JPS6138403A - ライナ−被覆管のライナ−層厚・ジルカロイ厚の測定法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ペレット状の核燃料ｔ−ａ覆管内に充填して
原子力動力炉用燃料棒とし被覆管全ジルカロイ母材管の
内面に純ジルフニクムをライニングした２重管として溝
底する場合に、ライナー層厚およびジルカロイＷ、ｔ−
非破壊的測定結果からの演算を含み正確７２！ｇ、さ値
を専〈方法に関する。

（従来の技術） 原子力動力炉用の燃料棒は被覆管内に多数のベレット核
燃料を充填して溝底される。被覆管としては耐蝕性、非
反応性、強度等の点からジルコニウム合金のジルカロイ
２が従来から使用されている。

ジルカロイ２（以下、Ｚｒ−２で示すことがある）は重
量百分率でＳｎ＋　ｉ、ｓ　ｉ　ｐｅ＋　Ｏ，ｉ２　ｉ
　１Ｎ。

０．０５７　Ｃｒ、　０．１０　ｋ含む。

原子力動力炉用の高効率化運転の九めには急激な出力上
昇や下降が不可欠である。この急ｅ（な出力変動を行う
場合、燃料ペレットのＩＦｉ脹等により単一のジルカロ
イ被覆管では応力Ｒ蝕割ｔ′Ｌ′ｔ７起す懸念がある。

このような応力腐鹸割九を防ぐために、ジルカロイ管の
内面に硬度が低くＥＩＪ腐Ｉｆ！ｌ！１Ｊｆｉに強い純
ジルフニクム（以下、Ｚｒで示すことがある）のｆ！薄
のライナー層を持つライナー被覆管が開発されつつある
。このライナー被覆管はｇ度上の要件によってライナー
層が所定厚さであることが必要であるとともに母材ジル
カロイｆｇを保証することも必要である◇基準的寸法例
を示せば、全肉厚が８６０μｍであるのに対しライナー
層厚は８０μｍで全肉厚の１０％程度である。

このライナー被覆管は、例えば、純ジルコニウム木管に
ジルカロイ素管をカーふらせて２ｊ！管とし、？＆／８
１Ｉ加工、暁なましを繰返してっぐられる。従って完成
品ライナー被覆管の層厚が所定仕様値誤差範囲内である
ことの確認＃′ｉ使用側でのＭ要な管理事項であるだけ
でなく、製造側でも技術囲光上の重要事項となる。

２種金用の複合材の層厚の測定１１：は破壊的検査と非
破壊的検査とがあるが、前記ライナー被覆管は長さ約４
ｆｆｌ程度の管であるので検査に形状からする制約を受
ける。破壊的検査では管の両喘部からＶＪｌｆｒし几訊
石の実測によるのでその部分の保証しかできず、代表性
が欠ける。ライナー１！１．ｔ４！管では全長にわたる
保証が不可欠でろり非般埃的＠査の６酋がある。非破壊
的検査には超音波法とｍびｉ法とが考えらｔＬる。しか
し管外部からの超ｆ技法では前記極薄のライナー層とジ
ルカロイ部との境界面のエコーと底面反射エコーとの識
別が不可能であり適用できない。

管内部からの昌流法に工ｎば、ジルコニワムとジルカロ
イとの１電率の差を利用してライナーＥＩｐの６１す定
が可能であり、また全肉厚も駆足できる。渦ｔＡ法はｓ
　ｍＥ理的に、交諺電ｔｌｌ’ｔ（Ｍシたコイルを企Ｊ
Ａ表面に近接させることに、Ｌｐ金４表面に渦ｔｔｔ流
が流れ、その謁電流に工ってル９智社さが誘起され、こ
の誘痘磁場に工っでコイルのインピーダンスが変化し、
このインピーダンス変化Ｗに工って企ｊＪ１表面のｍ報
を得るものでるる。

ライナー被覆管のＬうに２種の金属カーらできていて、
その上５１１ｙＪ厚変動によってインピーダンス変化：
か１り、ま九金Ｆ４管の全肉厚の変動によってもインピ
ーダンス変化りが変るので、こ九らを層ｊダ測定に利用
できる。

しかしコイルと金ＰＡ表面との距ｆｉｉ−ｒなゎちリフ
トオフの変動がインピーダンス変化口に大きく影響する
。従って上記の工うな諸要因によるインピーダンス変化
が複合する之め、単一の周波数では、ライナー層厚と全
肉厚の同時犯定を行うことは不可能であり、す７トオ７
の影響を除去できない。（ｒ＆囲昭５９−６７４０５　
、ｎ開昭５９−６７４０６　等参照）。

（発明が解決しようとする問題点） 木発ＢＡは、従来技術の酌記諸困ｍに解決を与え、ライ
ナー被覆管のり、イナ一層厚とジルカロイ管を管内面か
らの測定に工って正確な厚さ値を１ぐことを町ｊ泪とす
る方法を与えることを目的とする。

（問題を解決する丸めの手段および作用）本発明は、ラ
イナー被覆管の層厚を＃破壊的に測定する几め、管内ラ
イナー側から渦流法のコイルにより浸透深さが全肉厚の
近傍となる１つのａ技政お、ＵＱ−浸透深でかライナー
層厚の近傍となる異なる２つの周波数の５種の周波数を
使用し、同時に得られる３信号測定価結果を演算を含め
て関連させてリフトオフ変動に起因するリフトオフ信号
の厚さ信号への重畳および厚さ信号の感度変化への影響
を除去することにエフ正確な厚さ値ｔ−等くことを可能
とするものである。

すなわち２種類の比較的高い周波数にエフ測定しりフト
オ７とライナー層厚ｔ−演算し、１種類の比較的低い周
波数による測定にエリ金肉厚を導くことを骨子とするも
のでろる。

以下１本発明ｔ−％添付図全参照し、詳細に説明する。

岩１図はジルカロイ（Ｚｒ〜２）の母材管と純ジルコニ
ウム（Ｚｒ）のライナー層とからなるライナー被覆管の
ｆｒ面を模式的に示すもので、実際のライナー層厚Ｆｉ
極薄で８０μｍ程度である。

ジルコニウム、ジルカロイの比透磁率はともに１で差が
ないが、固有抵抗ｐはＺｒが４０〔μΩ・１〕、Ｚｒ　
−２が７０〔μΩ・１〕程度で、これによる両者の導電
率σ（＝　Ｍｐ　）の差を利用すれば、管内側からの渦
流法によってライナー層の厚さ測定が可能で、全肉厚の
測定も可能である。

渦流法を適用する場合には、コイルと金属表面との距離
、すなわちリフトオフ１の影響が大きくあられれる。本
発明に訃いてはり７トオフ変動による信号と、ライナー
層厚変動による信号と、全肉厚変動による信号について
、相互関連する次の３つの性１［１Ｆ目し、基本的にこ
れらに立胛して測定値から正確な厚さ値を導くようにし
ている。

１〕リフトオフは、ライナー厚変動による信号と全肉厚
変動による信号との両者の感度に影響する。

２　リフトオフ変動による信号は、ライナー層厚変Ｍに
Ｌる信号と全肉厚変動にＬる信号とに加算的に合成され
る。

６）す７トオ７変＆ｌｌによる信号、ライナー層厚変動
による信号、全肉厚変動による信号は。

周波数に対する依存性が異なる。

これらの性質に基いて、本発明方法の手段としては、先
づ印加する周波数と浸透深さとの関連に工り次の６種の
周波数を選定する。

セして３ｓｉの周波数の渦流法測定の測定値を同時に得
る。６種周波歓の測定における管内適用位置およびリフ
トオフは同じである。

浸透深さについて述べると、コイルへの印加周波＃、＆
１：よって企ゑ４に誘起される渦電流は表皮効果によっ
て金属の表面側に集中し、表面からの深さが増すに従っ
て指数函数的に減少する。

その浸透深さδ〔鳳〕は次式で示される。

ここに、ω：角周技＆に２πｆ）、ｆ：周波数μ±μｒ
×μ０、μｒ：北透磁率、μ０：真空中の透ｆｉｌ　４
’　（＝　４ｘ　Ｘ　１０−’　Ｈ／ｍ　）σ：導電率
（＝１／ρ）、ρ：固有抵抗〔Ω　・　ｍ　〕 ライナー層厚管の場合、Ｚｒ−２に対するＺｒのＪｇ導
電率比およびＺｒ層厚に、Ｃり補正すれば。

上式が同様に成立つ。

本宅ＨＡにおいては、ライナー層厚変動につき精度の高
い厚さ値ｔ−岬く前提としてｆＩｈｒｌＩｆ法のコイル
に印加する周波数として次の３ｍの周波数を′選定し、
同じ設定条件で適用して同時にインピーダンス変化とし
ての３つの測定値を得る。

１）全肉厚の測定に用いる周波数ｆ、。浸透深さがライ
ナー被覆管の全肉厚（基準値または公称値）の近傍であ
る周波数とする。

１）す７トオ７、ライナー層厚の測定に用いるＲ　ｔｉ
　＆　ｆ、、　ｆ・。その浸透−さがライナー層厚（基
準値または公称値）の近傍である２つのＡなる周波数と
する。これらの周波数ではライナー層厚の変動に対して
感度が高い。

以上の結果、得られる信号は次のインピーダンスのベク
トル式の工うになる。

ｆｌにＬり得られる信号；必１ン＝　；（Ｚｒ　−２，
７）＋　　；＜ｚｒ、ｔ）４”＜ｔ）・・・＜ｌ）で１
により得られる信号Ｈｉｔ”）　＝　Ｍ（ｚｒ、　ｔ　
）＋Ｌ（２Ｊｔ）−（ｚ）ｆｌにエフ得られる信ｇ　；
　Ｆ）　＝　１（ｚｒ、ｇ＋ｉ’％）・中＜ｓ）ここで
、Ｚｒ−２はジルカロイ厚５ｚｒＦｉライナー層厚％　
ｌはり７トオフである。

またこの信号を正規化したインピーダンス平面での各ベ
クトル成分の変化として示せば第２図の工うになる。第
２図の縦軸は測定時のコイルインダクタンスｔｍＬｔ−
空気中単独でのｍ　Ｌ。

で正規化し７ｔ、　ａ＋Ｌ　／ωＬｏ　　をと９、横軸
は測定時のコイル抵抗Ｒと突気中単独でのコイル純抵抗
ＲＯとの差ｋ　（ＩＩＬＯで正規化した（　Ｒ−Ｒｏ　
）　／　ωＬ。

をとっである。

前式および第２図で各周波数での各ベクトル成分は。

Ｆ　（Ｚｒ−２１１）　：ジルヵロイ厚さ変動にＬる信
号であり、す７トオ７によって感度が 変化することを示している。

Ｇ（Ｚｒ・υ：　ライナー層厚変ａｔ、−よる信号であ
り、す７トオ７に工って感度が変化す ることを示している。

Ｈ（Ｚｒ、ｌ）：周ｔｈｆｔ時の６（ｚｒ、ｇである。

１（ｚｒ、ｇ：周技数ｆｓ時の６（Ｚｒ、／）である。

ｉ（ｉン（１）・（１＝１〜６）：リフトオ７変動によ
る信号である。

これらの間には、次の諸関係が存在する。

（Ａ）　’Ｊ　７　　）オフ１とｌ　１（１）（１）Ｉ
との間には第５図の工うな関係がある。

（Ｂ）　ＩＭ（ｚｒ、ｇｌには、Ｚｒ厚一定としてリフ
トオフと第５図の工うな関係がめり、またリフトオフ一
定としてライナー厚と第５図のような関係がある。

（Ｃ）ま九１Ｔｈ（ｚｒ−２，ｚ）ｌ、１５（ｚｒ、ｚ
）’、ｌ　ｔ（ｚｒｌｇｋ　も（Ｂ〕と同様な関係があ
る。

本発明においては、特定６周旋敗での測定を行なうとと
もに、得らｔ′したそれらの信号値から前記諸関係に基
づく一定の処理および演算を施して、す７トオフ信号の
厚さ信号への重畳おＬび厚ざ信号の感度変化の影響を除
去して、正確なライナー層厚：！？工びジルカロイ厚を
求める。

まずｆｌ　、　ｆｓの測定結果からす７トオ７とライナ
ー層厚を求め、そしてジルカロイ厚ｔ−求める手順を次
に示す。

式（２）、（３）ニおイテ１ｉ（２）　（ｚ）ｉトＩ”
’　（１）ｌ、１ｉｔ（ｚｒ、ｒ）１七ｌ１（Ｚｒ、ｊ
］には次の関係がある。ａｌｂは定数とする。

式（４）、式（６）ｔ一式（３）に代入して、式（り　
Ｘ　ａとの差をとると、 １Ｉ　（Ｚ　ｒ　＋υ＋　＝　−＜　＋　Ｍ３月　−ａ
ｌｉ４２）ｌ）−−−、−、−−−（６）−ａ １止（Ｚｒ　ｅ　ｔ　）　ｌ　＝　　　　　（１”３月
　−ａＩＷ２）ｌ）ａ＊＊＊ｅＬａｓ＊　（７）−ａ が得られる。

同様に式ｔ４）１式ｔａ＞を式（３）に代入して、式（
２）×ｂとの差をとると１ １ｉｄ２）　（１）ｌヨａ−ｂ”ひ３）Ｉ−ｂｌぢ２）
１）・・・・・−・τ…（８）７トオ７が求められる。

実際ｈ：＃：を周波数の高い方の信号Ｉ　Ｌ”　（ｔ）
Ｉエクリフト７ｒ７を攻めることが望ましい。

＋７７　）　７ｊ　７が求まれば、同様にして式（６）
　（７）の両方からライナー層厚が求められる。この場
合、ライナー層厚の変動に対して感度の高い方を用いて
。

既知のリフトオフ量と第４図、第５図から感度を補正し
たライナー層厚を精度工く求めることができる。

さらにジルカロイｐＪ−算出については、上記手順でラ
イナー層厚、リフトオフが算出式れているので、Ｉ　ｏ
　（Ｚｒ　ｌ　ｔ）１．　ｌｉ３”（１）ｌが、求めら
れ、それから式（１）、１１：り１ｉ（ｚｒ−２＋　を
月の算出が可能となる。この１ｒ（ｚｒ−２＋１月と第
４ｒ１！Ｊ＄−工び寿５図から、ジルカロイ厚を情度し
く求めることができる。

以上をまとめると次の工うになる。

１）測定値＋１Ｊ２）ｌ、１ν３）１エクリ７ト万７、
ライナー層厚を算出する。

２）得らｔ′Ｌ７ｔリフト：＋７、ライナー層厚、測定
値ｌ　１（１）　ｌ工９ジルカロイ！ＩＬヲ算出する。

（実施例） 第６図は本発明方法を実施する場合の装置構成の概ｌＢ
！ｔ−示す。層厚ｔ−測測定るライナー被覆管（〜は回
転機（すに工って回転し、駆動装置！１（ｅ）にエフプ
ローグ（句が管内を軸線方向と平行に移動する。プロー
グ（ｄ）内には絶対値型コイルが埋込まれておハコイル
径は約１Ｗである。

このコイルのインピーダンス変化＃：ｔｍａ深傷器（ｅ
）にＬって電圧Ｇ１：変化して１本発明方法による演算
および処理プログラムを組込んだ演算装置（ｆ）に読み
込まれ、その結果として導かれｔライナー層厚、ジルカ
ロイ厚、全肉厚が表示器ヒ）に表示されるようになって
いる。計測周波数はｆＨ１ＱＱ　Ｋ）ｉｚ　ｓｆｌ　４
１１Ｈｚ　、　　ｆｓ８ＭＨｚ　　である。

（発明の幼果〕 本発明方法によると、原子力動力炉用燃料棒のライナー
被覆管のライナー層厚、ジルカロイ淳、全肉厚を＃破壊
的方法の渦流法にＬり同時に高い精度を以って測定する
ことが可能となりその結果、管の全周、全長にわたりこ
れらの厚さ値ｔ−保証し、使用上の安全性の確保ならび
に製作技術の向上に寄与することができる等の効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はライナー被覆管の１ｆＴＷＪｔ−模式的に示す
図、第２図は本発明方法により測定を実施する場合の正
規化インピーダンス平面での信号の変化を示す図表、第
６図は縦軸の１ｄｉ）（４１と横軸のり７ト万７１との
関係を示す図表、第４図はライナー層厚一定の場合に縦
軸の１■（Ｚｒ、ｌ］と横軸のリフトオフ１との関係を
示す図表、第５図はリフトオフ一定の場合に縦軸のＩｎ
（ｚｒ、　ｌ）Ｉと横軸のライナー層厚との関係を示す
図表、第６図は不発ＢＡ方法を実施する装置の１例の概
略図である。 （ａ）・・ライナー被覆管、（ｂ）・・回転機、（Ｃ）
・・駆動装置１ｉｅ、（ｄ）・・プローグ、（ｅ〕・・
ｆ４流探傷器、（ｆ）・・演算装置、＠・・表示器。 見１ｉ２ｉ ｗＬ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 核燃料の被覆管をジルカロイ母材管の内周面に純ジルコ
   ニウムをライニングしたライナー被覆管とする場合にそ
   の層厚を非破壊的に測定するため、管内ライナー側から
   渦流法のコイルにより浸透深さが全肉厚の近傍となる１
   つの周波数、ライナー層厚の近傍となる異なる２つの周
   波数の３種の周波数を印加して同時に得られる信号測定
   値より、リフトオフ変動に起因するリフトオフ信号の厚
   さ信号への重畳および厚さ信号の感度変化の影響を除去
   する演算を含む処理を行うことにより厚さの高精度測定
   を可能とすることを特徴とするライナー被覆管のライナ
   ー層厚・ジルカロイ厚の測定法。