JPH0511879B2

JPH0511879B2 -

Info

Publication number: JPH0511879B2
Application number: JP62002915A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yaginuma
Original assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1993-02-16
Also published as: JPS63171395A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、ガドリニア（Gd₂O₃）が添加され
た二酸化ウラン（UO₂）核燃料ペレツト（以下、
ペレツトと略称する）を内部に充填してなる核燃
料棒の、前記ペレツトのウラン（²³⁵U）濃縮度、
およびガドリニア（Gd₂O₃）濃度の分布を測定す
る核燃料棒の非破壊検査装置に関する。

「従来の技術」例えば、発電用原子炉の炉心内部に収納される
核燃料棒は、第３図に示すように、燃料被覆管１
と、その内部に充填された複数個のペレツト２…
と、ペレツト２を押さえるコイルバネ３と、燃料
被覆管２の両端を封止する端栓T₁およびT₂とか
ら構成されている。上記ペレツト２は、二酸化ウ
ランを円柱状に焼結してなるものであるが、発熱
分布の均一化等の目的で、中性子吸収材であるガ
ドリニウム（Gd）の酸化物のガドリニア
（Gd₂O₃）が添加される場合がある。

この種の核燃料棒Ａの製造工程の最終段階にお
いては、核燃料棒Ａ内部に充填されたペレツト２
…のウラン濃縮度およびガドリニア濃度の分布を
測定し、これらウラン濃縮度およびガドリニア濃
度が規定の範囲内であるか否かを検査する必要が
ある。

ここで、従来、ペレツト２…にガドリニアが添
加されていない場合、核燃料棒Ａ内に充填された
ペレツト２…のウラン濃縮度の測定は、γ（ガン
マ）線走査装置が用いられていた。このγ線走査
装置は、中性子線源を格納した照射室と、γ線測
定装置と照射室とγ線測定装置の間において核燃
料棒Ａを移送する搬送装置と、γ線測定装置によ
つて測定されたγ線量に基づいて、ウラン
（²³⁵U）の量を算出する演算処理装置などから構
成され、中性子線源から放出された中性子を減速
させて核燃料棒Ａ内のペレツト２に照射し、この
ペレツト２のウランに微量の核分裂を発生させ、
この際、放出される遅発γ線の量をγ線測定装置
で測定することにより、ウランの量、すなわちウ
ラン濃縮度が測定されるようになつている。

一方、ペレツト２…にガドリニアが添加されて
いる場合、核燃料棒Ａ内に充填されたペレツト２
…のガドリニア濃度を測定する方法としては、ペ
レツト２に生じる渦電流がガドリニア濃度に依存
していることに着目し、核燃料棒Ａが貫通するよ
うに検査コイルを配置し、この検査コイルに交流
電圧を供給し、この際、前記検査コイルに生じる
インピーダンス変化に基づいてペレツト２に生じ
る渦電流を測定する渦電流測定法が知られてい
る。

「発明が解決しようとする問題点」ところで、従来は、核燃料棒Ａの内部に充填さ
れたペレツト２…にガドリニアが添加されている
場合、ペレツト２…のウラン濃縮度とガドリニア
濃度は、ガンマ線走査装置と渦電流測定装置によ
つて別々に測定していた。この場合、ウラン濃縮
度を測定する場合においては、ガドリニア濃度の
分布が均一でかつウラン量を一定と仮定し、逆に
ガドリニア濃度の測定を行う場合においては、ウ
ラン濃度の分布が一定と仮定して測定を行つてい
た。しかしながら、ガドリニアが添加されたペレ
ツト２は、ガドリニアと二酸化ウランの混合物で
あり、二酸化ウランは、数％のウラン（²³⁵U）を
含有しており、したがつて、ガドリニア濃度が変
動すると相対的に二酸化ウラン分布が変わるた
め、ウラン濃縮度が同じであつても、γ線走査装
置の測定データが変動しウラン濃縮度が変化して
いるように表れる。また同様に、ウラン濃縮度が
変動すると、ウラン自体常磁性体であるため、渦
電流測定装置の測定データが変動してしまう。

そこで、γ線走査装置の測定データと、渦電流
測定装置の測定データを、演算処理装置内のデー
タ処理過程において、互いに補正することが考え
られる。しかしながら、γ線走査装置によるウラ
ン濃縮度の測定と、渦電流測定装置によるガドリ
ニア濃度の測定とを別々に行つていたため、これ
ら両者の測定スピードやサンプリングタイミング
を一致させることが極めて困難であり、これによ
り、サンプリング位置にずれが生じ、互いに補正
する測定データ間に位置的なずれが生じ、この結
果、補正演算後の測定データにモアレ現象が生じ
てしまう。すなわち、ウラン濃縮度とガドリニア
濃度の２種類の測定データのサンプリング位置が
一致していない場合、これら２種類の測定データ
が互いに対応せず、このような検出位置がずれて
いるような２種類の測定データに対して補正演算
を施すと、相殺効果や相乗効果が生じて、補正演
算後の測定データが過度に大となつたり、小とな
つたりして、いわゆるモアレ現象が生じ、補正演
算後の測定データに誤差が生じてしまう。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもの
で、核燃料棒内に充填されたペレツトのウラン濃
縮度とガドリニア濃度の分布を１回の走査で正確
に測定することができる核燃料棒の非破壊検査装
置を提供することを目的としている。

「問題点を解決するための手段」この発明は、核燃料ペレツトが充填された核燃
料棒を移送する搬送手段と、この搬送手段に沿つ
て配設され、前記核燃料棒内の核燃料ペレツトに
生じる渦電流を測定する第１の測定手段と、前記
第１の測定手段から前記搬送手段に沿つて所定距
離隔てて配設され、前記核燃料棒内の核燃料ペレ
ツトから放出されるγ線量を測定する第２の測定
手段と、前記第１および第２の測定手段の各測定
結果と、あらかじめ求められている係数とによ
り、各測定量間の干渉を補正して、前記核燃料棒
内の燃料ペレツトのウラン濃縮度およびガドリニ
ア濃度を算出する演算手段とを具備することを特
徴としている。

「作用」核燃料棒が搬送手段によつて移送されるのに伴
つて、第１の測定手段と第２の測定手段によつて
各々得られる測定結果が順次演算手段へ供給さ
れ、この演算手段において、核燃料棒内に装填さ
れた核燃料ペレツトのガドリニア濃度とウラン濃
縮度が順次算出される。この場合、第１の測定手
段が第２の測定手段に対して所定距離隔てて配置
されており、これらの位置関係が常に一定となつ
ているので、演算手段による演算処理過程におい
て、第１の測定手段と第２の測定手段によつて
各々得られた測定結果の相対的時間遅れを補正す
ることにより、核燃料棒内に充填されたペレツト
のウラン濃縮度とガドリニア濃度の分布を１回の
操作で正確に測定することができる。

「実施例」以下、図面を参照し、この発明の実施例につい
て説明する。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。

この図において、４は搬送路に沿つて設けられ
た搬送装置であり、水平軸５ａ，５ａ…によつて
各々回転自在に支持されたローラ５，５…と、こ
れらローラ５，５…に掛けられたベルト６と、ロ
ーラ５を定速回転駆動するモータＭとから構成さ
れており、ベルト６上に載せられた核燃料棒Ａを
矢印Ｆ方向へ移送する。この搬送装置４の中央部
には、ベルト６を下方に付勢する押さえローラ５
ｂ，５ｂが設けられており、これにより凹部４ａ
が形成されている。この凹部４ａの上方は、検出
コイル７およびγ線検出器１２が、核燃料棒Ａの
移動方向Ｆへ所定距離Ｌだけ隔てた状態で、かつ
ベルト６上に載せられて移動する核燃料棒Ａが貫
通し得るように各々配置されている。また、S₁は
核燃料棒Ａの前端がγ線検出器１２に到達したこ
とを検出するセンサであり、S₂は核燃料棒Ａの後
端が検出コイル７を通過したことを検出するセン
サであり、これらセンサS₁およびS₂の検出信号は
演算処理装置１５に供給される。

上記検出コイル７は渦電流測定装置８に接続さ
れている。この渦電流測定装置８は検出コイル７
に高周波電流を供給する発振回路と、検出コイル
７のインピーダンス変化を検出する検出回路等か
ら構成されており、核燃料棒Ａの内部に充填され
たペレツト２のガドリニア濃度に対応した検出信
号Ｅを出力する。すなわち、ペレツト２の透磁率
はガドリニア濃度によつて変化するため、検出コ
イル７のインピーダンスはガドリニア濃度に応じ
て変化する。例えば、核燃料棒Ａが検出コイル７
の中央部を通過する過程において、渦電流測定装
置８から出力される検出信号Ｅは第２図イに示す
ように変化する。この図において、ガドリニアが
８％添加されたペレツト２に対しては、検出信号
Ｅのレベルがl₁となり、ガドリニアが12％添加さ
れたペレツト２に対しては検出信号Ｅのレベルが
l₂となり、また、ガドリニアを全く含まないUO₂
ペレツト２に対しては検出信号Ｅのレベルがl₃と
なる。

一方、上記γ線検出器１２は、核燃料棒Ａの内
部に充填されたペレツト２のウラン（²³⁵U）に対
応した検出信号Ｐを出力する。すなわち、ペレツ
ト２から自然放出されるγ線の内ウラン（²³⁵U）
からの特性γ線のを検出信号Ｐに変換する。例え
ば、核燃料棒Ａがγ線検出器１２の中央部を通過
する過程において、このγ検出器１２から出力さ
れる検出信号Ｐは第２図ロおよびハに示すように
変化する。

第２図ハにおいて、ウラン（²³⁵U）濃縮度が３
％のペレツト２に対しては、検出信号Ｐのレベル
がl₇となり、ウラン濃縮度が1.8％のペレツト２に
対しては検出信号Ｐのレベルがl₉となり、ウラン
濃縮度3.6％のペレツト２に対しては検出信号Ｐ
のレベルl₈となる。しかし、ウラン濃縮度が一定
でもガドリニア濃度が第２図イのように変化する
とγ線検出器の検出信号Ｐは第２図ロに示すよう
に変化する。

上記渦電流測定回路８およびγ線検出器１２か
ら各々出力された検出信号ＥおよびＰは、Ａ／Ｄ
コンバータ１４ａおよび１４ｂに各々供給され
る。これらＡ／Ｄコンバータ１４ａおよび１４ｂ
は、供給された検出信号ＥおよびＰを、順次所定
のサンプリング周期でサンプリングした後、デジ
タル信号に変換し、これにより得られた検出デー
タEDおよびPDを、演算制御装置１５へ各々供給
する。演算処理装置１５はCPU（中央処理装置）
と、このCPUで用いられるプログラムが格納さ
れたROM（リードオンリメモリ）と、データ一
時保持用のRAM（ランダムアクセスメモリ）と、
入出力インターフエイス等によつて構成されてい
る。この演算処理装置１５は、核燃料棒Ａの前端
がγ線検出器１２に達したことをセンサS₁の検出
信号に基づいて検知した時点で演算処理動作を開
始し、以降、Ａ／Ｄコンバータ１４ａおよび１４
ｂから順次供給される検出データEDおよびPDに
基づいて、ウラン濃縮度と、ガドリニア濃度を逐
一算出する。この場合、Ａ／Ｄコンバータ１４ａ
から順次供給される検出データEDのデータ列を
ED₁，ED₂，…，ED_o，ED_o+1，…とし、Ａ／Ｄ
コンバータ１４ｂから順次供給される検出データ
PDのデータ列をPD₁，PD₂，…，PD_o，PD_o+1，
…とした場合、演算処理装置１５は、まず検出デ
ータPD_oとED₁に基づいてウラン濃縮度とガドリ
ニア濃度を算出し、次いで検出データPD_o+1と
ED₂に基づいてウラン濃縮度とガドリニア濃度を
算出し、このように、検出データEDとPDを常に
ｎ個分だけずらして組み合わせてウラン濃縮度と
ガドリニア濃度を算出する。ここで、上記ｎの値
は、検出コイル７とγ線検出器１２との間の所定
距離Ｌに対応して適宜設定する。これにより、検
出信号Ｐに対する検出信号Ｅの相対的時間遅れが
補正される、また、演算処理装置１５は算出した
ウラン濃縮度と、ガドリニア濃度の各データを
RAMの所定の記憶領域に順次格納すると共にデ
ジタル記録装置１６に順次供給する。このデジタ
ル記録装置１６は、演算処理装置１５から供給さ
れるウラン濃縮度およびガドリニア濃度の分布
を、記録紙上に順次描くものである。また、演算
処理装置１５は、核燃料棒Ａの後端が検出コイル
７を通過したことをセンサS₂の検出信号に基づい
て検知した時点で、RAM内の所定の記憶領域に
一時格納したウラン濃縮度およびガドリニア濃度
の各データから、最大値、最小値および平均値の
データを各々算出し、これらの各データを外部記
憶装置１７に供給して記憶させる。また、１８は
ウラン濃縮度異常表示用ランプ、ガドリニア濃度
異常表示用ランプおよび警報ブザーが設けられた
異常表示装置であり、演算処理装置１５によつて
算出されたウラン濃縮度およびガドリニア濃度を
常時監視しており、ウラン濃縮度が規定の範囲内
を逸脱した場合、およびガドリニア濃度が規定の
範囲内を逸脱した場合に、各表示ランプを点灯
し、さらにブザーを鳴動して、異常を作業員に知
らせるようになつている。

ここで、演算処理装置１５によるウラン濃縮度
およびガドリニア濃度の演算処理過程について説
明する。

まず、ガドリニア含有ペレツト２においては、 Gd₂O₃（％）＝Gd₂O₃×100／UO₂＋Gd₂O₃（％） ……(1)²³⁵ U（％）＝²³⁵U／Ｕ×100（％）＝²³⁵UO₂／UO₂ ×100（％） ……(2) である。

そして、γ線検出器１２の検出信号Ｐは、²³⁵U
の含有量に比例するため、次のように近似でき
る。

Ｐ∝（²³⁵U（％））∝（UO₂（％））∝（１− Gd₂O₃（％）／100） ……(3) また、渦電流測定装置８の検出信号Ｅは、次の
ように示される。

Ｅ∝（Gd₂O₃（％）＋ｋ・UO₂（％）） ……(4) したがつて、上記(1)〜(4)式から明らかなよう
に、 Gd₂O₃（％）＝k₁₁・Ｅ−k₁₂・Ｐ＋β₁ ……(5)²³⁵ U（％）＝k₂₁・Ｐ／（１−Gd₂O₃（％）／100）＋β₂ ……(6) で近似される。

そして、予め人為的に設定した同一形状の標準
レベルのウラン濃縮度およびガドリニア濃度を有
する複数の標準サンプルのペレツト２から得られ
る検出信号ＰおよびＥから、上記(5)，(6)式の相互
補正係数k₁₁，k₁₂，k₂₁，β₁，β₂を実験的に求め
ておく。これら相互補正係数k₁₁，k₁₂，k₂₁，β₁，
β₂が決定した後においては、検出信号ＰおよびＥ
を上記(5)式に代入することにより、ガドリニア濃
度Gd₂O₃（％）が算出され、また算出したガドリ
ニア濃度Gd₂O₃（％）と検出信号Ｐを(6)式に代入
することにより、ウラン濃縮度²³⁵U（％）が算出
される。

以上の構成において、核燃料棒Ａが前端がγ線
検出器１２の近傍に到達すると、これがセンサS₁
によつて検出され、演算処理装置１５が動作を開
始する。以降、核燃料棒Ａが搬送装置４によつて
移送されるのに伴つて、渦電流測定装置８および
γ線検出器１２から検出信号ＥおよびＰが各々出
力され、これら検出信号ＥおよびＰがＡ／Ｄコン
バータ１４で順次検出データEDおよびPDに変換
され、演算処理装置１５へ供給される、この場
合、核燃料棒Ａのある箇所に関して、渦電流測定
装置８から得られる検出信号Ｅは、γ線検出器１
２から得られる検出信号Ｐから、第１図に示す所
定距離Ｌに対応した時間だけ常に遅れて供給され
る。そこで、演算処理装置１５は、上述した時間
遅れに対する補正を行つた後、上記(5)，(6)式の補
正演算を行い、ウラン濃縮度およびガドリニア濃
度を算出する。このようにして順次算出されたウ
ラン濃縮度とガドリニア濃度の各データは、
RAM内に一時格納されると共に、デジタル記録
装置１６へ順次供給され、これにより、ウラン濃
縮度とガドリニア濃度の分布がデジタル記録装置
１６によつて記録紙上に描かれる。また、核燃料
棒Ａの後端が検出コイル７を通過すると、これが
センサS₂によつて検出され、これにより、演算処
理装置１５は、RAMに一時格納したウラン濃縮
度およびガドリニア濃度の各データから、最大
値、最小値および平均値のデータを各々算出し、
これらの各データを外部記憶装置１７に供給して
記憶させる。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、核燃
料ペレツトが充填された核燃料棒を移送する搬送
手段と、この搬送手段に沿つて配設され、前記核
燃料棒内の核燃料ペレツトに生じる渦電流を測定
する第１の測定手段と、前記第１の測定手段から
前記搬送手段に沿つて所定距離隔てて配設され、
前記核燃料棒内の核燃料ペレツトから放出される
γ線量を測定する第２の測定手段と、前記第１お
よび第２の測定手段の各測定結果と、あらかじめ
求められている係数とにより、各測定量間の干渉
を補正して、前記核燃料棒内の燃料ペレツトのウ
ラン濃縮度およびガドリニア濃度を算出する演算
手段とを設けたので、演算手段による演算処理過
程において、第１の測定手段と第２の測定手段に
よつて各々得られる測定結果の相対的時間遅れを
補正することにより、核燃料棒内に充填されたペ
レツトのウラン濃縮度とガドリニア濃度の分布を
１回の操作で正確に測定することができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図、第２図イは同実施例の渦電流測定装置８
から出力される検出信号Ｅとガドリニア濃度との
関係を説明するためのグラフ、第２図ロおよびハ
は同実施例のγ線検出器１２から出力される検出
信号Ｐとウラン濃縮度との関係を説明するための
グラフ、第３図は核燃料棒の一構成例を示す断面
図である。Ａ……核燃料棒、２……ペレツト、４……搬送
装置、７……検出コイル、８……渦電流測定装
置、１２……γ線検出器、１４ａ，１４ｂ……
Ａ／Ｄコンバータ、１５……演算処理装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１核燃料ペレツトが充填された核燃料棒を移送
する搬送手段と、この搬送手段に沿つて配設さ
れ、前記核燃料棒内の核燃料ペレツトに生じる渦
電流を測定する第１の測定手段と、前記第１の測
定手段から前記搬送手段に沿つて所定間隔隔てて
配設され、前記核燃料棒内の核燃料ペレツトから
放出されるγ線量を測定する第２の測定手段と、
前記第１および第２の測定手段の各測定結果と、
あらかじめ求められている係数とにより、各測定
量間の干渉を補正して、前記核燃料棒内の燃料ペ
レツトのウラン濃縮度およびガドリニア
（Gd₂O₃）濃度を算出する演算手段とを具備する
ことを特徴とする核燃料棒の非破壊検査装置。