JP2016061628A - 燃料検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒の表面の酸化膜厚さ測定に要する時間を短くする燃料検査装置を提供する。【解決手段】鉛直方向に伸びる円柱状の燃料棒を正方格子状に束ねかつ燃料棒を囲む筒状のセルを束ねたスペーサで燃料棒の水平方向の間隔を保持した沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置に、棒１０とプローブ２０と押し付け部３０とを設ける。棒１０、プローブ２０および押し付け部３０は、複数のセルの外面で囲まれた通過領域を通過可能である。プローブ２０は、棒１０の先端近傍に設けられている。押し付け部３０は、プローブ２０を燃料棒１０に押し付ける。【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置に関する。

軽水炉の炉心には、一般的に、筒状の被覆管に核燃料を装填した燃料棒を複数本束ねた燃料集合体が装荷される。軽水炉に装荷される燃料集合体は、高温の水にさらされる。このため、燃料棒の表面に形成された酸化膜は、被覆管の腐食の要因となったり、核熱水力特性に影響を及ぼすことから、燃料棒の安全性及び健全性を評価するために、燃料棒被覆管に形成される酸化膜厚さを測定する必要がある。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）用燃料集合体は、角筒状のチャンネルボックスを装着した状態で原子炉に装荷される。一般に、ＢＷＲ用燃料集合体の燃料棒の酸化膜厚さを測定する際には、一旦チャンネルボックスを取り外し、側面から検査用プローブを燃料棒に押し付けて測定する。

特開２０１０−１４５２３３号公報 特開２０１０−９１４０３号公報

ＢＷＲ用燃料集合体の燃料棒の酸化膜厚さを測定する際にチャンネルボックスを取り外し、測定後に再度取り付けると、測定に要する時間が長くなる。また、側面から検査プローブなどを燃料棒に接触させる方法でＢＷＲ用燃料集合体の燃料棒の酸化膜厚さ測定などの検査を行う場合、外周の燃料棒以外にアクセスすることは困難である。

そこで、本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒の表面の酸化膜厚さ測定に要する時間を短くすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、鉛直方向に伸びる円柱状の燃料棒を正方格子状に束ねかつ前記燃料棒を囲む筒状のセルを束ねたスペーサで前記燃料棒の水平方向の間隔を保持した沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置において、複数の前記セルの外面で囲まれた通過領域を通過可能な支持体と、前記通過領域を通過可能でプローブと、前記通過領域を通過可能で前記支持体に取り付けられて前記プローブを前記燃料棒に押し付ける押付手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒の表面の酸化膜厚さ測定に要する時間が短くなる。

本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態の側面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態を測定対象の燃料集合体に挿入する際の立断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態を測定対象の燃料集合体に挿入する際の横断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態を用いた検査時のプローブ近傍拡大横断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態を用いた検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態のプローブを検査位置まで移動させる際の姿勢を示したプローブ近傍拡大横断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態の変形例におけるプローブ近傍横断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第２の実施の形態の側面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第２の実施の形態を用いた検査時のプローブ近傍拡大横断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第２の実施の形態を用いた検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第３の実施の形態の検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。 本発明に係る燃料検査装置の第３の実施の形態の検査時のプローブ近傍拡大立正面図である。

本発明に係る燃料検査装置のいくつかの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、これらの実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る燃料検査装置の第１の実施の形態の側面図である。

燃料検査装置は、棒１０とプローブ２０と押し付け部３０とを有している。押し付け部３０は、ヒンジ３１で接続された２つの板３２である。押し付け部３０の一方の板３２は、棒１０の一方の端部に回動可能に取り付けられている。押し付け部３０は、棒１０の側面に向かい合うように２つ設けられている。棒１０は、剛性の高い材料で形成されている。

棒１０は、中空である。棒１０の内部には、引張棒１２が延びている。引張棒１２の一方の端部は、押し付け部３０の棒１０に取り付けられている方ではない板３２のヒンジ３１とは反対側の端部に接続されている。引張棒１２のもう一方の端部は、押し付け部３０とは反対側の端部から出ている。

プローブ２０は、押し付け部３０のたとえばヒンジ３１に固定されている。プローブ２０は、たとえば渦電流測定用である。プローブ２０の測定面は、棒１０とは反対側に位置するように設けられている。

図２は、本実施の形態の燃料検査装置を測定対象の燃料集合体に挿入する際の立断面図である。図３は、本実施の形態の燃料検査装置を測定対象の燃料集合体に挿入する際の横断面図である。

測定対象の燃料集合体９０は、下部タイプレート９１と上部タイプレート９２と燃料棒９３とスペーサ９４とを有している。燃料棒９３は、ジルコニウム合金製の円管状の被覆管に円柱状のウランペレットを装填したものである。燃料棒９３は、複数であって、互いに平行に下部タイプレート９１と上部タイプレート９２の間を延びている。燃料棒９３の下端は、下部タイプレート９１で支持されている。燃料棒９３は、たとえば９行９列の正方格子状に配列されている。隣り合う燃料棒９３の間は、スペーサ９４によって所定の距離が保たれるようになっている。燃料集合体９０は、角筒状のチャンネルボックス９９を装着された状態で、原子炉の炉心に装荷される。

スペーサ９４は、バンド９５とセル９６とを有している。それぞれの燃料棒９３に対応する位置にセル９６が配列されている。全てのセル９６を囲むようにバンド９５が設けられている。それぞれのセル９６は、略円筒状である。２行２列に配置された４つのセル９６の中央には空隙９７が形成されている。また、これらの空隙９７に対応する位置に、上部タイプレート９２にも空隙が形成されている。燃料検査装置は、棒１０とプローブ２０と押し付け部３０がスペーサ９４の空隙９７および上部タイプレート９２の空隙を通過可能な大きさに形成されている。棒１０を繰り出していくことにより、プローブ２０を所定の検査位置まで移動させる。

図４は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大横断面図である。図５は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。

プローブ２０が所定の検査位置まで到達したら、引張棒１２を引っ張る。これにより、押し付け部３０が棒１０の法線方向に膨らみ、ヒンジ３１が燃料棒９３側に移動する。このようにしてプローブ２０を燃料棒９３の表面に押し付けて、たとえば渦電流測定法によって燃料棒９３の表面の酸化膜厚さを測定する。

プローブ２０は、棒１０を軸として回転可能に設けられている。棒１０とともにプローブ２０を回転させてもよい。適宜、回転させることにより、プローブ２０を燃料棒９３に垂直に押し当てて検査を行う。超音波を用いた検査の場合には、検出信号から、垂直に押し付けているかどうかを容易に判定できる。

このように本実施の形態の燃料検査装置を用いると、チャンネルボックス９９を取り外すことなく燃料棒の検査を行うことができるため、検査に要する時間を短縮することができる。また、その結果、作業員の被曝が低減する。

本実施の形態では、棒１０を挟んで線対称に押し付け部３０を設けている。このため、１組の押し付け部３０は、互いに他方が燃料棒９３に押し付けられる際に支持となるため、より強く燃料棒９３にプローブ２０を押し付けることができる。その結果、検査精度が向上する。また、同時に２か所の測定ができるため、検査時間の短縮に寄与する。

押し付け部３０として、可撓性を有する一枚の板を用いてもよい。この場合は、この板の中央部にプローブ２０を取り付けておく。このような押し付け部３０であっても、引張棒１２を引っ張ると、板が撓み、中央部が燃料棒１２に向けて移動し、プローブ２０を燃料棒９３に押し付けることができる。可撓性を有する板を用いた場合には、何らかの不具合で引張棒１２による引張力を板に与えられなくなるとその板は伸びることになり、スペーサ９４の空隙９７を通れなくなる可能性は小さい。

押し付け部３０は、棒１０を挟んで線対称の位置に合計２つ設けているが、９０度ごとに合計４つ設けてもよい。この場合は、４本の燃料棒について同時に検査することができる。

引張棒１２の代わりに、ワイヤーを用いてもよい。この場合、押し付け部３０は、引張棒１２の抜き差しではなく、重力などで元の状態に戻るようにしておく。このワイヤーあるいは引張棒１２は、棒１０の内部に設ける。内部に設けておくと、燃料集合体の各部あるいは、使用済燃料プールの他の構造部材などに引っかかる可能性が小さくなる。

このワイヤーあるいは引張棒１２は、棒１０の外部に設けてもよい。引張棒１２あるいはその代わりのワイヤーは、棒１２の外部に設けてもよい。外部に設けておくと、製造およびメンテナンスが容易になる。

燃料棒９６の酸化膜厚さ測定を行う場合、燃料棒９６の表面に付着したソフトクラッドを除去する必要がある。そこで、たとえば、棒１０の先端にブラシなどのソフトクラッドを除去する手段を設けてもよい。あるいは、燃料棒検査装置とは別に、棒の先端にブラシなどを取り付けてソフトクラッドを除去してもよい。ブラシでソフトクラッドを除去しながら、水噴射でクラッドを燃料棒９６の近傍から離脱させたり、逆にパイプなどに吸引してもよい。

燃料棒９３の酸化膜厚さ測定の際には、プローブ２０の０点校正が必要となる場合がある。そこで、水中で標準となる燃料棒について別途測定するとよい。この校正用燃料棒は、たとえば部分長燃料棒の上部に設けたり、上部タイプレート９２よりも上部に配置してもよい。

図６は、本実施の形態の燃料検査装置のプローブを検査位置まで移動させる際の姿勢を示したプローブ近傍拡大横断面図である。図６には、検査位置に到達した際のプローブの姿勢を破線で示した。

本実施の形態のように、水深数メートルで細管を扱う場合、回転方向の位置を正確に決めることは困難である。そこで本実施の形態では、プローブ２０を検査位置まで移動させる際には、押付け部３０を開き、検査対象の燃料棒９３に対して４５度回転した方向を向いてスペーサ９４を通過させる。押付け部３０の開いた状態での水平方向の幅が、スペーサ７の４つのセル９６で囲まれた領域の最も長い空隙を通過可能のできるだけ広い状態としておく。これにより、押付け部３０は、検査対象の燃料棒９３に対して、棒１０を中心として実質的に４５度回転した姿勢となる。この状態で、検査対象位置までプローブ２０を移動させた後、棒１０を４５度反対側に回転させることにより、プローブ２０が検査対象の燃料棒９３に正対する。棒１０のプローブ２０とは反対側の端部には、４５度の角度で棒１０を回転させる機構を設けておくとよい。

また、検査に際しては、回転方向の位置と同様に、軸方向の位置情報の把握も重要である。軸方向位置の把握のためには、たとえば、棒１０の送り出し量を測定するエンコーダやメジャーを設けても良い。

回転方向の位置の把握の目的の一つは、プローブ２０が燃料棒９３の中心に接しているかどうかを確認することである。回転方向の位置の把握のためには、棒１０の特定の方向に、目印を設けておいて燃料集合体９０の外部からカメラなどで確認してもよい。あるいは、棒１０の特定の方向に反射板を設け、外部からレーザー光を照射し、その反射光を確認する方法で棒１０の回転方向の位置を把握してもよい。また、２つのプローブ２０が燃料棒９３に接触した状態で、プローブ２０の間隔を測定することにより、棒１０の回転方向の位置を把握してもよい。測定対象の２本の燃料棒９３は、正方格子の互いに対角に位置しているため、プローブ２０が燃料棒９３の中心に接しているときに、プローブ２０の間隔は最も小さくなる。つまり、プローブ２０が燃料棒９３に接していて、かつ、プローブ２０の間隔が最小になる位置で測定を行うことにより、プローブ２０が燃料棒９３の中心に接していることを確認できる。プローブ２０の間隔は、ヒンジ３１の開き量を測定することなどによって測定することができる。

図７は、本実施の形態の変形例におけるプローブ近傍横断面図である。

この変形例では、円筒状の棒１０の代わりに、角筒５０を用いている。この角筒５０は、燃料棒９３が配置された正方格子に対して４５度回転した状態で、スペーサ９４の４つのセル９６で囲まれた領域を通過可能なできるだけ大きな物である。つまり、角筒５０は、燃料棒９３が配置された正方格子に対して実質的に４５度回転した状態でしか、スペーサ９４の４つのセル９６で囲まれた領域を通過できない。このため、押付け部３０は、検査対象の燃料棒９３に対して、棒１０を中心として実質的に４５度回転した姿勢となる。

また、この変形例では、引張棒１２および押付け部３０を角筒５０の内部に収めればよいため、円筒状の棒１０よりも広い空間であり、設計の自由度などが向上する。引張棒１２および押付け部３０を角筒５０の内部に納め、角筒５０の先端部を引張棒１２よりも先に伸ばしておいてもよい。この場合、引張棒１２および押付け部３０が保護されて、スペーサ９４などとの接触により破損する可能性を低減することができる。また、さらに角筒５０の先端にテーパー部を設けておくことにより、スペーサ９４などの隙間への挿入性が向上する。
［第２の実施の形態］
図８は、本発明に係る燃料検査装置の第２の実施の形態の側面図である。

本実施の形態では、第１の実施の形態の押し付け部３０（図２など参照）の代わりに、気体または液体などの流体を注入して膨らむ袋、すなわち、風船４０が設けられている。棒１０は中空に形成されていて、風船４０に気体または液体を注入し、風船から気体または液体を排出可能に設けられている。プローブ２０は風船の表面に取り付けられている。

図９は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大横断面図である。図１０は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。

プローブ２０が所定の検査位置まで到達したら、棒１０から風船４０に空気または水を注入する。これにより、風船４０膨らみ、風船４０の表面が燃料棒９３側に移動する。このようにしてプローブ２０を燃料棒９３の表面に押し付けて、たとえば渦電流測定法によって燃料棒９３の表面の酸化膜厚さを測定する。

このように本実施の形態の燃料検査装置を用いても、チャンネルボックス９９を取り外すことなく燃料棒の検査を行うことができるため、検査に要する時間を短縮することができる。

風船４０への気体または液体注入手段として中空の棒１０を用いると、別途、気体または液体注入用のチューブなどを用いなくてもよいため部品点数の削減に寄与する。針などで容易に割ることができるゴム製の風船４０を用いておくと、何らかの原因で風船４０から気体または液体を排出できなくなったときには、針で風船４０を割ることにより、容易に燃料集合体から取り出すことができる。
［第３の実施の形態］
図１１は、本発明に係る燃料検査装置の第３の実施の形態の検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。図１２は、本実施の形態の燃料検査装置の検査時のプローブ近傍拡大正面図である。

本実施の形態では、プローブ２０は支持板６０に固定されている。支持板６０は、軸方向、すなわち、燃料棒９６と同じ方向に長い長方形の板である。支持板６０は、プローブ２０に対して、軸方向の両側に延びている。

このような燃料検査装置を用いると、プローブ２０の燃料棒９３への押付けの際、支持板６０がサポートとなり、プローブ２０を燃料棒９３に垂直に押し付けることができる。つまり、プローブ２０の一方の端部が先に燃料棒９３に接触した際には、接触した先端はそれ以上燃料棒９３側に移動せず、他方の先端が燃料棒９３に近接して行くこととなるため、結果として支持板６０は、燃料棒９６に平行に位置することとなる。したがって、プローブ２０の正面が支持板６０と平行になるように固定しておくことにより、プローブ２０と燃料棒９３との接触角度を垂直にすることができる。

ここでは、第一の実施の形態に支持板６０を追加した構成について説明したが、第一の実施の形態の変形例、あるいは、第二の実施の形態にも支持板６０を追加してもよい。

１０…棒、１２…引張棒、２０…プローブ、３０…押し付け部、３１…ヒンジ、３２…板、４０…風船、５０…角筒、６０…支持板、９０…燃料集合体、９１…下部タイプレート、９２…上部タイプレート、９３…燃料棒、９４…スペーサ、９５…バンド、９６…セル、９７…空隙、９９…チャンネルボックス

Claims (5)

1. 鉛直方向に伸びる円柱状の燃料棒を正方格子状に束ねかつ前記燃料棒を囲む筒状のセルを束ねたスペーサで前記燃料棒の水平方向の間隔を保持した沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置において、
   複数の前記セルの外面で囲まれた通過領域を通過可能な支持体と、
   前記通過領域を通過可能でプローブと、
   前記通過領域を通過可能で前記支持体に取り付けられて前記プローブを前記燃料棒に押し付ける押付手段と、
   を有することを特徴とする燃料検査装置。
2. 前記押付手段は、前記支持体に一方の端部が固定された板とその反対側の端部を鉛直方向に引っ張る引張手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料検査装置。
3. 前記板は、少なくとも２枚であっていずれも同一の引張り手段で端部が引っ張られることを特徴とする請求項２に記載の燃料検査装置。
4. 前記支持体は筒であって、前記引張手段は前記筒の内部を通過するワイヤーであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料検査装置。
5. 前記押付手段は、流体を注入すると膨らむ袋であることを特徴とする請求項１に記載の燃料検査装置。
   
   

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