JPH11281631A - 核燃料棒の超音波検査のための方法及び装置 - Google Patents
核燃料棒の超音波検査のための方法及び装置Info
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- JPH11281631A JPH11281631A JP11031500A JP3150099A JPH11281631A JP H11281631 A JPH11281631 A JP H11281631A JP 11031500 A JP11031500 A JP 11031500A JP 3150099 A JP3150099 A JP 3150099A JP H11281631 A JPH11281631 A JP H11281631A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 核燃料棒の超音波検査のための方法及び装置
を提供する。 【構成】 核燃料は内部コアを持ち、壁厚さを有するク
ラッディング管によって取り囲まれている。クラッディ
ング管内に超音波ガイド波が送信され、超音波ガイド波
は燃料棒の内部に洩れ、そしてそこから反射された超音
波が検出されて、これが不良燃料棒を表す。
を提供する。 【構成】 核燃料は内部コアを持ち、壁厚さを有するク
ラッディング管によって取り囲まれている。クラッディ
ング管内に超音波ガイド波が送信され、超音波ガイド波
は燃料棒の内部に洩れ、そしてそこから反射された超音
波が検出されて、これが不良燃料棒を表す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、そのクラッディン
グ壁を通る割れ目を持つ核反応炉燃料棒の検査に、そし
てより特定すれば燃料棒クラッディング管の不良を証拠
立てる燃料棒内の水または他の圧縮可能な液体を検出す
る超音波検査のための方法に関する。
グ壁を通る割れ目を持つ核反応炉燃料棒の検査に、そし
てより特定すれば燃料棒クラッディング管の不良を証拠
立てる燃料棒内の水または他の圧縮可能な液体を検出す
る超音波検査のための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力反応炉の主流は燃料として濃縮二
酸化ウラニウムを用いる水冷の、そして減速形の反応炉
である。炉心は引き延ばされた燃料棒で作られ、これら
は燃料組立として知られているような束にグループ化さ
れる。燃料組立は一般に断面で長方形をしている。普
通、燃料棒は４分の１から２分の１インチの範囲の直径
を有しており、そしてしばしば１０フィートよりも長
い。各燃料棒は標準的にはジルコニウム合金で作られた
クラッディング管で作られ、これが標準的に二酸化ウラ
ニウムである核燃料の内部コアを取り巻いている。最も
一般的には、二酸化ウラニウムはペレットの形態をして
おり、クラッディングの内部に置かれている。燃料棒は
平行なアレーとして保持され、そしてスペーサグリッド
によって互いに他と接近して隔てられた固定位置にあ
る。スペーサグリッドは標準的に１つの卵枠形状を有し
ており、そして各スペーサセルは燃料棒を位置決めする
ためのディンプルおよび／またはスプリングを含んでい
る。その結果、望ましい燃料棒が燃料棒スペース（すな
わち燃料棒ピツチ）に維持される。スプリングおよびデ
ィンプルは燃料棒をそれらの適切な横方向位置に保持す
る。しかし放射作用の影響の下では、スプリングはゆる
む傾向があり、これが燃料棒ピツチの望ましくない変化
に導く可能性があり、またはこれが燃料棒とスプリング
およびディンプルとの間にギャップまたはスペースを生
じさせることがある。このギャップまたはスペースは棒
および／またはスペーサグリッドが冷却剤流によって振
動する可能性を増加させる。そのようなギャップ、燃料
棒ピッチにおける変化、および振動は、スペーサグリッ
ド相互作用からの燃料棒腐食として一般的に知られてい
る燃料棒摩耗に導き、そして最終的には濃縮二酸化ウラ
ニウムを囲む燃料クラッディング管の壁を通る割れ目ま
たは穴に導く可能性がある。そのような割れ目または穴
は、燃料棒不良という結果を招く。摩滅は燃料組立内の
各スペーサに関する、スペーサスプリングと燃料棒との
間のスペーサ内の接触ポイントで生じる。組立内の全て
の燃料棒がこの型式の摩滅を受けやすいとしても、損傷
は最も低いスペーサ領域における燃料棒に最も共通的に
現れる。
酸化ウラニウムを用いる水冷の、そして減速形の反応炉
である。炉心は引き延ばされた燃料棒で作られ、これら
は燃料組立として知られているような束にグループ化さ
れる。燃料組立は一般に断面で長方形をしている。普
通、燃料棒は４分の１から２分の１インチの範囲の直径
を有しており、そしてしばしば１０フィートよりも長
い。各燃料棒は標準的にはジルコニウム合金で作られた
クラッディング管で作られ、これが標準的に二酸化ウラ
ニウムである核燃料の内部コアを取り巻いている。最も
一般的には、二酸化ウラニウムはペレットの形態をして
おり、クラッディングの内部に置かれている。燃料棒は
平行なアレーとして保持され、そしてスペーサグリッド
によって互いに他と接近して隔てられた固定位置にあ
る。スペーサグリッドは標準的に１つの卵枠形状を有し
ており、そして各スペーサセルは燃料棒を位置決めする
ためのディンプルおよび／またはスプリングを含んでい
る。その結果、望ましい燃料棒が燃料棒スペース（すな
わち燃料棒ピツチ）に維持される。スプリングおよびデ
ィンプルは燃料棒をそれらの適切な横方向位置に保持す
る。しかし放射作用の影響の下では、スプリングはゆる
む傾向があり、これが燃料棒ピツチの望ましくない変化
に導く可能性があり、またはこれが燃料棒とスプリング
およびディンプルとの間にギャップまたはスペースを生
じさせることがある。このギャップまたはスペースは棒
および／またはスペーサグリッドが冷却剤流によって振
動する可能性を増加させる。そのようなギャップ、燃料
棒ピッチにおける変化、および振動は、スペーサグリッ
ド相互作用からの燃料棒腐食として一般的に知られてい
る燃料棒摩耗に導き、そして最終的には濃縮二酸化ウラ
ニウムを囲む燃料クラッディング管の壁を通る割れ目ま
たは穴に導く可能性がある。そのような割れ目または穴
は、燃料棒不良という結果を招く。摩滅は燃料組立内の
各スペーサに関する、スペーサスプリングと燃料棒との
間のスペーサ内の接触ポイントで生じる。組立内の全て
の燃料棒がこの型式の摩滅を受けやすいとしても、損傷
は最も低いスペーサ領域における燃料棒に最も共通的に
現れる。
【０００３】反応炉の動作の間、ストレス、腐食、破
片、欠陥のある溶接によって、または標準的には燃料棒
と接触しているスペーサの繰り返される相対移動によっ
て生じる燃料棒腐食から、クラッディング内で穴が発達
するかも知れない。燃料棒腐食又は他からの、繰り返さ
れるすり減りが最終的に燃料棒クラッディングの壁を通
る穴を発生させるなら、核分裂ガスがクラッディング管
の穴を通って反応炉冷却水内に逃げ、そして反応炉冷却
水は燃料棒内に入り込む。そのような燃料棒は不良燃料
棒として特徴付けられる。動作の後の燃料棒内の水の量
およびレベルは穴のサイズと場所に、そして棒の動作パ
ワー履歴に依存している。スペーサ腐食、破片腐食、ま
たは不完全な下方端キャップ溶接によって、大半の燃料
棒は棒の下方部分において不良となっている。そのた
め、欠陥場所および重大さから言えば、燃料棒内の水を
検出するために最もふさわしい場所は、ちょうど最下部
スペーサの上である。
片、欠陥のある溶接によって、または標準的には燃料棒
と接触しているスペーサの繰り返される相対移動によっ
て生じる燃料棒腐食から、クラッディング内で穴が発達
するかも知れない。燃料棒腐食又は他からの、繰り返さ
れるすり減りが最終的に燃料棒クラッディングの壁を通
る穴を発生させるなら、核分裂ガスがクラッディング管
の穴を通って反応炉冷却水内に逃げ、そして反応炉冷却
水は燃料棒内に入り込む。そのような燃料棒は不良燃料
棒として特徴付けられる。動作の後の燃料棒内の水の量
およびレベルは穴のサイズと場所に、そして棒の動作パ
ワー履歴に依存している。スペーサ腐食、破片腐食、ま
たは不完全な下方端キャップ溶接によって、大半の燃料
棒は棒の下方部分において不良となっている。そのた
め、欠陥場所および重大さから言えば、燃料棒内の水を
検出するために最もふさわしい場所は、ちょうど最下部
スペーサの上である。
【０００４】所定の時間周期にわたって燃料組立が反応
炉内に曝された後、標準的にはこれは取り出され、不良
および欠陥に関してチェックされ、必要であれば修理さ
れ、そして反応炉内に戻されるか、又は最終的な処分の
ために倉庫に送られるかの、いずれかとなる。もし燃料
組立が反応炉内に戻されるならば、これは標準的には欠
陥および不良燃料棒に関して試験され、そしてチェック
される。それら放射照射された組立は高度に放射性であ
り、そして核分裂生成物の放射性崩壊によって生じる熱
を除去するため、そしてそれらと共に働く人員への保護
を提供するため、それらは水中で保管され、取り扱わ
れ、そして検査されなくてはならない。
炉内に曝された後、標準的にはこれは取り出され、不良
および欠陥に関してチェックされ、必要であれば修理さ
れ、そして反応炉内に戻されるか、又は最終的な処分の
ために倉庫に送られるかの、いずれかとなる。もし燃料
組立が反応炉内に戻されるならば、これは標準的には欠
陥および不良燃料棒に関して試験され、そしてチェック
される。それら放射照射された組立は高度に放射性であ
り、そして核分裂生成物の放射性崩壊によって生じる熱
を除去するため、そしてそれらと共に働く人員への保護
を提供するため、それらは水中で保管され、取り扱わ
れ、そして検査されなくてはならない。
【０００５】不良核燃料棒に関する燃料組立の試験は、
普通、超音波方法か、またはシッピングによって実行さ
れる。シッピングにおいては、この方法は不良燃料組立
から放たれた核分裂ガスを検出する。シッピングは、ど
の棒が不良であるかを表示することができないために、
そのような決定は渦電流試験、超音波、または目視確認
検査を用いて行わなければならない。超音波試験におい
ては、燃料棒内の水の存在は燃料棒クラッディング内の
割れ目または穴を、そして燃料棒の不良を、表すもので
ある。１つの方法においては、燃料棒クラッディング内
側壁の水（不良棒）またはガス（完全棒）インターフェ
ースから反射する超音波エネルギーの減衰の差異を測定
することにより、水が検出される。この手法の一例が、
本発明と同じ譲受人に委託された米国特許第４，８７
９，０８８号に既に述べられている。
普通、超音波方法か、またはシッピングによって実行さ
れる。シッピングにおいては、この方法は不良燃料組立
から放たれた核分裂ガスを検出する。シッピングは、ど
の棒が不良であるかを表示することができないために、
そのような決定は渦電流試験、超音波、または目視確認
検査を用いて行わなければならない。超音波試験におい
ては、燃料棒内の水の存在は燃料棒クラッディング内の
割れ目または穴を、そして燃料棒の不良を、表すもので
ある。１つの方法においては、燃料棒クラッディング内
側壁の水（不良棒）またはガス（完全棒）インターフェ
ースから反射する超音波エネルギーの減衰の差異を測定
することにより、水が検出される。この手法の一例が、
本発明と同じ譲受人に委託された米国特許第４，８７
９，０８８号に既に述べられている。
【０００６】米国特許第４，８７９，０８８号の手法に
よれば、トランスジューサが核燃料組立を横断させられ
る。その間、トランスジューサからは一連の超音波パル
スがビームの形式で発散される。このビームが燃料棒に
衝突すると、これは外面から反射される。もしビームが
表面に対して垂直であれば、それは最大の大きさでトラ
ンスジューサに戻り反射し、これが電気的信号を提供す
る（「パルスエコー」技術）ことになる。超音波エネル
ギーの一部はクラッディングに食い込むが、しかし通常
の棒は燃料棒の内部にまで超音波エネルギーを通過させ
ることはない（内部ガスおよび二酸化ウラニウムは非導
伝性）ため、燃料棒クラッディングの内側壁および外側
壁の間で「壁リンギング」を生じる結果となる。壁リン
ギングは記録される。もし棒が水で満たされているなら
ば、燃料棒クラッディング管壁から水への超音波エネル
ギーの伝達が存在し、これは効果的に消散させられる。
このことは著しく壁リンギングを減衰させる。これは二
酸化ウラニウムが存在していても、いなくても生じる。
壁リンギングの減衰係数は欠陥のある燃料棒を識別す
る。
よれば、トランスジューサが核燃料組立を横断させられ
る。その間、トランスジューサからは一連の超音波パル
スがビームの形式で発散される。このビームが燃料棒に
衝突すると、これは外面から反射される。もしビームが
表面に対して垂直であれば、それは最大の大きさでトラ
ンスジューサに戻り反射し、これが電気的信号を提供す
る（「パルスエコー」技術）ことになる。超音波エネル
ギーの一部はクラッディングに食い込むが、しかし通常
の棒は燃料棒の内部にまで超音波エネルギーを通過させ
ることはない（内部ガスおよび二酸化ウラニウムは非導
伝性）ため、燃料棒クラッディングの内側壁および外側
壁の間で「壁リンギング」を生じる結果となる。壁リン
ギングは記録される。もし棒が水で満たされているなら
ば、燃料棒クラッディング管壁から水への超音波エネル
ギーの伝達が存在し、これは効果的に消散させられる。
このことは著しく壁リンギングを減衰させる。これは二
酸化ウラニウムが存在していても、いなくても生じる。
壁リンギングの減衰係数は欠陥のある燃料棒を識別す
る。
【０００７】米国特許第４，３１３，７９１号に開示さ
れている別の方法においては、超音波信号を発生してい
るトランスジューサは燃料棒に対面して置かれ、そして
超音波ビームはトランスジューサによって棒内に送信さ
れる。試験は燃料棒の下方充満空間、すなわち二酸化ウ
ラニウムを含んでいない燃料棒の部分、において実行さ
れる。パルスエコー装置によって受け取られた波形の分
析は、棒のこの部分が水で満たされているかどうかを明
らかにする。
れている別の方法においては、超音波信号を発生してい
るトランスジューサは燃料棒に対面して置かれ、そして
超音波ビームはトランスジューサによって棒内に送信さ
れる。試験は燃料棒の下方充満空間、すなわち二酸化ウ
ラニウムを含んでいない燃料棒の部分、において実行さ
れる。パルスエコー装置によって受け取られた波形の分
析は、棒のこの部分が水で満たされているかどうかを明
らかにする。
【０００８】米国特許第４，１２６，５１４号は、燃料
素子クラッディングの外部表面を冷却用液体との接触か
ら絶縁し、そして次にパルスエコー減衰測定を行って、
甚だしく膨張した燃料ペレットを識別することによっ
て、欠陥のある燃料素子を検出するための方法を開示し
ている。素子内における冷却液の、またはいくつかの膨
張した燃料ペレットの、いずれかの存在を測定すること
は、エコーパルスの適切な解釈によって達成される。
素子クラッディングの外部表面を冷却用液体との接触か
ら絶縁し、そして次にパルスエコー減衰測定を行って、
甚だしく膨張した燃料ペレットを識別することによっ
て、欠陥のある燃料素子を検出するための方法を開示し
ている。素子内における冷却液の、またはいくつかの膨
張した燃料ペレットの、いずれかの存在を測定すること
は、エコーパルスの適切な解釈によって達成される。
【０００９】米国特許第３，３５０，２７１号は、液体
を含むトランスジューサを開示している。この液体はト
ランスジューサに伝達された熱で加熱される。通常の動
作条件下においては、圧力が液体を液体のままに維持し
ている。超音波的に検出されるトランスジューサ内の液
体の沸騰は、前もって決められた圧力への到達を表すも
のとして用いられる。燃料棒に漏れがあれば、圧力が低
下して、そしてそのため液体は気化して開口を通して拡
散し、漏れが生じていることを表す。
を含むトランスジューサを開示している。この液体はト
ランスジューサに伝達された熱で加熱される。通常の動
作条件下においては、圧力が液体を液体のままに維持し
ている。超音波的に検出されるトランスジューサ内の液
体の沸騰は、前もって決められた圧力への到達を表すも
のとして用いられる。燃料棒に漏れがあれば、圧力が低
下して、そしてそのため液体は気化して開口を通して拡
散し、漏れが生じていることを表す。
【００１０】米国特許第４，００９，６１６号は、密封
されたエンクロージャ内のガス圧を測定するための音響
的方法を開示している。これは燃料棒内の内部ガス圧に
よって生じる超音波信号の速度変化および減衰を求める
ことによって行われる。この処理は、信号がガスを通し
て送信され、そしてクラッディングを通して受け取られ
る信号の影響を最少にすることを必要とする。
されたエンクロージャ内のガス圧を測定するための音響
的方法を開示している。これは燃料棒内の内部ガス圧に
よって生じる超音波信号の速度変化および減衰を求める
ことによって行われる。この処理は、信号がガスを通し
て送信され、そしてクラッディングを通して受け取られ
る信号の影響を最少にすることを必要とする。
【００１１】割れ目のあるクラッディングの表示として
燃料棒内の水を検出するために超音波を利用する従来型
の不良燃料検出装置は、クラッディング内径から反射さ
れる超音波信号の振幅における差異を計測するものであ
る。内部の「空気」と水との間の音響インピーダンスに
おける差異は、もし水が存在するならば振幅において減
少された信号をもたらす。従来技術方法間の主要な差異
は、燃料棒内へどのようにして信号が注入されるか、で
ある。いくつかはピッチ・キャッチを用い、送信用およ
び受信用トランスジューサが異なっており、そして信号
は狭い帯域において燃料棒の周りを円周状に伝搬する。
いくつかはパルスエコーを利用し、ここでは送信用およ
び受信用トランスジューサが同じであって、そしてそれ
らの信号は狭い帯域で完全に燃料棒の周りを伝搬する。
いずれの場合でも、検査されるエリアは極めて小さく、
普通、軸的に０．１インチ拡大した燃料棒の周りの円周
帯を越えるものではない。こうして、従来技術による超
音波検査技術および方法は、燃料棒が不良であるかどう
かを決めるために燃料棒内の水の存在を、０．０６０か
ら０．１００平方インチ程度の極めて狭いエリアを試験
することによって、検査するものである。従来技術の超
音波検査方法の音響的審査が、そのように限られた体積
を対象とするものであったために、水が存在しているか
も知れない軸長の全部分にわたって燃料棒の試験を繰り
返すことは実現不能である。従って、従来技術の超音波
方法の検出能力は正確さと共に貧弱であって、結果とし
て、合格した燃料棒にも高い割合で不良と判断されなく
てはならないものが含まれる。検査された特定の場所に
おいて何のすり切れも無かったとしても、超音波方法が
不良燃料棒における何らかの不良を検出できなかっただ
けかも知れない。
燃料棒内の水を検出するために超音波を利用する従来型
の不良燃料検出装置は、クラッディング内径から反射さ
れる超音波信号の振幅における差異を計測するものであ
る。内部の「空気」と水との間の音響インピーダンスに
おける差異は、もし水が存在するならば振幅において減
少された信号をもたらす。従来技術方法間の主要な差異
は、燃料棒内へどのようにして信号が注入されるか、で
ある。いくつかはピッチ・キャッチを用い、送信用およ
び受信用トランスジューサが異なっており、そして信号
は狭い帯域において燃料棒の周りを円周状に伝搬する。
いくつかはパルスエコーを利用し、ここでは送信用およ
び受信用トランスジューサが同じであって、そしてそれ
らの信号は狭い帯域で完全に燃料棒の周りを伝搬する。
いずれの場合でも、検査されるエリアは極めて小さく、
普通、軸的に０．１インチ拡大した燃料棒の周りの円周
帯を越えるものではない。こうして、従来技術による超
音波検査技術および方法は、燃料棒が不良であるかどう
かを決めるために燃料棒内の水の存在を、０．０６０か
ら０．１００平方インチ程度の極めて狭いエリアを試験
することによって、検査するものである。従来技術の超
音波検査方法の音響的審査が、そのように限られた体積
を対象とするものであったために、水が存在しているか
も知れない軸長の全部分にわたって燃料棒の試験を繰り
返すことは実現不能である。従って、従来技術の超音波
方法の検出能力は正確さと共に貧弱であって、結果とし
て、合格した燃料棒にも高い割合で不良と判断されなく
てはならないものが含まれる。検査された特定の場所に
おいて何のすり切れも無かったとしても、超音波方法が
不良燃料棒における何らかの不良を検出できなかっただ
けかも知れない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】そのため、上に説明し
た不具合を克服する、そして燃料組立内の燃料棒の燃料
棒クラッディング管を迅速に、そして効率的に検査でき
る検査方法の必要性が存在する。この検査方法は、いず
れかの燃料棒内に割れ目が存在しているかどうかを識別
できるものである。この割れ目は、スペーサグリッドと
燃料棒の接触ポイントにおいて頻繁に生じる。検査は、
燃料棒に接近するために燃料組立を分解する必要なしで
行われるべきである。
た不具合を克服する、そして燃料組立内の燃料棒の燃料
棒クラッディング管を迅速に、そして効率的に検査でき
る検査方法の必要性が存在する。この検査方法は、いず
れかの燃料棒内に割れ目が存在しているかどうかを識別
できるものである。この割れ目は、スペーサグリッドと
燃料棒の接触ポイントにおいて頻繁に生じる。検査は、
燃料棒に接近するために燃料組立を分解する必要なしで
行われるべきである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上の不都合は、特許請求
の範囲に記載された、本発明によって克服される。本発
明はまた、迅速に、そして効率的に燃料棒クラッディン
グ管を検査する方法及び装置を提供する。
の範囲に記載された、本発明によって克服される。本発
明はまた、迅速に、そして効率的に燃料棒クラッディン
グ管を検査する方法及び装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の１つの実施例において
は、圧縮できる液体内に浸されている、空間的に離れた
平行な核燃料棒のアレーを持つ核燃料組立内の核燃料棒
の超音波検査のための方法が提供される。核燃料棒は核
燃料の内部コアを囲むクラッディング管を有し、クラッ
ディング管は内側壁を有している。この方法は、超音波
ガイド波をクラッディング管内に送信する段階と、そし
てクラッディング管から反射された超音波を検出する段
階とを含み、その反射された超音波はクラッディング管
の壁の完全性における割れ目を表現しており、燃料棒内
のすり減りの存在を表すものとなる。
は、圧縮できる液体内に浸されている、空間的に離れた
平行な核燃料棒のアレーを持つ核燃料組立内の核燃料棒
の超音波検査のための方法が提供される。核燃料棒は核
燃料の内部コアを囲むクラッディング管を有し、クラッ
ディング管は内側壁を有している。この方法は、超音波
ガイド波をクラッディング管内に送信する段階と、そし
てクラッディング管から反射された超音波を検出する段
階とを含み、その反射された超音波はクラッディング管
の壁の完全性における割れ目を表現しており、燃料棒内
のすり減りの存在を表すものとなる。
【００１５】
【実施例】本発明は、ＢＷＲ（沸騰水型反応炉）及びＰ
ＷＲ（加圧水型反応炉）の燃料組立内の核燃料棒の迅速
な検査及び試験を可能とさせる方法を提供する。本発明
は、核燃料棒のクラッディング管の不良を検出するため
のものである。クラッディング管の不良は、水の存在に
よって表示されるものであり、そしてスペーサ内に捕ら
えられた破片によって、そしてさらに冷却流によつて引
き起こされるスペーサ腐食によって生じるものである。
本発明は個々の検査のために棒を取り除くことなしに組
立内の全ての燃料棒の迅速な試験を可能とする。
ＷＲ（加圧水型反応炉）の燃料組立内の核燃料棒の迅速
な検査及び試験を可能とさせる方法を提供する。本発明
は、核燃料棒のクラッディング管の不良を検出するため
のものである。クラッディング管の不良は、水の存在に
よって表示されるものであり、そしてスペーサ内に捕ら
えられた破片によって、そしてさらに冷却流によつて引
き起こされるスペーサ腐食によって生じるものである。
本発明は個々の検査のために棒を取り除くことなしに組
立内の全ての燃料棒の迅速な試験を可能とする。
【００１６】本発明によれば、圧縮できる液体中に浸さ
れた、空間的に離れた平行な核燃料棒のアレーを持つ核
燃料組立内の核燃料棒の超音波検査のための方法が提供
される。核燃料棒は核燃料の内部コアを取り囲むクラッ
ディング管を有している。クラッディング管は内側壁を
有している。この方法は、クラッディング管内に超音波
ガイド波を送信する段階を含んでいる。超音波はクラッ
ディング管の内側壁から内部コアに洩れる。この方法は
また、クラッディング管から反射された超音波を検出す
る段階を含んでいる。この反射された超音波は燃料棒内
の水の存在を表示し、そしてクラッディング管の壁の完
全性における割れ目を表す。
れた、空間的に離れた平行な核燃料棒のアレーを持つ核
燃料組立内の核燃料棒の超音波検査のための方法が提供
される。核燃料棒は核燃料の内部コアを取り囲むクラッ
ディング管を有している。クラッディング管は内側壁を
有している。この方法は、クラッディング管内に超音波
ガイド波を送信する段階を含んでいる。超音波はクラッ
ディング管の内側壁から内部コアに洩れる。この方法は
また、クラッディング管から反射された超音波を検出す
る段階を含んでいる。この反射された超音波は燃料棒内
の水の存在を表示し、そしてクラッディング管の壁の完
全性における割れ目を表す。
【００１７】ガイド波は、いずれの面にもわずかな、ま
たは全く漏れのない、材料の境界内に波が留まることを
可能とするような特性を持つ、薄い壁のある物体内に含
まれる超音波である。ガイド波は薄い板内に、そして同
様に薄い壁のある管内に引き起こすことができる。１つ
の物体内においてガイド波を発生させることは、トラン
スジューサ周波数、トランスジューサ入射角度、試験対
象材料速度、及び材料壁厚さを適切に選択することによ
り制御される。この波は材料インピーダンスによっての
み減数するので、この波はわずかな減衰をもって長い距
離を移動することができる。
たは全く漏れのない、材料の境界内に波が留まることを
可能とするような特性を持つ、薄い壁のある物体内に含
まれる超音波である。ガイド波は薄い板内に、そして同
様に薄い壁のある管内に引き起こすことができる。１つ
の物体内においてガイド波を発生させることは、トラン
スジューサ周波数、トランスジューサ入射角度、試験対
象材料速度、及び材料壁厚さを適切に選択することによ
り制御される。この波は材料インピーダンスによっての
み減数するので、この波はわずかな減衰をもって長い距
離を移動することができる。
【００１８】対象物内にガイド波を引き起こすいくつか
の方法が存在する。２つの最も良く利用される方法は、
斜め入射角度トランスジューサであり、そして「櫛形」
トランスジューサのような、特別に設計されたトランス
ジューサである。最初のトランスジューサにおいては、
標準的なトランスジューサが試験対象物に前もって決め
られた角度で位置決めされ、そして波が注入される。入
射角度の都合でトランスジューサ素子は試験対象物と接
触していないため、音響をトランスジューサ素子から試
験対象物に伝送するために、プラスチックまたは水のよ
うな導伝媒体が加えられるべきである。このことはトラ
ンスジューサの厚さを極めて増大させ、そして以下にさ
らに説明される狭い棒から棒、及び棒からガイド管ギャ
ップのために、燃料組立内での、これの使用を著しく妨
げるものとなる。
の方法が存在する。２つの最も良く利用される方法は、
斜め入射角度トランスジューサであり、そして「櫛形」
トランスジューサのような、特別に設計されたトランス
ジューサである。最初のトランスジューサにおいては、
標準的なトランスジューサが試験対象物に前もって決め
られた角度で位置決めされ、そして波が注入される。入
射角度の都合でトランスジューサ素子は試験対象物と接
触していないため、音響をトランスジューサ素子から試
験対象物に伝送するために、プラスチックまたは水のよ
うな導伝媒体が加えられるべきである。このことはトラ
ンスジューサの厚さを極めて増大させ、そして以下にさ
らに説明される狭い棒から棒、及び棒からガイド管ギャ
ップのために、燃料組立内での、これの使用を著しく妨
げるものとなる。
【００１９】図１を参照すると、プラスチックのような
音響結合用材料の上の長さ方向波トランスジューサを用
いて、薄い壁管において斜め入射でガイド波を発生させ
る様子が描かれている。長さ方向の波はいくらか斜めの
角度Θ、そして速度Ｖplexiで入射する。スネルの法則
によって、この波はモード変換を受け、インターフェー
スにおいて反射され、そして屈折される。トランスジュ
ーサからいくらか離れたところでは、この波はもはや個
別に識別されるものではなく、１つの波バケットに重な
っている。
音響結合用材料の上の長さ方向波トランスジューサを用
いて、薄い壁管において斜め入射でガイド波を発生させ
る様子が描かれている。長さ方向の波はいくらか斜めの
角度Θ、そして速度Ｖplexiで入射する。スネルの法則
によって、この波はモード変換を受け、インターフェー
スにおいて反射され、そして屈折される。トランスジュ
ーサからいくらか離れたところでは、この波はもはや個
別に識別されるものではなく、１つの波バケットに重な
っている。
【００２０】ある入射角度、厚さ、及び材料特性の場合
には、構造的な干渉が起こり、そしてガイド波は管又は
板内を伝搬する。構造的干渉に関するこれらの条件は、
厚さ、角度、及び材料特性の多くの組み合わせで合致す
る。結果として構造的干渉を生じさせる組み合わせはモ
ードと呼ばれている。各モードはそれ自身の特性、つま
り波の構造、伝搬速度、及びストレス配分、を有してい
る。特に、各モードは波のガイド表面においてインプレ
ーン及びアウトオブプレーン置換を有している。アウト
オブプレーン置換は材料の外への長さ方向波を発生さ
せ、そしてこれは波ガイドの外にエネルギーを運ぶもの
であるため、アウトオブプレーン置換の量は、このモー
ドがどのように「洩れやすい」かを規定するものであ
る。この特色は、不良燃料棒管がその中に水を有してい
るために燃料棒が不良であるという用途においては特に
重要である。こうして、不良の、又は割れ目のある燃料
棒に関しては、クラッディング管の内面へ洩れやすいモ
ードを選定することは、そのような不良の検出を可能と
するものである。この理由は、水は急速に音場を減衰さ
せ、これが水の存在を表すからである。割れ目のあるク
ラッディング管を持っていない燃料棒の検査のために、
クラッディング管の内側及び外側表面の両方で漏れのな
いモードを選択することが必要である。
には、構造的な干渉が起こり、そしてガイド波は管又は
板内を伝搬する。構造的干渉に関するこれらの条件は、
厚さ、角度、及び材料特性の多くの組み合わせで合致す
る。結果として構造的干渉を生じさせる組み合わせはモ
ードと呼ばれている。各モードはそれ自身の特性、つま
り波の構造、伝搬速度、及びストレス配分、を有してい
る。特に、各モードは波のガイド表面においてインプレ
ーン及びアウトオブプレーン置換を有している。アウト
オブプレーン置換は材料の外への長さ方向波を発生さ
せ、そしてこれは波ガイドの外にエネルギーを運ぶもの
であるため、アウトオブプレーン置換の量は、このモー
ドがどのように「洩れやすい」かを規定するものであ
る。この特色は、不良燃料棒管がその中に水を有してい
るために燃料棒が不良であるという用途においては特に
重要である。こうして、不良の、又は割れ目のある燃料
棒に関しては、クラッディング管の内面へ洩れやすいモ
ードを選定することは、そのような不良の検出を可能と
するものである。この理由は、水は急速に音場を減衰さ
せ、これが水の存在を表すからである。割れ目のあるク
ラッディング管を持っていない燃料棒の検査のために、
クラッディング管の内側及び外側表面の両方で漏れのな
いモードを選択することが必要である。
【００２１】ガイド波伝搬の理論的なモデル化は、結果
として散乱曲線および、波の伝搬を説明する波の構造図
となる。図２に示される位相速度散乱曲線は、標準的に
ガイド０波のための基準を発生させるのに用いられる。
斜め入射発生の場合には、スネルの法則 Sinθｉ／V
Plexi=Sin90/VPhase によって、位相速度は単純に入射
の角度に関連している。グループ速度散乱曲線は図３に
示されており、そして発生されたガイド波モードの伝搬
速度が提供されている。
として散乱曲線および、波の伝搬を説明する波の構造図
となる。図２に示される位相速度散乱曲線は、標準的に
ガイド０波のための基準を発生させるのに用いられる。
斜め入射発生の場合には、スネルの法則 Sinθｉ／V
Plexi=Sin90/VPhase によって、位相速度は単純に入射
の角度に関連している。グループ速度散乱曲線は図３に
示されており、そして発生されたガイド波モードの伝搬
速度が提供されている。
【００２２】上に提示したように、斜め入射によるガイ
ド波も含めて、長さ方向波励起は長さ方向波トランスジ
ューサを、プラスチックくさびを用いて入射角度を通し
て燃料棒クラッディング管に結合させることにより達成
される。プラスチックくさびに関するスネルの法則によ
って支配されている特有の位相速度が発生される。その
ため、特定の位相速度励起領域をとらえるモードが発生
されることができる。図４Ａはこの方法に関する励起領
域を示している。
ド波も含めて、長さ方向波励起は長さ方向波トランスジ
ューサを、プラスチックくさびを用いて入射角度を通し
て燃料棒クラッディング管に結合させることにより達成
される。プラスチックくさびに関するスネルの法則によ
って支配されている特有の位相速度が発生される。その
ため、特定の位相速度励起領域をとらえるモードが発生
されることができる。図４Ａはこの方法に関する励起領
域を示している。
【００２３】対象物内にガイド波を導き入れる第２の方
法は、「櫛形」方法である。櫛形トランスジューサはガ
イド波を発生させるための接触型トランスジューサであ
って、そしてその特性は櫛形素子の間隔と厚さで決定さ
れる。この方法においては、励起は、励起されるモード
の波長に等しい空間的周期を持つ通常の励起の周期的な
配分（図５）によって達成される。斜め入射方法（図４
Ａ）におけるような水平励起領域の代わりに、励起は原
点を通る直線の形態（図４Ｂ）となっている。その直線
は y=mx の形であり、ここで y=Vphase,X=fd であり、
そして m=s/d であって、さらに Vphase=fλ＝fs=(s/d)
fd であり s は櫛間隔である。図４Ｂはこの方法に関す
る位相速度励起領域のグラフ的な表現である。
法は、「櫛形」方法である。櫛形トランスジューサはガ
イド波を発生させるための接触型トランスジューサであ
って、そしてその特性は櫛形素子の間隔と厚さで決定さ
れる。この方法においては、励起は、励起されるモード
の波長に等しい空間的周期を持つ通常の励起の周期的な
配分（図５）によって達成される。斜め入射方法（図４
Ａ）におけるような水平励起領域の代わりに、励起は原
点を通る直線の形態（図４Ｂ）となっている。その直線
は y=mx の形であり、ここで y=Vphase,X=fd であり、
そして m=s/d であって、さらに Vphase=fλ＝fs=(s/d)
fd であり s は櫛間隔である。図４Ｂはこの方法に関す
る位相速度励起領域のグラフ的な表現である。
【００２４】発生のためのいずれかの方法が割れ目また
は腐食、すり減りまたは欠陥によるクラッディング管の
不良の検出のような、欠点検出のために用いられるとし
ても、櫛形トランスジューサはより低いプロフィール設
計で製作することができるため、それらは燃料組立を分
解する必要なしで燃料組立内の燃料棒のクラッディング
管内にガイド波を発生させるために、燃料棒間の狭いス
ペースの間の燃料組立内へのアクセスを得る理由を提供
できる。櫛形トランスジューサは種々の材料厚さ及び特
性において望ましいモードを発生させるために、種々の
間隔の程度及び素子厚さで製造することができる。
は腐食、すり減りまたは欠陥によるクラッディング管の
不良の検出のような、欠点検出のために用いられるとし
ても、櫛形トランスジューサはより低いプロフィール設
計で製作することができるため、それらは燃料組立を分
解する必要なしで燃料組立内の燃料棒のクラッディング
管内にガイド波を発生させるために、燃料棒間の狭いス
ペースの間の燃料組立内へのアクセスを得る理由を提供
できる。櫛形トランスジューサは種々の材料厚さ及び特
性において望ましいモードを発生させるために、種々の
間隔の程度及び素子厚さで製造することができる。
【００２５】櫛形トランスジューサの１つの利点は、こ
れが比較的薄く、そしてそれでもその特性を維持するよ
うに作ることができると言うことである。その小さな厚
さによって、櫛形トランスジューサはガイド波を組立内
の燃料棒内に導くための最善の実際的な方法となる。組
立内の燃料棒を試験するために、内部の棒を試験するた
めにはトランスジューサは（燃料棒からガイド管への
０．７２インチまたは１．９ｍｍの）小さなギャップ間
を通過しなければならない。
れが比較的薄く、そしてそれでもその特性を維持するよ
うに作ることができると言うことである。その小さな厚
さによって、櫛形トランスジューサはガイド波を組立内
の燃料棒内に導くための最善の実際的な方法となる。組
立内の燃料棒を試験するために、内部の棒を試験するた
めにはトランスジューサは（燃料棒からガイド管への
０．７２インチまたは１．９ｍｍの）小さなギャップ間
を通過しなければならない。
【００２６】櫛形トランスジューサはクラッディング管
内面及び外面の両方から「洩れない」、すなわちそのガ
イド波がクラッディング壁内に留まるような、長さ方向
位相速度を持つガイド波を燃料棒クラッディング内に発
生するように設計されている。このことは、最大感度及
び最少減衰を提供する。トランスジューサ動作周波数は
望ましい検査ポイント（普通は可能なトランスジューサ
提示パスに１３５°となる）において最大となるような
円周的音場強度を発生するように選択されている。トラ
ンスジューサパラメータ（動作周波数、櫛形トランスジ
ューサの「歯」間距離等）は、実際的に望まれるどのよ
うな検査ポイント（すなわち燃料棒に沿った軸的位置）
においても音場を生じるように変更されることが可能で
ある。
内面及び外面の両方から「洩れない」、すなわちそのガ
イド波がクラッディング壁内に留まるような、長さ方向
位相速度を持つガイド波を燃料棒クラッディング内に発
生するように設計されている。このことは、最大感度及
び最少減衰を提供する。トランスジューサ動作周波数は
望ましい検査ポイント（普通は可能なトランスジューサ
提示パスに１３５°となる）において最大となるような
円周的音場強度を発生するように選択されている。トラ
ンスジューサパラメータ（動作周波数、櫛形トランスジ
ューサの「歯」間距離等）は、実際的に望まれるどのよ
うな検査ポイント（すなわち燃料棒に沿った軸的位置）
においても音場を生じるように変更されることが可能で
ある。
【００２７】管内においては、軸対称の、及び非軸対称
の、両方のガイド波が伝搬できる。軸対称ガイド波は、
分子運動が長さ方向及び放射方向においてのみ行われ、
そして管の周囲には一様なストレス及び分子運動の配分
を持つモードとして考えられている。これは十分に取り
囲んだ櫛形トランスジューサを用いることによって達成
される。非軸対称ガイド波は、分子運動への長さ方向及
び放射コンポーネントと共にねじれコンポーネントを有
しており、管の周囲には一様ではないストレス及び分子
運動の配分を有している。
の、両方のガイド波が伝搬できる。軸対称ガイド波は、
分子運動が長さ方向及び放射方向においてのみ行われ、
そして管の周囲には一様なストレス及び分子運動の配分
を持つモードとして考えられている。これは十分に取り
囲んだ櫛形トランスジューサを用いることによって達成
される。非軸対称ガイド波は、分子運動への長さ方向及
び放射コンポーネントと共にねじれコンポーネントを有
しており、管の周囲には一様ではないストレス及び分子
運動の配分を有している。
【００２８】櫛形トランスジューサを利用する２つの検
査モード、すなわち「ロードされた」及び「部分ロード
された」モードである。ロードされた用途においては、
トランスジューサは十分にクラッディング管（又は蒸気
発生管のような用途では内径）の燃料棒（すなわち外側
表面）の外側表面を取り囲んでいる。これはトランスジ
ューサが管において両方向に（すなわち軸的に、及び円
周的に）移動する一様な（軸対称の）音場を発生する最
適試験であり、最大感度が得られる。部分ロードされた
試験においては、トランスジューサの１つのセグメント
だけが試験対象物に接触している。これは最適ではない
が、管に沿って円周的に、そして軸的に、非軸対称の音
場を発生させる。あらゆる特定場所における音場の非一
様性のために、この非軸対称音場は制限された検査値を
有している。核燃料組立内の燃料棒への接近が極めて制
限されているため、非軸対称波を発生させる櫛形トラン
スジューサの一部のような、部分ロードされた源だけが
使用可能である。これは、トランスジューサの物理的特
性（例えば櫛の歯の数、ロードエリア等）と基本周波数
パラメータは望ましい場所において最大音場を発生する
ように最適化されることができるため、問題とはならな
い。音場の場所及び強度の変化は周波数変化に対して最
も敏感である。
査モード、すなわち「ロードされた」及び「部分ロード
された」モードである。ロードされた用途においては、
トランスジューサは十分にクラッディング管（又は蒸気
発生管のような用途では内径）の燃料棒（すなわち外側
表面）の外側表面を取り囲んでいる。これはトランスジ
ューサが管において両方向に（すなわち軸的に、及び円
周的に）移動する一様な（軸対称の）音場を発生する最
適試験であり、最大感度が得られる。部分ロードされた
試験においては、トランスジューサの１つのセグメント
だけが試験対象物に接触している。これは最適ではない
が、管に沿って円周的に、そして軸的に、非軸対称の音
場を発生させる。あらゆる特定場所における音場の非一
様性のために、この非軸対称音場は制限された検査値を
有している。核燃料組立内の燃料棒への接近が極めて制
限されているため、非軸対称波を発生させる櫛形トラン
スジューサの一部のような、部分ロードされた源だけが
使用可能である。これは、トランスジューサの物理的特
性（例えば櫛の歯の数、ロードエリア等）と基本周波数
パラメータは望ましい場所において最大音場を発生する
ように最適化されることができるため、問題とはならな
い。音場の場所及び強度の変化は周波数変化に対して最
も敏感である。
【００２９】燃料棒クラッディング内における不良及び
割れ目を検出するために核燃料棒を検査する方法は、部
分ロードされた、トーンバースト活性された櫛形トラン
スジューサの使用を含んでいる。このトランスジューサ
は燃料組立の棒から棒へのギャップを通過する。櫛のギ
ャップと厚さを選択することにより、トランスジューサ
は燃料棒に沿った特定の軸及び円周距離において１つの
音場強度を発生する。特定の場合には、利用できるプロ
ーブのエントリパスに対するスプリング場所を考慮し
て、音のエントリポイントに対して円周距離が９０°と
なるように選択される。
割れ目を検出するために核燃料棒を検査する方法は、部
分ロードされた、トーンバースト活性された櫛形トラン
スジューサの使用を含んでいる。このトランスジューサ
は燃料組立の棒から棒へのギャップを通過する。櫛のギ
ャップと厚さを選択することにより、トランスジューサ
は燃料棒に沿った特定の軸及び円周距離において１つの
音場強度を発生する。特定の場合には、利用できるプロ
ーブのエントリパスに対するスプリング場所を考慮し
て、音のエントリポイントに対して円周距離が９０°と
なるように選択される。
【００３０】核燃料棒クラッディング管における場合の
ように、試験対象物の特性が一定であるときには、音場
特性は強度に周波数に依存している。この試験技術の効
果をさらに増加させるため、トーンバースト励起は特定
の周波数帯域を「スイープ」して、検査されている燃料
棒の周りにおいて音場が強度において円周的に変化する
ようにさせる。トランスジューサ励起源としてスイーブ
される周波数のトーンバースト発生器を使用すること
は、完全に周囲を取り囲む櫛形トランスジューサから軸
対称波を発生させる必要なく、１つの場所から検査され
るべきスペーサセル内の燃料棒の全体領域の試験を可能
とする。そのような十分に取り囲む櫛形トランスジュー
サは、取り囲む形の櫛形トランスジューサを通して燃料
棒を設置するには、燃料組立の分解を必要とする。燃料
棒クラッディング内の欠陥はガイド波信号の一部に反映
される。この信号は櫛形トランスジューサ開口によって
パルスエコーモードで受け取られる。反射された信号の
振幅は欠陥の表面エリアに比例する。こうして、スイー
ブされた周波数の使用は、このスイーブ周波数による音
場変化によって、燃料棒の完全な３６０°を音場が検査
することを可能とする。
ように、試験対象物の特性が一定であるときには、音場
特性は強度に周波数に依存している。この試験技術の効
果をさらに増加させるため、トーンバースト励起は特定
の周波数帯域を「スイープ」して、検査されている燃料
棒の周りにおいて音場が強度において円周的に変化する
ようにさせる。トランスジューサ励起源としてスイーブ
される周波数のトーンバースト発生器を使用すること
は、完全に周囲を取り囲む櫛形トランスジューサから軸
対称波を発生させる必要なく、１つの場所から検査され
るべきスペーサセル内の燃料棒の全体領域の試験を可能
とする。そのような十分に取り囲む櫛形トランスジュー
サは、取り囲む形の櫛形トランスジューサを通して燃料
棒を設置するには、燃料組立の分解を必要とする。燃料
棒クラッディング内の欠陥はガイド波信号の一部に反映
される。この信号は櫛形トランスジューサ開口によって
パルスエコーモードで受け取られる。反射された信号の
振幅は欠陥の表面エリアに比例する。こうして、スイー
ブされた周波数の使用は、このスイーブ周波数による音
場変化によって、燃料棒の完全な３６０°を音場が検査
することを可能とする。
【００３１】別の方法においては、櫛形トランスジュー
サはスペーサの上又は下の特定距離において、燃料棒間
のスペース内に挿入される。トランスジューサは繰り返
しレートにおいてパルスを発生する。トランスジューサ
が燃料棒に対して通常に位置している時には、燃料棒上
に最大ロードが達成され、注入された信号は燃料棒を上
方及び下方に移動して、トランスジューサの物理的特性
によって決められるような（単数又は複数の）望ましい
検査ポイントにおいて音場強度を発生する。燃料棒クラ
ッディング管内で発生されたガイド波は洩れのないもの
であるため、これはクラッディング壁の内部だけのすり
減り、欠陥又は他の変化に最も敏感である。音波の１部
分は、例えば腐食マークによって生じるような、壁から
壁への厚さにおける何らかの変化によって反射される。
この反射された信号は送信用トランスジューサによって
受け取られ、そして超音波計器に送信されて、そこで処
理される。トランスジューサは次に、データが各燃料棒
から収集されるまでの間は組立を通って位置決めを継続
する。組立内の各燃料棒はこの方法で検査される。
サはスペーサの上又は下の特定距離において、燃料棒間
のスペース内に挿入される。トランスジューサは繰り返
しレートにおいてパルスを発生する。トランスジューサ
が燃料棒に対して通常に位置している時には、燃料棒上
に最大ロードが達成され、注入された信号は燃料棒を上
方及び下方に移動して、トランスジューサの物理的特性
によって決められるような（単数又は複数の）望ましい
検査ポイントにおいて音場強度を発生する。燃料棒クラ
ッディング管内で発生されたガイド波は洩れのないもの
であるため、これはクラッディング壁の内部だけのすり
減り、欠陥又は他の変化に最も敏感である。音波の１部
分は、例えば腐食マークによって生じるような、壁から
壁への厚さにおける何らかの変化によって反射される。
この反射された信号は送信用トランスジューサによって
受け取られ、そして超音波計器に送信されて、そこで処
理される。トランスジューサは次に、データが各燃料棒
から収集されるまでの間は組立を通って位置決めを継続
する。組立内の各燃料棒はこの方法で検査される。
【００３２】超音波試験器は、トーンバーストまたはシ
ョック励起のいずれであっても良い（全ての試験はトー
ンバーストによって実行された）。位置決め装置は水面
下で使用される標準的なＸ−Ｙテーブルであることがで
きる。
ョック励起のいずれであっても良い（全ての試験はトー
ンバーストによって実行された）。位置決め装置は水面
下で使用される標準的なＸ−Ｙテーブルであることがで
きる。
【００３３】ガイド波を用いた不良燃料棒検出 （上に説明された）ガイド波の使用は、超音波技術が燃
料棒内の水を検出できる可能性を著しく拡大する。上に
示された本発明の実施例においては、水が急速に音場を
減衰させるので、周波数は音がクラッディング管表面の
外側又は内側のいずれにも「洩れやすく」ないことを確
実とするように故意に選択される。この実施例において
は、周波数は、波が主としてクラッディング管の内側壁
に洩れるように選択される。この方法によって、何らか
の水は急速に音場を減衰させ、そして「空気」ではな
く、（音響インピーダンスで異なっている）水の存在を
表す。
料棒内の水を検出できる可能性を著しく拡大する。上に
示された本発明の実施例においては、水が急速に音場を
減衰させるので、周波数は音がクラッディング管表面の
外側又は内側のいずれにも「洩れやすく」ないことを確
実とするように故意に選択される。この実施例において
は、周波数は、波が主としてクラッディング管の内側壁
に洩れるように選択される。この方法によって、何らか
の水は急速に音場を減衰させ、そして「空気」ではな
く、（音響インピーダンスで異なっている）水の存在を
表す。
【００３４】燃料棒クラッディング管におけるすり減
り、欠陥または他の変化を検出するための燃料棒検査に
ガイド波を使用する技術は、本発明によって、不良の燃
料検出にも拡張することができる。燃料棒内の水は不良
の表示器でもあるため、注入された信号がクラッド−水
インターフェースによつてクラッディング管内側壁上で
「洩れやすく」（容易に減衰する）なるように櫛形トラ
ンスジューサの動作特性を変化させることができる。第
２に、（櫛形又は非櫛形の）受信用トランスジューサ
が、付加的に使用されるように用いられることもでき、
そしてこれは送信用トランスジューサに対して燃料棒の
同じ側、または反対側の、いずれにも位置することがで
きる。受信された信号の振幅は燃料棒の音特性を表して
いる。高い振幅の信号は燃料棒内に何の水もないことを
表している。そうでなければ、単独プローブトランスジ
ューサが、燃料棒下方端キャップからのガイド波の反射
の振幅を評価するために用いられる。反射された波の高
い振幅は、この燃料棒が不良ではないことを表してい
る。
り、欠陥または他の変化を検出するための燃料棒検査に
ガイド波を使用する技術は、本発明によって、不良の燃
料検出にも拡張することができる。燃料棒内の水は不良
の表示器でもあるため、注入された信号がクラッド−水
インターフェースによつてクラッディング管内側壁上で
「洩れやすく」（容易に減衰する）なるように櫛形トラ
ンスジューサの動作特性を変化させることができる。第
２に、（櫛形又は非櫛形の）受信用トランスジューサ
が、付加的に使用されるように用いられることもでき、
そしてこれは送信用トランスジューサに対して燃料棒の
同じ側、または反対側の、いずれにも位置することがで
きる。受信された信号の振幅は燃料棒の音特性を表して
いる。高い振幅の信号は燃料棒内に何の水もないことを
表している。そうでなければ、単独プローブトランスジ
ューサが、燃料棒下方端キャップからのガイド波の反射
の振幅を評価するために用いられる。反射された波の高
い振幅は、この燃料棒が不良ではないことを表してい
る。
【００３５】燃料棒のクラッディング管が不良であるか
どうかを決定する上での、従来の超音波技術を越える本
発明の利点は、より広いエリアのクラッディング管内側
壁が水の存在を審査できることであり、これは不良を検
出するのに、よりふさわしいものである。従来技術の超
音波方法は、最善の場合でも０．０６０から０．１００
平方インチ（すなわち軸高で０．１インチ）の、燃料棒
の極めて小さな部分を試験するだけであった。従来技術
においては、完全な円周走査に関しては０．０３０から
０．１２平方インチの単に１つのスポットを審査でき
た。本発明は、燃料棒の６インチの軸高にわたって燃料
クラッディング管内側壁エリアの試験を可能とする。こ
れは不良燃料棒内の水を積極的に検出する可能性を著し
く増加させる。櫛形トランスジューサは単に部分的にロ
ードされて、非軸対称音場を発生させ、この音がトラン
スジューサの位置から燃料棒の終端キャップまで燃料棒
内を移動するため、審査されるクラッディング管内側壁
のエリアが少なくとも１桁増加する。
どうかを決定する上での、従来の超音波技術を越える本
発明の利点は、より広いエリアのクラッディング管内側
壁が水の存在を審査できることであり、これは不良を検
出するのに、よりふさわしいものである。従来技術の超
音波方法は、最善の場合でも０．０６０から０．１００
平方インチ（すなわち軸高で０．１インチ）の、燃料棒
の極めて小さな部分を試験するだけであった。従来技術
においては、完全な円周走査に関しては０．０３０から
０．１２平方インチの単に１つのスポットを審査でき
た。本発明は、燃料棒の６インチの軸高にわたって燃料
クラッディング管内側壁エリアの試験を可能とする。こ
れは不良燃料棒内の水を積極的に検出する可能性を著し
く増加させる。櫛形トランスジューサは単に部分的にロ
ードされて、非軸対称音場を発生させ、この音がトラン
スジューサの位置から燃料棒の終端キャップまで燃料棒
内を移動するため、審査されるクラッディング管内側壁
のエリアが少なくとも１桁増加する。
【００３６】本発明の別の方法によれば、櫛形トランス
ジューサは燃料組立の最下方スペーサの上のスパンの中
央に置かれ、これは超音波ガイド波を送信する。送信さ
れたガイド波は降下移動し、そして検査される燃料棒の
下方端キャップ溶接部で反射され、そして反射された超
音波信号は櫛形トランスジューサによって受け取られ、
ここにおいて反射された信号の振幅が燃料棒内の水を表
すものとなる。
ジューサは燃料組立の最下方スペーサの上のスパンの中
央に置かれ、これは超音波ガイド波を送信する。送信さ
れたガイド波は降下移動し、そして検査される燃料棒の
下方端キャップ溶接部で反射され、そして反射された超
音波信号は櫛形トランスジューサによって受け取られ、
ここにおいて反射された信号の振幅が燃料棒内の水を表
すものとなる。
【００３７】本発明の別の特色によれば、核燃料棒すり
減り又は燃料棒不良を検出するための装置が備えられ、
この装置にはガイド波を発生させる「櫛」形超音波トラ
ンスジューサと、超音波試験器と、そしてトランスジュ
ーサ位置決め装置とが含まれている。さらに特定すれ
ば、櫛形トランスジューサは搬送装置上に取り付けら
れ、Ｘ−Ｙテーブルがトランスジューサを燃料組立内に
位置決めし、そして燃料棒から受け取られた超音波信号
を超音波欠点検出器が受け取り、そして表示する。スイ
ーブ周波数発生器はトランスジューサを駆動し、そして
電力増幅器がスイーブ周波数発生器の出力を増幅する。
減り又は燃料棒不良を検出するための装置が備えられ、
この装置にはガイド波を発生させる「櫛」形超音波トラ
ンスジューサと、超音波試験器と、そしてトランスジュ
ーサ位置決め装置とが含まれている。さらに特定すれ
ば、櫛形トランスジューサは搬送装置上に取り付けら
れ、Ｘ−Ｙテーブルがトランスジューサを燃料組立内に
位置決めし、そして燃料棒から受け取られた超音波信号
を超音波欠点検出器が受け取り、そして表示する。スイ
ーブ周波数発生器はトランスジューサを駆動し、そして
電力増幅器がスイーブ周波数発生器の出力を増幅する。
【００３８】試験結果 非軸対称ガイド波を燃料棒管サンプル内に発生させるた
めのトーンバースト装置及び可変角度トランスジューサ
を用いて実験が行われた。トーンバースト装置は高電
圧、ゲートされた、正弦波パルスを提供して、狭い周波
数スペクトルでトランスジューサを駆動する。この狭い
スペクトルは、散乱曲線から単独のモードを選択するこ
とを可能とする点で特に重要である。トランスジューサ
の周波数は散乱曲線の異なる部分が励起されるように変
化させることができる。
めのトーンバースト装置及び可変角度トランスジューサ
を用いて実験が行われた。トーンバースト装置は高電
圧、ゲートされた、正弦波パルスを提供して、狭い周波
数スペクトルでトランスジューサを駆動する。この狭い
スペクトルは、散乱曲線から単独のモードを選択するこ
とを可能とする点で特に重要である。トランスジューサ
の周波数は散乱曲線の異なる部分が励起されるように変
化させることができる。
【００３９】これらの試験においては、欠陥、接合又は
すり減りを持つ核燃料棒クラッディング管のセグメント
が、いずれか一方の、または両方の末端において栓詰め
され、そして水槽内に沈められる。モードは実験及び散
乱曲線から得られる理論によって選択される。全ての欠
陥サンプルに感応する、そして適切な信号対雑音比を持
つモードが、それらの試験から決められる。最初に、３
次の、５．１８ＭＨｚ周波数における非軸対称モード
が、この検査を実施する上で適切な感度及び信号対雑音
比を持つものとして見いだされた。３インチの、そして
欠陥位置に対して３０度のトランスジューサによる実験
結果が、図６に示されており、ここにおいて欠陥が検出
されている。図６においては、０．２５インチの欠陥に
関してクラッディング管は外部と同様、内部も水に浸さ
れていた。
すり減りを持つ核燃料棒クラッディング管のセグメント
が、いずれか一方の、または両方の末端において栓詰め
され、そして水槽内に沈められる。モードは実験及び散
乱曲線から得られる理論によって選択される。全ての欠
陥サンプルに感応する、そして適切な信号対雑音比を持
つモードが、それらの試験から決められる。最初に、３
次の、５．１８ＭＨｚ周波数における非軸対称モード
が、この検査を実施する上で適切な感度及び信号対雑音
比を持つものとして見いだされた。３インチの、そして
欠陥位置に対して３０度のトランスジューサによる実験
結果が、図６に示されており、ここにおいて欠陥が検出
されている。図６においては、０．２５インチの欠陥に
関してクラッディング管は外部と同様、内部も水に浸さ
れていた。
【００４０】付加的な結果が図７〜図２６に示されてお
り、これらは検出感度上の非軸対称モードの影響を示す
ものである。これらの結果は、３７度の発生角度及び
４．６７ＭＨｚに関するものである。全ての波形は０．
０１０インチの欠陥に関するものである。図７〜図２１
はトランスジューサが欠陥から長さ方向的に（すなわち
軸的に）次第に離れる時の感度の変化を示している。図
２２〜図２６はトランスジューサが単独の長さ方向位置
にあって管の周りを次第に円周的に進んだ時の感度にお
ける変化を示している。
り、これらは検出感度上の非軸対称モードの影響を示す
ものである。これらの結果は、３７度の発生角度及び
４．６７ＭＨｚに関するものである。全ての波形は０．
０１０インチの欠陥に関するものである。図７〜図２１
はトランスジューサが欠陥から長さ方向的に（すなわち
軸的に）次第に離れる時の感度の変化を示している。図
２２〜図２６はトランスジューサが単独の長さ方向位置
にあって管の周りを次第に円周的に進んだ時の感度にお
ける変化を示している。
【００４１】これまでの説明及び図面が本発明の望まし
い実施例を表しているとしても、種々の変化及び変更が
本発明の真の精神及び範囲から離れることなく行いうる
ものであることは、当業技術者にとっては明らかであろ
う。
い実施例を表しているとしても、種々の変化及び変更が
本発明の真の精神及び範囲から離れることなく行いうる
ものであることは、当業技術者にとっては明らかであろ
う。
【図１】プレキシガラスくさび上の斜め入射、長さ方向
波トランスジューサを用いた、ガイド波の励起を描いた
図である。
波トランスジューサを用いた、ガイド波の励起を描いた
図である。
【図２】ジルコニウム合金管に関する位相速度散乱曲線
を描いた図である。
を描いた図である。
【図３】ジルコニウム合金管に関するグループ速度散乱
曲線を描いた図である。
曲線を描いた図である。
【図４】ガイド波が斜め入射、長さ方向波励起によって
誘起されたときの、位相速度励起領域をグラフ的に表現
した図（Ａ）であり、そしてガイド波が、励起されたモ
ードである「櫛形」方法の波長に等しい空間的周期をも
つ、通常の励起の周期的な配分によって誘起されたとき
の、位相速度励起領域をグラフ的に表現した図（Ｂ）で
ある。
誘起されたときの、位相速度励起領域をグラフ的に表現
した図（Ａ）であり、そしてガイド波が、励起されたモ
ードである「櫛形」方法の波長に等しい空間的周期をも
つ、通常の励起の周期的な配分によって誘起されたとき
の、位相速度励起領域をグラフ的に表現した図（Ｂ）で
ある。
【図５】櫛形励起及び、空間的周期と波長との関係を描
いた図である。
いた図である。
【図６】その内部に水を持つクラッディング管のセグメ
ントの実験的な試験結果を示す図である。
ントの実験的な試験結果を示す図である。
【図７】それらの内部に水を持つ他のクラッディング管
のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図８】それらの内部に水を持つ他のクラッディング管
のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図９】それらの内部に水を持つ他のクラッディング管
のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１０】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１１】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１２】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１３】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１４】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１５】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１６】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１７】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１８】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図１９】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図２０】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図２１】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図２２】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図２３】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図２４】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図２５】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
【図２６】それらの内部に水を持つ他のクラッディング
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
管のセグメントの実験的試験結果を示す図である。
Claims (17)
- 【請求項１】 核燃料組立は空間的に離れた平行な複数
核燃料棒の１つのアレーを有し、 核燃料棒は圧縮できる液体内に浸されており、 核燃料棒は核燃料の内部コアを取り囲むクラッディング
管を有し、 前記クラッディング管は内側壁を有する、 核燃料組立内の核燃料棒の超音波検査のための方法にお
いて、 クラッディング管内に超音波ガイド波を送信する段階
と、 クラッディング管からの反射された超音波を検出する段
階とを含み、 この反射された超音波ガイド波は燃料棒内の水の存在を
表示し、そしてクラッディング管の壁の完全性における
割れ目を表す、ことを特徴とする核燃料棒の超音波検査
のための方法。 - 【請求項２】 超音波ガイド波を送信するための段階が
櫛形トランスジューサよるものである、請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 クラッディング管から反射された超音波
ガイド波を検出する段階が受信用トランスジューサによ
るものである、請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 櫛形トランスジューサによって送信され
る超音波ガイド波がクラッディング管内側壁に洩れやす
い、請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 超音波ガイド波が非軸対称である、請求
項４記載の方法。 - 【請求項６】 超音波ガイド波が部分的にロードされた
櫛形トランスジューサによって送信される、請求項５記
載の方法。 - 【請求項７】 超音波ガイド波が櫛形トランスジューサ
によって送信されるスイープされた周波数のトーンバー
スト信号である、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 クラッディング管から反射された超音波
ガイド波を検出する段階が超音波欠点検出器によって実
行される、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 核燃料組立は空間的に離れた平行な複数
核燃料棒の１つのアレーを有し、 核燃料棒は圧縮できる液体内に浸されており、 核燃料棒は核燃料の内部コアを取り囲むクラッディング
管を有し、 前記クラッディング管は内側壁を有する、 核燃料組立内の核燃料棒の超音波検査のための方法にお
いて、 クラッディング管内に超音波ガイド波を送信する段階を
含み、 クラッディング管は超音波ガイド波を内側壁から内部コ
ア内に洩れさせ、 クラッディング管から反射された超音波を検出する段階
を含み、 その反射された超音波ガイド波は燃料棒における水の存
在を表示し、そしてクラッディング管の壁の完全性にお
ける割れ目を表す、ことを特徴とする核燃料棒の超音波
検査のための方法。 - 【請求項１０】 超音波ガイド波を送信する段階が櫛形
トランスジューサによるものである、請求項９記載の方
法。 - 【請求項１１】 クラッディング管から反射された超音
波ガイド波を検出するための段階が、受信用トランスジ
ューサによるものである、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 超音波ガイド波が非軸対称である、請
求項１０記載の方法。 - 【請求項１３】 超音波ガイド波が部分的にロードされ
た櫛形トランスジューサによって送信される、請求項１
２記載の方法。 - 【請求項１４】 超音波ガイド波が櫛形トランスジュー
サによって送信されるスイープされた周波数のトーンバ
ースト信号である、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 クラッディング管から反射された超音
波ガイド波を検出する段階が、超音波欠点検出器によっ
て実行される、請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 核燃料組立は空間的に離れた平行な複
数核燃料棒の１つのアレーを有し、 核燃料棒は圧縮できる液体内に浸されており、 核燃料棒は核燃料の内部コアを取り囲むクラッディング
管を有し、 前記クラッディング管は内側壁を有する、 核燃料組立内の核燃料棒の超音波検査のための装置にお
いて、 超音波ガイド波をクラッディング管内に送信するための
１つの櫛形超音波トランスジューサと、 クラッディング管から反射された超音波を受信するため
の１つの超音波試験器とを含み、 その反射された超音波ガイド波は燃料棒内における水の
存在を表示し、 燃料組立内にトランスジューサを位置決めするためのト
ランスジューサ位置決め部分とを含む、 ことを特徴とする核燃料棒の超音波検査のための装置。 - 【請求項１７】 核燃料組立は複数のスペーサグリッド
を有し、 スペーサグリッドを通して燃料棒が通過して空間的に離
れた平行な核燃料棒のアレーとなり、 核燃料棒は圧縮できる液体内に浸されており、 核燃料棒は核燃料の内部コアを取り囲むクラッディング
管を有し、 前記クラッディング管は内側壁を有する、 核燃料組立内の核燃料棒の超音波検査のための方法にお
いて、 （ａ）櫛形トランスジューサを、最下部スペーサと隣接
スペーサと最下部スペーサの上との間のスパンの内部に
位置決めする段階と、 （ｂ）超音波ガイド波をクラッディング管内に送信する
段階と、 ここにおいて、そのガイド波はクラッディングを降下移
動して、そして燃料棒の下方端キャップで反射され、 （ｃ）燃料棒の下方端キャップから反射された超音波を
検出する段階とを含み、 ここにおいて、反射された超音波の振幅が燃料棒内にお
ける水の存在を表す、ことを特徴とする核燃料棒の超音
波検査のための方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US2147098A | 1998-02-10 | 1998-02-10 | |
| US09/021470 | 1998-02-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11281631A true JPH11281631A (ja) | 1999-10-15 |
Family
ID=21804423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11031500A Pending JPH11281631A (ja) | 1998-02-10 | 1999-02-09 | 核燃料棒の超音波検査のための方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0936630A1 (ja) |
| JP (1) | JPH11281631A (ja) |
| KR (1) | KR19990072516A (ja) |
| TW (1) | TW417113B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100480966B1 (ko) * | 2002-10-15 | 2005-04-07 | 학교법인 성균관대학 | 유도초음파 탐지를 통한 배관 파이프의 스케일 진단방법 및 장치 |
| JP2014160056A (ja) * | 2013-01-25 | 2014-09-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 検査方法および検査装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9208907B2 (en) * | 2012-11-13 | 2015-12-08 | Westinghouse Electric Company Llc | Method of validating nuclear reactor in-vessel detector output signals |
| US11270803B2 (en) * | 2017-03-09 | 2022-03-08 | Westinghouse Electric Company Llc | Single rod ultrasonic leak detection tool |
| JP7216884B2 (ja) * | 2019-02-28 | 2023-02-02 | 日本電信電話株式会社 | 反射波の評価方法 |
| CN110618200B (zh) * | 2019-08-28 | 2022-04-26 | 江苏大学 | 一种基于特征导波的焊缝缺陷检测阵列式传感器柔性探头 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2605962C2 (de) * | 1976-02-14 | 1982-05-06 | Brown Boveri Reaktor GmbH, 6800 Mannheim | Einrichtung zum Lokalisieren defekter Brennstabhüllrohre eines kompletten Brennelements |
| FR2454675A1 (fr) * | 1979-04-20 | 1980-11-14 | Framatome Sa | Procede de controle de crayons combustibles destines a des assemblages pour reacteur nucleaire et dispositif correspondant |
| FR2538155B1 (fr) * | 1982-12-17 | 1988-08-12 | Fragema Framatome & Cogema | Procede et dispositif de detection d'elements combustibles defectueux utilisant l'absorption ultrasonore |
| JPH03154861A (ja) * | 1989-11-14 | 1991-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波探傷方法および装置 |
-
1999
- 1999-02-03 EP EP99101619A patent/EP0936630A1/en not_active Withdrawn
- 1999-02-08 TW TW088101899A patent/TW417113B/zh not_active IP Right Cessation
- 1999-02-09 KR KR1019990004404A patent/KR19990072516A/ko active IP Right Grant
- 1999-02-09 JP JP11031500A patent/JPH11281631A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100480966B1 (ko) * | 2002-10-15 | 2005-04-07 | 학교법인 성균관대학 | 유도초음파 탐지를 통한 배관 파이프의 스케일 진단방법 및 장치 |
| JP2014160056A (ja) * | 2013-01-25 | 2014-09-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 検査方法および検査装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0936630A1 (en) | 1999-08-18 |
| KR19990072516A (ko) | 1999-09-27 |
| TW417113B (en) | 2001-01-01 |
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