JPS6367506A - 核燃料被覆管のライニング厚さ測定方法およびその装置 - 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〕 本発明は、ライニング厚さ測定方法およびその測定装置
に係り、特に、核燃料被覆管のライニング厚さ測定方法
およびその測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

核燃料波ｒｉ管（以下、被覆管という）のライニング層
の厚さ測定に関しては、被覆管を切断して判定する破壊
式測定方法と、例えば特開昭５８−１６６２０３号公軸
、特開昭５９−６７４０６号公報に開示されているよう
な非破壊式測定方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

被覆管の切断による方法は、被覆管の切断を酸に漬け、
被覆管の母材と被覆管のライニング材の耐食性の差によ
り生ずる表面酸化状況の差を光学的に調べて厚さを求め
る方法である。しかし、この方法は破壊的検査方法であ
るため、抜き取り検査には適用できても全品検査には適
用できず、また測定に時間がかかる欠点がある。

非破壊式厚さ測定方法は、第５図に示すようなもので、
コイルを内蔵したプローブ２を被覆管１の内側に挿入し
て測定するものである。この方法は、被覆管１の内面と
プローブ２との距離を常に一定に保つため、リーフスプ
リング等が設けられており、このスプリング等が被覆管
１の内面を移動する際に、ライニング表面に傷をつける
おそれがある。

このように、従来技術では、コーティング表面に損傷を
与える、あるいは測定に時間がかかるなどの問題があっ
た。

本発明の目的は、被覆管のライニング厚さをこのライニ
ング表面に接触せずにしかも被破壊的に測定する被覆管
のライニング厚さ測定方法および測定装置を提供するこ
とである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、基準用被覆管を
取囲む第１検出用コイル及び測定対象ライニング被覆管
を取囲む第２検出用コイルに高周波信号を印加し、誘起
される渦電流を前記第１及び第２検出用コイルでそれぞ
れ検出し、第１検出用コイルと第２検出用コイルに生ず
るインピーダンスの差からライニングの厚さを測定する
核燃料被覆管のライニング厚さ測定方法を提案するもの
である。

本発明はまた、高周波電源と、基準用被覆管を取囲む第
１検出用コイルと、測定対象ライニング被ｒＩＩ管を取
囲む第２検出用コイルと、高周波電源からの信号を受け
て第１及び第２検出用コイルに印加するブリッジ回路と
、第１検出用コイルと第２検出用コイルとに生ずるイン
ピーダンスの差による不平ＷＩ雷電圧らライニング厚さ
を計測する測定部と、ライニング被覆管を長手方向に駆
動する機構とで構成した核燃料波ｉ管のライニング厚さ
測定装置を提案するものである。

本発明はさらに、被覆管自体の外径寸法の変化が、ライ
ニング厚さの測定値に与える誤差を除去する手段を提案
する。

加えて、ライニング被覆管を両側から挾み駆動するロー
ラを被覆管に常に当接させる機構により、いわゆるガタ
のない測定を実現するものである。

〔作用〕

本発明の測定方法および測定装置において、被覆管のラ
イニング厚さは検出コイルのインピーダンスの変化とし
て求められ、被覆管の全長にわたり非破壊的測定が行わ
れる６ 〔実施例〕 以下、本発明の好適な一実施例である核燃料被覆管のラ
イニング厚さ測定方法について説明する。

第１図は、本発明による核燃料波ｎＩ管のライニング厚
さ測定方法を示す説明図である。

高周波電源３から、ブリッジ回路４を通して交流信号を
印加すると、基準用ジルカロイ被覆管７を取囲む検出用
の貫通型コイル５及び測定用純ジルコニウムライニング
被覆管８を取囲む検出用の貫通型コイル６のｆｆｉ磁誘
導作用により、基準用ジルカロイ被覆管７、測定用純ジ
ルコニウムライニング被覆管（または比較用純ジルコニ
ウムライニング被覆管）８に同時に渦電流が誘起される
。双方の被覆管７．８のインピーダンスの差によって、
ブリッジ回Ｎ４には、不平衡渦電流が発生する。

この渦電流信号の大きさは、材料の導電率、透磁率、コ
イル５．６内に挿入された材料の形状（外径、肉厚）等
により定まる。このことは、どちらか一方、例えば貫通
型コイル６側の材料のインピーダンス変化を捕えれば、
測定用純ジルコニウムライニング被覆管のライニング厚
さに関する種々の情報が得られることを意味する。

本実施例においては、この渦電流により、貫通型コイル
６のインピーダンスに影響を及ぼす要因のうち導電率の
差を利用して純ジルコニウムライニング被覆管のライニ
ング厚さを測定する。例えば、前記被覆管の場合、ジル
カロイのＲｆｌｌ、率は約１．４　Ｘ　１０’　（１／
ｅｍ）、純ジルコニウムのそれは約２Ｘ１０”　　（１
／ｅｍ）であり、純ジルコニウムの方が約１．４倍大き
い、この差をとらえてライニングの厚さを測定する。こ
の導電率の違いは、他の条件が一定であれば、貫通型コ
イルから得られる交流の起電力および位相の差となって
渦電流測定部に現われる。しかも、起電力および位相の
差が純ジルコニウム被覆管のライニング厚さによって変
化する。

したがって、ライニングの厚さが既知の対比標準試験試
料を用いて、起電力および位相変化とライニングの厚さ
を校正すれば、前記起電力および位相でライニングの厚
さを測定できることになる。

以下、純ジルコニウムライニング被覆管のライニング厚
さの測定について説明する。

純ジルコニウムライニング被覆管のライニングの厚さを
測定する場合、この被覆管の母材であるジルカロイ管の
外径や肉厚が異なると１貫通型コイルにより発生した磁
場内での被覆管の位置及び磁場内で被覆管が占めるスペ
ースの割合（充填率）が変化するので、渦電流の発生量
が異なり１貫通型コイルのインピーダンスが変化する。

実際の被覆管の外径や肉厚は寸法許容差の中でばらつい
ており、外径は±１０％の範囲である。この外径差によ
る貫通型コイルのインピーダンスの変化を種々の燃料被
覆管で実測すると、外径や肉厚の差の影響は純ジルコニ
ウムのライニング厚さの渦電流信号の約１５％程度の起
電力差となって現われる。

ライニング層を高精度に測定するには、この外径や肉厚
の差の影響をさらに小さくする必要がある。

本実施例で印加する高周波電源の周波数は、使用する材
料の導電率、透磁率、形状寸法等に応じて決定する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の８×８型燃料集合体の場合
、純ジルコニウムライニング被覆管自体の肉厚は８６０
μｍであり、純ジルコニウムライニング厚さは数十μｍ
である。また、被覆管の寸法許容差は約１０％程度であ
る。

次に、その周波数の決定のしかたを説明する。

交流磁場中の導電体に交流を流すとき、導電体内の磁場
、電流の分布は最大となり、表面から内部に進むにつれ
て小さく６す（表皮効果）。

一般に表皮効果の目安として、内部における磁場の強さ
が表面における値の３６．７％（１／ｅ）になる表面か
らの距離をとり、浸透深さδという。

浸透深さδは次のように表わされろ。

δ＝１／　Ｅ；ｆＴｐ７ｐ ｆ：交流周波数 μ：透磁率 ρ：導電率 上式により、被覆管表面から浸透深さδを求めると、上
記ジルカロイの場合３０〜２５０ＫＨｚの範囲の周波数
がジルカロイ母材全体の探傷目的には適するが、純ジル
コニウム層厚さ約数十μｍの測定には３０〜１３０ＫＨ
ｚの範囲が最適周波数である。

以下、前述した本実施例の測定方法に用いるライニング
厚さ測定装置の具体的な構造を第２図および第３図によ
り説明する。

第２図は、核燃料被覆管ライニング厚さ測定装置の駆動
部分を示す図である。

第２図において、１０は回転ローラで、貫通型コイル６
の両側に取り付けられ、測定用純ジルコニウムライニン
グ被覆管８を保持するとともに、測定用純ジルコニウム
ライニング被覆管８が貫通型コイル６の中心部を矢印の
方向に移動するように回転する。１１はスプリングで、
２つの回転ローラ１０を引きつける方向に作用し、開定
用純ジルコニウムライニング被覆管８が移動するときの
いわゆるガタを少なくする。１２は外径寸法測定子で、
被覆管８の外径を測定し、外径変化による渦電流信号の
誤差を差し引く役割をもっている。

１３は燃料ベレットであるが、導電率の非常に小さな物
質は、本発明の測定には影響を及ぼさない。

本実施例の核燃料被覆管ライニング厚さ測定において、
第１図のコイル５は基準用ジルカロイ被覆管７を挿入し
１貫通型コイル６には測定用純ジルコニウムライニング
被覆管８を挿入し、これら貫通型コイル５および６に、
高周波電源３からブリッジ回路４を通し、３０〜１３０
　Ｋ　Ｉ−Ｉ　ｚの高周波電圧を印加する。

高周波電圧が印加されると１貫通型コイル５゜６には高
周波磁界が生じ、被覆管７および８とそれぞれの被覆管
内に渦電流が発生する。

渦電流が発生すると、前記測定原理で述べたように、こ
の渦電流とコイル電流との間に電磁誘導作用が生じ１貫
通型コイル５，６と鎖交する磁束が変化し１貫通型コイ
ル５，６のインピーダンスが変わるから、このインピー
ダンス変化をブリッジ回路４で検出し、測定部に測定表
示させ、測定用純ジルコニウムライニング被覆管８のラ
イニング厚さを測定できる。被ｒｊＩ管７および８の母
材の性質が全く同一である場合には、渦電流信号は相互
に打消し合うが、ライニング厚さが異なると、厚さに応
じた信号が発生するので、ライニング厚さが求められる
。

測定の手順を次に述べる。予め貫通型コイル５゜６に同
一形状の基準用ジルカロイ被覆管７を挿入し、ブリッジ
回路４の平衡をとり、基準となる出力を求めておく０次
に、コイル６に挿入されている基準用ジルカロイ被′ｙ
Ｉ管７を抜き取り、代わりに測定しようとする測定用純
ジルコニウムライニング被覆管８を挿入し、この被覆管
８を軸方向に移動させ、このとき生ずる不平ＷＪｊ電圧
を測定し表示する。この不平衡時の表示を、先に求めた
平衡時の値と比較すると、測定しようとする被覆管８の
ライニング厚さが求められる。

このようにして、ライニング層を損傷することなく、被
覆管全長にわたってライニング厚さを測定できる。

本実施例では、被覆管をコイルに挿入するだ番づでライ
ニング厚さを測定できるので、例えば被覆管に燃料ベレ
ットが充填されている核燃料棒ニ対しても適用可能であ
る。

覆管を円滑に移動させろとともに、被覆管と検出用コイ
ルとの間隔を正しく保つことができるほか、測定時のガ
タによる誤差信号が抑制され、被覆管の製品試験および
照射済みの核燃料試験を連続的に精度よく行うことがで
きる。

さらに、測定用被覆Ｉ′ｒＩ８の外径寸法を、外径寸法
測定子１２により測定し、第３図のブロック図で示すよ
うに、外径寸法測定部２０および渦電流測定部９からの
両信号を演算部２１で演算し、外径寸法の変化の影響を
除外してライニング厚さを表示し出力し、また記録する
ことが可能である。

かくして、前述の測定原理に基づき、最適周波数や最適
移動速度などを選び、純ジルコニウムライニング厚さに
相当した渦電流信号が求められる。

第４図は、上述の測定方法により、純ジルコニウムライ
ニング管の外径寸法が約７０μｍ異なる被覆管について
、ライニングのない通常管およびライニング管を測定し
た場合の渦電流信号の変化傾向を示している。

基準用被覆管７としてほぼ中間的な寸法であるＢの外径
寸法をもつ被覆管を採用した場合、ライニングのない通
常の被覆管では、外径寸法の３０〜４０μｍの相違によ
りＤＥＦの傾向を示し、信号は約１５％の範囲で変化す
る。

一方、ライニングした被覆管の場合、Ｄ’　Ｅ’Ｆ′の
傾向を示し、外径寸法の相違による変化は通常管と同じ
である。そして、渦電流自体の大きさは通常管に比較し
て約１０倍大きい。

したがって、ライニングのない通常管につき外径寸法の
相違による最大１５％の信号の誤差を補正しておけば、
同様な傾向を示すライニング被覆管についての誤差を排
除して、純ジルコニウムライニングの厚さを正確に測定
できることになる。

〔発明の効果〕

本発明においては、従来の挿入型プローブを用いないの
で、ライニングを傷つけるおそれがない。

また、本発明の測定装置においては、測定対象のガタに
よる誤差および外径寸法の変化による誤差を抑えである
ので、高精度の測定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による純ジルコニウムライニング厚さ測
定方法の測定原理の説明図、第２図は本発明による核燃
料被覆管ライニング厚さ測定装置の駆動部分を示す図、
第３図は同測定装置の構成を示すブロック図、第４図は
本発明測定方法における渦電流信号の変化の一例を示す
図、第５図は従来の被覆管内面コーティング膜厚さ測定
方法の説明図である。 １・・・被覆管、２・・・挿入型プローブ、３・・・高
周波電源、４・・・ブリッジ回路、５，６・・・検出用
コイル。 ７．８・・・被覆管、９・・・測定部、１０・・・回転
ローラ、１２・・・外径寸法測定子、１３・・・核燃料
ベレット、２０・・・外径寸法測定部、２１・・・演算
部、２２・・・う来１図 第３図 ゛小−７０仝ゴ法　−人 １−　　催復盲 Ｚ−−一押入型ブローブ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基準用被覆管を取囲む第１検出用コイル及び測定対
   象ライニング被覆管を取囲む第２検出用コイルにそれぞ
   れ高周波信号を印加し、誘起される渦電流を前記第１及
   び第２検出用コイルでそれぞれ検出し、前記第１検出用
   コイルと前記第２検出用コイルとに生ずるインピーダン
   スの差から前記ライニングの厚さを測定する核燃料被覆
   管のライニング厚さ測定方法。 ２、高周波電源と、基準用被覆管を取囲む第１検出用コ
   イルと、測定対象ライニング被覆管を取囲む第２検出用
   コイルと前記高周波電源からの信号を受けて前記第１及
   び第２検出用コイルに印加するブリッジ回路と、前記第
   １検出用コイルと前記第２検出用コイルとに生ずるイン
   ピーダンスの差による不平衡電圧から前記測定対象ライ
   ニング複覆管のライニングの厚さを計測する測定部と、
   前記ライニング被覆管を長手方向に駆動する機構とから
   なる核燃料被覆管のライニング厚さ測定装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記測定部が、前
   記測定対象ライニング被覆管の被覆管自体の寸法の変化
   を検出する外径寸法測定部と、前記寸法測定部からの信
   号に基づき前記測定されたライニングの厚さを修正する
   演算部とを含むことを特徴とする核燃料被覆管のライニ
   ング厚さ測定装置。 ４、特許請求の範囲第２項または第３項において、前記
   駆動機構が、前記測定対象ライニング被覆管を両側から
   挾み駆動するローラを前記被覆管に常に当接させる機構
   を備えたことを特徴とする核燃料被覆管のライニング厚
   さ測定装置。