つて、前述のようにプローブコイル１の測定点と
の対応が確認できる。また、その確認時における
プローブコイル１の位置、すなわち燃料体の測定
点の位置は、プローブコイル１に対する粗調整及
び微調整の移動距離を保持機構上部ユニツト４に
設けられた指示計１７（第２図参照）の読み値に
基づいて決定する。粗調整及び微調整の移動は、
保持機構上部ユニツト４の操作により遠隔にて行
われる。

プローブコイル１の軸方向と測定点の法線方向
との角度は、プローブコイル駆動機構６に設けら
れてプローブコイル１と連動して動く超音波セン
サー８によつて測定される測定点からの超音波の
反射波に基づいて0゜（反射波が最大高さになる位
置）であることを確認する。指示計１７で示され
た角度が0゜でない場合は、旋回手段（図示せず）
によりプローブコイル１を保持機構上部ユニツト
４の回転軸を中心に回転させ、その角度を0゜にす
る。

以上の操作により、プローブコイル１が燃料の
目的とする測定点に位置決めされ、その測定点が
燃料体のどこの点にあるかの幾何学的位置を確認
することが可能となる。

測定のためのプローブコイル１の押付けは保持
機構上部ユニツトの操作にて、プローブコイル駆
動機構６で行なう。この動きに対しても水中TV
カメラでその押付けを監視し、所定の測定点へプ
ローブコイル１が押付けられていることを確認す
る。これらの操作ののち酸化膜厚の測定を行な
う。チヤンネル着脱機への燃料体移動の際は保持
機構上部ユニツト４の回転軸を中心に回転し、燃
料交換機と干渉しない構造となつている。また、
この位置決めのための遠隔駆動機構は測定対象が
チヤンネルボツクス、燃料被覆管のいずれの場合
にも適用できるものであり、従来のように測定対
象によつて保持機構を交換する必要がない。

計測中に計測信号から酸化膜厚値を出力する自
動較正機構を第２図に示す。

測定点における酸化膜厚に相当する計測信号は
測定用のプローブコイル１のインピーダンスと標
準用のプローブコイル１Ａのインピーダンスとの
差として与えられ、記録計１３に出力される。

自動較正機構は、記録計１３に出力される信号
を、測定系安定化補正回路１４に入力する。この
補正回路１４に入力された計測信号は、第３図に
示すような測定装置の安定性に関する零点ドリフ
ト成分を含んでいる。このため、測定系安定化補
正回路１４は、第３図に示す零点ドリフト成分を
入力した計測信号に対して負のフイードバツクと
して与え、計測信号から零点ドリフト成分を補正
してリフトオフ信号のみを出力する。リフトオフ
信号は、既知の酸化膜厚を有した模擬酸化フイル
ムを用いて較正されている。第４図は、その較正
線を示す。測定系安定化補正回路１４から出力さ
れたリフトオフ信号を入力する模擬酸化膜厚演算
回路１５は、第４図の較正線に基づいてリフトオ
フ信号を模擬酸化膜フイルイム厚に換算し、この
模擬酸化膜フイルイム厚を出力する。

模擬酸化膜フイルム厚と真の酸化幕厚との相関
は、断面金相試験により第５図のように求められ
ている。酸化膜厚演算回路１６は、この第５図の
特性を記憶しており、入力した模擬酸化膜フイル
ム厚を第５図を特性に基づいて真の酸化膜厚を演
算しこの値を出力する。この出力された酸化膜厚
の値は、指示計１７で示されたプローブコイル１
の位置データと対応させたCRT１８及びプリン
ター（PTR）１９に出力され表示される。

リフトオフ信号がプローブコイルの磁束の収束
性に応じて、第６図に示すように測定物の端部の
影響を受ける。

この端部効果を、プローブコイル位置指示計７
の指示値に応じて補正し、CRT８に表示すると
ともにPRT９にプロツトする。

第７図は燃料体の軸方向に対して、酸化膜厚値
をプロツト、二次元表示した一例である。本装置
によれば燃料体の軸方向、表面径方向に対して酸
化膜厚値、すなわち三次元表示も可能としてい
る。

本実施例によれば、使用済燃料貯蔵プール内で
の照射燃料体の酸化膜厚測定は、燃料体の任意の
測定点を高精度に位置決め測定が可能となり、計
測信号の即時処理とあわせて、酸化膜厚測定の信
頼性の向上。および、測定期間中の燃料体の移
動、測定対象（燃料被覆管、チヤンネルボツク
ス）の切換えにも対応できるため、保持機構の取
外し、交換が不要となり、作業効率の向上。とい
う効果がある。本実施例は、発明の概要の項で述
べた作用効果も達成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プローブコイルと連動して移
動するTVカメラによつてプローブコイルの測定
端を撮影でき、かつ酸化膜厚の測定点の法線方向
とプローブコイルの軸方向との一致をプローブコ
イルと連動して移動する超音波センサーの測定信
号により確認できるので、第１及び第２移動手段
及び旋回手段により、プローブコイルを燃料集合
体構成部材の測定点に対して精度よく位置決めで
きる。これは、酸化膜厚の測定精度の向上に著し
く貢献する。

本発明によれば、更に、測定信号に基づいたリ
フトオフ信号を、零点ドリフト成分を補正する補
正手段から出力すると共に、前述した酸化膜の厚
みを求める手段でリフトオフ信号と標準サンプル
の既知の酸化膜厚との相関関係を用いて酸化膜厚
を求めているので、求められた酸化膜厚の信頼性
が高くこのような酸化膜厚を計測中に確認でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例である核燃料酸
化膜厚測定装置の較正図、第２図は第１図の実施
例における計測信号を処理する自動較正機構の較
正図、第３図は装置の安定性による零点ドリフト
量の変化図、第４図はリフトオフ信号と模擬酸化
膜フイルム厚の較正線を示す図、第５図は模擬酸
化膜フイルム厚と酸化膜厚の相関を示す図、第６
図は端部効果によるリフトオフ信号変化図、第７
図は燃料被覆管の軸方向の酸化膜厚値分布図であ
る。 １，１Ａ…プローブコイル、２…保持機構下部
ユニツト、３…伸縮指持管、４…保持機構上部ユ
ニツト、５…クランプ機構、６…プローブコイル
駆動機構、７…水中TVカメラ、８…超音波セン
サー、９…燃料体、１３…記録計、１４…測定系
安定化補正回路、１５…模擬酸化膜厚演算回路、
１６…酸化膜厚演算回路、１７…位置指示計、１
８…CRT、１９…PTR。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料集合体構成部材に形成された酸化膜の厚
   みを測定する核燃料酸化膜厚測定装置において、
   上下方向に移動する第１移動部材と、前記第１移
   動部材に設けられて水平方向に移動する第２移動
   部材と、前記第２移動部材を水平方向に旋回させ
   る手段と、前記第２移動部材に設けられて前記燃
   料集合体構成部材に形成された酸化膜の厚みを測
   定するプローブコイルと、前記第２移動部材に設
   けられて前記プローブコイルの測定端を視野に入
   れているTVカメラと、前記第２移動部材に設け
   られて前記酸化膜厚の測定点の法線方向と前記プ
   ローブコイルの軸方向との一致を検出する超音波
   センサーと、前記プローブコイルの測定信号に基
   づいたドリフト信号を、零点ドリフト成分の補正
   により出力する補正手段と、前記ドリフト信号と
   既知の酸化膜厚との相関関係に基づいて、前記燃
   料集合体構成部材に形成された酸化膜の厚みを求
   める手段とを備えたことを特徴とする核燃料酸化
   膜厚測定装置。