JP2011149936A - 核燃料ペレット検査 - Google Patents
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Abstract
【課題】核燃料ペレット（１８）検査するためのシステム（５０）を提供すること。
【解決手段】検査システム（５０）は、核燃料ペレット（１８）内の欠陥に関して核燃料棒（２０）内に配置された核燃料ペレット（１８）を検査するために、１つまたは複数のエネルギーのＸ線放射（５６）を使用するように構成される。検査システム（５０）のいくつかの実行において、燃料棒製作施設内で生産された全燃料棒（１０）の検査を全自動化または部分的に自動化することにより、核燃料棒製作工程（２）に検査システム（５０）を組み入れることが可能となり得る。
【選択図】図２
【解決手段】検査システム（５０）は、核燃料ペレット（１８）内の欠陥に関して核燃料棒（２０）内に配置された核燃料ペレット（１８）を検査するために、１つまたは複数のエネルギーのＸ線放射（５６）を使用するように構成される。検査システム（５０）のいくつかの実行において、燃料棒製作施設内で生産された全燃料棒（１０）の検査を全自動化または部分的に自動化することにより、核燃料棒製作工程（２）に検査システム（５０）を組み入れることが可能となり得る。
【選択図】図２
Description
本開示は一般に核燃料ペレットの検査に関する。より具体的には、本実施形態は核燃料ペレット内の物理的欠陥を検出するためのＸ線方法および装置を対象とする。
原子力発電所の燃料は通常の形態では、被覆管内に積み重ねられた円柱状のペレットの形態にあることが多い。通常、これらの円柱状のペレットは核燃料物質を含み、被覆材は比較的不活性な物質で構成されることが多い。これらがまとまって核燃料棒を形成し、発電所の運転中にこの核燃料棒を使用し、発電のために、選択された工程を実施することができる。１つの例は蒸気の発生であり、蒸気はタービンを駆動するために使用される。これらの燃料棒は、通常、円柱状のペレットを被覆管の内部に積み重ね、被覆管の端部に端栓を溶接することによって製作される。
核燃料の信頼性は原子力産業界を通しての課題であり、多くの燃料棒製作工程における主要な目的である。核燃料ペレットの欠陥は、これらの問題の中でもとりわけ、様々な燃料性能不足につながり得るものである。例えば、円柱状表面の一部が欠落しているペレット（例えば、ピットまたはチップ）、クラック、およびその他の欠陥は、ペレット−被覆管相互作用（ＰＣＩ）に通じるおそれがあり、ＰＣＩにおいては、燃料ペレットが被覆管と接触して応力を引き起こし、それに伴って被覆管を腐食して被覆管破壊を引き起こす腐食性化合物を生じるおそれがある。このような燃料棒の破損によって、高放射能の不純物が原子炉冷却材中に拡散することになる。このような事象は、発電所運転員に対して望まれるものよりも高い放射線被ばく量をもたらし、破損燃料を取り出し交換するために原子炉の計画外停止をもたらすことがある。これらの計画外停止は、エネルギー供給事業者およびその顧客の両方に、著しい財務的損失および／または資本損失をもたらすことがある。
本開示は一般に、Ｘ線放射を使用し部分的にまたは実質的に自動化された、核燃料ペレットの検査手順を提供することを対象とする。
一実施形態において、核燃料棒を検査するシステムが提供される。本システムは、その特徴の中でもとりわけ、一般に１つまたは複数のエネルギーのＸ線放射を発生するように構成された第１のＸ線源を含むことが可能であり、この第１のＸ線源は１つまたは複数の核燃料棒を輸送するように構成された可動トラックの１つの側に配置される。第１のシンチレータと第１のダイオードアレイを有する第１のＸ線検出器も提供される。第１のＸ線検出器は一般に、第１のＸ線源によって発生されたＸ線放射の少なくとも一部を検出して、１つまたは複数の核燃料棒の第１のデジタルＸ線画像を生成するように構成される。第１のＸ線検出器は、第１のＸ線源が設置された可動トラックの側とは反対側に配置され得る。具体的な機械可読媒体も提供され、この媒体は一般に、１つまたは複数のコンピュータで実行可能なアルゴリズムを記憶するように構成され、このアルゴリズムが処理装置で実行されると、Ｘ線画像を使用した核燃料棒内の１つまたは複数の欠陥検出を促進する。
別の実施形態では、核燃料棒を検査する方法が提供される。この方法は、他の特徴の中でもとりわけ、核燃料棒内の長軸に沿って配置された核燃料ペレットを含む核燃料棒を検査区域に供給する機能を、一般に含み得る。核燃料棒はＸ線源で発生された第１の部分のＸ線放射で照射される。第１の部分のＸ線放射の少なくとも一部は、一般にシンチレータおよびダイオードパネルを含む検出器で検出され、核燃料棒の第１のデジタルＸ線画像を生成する。次に核燃料棒は、核燃料棒取扱い機構を使用して長軸周りで第１の角度だけ回転され、引き続いてＸ線源で発生された第２の部分のＸ線放射で照射される。第２の部分のＸ線放射の少なくとも一部もやはり検出器で検出され、核燃料棒の第２のデジタルＸ線画像を生成する。第１および第２のデジタルＸ線画像を用いて、核燃料ペレット内の欠陥を検査する。
さらなる実施形態において、撮像・マスキング組立体が提供される。撮像・マスキング組立体は一般に、長軸を有する核燃料棒の１つの側の近傍に配置されるように構成された第１の一体型（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）構造体を含むことができ、この一体型構造体は、長軸に平行、かつＸ線源で発生されたＸ線ビームに平行な方向に、核燃料棒を越えて延びる。本組立体は、この一体型構造体の近傍にある核燃料棒の位置を維持するように構成され、撮像の間に核燃料棒の位置を移動するように構成された、核燃料棒取扱い機構を含み得る。
本開示の上記およびその他の特徴、態様、および利点は、添付する図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによって、よりよく理解されるであろう。図面を通して、図中の同じ符合は同じ部品を示す。
通常の核燃料ペレットの製作形態において、核燃料ペレットは生産工程の間に目視法で検査される。しかし、この検査に引き続いていくつか工程ステップを終了しなければならないことが多くあり、それが（欠陥の中でもとりわけ）燃料ペレットに損傷を起こすことがある。例えば、燃料ペレットの外径と被覆管の内径との間の公差が厳しいために、被覆管内への挿入によって燃料ペレットは損傷することがある。被覆管内に装填された後で、燃料棒の取扱いによって燃料棒内でペレットの望ましくない運動が生じ、そのときペレットが互いに衝突することがある。このような衝突が燃料棒内における未検出欠陥を引き起こすことがある。
したがって、本明細書に記載されている方法および装置を実施することによって、Ｘ線放射を使用するペレット／燃料棒検査工程の実質的な自動化、ならびにそのより迅速で正確な実施が達成され得ることが、今や理解される。したがって、本開示は核燃料ペレット内の欠陥検出のためのＸ線方法および装置を対象とする。
特に、本開示はＸ線源とＸ線検出器を使用して、核燃料棒（および内部に収納されたペレット）のＸ線画像を生成する。Ｘ線源は、１つまたは複数のエネルギーのＸ線放射を発生するように構成することができ、検出器はそれを検出するように構成され得る。本開示の態様によれば、実質的に実時間方式でデジタルＸ線画像を生成するために、検出器は一般にシンチレータとダイオードアレイを含み得る。さらなる一実施形態では、燃料棒または燃料ペレット内に存在し得る欠陥があればそれを検出する確率を向上するために、様々な姿勢から燃料棒の複数のデジタルＸ線画像が取得できる、燃料棒取扱い機構が提供され得る。別の態様によれば、記憶されたルーチン（具体的な、機械可読媒体に記憶されたルーチンなど）を実行するための処理装置または処理回路が提供され得る。処理装置は、あり得るペレットの欠陥を認識し、検出し、および標識を付けるために、１つまたは複数のアルゴリズムを遂行するように構成され得る。この態様の実施形態において、処理装置は、Ｘ線−ペレット相互作用によって発生したＸ線散乱などの、ランダム事象の結果生じた画像のゆがみがあればそれを補正するアルゴリズムを実行するように構成されてもよい。上記で概略的に説明した特定の実施形態には、燃料ペレット縁部で画像の鮮明度とコントラストを増強するためのマスキング器具も提供され得る。さらにマスキング構造体は、燃料棒を通過せず減衰していないＸ線放射から、検出器を防護するために役立ち得る。
ここで図に移り、まず図１を参照すると、核燃料棒製作工程２の一実施形態のブロック図が示されており、全体として、燃料棒組立セクション４、燃料棒検査セクション６、およびバンドル組立セクション８の３つのセクションを含んでいる。図１はまた、工程２を通過する燃料棒の全体的な流れも図示する。例えば燃料棒１０は燃料棒組立セクション４内で組み立てられ、このセクションは燃料棒検査セクション６につながる。燃料棒検査セクション６では、燃料棒１０の数が検査済みの燃料棒のセット１２（すなわち、検査工程を合格した燃料棒）に減少され得る。ひとたび燃料棒１２が初めに検査されると、それらはバンドル組立区域に送られ、そこで検査済みの燃料棒１２のセットを燃料棒バンドル１４に組み立て得る。本実施形態の説明では、本開示による方法およびシステムをこれらのセクションの１つで実施することを対象としているが、本明細書に開示された手法を燃料棒製作施設のこれら区域内または他の区域内で実施することも、本開示の範囲内に十分入っていることに留意されたい。そのような実施は当業者の技術の範囲内にあり、日常的な最適化の問題となるだろう。例えば、本明細書で説明した１つの実施可能な手法は、燃料棒内に装填する前の個々の核燃料ペレットの実質的な実時間検査に適用し得る。
図示された実施形態において、工程２は燃料棒組立セクション４で始まる。燃料棒組立セクション４の一実施形態において、長い中空の円筒状被覆管１６に核燃料ペレット１８が充填される。しかし、内部に収納されるペレット１８が別の配置パターンを有する、別の可能な燃料棒２０の構成もあり得る。いくつかの実施形態では、被覆管１６の長さが数インチから数フィートで、内径は数インチから１インチ未満の範囲にあることもある。本実施形態による被覆管１６は、実質的に核燃料を隔離することが可能な材料で作られる。例えば、被覆管１６はジルコニウムベースの合金またはステンレス鋼であってよく、燃料ペレット１８は酸化ウラン（ＵＯ２）または同様の核燃料であってよい。いくつかの実施形態では、燃料棒２０が中性子を吸収してより望ましい反応度特性を示すようにするため、燃料ペレット１８に数パーセント（例えば、約０．５ｗｔ％から約１０ｗｔ％の間の）の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３、ガドリニア）を添加することもあり得る。それに応じて、別の中性子吸収材も想定される。
燃料棒組立セクション４は、例えば適切に構成されたペレットおよび／または燃料棒取扱い機構を使用した、ペレットトレイから燃料ペレット１８を受け入れる機構を含み得る。ペレット１８が被覆管１６内に装填されて、いくつかの実施形態では、ペレット１８を燃料棒２０の２つの端栓２４のうちの１つに付勢するためにばね２２が設けられる。別の実施形態では、このステップは別個のステップとして実行されることがある。ばね２２は一般に、燃料ペレット１８の位置を燃料棒（端栓２４）の端部内表面に付勢するように選択され構成され、それによって燃料棒２０の長軸２６に沿ったペレット１８の平行運動が著しく限定される。
燃料棒組立セクション４内で全てのペレット１８が被覆管１６内に装填された後で、次に燃料棒２０は、燃料棒２０の封止および被覆管１６の欠陥検査を目的とし、全体として燃料棒検査６と呼ばれる複数の手順を経る。燃料棒２０の封止作業は、抵抗溶接および／またはタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接などの当技術分野で知られている任意の数の手順を含んでよく、一般に両方の端栓２４を被覆管１６に封止するように実行される。通常の構成において、燃料棒組立セクション４および／または燃料棒検査セクション６は、例えば、燃料棒種類検出ステーション、ばね検査ステーション、排気／低圧バックフィルステーション、シーム溶接ステーション、冷却ステーション、高圧溶接ステーション、ヘリウム漏洩検出ステーション、平行度ゲージステーション、リングゲージステーション、超音波（ＵＴ）顕微鏡ステーション、およびアンロードステーション、などの複数のステーションを含み得る。燃料棒装填部４または燃料棒検査セクション６のどちらかが、これらのステーションの任意の１つまたはそれらの組合せを含み得ることを理解すべきである。
燃料棒検査セクション６内で燃料棒２０は、端栓２４を溶接する前に燃料棒２０を部分的にバックフィルするために使用された不活性ガスの漏洩があるか検査される。被覆管１６と端栓２４との間の溶接シームも、平坦な円環状接触を確保するために検査され得る。最後に燃料棒２０、さらにより具体的には被覆管１６は、欠陥がないか検査される。被覆管１６の検査によって、少なくとも部分的には被覆管１６の健全性に基づいて、燃料棒１０は、合格、不合格、またはさらなる検査のために標識付け、のどれかにされる。不合格の燃料棒は保管区域に行くことになり、一方、合格した燃料棒１２はバンドル組立セクション８に輸送される。任意の校正用および検証用燃料棒も保管区域に進み得る。バンドル組立区域８は一般に、受動走査および能動走査を含む走査区域、ならびに燃料棒２０を実際にバンドルに組む区域、さらに検査区域、および顧客に納品されるまで最終的に保管する区域を備える。
本開示によれば、燃料棒組立セクション４、燃料棒検査セクション６、および／またはバンドル組立セクション８は、燃料棒２０のＸ線走査を工程フロー内で実行するための潜在的な場所になり得る。例えば、ある実施形態では、ＴＩＧ溶接工程の結果としての溶接のＸ線検査が、最終的な溶接の信頼性および品質を検査するために使用され得る。したがってこのようなＸ線装置は、本明細書に説明した装置および方法を容易に実行できるようにするため、本開示に従って適切に修正され得る。通常の製作現場では、数十、数百、または数千もの個々の燃料棒２０が、毎日または数日ごとに生産され処理され得ることに留意されたい。したがって、従来のＸ線検査工程を使用すると、従来のラジオグラフィ検査に伴う時間的制約のために、生産された燃料棒２０の一部分のみが検査され得る。例えば、個々の燃料棒２０の従来のＸ線検査では、画像を撮影し、画像データを処理し、ペレットの欠陥を画像で検査する時間を含め、燃料棒２０当たり全体で５分以上必要なことがあり得る。これに反して本明細書で説明する手法によれば、個々の燃料棒２０の撮像においてダイレクトラジオグラフィを行うことが可能になり、それによって製作施設で生産される全燃料棒の撮像および検査を、その施設の処理能力に悪影響を及ぼさずに、実質的に実時間で実行し得る。
このような手法は複数の可能な構成を使用して実行することが可能で、その一実施形態が図２に図示されており、同図は個々の燃料棒２０などの核燃料棒のＸ線検査用システム５０の一実施形態のブロック線図である。もちろんいくつかの実施形態では、検査される燃料棒は、組み立てられた複数の燃料棒１０、当初に検査済みの複数の燃料棒１２、または複数の燃料棒バンドル１４であってもよい。例示された実施形態において、システム５０は、核燃料棒に関する２次元または３次元のデジタルラジオグラフィデータを取得するように設計されたダイレクトラジオグラフィシステムであり、いくつかの実施形態では、それらのデータを実質的に実時間の態様（例えば、５分未満、３分未満、１分未満、３０秒未満、１０秒未満、１秒未満、など）で処理して、ペレットに欠陥（品質規格外）があるか判定するものもある。本検討では、ペレットの欠陥を判定するためにデジタルまたはダイレクトラジオグラフィ（ＤＲ）を実行することを対象としているが、コンピュータラジオグラフィ（ＣＲ）および／またはコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）も意図されており、それらは単に設計の選択肢である。さらにダイレクトラジオグラフィの代替としての、コンピュータラジオグラフィおよび／またはコンピュータトモグラフィの導入は、日常的な実験的作業と最適化によって達成されるであろう。
図２に例示する実施形態においてシステム５０は通常、コリメータ５４に隣接して配置されたＸ線源５２を含む。Ｘ線源５２は、Ｘ線管または固体Ｘ線エミッタであってよく、１つまたは複数のエネルギーのＸ線放射を放出するように構成し得る。図示された実施形態においてコリメータ５４は、放射線の流れ５６が１つまたは複数の燃料棒２０が存在するような区域内を、通過できるように構成される。ある特定の実施形態において、放射線の流れ５６は核燃料棒２０を十分貫通するエネルギーを有することができる。例えば放射線の流れ５６は、約５０ｋＶから約１ＭＶの範囲の（例えば、約２００ｋＶ、２５０ｋＶ、３００ｋＶ、３８０ｋＶ、４２０ｋＶ，４５０ｋＶ、およびそれを超し、またはその間の任意の範囲の）エネルギーを有し得る。さらに放射線の流れ５６に使用される特定のエネルギーは、収集すべき情報の特性に依存して選定することができる。例えば低めのエネルギー（例えば、２００ｋＶから４５０ｋＶの間）の放射線は、燃料棒２０内のペレット１８に関する表面の情報（例えば、ピットおよび／またはチップ）を提供でき、一方高めのエネルギー（例えば、約４２０ｋＶ超）の放射線は、ペレット１８に関する表面以外の情報（すなわちクラックなど）を提供できる。
システムの作動中に放射線５８の一部は燃料棒２０（または燃料棒バンドル１４）を貫通しまたはその周囲を通って、検出器アレイ６０に衝突する。本開示によれば、燃料棒２０をバイパスする放射性の量５６を著しく抑制し、放射線の一部５８を検出した結果得られる画像の品質を向上させるために、マスキング構造体６２を設けることができる。例えば図示するように、マスキング構造体６２は、Ｘ線伝播の方向に燃料棒２０を越えて延びる。このような構成においてマスキング構造体６２は、放射線の流れ５６と燃料棒２０（被覆管１６とペレット１８を含む）との相互作用によって生じる散乱事象を、著しく抑制することができる。一実施形態においてマスキング構造体６２は、燃料棒２０と線源５２または検出器６０との中間に直接配置はしないが、燃料棒２０の片側または両側に近接して配置されるように構成される。減衰していないＸ線放射から検出器６０を防護するために、一実施形態においてマスキング構造体６２を、ビーム全体の方向に直角方向などの他の方向に延ばすこともできる。マスキング構造体６２に関するこれらおよび他の特性は、以下でより詳細に説明する。
システムの作動中に、燃料棒２０を貫通し、マスキング構造体６２を通過したＸ線放射５８を受けて、検出器アレイの検出素子は、入射Ｘ線ビームの濃度（放射線５８の部分または一部）を表す電気信号を発生する。例えば例示の検出器６０は、シンチレータ６４とフォトダイオード６６とを含む。シンチレータ６４は、Ｘ線放射５８を電離放射線から光（すなわち、可視光）に変換するような構成とする。シンチレータ６４によって発生された光は、次いでフォトダイオードアレイ６６と相互作用し、光電効果などを介して電流を発生する。光電効果を起こすために、ダイオードアレイ６６は光電特性を示す材料で製造され得る。例えば、一実施形態において、ダイオードアレイ６６は結合電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の非晶質シリコンフラットパネルであってよい。いくつかの実施形態では、約５０ｋＶから１ＭＶの間のエネルギーを有し得る放射線の部分５８の相当な量を、シンチレータ６４が吸収するように構成され得る。
一実施形態において、シンチレータ６４は、測定可能な吸湿性を示さないタリウム添加よう化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）またはその他のシンチレーション材で製造され得る。このような実施形態ではＣｓＩ：Ｔｌは、ダイオードアレイ６６（非晶質シリコン）上に直接成長させられ、次いで吸湿の影響を低減するためにカバープレートで密封シールし得る。こうして、シンチレータ６４の厚さ（シンチレーション層）を所望の高さに作ることが可能となる。例えば、ＣｓＩ：Ｔｌは、約０．０５０ｍｍから約４ｍｍの間（例えば、約０．４０ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ）の厚さに成長させ得る。いくつかの実施形態では、シンチレータ６４の厚さを選ぶときにオペレータは複数の要素を考慮することができる。例えば、約１０ｍｍまでの厚さを、ＣｓＩ：Ｔｌニードルを非晶質シリコンパネル上に成長させることによって達成し得る。このような厚さにすることにより、より短いニードルを使用した他の形で達成されたものよりも大きな信号対雑音比が得られるが、より大きなシンチレータ厚さ（例えば４．０ｍｍ超）は、ペレット１８の縁部周りのコントラストを減じることになり、したがってペレット欠陥の空間解像度を減じることになる。しかし、そのような長さが望ましい実施形態または状況もあり、それらの欠陥検出のためには、より厚いシンチレータで達成されるコントラスト解像度の増加が、その空間解像度の減少よりも重要なことがある。
別の実施形態において、シンチレータ６４は多結晶テルビウム添加ガドリニウム酸硫化物（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）蛍光シートで製造され得る。このような実施形態では、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ粒子はバインダと混合され、高分子（例えば、マイラー）支持剤に接着される。Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ蛍光体を使用するときは、粒子はバインダと一緒に約０．０５０ｍｍから約２ｍｍの間（例えば、約１ｍｍ）の厚さを有するシートを形成し得る。蛍光体を使用するある特定の実施形態では、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂの代わりにまたはそれと組み合わせて、テルビウム添加イットリウム酸硫化物（Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）、銀添加亜鉛硫化物−カドミウム硫化物合金（ＺｎＳＣｄＳ：Ａｇ）、あるいは同様の蛍光体、またはそれらの任意の組合せを使用することが望ましい。他の蛍光体として数例を挙げれば、銅添加硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｃｕ）、銅添加硫化亜鉛カドミウム（ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ）、およびアルミニウム添加物を用いた同様の蛍光体を使用するものを含んでよい。当技術分野で知られている任意の関連する蛍光体を選択することは、単に設計の１つであって、当業者にとって容易に明白なことは当然であり、本開示の範囲内であると考えられる。
さらなる実施形態では、シンチレータ６４の製造に光ファイバシンチレーションガラスを使用することが望ましいことがある。典型的な光ファイバガラスの構成では、ファイバのコアはシンチレーション材（例えば適度な実効原子番号と密度を有するテルビウム添加重ケイ酸塩ガラス）であり、クラッドガラスで囲まれて、光がファイバを伝播して１つまたは複数のフォトダイオードアレイ６６に向かうことができる。このような実施形態において、ファイバ／クラッドは固く詰められて何百万もの（例えば、１００万から２０００万の間の）ファイバのフェースプレートにされ、全厚（クラッドガラスの長さ）は約１ｍｍから１０ｍｍ（例えば、約２ｍｍ）の間になる。光ファイバシンチレーションガラスのフェースプレートは、クラッドを取り囲むか、またはフェースプレートを貫通する個別のファイバとして確率的手法で配置された、外部吸収材を含んでもよい。これら２つの方法は、ファイバから出る浮遊光が下部のダイオード構造に達するのを阻止するために使用され得る。
したがってシンチレータ６４は、電離放射線を吸収して光をフォトダイオードアレイ６６に放出するように設計された複数の物質で製造され得る。シンチレータ６４は上述のように、厚さが約２００ミクロンから約１０ミリメートルの間であって、この厚さは燃料棒２０の種類と材料、欠陥の形状、放出されるＸ線放射５６のエネルギー、その他を含む複数の要素に基づいて選定される。シンチレータ６４は、数十、数百、数千、または数百万本ものニードルおよび／または検出器素子を有する。一実施形態において、シンチレータ６４内のニードルの寸法を縮小し、数を増すことによって、得られる画像の解像度を向上させ得る。シンチレータ６４が高分解能を有する実施形態では、得られるデジタルＸ線画像の解像度はフォトダイオードアレイ６６の解像度によって制限される。例えば上述したように、フォトダイオードアレイ６６は非晶質シリコン製のフラットパネルであり得る。一実施形態において、非晶質シリコンパネルは１６インチ×１６インチの区域に対して約１０２４×１０２４の解像度を有し得る。別の実施形態では、非晶質シリコンパネルは９．４インチ×１１．８インチに対して約２４００×３０００の解像度を有し得る。
シンチレータ６４による光発生、そのダイオードアレイ６６への移送、およびアレイ６６によるデジタル画像生成の過程は、何分の一秒以内、例えば近実時間内で起こり得る。したがって本実施形態によるダイレクトラジオグラフィの構成によって、最高約３０Ｈｚの撮像速度を得ることができて燃料棒２０の実質的な実時間撮像を可能にし得る。結果として、燃料棒２０の撮像と検査を数秒の間に実行することができる。例えば、燃料棒２０の検査は３秒、５秒、１０秒、３０秒、１分、３分、５分、などよりも短時間内に行われ得る。したがってダイレクトラジオグラフィを、製作工程２などの製作工程内に導入することにより、選択的、ランダム、またはサブセットベースで検査するではなく、生産された全てのまたは大多数の個別燃料棒２０を検査することが可能になる。作動中、フォトダイオードアレイ６６が燃料棒２０を通過したＸ線の数に対応する電気信号を発生した後で、その信号はシステムコントローラ６８に、より具体的には、検出器６０で発生された信号を受取りおよび／または処理するように構成された画像データ収集システム７０に送られる。
システムコントローラ６８はＸ線源５２を制御するように構成され、電力と制御信号の両方を燃料棒検査手順のために供給する。さらに検出器６０はシステムコントローラ６８に接続されており、コントローラは検出器６０内で生成された信号の収集を命令する。システムコントローラ６８は、ダイナミックレンジの初期調整、デジタル画像データのインターリービング、などの様々な信号処理とフィルタ機能も実行し得る。通常の操作では、システムコントローラ６８は、撮像システム５０に検査プロトコルを実行する操作を命令し、いくつかの実施形態では取得したデータの処理を命令する。本文脈においてシステムコントローラ６８はまた、通常は汎用または特定用途向けのデジタルコンピュータをベースとする信号処理回路、このコンピュータで実行されるプログラムやルーチン（本明細書で記載されている実施形態を実行するためのプログラムやルーチン）および構成パラメータや画像データを記憶するための付随するメモリ回路、インターフェイス回路、なども含む。
図２に例示する実施形態において、システムコントローラ６８は、燃料棒位置決めシステム７８の回転サブシステム７４と平行移動サブシステム７６とを制御するように構成されたモータコントローラ７２を含む。燃料棒位置決めシステム７８は、オペレータまたは操縦者が、燃料棒２０をその長軸２６に沿って平行移動させ、および／またはその長軸２６周りで回転させることができるように構成される。特定の欠陥は、Ｘ線源５２および検出器６０に関して燃料棒２０の１つの姿勢からのみ撮像され、したがって可視化されるので、このような位置決めがペレットの欠陥を検出するために役立ち得る。さらに燃料棒位置決めシステム７８は、システムコントローラ６８によって行われるいくつかの収差補正方法（例えば、シフトイメージング）に役立ち得るものであり、本開示の他の具現化と共に以下で説明する。
図示のように、燃料棒位置決めシステム７８は、燃料棒２０の一端または両端をつかんで平行移動および／または回転を行う。回転サブシステム７４は、燃料棒位置決めシステム７８が次に、滑らかな連続的回転方式、または燃料棒２０がある角度回転させられて１つの画像を撮り、次いで後続の画像取込みのために燃料棒２０が再び回転させられるステップアンドシュート方式のどちらかの方式で、燃料棒２０をその長軸２６の周りで回転させることができるようにする。したがって燃料棒位置決めシステムによって実行される回転は、約９０°から約１°の間（例えば、約９０、５５、４５、２２．５、１１．２５度）にすることができる。ある特定の実施形態において、燃料棒位置決めシステムは１０°未満の、例えば約９、８、７、６、５、４、３、２、または１度未満で、小回転を行うこともできる。同様に平行移動サブシステム７６は、燃料棒位置決めシステム７８が長軸２６に沿って燃料棒２０を小平行移動させることができるようにし、平行移動量は少量のみとする（すなわち、１ミクロンから数センチメートルの間）。
この目的のためにモータコントローラ７２も、燃料棒２０（または燃料棒バンドル２０）が上に載っている可動トラック８２の平行移動サブシステム８０を制御するように構成される。可動トラック８２は、本システム５０の処理能力および特定の適用仕様の設計選択肢に依存して、小さな増分（例えば、約１フィート）あるいは大きな増分（例えば、約１５フィート）で、または連続方式で移動するように構成され得る。例えば可動トラック８２は、燃料棒２０の特定区間（例えば、数ペレットの区間）において必要な数の画像を撮った後に燃料棒２０をその長軸２６に沿って平行移動させることができる。このような実施形態において、可動トラック８２は、Ｘ線源５２および検出器６０によって同一燃料棒２０内の新しい区間（例えば、数ペレットの新しい区間）を撮像できるように、燃料棒２０を移動させることになる。さらに可動トラック８２は、燃料棒２０（または燃料棒バンドル（または複数の燃料棒バンドル））を検査システム５０が規定する区域外に輸送できる。
システムコントローラ６８は、Ｘ線源５２および検出器６０に関する燃料棒位置決めシステム７８および可動トラック８２の作動タイミングを調整することができる。このため、システムコントローラ６８は、Ｘ線源５２をＸ線コントローラ８４で制御することができる。特に、Ｘ線コントローラ８４は、電力とタイミング信号をＸ線源５２に供給するように構成され得る。例えば一実施形態において、Ｘ線コントローラ８４は、燃料棒２０の表面欠陥を検査するＸ線源５２に適切な電力を供給し得る。さらにＸ線コントローラ８４は、異なる量の電力をＸ線源に供給することも可能であり、それによって燃料棒２０はペレット１８内のクラックなどの表面以外の欠陥等も検査される。
例示された実施形態におけるシステムコントローラ６８は、処理回路８６も含む。画像データ取得システム７０で収集されたデータは、引き続いてＸ線画像を操作し検査するために、処理回路８６に転送され得る。処理回路８６はメモリ８８を含む（またはメモリと通信する）ことができ、それによって処理回路８６で処理されたデータ、または処理回路８６で処理されることになるデータ（燃料棒２０を撮像することによって生成されたデジタルＸ線画像など）を記憶することができる。コンピュータでアクセス可能な、所望する量のデータおよび／またはコードを記憶できる任意の種類のメモリデバイスが、撮像システム５０で利用され得ることに留意されたい。さらにメモリ８８は、類似の種類または異なる種類の、磁気的、ソリッドステート、または光学的なデバイスなどの単一または複数のメモリデバイスを含んでよく、それらのデバイスはシステム５０に付随の、および／または遠隔の装置であってよい。メモリ８８は、データ、処理パラメータ、および／または本明細書で説明する処理を実行する１つまたは複数のルーチンを有するコンピュータプログラム（例えば、画像認識および操作アルゴリズム）を記憶し得る。例えば、一実施形態においてメモリ８８はＸ線検査ソフトウエアを記憶し得る。このソフトウエアは、燃料棒２０に関する情報を取得し、報告し、評価し、および保管するように構成されたコードを含み得る。例えば作動中に、このコードによって処理回路８６が検査装置（Ｘ線源５２および検出器６０）と相互作用してデジタル情報を収集することが可能になる。本コードは関連する検査実行のデータベ−スおよび／またはプロトコルを含むことができ、検査装置を制御するように構成され得る。このソフトウエアは、取得したデータならびにＣＤおよびＤＶＤなどの取り外し可能な媒体も受け入れることができ、受信データの解析、改善、測定、および保管のためのアプリケーションツールを供給することもできる。そのようなソフトウエアの一例は、ＧＥ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されるＲｈｙｔｈｍ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｕｉｔｅである。
処理回路８６は、システムコントローラ６８によって可能とされた例えば検査作業および燃料棒の移動のような機能を、制御するように構成され得る。例えば、処理回路８６は、典型的には、例えばキーボード、マウス、および／またはその他の入力デバイスを備えたオペレータインターフェイス９０を介して、オペレータからの命令および検査パラメータを受信するように構成することができる。オペレータは、このような構成によって入力デバイスを介してシステム５０を制御し得る。オペレータインターフェイス９０に接続されたディスプレイ９２は、燃料棒２０（そして、したがってペレット１８）のデジタルＸ線画像を観察するために使用され得る。さらに画像は、オペレータインターフェイス９０に接続され得るプリンタ９４で印刷され得る。いくつかの実施形態において、システムパラメータを出力し、検査を要求し、画像を観察する、などのために、１つまたは複数のオペレータインターフェイス９０がシステム５０にリンクされ得る。一般に、システム５０内に供給される、ディスプレイ、プリンタ、ワークステーション、および同様のデバイスは、データ取得構成要素の一部であってよく、または製作施設内のどこか、または全く異なる場所にあって、インターネット、バーチャルプライベートネットワーク、などの、１つまたは複数の編成可能なネットワークを介して画像取得システムにリンクされたそれらの構成要素の遠隔装置であってもよい。
処理回路８６は、画像保管および通信システム（ＰＡＣＳ）９６に接続されてもよい。処理回路８６で生成、または処理された画像データは、引き続いて行われる処理または評価のために、ＰＡＣＳ９６に転送され、保管され得る。ＰＡＣ９６は遠隔クライアント９８、または内部あるいは外部ネットワークに接続可能であり、それによって様々な場所にいる他者（例えば、燃料棒２０を購入する顧客）が画像データにアクセスし得ることに留意されたい。
ここで図３に移ると、マスキング器具６２の一実施形態が正面図で例示されている。図３はまた、撮像中の燃料棒２０の全体的な構成およびマスキング器具６２に関する燃料棒の位置を例示している。例えば図３は、Ｘ線源５２からのＸ線ビーム経路１０６に垂直な方向から見た透視図とみなすことができる。例えば図示するようにビーム経路１０６は、Ｘ線５６とＸ線の一部５８の、全体的なＸ線伝播の方向である。さらに、例示の実施形態に図示するように、複数の燃料棒２０がマスキング器具６２内に配置される。本開示によれば、とりわけ、検出器６０の寸法、マスキング器具６２の寸法、ならびに燃料棒位置決めシステム７８および可動トラック８２の取扱い能力などの制限要因がある中で、一度に可能な限り多数の燃料棒２０を撮像することが望ましい。長軸２６を見下ろすと、本実施形態による燃料棒２０は、被覆管１６およびペレット表面１０８を有する燃料ペレット１８を含む。マスキング器具６２は、図示するように、燃料棒２０に近接して配置され、それによって器具６２と燃料棒２０の１本との間には、実質的に間隙がないか微小空間１１０のみが存在するようにする。ある特定の実施形態において、燃料棒２０とマスキング器具６２との間隙は、マスキング器具６２に対して燃料棒２０を、長軸２６周りで自由に回転させ、長軸２６に沿って自由に平行移動させることが十分できるものである。本明細書で説明する手法による一実施形態において、マスキング器具６２は燃料棒２０周りで湾曲してよく、それによって燃料棒２０の被覆管１６は、またはより具体的には被覆管１６の表面は、ビーム経路１０６がその接線である関係になり、実質的にマスクされてペレット１８およびペレットの表面１０８のみが撮像され得るようにする。さらに、ペレット１８と被覆管１６との間の公差１１２によって、ペレット１８の表面に関してより高いコントラストが可能になり、それによって検査ルーチンはペレットの欠陥および／または異常があればそれをより効果的に特定することができる。
燃料棒２０を通過する放射線量を実質的に制限するために、マスキング組立体６２は１つまたは複数の高Ｚ元素で製造することが望ましい。一実施形態において、マスキング組立体６２はタングステン（Ｗ）で作られた一体型構造体である。高Ｚ元素は原子番号の大きな元素であって、本開示の目的に関する高Ｚ元素は、原子番号７４以上の元素から成るものである。一実施形態において、マスキング組立体６２は、マスキング組立体６２のＸ線放射を吸収する機能を妨害する他の物質を、ほとんど含まないか実質的に含まない。したがって、一実施形態においてマスキング組立体６２は、タングステンや高Ｚ値元素などの元素のみで製造され、マスキング器具６２内に存在する他の物質は、意図的に含んだ元素の不純物のみである。別の実施形態では、より軽い物質（例えば、ポリマー）をタングステンなどの高Ｚ物質の外側シェルカプセル内に封入するように、マスキング器具６２を製作することが望ましいことがある。このような実施形態によって、マスキング器具はそのＸ線吸収特性を維持し得るが、それは他の方式で達成され得るよりも軽量となる。
システム５０が作動している間のマスキング器具６２の透視図を図４に例示する。本開示によるこの例示的な実施形態は、Ｘ線源５２と検出器６０の間に配置されたマスキング器具６２を図示するものである。さらに、Ｘ線源５２から放射され、ビームコリメータ５４から外部に放出される、放射線５６が図示されている。Ｘ線放射５６の一部は燃料棒２０を通過し（放射線５８）、Ｘ線放射５６の他の部分はマスキング組立体６２と衝突する。図示された実施形態において、マスキング組立体６２は、燃料棒２０の両側に配置された２つの一体型構造体を含み、これらの２つの一体型構造体は、燃料棒２０を越えてＸ線源５２および検出器６０に向かって延びる。マスキング構造体６２が燃料棒２０を越えて延びるこのような構成によって、燃料棒２０と入射放射線５６との間で非吸収的相互作用が起こる結果、検出器６０に到達する散乱放射線の量は著しく制限し得る。
ここで図５に移ると、複数のＸ線源５２と複数の検出器６０を備えるシステム１１４の一実施形態が例示されている。図示された実施形態においてシステム１１４は、Ｘ線源５２（例えば、第１のＸ線源１１８）、燃料棒２０に入射する放射線の量１２２を制御するコリメータ５４（例えば、第１のコリメータ１２０）、および検出器６０（例えば、第１の検出器１２６）を防護し、燃料棒２０で散乱されるＸ線を制限するように構成されたマスキング器具６２（例えば、第１のマスキング器具１２４）を有するＸ線源−検出器の組合せ１１６を含む。さらに、燃料棒２０の区間が全体として符号１２８を用いて図５に図示されており、この区間が１つずつ撮像される。例えば、第１のコリメータ１２０は燃料棒２０の第１の区間１３０を覆って、放射線ビーム１２２の幅を制御し得る。さらに、Ｘ線放射１２２が扇状またはコーン形状のビームを有するために、第１の検出器１２６は、第１の区間１３０（およびすぐ次の区間）の幅よりも少し広い幅を持ち得る。例えば、この幅は約１／８インチから５インチの間であってよく、区間１２８より幅が広い。このように、燃料棒を区間１２８に分割し、各区間１２８を順次撮像することによって、燃料棒２０内に含まれる全体的特性（例えば、ペレット１８）を検査できる。マスキング器具６２は撮像装置と共に定位置に固定することができ、燃料棒２０が、燃料棒位置決めシステム７８を使用して可動トラック８２に沿って平行移動され、回転され、そのどちらも図２に関連して述べられていることに留意されたい。一実施形態において例えば、可動トラック８２は、実質的に区間１２８の幅に等しい長さだけ、燃料棒２０をその長軸２６沿って移動し得る。
単独の線源−検出器の組合せでは撮像され得る区間１２８が少ないので、いくつかの実施形態において、複数の線源−検出器の組合せを加えることによって、燃料棒２０の検査の処理能力を増加し得る。例えば、典型的な燃料棒長さは約１４フィートである。いくつかの実施形態において、各区間１２８を検出器６０の幅程度とすると（例えば約１６インチとする、検出器はこれより少し大きい）、燃料棒２０は１４フィートの長さにわたって均等に分割され得る。したがって、燃料棒２０は約１６インチの幅を有する約１１の区間１２８と、残りのより短い４インチの１区間１３２とで、全体が約１２区間に分割され得る。したがってＸ線源−検出器の組合せは、１２回の個別のシーケンスを実行しなければならないことになる。しかし複数の適切に離隔された線源−検出器の組合せを使用することにより、必要な検査シーケンスの数を低減することが可能である。いくつかの実施形態では、隣接する２つのＸ線源−検出器の組合せを持ち、それによって２つの連続する区間１２８を実質的に同時に撮像し得ることが望ましい場合がある。隣接する３つの組合せは、３つの連続する区間１２８を撮像し得る、等々である。複数の線源−検出器の組合せは有用ではあるが、それぞれの組合せに付随する装置（例えば、冷却器および電源）に必要な機器の資本費と床面積も、検討事項であり得る。さらに、撮像装置ならびに付随する冷却器、電源などによって、この組合せを互いに直接隣接して配置できる可能性は限定される（例えば、互いの間は１６インチ未満）。このように本開示によれば、第１のＸ線源−検出器の組合せ１１６に、複数の追加のＸ線源−検出器の組合せ（例えば、第２のＸ線源−検出器の組合せ１３４）を付随させることが可能であり、それぞれの組合せの間は区間１２８の概略１区間長の整数とする。例示のように、追加のＸ線源−検出器の組合せは第１のＸ線源−検出器の組合せ１１６と同様の装置と構成を含み、全体として、Ｘ線源５２（例えば、第２のＸ線源１３６）と、作動中にＸ線ビーム１４０の形状および領域を制御するように構成されたビームコリメータ５４（例えば、第２のビームコリメータ１３８）と、を含む。散乱およびバイパスする放射線を実質的に限定するように構成されたマスキング器具６２（例えば、第２のマスキング器具１４２）が設けられ、かつ撮像された第２の区間１４６のデジタルＸ線画像を生成するために検出器６０（例えば、第２の検出器１４４）が設けられる。
ペレット検査システム１１４内に複数のＸ線源−検出器の組合せ（１１６、１３４）を含む本開示によって、複数の可能な構成を作成できる。例えば、第１のＸ線源−検出器の組合せ１１６は、燃料棒２０内のペレット１８の接線方向の撮像（表面欠陥の撮像）を実行するように構成することが可能であり、一方、第２のＸ線源−検出器の組合せ１３４は、燃料棒２０内のペレット１８の非接線方向の撮像（クラックなどのより深い欠陥の撮像）を実行するように構成することが可能であり、および／またはその逆も可能である。一実施形態において、このような構成は、第１のＸ線源１１８を、約４５０ｋＶ未満のエネルギーを有するＸ線放射１２２を発生するように構成することによって達成され得る。このように、第２のＸ線源１３６は、約４５０ｋＶを超えるエネルギーを持つＸ線放射１４０を発生するように構成され得る。したがって、１つのＸ線源−検出器の組合せが、ある特定の種類の走査（例えば、接線方向）を実行し、一方他の組合せは別の種類の走査（例えば、非接線方向）を実行するように、システム１１４を構成することが可能となり得る。組合せ１１８、１３６のどちらも、両方の走査モードを実行でき、その選択は純粋に設計の１つの選択肢と処理能力に基づいてよい。
別の一実施形態において、システム１１４は、単一のＸ線源−検出器の組合せ（１１６または１３４）を使用して非接線方向および接線方向の両方の撮像を実行し、それぞれの組合せ（１１６または１３４）は別の区間１２８の検査シーケンスを実行することによって、検査シーケンスの数を減少するように構成することができる。このような実施形態において、第１の組合せ１１６は区間１３０の検査シーケンスを実行し得て、引き続いて区間１４８（隣接する区間）の検査シーケンスを行う。したがって、第２の組合せ１３４は区間１４６の検査シーケンスを実行し得て、引き続いて区間１５０の検査を行う。そのような移動が図５に図示されており、破線のボックスが２回目の位置１５２における検出器１２６、１４４の位置を表す。もちろん区間１４６の二重検査を避けるために、燃料棒２０は、実質的に区間１２８の１つの幅の３倍に等しい長さにわたって、平行移動され得る（例えば、可動トラック８２によって）。それによって、第３のシーケンスにおいて、３回目の位置１５８で、第１の組合せ１１６は区間１５４を検査し、第２の組合せ１３４は区間１５６を検査する。複数のＸ線源−検出器の組合せを使用する別の構成も可能であり得て、それらは本開示の範囲内にあると考えられる。
上述のシステムは、図６内に例示したフローチャートを使用して、単独に、または互いに組み合わせて使用され得る。このフローチャートは、本開示に従った燃料ペレット１８を検査するための方法１７０の一実施形態を図示するものである。方法１７０は以下の説明で明らかになるように、システムコントローラ６８などのシステムコントローラ、または人間のオペレータ、またはその両方の組合せによって実行され得る。方法１７０は、他の機能の中でもとりわけ、燃料棒２０（または燃料棒のバンドル２０）を検査区域（検査システム５０、１１４など）に供給する機能（ブロック１７２）を含む。例えば、可動トラック８２および／または燃料棒位置決めシステム７８によって、単数または複数の燃料棒２０が供給され得る。図５に示したように、いくつかの実施形態では燃料棒２０（または燃料棒のバンドル２０）の一部分のみが検査区域に供給され得る。一実施形態では、自動化されたルーチンにおいて例えば、システムコントローラ６８は、可動トラック８２に対して燃料棒２０または燃料棒２０の区間１２８を検査区域に供給するように命令することができ、それによってシステムコントローラ６８が撮像シーケンスを開始できるようにする。別の一実施形態では、可動トラック８２が同様の行動を実行するように、例えば人間のオペレータが係わることがある。
燃料棒２０が検査区域に入った後で、システム５０、１１４が撮像サブセット（ブロック１７４）を開始するように、人間のオペレータまたはシステムコントローラ６８が係わることになる。例示のように、撮像ステップのセットは一般に、燃料棒２０のデジタルＸ線画像１７６を最終的に生成するために使用される複数のステップを含む。撮像ステップは燃料棒２０の照射（ブロック１７８）で始まり得る。システムコントローラ６８は、特定の電力レベルをＸ線源５２に供給するようにＸ線コントローラ８４に命令することができ、照射はＸ線源５２によって実行され得る。供給される電力レベルは燃料棒２０の接線方向または非接線方向の撮像に対して選択することが可能であり、上述したように、５０ｋＶから１０ＭＶまでの間の任意の値でよい（例えば、１２０ｋＶから４２０ｋＶの間、または４５０ｋＶから１ＭＶの間）。燃料棒２０が照射された後で（ブロック１７８）、燃料棒２０を通過した放射線（例えば、放射線５８）は検出器６０で検出される（ブロック１８０）。例えば説明した実施形態において、検出器６０はシンチレータ６４とダイオードアレイ６６と含んでおり、燃料棒２０を通過した放射線はシンチレータ６４によって吸収することが可能でありシンチレータは光を発生し、光はダイオードアレイ６６に送られる。次いでダイオードアレイ６６は、光電効果によってシンチレータ６４から受けた光を電気信号に変換し、この信号はダイオードアレイ６６上に配置された電界効果トランジスタなどのトランジスタによって増幅され、デジタル化されることが可能であり、こうしてＸ線画像データ１７６が生成される。
撮像ステップを完了させるために、デジタルＸ線画像１７６は、画像データ取得システム７０に送られ、最終的には、画像データを処理してペレットの欠陥を検出するために処理回路８６に送られ得る（ブロック１８２）。例えば処理回路８６は、メモリ８８内に記憶され、ペレットの異常および類似の特性を認識することを目的としたコードを実行し得る。Ｘ線コントローラ８４は、離散的エネルギーレベル（または範囲）でＸ線放射を放出するように、Ｘ線源５２に命令した後、ペレット１８の表面欠陥またはペレット１８の非表面欠陥に、欠陥検出の焦点を当てる手法でコードが実行されるように、これらの情報を処理装置８６に提供し得る。さらに、処理装置８６は、デジタルＸ線画像１７６内の異常を補正するように構成されたコードを実行し得る（ブロック１８２）。例えば、デジタルＸ線画像１７６は、入射Ｘ線ビームと燃料棒２０またはその他の機構との相互作用によるＸ線散乱の結果生じた、１つまたは複数の輝点または区域を有することがある。
一実施形態において、処理装置８６がデジタル画像１７６内にこのような異常を検出した場合、システムコントローラ６８はシフト撮像ルーチン１８４を開始し得る。そのような一実施形態において、システムコントローラ６８は燃料棒位置決めシステム７８に対し、位置微小変位ステップ１８６を実行するように命令し得る。位置微小変位を実行するために、燃料棒位置決めシステム７８は、燃料棒２０をその長軸２６周りで、ある角度回転することによって、燃料棒２０を移動し得る。その角度は、ペレット１８の全周を撮像するために使われる角度よりも極めて小さく、以下で説明する。その代替または追加として、燃料棒位置決めシステム７８は、燃料棒２０をその長軸２６に沿って、数ミクロンからミリメートル程度（例えば、約１ミクロンから約１ミリメートルまで）の長さにわたり平行移動し得る。システムコントローラ６８は次いで、システム５０に対して、後続する撮像ステップ１７４を実行し（ブロック１８８）、デジタルＸ線画像１７６から少しだけシフトされたデジタル画像１９０を生成するように、命令し得る。いくつかの実施形態において、処理装置８６は次に、それぞれの画像と他の画像との相関を取り（例えば、２つの画像の登録を介して微小変位を補正する）、デジタル画像１７６をデジタル画像１９０で除算し（ブロック１９２）、またはその逆を行うように構成され、メモリ８８に記憶されたコードを実行することができる。別の実施形態では、ピクセルのデジタルシフトは不要である。そのような実施形態は、位置微小変位１８６がペレット欠陥の幅程度であるときに生じ、散乱およびバックグラウンドを差し引きおよび／または正規化することができ、結果として欠陥情報を取得することになる。この除算は、１つの画像の各ピクセルを他の画像の同じピクセルで除算することにより実行され得る。商はデジタル表示１９４で表され、デジタル画像１７６のデジタルマップとすることができ、このマップでは領域（ピクセル）が数で表示される。１でない値を有するピクセル（またはピクセルのセット）は、ペレット１８内の欠陥または散乱事象を示すものである。このように、シフト撮像シーケンス１８４は、画像補正（ブロック１９６）に加えて、欠陥検出に有効であり得る。
画像補正および／または標識付けの一実施形態において、処理装置８６は、パターン認識によって、ペレット１８内の欠陥を散乱事象から識別し得る。例えばメモリ８８は、ペレット１８が欠陥を示すときに観察された共通形状、またはアーティファクトのデータベースを含み得る。処理装置８６は、デジタル表示１９４内にある同様の非ユニタリー数の領域を、データベースと比較し得る。その領域がデータベースの形状と一致すれば、デジタル画像１７６に欠陥の可能性があることを示す標識を付けてよい。逆にその領域がデータベースの形状と一致しない場合、またはその領域がシングルピクセル程度である場合は、処理装置８６は、例えばアンチエリアシングアルゴリズムを使用して、その領域を補正する。この処理はデジタル表示１９４内の任意の領域にわたって実行することが可能であり、その結果デジタル画像を補正し、および／または標識付けすることになり得る。
ひとたびデータ処理と選択的シフト撮像が終了すると、ペレット１８の別の部分を撮像するために（ブロック２００）、燃料棒２０をその長軸２６周りである角度回転することができ（ブロック１９８）、この撮像は一般に撮像ステップ１７４を含む。いくつかの実施形態において、ペレット１８の別の部分または区間の撮像は、燃料棒位置決めシステム７８を使用して、検査工程の間に実行され得る。例えばシステムコントローラ６８は、燃料棒位置決めシステム７８に対し、燃料棒２０を所定の角度回転するように命令し得る。回転角度は、数例を挙げれば、燃料棒２０の１区間の撮像にあてる所望の時間、燃料棒位置決めシステム７８の機械的制限、画像データの処理に使用され得る処理回路８６の要件、およびペレット１８を撮像するために使用されるエネルギー、などの複数の理由によって選択され得る。例えばいくつかの実施形態において、この角度は１１．２５°と９０°の間（例えば、約１１．２５°、２２．５°、４５°、または９０°）であってよく、選択した角度でステップ１９８を実行する回数が、最終的に全１８０°の回転を実行し終わるまでに必要な回転の数によって直接決まるようにする。一実施形態ではこの角度は約１１．２５°であってよく、そのため全１８０°の回転を終了するのに１６回の回転が必要となり得る。いくつかの実施形態において、ペレット１８内の欠陥を検出する確率を高めるために、比較的小さい角度の回転（例えば、１１．２５°または２２．５°）をすることが望ましい。別の実施形態では、燃料棒位置決めシステム７８は、燃料棒２０をその長軸周りで連続的に回転させ得る。このような実施形態において、システム５０、１１４は、デジタル画像を約３０Ｈｚの割合でキャプチャし、実質的に実時間ベースで作動し得る。
回転および撮像を実行した後、全１８０°の回転および撮像が終了したか確認するために、照会２００が行われる。全１８０°の撮像が終了していない場合、方法１７０は燃料棒の照射にサイクルバックしてよい（ブロック１７８）。全１８０°の回転および撮像が終了した実施形態では、撮像されていないペレットを有する燃料棒２０の新しい断面を、システム５０によって撮像する（ブロック１７４）ために、燃料棒２０は次に可動トラック（８２）によって、その長軸２６に沿って平行移動される（ブロック２０２）。燃料棒２０の平行移動は上述したように、数インチから数フィートまでの任意の場所への移動を含む。一実施形態において、燃料棒２０が移動される長さは、Ｘ線源５２と検出器６０との間の観察区域の幅に実質的に等しくてよい。回転した後の撮像に関しては、燃料棒２０の全長が撮像されたかを確認する照会２０４が行われる。燃料棒２０全長が撮像されていない場合は、方法１７０は燃料棒の照射にサイクルバックしてよい（ブロック１７８）。ひとたび燃料棒２０の長さの全撮像が終了すると、燃料棒２０の全データが処理され得る（ブロック２０６）。この処理には、断面についてだけでなく燃料棒２０全体について得られた全てのＸ線画像データを処理することも含まれ得る。ある特定の実施形態において、燃料棒２０の実質的な実時間画像を取得する能力に従って、燃料棒２０または燃料棒２０の断面の３次元的再編成を実行することが望ましいことがあり、このため燃料棒２０のデジタル表示をデータベース内に記憶し、および／または処理装置８６または人間のオペレータが評価できるようにする。一実施形態において、潜在的に欠陥のあるペレットを含む燃料棒に対して、そのような３次元的再編成を実行することが望ましい場合がある。
いくつかの実施形態において、処理装置８６は燃料棒２０の特定の区間または燃料棒２０全体に標識を付ける（ブロック２０８）ことができ、それによって無欠陥のペレット１８を回収するために、合格できる区間を有する燃料棒２０を再加工（再加工ステーションに送られて）し、完全に解体することができる。標識付け、または不合格にならなかった燃料棒２０は、さらに保管するために送られ、最終的に梱包されて顧客に輸送される。
本明細書に記載されている説明は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、任意のデバイスまたはシステムを作成し使用すること、および組み込まれている任意の方法を実施することを含めて、任意の当業者が本発明を実施することができるように、例を使用している。本発明の特許性の範囲は特許請求の範囲によって規定されており、当業者が想到する他の例も含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と実質的な違いがない均等な構造的要素を含む場合は、特許請求の範囲内にあるものとする。
２ 核燃料棒製作工程
４ 燃料棒組立セクション
６ 燃料棒検査セクション
８ バンドル組立セクション
１０ 当初に組み立てられた燃料棒
１２ 検査済みの燃料棒
１４ 燃料棒バンドル
１６ 被覆管
１８ ペレット
２０ 燃料棒
２２ ばね
２４ 端栓
２６ 長軸
５０ Ｘ線検査システム
５２ Ｘ線源
５４ Ｘ線コリメータ
５６ 放射線の流れ
５８ 放射線の一部
６０ 検出器アレイ
６２ マスキング構造体
６４ シンチレータ
６６ フォトダイオードアレイ
６８ システムコントローラ
７０ 画像データ取得システム
７２ モータコントローラ
７４ 回転サブシステム
７６ 平行移動サブシステム
７８ 燃料棒位置決めシステム
８０ 平行移動サブシステム
８２ 可動トラック
８４ Ｘ線コントローラ
８６ 処理回路
８８ メモリ
９０ オペレータインターフェイス
９２ ディスプレイ
９４ プリンタ
９６ 画像保管・通信システム
９８ 遠隔クライアント
１０６ Ｘ線ビーム経路
１０８ ペレット表面
１１０ 微小空間
１１２ 公差
１１４ システム
１１６ Ｘ線源−検出器の組合せ
１１８ 第１のＸ線源
１２０ 第１のコリメータ
１２２ 放射線の量
１２４ 第１のマスキング器具
１２６ 第１の検出器
１２８ 区間
１３０ 第１の区間
１３２ 小区間
１３４ 第２のＸ線源−検出器の組合せ
１３６ 第２のＸ線源
１３８ 第２のビームコリメータ
１４０ Ｘ線ビーム
１４２ 第２のマスキング器具
１４４ 第２の検出器
１４６ 区間
１４８ 区間
１５０ 区間
１５２ 第２の位置
１５４ 区間
１５６ 区間
１５８ 第３の位置
１７０ 方法
１７２ 燃料棒を検査区域に供給
１７４ 撮像サブセット
１７６ デジタルＸ線画像
１７８ 燃料棒の照射
１８０ Ｘ線の検出
１８２ 補正／欠陥検出のための画像処理
１８４ 撮像サブルーチン
１８６ 位置微小変位
１８８ 後続の撮像
１９０ シフトされたＸ線画像
１９２ 画像除算の実行
１９４ 商のデジタル表示
１９６ 画像の補正／標識付け
１９８ 燃料棒回転
２００ 全回転の照会
２０２ 燃料棒平行移動
２０４ 燃料棒全長撮像の照会
２０６ 燃料棒の全Ｘ線データ処理
２０８ 燃料棒の合格／不合格／標識付け
４ 燃料棒組立セクション
６ 燃料棒検査セクション
８ バンドル組立セクション
１０ 当初に組み立てられた燃料棒
１２ 検査済みの燃料棒
１４ 燃料棒バンドル
１６ 被覆管
１８ ペレット
２０ 燃料棒
２２ ばね
２４ 端栓
２６ 長軸
５０ Ｘ線検査システム
５２ Ｘ線源
５４ Ｘ線コリメータ
５６ 放射線の流れ
５８ 放射線の一部
６０ 検出器アレイ
６２ マスキング構造体
６４ シンチレータ
６６ フォトダイオードアレイ
６８ システムコントローラ
７０ 画像データ取得システム
７２ モータコントローラ
７４ 回転サブシステム
７６ 平行移動サブシステム
７８ 燃料棒位置決めシステム
８０ 平行移動サブシステム
８２ 可動トラック
８４ Ｘ線コントローラ
８６ 処理回路
８８ メモリ
９０ オペレータインターフェイス
９２ ディスプレイ
９４ プリンタ
９６ 画像保管・通信システム
９８ 遠隔クライアント
１０６ Ｘ線ビーム経路
１０８ ペレット表面
１１０ 微小空間
１１２ 公差
１１４ システム
１１６ Ｘ線源−検出器の組合せ
１１８ 第１のＸ線源
１２０ 第１のコリメータ
１２２ 放射線の量
１２４ 第１のマスキング器具
１２６ 第１の検出器
１２８ 区間
１３０ 第１の区間
１３２ 小区間
１３４ 第２のＸ線源−検出器の組合せ
１３６ 第２のＸ線源
１３８ 第２のビームコリメータ
１４０ Ｘ線ビーム
１４２ 第２のマスキング器具
１４４ 第２の検出器
１４６ 区間
１４８ 区間
１５０ 区間
１５２ 第２の位置
１５４ 区間
１５６ 区間
１５８ 第３の位置
１７０ 方法
１７２ 燃料棒を検査区域に供給
１７４ 撮像サブセット
１７６ デジタルＸ線画像
１７８ 燃料棒の照射
１８０ Ｘ線の検出
１８２ 補正／欠陥検出のための画像処理
１８４ 撮像サブルーチン
１８６ 位置微小変位
１８８ 後続の撮像
１９０ シフトされたＸ線画像
１９２ 画像除算の実行
１９４ 商のデジタル表示
１９６ 画像の補正／標識付け
１９８ 燃料棒回転
２００ 全回転の照会
２０２ 燃料棒平行移動
２０４ 燃料棒全長撮像の照会
２０６ 燃料棒の全Ｘ線データ処理
２０８ 燃料棒の合格／不合格／標識付け
Claims (10)
- 核燃料を検査するためのシステム（５０）であって、
１つまたは複数の核燃料棒（２０）を輸送するように構成された可動トラック（８２）の１つの側に配置され、１つまたは複数のエネルギーのＸ線放射（５６）を発生するように構成されたＸ線源（５２）と、
前記Ｘ線源（５２）が設置された前記可動トラック（８２）の側とは反対側に配置され、前記Ｘ線源（５２）によって発生された前記Ｘ線放射の少なくとも一部（５８）を検出し、１つまたは複数の核燃料棒（２０）のデジタルＸ線画像（１７６）をダイレクトラジオグラフィによって生成するように構成された、シンチレータ（６４）およびダイオードアレイ（６６）を備える、Ｘ線検出器（６０）と、
１つまたは複数の核燃料棒（２０）内の欠陥の存在を前記画像（１７６）から判定するために、前記検出器（６０）によって生成されたデジタルＸ線画像（１７６）を受信することができる１つまたは複数のアルゴリズムを実行するように構成された１つまたは複数の処理要素（８６）と、
を備えるシステム（５０）。 - 前記１つまたは複数の核燃料棒（２０）の位置を移動するように構成され、前記位置移動は、前記１つまたは複数の核燃料棒（２０）の長軸（２６）周りの少なくとも１回の回転、または前記１つまたは複数の核燃料棒（２０）の前記長軸（２６）に沿った少なくとも１回の平行移動、またはその両方の組合せを含み、前記少なくとも１回の平行移動は、前記可動トラック（８２）によって実行される移動よりも小さい移動を含む、核燃料棒取扱い機構（７８）を備える、
請求項１記載のシステム（５０）。 - 前記シンチレータ（６４）がシンチレーション材の針を含み、前記針の長さが約４００ミクロンより大きい、請求項１記載のシステム（５０）。
- １つまたは複数のエネルギーのＸ線放射（５６、１２２、１４０）を発生するように構成された１つまたは複数の追加Ｘ線源（５２、１１８、１３６）と、
それぞれシンチレータ（６４）およびダイオードアレイ（６６）を含む１つまたは複数の追加Ｘ線検出器（６０、１２６、１４４）と、を備え、前記１つまたは複数の追加Ｘ線検出器（６０、１２６、１４４）は、前記追加Ｘ線源（５２、１１８、１３６）によって発生されたＸ線放射（５６、１２２、１４０）を検出し、ダイレクトラジオグラフィによって１つまたは複数の核燃料棒（２０）のそれぞれのデジタルＸ線画像（１７６）を生成するように構成され、約３０秒未満で照射および検査を実行するように構成された、
請求項１記載のシステム（５０）。 - 前記可動トラック（８２）を備える、請求項１記載のシステム（５０）。
- 一体型構造体を備える撮像・マスキング組立体（６２）であって、前記一体型構造体は、核燃料ペレット（１８）を収納する核燃料棒（２０）の湾曲と相補関係になるように構成され、湾曲した表面を有し、前記一体型構造体は、前記核燃料棒（２０）を撮像するときに、前記核燃料棒（２０）に近接して配置され、Ｘ線伝播（１０６）の方向に沿って前記核燃料棒（２０）を越えて延びるように構成され、
前記一体型構造体は、前記Ｘ線伝播（１０６）方向が接線方向である被覆管表面（１６）を実質的に覆い、前記核燃料棒（２０）内に配置され前記Ｘ線伝播（１０６）方向が接線方向である核燃料ペレット（１８）の表面（１０８）を、直接照射できるように構成された、
撮像・マスキング組立体（６２）。 - 前記一体型構造体が、Ｘ線放射（５６）と前記核燃料棒（２０）との相互作用によって生じるＸ線散乱を実質的に抑えるように構成された、請求項６記載の撮像・マスキング組立体（６２）。
- 前記一体型構造体が、前記核燃料棒（２０）をバイパスする前記Ｘ線放射（５６）を実質的に全部吸収するように構成された、請求項７記載の撮像・マスキング組立体（６２）。
- 前記核燃料棒（２０）に近接しているが、前記一体型構造体の反対側に配置された追加の一体型構造体を備える、請求項６記載の撮像・マスキング組立体（６２）。
- 前記一体型構造体が、７４以上の原子番号を有する１つまたは複数の元素を含む、請求項６記載の撮像・マスキング組立体（６２）。
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