JPH0578000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の背景］ 本発明は核燃料棒の非破壊試験に関し、特に、
核燃料棒が設計仕様に厳格に準拠して製造されて
いることの判定に関するものである。

核燃料棒は、ジルコニウム合金で作つた細長い
被覆管に密封された燃料ペレツトの柱体からな
る。燃料ペレツトは数百個設けられ、通例、直径
と長さがそれぞれ約１cmの焼結セラミツクタブレ
ツトの形態をなすものである。水冷、水減速式動
力炉で用いる代表的な核燃料棒は二酸化ウラン
（UO₂）からなり、そのうち約0.7〜5.0重量％が核
分裂性のウラン235で、親物質のウラン238に混入
している。ペレツト柱は管プレナム室内で作用す
るばねによつてコンパクトに保持され、管プレナ
ム室はまた適当なゲツタを内蔵する。燃料棒は炉
心内で複数の棒群をなすように配置されそして
別々に交換し得る燃料集合体として支持される。
米国特許第3689358号には代表的な燃料集合体が
示されている。

局所出力ピーキングを減らしかつ燃料集合体全
体にわたる出力分布を改善するために通常実施さ
れることは、棒長に沿つてペレツトのウラン235
濃縮度を変えることである。これは通例様々な長
さのペレツトの群または区域に対してなされ、そ
して１本の燃料棒は、0.7〜5.0％の範囲にある
様々な濃縮度のこのようなペレツト域を７つも有
し得る。また、通常実施されることは、ガドリニ
ウムのような強い中性子吸収物質すなわち「可燃
性毒物」を含む複数の燃料棒を燃料集合体に含め
ることである。所定濃度のこの可燃性毒物を燃料
集合体内に適切に配置することにより、核反応の
制御が改善され、従つて、中性子吸収用制御棒の
機械的配置による原子炉制御の必要性が減る。原
子炉停止安全余裕も増大する。さらに、燃料集合
体の出力分布をより効率良く最適にでき、それを
比較的長い稼働寿命にわたつて維持し得る。通
例、酸化ガドリニウムのような強い中性子吸収毒
物が酸化ウランに５重量％以下の濃度で混入され
た後、ペレツト状に焼結される。濃縮度と同様
に、酸化ガドリニウム濃度は燃料棒内でペレツト
域毎に変わる。

従つて、燃料集合体は、ある数の純粋酸化ウラ
ン燃料棒で、棒毎にそして各棒内の区域毎に変わ
る設計濃縮度をもつものと、それより少ない数の
有毒棒すなわち酸化ウラン酸化ガドリニウム棒で
やはり棒毎にかつ区域毎に変わる濃縮度と酸化ガ
ドリニウム濃度をもつものとで構成される。これ
らの濃縮度および濃度と燃料集合体内のペレツト
位置は、原子炉の安全性と規則上の適合性を保証
するとともに前述の原子炉性能の改善を達成する
ために、厳しい設計仕様に合致しなければならな
い。すなわち、このような設計仕様に厳格に準拠
して燃料棒を製造することが重要であり、各ペレ
ツトは各燃料棒内の適所になければならない。従
つて、確実な品質保証が肝要であり、これは製造
した各燃料棒の正確な非破壊試験を要する。この
試験は、棒長に沿う多数の点における濃縮度と毒
物濃度、燃料密度、各区域内のウラン重量、区域
の長さ、不適格ペレツト、ばねとゲツタの有無等
の正確な検定を包含しなければならない。

無毒燃料棒の濃縮度の非破壊的に測定する従来
の方策は「受動的走査」方法を包含し、この方法
では、ウラン235のような核分裂性物質の自然放
射性崩壊中に放射される特性エネルギーのガンマ
線が定量的に検出された。ウラン235は比較的長
い半減期を有するので、その自発崩壊率とその結
果としてのガンマ線放射率は低い。その結果、正
確な濃縮度定量分析に要する走査時間は極めて長
く、これは、ガンマ線検出器配置列によつて燃料
棒を走査しかつそれらの計数値を積算した時です
らそうであつた。全ての燃料棒を試験しなければ
ならないので、生産高はこの受動的走査法により
ひどく減少する。

無毒燃料棒の試験時間を大幅に減らすため、
「能動的走査」方法が既に採用されている。この
方法では、燃料棒が選定エネルギーの中性子源を
通過し、次いでウラン235の中性子誘発放射の結
果生ずるガンマ線に定量的に応答する検出器を通
過するように、燃料棒を動かす。燃料棒の長さに
沿う各位置の放射線計数値を知ることにより、各
位置の濃縮度をただちに計算し得る。

有毒燃料棒の非破壊試験はもつと厄介な仕事に
なるので、別の品質保証系により無毒燃料棒とは
別に分析されてきた。酸化ガドリニウムのような
毒物の存在は、従来、能動的走査を無効にすると
みなされてきた。なぜなら、毒物は強い中性子吸
収物質として作用し活性化中性子の大部分を吸収
するからである。このような中性子は、さもなけ
れば、核分裂性物質ウラン235の核分裂を誘発す
るものである。従つて、能動的走査装置は従来、
検出されたガンマ線計数値が、濃縮度と毒物濃度
が共に高い燃料棒から生じたものかあるいは濃縮
度と毒物濃度が共に低い燃料棒から生じたもの
か、区別できなかつた。この混同をさらに複雑に
しているのは次の事実、すなわち、濃縮度と毒物
濃度は通例燃料棒の長さに沿つて区域毎に変わる
という事実である。

その結果、有毒燃料棒の商用非破壊試験は、受
動的走査方法、例えば、本発明と同じ譲受人に譲
渡されたアーヤ（Arya）等の米国特許第4229654
号に記載の方法を用いる品質保証装置に限定され
てきた。この引例の開示は参照によつてここに包
含されるものである。この引例に開示のように、
酸化ガドリニウム毒物を有する酸化ウランペレツ
トを含む燃料棒は、それを磁力計に通すことによ
り走査され、この磁力計は、強い磁界内の移動時
に検出される常磁性磁化率の変化から、通例酸化
ガドリニウムである毒物の濃度と分布を定めるよ
うに作用する。燃料棒は管の肉厚データをもたら
す超音波検知器と、燃料密度データをもたらすデ
ンシトメータを通り、これらのデータは対応する
データ点毎に発生する。次いで、燃料棒は分布状
に配列した８個までの検出器を通る。これらの検
出器は自然放射性崩壊により燃料の核分裂性成分
すなわちウラン235から放射されるガンマ線に応
じて働くものである。これらの検出器のガンマ線
計数値は棒長に沿つて分布している数百の個別デ
ータ点について組合される。全検出器の蓄積され
た計数値は分析されそして毒物濃度、密度、管肉
厚等の因子について修正されて燃料棒長に沿う各
データ点位置における濃縮度を定める。この受動
的走査装置は極めて正確であるが、やはり時間が
かかり、酸化ガドリニウム棒１本に要する走査時
間は約10分であり、これに比べて、能動的走査装
置を用いる際の棒１本に要する走査時間は３分未
満である。現在、燃料集合体で用いる酸化ガドリ
ニウム燃料棒の数はますます増える傾向にあるの
で、それらの非破壊試験のために受動的走査の時
間がかかることはますます厄介な生産上の隘路と
なりつつある。加えて、酸化ガドリニウムを含む
燃料棒を試験する一つの装置と、純粋酸化ウラン
の無毒燃料棒を試験する他の装置を別々に設計し
構築し操作しかつ整備することは極めて費用がか
かることである。

従つて、本発明の目的は、有毒および無毒核燃
料棒の非破壊試験に適用し得る単一の品質保証検
査装置および方法を提供することである。

他の目的は、有毒核燃料棒の非破壊試験に要す
る時間をかなり減らした上記特性の品質保証検査
装置と方法を提供することである。

他の目的は、有毒核燃料棒の非破壊試験に要す
る時間を無毒核燃料棒の非破壊試験に要する時間
とほぼ等しくなるように減らした上記特性の品質
保証検査装置と方法を提供することである。

本発明の他の目的は、有毒および無毒核燃料棒
の非破壊試験に同一の走査方法を用いる上記特性
の品質保証検査装置と方法を提供することであ
る。

他の目的は、有毒および無毒核燃料棒を共に能
動的に走査することによりそれらの燃料柱の長さ
に沿うウラン235濃縮度を測定するような上記特
性の品質保証検査装置と方法を提供することであ
る。

他の目的は、有毒および無毒核燃料棒を共に能
動的に走査することにより燃料柱の各燃料域内の
ウランのグラム数とウラン235のグラム数を定め
るような上記特性の品質保証検査装置と方法を提
供することである。

他の目的は、有毒および無毒核燃料棒を同時に
受入れて別々に分析する単一の非破壊試験装置に
より実現する上記特性の品質保証検査装置と方法
を提供することである。

本発明の他の諸目的は部分的には自明であろう
が、以下の説明からさらに明らかとなろう。

［発明の要約］ 本発明によれば、同一の非破壊試験装置を用い
て有毒および無毒核燃料棒の品質保証分分析を同
時に行う検査装置と方法が提供される。従つて、
酸化ウランの焼結燃料ペレツトとそれに加えたあ
る量の中性子吸収物質例えば酸化ガドリニウムと
を装填した有毒核燃料棒と、基本的に酸化ウラン
を含む無毒核燃料棒とが別々の入列に選別され
る。この選別は、各棒を識別するように各棒に付
けられた連続番号と、各棒の製造の際準拠すべき
であつた特定設計仕様とに基づいてなされる。こ
れらの連続番号は各棒が毒物を有するか否かを示
し、計算機に読み込まれる。この計算機は、検査
方法の性能を制御しかつ様々な試験結果を適切な
記憶設計仕様に対して分析するようにプログラム
を与えられている。

有毒燃料棒はそれらの入列から順次磁力計に通
され、この磁力計は、各燃料棒内のペレツト柱の
長さに沿つて均等に分布している多数のデータ点
の各々における酸化ガドリニウム濃度を示す試験
データを発するように働く。これらの試験データ
は各データ点毎に計算機によつて記憶される。磁
力計から、酸化ガドリニウム棒は順次ガンマ線デ
ンシトメータを通りかつバツクグラウンド検出器
を通過するように送られ、バツクグラウンド検出
器は燃料ペレツト内のウランおよびそれと関連す
る娘核種同位体の自然崩壊から生ずるガンマ線放
射に応じて働く。密度データとバツクグラウンド
放射データ共通のデータ点毎に計算機内に蓄積さ
れる。次いで酸化ガドリニウム燃料棒は順次照射
器キヤスクに通され、その際、中性子源を配置し
たキヤスク中心からずれた経路に沿つて送られ
る。酸化ガドリニウム棒は中性子源から照射さ
れ、そしてウラン235の中性子誘発核分裂の結果
生ずるガンマ線放射量が、１個のそして好ましく
は２個以上のガンマ線検出器によつて検出され、
これらの検出器はガンマ線の下流側に配置されて
おり、すべて能動的走査原理に従うものである。
ガンマ線計数値ははデータ点毎に計算機に蓄積さ
れる。この時計算機は、データ点毎のウラン235
濃縮度と毒物濃度、燃料密度と重量、および他の
多数の非破壊的に検出された燃料棒特性を定める
のに必要な試験データをすべて保有する。次い
で、これらの試験結果は、計算機により、各燃料
棒に適用し得る記憶設計仕様と対照して分析さ
れ、これにより合否の判定が出され、キヤスクの
出口の先に配置した選別器の制御に役立つ。

純粋酸化ウラン燃料棒は独立的に順次それらの
入列から直接デンシトメータを通りかつ別のバツ
クグランド放射検出器を通過するように送られ、
その際酸化ガドリニウム濃度測定用の磁力計をバ
イパスする。次いで酸化ウラン棒は順次照射器キ
ヤスクに通され、中心位置の同一中性子源からの
中性束によつて照射され、そして中性子誘発核分
裂により生じたガンマ線が別の１組の検出器によ
る酸化ガドリニウム燃料棒の場合と同じ能動的走
査方法で計数される。酸化ウラン棒の密度、バツ
クグランドおよびガンマ線放射データは計算機に
よりデータ点毎に蓄積されかつ各酸化ウラン棒に
適用し得る記憶設計仕様と対照して分析され、こ
うして計算機は適当な合否指令を出口選別器に送
る。

この品質保証検査装置、生産すべき純粋酸化ウ
ラン燃料棒と酸化ガドリニウム燃料棒の特定数量
に基づいて、酸化ガドリニウム棒か酸化ウラン棒
だけを、あるいは両両種の棒を共に検査するよう
に利用される。

従つて、本発明は、以下の説明において例示す
る構造と要素の組合せと構成部の配置およびそれ
らの用法の諸特徴を包含する。

添付図面と関連する以下の詳細な説明を参照す
れば、本発明の性質と諸目的をさらに良く理解し
得よう。

［詳細な説明］ 本発明の方法を実施するための非破壊試験装置
を第１図に示す。この装置には入列１０が含ま
れ、複数の核燃料棒１２が装荷される。各棒、ジ
ルコニウム合金製被覆管内に密封された燃料ペレ
ツトの柱体からなり、この被覆管は、例えば、外
径が1.27cm長さが4.2メートルである。各燃料ペ
レツトはは直径と長さがそれぞれ約１cmで、セラ
ミツクペレツト状に圧縮されかつ焼結された二酸
化ウラン（UO₂）からなる。この酸化ウランは親
物質のウラン238と、現在約0.7〜5.0重量％の核
分裂性ウラン235とからなる。しかし、ある核燃
料棒におけるペレツトはまた、現在5.0重量％以
下の様々な濃度となるように追加されたある量の
酸化ガドリニウムのような強い中性子吸収物質す
なわち「可燃性毒物」を含む。ペレツト柱は管プ
レナム域内で作するばね（図示せず）によつてコ
ンパクトに保持され、同域はまた適当なゲツタを
内蔵すする。純粋酸化ウラン燃料棒すなわち無毒
燃料棒の場合、ペレツトは管長に沿つて特定の
様々な長さの群または区域をなすように配置さ
れ、各区域は通例、均等なウラン235濃縮度のペ
レツトからる。この濃縮度は設計仕様により区域
毎に変わる。有毒燃料棒すなわち酸化ガドリニウ
ム含有燃料棒の場合のペレツトも、濃縮度と酸化
ガドリニウム含有率とが均等な複数の区域に配置
され、濃縮度または酸化ガドリニウム含有率ある
いはその両方が設計仕様によつて区域毎に変わ
る。

本装置は酸化ガドリニウム含有燃料棒と純粋酸
化ウラン燃料棒を別々に処理しなければならない
ので、燃料棒１２は入列１０において光学的読取
器１４に進められ、そこで各棒の頭端プラグに刻
まれた独特の連続番号が順次読取られる。この連
続番号は特定の燃料棒とその製造の際準拠すべき
であつた設計仕様とを識別するものである。連続
番号は導線１４ａを経て計算機１６に読取られ
る。これらの連続番号は酸化ガドリニウム棒を酸
化ウラン棒から区別するので、計算機により選別
器１８が制御され、酸化ウラン棒１２ａを入列２
０にそして酸化ガドリニウム棒１２ｂを入列２２
に順次移送し得る。代替的に、通例異なる場所で
製造される酸化ガドリニウム棒と酸化ウラン棒を
それぞれの列に装荷する。しかし、各棒の連続番
号は、各棒が識別されかつその検査進行中追跡さ
れ得るように、計算機１６に入れられなければな
らない。そうすれば、その試験結果はは、「ロツ
ドマツプ」の形式で計算機に記憶された適用可能
設計仕様と対照して分析され得る。

さらに第１図について説明すると、酸化ガドリ
ニウム棒１２ｂは順次それらの入列２２からはず
され、そして挟持ローラ２４により、精密に調整
された均等速度で送られて磁力計２６を通る。こ
の磁力計は本発明と同じ譲渡人に譲渡されたグロ
スマン（Grossman）等の米国特許第4243939号
に記載の構造のものであることが好ましい。なお
この引例の開示は参照によつここに包含されるも
のである。すなわち、この磁力計は１対の超伝導
電磁石を含み、両電磁石は相異なる高磁界強度
（燃料ペレツト内の鉄不純物の飽和に十分な強度）
の磁界を生じるように永続的に付勢され、各酸化
ガドリニウム棒１２ｂが順次両磁界を通るように
送られる。各ペレツトの材料の示差常磁性磁化率
が、棒が両磁界を通る間に検出され、そして導線
２６ａにより計算機１６に読み出される。磁化率
信号は、各燃料棒１２ｂ内のペレツト柱の長さに
沿つて例えば0.125インチ毎に均等に分布してい
る多数のデータ点に対応するもので、計算機に記
憶された既知基準と比較され、各データ点におけ
る酸化ガドリニウム濃度データの決定と保存に役
立つ。

挟持ローラ２４は、図面明示のため、棒搬送用
として例示してあるが、他種の搬送装置、例えば
ベルトコンベヤがこの目的にもつと好適かもしれ
ないことを理解されたい。

磁力計分析の後、各酸化ガドリニウム燃料棒１
２ｂは照射器キヤスク２８に送り込まれ、そこ
で、バツクグランド検出器３０を貫通するチヤネ
ルに入る。この検出器はNaIまたはBGO（ゲルマ
ニウム酸ビスマス）穴貫通検出器でよく、燃料ペ
レツト内のウランおよびそれと関連する娘同位体
の自然崩壊から生ずるガンマ線放射を測定する。
このバツクグランドデータは導線３０ａによつて
計算機に供給されそしてデータ点毎に記憶され
る。次に、各酸化ガドリニウム棒１２ｂは、総括
的に３２で示した多検出器ガンマ線デンシトメー
タに通される。デンシトメータ３２には適当なガ
ンマ線源３４、例えばセシウム１３７源が含ま
れ、照射器キヤスク２８の中心線２８ａ上の中央
位置にある。このガンマ線源によつて放射された
平行度の高いガンマ線３４ａがキヤスクを通つて
いるチヤネル内を移動中の各燃料棒１２ｂの軸線
に向けられる。適当な検出器３６、例えばプラス
チツク製シンチレーシヨン検出器が、棒１２ｂの
向う側でこのガンマ線と合うように配置されてお
り、ガンマ線の減衰度を測定する。これは燃料ペ
レツト密度を示すものである。この密度計数デー
タは計算機６に供給されそしてデータ点毎に記憶
される。

酸化ガドリニウム棒はデンシトメータ３２から
順次前進し、照射器キヤスク２８似似にある総括
的に３８で示した濃縮度測定用能動的走査部を通
る。能動的走査部３８は中性子源４０、例えば、
標準のカリホルニウム252中性子源で適当な強度
例えば2.2mgのものを含み、この中性子源もキヤ
スク中心線２８ａ上に配置される。各棒１２ｂは
中性子源４０から出る中性子束４０ａにさらさ
れ、これにより、燃料ペレツト内の核分裂ウラン
235の限られた数の原子が核分裂する。中性子束
は、酸化ガドリニウムを含有しない燃料に対し、
ウラン235対ウラン238核分裂比が少なくとも
10000対１の程度になるよううに設計される。中
性子源を通過した棒１２ｂは少なくとも２個の穴
貫通検出器４２，４４、例えば、BGO検出器を
通る。これらの検出器は共に、各酸化ガドリニウ
ム燃料棒が通るにつれ同棒から発せられる結果的
なガンマ線の強度を測定する。各棒のペレツト柱
に沿うデータ点毎に蓄積さされるガンマ線計数値
は、各データ点におけるウラン235濃縮度を正確
に示すもので、関連検出器回路（図示せず）によ
り導線４２ａ，４４ａを経て別々に計算機に供給
されデータ点毎に記憶される。

計算機はこの時、各データ点における濃縮度お
よび酸化ガドリニウム含量と、幾つかの他の燃料
棒特性とを後述のように定めるのに要する全ての
試験データを保有する。これらの試験結果は、各
棒の連続番号によつて要求される設計仕様または
ロツドマツプと比較され、この比較から計算機
は、各棒が所定限度内にあつて受容し得るものか
あるいはそうでなくても排除し得るものかを判定
する。試験結果のハードコピーはプロツタプリン
タ４６によつて印刷される。所望に応じ、試験結
果を陰極線管４８に表示し得る。上記の合否判定
に基づき、計算機は導線１６ｂによつて選別器５
０に信号を送り、燃料棒１２ｂを出列５２から酸
化ガドリニウム棒受容トレイ５４か酸化ガドリニ
ウム棒排除トレイ５６に移送させる。

酸化ウラン棒１２ａは順次入列２０から、別の
挟持ローラ２４により、別のNaI穴貫通検出器５
８を貫通する別のテストチヤネルに沿つて送られ
る。この検出器は棒長に沿つてバツクグランドガ
ンマ線放射を測定する。このバツクグランド計数
データは導線５８ａを経て計算機１６に送られデ
ータ点毎に記憶される。酸化ウラン棒は酸化ガド
リニウムを含まないので酸化ガドリニウム含有測
定用磁力計の通る必要がないことに意されたい。
次いで、酸化ウラン棒は順次ガンマ線デンシトメ
ータ３２を通り、そこで、中央位置のガンマ線源
３４によつて棒軸線に向けられた他の平行ガンマ
線３４ｂの減衰が他の検出器６０によつて測定さ
れる。その結果生じた密度計数データは導線６０
ａを経て計算機に送られ、やはり棒長に沿うデー
タ点位置に従つて記憶される。

次に、酸化ウラン棒１２ａはキヤスク２８内の
能動的走査部３８を通り、そこで、中央位置の中
性子源４０からの中性子束４０ｂによつて照射さ
れ、次いで、酸化ウラン棒テストチヤネルに沿つ
て配置された第２組のBGO穴貫通検出器６２，
６４を通る。これらの検出器のガンマ線計数値は
蓄積されそしてそれぞれ導線６２ａ，６４ａによ
つてデータ点毎に計算機に送られる。こうして、
各棒１２ａ内のペレツト柱の点毎の濃縮度と、各
棒の試験対象である他の特性とを定め得る全ての
データが計算機に入り終わる。これの試験結果
を、各棒の連続番号によつて要求される特定設計
仕様（ロツドマツプ）と比較した後、計算機は合
否選別器６６に信号を送り、合格した棒を出列６
８から酸化ウラン棒受容トレイ７０にそして不合
格の棒を酸化ウラン棒排除トレイ７２に移送させ
る。酸化ウラン棒と酸化ガドリニウム棒は生産要
件に従つて同時または別々に検査され得る。

各酸化ガドリニウム棒１２ｂと各酸化ウラン棒
１２ａの試験結果は、第２図にブロツク７４で示
した計算機主プログラムによつて別々に処理さ
れ、後述のように、その幾つかのルーチンとサブ
ルーチンは、両種の棒のどちらと関連するかによ
つて変更または省略されている。まず酸化ウラン
燃料棒について考える。各棒１２ａが能動的走査
部３８を出て出列６８に達すると、試験データ結
果の処理が始まり、その間に、適当な例えば６イ
ンチの間隔であとに続く次の酸化ウラン棒の試験
データが取られつつある。主プログラム７４はま
ずルーチンECRTOに入り、そして検出器６２，
６４の濃縮度計数値が燃料柱の長さに沿う各デー
タ点について別々に組合わされる。サブルーチン
ECRTBでは、組合せ濃縮度計数値が自然発生バ
ツクグラウンド放射について修正され、この修正
は、各データ点について検出器５８のバツクグラ
ウンド計数データを検出器６２，６４の組合せ濃
縮度計数値から差引くことにより行われる。一つ
のバツクグラウンド検出器しかないので、修正因
子がそのバツクグラウンド計数データに付加され
てそれを各データ点における組合せ濃縮度計数デ
ータと対等にする。従つて、バツクグラウンドに
ついて修正された濃縮度計数データは、棒が能動
的走査部３８を通つた結果生じた点毎のガンマ線
放射の検出値である。ガンマ線計数値（放射能）
とウラン235濃縮度との間には周知の数学的関係
があるので、また点毎のガンマ線計数値の測定を
完了しかつ棒走査速度と中性子源特性とが分かつ
ているので、各データ点における濃縮度をただち
に決定し得る。しかし、調べる必要のある他の棒
特性が存在する。

従つて、次のプログラムルーチンDPROCで
は、デンシトメータ３２における検出器６０によ
つて集められた密度データを分析することによ
り、棒内のペレツト柱の始めと終りに相当する棒
長に沿うデータ点を正確に識別する。密度データ
はまた、ルーチンDPROCにおいて、ペレツト間
のギヤツプについて検査されるとともにペレツト
密度が許容限度内にあるか検査される。次のルー
チンGETCKででは、密度データが、ゲツタとペ
レツト柱押圧ばねの存在およびばねの長さを確認
するために調べられる。もしプレナム室に沿う所
定数の連続的なデータ点において、検出器６０に
よつて測定されたガンマ線強度がオープンビーム
強度の70％と80％の間にあれば、ゲツタが存在す
るとみなされる。密度データはまた、プロツタプ
リンタ４６により、棒長に沿う位置に対する密度
のグラフとして印刷される。ルーチンCORCTで
は、密度データを用いて、濃縮度計数値をペレツ
ト毎の密度の変動についてデータ点毎に修正す
る。

酸化ウラン棒の次のルーチンは濃縮度データを
平滑にすることである。これが必要なわけは、棒
に沿う点に対する計数率が、両側のデータ点から
発せられるガンマ線の影響を受けるからである。
従つて、各データ点の濃縮度データには加重値と
して１が与えられ、そして各側の３つの隣接デー
タ点の濃縮度データにはそれより少ない加重値が
与えられ、外側の２点に対する加重値は0.1まで
下げられる。この時、各データ点の濃縮度データ
は、ルーチンSMOOTHにおいて、その両隣りの
６つのデータ点の加重濃縮度データとともに因子
分解される。この連続する７点の加重データ平均
または平滑化段階はまた、後続MISPELルーチ
ンの単一ペレツト検出能力と、後続ZONELルー
チンの区域変化検出感度とを高める。

次のルーチンBOILでは、２つのデータ点毎の
平滑な濃縮度データの平均を取り、従つて、デー
タ点の数を半分にし、例えば、1280個のデータ点
を640個にする。これは後続のデータ処理とてプ
ロツタ４６による濃縮度グラフの印刷とを簡単に
するためになされる。また、異常なペレツト検出
が改良される。ルーチンMISPELでは、平滑に
されかつ短縮された濃縮度データが、ペレツトの
置き違いについて、すなわち、ペレツト柱の両端
に通例配置される自然ペレツト域内の濃縮ペレツ
トの存在について検査される。次に、ルーチン
ZONELにおいて、濃縮度データが、１つの濃縮
度のペレツト域から異なる濃縮度のペレツト域へ
の遷移を内包する濃縮度の変化に対して検査され
る。これらの濃縮度変化の隣接対でのデータ点の
数の差を１インチ当たりのデータ点の数で割る
と、インチ当位の区域長が得られる。次いで、ル
ーチンEPROCが、設計上の主要特性である区域
平均濃縮度を計算する。この計算は、ルーチン
ZONELによつて定められた各区域内の全データ
点にわたる濃縮度データを平均にすることにより
なされる。区域平均濃縮度と、区域長さと、区域
平均密度測定値対設計密度の比が、各区域内のウ
ラン235のグラム重量と全ウランのグラム重量の
計算に用いられる。ペレツト柱の上側３フイート
の部分に置けるパーセント濃縮度が計算され、低
温停止余裕の要件が満たされるかどうかの判定に
役立つ。サブルーチンCTOEUは濃縮度計数デー
タを、半減データ点（ルーチンBOIL）の点毎に
重量％単位の濃縮度に変換し、この変換は、それ
らの数学的関係を表す方程式を反復近似方式を用
いて解くことによりなされる。その結果は、プロ
ツタ６４により、棒長にに沿う位置に対する重量
パーセント濃縮度のグラフとして印刷される。

サブルーチンENTOCは重量パーセント濃縮度
を濃縮度計数値に戻し、そしてサブルーチン
SPKCKは、半減データ点濃縮度計数値を、排除
し得る濃縮度スパイクとペレツト列について調べ
る。排除し得るスパイクとは、正または負の局所
濃縮度スパイクで、所定限度例えば10％だけ区域
平均濃縮度を超えるものである。排除し得るペレ
ツト列とは、ペレツト区域の長さ６インチを超え
る部分でその平均濃縮度をあらかじめ設定した限
度例え0.1重量％（絶対値）より多く区域平均濃
縮度と異なる部分である。次いで、主プログラム
は濃縮度計数データを、記憶内容から検索した適
切なロツドマツプと照合し、試験した酸化ウラン
棒が適用可能設計仕様に従つて製造されたものあ
るかどうか判定し、この判定と前述の他の事項に
基づいて合否の判定が自動的に出される。

酸化ガドリニウム棒１２ｂの場合、検出器４
２，４４のデータ点毎の濃縮度計数値がルーチン
ECRTOにおいて組合わされ、そして検出器３０
から得られたバツクグラウンド計数データを用い
てサブルーチンECRTBにおいてバツクグラウン
ドについて修正される。ルーチンDPROCと
GETCKは、検出器３６からの密度データを分分
析してペレツト柱のデータ始点と終点をみつけ、
ペレツト間〓について調べ、ゲツタとばねの存在
を確認し、そしてばねの長さを定める。すなわ
ち、この点までは、プログラムは両種の燃料棒に
対して同じである。

しかし、酸化ガドリニウム棒の場合、ペレツト
からペレツトへの密度変動について修正する濃縮
度計数データ密度修正ルーチンCORCTはまた、
点毎の密度データを酸化ガドリニウム含量につい
て修正する。酸化ガドリニウムの存在は、さもな
くば検出器３６が検出するはずのガンマ線減衰度
に一定の変化をもたらすので、磁力計２６によつ
て生じた酸化ガドリニウム含量データはルーチン
CORCTにおいて密度データを酸化ガドリニウム
含量につて修正するために用いられる。次いで、
プリンタプロツタ４６が修正密度データから密度
のグラフを印刷する。

酸化ガドリニウム棒１２ｂの場合のみ、次のル
ーチンはGADである。ここでは酸化ガドリニウ
ムデータが、それから、棒が磁界に入る直前と磁
界を離れた直後に生ずる磁力計出力信号の平均を
引くことにより修正される。この修正は各棒１２
ｂに対し酸化ガドリニウム含量ゼロのデータ基準
を有効に設定し、また、棒が磁力計を通る間の熱
的ドリフトを補正する。GADルーチンはまた、
前記米国特許第4243939号に記載の方法で点毎の
酸化ガドリニウム重量百分率を定める。また酸化
ガドリニウムデータを用いて、濃縮度データが、
スパイクまたはもつと緩やかな変化の形態の酸化
ガドリニウム含量変動について修正される。この
ような変動は、ペレツト柱内のペレツトが相異な
る製造バツチから到来する時生じる得るものであ
る。この修正がなければ、酸化ガドリニウム変動
は濃縮度データにおける為のそして多分排除し得
るスパイクとして現れるおそれがある。サブルー
チンPOLNTでは、酸化ガドリニウムデータと濃
縮度データがペレツト柱の始めと終りを正確に定
めるように分析され、そして線形補間により、酸
化ガドリニウムデータ点が必要に応じて個数を調
整され、さらに濃縮度データ点と正確に合わされ
る。次に、酸化ガドリニウムデータがプロツタプ
リンタ４６により印刷される。次いで、酸化ガド
リニウム棒濃縮度データがルーチンSMOOTH，
BOILおよびZNONELにより、前述の酸化ウラ
ン棒濃縮度データと同様に処理される。

酸化ガドリニウムデータと濃縮度データはその
後ルーチンEPROCとそのサブルーチンCTOEU，
ENTOCおよびSPKCKにおいて組合わされる。
酸化ガドリニウム棒の酸化ガドリニウムを含まな
いペレツト域については、濃縮度データが酸化ウ
ラン棒に関して前述した方式で処理されてウラン
235の重量百分率と、区域平均濃縮度と、ウラン
のグラム重量と、上部３フイートの濃縮度を定
め、さらにまた排除し得る濃縮度スパイクとペレ
ツト列についいて検査される。酸化ガドリニウム
を含むペレツト域については、濃縮度計数データ
と重量パーセント濃縮度との数学的関係が変わ
る。なぜなら、中性子を吸収する酸化ガドリニウ
ムの存在が、その濃度の関数として、能動的走査
中に誘発される核分裂の数をひどく減らすからで
ある。第３図は、４つの相異なる酸化ガドリニウ
ム濃度、すなわち、酸化ガドリニウム2.0，3.0，
4.0および5.0重量％の関数としての重量パーセン
ト濃縮度対濃縮度計数データのグラフ的関係であ
り、これは数学的に導かれかつ前記米国特許第
4229654号に記載の受動的走査方法を利用して実
験的に確認されたものである。従つて、サブルー
チンCTCEUは重量パーセント酸化ガドリニウム
データと濃縮度計数データを処理してデータ点毎
に重量パーセント濃縮度を定める。酸化ガドリニ
ウム含量は通例第３図に示した４本の酸化ガドリ
ニウム線のどれにも正確には乗らないので、サブ
ルーチンCTOEUが設計重量パーセント酸化ガド
リニウム線の傾斜と、最も近くの設計傾斜の上下
における次の値の補間をなすことにより、濃縮度
計数データから重量パーセント濃縮度を計算する
際に各点で用いる適切な傾斜を定める。この時、
ルーチンEPROCが区域平均濃縮度と各区域内の
ウラン235グラム数とウラングラム数を計算する。
サブルーチンSPKCKは濃縮度計数値を、排除し
得る濃縮度スパイクとペレツト列について調べ、
そして濃縮度のグラフがプリンタプロツタ４６に
より密度および酸化ガドリニウム含量のグラフと
位置整合関係をもつて印刷される。主プログラム
はその後平均濃縮度データと酸化ガドリニウム濃
度データを適当なロツドマツプと照合し、試験し
た酸化ガドリニウム棒が適用可能設計仕様（ロツ
ドマツプ）に従つて製造されたものであるどうか
判定する。この判定と前述の他の諸事項に基づ
き、適切な合否判定が選別器５０に出される。

第１図に見られる装置は一つの酸化ガドリニウ
ム棒テストチヤネルと一つの酸化ウラン棒テスト
チヤネルを示すが、実際には、本装置はキヤスク
中心線２８ａの周囲に角度間隔を置いて配置され
るもつとも多くのテストチヤネルを含み得る。代
表的な燃料集合体は酸化ガドリニウム棒より多数
の酸化ウラン棒を具備するので、本装置は実際に
は、例えば、５つの酸化ウラン棒テストチヤネル
と１つの酸化ガドリニウム棒テストチヤネルを備
え得るもので、これらの全ては共通のデンシトメ
ータガンマ線源３４と、共通の能動的走査中性子
源４０とを共有する。

以上からわかるように、前述の諸目的は、以上
の説明で明らかにされた目的を含て、効率良く達
成される。また開示の非破壊試験装置と方法にお
いて本発明の範囲内で幾多の改変が可能であるか
ら、ここに示した全てての事物は例示的であり、
本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によつて構成した酸化ガドリニ
ウム核燃料棒と純粋酸化ウラン核燃料棒の非破壊
検査をなす装置の概略図、第２図は本発明の方法
により第１図の装置で得た試験データ結果を処理
する計算機プログラムの構成図、第３図は４つの
相異なる濃度の酸化ガドリニウムを含有する核燃
料に対して濃縮度の関数としてのガンマ線計数値
の関係を示すグラフである。 １２：核燃料棒、１２ａ：酸化ウラン燃料棒、
１２ｂ：酸化ガドリニウム燃料棒、１４：光学的
読取器、１６：計算機、１８：選別器、２４：挟
持ローラ、２６：磁力計、２８：照明器キヤス
ク、３０：バツクグラウンド検出器、３２：ガン
マ線デンシトメータ、３４：ガンマ線源、３６：
密度検出器、３８：能動的走査部、４０：中性子
源、４２，４４：濃縮度検出器、４６：プリンタ
ブロツタ、５０：選別器、５８：バツクグラウン
ド検出器、６０：密度検出器、６２，６４：濃縮
度検出器、６６：合否選別器、７４：計算機の主
プログラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有毒核燃料棒と無毒核燃料棒とを非破壊的に
   試験する装置であつて、(A)有毒燃料棒を第１テス
   トチヤネルに沿つて順次搬送する第１手段と、(B)
   無毒燃料棒を第２テストチヤネルに沿つて順次搬
   送する第２手段と、(C)有毒燃棒を順次通す前記第
   １テストチヤネルに沿つて配置された磁力計であ
   つて、燃料棒長に沿つて分布している多数のデー
   タ点の各々における毒物濃度を示す毒物データを
   発生する磁力計と、(D)前記第１テストチヤネルに
   沿つて配置された第１バツクグラウンド検出器あ
   つて、各有毒燃料棒の通過中、燃料棒長に沿つて
   分布している多数のデータ点の各々から自然に放
   射されたガンマ線を示す第１バツクグラウンド計
   数データを発生する第１バツクグラウンド検出器
   と、(E)前記第２テストチヤネルに沿つて配置され
   た第２バツクグラウンド検出器であつて、各無毒
   燃料棒の通過中、燃料棒長に沿つて分布している
   多数のデータ点の各々から自然に放射されたガン
   マ線を示す第２バツクグラウンド計数データを発
   生する第２バツクグラウンド検出器と、(F)(1)前記
   第１テストチヤネルに沿つて移動中の各有毒燃料
   棒に第１ガンマ線ビームを向け、また、前記第２
   テストチヤネルに沿つて移動中の各無毒燃料棒に
   第２ガンマ線ビームを向けるように配置されたガ
   ンマ線源、(2)各有毒料燃棒による前記第１ガンマ
   線ビームの減衰度を測定し、そして前記第１テス
   トチヤネルに沿つて移動中の各有毒燃料棒の長さ
   に沿つて分布している多数のデータ点の各々にお
   ける燃料密度を示す対応第１密度計数データを発
   生するように配置された第１密度検出器、および
   (3)各無毒燃料棒による前記第２ガンマ線ビームの
   減衰度を測定し、そして前記第２テストチヤネル
   に沿つて移動中の各無毒燃料棒の長さに沿つて分
   布している多数のデータ点の各々における燃料密
   度を示す対応第１密度計数データを発生するよう
   に配置された第１密度検出器を含むデンシトメー
   タと、(C)前記第１および第２テストチヤネルが貫
   通している能動的走査器であつて、(1)前記第１テ
   ストチヤネルに沿つて移動中の各有毒燃料棒の中
   性子束照射をなしかつ前記第２テストチヤネルに
   沿つて移動中の各無毒燃料棒の中性子束照射をな
   すように配置された中性子源、(2)前記第１テスト
   チヤネルに沿つて前記中性子源の先に配置された
   少なくとも１個の第１濃度検出器であつて、各有
   毒棒の通過中、各有毒棒の長さに沿つて分布して
   いる多数のデータ点からの中性子誘発ガンマ線放
   射に応じて対応第１濃縮度計数データを発生する
   第１濃度検出器、および(3)前記第２テストチヤネ
   ルに沿つて前記中性子源の先に配置された少なく
   とも１個の第２濃縮度検出器であつて、各無毒棒
   の通過中、各無毒棒の長さに沿つて分布している
   多数のデータ点からの中性子誘発ガンマ線放射に
   応じて対応第２濃縮度計数データを発生する第１
   濃縮度検出器を含む能動的走査器と、(H)前記毒物
   濃度データと前記第１バツクグラウンド計数デー
   タと前記第１密度計数データと前記第１濃縮度計
   数データに応じて各有毒燃料棒の長さに沿う各デ
   ータ点における濃縮度を決定し、また別に前記第
   ２バツクグラウンド計数データと前記第２密度計
   数データと前記第２濃縮度計数データに応じて各
   無毒燃料棒の長さに沿う各データ点における濃縮
   度を決定する計算機との組合せからなる核燃料棒
   非破壊試験装置。 ２ 前記能動的走査器を入れた照射器キヤスクを
   さらに含む請求項１記載の非破壊試験装置。 ３ 前記中性子源は前記キヤスクの中心線上に配
   置され、ま前記第１および第２テストチヤネル前
   記キヤスク中心線に対して平行離隔関係をもつて
   前記キヤスクを貫通している、請求項２記載の非
   破壊試験装置。 ４ 前記ガンマ線源を前記キヤスク中心線上に配
   置した請求項３記載の非破壊試験装置。 ５ 前記有毒燃料棒と無毒燃料棒はそれぞれ、各
   燃料棒とその製造に際して準拠した設計仕様とを
   識別する連続番号を付けてあり、また、各燃料棒
   から前記連続番号を読取りそして読取つた連続番
   号を順次前記計算機に入れる手段をさらに含む請
   求項３記載の非破壊試験装置。 ６ 前記計算機はは、各燃料棒の設計仕様を記憶
   し、少なくとも前記毒物データと前記第１濃縮度
   計数データを適用可能設計仕様と照合して各有毒
   燃料棒を受容し得るか排除し得るかの第１判定を
   なし、また少なくとも前記第２濃縮度計数データ
   を適用可能設計仕様と照合して各無毒燃料棒を受
   容し得るか排除し得るかの第２判定をなす、請求
   項４記載の非破壊試験装置。 ７ 前記第１および第２テストチヤネルの出口端
   において前記計算機による前記第１および第２判
   定に応じて前記有毒および無毒燃料棒を受容群と
   排除群とに選別する手段をさらに含む請求項６記
   載の非破壊試験装置。 ８ 各有毒燃料棒に沿う距離に対する濃縮度およ
   び毒物濃度のグラフを別々に印刷しかつ各無毒燃
   料棒に沿う距離に対する濃縮度のグラフを印刷す
   るために前記計算機に接続されたプリンタプロツ
   タをさらに含む請求項６記載の非破壊試験装置。 ９ 有毒核燃料棒と無毒核燃料棒とを非破壊的に
   試験する方法であつて、(A)有毒燃料棒を第１テス
   トチヤネルに沿つて順次搬送する段階と、(B)それ
   とは別に無毒燃料棒を第２テストチヤネルに沿つ
   て順次搬送する段階と、(C)前記第１テストチヤネ
   ルに沿う各有毒燃料棒の移動中、燃料棒長に沿つ
   て分布している多数の点の各々における各有毒燃
   料棒の含有毒物の濃度を測定し、そして点毎に毒
   物濃度データを発生させる段階と、(D)前記第１テ
   ストチヤネルに沿う各有毒燃料棒の移動中、燃料
   棒長に沿つて分布している多数の点における各有
   毒燃料棒の密度を測定し、そして第１点毎密度デ
   ータを発生させる段階と、(E)前記第２テストチヤ
   ネルに沿う各無毒燃料棒の移動中、燃料棒長に沿
   つて分布している多数の点における各無毒燃料棒
   の密度を測定し、そして第２点毎密度データを発
   生させる段階と、(F)前記第１テストチヤネルに沿
   つて移動中の各有毒燃料棒の長さに沿つて分布し
   ている多数の点におけるバツクグラウンド放射能
   を測定しそして第１点毎バツクグラウンドデータ
   を発生させる段階と、(G)前記第２テストチヤネル
   に沿つて移動中の各無毒燃料棒の長さに沿つて分
   布している多数の点におけるバツクグラウンド放
   射能を測定しそして第２点毎バツクグラウンドデ
   ータを発生させる段階と、(H)前記第１テストチヤ
   ネルに沿つて移動中の各有毒燃料棒に中性子束を
   照射する段階と、(I)前記第２テストチヤネルに沿
   つて移動中の各無毒燃料棒に中性子束を照射する
   段階と、(J)前記第１テストチヤネルに沿つて移動
   中の各有毒燃料棒の長さに沿つて分布している多
   数の点における中性子誘発放射能を測定しそして
   第１点毎濃縮度データを発生させる段階と、(K)前
   記第２テストチヤネルに沿つて移動中の各無毒燃
   料棒の長さに沿つて分布している多数の点におけ
   る中性子誘発放射能を測定しそして第２点毎濃縮
   度データを各点の濃縮度の真の測定値として発生
   させる段階と、(L)前記毒物濃度データを前記第１
   濃縮度データに対応点毎に付加して前記第１濃縮
   度データを各点の毒物濃度の存在について修正す
   ることにより各有毒燃料棒の長さに沿う各点にお
   ける濃縮度の真の測定値を得る段階とからなる非
   破壊試験方法。 １０ 前記修正第１濃縮度データと前記第２濃縮
   度データを処理して各有毒燃料棒と各無毒燃料棒
   それぞれにおけるウランの重量とウラン235の重
   量を決定する段階をさらに含む請求項９記載の方
   法。 １１ 前記第１バツクグラウンドデータを前記第
   １濃縮度データに付加して前記第１濃縮度データ
   を対応点毎にバツクグラウンド放射能について修
   正する段階と、前記第２バツクグラウンドデータ
   を前記第２濃縮度データに付加して前記第２濃縮
   度データを対応点毎にバツクグラウンド放射能に
   ついて修正する段階とをさらに含む請求項１０記
   載の方法。 １２ 前記第１密度データを第１濃縮度データに
   対応点毎に付加して第１濃縮度データを燃料密度
   の理論密度からの変動について修正する段階と、
   前記第２密度データを第２濃縮度データに対応点
   毎に付加して前記第２濃縮度データを燃料密度の
   理論密度からの変動について修正する段階とをさ
   らに含む請求項１１記載の方法。 １３ 前記第１密度データを調べて、燃料ペレツ
   ト柱の始点および終点と、燃料ペレツト間の間隙
   の存在と、各有毒燃料棒内のばねとゲツタの存在
   とを確定する段階と、前記第２密度データを調べ
   て、燃料ペレツト柱の始点および終点と、燃料ペ
   レツト間の間隙の存在と、各無毒燃料棒内のばね
   とゲツタの存在とを確定する段階とをさらに含む
   請求項１１記載の方法。 １４ 前記第１濃縮度データを調べて各有毒燃料
   棒内の様々な濃縮域の長さを定める段階と、前記
   第２濃縮度データを調べて各無毒燃料棒内の様々
   な濃縮域の長さを定める段階とさらに含む請求項
   １１記載の方法。 １５ (1)各有毒燃料棒に付けた連続番号を読取つ
   てその製造に際して準拠した設計仕様を確認する
   段階と、(2)前記第１密度データと前記毒物データ
   と前記第１濃縮度データとを点検して各有毒燃料
   棒が適用可能設計仕様に合致するかどうか判定す
   る段階と、(3)各無毒燃料棒に付けた連続番号を読
   取つてその製造に際して準拠した設計仕様を確認
   する段階と、(4)前記第２密度データと前記第２濃
   縮度データとを点検して各無毒燃料棒が適用可能
   設計仕様に合致するかどうか判定する段階とをさ
   らに含む請求項１４記載の方法。 １６ 前記点検段階に基づいて前記有毒および無
   毒燃料棒を受容群と排除群とに選別する段階をさ
   らに含む請求項１５記載の方法。 １７ 前記毒物データを各有毒燃料棒のペレツト
   柱に沿う距離に対する毒物濃度のグラフとして印
   刷しかつ前記修正第１濃縮度データを各有毒燃料
   棒のペレツト柱に沿う距離に対する濃縮度のグラ
   フとして印刷する段階と、前記第２濃縮度データ
   を各無毒燃料棒のペレツト柱に沿う距離に対する
   濃縮度のグラフとして印刷する段階とをさらに含
   む請求項１６記載の方法。 １８ 前記印刷段階は、前記第１および第２密度
   データをそれぞれ各有毒燃料棒と各無毒燃料棒の
   長さに沿う距離に対する密度のグラフとして印刷
   することをさらに含む、請求項１７記載の方法。 １９ 前記有毒および無毒燃料棒照射段階の実施
   に際し共通の中性子源を用いる請求項１０記載の
   方法。 ２０ 前記有毒および無毒燃料棒密度測定段階の
   実施に際し共通のガンマ線源を用いる請求項１９
   記載の方法。 ２１ 各点の前記第１濃縮度データを隣点の加重
   第１濃縮度データとともに因子分解して前記第１
   点毎濃縮度データを平滑にする段階と、各点の前
   記第２濃縮度データを隣点の加重第２濃縮度デー
   タとともに因子分解して前記第２点毎濃縮度デー
   タを平滑にする段階とをさらに含む請求項１９記
   載の方法。