JPS6177798A - 核燃料棒の非破壊検査方法 - 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】 本発明は一般に原子炉に関し、より詳細には、任意の１
つの燃料棒が破損したか否かを検出するための非破壊検
査方法に関するものである。

多くの原子炉において、その炉心部メヤ燃料隼合体／Ｌ
呼げね乙骨格塔浩中ｌｒ屁Ａ１１六ノ１τ古桔された非
常に多数の長い燃料要素又は燃料棒から成っている。燃
料集合体は、一般に細長い形状をもち、横方向に延びる
上部炉心支持板及び下部炉心支持板によって支持され整
列されている。普通の設計の燃料集合体は、複数の燃料
棒と中空管即ち案内シンプルを含み、これらは、燃料集
合体の長さに沿って隔たてられ且つ案内シンプルに固着
された格子によって、組織化された１つの配列となるよ
うに保持されている。

両端の上部ノズル及び下部ノズルは、案内シンプルに固
着され、それにより１つの一体的な燃料集合体を形成し
ている。上部ノズルと下部ノズルとは、燃料棒の先端の
少し上方及び少し下方にそれぞれ突出し、その間に燃料
棒を収容している。一般に、多くの原子炉において、流
体冷却材例えば水は、下部炉心支持板中の通し孔を通り
、各々の燃料集合体に沿って上方に流れ、燃料集合体か
ら熱エネルギーを受ける。

周知のように、燃料棒を内部から加圧すると、原子炉の
全体的な効率が改善され、燃料棒の使用寿命が長くなる
。そのため、燃料棒の製造に当り、不活性ガス例えばヘ
リウムが加圧下に被覆管中に導入され、次に端栓が被覆
管の先端に、被覆管を封止するために溶接される。製造
工程の間に、成る燃料棒を燃料集合体中に取付ける直前
に、可能性のある漏れについてその燃料棒の点検を行な
う。製造工程の間に漏れについて燃料棒を点検するため
に用いられる多くの方法があり、その２つの例が、米国
特許第５，２４７，７０６号及び第３，９６８，６７５
号明細書に記載されている。

しかし、燃料集合体が照射された後は、そのいくつかの
燃料棒には、照射過程の間に、被覆管又は端枠に割れ又
は破断が生じることがある。

エネルギー源としての原子力の利用に当面する１つの問
題に、原子炉設備の放射能汚染がある。１つのそうした
汚染源は、原子炉運転中の燃料棒からの核分裂生成ガス
又は他の放射性物質の漏れである。これらの汚染物は、
冷却材に入り、原子炉設備の他の領域に運ばれる。この
汚染が発生した場合は、早期に破損した燃料棒束を、炉
心から除去し、新燃料と交換することが必要となる。発
電所の計画された運転停止期間中に通常１１なうこの交
換作業には、２つの工程が含まれる。第１に、欠陥燃料
棒を含むものと思われる燃料集合体を特定化し、これら
を炉心から取出し、良好な燃料集合体と交換する。

取出し後に、これらの疑わしい燃料集合体を分解し、非
破壊検査によって欠陥燃料棒を分け、良好な燃料棒と共
に再び組立てる。

欠陥燃料棒を含むことが凝われている燃料集合体を特定
化するための最も普通の方法は、遮蔽ガス、才非カス又
は水減速材をサンプリングし、そノ放射能の度合につい
てモニターする、周知の「シツピング」検査法である。

この手順は、成る与えられた燃料集合体が欠陥燃料棒を
含むか否かを定めるだけで、どの燃料棒に欠陥があるか
きか、燃料集合体中のこれらの欠陥燃料棒の位置などに
ついての情報は与えないという点で、総合的な方法であ
る。燃料集合体が欠陥燃料棒を有するか否かを定める別
の方法は、米国特許第３，６３２，４７０号明細書に記
載されているが、この場合も、破損燃料集合体を特定化
するだけで、どの燃料棒に欠陥があるかとか、欠陥燃料
棒の位置とかについての検出はできない。

成る燃料集合体が欠陥をもつものとして特定化されると
、これは炉心から取出され、どの燃料棒に欠陥があるか
とか、欠陥燃料棒の特定の位置とかを特定化するために
、更に検査されるのが一般的である。特定化された欠陥
燃料集合体中の破損燃料棒を検出するための多くの試験
法及びそれらの試験法を実施する装置が従来から知られ
ている。米国特許第４，０７９，６２０号明細書に記載
された１つのそうした試験法によれば、１つの燃料集合
体中の全部の欠陥燃料棒が同時に検出される。この場合
、欠陥燃料棒の探知方法には、凹所を備えた端キャップ
を有する燃料棒の使用が含まれ、これらの端キャップは
、内部に存在しうる漏れ液を蒸発させるために加熱され
る。次に赤外温度装置によって、端キャラ−１６Ｍ３ｃ
ａｌ！＋Ａｕｅ千＝＝１．〆ｍ＃／Ｌ、にう１１＊二電
］辷＃ＬｋｒｃｌｙｒＬ、どン：胎μ卆シ巳＋＋１−ノ
ーニとを判別するために、これらの温度を比較する。

欠陥燃料棒を探知するための、米国特許第４．３５５，
８６３号明細書に記載された別の方法によれば、１つの
燃料集合体の各々の燃料棒について、燃料棒が含まれる
少くとも２つの別々の棒列の放射能を測定し、無欠陥燃
料棒の各列の放射能に対する各燃料棒が含まれる被検列
の放射能の変化を検出することによって、漏れが生じた
燃料棒を探知する。米国特許第４，２０４，９０８号明
細書に記載された燃料集合体の欠陥燃料棒の更に別の特
定化方法によれば、燃料棒に希ガスを充満させ、漏洩燃
料棒は、サチュレーション分光法を使用した同位体分析
によって検出する。

その他の破損燃料棒の検出方法は、米国特許第２．５０
４．５３（１号、第３，５５１，７９２号、第３．Ｂ　
Ｏ５，９００号、第４，０３３，８１３号、第４，２９
９，６６１号及び第４，３４７，２１４号明細書に開示
されている。

燃料集合体を炉心から除去することなく燃料集合体中の
欠陥燃料棒を検出する方法も知られており一例２ば、米
国特許第４，０３９，３７５号及び第４，２８９，９８
７号明細書に記載されている。米国特許第４，０５９，
３７５号明細書によれば、燃料要素の上部の端キヤツプ
内に封入した弾性−可撓性手段の振動特性の測定によっ
て、燃料棒の漏洩を判定する。弾性−可撓性手段（好ま
しくは金属ダイアフラム）は、外部磁場によって作動さ
れる内部の金属棒の衝撃によって運動することにより、
溶接された燃料集合体を破壊することなく燃料要素の内
部の圧力を指示させることができる。振動周波数のチェ
ックによって、燃料棒の内部に正常な圧力が成立したか
否かを判定すると共に、燃料棒に漏れが生じていた場合
に、有意な圧力が存在していないことを判定することが
できる。米国特許第４，２８９，９８７号明細書には、
燃料棒の被覆管又は端キャンプを機械的又は物理的に貫
通することなく圧力の測定を行なうために周知のビラ−
り効果を主に使用して個別の燃料棒中の核分裂ガスの圧
力を測定する方式が開示されている。この測定は、燃料
棒の内部好ましくはその近接可能端の付近に配設したセ
ンサーに隣接又は近接して、外部電磁サーチコイルを配
設することによって行なう。サーチコイルを励磁すると
、圧力封じ込め金属壁を透過してセンサーの磁気的性質
を検査するための交流磁界が発生する。

前記米国特許に示された欠陥燃料棒の探知方式は、その
設計作動条件の範囲内で、満足に作動し、その目的も達
成しているが、検査手順を実行するうえの時間及び費用
の点から、実行された特別の検査法の信頼性に至るまで
、いろいろの形の難点があった。そのため、信頼性を高
くし、コストを低減し、操作を容易にするように、この
一般的な形式の探知方式を更に改善することが要望され
でいる。

本発明は、この要望に応えうるように改善された検査方
法を提供することを目的とするものである。本発明によ
る改良された検査方法の原理は、予め加圧された燃料棒
が照射後に加圧された不活性ガス例えばヘリウムをなお
含んでいるか否かを判定することに存する。燃料集合体
の上部ノズルを除去し、選択された燃料棒を上動させた
後、その燃料棒のプレナム室中のヘリウムの存在又は不
存在を検知するために、可搬型の核磁気共鳴装置を、そ
の燃料棒の回りに位置させる。ヘリウムが検出されたら
、その燃料棒は無欠陥と判定され、ヘリウムの不存在が
検出されたら、その燃料棒は、破損したものとされ、燃
料集合体から除去される。

従って、本発明は、（ａ）作動状態にあれば加圧ヘリウ
ムガスを収容している、燃料集合体中の複数の燃料棒の
うちの、選択された１本の燃料棒の上端部を出し、（１
））該１本の燃料棒の上端部の回りに核磁気共鳴装置を
配置し、（ｃ）該１本の燃料棒中の加圧ヘリウムガスの
存在又は不存在を検出するように、該核磁気共鳴装置を
作動させる、各ステップから成る、核燃料棒の破損を検
出するための非破壊検査方法に向けられている。加圧さ
れたヘリウムガスの存在が検出された場合には、その燃
料棒は、燃料集合体中に保持される。しかし、加圧ヘリ
ウムガスの不存在が検出された場合には、その燃料棒は
、燃料集合体から除去される。この検査方法は燃料集合
体の残りの燃料棒のうち選択されたものについて次々に
反復実施される。

より詳しくは、燃料棒のうちの選択された上端部を露出
させるには、燃料集合体の上部ノズルを最初に除去し、
次に、検査しようとする燃料棒を上動させ、その燃料棒
の上端部を、燃料集合体の上方に延長させる。上動させ
た燃料棒に加圧ヘリウムガスの存在が検出されたら、そ
の燃料棒は、燃料集合体中に下動させ、別の燃料棒を検
査のために上動させる。この燃料棒検査方法は、少ない
人員で最少時間内に容易に実施でき、検査に用いた機器
は、その可搬性により、１つの燃料集合体から別の燃料
集合体に容易に移送できる。

これらの目的及びその他の目的は、添付図面に示した本
発明の好ましい実施例についての以下の説明によって一
層明らかにされよう。

以下の説明において、同−又は同様の部分には、各図を
通じて、同一の符号が用いられている。また、以下の説
明において、「前方」、「後方」、「左側」、「右側」
、「上方」又は「下方」などは、説明の都合上使用され
るもので、限定的に使用されているものではない。

図面特に第１図には、周知の方法に従って組立てられた
燃料集合体が、全体的に符号１０によって、一部は切欠
いて、また一部は断面によって表わした側面図により図
示されている。

燃料集合体１０は、基本的には、原子炉（図示しない）
の炉心領域の下部炉心支持板（やはり図示しない）上に
燃料集合体１０を支持するための下端構造物即ち下部ノ
ズル１２と、この下部ノズル力１ら上方に長手方向に延
長している多数の制御棒案内管即ち案内シンプル１４と
、これらの案内シンプルに沿って軸方向に隔置された複
数の横方向の格子１６と、これらの格子１６によって横
方向に隔置され支持された長い燃料棒１８の組織化され
た配列と、燃料集合体１０の中心部に配設された計装管
２０と、燃料集合体の各要素を損傷させることなく普通
のように取扱うことの可能な一体的なアセンフリーを形
成するようｌこ案内シンプル１４の上端に固着された上
端構造物即ち上部ノズル２２とを全体的に備えている。

上部ノズル２２は、横方向に延長するアダプタ板２４を
含み、このアダプタ板２４の周縁部には、立上り状の側
部壁２６が固着され、囲い又はハウジングを画定してい
る。側部壁２６の頂部には環状フランジ２８が固着され
ている。

環状フランジ２８には、板はね３ｏ（１つのみ第１図に
示す）が適宜固着してあり、これらの板ばねは、上部炉
心板（図示しない）と通常のように協働し、炉心によっ
て訪起された熱膨張　　　□による燃料集合体の長さの
変化を許容しながら、冷却材の上向き流によってひき起
こされる燃料集合体の液圧に基づいた上動を阻止する。

環状フランジ２８によって限定された開口中には、半径
方向に延長する案内板３４を備えた普通の制御棒クラス
タ組立体６２が配設してあり、これらの案内板３４は、
制御棒３６を制御棒案内シンプル１４中において周知の
ように上下方向に案内するために、制御棒３６の上端に
連結されている。

横方向の格子１６は、燃料集合体１０を形成するように
、軸方向に隔たてられた所定の個所で、長手方向に延長
する案内シンプル１４に固着されている。燃料棒１８は
、格子１６に挿入され、下部ノズル１２は、案内シンプ
ル１４の下端部に適宜固着され、上部ノズル２２は、案
内シンプルの上端部に固着されている。

周知のように、上部ノズル２２を案内シンプル１４に固
着する多くの方法があり、固着手段の成るものは、固定
型もしくは恒久型であり、他のものは、再構成を容易に
するように、着脱自在型である。第１図に示した実施例
によれば、この固着手段（一般に符号３８によって示す
）は、　　、Ｔ、Ｍ、シャーレンベルカーの係属中の米
国特許、＠ｓ、Ｎ、　　　　　　ｒ着脱自在な上部ノズ
ルを備えた原子炉燃料集合体」に詳細に記載されている
ような着脱自在型である。

燃料棒１８は、特願昭６０−３６７３１号明細書に詳細
に記載されたような、既知の形式のものである。簡単に
説明すると、各々の燃料棒１８は、はぼ円筒状の燃料管
即ち被覆管４２中に端部同士互いに接触するように配置
された複数の円筒状の燃料ペレット４０から成っている
。被覆管４２は、上端及び下端をそれぞれ閉ざすための
上部端栓４４及び下部端栓４６を備えた薄い壁厚の長い
管体である。燃料ペレツ１−４０は、慣用されるように
、被覆管４２を単に部分的に満たしているに過ぎず、燃
料棒１８の上端には、プレナム室４８が形成されている
。つる巻はね（図示しない）は、ブレナム室４８中に配
置され、上部端栓４４と最上部の燃料ペレット４０との
間に圧縮状態に保たれ、これによって、燃料ペレット４
０は、取扱いの間、下部端栓４６に押付けられ、所定位
置において互いｌこ密接した状態に保たれる。燃料棒１
８は、普通の噴行として、その使用寿命を長くし、原子
炉の全体的な効率を高くするために、ヘリウムのような
ガスによって、内部的に加圧されている。

図示した燃料集合体１０は、燃料棒１８の正方配列を有
し、制御棒３６の案内シンプル１４が燃料棒の配列中に
計画的に位置された形式のものである。下部ノズル１２
も、上部ノズル２２と同様に、はぼ正方形の断面形状を
備えている。

また上部ノズル２２は、再構成を容易にするように、着
脱自在型である。図示した特定の燃料集合体は、単に説
明のためのものであり、燃料棒及び案内シンプルの数及
び形状又はノズルの形状並びに上部ノズルの着脱自在の
組付けは、限定的ではなく、本発明は、ここに示したも
の以外の形状又は構成にも同様に適用されることは言う
までもない。

前述したように、全部の燃料棒１８は、二酸化ウランの
燃料ペレ゛ノ）４０からの熱伝達特性を改善するために
、１気圧以上のヘリウムカス雰囲気で加圧されている。

本発明の原理は、割れ、破断その他によって燃料棒が破
損した場合（こは、与圧されたヘリウムカスがこの欠陥
を通って漏れるという事実である。本発明は、燃料棒１
８が良好な作動状態にあり、従って無欠陥であることを
指示する、照射済み燃料棒中のヘリウムカスの存在を、
又は、燃料棒に欠陥があること、即ち、燃料棒が破損し
ていることを指示する、照射済み燃料棒中のヘリウムの
不存在を、それぞれ検出するため？こ、可搬型の核磁気
共鳴装置を使用する。

核磁気共鳴装置は、公知であり、例えば米国特許第２，
９９９，３８１号明細書に記載されている。

要約すると、この装置は、核磁気共鳴周波数で発生する
エネルギー吸収に応答して作動する。

他の条件が同じならば、全吸収エネルギーが存在する原
子核の関数であること（こよって、問題の元素の相対的
な比率を吸収の測定から決定することができる。この形
式の装置は、角度モーメント及び磁気モーメントを原子
核に備えている元素例えばＨ’　、Ｈｅ’　、Ｌｉ６．
Ｂｅ９．Ｂ”及びＮＩ４を定量的に定めるために使用す
ることができる。更に、零以外の磁気モーメントを有す
る種々の同位体が同一の外部の磁場中において異なった
共鳴周波数をどんな場合にも有していることによって、
成る元素の多くの同位体を定量的に定めることもできる
。核磁気共鳴の吸収現象は、種々の化合物中の成分比を
測定するためにも使用される。

次に、図面、特に第２〜４図を第１図と共に参照して、
燃料棒１８の破損の検査工程について説明する。第１に
、燃料棒１８の１つを核磁気共鳴装置５０（第４図）に
対して露すには、最初にこの燃料棒１８に近接する必要
があり、これは、燃料集合体１０から上部ノズル２２を
除去することにより達成される。前述したように、燃料
集合体１０から上部ノズル２２を取外すための、種々の
方法が知られており、その１つは、特開昭５９−９００
８１号公報に記載された再構成方法である。第１図に示
した燃料集合体１０に特定的に適用可能な別の上部ノズ
ル除去方法は、Ｊ、Ｍ、シャーレンベルガーの前出の米
国特許類「着脱自在な上部ノズルを備えた原子炉燃料集
合体」に記載されている。基本的には、除去方法は、前
述した固着手段６８を形成する係止管（図示しない）、
内部ソケット及び外部ソケットを操作することに存する
。上部ノズル２２を除去した後に、燃料棒１８に、第２
図に示すようにして近付くことができる。第２図は、上
部ノズル２２を除去した後の燃料集合体１０の上部が断
片的に示されている。即ち、格子１６によって保持され
た燃料棒１８の上端部及び案内シンプル１４の上端部の
みが見られる。

上部ノズル２２を除去した後の、検査方法の次の工程は
、燃料集合体１０の内部から燃料棒１８の１つを垂直上
方に持ち上げ、燃料棒１８の上端部５２を、第３図に示
すように、燃料集合体１０の上方に延長させる工程であ
る。

燃料棒１８を上動させた後、この燃料棒１８の上端部５
２の回りに核磁気共鳴装置５０を配置する。普通の電諒
装置５４を導線５６（〔よって、また検出器５８を導線
６０１こよって、核磁気共鳴装置５０に、この共鳴装置
を作動させるために接続する。共鳴装置５０は、燃料棒
１８中の加圧ヘリウムカスの存在又は不存在を検出する
ために作動可能となっている。検出器５８は、検出され
たヘリウムガスの量の可視的な読みを与える。

前述したように、燃料棒１８は、作動状態にあれば、加
圧ヘリウムガスを収容しており、欠陥状態にあれば、加
圧ヘリウムガスを収容してなく、即ちヘリウムガスは、
割れ、破断その他の燃料棒１８の破損個所を通って漏出
している。

従って、核磁気共鳴装置５０がヘリウムカスの存在を検
出した場合は、その燃料棒１８は、無欠陥、即ち、良好
な作動状態にあるものと考えられるため、上動させた燃
料棒１８は、燃料集合体１０中に返却される。しかしヘ
リウムガスの不存在が検出された場合は、その燃料棒１
８は、欠陥があるものと考えられるので、燃料集合体１
０から除去され、無欠陥の燃料棒と交換される。

１本の燃料棒を前記のように検査した後は、第２の燃料
棒を、その上端部５２が燃料集合体１０の上方に延長す
るようにひと先ず上動させ、燃料棒の上端部５２の回り
に、：：、ン斃’ｊ６．共鳴装置５０を位置させ、ヘリ
ウムガスの存在又は不存在を検出するように作動させ、
この燃料棒が欠陥状態にあるか又は良好な作動状態にあ
るかに従って、燃料棒を除去するか又は燃料集合体１０
中に下動復帰させる。燃料集合体１０の全部の燃料棒１
８を破損について検査し終わるまでこの検査手順を燃料
棒１８ごとに反復実施する。

本発明をその特定の実施例について以上に説明したが、
本発明は、前述した実施例のほかにもいろいろと変更し
て実施できるので、前述した特定の形態は、単なる例示
に過ぎず、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、本発明の検査方法に従って漏れについて検査
しようとする燃料棒を有する既知の燃料集合体の一部断
面側面図であり、図を分り易くするために一部切欠き、
且つ上下方向に類縮して示した図、第２図は、燃料棒に
近付くために上部ノズルを取除いて示した第１図の燃料
集合体の上端部の断片的な側面図、第３図は、１本の燃
料棒を燃料集合体の上端部の上方に延長するように上動
させて示した第２図と同様の側面図、第４図は、燃料棒
内の加圧されたヘリウムカスの存在又は不存在を検出す
るための可搬型の核磁気共鳴装置を上動させた燃料棒の
回りに配置して示した第３図と同様の側面図である。 １０・・燃料集合体、１８・・燃料棒、５０・・核磁気
共鳴装置、５２・・燃料棒の上端部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）作動状態にあれば加圧ヘリウムガスを収容してい
   る、燃料集合体中の複数の燃料棒のうちの、選択された
   １本の燃料棒の上端部を出し、（ｂ）該１本の燃料棒の
   上端部の回りに核磁気共鳴装置を配置し、 （ｃ）該１本の燃料棒中の加圧ヘリウムガスの存在又は
   不存在を検出するように、該核磁気共鳴装置を作動させ
   る、 各ステップからなる核燃料棒の破損検出の ための非破壊検査方法。