JPS60114766A - 核燃料中のガドリニア含量の測定法 - Google Patents

核燃料中のガドリニア含量の測定法

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JPS60114766A
JPS60114766A JP22089383A JP22089383A JPS60114766A JP S60114766 A JPS60114766 A JP S60114766A JP 22089383 A JP22089383 A JP 22089383A JP 22089383 A JP22089383 A JP 22089383A JP S60114766 A JPS60114766 A JP S60114766A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉用の燃料ペレット中における可燃性毒物
の濃度を測定するための方法に関する。
更に詳しくは本発明は1強磁性不純物に起因する測定誤
差を、測定された高調波成分によって実質的に除去する
ことにより、二酸化ウラン(UOz )燃料ベレット中
のガドリニア(GdzOa)の含有t k 電磁的に測
定するための方法′に関する。
原子炉用の二酸化ウラン燃料ベレットは、可燃性毒物と
してのガドリニア’t o、 0 (重量)%から10
.0(重量)%まで含有することがある。かかるベレッ
トは、複数個が積重ねられたうえで例えばジルカロイ製
の管で被覆され、燃料棒として組立てられる。完成した
燃料棒は、相異なるガドリニア濃度を持つノ′こ帯載を
有することかあ一す、そのため完成後の燃料棒の内部に
ガドリニアが所定の濃度および分布状態で存在するかど
うかt非破壊検査で判定する方法が必要である。またガ
ドリニアを含まない燃料棒との識別を実施することは品
質管理上鷺めて重要で非破壊検査による判定が必要であ
る。
二酸化ウラン燃料ぺVットの磁化率はガドリニアの添加
に生って増大することが知られている。
磁気的にみれば二酸化ウランおよびガドリニアは常磁性
体であって、それぞれ8.7 A X 10−6ern
u/g、・Oe、 146.8 X 10”−7emu
/geneの磁化率を有している。ところで燃料ベレッ
トの加工に際しては、通常仕様匝とし゛CC500pp
程度の元素状鉄あるいは強磁性合金が不純物として尋人
されるのが通例であり、強磁性混在物の含量に比例した
磁比率が加わるため、ガドリニアの定量は面倒であった
この問題点にノ」して例えば特開昭53−95494号
公報には、燃料ベレットヲ強い直流ノ(イアス磁界中に
置き、強磁性混在物の磁気モーメントを飽和させること
によって二酸化ウラン燃料ベレット中のガドリニアのα
fI k電磁誘4I技術に基づいて非破壊的に測定する
方法が開示されている。この方法においては、燃料ぺV
ソトの軸方向位置に対する交流磁化率を測定することで
該燃料ベレット中の各位置におけるガドリニア含量を計
測するが、磁化率測定時に強磁性混在物を飽和させるた
めの直流バイアス磁界として少なくとも4KOeの強磁
界が必要であり、そのための励磁システムに多大な経済
的負担を余儀なくされ、また測定装置も大型化し、消費
電力も無視できなくなるなどの欠点が指摘された。
そこで本発明の主目的は、磁化率測定時に強い直流バイ
アス磁界を与えなくても強磁性混在物に起因する測定誤
差を実質的に除去することのできる電磁的なガドリニア
含量測定法を提供することである。
本発明の測定法は、二酸化ウラン、ガドリニアおよび強
磁性混在物を含んで成る原子炉用燃料ベレットのガドリ
ニア含量’tti、 II B’%導技術に基づいて燃
料ベレットの交流磁化率を測定することによりめるに際
し、前記強磁性混在物を飽和させない一様な低い交流磁
界を設定し、逆向きに直列接続された一対のコイルを前
記交流磁界中に配置し、前記一対のコイルのうちの一方
のコイルに前記燃料ベレットを電磁結合して、この燃料
べVットの電磁結合によって前記一方のコイル中に勇導
される交流不平衡電圧の基本波成分と高調波成分とをそ
れぞれ測定し、この測定された高調波成分によって前記
基本波成分から前記強磁性混在物に起因する測定誤差を
実質的に除去した形で前記ガドリニア含i’i求めるこ
とを基本的な特徴としている。
ひとつの実施態様において前記一対のコイルの各軸心は
前記交番磁界と平行に向けられ、ま大別の態様ではさら
に前記燃料ベレットが前記一方のコイルと互いの軸心を
平行にして電磁結合され。
この場合、好ましくは燃料ベレットが前記一方のコイル
内に同軸的に挿入される。
さらに別の態様において前記交流磁界は可聴周波数信号
で励磁コイル1Fよって発生さね、この場合好ましくは
前記励磁コイルとしてソレノイドコイルが用いられ、該
ソレノイドコイル内に前記一対のコイルが互いの軸心を
平行にして配置される。
燃料ベレットは殆んどの場合ジルカロイなどの非磁性か
つ導電性の被罹背内に複数個積重ねられた状態で収容さ
れており、この場合、前記可聴周波数信号の周波数は前
記管の肉厚よりも大きい透過度を生じるように選定され
る。
二酸化ウランやガドリニアなどの常磁性体を交流磁界中
の前記一方のコイルの近傍に置いて該一方のコイルと電
磁結合させると、この一方のコイルには交流磁界の基本
波(ω)による誘起電圧が誘導され、その値はよ冑され
る常磁性体の量にほぼ直線的々関係で依8する。一方、
燃料ベレット中に3まれるFeやNiなとの強磁性体は
その磁化特性にヒステリシス金もっているため、前記交
流磁界中での前記一方のコイルとの電磁結合により、該
コイル中に前記基本波(ω)以外にも高調波成分(2ω
3ω、・・・・・・・・・)を伴なった誘起電圧′f:
誘導し、この高調波成分の電圧値はや(はりベレット中
に貧有される強磁性体の址に依存する。
そこで前記一方の=1イルの誘起電圧をフーリエ解析し
て高調波成分の大きさを測定すれば強磁性混在物の含量
がまり請求めた強磁性混在物の含量から前記誘起電圧の
基本波成分中の強磁性体の寄与分が逆算できるので、基
本波成分に基づく測定値から高調波成分に基づく測定値
を差し引けば、主要な常磁性体すなわち二酸化ウランお
よびガドリニアの正味の誘起電圧値を知ることができ、
この正味の値によって燃料ベレット中のガドリニアの含
有率(濃度)を測定誤差な請求めることが可能である。
本発明の最大の特徴は、測定に際して強い直流バイアス
磁界をかける必要がないことであり、燃料ベレット中の
強磁性混和物を飽和させるほどに強い磁界は一切不要な
ことである。一般的に本発明の測定で要求される交流磁
界の強さは不純物、すなわち強磁性混在物として含量れ
るFeの化学形によって異なるが、測定に望ましい磁場
の強さは大略10〜3000 (Gauss)である。
交流磁界の周波数は磁界の試料への透過度に影響し、周
波数が低いほど透過度が太き(なる。燃料ペレットをジ
ルカロイ管に入れて測定を行なう場合にはペレットヲ裸
のままで測定する場合より大きな透過度が要求されるた
め周波数は低めに選定される。本発明では、現用燃料の
被覆管の肉厚(0,6〜0.9 mm ) f考慮して
交流磁界、従ってその励磁コイル(ソレノイドコイル)
の励磁電流の周波数は大略10〜1000(Hz)であ
れば充分測定可能である。尚、この場合、前記一方のコ
イルには被覆管自体による誘起電圧も生じるが、これは
燃料ペレットによる誘起電圧と位相が異なるため、その
分離は、公知の位相検波技術を利用して容易に可能であ
る。
本発明を実施例図面と共に詳述すれば、第1図には燃料
棒中のガドリニア含有率とその分布を測定するための本
発明による測定系の構成がブロック図の形成で示されて
いる。
第1図において、可聴周波数発振器(1)の出力を電力
増幅器(2)で増幅[7てソレノイドコイル(3)全励
磁し、該ソレノイドコイル(3)内にコイル軸心方向に
一様な交流磁界分生じるようになっている。この交流磁
界の周波数は発振器(1)の発振周波数で定まり、前述
のように10〜1000Hzの範囲内の一周波数に固定
されている。また交流磁界の強さは。
測定対象の燃料ベレット中の強磁性混在物の磁化が飽和
しない程度に選ばれ、こ机は通常、電力増幅器(2)の
利得調整により定められる。ソレノイドコイル(3)内
の交流磁界中には、面積・巻数値(Ni値)の等しい一
対のコイル(、i) (s)がそれらの軸心をソレノイ
ドコイル(3)の軸心と平行に向けて配置され、コイル
(4)と(5)は巻き方向が互いに逆向きになるように
直列接続されている。従ってコイル(4)と(5)とが
同じ交流磁界内にあって両コイル共に同一の電磁的条件
にある場合、両コイル(4) (5)は平衡しており、
これらコイル(4) (5)の直列接続体の両端には交
流磁界による誘起電圧は現れない。一対のコイル(4)
 (5)のうち一方のコイル(4)は検出用に用いられ
、他方のコイル(5)は上述の補償動作のための誘起電
圧打消用に用いられている。検出用のコイル(4)の近
傍に磁性物体装置いた場合、その透磁率に依存した電圧
がコイル(4)に誘起され、両コイルの直列接続体の平
衡が崩れて前置増幅器(6)に交流不平衡電圧が入力さ
れる。前置増幅器(6)の出力信号は位相ロック増幅器
(7)と高調波成分検出器(8)とに入力されている。
位相ロック増幅器(7)は、前置増幅器(6)の出力信
号と発振器(1)の可聴周波数信号とを入力に受けて、
前記前置増幅器(も)の出力信号中の基本波成分を検出
する。また高調波成分検出器(8)は前置増幅器(6)
の出力信号と発振器(1)の可聴周波数信号とを入力に
受けて、前記前置増幅器(6)の出力信号中の基本波成
分を除いた高調波成分を検出する。これら基本波成分と
高調波成分の検出は、発振器(1)からの可聴周波数信
号に基づいて所定の位相に固定されたまま行なわれ、こ
れにより検出用コイル(4)内に挿入されてzm結合さ
れる磁性物体すなわち燃料棒α埠の被覆管内の燃料ペレ
ットのみの交流磁化率の検出を果すようにしである。こ
のようtこして検出された基本波成分と高調波成分ハマ
イクロコンピュータ(9)vこ入力され、強磁性混在物
の寄与分の除去、二酸化ウラン含有率およびガドリニア
含有率への換算等のデータ処理が行なわれたのち記録計
αりで記録される。
以上の測定を、例えはジルカロイ製の被覆管内に燃料ベ
レソトヲ積重ねてなる燃料棒αρをコイル(4)内に挿
入して七の細心方向(X)に沿って相対移動させつつ、
図示しない位置検出手段によるX方向の位置検出と共に
行なうことで、燃料棒の長さ方向に関するガドリニア’
=ltの分布を同時に知ることができる。
第2図には1本発明に従って測定した結果の一例が示さ
れている。第2図の横軸は燃料棒0)の軸方向位置(p
x)、縦軸は強磁性混在物の寄与分を除去した二酸化ウ
ランおよびガドリニアの正味の濃度に対応した出力電圧
である。測定試料の燃料棒は軸方向中央部に6.0(重
量)%1両端部に0.0(Jljl)%のガドリニアを
含有しており、またこのときの交流磁界の強さは約15
00 Gaugeである。
第2図からは燃料ベレットのガドリニア含量と被覆管内
でのガドリニアの分布が一目で判別できる。
以上に述べたように本発明によれば強い磁界をかける必
要がなく、しかも強磁性混在物による測定誤差なしに燃
料中のガドリニアS量とその分布とを非破壊的に測定で
き、励磁装置も小屋のものですむという効果を奏し得る
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の測定法を実施するための測定系の構成
を示すブロック図、第2図は測定結果の一例を示す線図
である。 (1):可聴周波数発振器、(2):電力増幅器、(3
):ソレノイドコイル、(4) : 検出用コイル(一
方のコイル)、(5)、:打消用コイル、(6):前置
増幅器、(7)二位相ロック増幅器、(8):高周波成
分検出器、(9)二マイクロコンピュータ、αI:記録
計、<II):燃料棒。 代理人 弁理士 木 村 三 朗

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)二酸化ウラン、ガドリニアおよび強磁性混在物を
    含んで成る燃料ベレットのガドリニア含量を測定する方
    法において、前記強磁性混在物を飽和させない一様な低
    い交流磁界を設定し、逆向きに直列接続された一対のコ
    イルを前記交流磁界中に配置し、前記一対のコイルのう
    ちの一方のコイルに前記燃料ペレットを電磁結合して、
    この燃料ベレットの電磁結合によって前記一方のコイル
    中に誘導される交流不平衡電圧の基本波成分と高調波成
    分と全それぞれ測定し、この測定された高調波成分によ
    って前記基本波成分から前記強磁性混在物に起因する測
    定誤差を実質的に除去した形で前記ガドリニアのざ量を
    めることを特徴とする方法。
  2. (2)前記逆向きに直列接続された一対のコイルの各軸
    心が前記交流磁界と平行に向けられる特許請求の範囲第
    1項に記載の方法。
  3. (3)前記燃料ベレットが前記一方のコイルと互いの軸
    心を平行にして電磁結合される特許請求の範囲第2項に
    記載の方法。
  4. (4)前記燃料ベレットが前記一方のコ、イル内に挿入
    される特許請求の範囲第6項に記載の方法。
  5. (5)前記交流磁界が、可聴周波数信号で励磁された励
    磁コイルによって発生される特許請求の範囲第6項に記
    載の方法。
  6. (6)前記励磁コイルとしてソレノイドコイルを用い、
    該ソレノイドコイル内に前記一対のコイルが配置される
    特許請求の範囲第5項に記載の方法。
  7. (7)前記燃料ベレットが非磁性かつ導電性の管内に収
    容されており、前記可聴周波数信号の周波数が前記管の
    肉厚よりも大きい透過度を生じるように選定される特許
    請求の範囲第5項に記載の方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0198957A (ja) * 1987-10-13 1989-04-17 Midori Anzen Kk 混合粉体の混合度測定装置
JP2010538294A (ja) * 2007-09-07 2010-12-09 マグニセンス テクノロジー リミティド 磁性材料を分析する装置及びその方法、並び磁性材料を分析する装置を有する分析器
JP2014219371A (ja) * 2013-05-11 2014-11-20 国立大学法人岡山大学 磁気特性評価装置
FR3130984A1 (fr) * 2021-12-22 2023-06-23 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé et système pour la mesure de concentrations relatives de matériaux d’un mélange par mesure de susceptibilité magnétique dynamique (AC).

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WO2023118413A1 (fr) * 2021-12-22 2023-06-29 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé et système pour la mesure de concentrations relatives de matériaux d'un melange par mesure de susceptibilite magnetique dynamique (ac)

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