JPS6318718B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の燃料集合体を形成する燃料
要素の核物質を包んでいる被覆材に亀裂が生じた
ことにより原子炉内での使用中に欠陥あるものと
なつた燃料集合体を音響及び超音波により検査す
る検査方法、並びにそのための装置に関する。

原子炉例えば加圧水型原子炉の操業を燃料再装
架のため停止させた時、原子炉の１次冷却液中に
或る高いレベルの放射能γが検出された場合に
は、燃料集合体の点検を行つて、原子炉内部にお
いて使用中に欠陥あるものとなつた燃料集合体を
探知する。

実際に、欠陥を生じた燃料集合体はその燃料要
素の内或るものの被覆材の亀裂を介して、１次冷
却液を汚染させる対放性物質を放出する。

加圧水型原子炉の場合、燃料集合体は、核分裂
物質を封入した或る長さの被覆材中の管体により
各々形成される燃料棒の束の複数個から成つてい
る。

再装架のため原子炉の操業を停止させている期
間内に、被覆材に亀裂のない燃料集合体と取替え
るため、炉心内部の欠陥のある燃料集合体を除去
又は修理する。

従つて、炉心内部に滞留していたもので再装架
作業に関与するものの中から、欠陥のある燃料集
合体を検出することが必要になる。

このためには、不活性化用の池の水に完全に浸
漬させた状態で各々の燃料集合体を個別に点検
し、炉心から取出された燃料集合体の近傍での汚
染が回避されるようにする。

燃料集合体の燃料要素の亀裂を検出する場合、
亀裂のある燃料棒には、これらの亀裂を経て内部
に侵入した水が含まれている、という事実が一般
に利用される。

燃料要素内部のこの水は、気化する際に容易に
検出できる。そのため、ストツパーの近くで燃料
棒の被覆を加熱し、気化又は凝縮する水をエコー
による超音波検査により検出することから成る。
亀裂をもつ燃料集合体の燃料棒の検査方法が提案
された。仏国特許第2222732号の対象であるこの
検査方法には、燃料集合体の端部材の１つを取外
した後に各々の燃料棒を個別に検査しなければな
らないという不つごうがある。

仏国特許第2341182号に記載された別の公知の
検査方法によれば、燃料集合体は、欠陥のある燃
料棒中の水の沸騰に伴う音響信号を検出し得るよ
うに、水の沸点により高い温度に加熱される。

しかしこの方法でも、各々の燃料棒のところで
検査が行われる。

更にこの方法においては、燃料集合体に亀裂が
ある時にその内部に含まれている液（一般には
水）を沸騰させるに足る燃料棒の加熱が必要とさ
れる。

米国特許第4039376号に記載された別の検査方
法によれば、燃料集合体は囲いの内部に配設して
あり、この囲いは、それに与圧された水を満たす
ための給水装置と、囲い内の水の圧力を非常にす
みやかに下降させるための膨張弁とに連結されて
いる。

燃料集合体を与圧された水中に浸漬した時、亀
裂のある燃料要素中に含まれる気体、例えば燃料
要素中に含まれる或る物質の核分裂によつて生じ
た気体は、それ自身与圧され、燃料集合体を囲む
水の圧力と平衡状態になつている。

燃料集合体の回りの水圧を非常に急激に低下さ
せると、亀裂のある燃料要素中に含まれた与圧さ
れた気体は、気泡の形で亀裂を通過し、気泡の放
出により振動が発生し、この振動は、燃料集合体
の近傍において囲いの内部に配設された検出器に
より記録できる。

しかしこの検査方法及び対応の検査装置は、操
作が複雑な上に、感度が低く、非常に小さい亀裂
を探知できない。

従つて、本発明の目的は、原子炉の燃料集合体
を形成する燃料要素の核物質を包んでいる被覆材
に亀裂が生じたことにより原子炉内での使用中に
欠陥のあるものとなつた燃料集合体を検出するた
めに、燃料要素の被覆中に含まれる或る物質の核
分裂から生じた気体を、該被覆の亀裂を経て排出
させ、保護媒質中への該気体の排出に関連した音
響−超音波現象の記録によりこの排出を検出し
て、対放射保護用の液中に完全に浸漬させた各々
の燃料集合体を別々に点検することから成る、操
作が容易な高感度の検査方法を提供することにあ
る。

この目的のため、 (イ) 燃料集合体に欠陥がある場合にその被覆中に
含まれる気体を膨張させて気泡を対放射保護用
の液中に排出させ、 (ロ) 燃料集合体の上方に位置された遮へい板を介
して、該液中においての気泡の移動を阻止し、 (ハ) 遮へい板への気泡の衝突又は遮へい板の表面
への気体の集合に関連する音響現象を記録し、
この音響現象が発生したことにより欠陥ある燃
料集合体を検出できるようにする。

本発明が一層よく理解されるようにするため、
燃料要素に含まれる気体の膨張が浸透セル
（cellule oe ressuage）においての温度の上昇に
よつて得られる場合と、その膨張が他の手段によ
り得られる場合とについて、本発明による検査方
法を実施するための本発明の一実施例による検出
装置を参照して以下に説明する。

第１図に示した検査装置は、球面の一部を形成
するように成形した金属製の遮へい板１を有す
る、機械的に溶接した組立体により構成され、遮
へい板１は、燃料集合体の上部に向かう気泡の流
れを阻止するスクリーン、音響共振体及び組立体
から排出される気体が集合する容器の役目をして
いる。

遮へい板１自身は底板２に固着されている。底
板２は、第１，２図からわかるように、寸法の大
きな円形の支持板４上に底板２を固定させるため
に４隅に取付孔３を備えており、支持板４は、燃
料集合体を閉じこめた浸透セル上に検出装置を配
設した時に支持用に用いられるようになつてい
る。

底板２上には、遮へい板１の上面を完全に包み
こむケーシング６が溶接により固着されている。

ケーシング６は上面に通し孔７を有し、通し孔
７は、ねじ１２によりケーシング６に固着した出
入口用の蓋８により閉ざされている。

ケーシング６の上面には２個の形材９，１０も
固定してあり、燃料運搬装置によりこれらの形材
９，１０をつかんで燃料集合体と共に、又は燃料
集合体なしに検査装置を移動させるようになつて
いる。

ケーシング６の４隅には管１４，１５，１６，
１７も固定してあり、管１４，１５，１６，１７
の一端にはナツト１８が固定してあり、ナツト１
８中にはねじ棒１９をねじ止めにより固定し、ね
じ棒１９の位置は、締付け位置においてナツト１
８に当接する止めナツト２０により固定される。
各々のねじ棒１９は、燃料集合体の上板に形成し
た通し孔に挿入されるようにし、それにより燃料
集合体に関して検査装置を心立てする。また連結
装置によつてねじ棒１９を介し検査装置の取付け
を完全にする。

遮へい板１の上面は、感度の高い音響検出器２
１，２２と超音波送受信器２３も担持している。

ケーシング６は、燃料池内の作業位置にある時
に燃料池の水を満たしたり検出器２１，２２及び
送受信器２３（トランスジユーサー）に組合わせ
た測定ケーブルを通したりするための通し孔２５
を備えている。

中央運搬装置により原子炉炉心からもつて来た
燃料集合体を、燃料池内に配設した透過セル中に
おいた場合と、原子炉炉心からもつて来た燃料集
合体を透過セルを用いずに検査する場合とについ
て、燃料集合体に対する検査作業を以下に説明す
る。

第１の場合即ち燃料集合体が透過セル内におか
れた場合には、透過セルの蓋の大きさ及び形状に
対応する大きさ及び形状の支持板４を、検査装置
に装備する。

仏国特許第2389202号に記載されている透過セ
ルは、原子炉の燃料集合体を収容するに足る大き
さの囲いにより形成され、この囲いは燃料池の水
を収容し、浸透セルが完全に浸漬されている燃料
池に対する熱的な絶縁装置を備えている。浸透セ
ルは円形の蓋により閉ざされ、燃料集合体を加熱
してその燃料要素から放射性ガスの排出を増大又
は促進するための加熱装置を備えている。

浸透セルに分岐させた希ガス循環回路によつ
て、放射性気体を運び、燃料集合体に漏れが生じ
ているかどうかを確めるための分析を行うことが
できる。

放射性気体分析用の循環回路を用いないように
するには、燃料集合体を浸透セルの内部に入れる
時に、本発明による検出装置の支持板４を蓋の代
りにセル上に取付ける。検出装置は燃料運搬装置
によりセル上に運搬されてその上に載置される。

燃料集合体に漏れがあるかどうか定めるには、
セル内部を燃料池から熱的に絶縁した後に燃料集
合体の温度を高くするだけでよく、セルの内部に
収容された水の温度が上昇すると、燃料要素の内
部に生成した核分裂気体が膨張し、燃料被覆材に
漏れが生じているとその気体がセル内部へと排出
される。

燃料集合体に欠陥があると、即ちこのような亀
裂があると、核分裂気体はこれらの亀裂を通過
し、亀裂を経て排出された気泡は燃料池の水を満
たしたセルの上部へと向かい、遮へい板１に衝突
し、球形の遮へい板により形成されたドームの下
方に集まる。

燃料集合体の燃料要素からの核分裂気体排出に
伴なう音響は、検出器２１，２２により記録さ
れ、この音響の発生から、熱の作用による気体の
排出、従つて燃料集合体中に亀裂が存在すること
が推定される。

この音響は、米国特許第4039376号に記載され
た方法の場合と同様に、燃料集合体の亀裂を通る
気泡により発生した騒音に基因し得るが、音響検
出器２１，２２の取付け位置により、これらの音
響は、検出器２１，２２に振動を完全に伝達する
ように選定した遮へい板１への気泡の衝突に特に
基因する。

そのため気泡の排出に関連した音響現象の検出
は、従来の装置に比べて一層確実に行われる。

他方では、遮へい板１により限定されたドーム
の頂部に気体が集まつた場合、送受信器２３から
の超音波信号のエコー（例えば集合体上部への反
射エコー）が変更され、この超音波信号のエコー
の振幅を測定し、較正後に、セル内にて解離され
た気体の容積を推定できる。この容積はエコーの
振幅の１次関数である。エコーの振幅は、セルの
頂部の解離された気体の容積が増大すると減少す
る。

セル及びその内部の燃料集合体の内部の水を多
少加熱した後にエコーの振幅を測定して、解離し
た気体の容積即ち集合体の亀裂の大きさを評価で
きる。

超音波信号のエコーの減衰を記録することによ
るこの検査方法によれば、0.2cm³のオーダーの非
常にわずかな量の気体を検出できる。

この検査方法の利点は、測定感度が非常に高
く、従つて非常に小さい亀裂にも利用できること
と、定量的測定が可能になることである。

本発明による検査方法の第２実施例によれば、
燃料集合体が受ける外圧を減少させることによ
り、燃料集合体の燃料要素中に含まれる核分裂気
体が膨張させられる。

集合体の燃料要素中に亀裂があると、その燃料
要素中に封入された核分裂気体は、外部の媒体と
の圧力平衡の下にある。

外圧が減少すると、気体は膨張して亀裂から排
出され、燃料集合体を加熱した場合と同様の効果
が生ずる。

燃料集合体と接触している媒体の外圧を減少さ
せるには、燃料池の内部で（又は原子炉の池の内
部で）燃料集合体をある高さだけ上昇させる方法
が非常に有利であることが判明した。この場合、
集合体が受ける外圧は、集合体が受けた垂直移動
の大きさを高さとする水柱の分だけ減少する。

本発明による検出装置をこの目的に利用するに
は、燃料集合体の頂板に検査装置を固定し、原子
炉の池内の燃料運搬装置又は燃料池の降下装置を
用いて燃料集合体を水中にて上行させる。

降下装置が原子炉の池中に設けられていれば、
この降下装置を利用することもできる。

一例として、燃料池の降下装置を用いて、燃料
池の内部で、燃料集合体を５ｍ上行させた。

燃料集合体のこの垂直移動は、核分裂気体の解
離を充分にひき起こすもので、この解離は、亀裂
が非常に小さい場合にも、前述したように利用さ
れる前述の検査装置を介した超音波エコーの減衰
と音響の発生とにより容易に検出される。

実際に、今日用いられている原子炉の燃料池中
にて利用できる高さに対応する5.50ｍという高さ
だけ燃料集合体をもち上げることは、亀裂を生じ
た燃料要素の核分裂気体の膨張という観点から
は、実際に用いられる条件の下に浸透セル中にて
得られる加熱の効果と同等である。

実際に、上方への移動の開始時に燃料集合体が
おかれる池の底での圧力、即ち水面下10ｍの圧力
は、大気圧に水面下10ｍの圧力を加えた値、即ち
約2.04Kg／cm²（２バール）に等しい。

5.50ｍ上昇させる際の相対圧力の変化、即ち気
体容積の相対変化は、近似的に、ΔP／Ｐ＝0.55／２＝ 27.5％である。

浸透セルによる加熱により同じ変化を得るに
は、他の水温を勘案して、 ΔT／Ｔ＝ΔP／Ｐ＝27.5／100＝ΔT／303 従つてΔT＝83.3℃となる。

83.3℃のオーダーの温度上昇は、浸透セルにお
いては、燃料要素の放射能によつても、電気抵抗
による一層急激な温度上昇によつても、現状では
得られない。

他方では、池の中で燃料集合体をもち上げるこ
とによる燃料集合体の減圧の間に、被覆と燃料と
の間の熱伝達が減少して、温度を高くし、気体の
膨張を助ける。

減圧はすみやかであり、燃料集合体を浸漬させ
ている水に気体が溶解化されないので、気体の通
路上に介在された遮へい板のところに気泡が集め
られる。

燃料池の内部で燃料集合体をもち上げる代りに
原子炉の池の内部で集合体をもち上げることによ
る減圧法を用いると、今日の原子炉の池の構造か
ら、もち上げ高さを更に１ｍ増すことができるの
で、気体が更に膨張される。

この場合には、 ΔV／Ｖ＝0.55＋0.1／２＋0.1＝31％ になる。

全音響式の測定法は放射能の測定を予想してい
ないので、使用される試験法は、集合体を浸漬し
ている水の放射能と無関係であり、原子炉の池内
でこの方法を有効に使用できる。

従つて燃料池内においてと同じ条件の下に燃料
集合体をもち上げるために原子炉の池に降下装置
を用意すると有利である。

本発明による検査方法及び装置によれば、高感
度の検出即ち非常に小さい寸法の亀裂をもつ集合
体の探知が、原子炉の池においても燃料池におい
ても非常に簡単に行われる。本発明による検査方
法により、燃料集合体に欠陥があるかどうかを非
常に迅速に確かめることができる。

本発明は前述した実施例のみに限定されず、他
の全ての変形を包含する。

即ち、前述した加熱による膨張又は減圧による
膨張以外の何らかの方法で、燃料要素中に含まれ
る気体の膨張を起こさせることができる。

同様に、燃料集合体を囲む水中においての気体
の移動を妨げる遮へい板は、球形以外の適宜の形
状とすることができ、燃料要素からの気体の排出
経路上において集合体の上方に位置された時点か
ら集合体に関して何らかの形で固定させることが
できる。

更に、本発明による検査方法及び装置は、加圧
水型原子炉だけでなく、気密の外装を形成する被
覆材中に封入されて１つの燃料集合体を形成する
核燃料から成る複数の燃料要素を用いたどんな種
類の原子炉にも適用される。

遮へい板の球形により、適当な容器とミニ管と
を用いて、解離した気体をサンプリングすること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は音響測定装置の垂直対称面を通る断面
図、第２図は第１図の矢印Ａの方向にみた上面図
である。 符号の説明、１……遮へい板、２……底板（構
造物）、６……ケーシング（構造物）、９，１０…
…形材（つかみ装置）、１９……ねじ棒（連結装
置）、２１，２２……音響検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の燃料集合体を形成する燃料要素の核
   物質を包んでいる被覆材に亀裂が生じたことによ
   り原子炉内での使用中に欠陥のあるものとなつた
   燃料集合体を音響的に検出するために、燃料要素
   の被覆中に含まれる或る物質の核分裂により生じ
   た気体を、該被覆の亀裂を経て排出させ、保護媒
   質中への該気体の排出に関連した音響現象の記録
   によりこの排出を検出して、対放射保護用の液中
   に完全に浸漬させた各々の燃料集合体を別々に点
   検することから成る検査方法において、 燃料集合体に欠陥がある場合にその被覆の内部
   に含まれる気体を膨張させて気泡を対放射保護用
   の液中に排出させ、 燃料集合体の上方に位置された遮へい板１を介
   して、前記液中においての気泡の移動を阻止し、 遮へい板１への気泡の衝突又は遮へい板１の表
   面への気体の集合に関連する音響現象を記録し、
   この音響現象が発生したことにより欠陥ある燃料
   集合体を検出できるようにすることを特徴とする
   検査方法。 ２ 浸透セル中での集合体の加熱により気体の膨
   張を生じさせることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の検査方法。 ３ 対放射保護用の液を封入した池の内部の或る
   高さに燃料集合体をもち上げることにより該燃料
   集合体を減圧して気体の膨張を生じさせることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検査方
   法。 ４ 記録される音響現象が核分裂気体の気泡の遮
   へい板１への衝突により発生した音響であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   の内いずれか１項記載の検査方法。 ５ 記録される音響現象が遮へい板１の表面のと
   ころで発生される超音波信号の下方へのエコーの
   減衰であり、欠陥ある燃料集合体の場合のこの減
   衰が遮へい板１の表面の下方に気体が集まつたこ
   とに基因することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第４項の内いずれか１項記載の検査方
   法。 ６ 凹面側を下方に向けた湾曲した形状の金属製
   遮へい板１を有し、この遮へい板の凸面上に少く
   とも１個の音響検出器２１，２２を配設し、遮へ
   い板１に構造物２，６を一体化し、構造物２，６
   に、燃料集合体の上方において該燃料集合体に関
   し検査装置を連結する連結装置１９及び該燃料集
   合体に連結されるかされていない検査装置をもち
   上げるためのつかみ装置９，１０を配設して成る
   ことを特徴とする検査装置。 ７ 遮へい板の上面に取付けた音響検出器２１，
   ２２を高感度の音響検出器とすることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の検査装置。 ８ 音響検出器２３を超音波送受信器とすること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の検査装
   置。 ９ 燃料集合体の上方に検査装置を保持するため
   の連結装置が浸透セルの蓋の形状及び寸法に対応
   した形状及び寸法をもつ支持板２，４であること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項ないし第８項
   の内いずれか１項記載の検査装置。