JPS63171395A - 核燃料棒の非破壊検査装置 - 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」 この発明は、ガドリニア（ＧｄｚＯｓ）が添加された二
酸化ウラン（Ｕ　Ｏ＊）核燃料ペレット（以下、ペレッ
トと略称する）を内部に充填してなる核燃料棒の、前記
ペレットのウラン（”５Ｕ　）ｉｌｌｌ縮度、およびガ
ドリニア（ＧｃＬＯｌ）濃度の分布を測定する核燃料棒
の非破壊検査装置に関する。

「従来の技術」 例えば、発電用原子炉の炉心内部に収納される核燃料棒
は、第３図に示すように、燃料被覆管１と、その内部に
充填された複数個のペレット２・・・と、ペレット２を
押さえるコイルバネ３と、燃料被覆管２の両端を封止す
る端栓Ｔ、およびＴ、とから構成されている。上記ペレ
ット２は、二酸化ウランを円柱状に焼結してなるもので
あるが、発熱分布の均−化等の目的で、中性子吸収材で
あるガドリニウム（Ｇｄ）の酸化物のガドリニア（Ｇｄ
＊Ｏｓ）が添加される場合がある。

この種の核燃料棒Ａの製造工程の最終段階においては、
核燃料棒Ａ内部に充填されたペレット２・・・のウラン
濃縮度およびガドリニア濃度の分布を測定し、これらウ
ラン濃縮度およびガドリニア濃度が規定の範囲内である
か否かを検査する必要がある。

ここで、従来、ペレット２・・・にガドリニアが添加さ
れていない場合、核燃料棒Ａ内に充填されたペレット２
・・・のウラン濃縮度の測定には、γ（ガンマ）線走査
装置が用いられていた。このγ線走査装置は、中性子線
源を格納した照射室と、γ線測定装置と、照射室とγ線
測定装置の間において核燃料棒Ａを移送する搬送装置と
、γ線測定装置によって測定された　γ線量に基づいて
、ウラン（！３５ｕ）の量を算出する演算処理装置など
から構成され、中性子線源から放出された中性子を減速
させて核燃料棒Ａ内のペレット２に照射し、このペレッ
ト２のウランに微量の核分裂を発生させ、この際、放出
される遅発γ線の量を、γ線測定装置で測定することに
より、ウランの量、すなわちウラン濃縮度が測定される
ようになっている。

一方、ペレット２・・・にガドリニアが添加されている
場合、核燃料棒Ａ内に充填されたペレット２・・・のガ
ドリニア濃度を測定する方法としては、ペレット２に生
しる渦電流がガドリニア濃度に依存していることに着目
し、核燃料棒Ａが貫通するように検査コイルを配置し、
この検査コイルに交流電圧を供給し、この際、前記検査
コイルに生じるインピーダンス変化に基づいてペレット
２に生じる渦電流を測定する渦電流測定法が知られてい
る。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、従来は、核燃料棒Ａの内部に充填されたペレ
ット２・・・にガドリニアが添加されている場合、ベレ
ット２・・・のウラン濃縮度とガドリニア濃度は、ガン
マ線走査装置と渦電流測定装置によって別々に測定して
いた。この場合、ウラン濃縮度を測定する場合において
は、ガドリニア濃度の分布が均一でかつウラン量を一定
と仮定し、逆にガドリニア濃度の測定を行う場合におい
ては、ウラン濃度の分布が一定と仮定して測定を行って
いた。

しかしながら、ガドリニアが添加されたペレット２は、
ガドリニアと二酸化ウランの混合物であり、二酸化ウラ
ンは、数％のウラン（！３５ｕ　）を含有しており、し
たがって、ガドリニア濃度が変動すると相対的に二酸化
ウラン分布が変わるため、ウラン濃縮度が同じであって
も、γ線走査装置の測定データが変動しウラン濃縮度が
変化しているように表れる。また同様に、ウラン濃縮度
が変動すると、ウラン自体常磁性体であるため、渦電流
測定装置の測定データが変動してしまう。

そこで、γ線走査装置の測定データと、渦電流測定装置
の測定データを、演算処理装置内のデータ処理過程にお
いて、互いに補正することが考えられる。しかしながら
、γ線走査装置によるウラン濃縮度の測定と、渦電流測
定装置によるガドリニア濃度の測定とを別々に行ってい
たため、これら両者の測定スピードやサンプリングタイ
ミングを一致させることが極めて困難であり、これによ
り、サンプリング位置にずれが生じ、互いに補正する測
定データ間に位置的なずれが生じ、この結果、補正演算
後の測定データにモアレ現象が生じてしまう。すなわち
、ウラン濃縮度とガドリニア濃度の２種類の測定データ
のサンプリング位置が一致していない場合、これら２種
類の測定データが互いに対応せず、このように検出位置
がずれているような２種類の測定データに対して補正演
算を施すと、相殺効果や相乗効果が生じて、補正演算後
の測定データが過度に大となったり、小となったりして
、いわゆるモアレ現象が、生じ、補正演算後の測定デー
タに誤差が生じてしまう。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、核燃
料棒内に充填されたペレットのウラン濃縮度とガドリニ
ア濃度の分布を１回の走査で正確に測定することができ
る核燃料棒の非破壊検査装置を提供することを目的とし
ている。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、核燃料ベレットが充填された核燃料棒を移
送する搬送手段と、この搬送手段に沿って配設され、前
記核燃料棒内の核燃料ペレットに生じる渦電流を測定す
る第１の測定手段と、前記第１の測定手段から前記搬送
手段に沿って所定距離隔てて配設され、前記核燃料棒内
の核燃料ペレットから放出されるγ線量を測定する第２
の測定手段と、前記第１および第２の測定手段の各測定
結果に基づいて前記核燃料棒内の燃料ベレットのウラン
濃縮度およびガドリニア濃度を算出する演算手段とを具
備することを特徴としている。

１作用」 核燃料棒が搬送手段によって移送されるのに伴って、第
１の測定手段と第２の測定手段によって各々得られる測
定結果が順次演算手段へ供給され、この演算手段にわい
て、核燃料棒内に装填された核燃料ベレットのガドリニ
ア濃度とウラン濃縮度が順次算出される。この場合、第
１の測定手段が第２の測定手段に対して所定用離隔てて
配置されており、これらの位置関係が常に一定となって
いるので、演算手段による演算処理過程において、第１
の測定手段と第２の測定手段によって各々得られた測定
結果の相対的時間遅れを補正することにより、核燃料棒
内に充填されたペレットのウラン濃縮度とガドリニア濃
度の分布を１回の走査で正確に測定することができる。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

この図において、４は搬送路に沿って設けられた搬送装
置であり、水平軸５　ａ、　５　ａ・・・によって各々
回転自在に支持されたローラ５，５・・・と、これらロ
ーラ５，５・・・に掛けられたベルト６と、ローラ５を
定速回転駆動するモータＭとから構成されており、ベル
ト６上に載せられた核燃料棒Ａを矢印Ｆ方向へ移送する
。この搬送装置４の中央部には、ベルト６を下方に付勢
する押さえローラ５ｂ。

５ｂが設けられており、これにより凹部４ａが形成され
ている。この凹部４ａの上方は、検出コイル７およびγ
線検出器Ｉ２が、核燃料棒Ａの移動方向Ｆへ所定距離り
だけ隔てた状態で、かつベルト６上に載せられて移動す
る核燃料棒Ａが貫通し得るように各々配置されている。

また、Ｓｌは核燃料棒Ａの前端がγ線検出器１２に到達
したことを検出するセンサであり、Ｓ、は核燃料棒Ａの
後端が検出コイル７を通過したことを検出するセンサで
あり、これらセンサＳｌおよびＳ、の検出信号は演算処
理装置ｉ５に供給される。

上記検出コイル７は渦電流測定装置８に接続されている
。この渦電流測定装置８は検出コイル７に高周波電流を
供給する発振回路と、検出コイル７のインピーダンス変
化を検出する検出回路等から構成されており、核燃料棒
Ａの内部に充填されたペレット２のガドリニア濃度に対
応した検出信号Ｅを出力する。すなわち、ペレット２の
透磁率はガドリニア濃度によって変化するため、検出コ
イル７のインピーダンスはガドリニア濃度に応じて変化
する。例えば、核燃料棒Ａが検出コイル７の中央部を通
過する過程において、渦電流測定装置８から出力される
検出信号Ｅは第２図（イ）に示すように変化する。この
図において、ガドリニアが８％添加されたペレット２に
対しては、検出信号ＥのレベルがｅＩとなり、ガドリニ
アが１２％添加されたペレット２に対しては検出信号Ｅ
のレベルがｅ、となり、また、ガドリニアを全く含まな
いＵＯ，ペレット２に対しては検出信号ＥのレベルがＱ
３となる。

一方、上記γ線検出器１２は、核燃料棒Ａの内部に充填
されたペレット２のウラン（！３５ｕ　）に対応した検
出信号Ｐを出力する。すなわち、ペレット２から自然放
出されるγ線の内ウラン（２３５ｕ　）からの特性γ線
のみを検出信号Ｐに変換する。例えば、核燃料棒Ａがγ
線検出器１２の中央部を通過する過程において、このγ
検出器１２から出力される検出信号Ｐは第２図（ロ）お
よび（ハ）に示すように変化する。

第２図（ハ）において、ウラン（ｆ３ｓｕ　）濃縮度が
３％のペレット２に対しては、検出信号ＰのレベルがＱ
７となり、ウラン濃縮度が１．８％のペレット２に対し
ては検出信号ＰのレベルがＱ、となり、ウラン濃縮度３
．６％のペレット２に対しては検出信号ＰのレベルがＱ
ｅとなる。しかし、ウラン濃縮度が一定でもガドリニア
濃度が第２図（イ）のように変化するとγ線検出器の検
出信号Ｐは第２図（ロ）に示すように変化する。

上記渦電流測定回路８およびγ線検出器１２から各々出
力された検出信号ＥおよびＰは、Ａ／Ｄコンバータ１４
ａおよび１４ｂに各々供給される。

これらＡ／Ｄコンバータ１４ａおよび１４ｂは、供給さ
れた検出信号ＥおよびＰを、順次所定のサンプリング周
期でサンプリングした後、デジタル信号に変換し、これ
により得られた検出データＥＤおよびＰＤを、演算制御
装置１５へ各々供給する。

演算処理装置１５はＣＰＵ（中央処理装置）と、このＣ
ＰＵで用いられるプログラムが格納されたＲＯＭ（リー
ドオンリメモリ）と、データ一時保持用のＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）と、人出力インターフェイス等に
よって構成されている。この演算処理装置１５は、核燃
料棒Ａの前端かγ線検出器１２に達したことをセンサＳ
Ｉの検出信号に基づいて検知した時点で演算処理動作を
開始し、以降、Ａ／Ｄコンバータ１４ａおよび１４ｂか
ら順次供給される検出データＥＤおよびＰＤに基づいて
、ウラン濃縮度と、ガドリニア濃度を逐一算出する。こ
の場合、Ａ／Ｄコンバータ１４ａから順次供給される検
出データＥＤのデータ列をＥ　Ｄ　＋　。

Ｅ　Ｄ　ｔ、−、Ｅ　Ｄ　ｎ、Ｅ　Ｄ　ｎ＋＋、−とし
、Ａ／Ｄコンバータ・１４ｂから順次供給される検出デ
ータＰＤのデータ列をＰ　Ｄ　＋、Ｐ　Ｄ　ｔｓ・・、
Ｐ　Ｄ　、、Ｐ　Ｄ　ｎ＋、、、・・とじた場合、演算
処理装置１５は、まず検出データＰＤｎとＥＤ、に基づ
いてウラン濃縮度とガドリニア濃度を算出し、次いで検
出データＰＤｎ＋＋とＥＤ、に基づいてウラン濃縮度と
ガドリニア濃度を算出し、このように、検出データＥＤ
とＰＤを常にｎ個分だけずらして組み合わせてウラン濃
縮度とガドリニア濃度を算出する。ここで、上記ｎの値
は、検出コイル７とγ線検出器１２との間の所定距離し
に対応して適宜設定する。これにより、検出信号Ｐに対
する検出信号Ｅの相対的時間遅れが補正される。また、
演算処理装置１５は算出したウラン濃縮度と、ガドリニ
ア濃度の各データをＲＡＭの所定の記憶領域に順次格納
すると共にデジタル記録装置１６に順次供給する。この
デジタル記録装置１６は、演算処理装置１５から供給さ
れるウラン濃縮度およびガドリニア濃度の分布を、記録
紙上に順次描くものである。また、演算処理装置１５は
、核燃料棒Ａの後端が検出コイル７を通過したことをセ
ンサＳ、の検出信号に基づいて検知した時点で、ＲＡＭ
内の所定の記憶領域に一時格納したウラン濃縮度および
ガドリニア濃度の各データから、最大値、最小値および
平均値のデータを各々算出し、これらの各データを外部
記憶装置１７に供給して記憶させる。また、１８はウラ
ン濃縮度異常表示用ランプ、ガドリニア濃度異常表示用
ランプおよび警報ブザーが設けられた異常表示装置であ
り、演算処理装置１５によって算出されたウラン濃縮度
およびガドリニア濃度を常時監視しており、ウラン濃縮
度が規定の範囲内を逸脱した場合、およびガドリニア濃
度が規定の範囲内を逸脱した場合に、各表示ランプを点
灯し、さらにブザーを鳴動して、異常を作業員に知らせ
るようになっている。

ここで、演算処理装置１５によるウラン濃縮度およびガ
ドリニア濃度の演算処理過程について説明する。

まず、ガドリニア含有ペレット２においては、Ｇｄｔ０
３（％）＝　　０ｄ”””０（％）　　　−−−−−−
Ｃ１）Ｕ　Ｏｅ　＋　Ｇ　ｄ　ｔ　Ｏ３ である。

そして、γ線検出器【２の検出信号Ｐは！３．５（Ｊの
含有量に比例するため、次のように近似できる。

ＰＯＣ（”’Ｕ（％））（Ｘ：　（Ｕ　ｏ　ｔ（＄））
ｏｃ　（１−０６０°（％））・・・・・・（３） また、渦電流測定装置８の検出信号Ｅは、次のように示
される。

Ｅｃｃ（ＧｄｔＯ３（％）十に−ＵＯｔ（％））　　　
　　　・−−−−・（４）したがって、上記（１）〜（
４）式から明らかなように、 ＧｄｇＯ３（％）＝に、、・Ｅ−に、！・Ｐ十β１　　
　・・・・・・（５）で近似される。

そして、予め人為的に設定した同一形状の標準レベルの
ウラン濃縮度およびガドリニア濃度を有する複数の標準
サンプルのペレット２から得られる検出信号ＰおよびＥ
から、上記（５）、（６）式の相互補正係数ｋ　ｌ　ｌ
　＋　ｋ　ｌ　１　＋　ｋ　ｅ　＋　＋β３．β、を実
験的に求めておく。これら相互補正係数に＋＋、Ｌｔ＋
ｋｙ＋、β１．β。

が決定した後においては、検出信号ＰおよびＥを上記（
５）式に代入することにより、ガドリニア濃度ＧｄｙＯ
３（％）が算出され、また算出したガドリニア濃度ｃａ
ｔｏｓ（％）と検出信号Ｐを（６）式に代入することに
より、ウラン濃縮度″３５Ｕ（％）が算出される。

以上の構成において、核燃料棒Ａの前端がγ線検出器１
２の近傍に到達すると、これがセンサＳ。

によって検出され、演算処理装置１５が動作を開始する
。以降、核燃料棒Ａが搬送装置４によって移送されるの
に伴って、渦電流測定装置８およびγ線検出器Ｉ２から
検出信号ＥおよびＰが各々出力され、これら検出信号Ｅ
およびＰがＡ／Ｄコンバータ１４で順次検出データＥＤ
およびＰＤに変換され、演算処理装置１５へ供給される
。この場合、核燃料棒Ａのある箇所に関して、渦電流測
定装置８から得られる検出信号Ｅは、γ線検出器１２か
ら得られる検出信号Ｐから、第１図に示す所定圧＃Ｌに
対応した時間だけ常に遅れて供給される。そこで、演算
処理装置Ｉ５は、上述した時間遅れに対する補正を行っ
た後、上記（５）、（６’）式のｈｌ）正演算を行い、
ウラン濃縮度およびガドリニア濃度を算出する。このよ
うにして順次算出されたウラン濃縮度とガドリニア濃度
の各データは、ＲＡＭ内に一時格納されると共に、デジ
タル記録装置１６へ順次供給され、これにより、ウラン
濃縮度とガドリニア濃度の分布がデジタル記録装置１６
によって記録紙上に描かれる。また、核燃料棒Ａの後端
が検出コイル７を通過すると、これがセンサＳ、によっ
て検出され、これにより、演算処理装置１５は、ＲＡＭ
に一時格納したウラン濃縮度およびガドリニア濃度の各
データから、最大値、最小値および平均値のデータを各
々算出し、これらの各データを外部記憶装置１７に供給
して記憶させる。

−「発明の効、果」 以上説明したように、この発明によれば、核燃料ペレッ
トが充填された核燃料棒を移送する搬送手段と、この搬
送手段に沿って配設され、前記核燃料棒内の核燃料ペレ
ットに生じる渦電流を測定する第１の測定手段と、前記
第１の測定手段から直配搬送手段に沿って所定比離隔て
て配設され、前記核燃料棒内の核燃料ペレットから放出
されるγ線量を測定する第２の測定手段と、前記第１お
よび第２の測定手段の各測定結果に基づいて前記核燃料
棒内の燃料ペレットのウラン濃縮度およびガドリニア濃
度を算出する演算手段とを設けたので、演算手段による
演算処理過程において、第１の測定手段と第２の測定手
段によって各々得られる測定結果の相対的時間遅れを補
正することにより、核燃料棒内に充填されたペレットの
ウラン濃縮度とガドリニア濃度の分布を１回の走査で正
確に測定することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図（イ）は同実施例の渦電流測定装置８から出力さ
れる検出信号Ｅとガドリニア濃度との関係を説明するた
めのグラフ、第２図（ロ）および（ハ）は同実施例のγ
線検出５１２から出力される検出信号Ｐとウラン濃縮度
との関係を説明するためのグラフ、第３図は核燃料棒の
一構成例を示す断面図である。 Ａ・・・・・・核燃料棒、２・・・・・・ペレット、４
・・・・・・搬送装置、７・・・・・・検出コイル、８
・・・・・・渦電流測定装置、１２・・・・・・γ線検
出器１．１４ａ、１４ｂ・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ
、１５・・・・・・演算処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 核燃料ペレットが充填された核燃料棒を移送する搬送手
   段と、この搬送手段に沿って配設され、前記核燃料棒内
   の核燃料ペレットに生じる渦電流を測定する第１の測定
   手段と、前記第１の測定手段から前記搬送手段に沿って
   所定距離隔てて配設され、前記核燃料棒内の核燃料ペレ
   ットから放出されるγ線量を測定する第２の測定手段と
   、前記第１および第２の測定手段の各測定結果に基づい
   て前記核燃料棒内の燃料ペレットのウラン濃縮度および
   ガドリニア（Ｇｄ＿２Ｏ＿３）濃度を算出する演算手段
   とを具備することを特徴とする核燃料棒の非破壊検査装
   置。