JPH0949897A - 炉内機器の照射損傷検出と補修の方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子力プラントの炉内機器材料の中性子照射
による損傷度を把握し、その回復処理を行う。 【構成】 原子力プラントのステンレス鋼製炉内機器の
の中性子照射損傷を、材料の磁気特性を介して検出・評
価し、予防保全施工が必要と判定された機器の当該損傷
部位を局部的に劣化改善温度にまで速やかに昇温させた
後に降温する昇降温熱処理を施し、熱処理対象部位をす
こしづつ変えながら、当該劣化部位全体の熱処理を実施
し、しかる後に、再度、磁気特性を介して材料の強度特
性を測定し、損傷改善（損傷回復度）を確認する。回復
度を測定するにあたって、熱処理によって誘起されるお
それのある材料の熱鋭敏化についても評価する。 【効果】 中性子照射による材料の損傷、劣化の検出及
び回復処理を、損傷、劣化が回復不能になる前に実施で
き、原子力プラントの中性子照射による材料劣化に基づ
く事故を未然に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は運転を開始した原子力プ
ラントの炉内機器、特に、ステンレス鋼炉内機器の中性
子照射による材料損傷の検出及び補修改善の方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントの炉内機器、特に、ステ
ンレス鋼炉内機器の中性子照射による材料損傷の検出に
関する従来技術としては、特開昭５７−１７９７４６号
公報に記載のプラント機器材料の疲労度の監視装置の例
がある。この装置は、超音波探傷子と音速計測器で構成
され、機器の超音波の音速変化を測定し、き裂発生以前
の段階で非破壊的に異常を検出するものである。

【０００３】また、炉内機器材料の照射脆化について
は、サーベランス試験片での評価が法令で規定されてい
る。サーベランス試験片は、機器と同じ材料、使用環境
で保管されたものであり、サーベランス試験片の材料特
性変化から供用中の機器の状態を推定するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭５７−１７９７４６号公報に記載の従来技術は、超
音波の音速変化から機器の損傷を推定しているのみであ
り、また、参照（サーベランス）試験片を用いる方法
は、参照試験片から間接的に機器材料の材質劣化等を推
定するだけであって、損傷を受けた材料の回復処理の方
法、回復処理結果の評価の方法及びこれらの方法を実施
する装置までには触れられていない。

【０００５】本発明の第１の目的は、原子力プラントの
機器材料の損傷度を直接的に把握することであり、第２
の目的は損傷を回復することであり、第３の目的は回復
処理結果を評価することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、ステ
ンレス鋼の照射損傷と磁気特性の相関関係を示す第１の
データベースを予め準備し、被検材の残留磁気、保磁力
等の磁気特性を計測し、得られた磁気特性データと前記
第１のデータベースを参照して当該被検材の材料強度デ
ータを演算出力することにより、達成される。

【０００７】上記第２の目的は、得られた被検材の材料
強度データと予め設定された基準値に基づいて補修施工
の要否を判定し、補修が必要な炉内機器表面に熱処理を
行うことにより、達成される。

【０００８】上記第３の目的は、ステンレス鋼の照射材
の熱処理特性、強度特性と磁気特性との相関関係を示す
第２のデータベースを予め準備し、熱処理終了後の被検
材の残留磁気、保磁力等の磁気特性を計測し、得られた
被検材の磁気特性データを入力とし前記第２のデータベ
ースを参照して照射損傷の回復度を演算出力することに
より、達成される。

【０００９】原子力プラントの炉内機器材料では中性子
照射による照射脆化、及び鋭敏化等の損傷が生じること
から、実測により損傷程度を磁気的手法により確認し、
予防保全処置が必要か否かを判断し、必要な場合には、
当該炉内機器材料に熱処理を施し、その後照射損傷の改
善を確認して予防保全効果を確実にする。

【００１０】炉内機器の照射損傷を据付け状態のまま改
善するための装置としては、炉内で局部的な熱処理施工
可能な熱処理施工装置と、この熱処理施工装置を熱処理
対象面に沿って移動させる駆動装置を用いることができ
る。

【００１１】炉内機器材料の照射損傷の回復するために
熱処理を行った場合、熱処理により材料の鋭敏化を招く
場合があるから、熱処理による損傷の回復度を評価する
とともに、熱鋭敏化の程度を評価する手段を備えるのが
望ましい。

【００１２】炉内機器材料の微小サンプルを採取する手
段と、この微小サンプルの劣化度を判定するための磁気
特性を計測する磁気特性測定装置と、及び測定した磁気
特性に基づいてから材料劣化度あるいは回復度を判定す
る演算手段と、を用いるようにしてもよい。

【００１３】

【作用】ステンレス鋼の照射損傷と磁気特性の相関関係
を示す第１のデータベースを予め準備し、炉内機器材料
の残留磁気、保磁力等の磁気特性を計測し、得られた磁
気特性データと前記第１のデータベースに基づいて当該
炉内機器材料の材料強度データを算出する手法により、
照射損傷部の同定が可能となると同時に、損傷程度の評
価が可能となる。また、損傷程度の評価結果に基づい
て、必要な部位にのみ予防保全施工が行われ、施工が効
率化されるとともに材料の信頼性が確保される。特に、
熱処理による中性子照射損傷の回復は、補修や取替えに
比較して施工時間の短縮、作業員の被爆低減の作用があ
る。さらに、局部熱処理を漸進して行うことは、大型熱
処理装置が不要で、しかも、広い面積の熱処理が可能と
なる。熱処理後の回復度の検査は、熱処理施工の確実性
と機器の安全性確保に有効である。

【００１４】炉内機器材料においては、中性子照射によ
る転位密度の増加及び照射欠陥クラスタの増大により、
照射誘起変態が生ずる。このため、照射損傷と磁気特性
には密な相関が得られ、磁気的に照射損傷を検出でき、
損傷部位を同定できる。

【００１５】照射損傷は、中性子照射による転位密度の
増加及び照射欠陥クラスタの増大を、熱処理により減少
させることで回復される。予め損傷の位置を同定してい
るため、ヒータ等（誘導加熱を含む）で損傷部位を確実
に熱処理できる。

【００１６】中性子照射による機器材料の損傷（劣化）
を当該材料の磁気特性から推定する方法では、予め準備
された材料損傷の程度と磁気特性の相関関係を示すデー
タベースを参照することにより、照射損傷の程度を高精
度に評価でき、熱処理による改善施工の要否、あるい
は、熱処理後の劣化の回復度の評価と再度の熱処理によ
る改善の要否を判定できる。

【００１７】炉内機器側で材料の微小サンプルを採取し
ても問題ない場合、放電加工や機械研削等の微小サンプ
ルを採取する手段により炉内機器の特定部位の試料を採
取・回収し、回収した微小サンプルの磁気特性を磁気測
定装置で測定することにより、磁気特性の測定精度を高
めることができる。磁気測定装置は。回収した試料群の
磁気特性を計測する。演算手段は、計測された磁気特性
を入力とし、予め準備しておいた材料強度データと計測
値の相関関係を示すデータベースを参照して、機器の材
料劣化度あるいは回復度を判定する。

【００１８】磁気センサが炉内機器の特定部位の磁気特
性を直接検出する場合、機器にサンプリング等でダメー
ジを与えることがなく、また、検査後の補修溶接や研磨
等の後処理が不要である。

【００１９】

【実施例】以下、実施例を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の実施例を示すフローチャート
であり、原子力プラントの炉内機器において、中性子照
射による損傷の検出・評価、及びその回復処理を以下の
３つのステップで実施するものである。

【００２０】−ステップ１− 予め、炉内機器材料の磁気特性と材料強度との相関関係
を示す第１のデータベースを準備しておく。原子力プラ
ントの炉内機器材料の中性子照射に伴う磁気特性（残留
磁気、保磁力等）を計測し、測定した磁気特性データを
入力とし前記第１のデータベースを参照して材料強度デ
ータに演算（換算）処理し、中性子照射による強度の低
下を推定する。推定結果に基づいて、炉内機器材料の損
傷度を求める。得られた損傷度を予め設定された基準値
と比較し、基準値より小さい場合には作業を終了する。
基準値は中性子照射を受ける前の当該材料の強度及び必
要とされる強度に基づいて予め設定され、データベース
に格納される。

【００２１】一方、損傷度が基準値より大きい場合に
は、次にステップ２が実施される。

【００２２】−ステップ２− ステップ１の評価で損傷度が基準値より大きいと判定さ
れた場合に実施される。炉内機器の形状や寸法及び損傷
状態に基づいて回復処理施工の要否が判定される。施工
が不要と判定された場合は、作業を終了する。

【００２３】一方、回復処理の施工が必要と判定された
場合は、熱処理、材質改善処理等による機器材料の回復
処理が実施される。回復処理後、必要に応じて次のステ
ップ３が実施される。

【００２４】−ステップ３− ステップ２の炉内機器材料の照射損傷の回復処理施工後
における回復状態を評価するため、ステップ１と同様の
検査工程が実施される。但し、ステンレス鋼の中性子照
射材の熱処理特性、強度特性と磁気特性の相関関係を示
す第２のデータベースが予め準備される。すなわち、熱
処理等の回復処理が実施された部位の磁気特性（残留磁
気、保磁力等）が計測され、計測された磁気特性データ
を入力とし、前記予め準備されたステンレス鋼の中性子
照射材の熱処理特性、強度特性と磁気特性の相関関係を
示す第２のデータベースを参照して照射損傷の回復度が
求められる。求められた回復度が予め設定されている回
復基準値に比較され、この結果、回復度が回復基準値よ
り大であれば作業を終了する。

【００２５】回復度果が回復基準値より小であれば、さ
らに、回復処理を実施するステップ２に戻る。

【００２６】図１に示す作業のフローを実施することに
より、中性子照射を受けた機器材料の損傷を評価、改善
できる。

【００２７】図１に示す作業のフローを実施する装置構
成の例を図２から図５に示す。

【００２８】図２に、ステップ１を実施する照射損傷検
出装置の基本装置構成の例を示す。図示の装置は、炉内
構造物１の中性子照射による磁気特性の変化を計測する
ための磁気センサ７００と、磁気センサ７００を炉内機
器１の表面に固定する走査装置７１０と、走査装置７１
０を介して磁気センサ７００の位置を制御する制御装置
７２０と、磁気センサ７００で測定されたデータを処理
する強度評価装置７３と、強度評価装置７３に接続され
た第１のデータベース７４０と、を含んで構成されてい
る。強度評価装置７３０は、磁気センサ７００で測定さ
れた磁気特性データを入力とし、データベース７４０に
収納されているステンレス鋼の照射損傷と磁気特性の相
関を関係付けるデータを用いて材料強度データを演算
し、損傷度の評価を実施する。

【００２９】なお、磁気センサ７００には放射線下で使
用可能なＳＱＵＩＤセンサを使用したが、渦電流プロー
ブを使用してもよい。図２に示す装置はまた、データベ
ース７４０にステンレス鋼照射材の熱処理特性、強度特
性と磁気特性との相関を関係付けるデータを予め収納し
ておくことにより、ステップ３を実施する結果評価装置
の基本構成としても運用できる。

【００３０】図３に、ステップ２を実施する補修装置の
基本装置構成の例を示す。図示の装置は、ステップ１の
評価結果をもとに回復処理施工の要否を判定する判定装
置８３０と、判定装置８３０の指示に基づいて熱処理に
よる照射材の損傷回復の施工を行う熱処理施工装置であ
る加熱装置８００と、加熱装置８００を炉内機器の熱処
理対象位置に移動させる駆動装置８１０と、加熱装置８
００及び駆動装置８１０を制御する制御装置８２０と、
を含んで構成される。

【００３１】判定装置８３０で回復処理施工が必要と判
定された炉内機器１の場所に、駆動装置８１０で加熱装
置８００が配置され、所定の条件で回復処理が実施され
る。回復処理施工条件等の情報は、判定装置８３０から
制御装置８２０に伝送され、制御装置８２０が、駆動装
置８１０及び加熱装置８００を制御して処理を行う。

【００３２】図４及び５は、炉内構造物から微小試料が
サンプリングできる場合の照射損傷検出装置の基本装置
構成の例である。図４は、炉内からのサンプリングシス
テムの例を、図５はサンプリング試料での損傷評価シス
テムの例を、それぞれ示す。サンプリングシステム及び
サンプリング試料での損傷評価システムを組み合わせて
照射損傷検出装置が構成される。

【００３３】図４のサンプリングシステムは、炉内構造
物１の表面から放電加工等の方法で微小試料をサンプリ
ングするサンプリング装置９００と、サンプリング装置
９００を所定の位置に配置する駆動装置８１１と、サン
プリング装置９００及び駆動装置８１１を制御する制御
装置８２１と、を含んで構成される。また、図５に示す
サンプリング試料での損傷評価システムは、採取したサ
ンプルを測定する磁気センサ７００、磁気センサ７００
の制御装置７２０、評価装置７３０及びデータベース７
４０を含んでなり、これらは、図２のものと基本的に同
じである。

【００３４】図４及び図５のシステムを用いることによ
り、直接に炉内機器材料を評価できるため、損傷度評価
の精度を高めることができる。また、損傷度評価の精度
が高められる結果、適正な回復処理の実施が可能とな
る。

【００３５】図６は、本発明の実施例である炉内機器の
照射損傷評価補修装置の要部構成を示す構成図である。
本実施例の炉内機器の照射損傷評価補修装置は、機器材
料の磁気特性を測定する損傷測定ヘッド（磁気センサ）
２７と、この損傷測定ヘッド２７を支持し水平方向、鉛
直方向に移動させるとともに水平軸、鉛直軸の周りに回
転させる駆動ロボット１１と、同じく駆動ロボット１１
に支持され水平方向、鉛直方向に移動させられるととも
に水平軸、鉛直軸の周りに回転させられる誘導加熱ヘッ
ド１５と、この誘導加熱ヘッド１５に誘導加熱用電力を
供給する誘導加熱装置１６と、前記駆動ロボット１１の
動作を制御するロボット制御装置１８と、損傷測定ヘッ
ド２７の出力信号を取り込んで処理する損傷評価装置２
８と、ロボット制御装置１８，誘導加熱装置１６，及び
損傷評価装置２８の動作を統合制御する統合制御盤１９
と、を含んで構成される。

【００３６】駆動ロボット１１は、原子炉圧力容器のフ
ランジ上に配置される駆動機１１Ａと、この駆動機１１
Ａが原子炉圧力容器のフランジ上に配置された状態で駆
動機１１Ａから鉛直下方になる方向に延びその軸線（鉛
直軸）を回転軸として回転するとともに鉛直軸方向に上
下する主柱１１Ｂと、この主柱１１Ｂに固定された駆動
機構１１Ｃと、この駆動機構１１Ｃに装着され主柱１１
Ｂの軸線と直角方向の軸線（水平軸）を回転軸として回
転するとともに該水平軸の方向に沿って進退するセンサ
駆動アーム１１Ｄと、同じく駆動機構１１Ｃに装着され
主柱１１Ｂの軸線と直角方向の軸線（水平軸）を回転軸
として回転するとともに該水平軸の方向に沿って進退す
る誘導加熱ヘッド駆動アーム１１Ｅと、を含んで構成さ
れている。センサ駆動アーム１１Ｄと、誘導加熱ヘッド
駆動アーム１１Ｅは、駆動機構１１Ｃに、主柱１１Ｂの
軸線を挟んでほぼ対称の位置に装着され、各アームは駆
動機構１１Ｃにより駆動されて、移動、回転を行う。損
傷測定ヘッド２７はセンサ駆動アーム１１Ｄの先端に装
着され、誘導加熱ヘッド１５は誘導加熱ヘッド駆動アー
ム１１Ｅの先端に装着されている。誘導加熱ヘッド１５
の被加熱面に対向する面には、被加熱面の温度を検知す
る温度センサ２９が装着されている。

【００３７】ロボット制御装置１８，誘導加熱装置１
６，損傷評価装置２８及び統合制御盤１９は、駆動ロボ
ット１１とは別置きの装置となっており、関連する機器
と電線で接続されていて原子炉圧力容器のフランジ上に
配置しなくてもよいようになっている。

【００３８】損傷評価装置２８には、ステンレス鋼の照
射損傷と磁気特性の相関を関係づける第１のデータベー
スと、ステンレス鋼の照射材の熱処理特性、強度特性と
磁気特性の相関を関係づける第２のデータベースと、損
傷回復の要否を判定する基準値が内蔵されており、損傷
測定ヘッド２７の出力データを入力とし第１のデータベ
ースを参照して材料強度データを演算出力する強度評価
装置と、強度評価装置の出力と基準値に基づいて損傷回
復の要否を判定する判定装置と、損傷測定ヘッド２７の
出力データを入力とし第２のデータベースを参照して照
射損傷の補修結果を演算出力する結果評価装置とを兼ね
ている。したがって、損傷測定ヘッド２７とセンサ駆動
アーム１１Ｄと損傷評価装置２８を含んで照射損傷を検
出し評価する照射損傷検出装置が構成され、誘導加熱ヘ
ッド１５と誘導加熱ヘッド駆動アーム１１Ｅと損傷評価
装置２８を含んで照射損傷を補修回復する補修装置が構
成される。照射損傷検出装置はまた、炉内機器の損傷の
回復状況を評価する炉内機器評価装置をも兼ねている。

【００３９】上記構成の装置の動作を次に述べる。ま
ず、統合制御盤１９に検査対象の機器の面の領域を指示
する一連の座標が入力される。統合制御盤１９は入力さ
れた座標に従ってロボット制御装置１８に検査領域を指
示する。ロボット制御装置１８は駆動ロボット１１を駆
動して損傷測定ヘッド２７を指定された検査領域に対向
させ、順次その領域を走査させる。炉内機器１の材料の
損傷度を表す磁気特性が損傷測定ヘッド２７で測定さ
れ、損傷評価装置２８で内蔵している損傷材の強度物性
データベース（第１のデータベース）と対比して損傷程
度が評価される（ステップ１）。損傷評価装置２８は、
次いで、得られた損傷程度と内蔵している前記基準値と
を対比して回復処理施工の要否を判定し、判定結果を統
合制御盤１９に出力する。回復処理施工が必要と判定さ
れると、統合制御盤１９は、ロボット制御装置１８、駆
動ロボット１１を介して誘導加熱ヘッド１５を損傷部位
に対向させて位置決めし、誘導加熱装置１６を介して損
傷部位を局部的に損傷改善温度にまで速やかに昇温す
る。昇温温度は、温度センサ２９によって計測して確認
される。昇温後に降温する昇降温熱処理が施工される。
ロボット制御装置１８は、施工部位、領域に応じて、誘
導加熱ヘッド１５を昇降、回転させ、機器表面に沿って
漸進させて同様に、昇降温熱処理を施す（ステップ
２）。熱処理終了後に、損傷測定ヘッド２７で熱処理部
位の磁気特性が測定され、強度物性データベース（第２
のデータベース）を用いて施工後の損傷度が評価され
る。熱処理前後の損傷度を対比して、所定の損傷改善が
確認されれば終了となる。これが不十分であれば再度、
回復処理が行われる（ステップ３）。

【００４０】図７は、炉内構造物であるシュラウドへの
適用の実施例である。まず、装置構成を述べる。駆動ロ
ボット１１は、原子炉圧力容器９のフランジ１０の上面
にセットされる駆動機１１Ａと、この駆動機１１Ａに、
据付け状態で原子炉圧力容器９の中心軸方向（鉛直方
向）に昇降自在且つ該中心軸周りに回転自在に係合した
主柱１１Ｂと、この主柱１１Ｂの下端に着脱自在に連結
され雨傘状に開閉自在な複数の傘関節１２と、傘関節１
２のうちの一つの先端に設けられ主柱１１Ｂの軸線に直
角な方向（水平軸）に沿って進退可能でかつ該水平軸を
回転軸として回転するセンサ駆動アーム１１Ｄと、傘関
節１２の他の一つの先端に設けられ主柱１１Ｂの軸線に
直角な方向（水平軸）に沿って進退可能でかつ該水平軸
を回転軸として回転する誘導加熱ヘッド駆動アーム１１
Ｅと、傘関節１２のさらに他の一つの先端に設けられた
サンプリングヘッド２７０と、を含んで構成されてい
る。センサ駆動アーム１１Ｄと、誘導加熱ヘッド駆動ア
ーム１１Ｅは、駆動機構を内装した傘関節１２に、主柱
１１Ｂの軸線を挟んでほぼ対称の位置に装着され、各ア
ームは傘関節１２に内装された駆動機構（図示せず）に
駆動されて、進退、回転を行う。損傷測定ヘッド２７は
センサ駆動アーム１１Ｄの先端に装着され、誘導加熱ヘ
ッド１５は誘導加熱ヘッド駆動アーム１１Ｅの先端に装
着されている。誘導加熱ヘッド１５の被加熱面に対向す
る面には、被加熱面の温度を検知する温度センサ２９が
装着されている。主柱１１Ｂは駆動機１１Ａに駆動され
て原子炉圧力容器９の中心軸方向（鉛直方向）に昇降す
るとともに、該中心軸周りに回転する。誘導加熱ヘッド
１５は、加熱・冷却コイル３及び温度センサ２９を含ん
で構成されている。

【００４１】誘導加熱ヘッド１５には、加熱冷却コイル
３に加熱電流を供給するための誘導加熱装置１６、加熱
冷却コイル３に炉水７を冷却水５として供給する冷却ポ
ンプ１７が連結されている。駆動機１４及び傘関節１２
に内装された駆動機構はロボット制御装置１８で制御さ
れる。誘導加熱装置１６とロボット制御装置１８は統合
制御盤１９に接続されて、統合的に制御される。損傷測
定ヘッド２７には、損傷評価装置２８が接続され、損傷
測定ヘッド２７の出力データは、前記損傷評価装置２８
で評価される。また、微小サンプルを採取可能な場合に
は、サンプリングヘッド２７０で微小サンプルが採取さ
れ、ホットラボに別に備えられた測定ヘッド２７及び評
価装置２８を含んでなる専用装置に送られて損傷度合い
が評価される。

【００４２】この実施例の施工手順を以下に説明する。
原子力プラントの炉内構造物に予防保全施工が必要と判
定されると、図示を省くが、まず、蒸気乾燥器、湿分分
離器、核燃料が原子炉圧力容器９から取り出され（蒸気
乾燥器、湿分分離器、核燃料は図示を省略した）、原子
炉圧力容器９のフランジ１０の上面に、駆動ロボット１
１がセットされる。次いで、駆動ロボット１１の駆動機
１１Ａはロボット制御装置１８の指令に応じて主柱１１
Ｂを下降させる。検査対象部が上部格子板２０よりも下
方にあるときは、傘関節１２を閉じた状態で誘導加熱ヘ
ッド１５及び損傷測定ヘッド２７を上部格子板２０の桝
目を通過させる。誘導加熱ヘッド１５及び損傷測定ヘッ
ド２７が桝目を通過したところで、傘関節１２を開き、
検査対象部の高さレベルに達したところでセンサ駆動ア
ーム１１Ｄの水平方向出し入れと水平軸周りの回転及び
主柱１１Ｂの鉛直軸周り回転を調節して、損傷測定ヘッ
ド２７で損傷部位を探索する。損傷測定ヘッド２７の出
力は損傷評価装置２８に送られ、損傷評価装置２８によ
り損傷、劣化の程度が評価される。得られた結果は予め
設定されている基準値（回復処理の要否判定の基準値）
と比較される。

【００４３】その結果、損傷が大と判定され、且つ回復
処理が必要な施工部位には、加熱冷却コイル３を施工部
位に設置する誘導加熱ヘッド駆動アーム１１Ｅの位置決
めをロボット制御装置１８で行う。さらに、施工部位の
直下まで炉水水位を下げて、施工部位の表裏を大気暴露
状態とする。この状態で誘導加熱装置１６により、加熱
冷却コイル３に電力を送り、施工部位を劣化改善温度に
まで昇温して後に炉水７を加熱冷却コイル３から冷却噴
水２１として噴射する。このときの温度制御は温度セン
サ２９によって行う。対象範囲が広い場合は、加熱冷却
コイル３の位置を変えて逐次漸進させて実施する。照射
損傷改善温度として１０００℃から１１００℃とし、溶
体化処理をすることにより、鋭敏化改善及び脆化改善が
図れ、４５０℃から５５０℃とすることにより脆化改善
が図れる。

【００４４】図８は、図４に示すサンプリング装置９０
０の一例で、図７に示すサンプリングヘッド２７０の詳
細を示したものである。サンプリングヘッド２７０は、
放電加工の電極２７１と、電極２７１を回転させる電極
駆動装置２７２と、電極２７１に放電電流を供給する電
源３００から構成される。電源３００は必ずしも傘関節
１２に装着しておく必要はなく、誘導加熱装置１６など
と共通の筐体に収納しておいてよい。

【００４５】炉内機器１からサンプル採取が可能な場合
には、ロボット制御装置１８によりサンプリングヘッド
２７０を測定対象部位に移動し、位置決めする。しかる
後、電源３００から放電加工に必要な電力を電極２７１
に供給しながら、電極駆動装置２７２によりサンプリン
グヘッド２７０（電極２７１）を回転させて、所定の微
小サンプルを採取する。このサンプルは原子炉圧力容器
外に回収後、別途設置した損傷測定ヘッド２７及び損傷
評価装置２８の組合せからなる微小サンプル専用装置で
評価する。図８では、放電加工により微小サンプルを採
取する例を示したが、機械的な研削等の方法により微小
サンプルを採取するようにしてもよい。その場合は、研
削時の機械的な反力を支持するため、炉内機器あるいは
原子炉圧力容器に当接して反力を受ける支持材を複数の
傘関節１２に設けておく必要がある。

【００４６】図９は、別途設置した損傷測定ヘッド（磁
気センサ）２７の一例の詳細を示す。この装置には、検
出用のセンサとして高感度ＳＱＵＩＤセンサが用いられ
ている。ＳＱＵＩＤ６００には、差分型検出コイル６０
５が接続してあり、差分型検出コイル６０５の内部に下
端を閉じた真空断熱試料挿入管６４０が挿通されてい
る。この真空断熱試料挿入管６４０の上方には、劣化
（損傷）度あるいは回復度を検知するための微小サンプ
ル６２０を保持する試料ホルダ６６０と、試料ホルダ６
６０を真空断熱試料挿入管６４０内で上下に移動させる
試料ホルダ駆動装置６５０とが設けられてある。差分型
検出コイル６０５の外側には励磁マグネット６１０が配
置され、微小サンプル６２０は、測定中、励磁マグネッ
ト６１０により励磁されるようになっている。ＳＱＵＩ
Ｄ６００と、差分型検出コイル６０５、真空断熱試料挿
入管６４０及び励磁マグネット６１０は、クライオスタ
ット６３０に納められ、冷媒で動作温度に保持されてい
る。ＳＱＵＩＤ６００及び励磁マグネット６１０の出力
は、計測器６７０を介して損傷評価装置２８に入力さ
れ、損傷評価装置２８で評価される。

【００４７】図８のサンプリングヘッド２７０で採取さ
れた微小サンプル６２０は試料ホルダ６６０に固定保持
され、真空断熱試料挿入管６４０内を差分型検出コイル
６０５の位置まで下げられる。そのときの励磁マグネッ
ト６１０の磁界変化と、その時のＳＱＵＩＤ６００の出
力から微小サンプル６２０のＢ−Ｈカーブが計測され
る。

【００４８】図１０は、Ｂ−Ｈカーブの測定例である。
損傷によりＢ−Ｈカーブが変化する。同様に熱処理でも
変化し、Ｂ−Ｈカーブ形状、ヒステリシスロス及び各パ
ラメータが変化する。図の細い実線は、中性子照射を受
けていない材料（処女材）のＢ−Ｈカーブ、太い実線は
中性子照射を受けて変化した同一材料のＢ−Ｈカーブで
ある。破線は中性子照射を受けた材料を低温熱処理した
場合のＢ−Ｈカーブで、一点鎖線は中性子照射を受けた
材料を高温熱処理した場合のＢ−Ｈカーブである。この
Ｂ−Ｈカーブは、磁気センサを用いて機器の表面で直接
計測することもできる。

【００４９】図１１〜図１４は、直接非破壊検査、ある
いはサンプリング法による材料損傷評価における損傷評
価装置２８での比較演算に用いる劣化（損傷）度及び劣
化材強度物性データベースである。

【００５０】図１１及び図１２は、硬さと残留磁気及び
保磁力との関係を示したものである。これらの図を較正
曲線として用いることで、測定した残留磁気や保磁力か
ら中性子照射による硬さの増加が判定できる。また、降
伏応力の増加や破壊靭性値を同様に得ることもできる。

【００５１】この他、照射による応力腐食割れ性の増加
と残留磁気保磁力との関係を図１３及び図１４に示す。
同様に、これらの図を較正曲線として用いることで、測
定した残留磁気や保磁力から中性子照射による応力腐食
割れ性の兆候や程度を判定できる。

【００５２】このように照射材の強度物性と磁気特性の
データベースとして確保することで炉内機器材料の損傷
度を高精度に評価できる。

【００５３】図１５は、照射材の等時焼鈍熱処理での強
度物性データの硬さの変化を示したものである。高温で
の熱処理により硬さが回復しており、照射脆化が改善さ
れる。この時の材料の残留磁気及び保磁力の変化を図１
６及び図１７に示す。温度５５０℃以下の熱処理では、
残留磁気及び保磁力は、非照射材の磁気特性に近づき、
図１５の硬さの回復挙動に対応している。一方、温度５
５０℃以上では、熱鋭敏化が生じるため、残留磁気はピ
ークをも持つ増加を示し、保磁力はほぼ一定になる。溶
体化温度では非照射材の特性に回復する。よって、熱処
理による回復処理は、回復効果が出る４００℃以上から
５５０℃以下の温度範囲、あるいは、１０００℃から１
１００℃の溶体化温度が適当であり、磁気特性から回復
度が判定できる。

【００５４】図１８は、熱処理材の残留磁気と保磁力の
関係を示す。非照射材の鋭敏化線図を一点鎖線で、照射
材の損傷曲線を実線で、図中に示した。照射材の磁気特
性は、熱処理で照射材の損傷曲線上を戻り回復するが、
熱処理によって熱鋭敏化が生じた場合には、破線で示す
ように熱鋭敏化曲線に移行していく。

【００５５】このように、残留磁気と保磁力の関係で損
傷の分別及び回復処理の適正化を評価でき、炉内機器材
料の熱処理による回復度を高精度に評価できる。

【００５６】なお、上記各実施例では中性子照射による
材料の劣化（損傷）回復を熱処理によって行うが、材料
の劣化（損傷）の程度、種類によっては、表面コーティ
ング、ピーニングなどの手段を採用することも可能であ
る。いずれの場合も誘導加熱ヘッド駆動アーム１１Ｅ
に、誘導加熱ヘッド１５に代えて表面コーティング、ピ
ーニングを行う工具を装着して作業を実施する。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、炉内機器材料の磁気特
性を測定することにより非破壊的に損傷、劣化の程度を
診断できるため、機器の再生、再生後の保全が容易にな
る。さらに、磁気特性測定が画一なシステムでできるた
め、複数の機器及び多数の測定点のデータを処理でき、
機器の信頼性の確保が容易となる。

【００５８】また、回復処理を施工する場所を真に必要
な部位に限定でき、機器の信頼性を低下させることな
く、施工の効率化を図ることができる。また、短時間で
の熱処理のため、施工時間が短縮されるとともに作業員
の放射線被曝量が低減される。さらに、局部熱処理を漸
進して行うことで、大型熱処理装置が不要となり、しか
も、広い面積の熱処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す処理フローチャートを示
す図である。

【図２】炉内機器材料の照射損傷を直接的に評価する照
射損傷検出装置の基本構成を示すブロック図である。

【図３】炉内構造物の損傷を回復させるための補修装置
の基本構成を示す図である。

【図４】炉内構造物から微小試料を採取するシステムの
基本構成を示す図である

【図５】採取した照射材の微小試料の照射損傷を評価す
る装置の基本構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の一実施例である炉内機器の照射損傷評
価補修装置の要部構成を示す全体配置図である。

【図７】本発明の一実施例である炉内機器の照射損傷評
価補修装置の要部構成を示す全体配置図で、シュラウド
内外面加熱式の装置の機器の動きと、シュラウド内外共
に炉水水位を下げて、冷却水を噴射している状況及び損
傷計測状況を示す図である。

【図８】本発明の一実施例による微小サンプリング装置
を示す概念図である。

【図９】本発明の一実施例である微小サンプルの磁気特
性評価のための装置の要部を示す概念図である。

【図１０】照射及び熱回復処理による損傷材の磁気特性
の変化の例を示すグラフである。

【図１１】照射及び熱回復処理による損傷材の硬さと残
留磁気の関係の例を示すグラフである。

【図１２】照射及び熱回復処理による損傷材の硬さと保
磁力の関係の例を示すグラフである

【図１３】照射損傷材の応力腐食割れ感受性と残留磁気
の関係の例を示すグラフである。

【図１４】照射損傷材の応力腐食割れ感受性と保磁力と
の関係の例を示すグラフである。

【図１５】照射損傷材の熱処理による回復特性の例を、
熱処理温度を横軸に、硬さを縦軸にとって示すグラフで
ある。

【図１６】損傷材の熱処理による残留磁気の変化の例
を、熱処理温度を横軸に、残留磁気を縦軸にとって示す
グラフである。

【図１７】損傷材の熱処理による保磁力の変化の例を、
熱処理温度を横軸に、保磁力を縦軸にとって示すグラフ
である。

【図１８】材料が熱鋭敏化した場合と照射損傷を受けた
場合の磁気特性曲線の違いを示すグラフである。

【符号の説明】

１ 炉内機器，炉内構造物 ３ 加熱冷却コ
イル ５ 冷却水 ７ 炉水 ８ シュラウド ９ 原子炉圧力
容器 １０ フランジ １１ 駆動ロボ
ット １１Ａ 駆動機 １１Ｂ 主柱 １１Ｃ 駆動機構 １１Ｄ センサ
駆動アーム １１Ｅ 誘導加熱ヘッド駆動アーム １２ 傘関節 １５ 誘導加熱ヘッド １６ 誘導加熱
装置 １７ 冷却ポンプ １８ ロボット
制御装置 １９ 統合制御盤 ２１ 冷却噴水 ２７ 損傷測定ヘッド ２８ 損傷評価
装置 ２９ 温度センサ ２７０ サンプ
リングヘッド ２７１ 放電加工電極 ２７２ 電極駆
動装置 ３００ 放電加工電源 ６００ ＳＱＵ
ＩＤ ６０５ 差分型検出コイル ６１０ 励磁マ
グネット ６２０ 微小サンプル ６３０ クライ
オスタット ６４０ 真空断熱試料挿入管 ６５０ 試料ホ
ルダ駆動装置 ６６０ 試料ホルダ ６７０ 計測器 ７００ 磁気センサ ７１０ 走査装
置 ７２０ 制御装置 ７３０ 強度評
価装置 ７４０ データベース ８００ 加熱装
置 ８１０，８１１ 駆動装置 ８２０，８２１
制御装置 ８３０ 判定装置 ９００ サンプ
リング装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 邦夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 林 眞琴 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子力プラントの炉内機器の中性子照射
   損傷を検出、補修する方法において、 ステンレス鋼の照射損傷と磁気特性の相関関係を示す第
   １のデータベースを予め準備し、炉内機器材料の残留磁
   気、保磁力等の磁気特性を計測し、得られた磁気特性デ
   ータと前記第１のデータベースに基づいて当該炉内機器
   材料の材料強度データを算出する手順を含んでなること
   を特徴とする炉内機器の照射損傷の検出、補修方法。
2. 【請求項２】 原子力プラントの炉内機器の中性子照射
   損傷を検出、補修する方法において、 指定された炉内機器表面を部分的に加熱、熱処理するこ
   とを特徴とする原子力プラントの炉内機器の中性子照射
   損傷の検出、補修方法。
3. 【請求項３】 原子力プラントの炉内機器の中性子照射
   損傷を検出、補修する方法において、 ステンレス鋼の照射材の熱処理特性、強度特性と磁気特
   性との相関関係を示す第２のデータベースを予め準備
   し、中性子照射損傷を補修、回復した炉内機器材料の残
   留磁気、保磁力等の磁気特性を計測し、得られた磁気特
   性データと前記第２のデータベースに基づいて照射損傷
   の補修結果の評価を演算出力する手順を含んでなること
   を特徴とする炉内機器の中性子照射損傷の検出、補修方
   法。
4. 【請求項４】 原子力プラントの炉内機器の中性子照射
   損傷を検出、補修する方法において、 ステンレス鋼の照射損傷と磁気特性の相関関係を示す第
   １のデータベースを予め準備し、炉内機器材料の残留磁
   気、保磁力等の磁気特性を計測し、得られた磁気特性デ
   ータと前記第１のデータベースに基づいて当該炉内機器
   材料の材料強度データを算出し、該算出された材料強度
   データと予め設定された基準値に基づいて当該炉内機器
   材料の補修、回復の要否を判定し、補修、回復が必要と
   判定された炉内機器表面を部分的に加熱、熱処理する手
   順を含んでなることを特徴とする原子力プラントの炉内
   機器の中性子照射による損傷の検出、補修方法。
5. 【請求項５】 原子力プラントの炉内機器の中性子照射
   損傷を検出、補修する方法において、 ステンレス鋼の照射損傷と磁気特性の相関関係を示す第
   １のデータベースを予め準備し、炉内機器材料の残留磁
   気、保磁力等の磁気特性を計測し、得られた磁気特性デ
   ータと前記第１のデータベースに基づいて当該炉内機器
   材料の材料強度データを算出し、該算出された材料強度
   データと予め設定された基準値に基づいて当該炉内機器
   材料の補修、回復の要否を判定し、補修、回復が必要と
   判定された炉内機器表面を部分的に加熱、熱処理して補
   修し、ステンレス鋼の照射材の熱処理特性、強度特性と
   磁気特性との相関関係を示す第２のデータベースを予め
   準備し、前記熱処理された炉内機器材料の残留磁気、保
   磁力等の磁気特性を計測し、得られた磁気特性データと
   前記第２のデータベースに基づいて補修結果の評価を演
   算出力する手順を含んでなることを特徴とする炉内機器
   の中性子照射損傷の検出、補修方法。
6. 【請求項６】 請求項２、４、５のうちのいずれかに記
   載の炉内機器の中性子照射損傷を検出、補修する方法に
   おいて、炉内機器表面の加熱、熱処理は、当該機器の当
   該照射損傷部位を局部的に照射損傷改善温度にまで速や
   かに昇温させた後に降温する昇降温熱処理を施工できる
   ヒータ等の加熱装置を用いて行われ、該加熱装置を照射
   損傷部位に沿って漸進させながら行われることを特徴と
   する炉内機器の照射損傷の検出、補修方法。
7. 【請求項７】 請求項１、３乃至５のうちのいずれかに
   記載の炉内機器の中性子照射損傷を検出、補修する方法
   において、炉内機器材料の磁気特性の測定は、当該炉内
   機器材料の表面から採取された微小サンプルを用いて行
   われることを特徴とする炉内機器の中性子照射損傷を検
   出、補修する方法。
8. 【請求項８】 請求項１、３乃至５のうちのいずれかに
   記載の炉内機器の中性子照射損傷を検出、補修する方法
   において、炉内機器材料の磁気特性の測定は、当該炉内
   機器材料の表面に対して直接行われることを特徴とする
   炉内機器の中性子照射損傷を検出、補修する方法。
9. 【請求項９】 請求項１、３乃至８のうちのいずれかに
   記載の炉内機器の照射損傷の検出、補修方法において、
   算出される材料強度データにステンレス鋼の中性子照射
   による脆化進行度が含まれていることと、算出される補
   修結果の評価が機器材料の脆化の回復度と熱処理による
   鋭敏化度を含んでいることを特徴とする炉内機器の照射
   損傷の検出、補修方法。
10. 【請求項１０】 原子力プラントの炉内機器の中性子照
    射損傷を評価、補修する装置において、 ステンレス鋼の照射損傷と磁気特性の相関を関係付ける
    第１のデータベースと、被検材の磁気特性（残留磁気、
    保磁力等）を計測する磁気センサと、該磁気センサを炉
    内機器表面に固定する走査装置と、前記磁気センサの測
    定した磁気特性データを入力とし前記第１のデータベー
    スを参照して材料強度データを演算出力する強度評価装
    置と、を含んでなる炉内機器の照射損傷検出装置と；前
    記評価装置の出力を入力とし予め設定された基準値に基
    づいて補修施工の要否を判定する判定装置と、炉内機器
    表面を加熱、熱処理する熱処理施工装置と、該熱処理施
    工装置を炉内で所望の位置に移動させる駆動装置と、を
    含んでなる補修装置と；ステンレス鋼の照射材の熱処理
    特性、強度特性と磁気特性との相関を関係付ける第２の
    データベースと、被検材の磁気特性（残留磁気、保磁力
    等）を計測する磁気センサと、該磁気センサを炉内機器
    表面に固定する走査装置と、前記磁気センサの測定した
    磁気特性データを入力とし前記第２のデータベースを参
    照して照射損傷の補修結果の評価を演算出力する結果評
    価装置と、を含んでなる炉内機器評価装置と；を含んで
    構成される炉内機器の照射損傷評価補修装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の炉内機器の照射損
    傷評価補修装置において、熱処理施工装置は、炉内機器
    の表面を局部的に照射損傷改善温度にまで速やかに昇温
    させた後に降温する昇降温熱処理を施工できるヒータ等
    の加熱装置を含んでなり、駆動装置は、該加熱装置を炉
    内機器表面に沿って移動させるものであることを特徴と
    する炉内機器の照射損傷評価補修装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０または１１に記載の炉内機
    器の照射損傷評価補修装置において、強度評価装置は材
    料強度データの一つとしてステンレス鋼の中性子照射に
    よる脆化進行度を出力するものであり、結果評価装置
    は、脆化回復度と共に照射損傷改善の熱処理による鋭敏
    化度を算出出力することを特徴とする炉内機器の照射損
    傷評価補修装置。
13. 【請求項１３】 請求項１０乃至１２のいずれかに記載
    の炉内機器の照射損傷評価補修装置において、磁気セン
    サ及び操作装置に代えて、炉内機器の表面材料から微小
    サンプルを採取する手段と、この微小サンプルの残留磁
    気、保磁力、Ｂ−Ｈカーブ形状等の磁気特性を検出する
    磁気特性測定装置と、該磁気特性測定装置の出力データ
    を演算処理し、機器材料の中性子照射による脆化進行度
    及び熱処理による脆化の回復度を評価すると共に、照射
    損傷改善の熱処理による鋭敏化度を分別評価する演算手
    段と、を含んでなることを特徴とする炉内機器のの照射
    損傷評価補修装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の炉内機器の照射損
    傷評価補修装置において、磁気特性測定装置が高感度の
    ＳＱＵＩＤ若しくは磁気天秤を用いたものであることを
    特徴とする炉内機器のの照射損傷評価補修装置。
15. 【請求項１５】 請求項１０乃至１２のいずれかに記載
    の炉内機器の照射損傷評価補修装置において、磁気セン
    サとして、高感度のＳＱＵＩＤ若しくは渦電流プローブ
    が用いられていることを特徴とする炉内機器のの照射損
    傷評価補修装置。