JP2001108781A

JP2001108781A - 原子炉燃料集合体の検査方法とその装置

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Publication number: JP2001108781A
Application number: JP2000288309A
Authority: JP
Inventors: Martin Beier; バイアーマルチン; Wolfgang Hummel; フンメルヴォルフガング; Wolfram Kindlein; キントラインヴォルフラム; Juergen Uckert; ウッケルトユルゲン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2001-04-20
Also published as: ES2209740T3; EP1087407A1; DE19945930C2; DE19945930A1; EP1087407B1; US6549600B1; DE50004481D1

Abstract

(57)【要約】【課題】原子力設備における照射済み燃料集合体の外
形の変化を簡単に検出するための新たな方法およびその
装置を提供する。【解決手段】燃料集合体スペーサ（５ｃ）の両外側面
（３５、３６、５２）およびゲージ片（５０）の両端面
に向けて、それぞれ少なくとも１つの走査ヘッド（３
１）を対を成して設け、これらの走査ヘッドによって、
スペーサの幅およびゲージ片の長さを測定する。ゲージ
片の既知の長さおよび測定長さによって、スペーサの測
定幅を計算する。これによってスペーサの最大幅を２０
μｍ以下の測定誤差で測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉の燃料集合体
の検査方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料集合体は、一端に頭部および
他端に脚部がある燃料棒束から成る。頭部と脚部との間
には、軸方向に互いに間隔を隔てて複数のスペーサが配
置されている。沸騰水形原子炉用の燃料集合体は、通常
ボックスで取り囲まれている。

【０００３】一般に、この燃料集合体は正方形の横断面
を持ち、即ち燃料集合体の頭部および脚部並びにスペー
サないし燃料集合体ボックスの外側面により形成される
燃料集合体の外側面は、両側に互いに対を成して対向し
ている。燃料集合体が完全無欠である場合、スペーサの
それぞれ両外側面およびそれらの対応した燃料集合体の
脚部ないし頭部の外側面は、互いに平行に延びている。

【０００４】原子炉の運転中に燃料集合体は摩耗現象お
よび損傷を生ずることがある。即ち例えば燃料棒の被覆
管壁が腐食しおよび／又は水が個々の燃料棒内に侵入す
る。

【０００５】燃料集合体が受ける強い中性子線は、燃料
棒を、場合によってはさらに燃料集合体ボックスをも放
射線成長させる。熱エネルギおよび中性子束の不均一な
分布により、長さの成長が場所的に異なり、そのために
燃料集合体が曲がったりねじれたりする。またスペーサ
を構成する帯板も、照射および腐食によって成長し、こ
の成長はまたその帯板の圧延中の圧延方向にも左右され
る。

【０００６】燃料集合体は炉心内に、僅か数ｍｍの相互
間隔を隔てて並べ置かれるので、そのような変形は、原
子炉運転が前提として設計している物理的状態を狂わせ
る。またスペーサが幅広くなるか樽形に変形すると、燃
料集合体の取出しおよび挿入に際して問題が生ずる。

【０００７】通常約１年間隔で使用済み燃料集合体を炉
心から取出し、残存する燃料集合体を別の場所に置き換
え、抜取り検査法で損傷について検査する。この検査は
水中で実施しなければならない。これは照射済み燃料集
合体が高い放射能を帯び、核分裂生成物が崩壊する際に
崩壊熱を発生するので冷却が必要だからである。従来、
水中の検査のために、特にビデオカメラを採用し、この
ビデオカメラにより、例えばスペーサの角における破損
のような燃料集合体の外部損傷を検出していた。また燃
料集合体を超音波センサで走査する装置が知られている
（米国特許第４６０５５３１号明細書参照）。そのよう
な超音波検査の場合、燃料集合体は使用されるセンサに
対して所定位置に置かれる。これによって、水が侵入し
た燃料棒の被覆管壁の損傷を発見できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、燃料
集合体の変化を簡単に検出するための新たな方法および
装置を提供することにある。その場合本発明は、燃料集
合体の各構成要素の成長によりひき起こされる変化およ
び他の寸法変化、例えばスペーサおよび燃料集合体ボッ
クスのような燃料集合体構造部分の曲がりおよびねじれ
が機能性を害し、従って検査時に検出しかつ測定する必
要があるという考えから出発している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明に基づ
き、原子力設備における照射済み燃料集合体の検査方法
において、燃料集合体の少なくとも１つのスペーサおよ
び既知の寸法のゲージ片を測定することによって解決さ
れる。そのゲージ片の測定は、スペーサについての測定
を校正するために使われる。

【００１０】特に、スペーサおよびゲージ片の輪郭は一
点一点で測定される。スペーサの第１両外側面上におけ
る両点において、測定によってこれらの第１両外側面間
の間隔に対する測定値が得られる。例えば走査ヘッドか
ら発信する超音波パルスがスペーサ外側面の一点で反射
されるとき、その点と走査ヘッドとの間隔はパルスエコ
ーの走行時間に比例する。即ち、相対間隔Ａが既知であ
る両側超音波走査ヘッドで互いに対向して位置する両点
を測定するとき、その両点の間隔Ｓ（即ち実際にはこの
個所におけるスペーサ幅）は次式で表される。

【数１】Ｓ＝Ａ−ｃ（ｄｔ₁＋ｄｔ₂）ここでｃは超音波の（温度依存）伝播速度、ｄｔ₁、ｄ
ｔ₂はそれぞれパルスエコーの走向時間、即ち測定装置
の測定値である。その伝播速度ｃは実際、スペーサの両
外側面に対応したゲージ片の両端面における両点を測定
することによっても求められる。

【００１１】このゲージ片の測定に対して次式が適用さ
れる。

【数２】ｄ₀＝Ａ′−ｃ（ｄｔ₁′＋ｄｔ₂′）ここでＡ′はゲージ片の両端面に向けられた走査ヘッド
の既知の間隔、ｄｔ₁′、ｄｔ₂′はそれぞれゲージ片の
両端面における点で発生されたエコーの走向時間であ
る。

【００１２】しかしそのゲージ片の両端面の間隔ｄ₀は
既知のあるので、次式が生ずる。

【数３】ｃ＝（Ａ′−ｄ₀）／（ｄｔ₁′＋ｄｔ₂′）

【００１３】この式によって、スペーサの外側面におい
て得られた測定値ｄｔ₁、ｄｔ₂を幾何学的間隔に換算す
ることができる。

【００１４】他の変位検出器の場合、測定装置は例えば
測定電圧あるいは一般に比例せず特性関数（校正曲線）
を介して幾何学的寸法に換算される別の量を提供する。
この校正曲線を決定するために、少なくとも既知の幾何
学的寸法に対する第２測定値の割当てが必要である。し
かしその校正曲線の他の点は、ゲージ片（もう１つのゲ
ージ片）の助けを借りて、ゲージ片の第１両端面に対し
てずらされている第２あるいはより多くの両端面が測定
される場合も測定できる。

【００１５】この方法は特に水中で行われ、即ちゲージ
片を備える測定装置は水中に配置され、スペーサの両外
側面およびゲージ片の両端面を上述した方法で測定する
ために、両側に少なくとも１つずつ走査ヘッドを備え
る。その測定過程はビデオカメラによって監視できる。
測定装置に接続された計算機において測定が監視され
る。ビデオカメラで撮られた画像は、例えば選定され校
正された適当な測定値と共に画像スクリーンに表示され
る。特にスペーサの両外側面間の最大間隔に対する校正
された測定値が特徴的な量として意味がある。

【００１６】スペーサの両側に置かれた走査ヘッドを利
用し、スペーサの両外側面の両点を同時に走査すること
によって、その両点の相対間隔、即ちスペーサ幅が走査
ヘッド信号の差形成によって形成されるという利点が得
られる。その両点間の間隔は走査ヘッドと外側面との間
隔に左右されず、即ち系統的測定誤差は相殺される。ま
た測定を狂わせる一時的な影響も、各測定過程において
測定が校正されるので補償される。

【００１７】即ち本発明に基づく検査装置は、既知の寸
法のゲージ片を備えた測定装置、位置決め装置および計
算機を有している。その位置決め装置は測定装置に対す
る燃料集合体のスペーサの相対位置を固定し、測定装置
は、スペーサの第１両外側面およびそれに対応したゲー
ジ片の第１両端面に向けられている。即ち測定装置はス
ペーサの両外側面およびゲージ片の両端面の相対位置に
対する測定値を形成する。計算機は、ゲージ片の寸法測
定値および記憶された基準値からこの基準値により校正
されたスペーサの両外側面間の少なくとも１つの最大間
隔が求められ、表示されるように形成されている。

【００１８】位置決め装置は、燃料集合体がその長手軸
線の方向、即ち垂直方向に挿入され、かつ水平方向にお
いて固定されるホルダを有している。更に位置決め装置
は、測定装置をゲージ片と共に垂直位置を変化させる位
置決め駆動装置を有している。その場合、燃料集合体の
複数のスペーサおよび場合によっては燃料集合体の頭部
および／又は脚部を順々に測定することができる。

【００１９】測定装置が、ゲージ片をスペーサに接触さ
せる第２駆動装置を備えるとよい。

【００２０】測定装置が、スペーサの第１両外側面上お
よびゲージ片の両端面上の複数の点に対する測定値を同
時に生ずる複数の走査ヘッドを両側に有していると有利
である。これにより高い精度で、測定装置におけるスペ
ーサ外側面の相対位置と無関係に、スペーサの外側面の
相対位置だけに関係するスペーサのすべての特性値が求
められる。

【００２１】上述のようにして、スペーサの一対の両外
側面が測定される。しかし断面正方形のスペーサは、も
う一対の両外側面を有している。この両外側面は、スペ
ーサをそれに応じて測定装置に対して回転させることに
よって、同じ測定装置および同じゲージ片によって測定
できる。しかし、この第２両外側面およびそれに対応し
たゲージ片あるいは別のゲージ片の第２両端面に向けら
れた別の走査ヘッドを有する測定装置を利用することも
できる。

【００２２】本発明に基づく方法の特別な実施態様にお
いて、燃料集合体はその終端部材、例えば頭部あるいは
脚部又はスペーサを、デカルト座標系のｚ軸を規定する
枠において位置決めされる。この枠にデカルト座標系の
ｘ方向における既知の寸法のゲージ片が保持されてい
る。この枠内に、スペーサおよびゲージ片が、スペーサ
の第１両外側面およびゲージ片の第１両端面がｙ方向に
沿って延びるように位置決めされている。このスペーサ
の両外側面およびゲージ片の両端面を走査することによ
って測定値が得られ、上述したようにしてこの測定値か
ら、ゲージ片の既知の寸法によって、スペーサの第１両
外側面間の間隔に対する校正された少なくとも１つの最
大値が形成される。

【００２３】両側に位置する走査ヘッドを同期して走査
するために、走査ヘッドをスペーサの第１両外側面およ
びゲージ片の第１両端面に沿って案内し、少なくともス
ペーサの両外側面上およびゲージ片の両端面上における
両点間の間隔に相当する測定信号を順々に形成するのが
有利である。そのスペーサの外側面に対する測定信号
を、計算機において自動的に校正された測定値に換算す
るために、ゲージ片の両端面間の既知の間隔に対する測
定信号を利用する。

【００２４】しかし同様に走査するために、スペーサの
両外側面およびゲージ片の両端面、特に同じゲージ片あ
るいは他のゲージ片の第２両端面に互いに対を成して位
置する複数の両側点を同時に測定する、両側に位置する
複数の走査ヘッドを利用することができる。このように
して、ｘ方向に延びるスペーサの一対の第２両外側面も
測定できる。この第２両外側面で得られた測定値は、上
述したようにして第１両外側面に対して既に利用したゲ
ージ片によって校正される。しかし精度を高めるため
に、同様にｘ方向に延びる他のゲージ片の第２両端面も
測定することが有利である。

【００２５】即ち、本発明に基づく有利な装置は、デカ
ルト座標系のｚ軸を規定する枠と、デカルト座標系のｘ
・ｙ平面内で移動できる測定台とを有する。この測定台
は両者間に燃料集合体のスペーサが位置するｙ方向に延
びる２本のアームを備える。これらのアームは互いに対
向する位置に対を成して設けられた少なくとも一対の走
査ヘッドを有する。更にｙ方向に移動できるゲージ片が
設けられ、このゲージ片は測定台と無関係に枠に保持さ
れ、あるいはまた測定台自体の一部となっている。走査
ヘッドに、ゲージ片の長さに対する基準値を記憶した計
算機が接続されている。

【００２６】走査ヘッドによって、ｘ方向におけるスペ
ーサの寸法およびゲージ片の長さが走査され、その場合
計算機は、ｘ方向におけるスペーサの基準値で校正され
た少なくとも１つの最大寸法が計算されるように設計さ
れている。

【００２７】燃料集合体が、その脚部および頭部により
枠で位置決めされ、測定台がｚ方向に移動できることが
有利である。

【００２８】特に、測定台をｚ方向に移動可能な基板上
に交換可能に取り付け、少なくともアームを駆動装置に
より基板に対しｘ方向およびｙ方向に移動可能とすると
有利である。測定台を取り外したとき、この枠は基板と
共に、燃料集合体における他の測定および／又は修理作
業を行う他の装置に対するホルダとして利用できる。

【００２９】本発明の他の有利な実施態様は従属請求項
に記載されている。

【００３０】即ち本発明によれば、燃料集合体の構造部
品の理想的な寸法に対して、２０μｍあるいはそれ以下
の小さな寸法偏差も測定することができる。その燃料集
合体の幾何学形状からその再利用が可能か否かを、即ち
変形したスペーサを場合により交換するか、あるいは変
形した燃料集合体を、測定された変形が再び戻るように
照射および／又は機械的荷重を受けるような炉心位置に
置き換えることにより再利用可能か否かを、確実に決定
できる。

【００３１】追加的に、燃料棒束の終端、即ち燃料集合
体の頭部および／又は脚部におけるスペーサ外側面に対
するスペーサ外側面の相対位置も測定できる。これによ
り、燃料集合体の曲がりおよびねじれが検出される。そ
の場合、例えば曲がった燃料棒束を１８０°回転して同
じ位置に再び設置し、継続運転中に再び曲げ戻すことを
期待してもよい。沸騰水形原子炉の燃料集合体におい
て、たとえそのボックスが全く変形していなくとも、曲
がるかあるいはねじれた燃料棒束は、それがもはやボッ
クス内で最良に心出しされなくなってしまう。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下図に示す検査装置の２つの実
施例を参照し、本発明を詳細に説明する。

【００３３】図１の沸騰水形原子炉の燃料集合体ＦＡが
検査される。この燃料集合体ＦＡから側面ボックスが取
り外されているので、燃料棒ＦＲから成り、概略的に示
す燃料棒束ＦＢが見えている。その燃料棒ＦＲは、軸方
向における数個所の位置でそれぞれスペーサＦＳによっ
て燃料集合体横断面積にわたって規則的に分布する所定
の位置で保持されている。燃料集合体の中央に中空水管
（ウオーターロッド）ＦＷが存在している。この中空水
管ＦＷに燃料集合体の脚部ＦＦおよび頭部ＦＨが固定さ
れている。

【００３４】燃料棒束ＦＢは、その頭部および脚部で位
置決め装置Ｐにはめ込まれている。この場合、燃料集合
体脚部ＦＦは心出し板ＰＣに係合し、液圧式の横押圧ジ
ョーＰＢを介してその位置に固定される。位置決め装置
Ｐは枠を有し、この枠はここでは測定台ＭＴに対する案
内レールから成る架台ＰＧとして形成されている。この
案内レールＰＧは、座標系のｚ軸を規定している。この
座標系の中心およびｘ軸、ｙ軸は、心出し板ＰＣの中心
および整列線によって規定されている。

【００３５】測定台ＭＴは測定装置Ｍの一部であり、該
装置Ｍは駆動装置ＰＤによってｚ方向に移動でき、燃料
棒束ＦＢのスペーサと同じ高さレベルに置かれている。

【００３６】燃料棒束に沿って燃料棒およびスペーサに
対し相対移動できるこの種の測定台ＭＴは検査装置にお
いて既に公知であり、燃料棒およびスペーサの光学的検
査を行うビデオカメラＶＣを有している。

【００３７】通常この場合、ビデオカメラＶＣは燃料集
合体を全側面から検査するために燃料棒束に対しｘ方向
およびｙ方向に移動できねばならない。この実施例の場
合、測定台ＭＴの相対位置を変化させることなくスペー
サを完全に観察するため、測定台ＭＴに多数のビデオカ
メラを設けている。

【００３８】図１において、燃料集合体の燃料棒束ＦＢ
の被検査スペーサは測定装置Ｍで覆われている。しかし
測定装置Ｍの両側に位置する測定アームＭＡは見えてい
る。これらアームＭＡは、スペーサの左外側面および右
外側面に沿って延び、超音波センサとして構成された走
査ヘッドＵＳを支持している。これら超音波センサＵＳ
は、部分的にスペーサの左外側面ないし右外側面に向け
られ、一部は既知の長さｄ₀を有するゲージ片ＣＳの端
面にも向けられている。超音波センサＵＳは、スペーサ
の外側面ないしゲージ片ＣＳの端面で反射される超音波
パルスを発信する。その反射エコーは超音波センサＵＳ
で受信され、従ってパルスエコーの走向時間からスペー
サとの距離が求められる。

【００３９】燃料棒束の正面および背面に配置されたゲ
ージ片ＣＳは、各々同様に複数の超音波センサＵＳ′を
支持する別の測定アームＭＡ′上に設けられている。こ
れにより、燃料棒束の、図１に見えている正面および反
対側背面におけるスペーサ外側面も測定できる。この測
定アームＭＡ′の最外側超音波センサは、測定アームＭ
Ａの下に位置し、図１では隠れているゲージ片の端面に
向いている。

【００４０】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、図２に示す横
断面図において、３つの超音波センサＵＳ１、ＵＳ２、
ＵＳ３が、スペーサＦＳの左外側面ＦＳＡにおける３つ
の測定点において、スペーサＦＳと左側測定アームＭＡ
との間隔を測定することが理解できる。これに対して外
側超音波センサＵＳ４、ＵＳ５は、左右に延びるゲージ
片ＣＳないしＣＳ′の端面ＣＡないしＣＡ′との間隔を
測定する。これらのゲージ片端面ＣＡ、ＣＡ′と、測定
センサＵＳ４、ＵＳ５との間隔は異なっているが、これ
は既知であるので、これらの両センサＵＳ４、ＵＳ５は
超音波エコーの走行時間と走行行程との関係に対する２
つの校正点を供給する。

【００４１】右側測定アームＭＢにも、センサＵＳ１〜
ＵＳ５に対向して、それらに対応するセンサＵＳ１Ｂ〜
ＵＳ５Ｂが位置している。

【００４２】これらの超音波センサＵＳ１Ｂ〜ＵＳ５Ｂ
によって、上述と同じようにして、スペーサＦＳの反対
側外側面ＦＳＢにおいて、間隔に関する３つの測定点お
よびゲージ片の端面ＣＢ、ＣＢ′についての２つの校正
点が報知される。各ゲージ片ＣＳ、ＣＳ′の長さｄ₀が
既知であるので、その測定点および校正点から、この平
面内における両側測定アームの間隔に対する正確な値な
いし測定アームが、互いに厳密に平行に延びていない場
合は計算上の補正が得られる。

【００４３】その下に位置する平面、即ち図１に示す超
音波センサＵＳ′が位置している平面において、同じよ
うにしてスペーサＦＳの別の両側面に対し３つの測定点
および２つの校正点が形成される。

【００４４】センサの信号はモニターＭＯＮ付き計算機
ＣＡＬに導かれる。この計算機ＣＡＬは検査が行われる
水槽の外に配置されている。これは画像スクリーン上に
生ずる画像（図３）を参照して説明するように、センサ
信号を適当な方法で選択し、校正し、測定されたスペー
サの特徴量として表す評価電子装置である。

【００４５】図３は、初期の曲がっていない燃料集合体
の幾何学形状Ｇを示す。その中心ＧＣは測定装置Ｍのｘ
・ｙ座標系の原点に配置される。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は片
側外側面の３つの測定点であり、Ｄ１′、Ｄ２′、Ｄ
３′はそれらに対応した超音波エコーから生ずる反対側
外側面における既に校正された測定点である。

【００４６】当該スペーサ（ここでは第３スペーサ「ス
ペーサ３」）の評価のために最も重要な値は、両外側面
間の最大間隔Δｍａｘである。燃料集合体がねじれてい
ない場合、これは値Δ（ｙ₁）、Δ（ｙ₂）、Δ
（ｙ₃）、Δ（ｘ₁）、Δ（ｘ₂）、Δ（ｘ₃）から生ずる
最大値である。ここで、Δ（ｙ₁）は両側の点Ｄ１、Ｄ
１′のｙ座標における差である。それに応じてそれぞれ
両側の点Ｄ２、Ｄ２′ないしＤ３、Ｄ３′に座標差Δ
（ｙ₂）、Δ（ｙ₃）が対応し、図３に示されている別の
対の点に、ｘ座標における差Δ（ｘ₁）、Δ（ｘ₂）、Δ
（ｘ₃）が対応している。そのΔｍａｘは直接μｍで表
されるか、完全な燃料集合体に関するパーセントで表さ
れる。外側面の凸面状湾曲を表す量Δｄ（ｙ）は、例え
ば次式で決定される。

【数４】Δｄ（ｙ）＝Δ（ｙ₂）−（Δ（ｙ₁）＋Δ（ｙ
₃））／２

【００４７】別の重要な値は、設定中心ＧＣ（座標原
点）に対する、両測定点Ｄ２、Ｄ２′から決定される中
心Ｃのｘ座標Ｃ（ｘ）ないしｙ座標Ｃ（ｙ）である。こ
れによって燃料棒全体の曲がりを検出できる。

【００４８】スペーサのねじれをも検出するために、例
えば測定点Ｄ１′、Ｄ３間を結ぶ直線とｙ軸とが成す角
度を検出する。

【００４９】計算機ＣＡＬの画像スクリーン上の、図３
に示す画像において、点Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３から計算で二
次曲線が描かれ、これと同じことは他の外側面の測定点
に対しても行われる。これらの曲線およびそれらの交点
は、測定されたスペーサの輪郭として表される。変形し
たスペーサの中心の座標Ｃ（ｘ）、Ｃ（ｙ）は、燃料集
合体の曲がりを表し、変形したスペーサの測定点から計
算され表示された輪郭の対角線から算出される接続線の
交点から生ずる。角度αは燃料集合体のねじれを表し、
変形したスペーサの対角線がそれぞれ幾何学形状Ｇの対
角線に対しねじれた角度の平均値に相当する。隣り合う
２つの角の接続線は、ゆがんではいないがねじれたスペ
ーサの外側輪郭を表し、その幾何学形状Ｇからのずれは
値Δ（ｄ）、Δ（ｙ）によって表される。スペーサの最
大幅は値Δｍａｘで表されている。

【００５０】一般に、この校正された特徴的な測定量を
ディスプレイに表示するか画像スクリーンにフェードイ
ンするだけで十分であり、画像残部は、カメラＶＣのビ
デオ画像をスペーサの光学的検査作業員に提供するため
に利用される。

【００５１】図４において、原子力設備の燃料集合体貯
蔵槽における燃料集合体貯蔵ラックの壁１が理解でき
る。また燃料集合体５は、その脚部５ａ、制御棒案内管
５ｂおよびスペーサ５ｃだけを示す。この貯蔵ラックの
上側面に枠２が設けられ、枠部分１１およびプラットホ
ーム３と共に燃料集合体の横を取り囲む作業所を形成し
ている。位置決めピン４上に検査および／又は監視用に
用意された種々の機器が設置される。加圧水形原子炉用
燃料集合体５は、燃料集合体取扱機によりこの作業所に
搬送される。図４では、その燃料集合体取扱機の，心出
しピン７を備えたマスト６の下端しか見えない。以下の
図において、マスト６の下端が心出しピン７によって枠
２に位置決めされ、そして燃料集合体が、燃料集合体の
測定に対する座標系を規定する枠に対し所定の位置に下
されることは示されていない。

【００５２】プラットホーム３上に基板１２が設置さ
れ、この基板１２はｘ方向駆動装置２１およびｙ方向駆
動装置２２を介してそれらのｘ方向案内レール２１′お
よびｙ方向案内レール２２′に沿って移動できる測定台
２０を支持している。測定台２０の平面は座標系のｘ・
ｙ平面に対して平行に位置し、そのｚ軸は枠２および燃
料集合体取扱機のマスト６によって規定されている。即
ちこれらの部分は、同時に測定値を評価するための座標
系を提供する位置決め装置を構成する。測定台２０は駆
動装置２１、２２を介し、測定平面内でｘおよびｙ方向
の所望の位置に移動できる。測定台２０上に、測定装置
を含むモジュール８が固定されている。

【００５３】このモジュール８を図５に示す。図５の紙
面は上述の座標系のｙ・ｚ平面に対し平行に延びてい
る。また図５にはピット１３も示す。このピット１３
は、特に被検査燃料集合体の脚部を図１のように固定せ
ず、取扱機のマスト６に吊っている場合に、この燃料集
合体を固定するために用意される。ピット１３は測定台
２０にあるいは枠部分１１を介して基板１２又はプラッ
トホーム３に固定される。ピット１３は燃料集合体の横
を接触支持するピット壁１４を有し、この壁１４はその
３つの側面に、燃料集合体ないしそのスペーサ５ｃの３
つの外側面に横スリット１５を有し、そこを通して接近
可能となっている。ピット壁１４の上縁に案内斜面１６
があり、この斜面１６は斜め上向きにピット壁１４の上
縁まで延び、燃料集合体のピット内への挿入を容易にす
るために使われる。

【００５４】測定装置は両側に測定アーム３０を有して
いる。各測定アーム３０の一端にそれぞれ走査ヘッド３
１が置かれている。各測定アーム３０の他端は、それぞ
れｙ方向に移動する送り装置３２を介してモジュール残
部に結合されている。その場合測定アーム３０は次のよ
うに配置される。即ち、測定アーム３０の長手軸線が座
標系のｙ軸に対して平行に延び、走査ヘッド３１が測定
アーム３０の長手軸線に対してほぼ平行な燃料集合体な
いしスペーサ５ｃの両外側面３５、３６に横スリット１
５を貫通して接するように配置される。この検査装置
を、種々の幅を持つ燃料集合体に対し利用できるよう、
両測定アーム３０を、それらの相対間隔が調整可能なよ
うに設けるのが有利である。この検査装置は、沸騰水形
原子炉用燃料集合体において、例えばボックスやスペー
サを検査するために利用される。

【００５５】測定アーム３０を、ｘ方向駆動装置および
ｙ方向駆動装置により遠隔制御で位置決めするため、ビ
デオカメラによる光学的監視が考慮されている。従って
カメラ４０およびその照明装置４１は測定台自体に設け
られるか、あるいは測定台上に設置されたモジュールの
構成部品となっている。

【００５６】更に図５にゲージ片５０が示され、このゲ
ージ片５０は図６に詳しく示されている。この図６は、
ピット壁１４付きのピット１３、スペーサ３６の両外側
面に横スリットを貫通して接する走査ヘッド３１および
そのアーム３０を示す。

【００５７】図６における紙面は、座標系のｘ・ｙ平面
に対して平行に延びている。この実施例の場合、ゲージ
片５０は測定台２０にホルダ４２を介して固定されてい
る。このホルダ４２は所定の圧力でスペーサ３６に弾力
的に接するまで、ｘ方向駆動装置２１およびｙ方向駆動
装置２２によって移動され位置決めされる。検査時に補
間ができるようにするために、ゲージ片５０の両端面を
それぞれ三段に形成する、即ちそれぞれ互いに対向して
位置する複数の両端面５２、５３を設ける。その段階付
けは、ゲージ片５０によって３つの長さ寸法が設定され
るように行い、その３つの長さ寸法のうち、少なくとも
１つは、被測定燃料集合体の両外側面間の距離より長く
し、少なくとも１つはそれより短くする。このようにし
て、補間により、走査ヘッドの測定データと燃料集合体
の伸びとの関係に対する校正曲線を作成することができ
る。

【００５８】両測定アーム３０は、送り装置３２を介し
てｙ方向に同期して移動する。測定アーム３０は例えば
剛性を有し、一端が回転可能に支持されているので、走
査ヘッドのｘ方向における偏向は回転可能な支持部にお
ける角度センサによって検出できる。ｙ方向送り装置の
代わりに、例えば鏡胴形のアームを繰り出す液圧駆動装
置を利用することもできる。

【００５９】図５に示す実施例の場合、測定アームの一
部３４は両側面にストレーンゲージを有するばねとして
形成されている。測定ヘッドの位置を検出するために、
ストレーンゲージ片の抵抗がホイートストンブリッジ回
路によって測定される。図７はそのような測定アームを
詳細に示し、図８はブリッジ回路の回路図を示す。

【００６０】図７は走査ヘッド６３付きの測定アーム３
０を示し、該ヘッド６３は湾曲部６４で燃料集合体の外
側面に接して滑る。測定アーム３０はほぼ三角形のばね
６０を有している。このばね６０の一角に、測定アーム
３０の、走査ヘッド６３を有する剛性部分６２が接着さ
れている。このばね６０の反対側面に、ｙ方向駆動装置
３２に結合する測定アーム３０の剛性部分６５が固定さ
れている。ばね６０の三角形は、このようにしてばね張
力がばね６０の全長にわたって一様に分布し、測定ヘッ
ドのｘ方向偏差に関してほぼ線形関係を示すので有利で
ある。三角形ばね６０の両側面は被覆層を備え、それぞ
れストレーンゲージを形成している。各ストレーンゲー
ジ片の電気抵抗は、ばね張力にほぼ直線的に対応する。
従って電気抵抗の測定結果から走査ヘッドのｘ方向位置
に対する測定値が計算され、この測定値はゲージ片にお
いて得られる測定値により校正される。

【００６１】ばね６０の両側面にあるストレーンゲージ
片は、接続端子６６を介して測定電子装置、例えば計算
機ＣＡＬに組み込まれた電子評価装置のブリッジ回路６
８に接続されている。

【００６２】図８はブリッジ回路６８の回路図である。
Ｒ₁およびＲ₂は両ストレーンゲージ片の被測定抵抗であ
る。これらの抵抗Ｒ₁、Ｒ₂は、ホイートストンブリッジ
回路の可変抵抗Ｒ₃、Ｒ₄と接続されている。このブリッ
ジを平衡するため、可変抵抗Ｒ₃、Ｒ₄を適当に調整する
ことにより電流Ｉが零にされる。そのとき、これらの抵
抗Ｒ₁とＲ₂ならびにＲ₃とＲ₄にかかる電圧はそれぞれ同
じ値となる。

【００６３】ストレーンゲージ片付きばね６０が休止位
置にある場合、抵抗Ｒ₁、Ｒ₂は同じ大きさを有し、その
場合平衡させるためには、可変抵抗Ｒ₃、Ｒ₄も同じ大き
さでなければならない。ばね６０が変形した際、一方の
ストレーンゲージ片が伸ばされ、他方のストレーンゲー
ジは圧縮され、即ち、一方の抵抗は大きくなり、他方の
抵抗は小さくなる。両可変抵抗Ｒ₃、Ｒ₄の比は、ブリッ
ジが平衡した際、被測定抵抗Ｒ₁、Ｒ₂の比に相当する。
この方法の場合、熱膨張に起因する影響は、抵抗Ｒ₁、
Ｒ₂が同じように変化するので、十分除去される。

【００６４】測定自体は交流電圧で周知の搬送周波数原
理に基づいて有利に実施される。その場合、接続された
測定増幅器は、これがばねの張力ないし走査ヘッドの変
位を直接表すように校正される。

【００６５】従って本発明によれば、燃料集合体の幾何
学形状を容易に測定し、変形を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく検査装置の、沸騰水形原子炉用
燃料集合体に対する実施例の側面図。

【図２】図１における検査装置の横断面図。

【図３】測定の数学的評価の説明図。

【図４】本発明に基づく検査装置の、加圧水形原子炉用
燃料集合体に対する実施例の側面図。

【図５】図４における実施例の燃料集合体収容ピットお
よびそこに配置された測定台の側面図。

【図６】図４におけるゲージ片および走査ヘッドの平面
図。

【図７】図４の実施例におけるばねの概略平面図。

【図８】図４の実施例におけるストレーンゲージ片のホ
イートストンブリッジ回路の接続図。

【符号の説明】

１壁２枠３プラットホーム４位置決めピン５加圧水形原子炉用燃料集合体５ａ、ＦＦ燃料集合体脚部５ｂ制御棒案内管５ｃ、ＦＳスペーサ６取扱機マスト７心出しピン８モジュール１１枠部分１２基板１３燃料集合体収容ピット１４ピット壁１５横スリット１６案内斜面２０測定台２１ｘ方向駆動装置２２ｙ方向駆動装置２１′、２２′ ｘ・ｙ方向案内レール３０測定アーム３１走査ヘッド３２送り装置３４ばねとして形成されたアーム部分３５、３６、３７スペーサ外側面４０カメラ４１照明装置４２ホルダ５０ゲージ片５２、５３ゲージ片の両端面６０三角形ばね６２測定アームの剛性部分６３走査ヘッド６４湾曲部６５測定アームの一部６６接続端子６８ブリッジ回路ＣＡ、ＣＡ′ ゲージ片の端面ＣＡＬ計算機ＣＢ、ＣＢ′ ゲージ片の端面ＣＳ、ＣＳ′ ゲージ片ＦＢ燃料棒束ＦＨ燃料集合体頭部ＦＲ燃料棒ＦＳＡ、ＦＳＢスペーサ外側面ＦＷ水管Ｇ幾何学形状ＧＣ設定中心（座標原点）Ｉ電流Ｍ測定装置ＭＡ、ＭＡ′ 測定アームＭＢ右側アームＭＯＮモニターＭＴ測定台Ｐ位置決め装置ＰＢジョーＰＣ心出し板ＰＤ駆動装置ＰＧ案内レールＰＧ架台Ｒ１、Ｒ２被測定抵抗Ｒ３、Ｒ４可変抵抗ＵＳ、ＵＳ′、ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３、ＵＳ４、ＵＳ
５超音波センサＵＳ１Ｂ、ＵＳ５ＢセンサＶＣビデオカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヴォルフガングフンメルドイツ連邦共和国 91085 ヴァイゼンドルフズデーテンシュトラーセ１ (72)発明者ヴォルフラムキントラインドイツ連邦共和国 91086 アウラハタルアムドナッカー５ (72)発明者ユルゲンウッケルトドイツ連邦共和国 91080 マルロッフシュタインリングシュトラーセ 23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子力設備における照射済み燃料集合体
（ＦＡ）の検査方法において、測定装置（Ｍ）で燃料集
合体における少なくとも１つのスペーサ（ＦＳ）および
既知の寸法のゲージ片（ＣＳ）を測定し、スペーサにお
ける測定値をゲージ片における測定値によって校正する
ことを特徴とする原子力設備における照射済み原子炉燃
料集合体の検査方法。
【請求項２】スペーサの第１両外側面（ＦＳＡ、ＦＳ
Ｂ）およびこれに対応したゲージ片（ＣＳ）の第１両端
面（ＣＡ、ＣＢ）に対向して位置する両点において、ス
ペーサの両外側面（ＦＳＡ、ＦＳＢ）間ないしゲージ片
（ＣＳ）の第１両端面（ＣＡ、ＣＢ）間の間隔の測定値
を求め、スペーサの両外側面（ＦＳＡ、ＦＳＢ）間の間
隔の測定値を、ゲージ片（ＣＳ）の既知の寸法およびゲ
ージ片（ＣＳ）の第１両端面（ＣＡ、ＣＢ）間の間隔の
測定値によって校正した値に換算することを特徴とする
請求項１記載の方法。
【請求項３】ゲージ片（ＣＳ）ないしもう１つのゲー
ジ片（ＣＳ′）の第２両端面（ＣＡ′、ＣＢ′）をも測
定し、この第２両端面（ＣＡ′、ＣＢ′）を第１両端面
（ＣＡ、ＣＢ）に対してずらすことを特徴とする請求項
１又は２記載の方法。
【請求項４】測定装置（Ｍ）をゲージ片（ＣＳ）と共
に水中に配置し、対向して位置する少なくとも２つの走
査ヘッド（ＵＳ１、ＵＳ１Ｂ）並びにビデオカメラ（Ｖ
Ｃ）を設け、測定値を測定装置（Ｍ）に接続された計算
機（ＣＡＬ）によって評価し、ビデオカメラ（ＶＣ）で
撮影した画像および計算機（ＣＡＬ）で計算し校正した
スペーサの第１両外側面（ＦＳＡ、ＦＳＢ）間の最大間
隔に対する測定値（Δｍａｘ）を画像スクリーンに表示
することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つ
に記載の方法。
【請求項５】燃料棒束と、燃料棒束の両端における頭
部ないし脚部として形成された終端部材（５ａ）と、こ
の頭部と脚部との間の燃料棒で貫通されている複数個の
スペーサ（５ｃ）と、他の構成要素（５ｂ）とを備えて
いる原子力設備における照射済み燃料集合体（ＦＡ）の
検査方法において、燃料集合体を、その終端部材（５ａ）あるいはスペーサ
（５ｃ）をデカルト座標系のｚ軸を規定する枠（２）と
共に位置決めし、この枠（２）に、デカルト座標系のｘ
方向における寸法（ｄ₀）が既知であるゲージ片（５
０）を保持し、スペーサ（５ｃ）のｙ方向に延びる第１
両外側面（３５、３６）の相対位置ないしそれに応じた
ゲージ片（５０）の第１両端面（５２）の相対位置を走
査し、走査により得られた測定値から、ゲージ片（５
０）の既知の寸法（ｄ₀）を用い、スペーサ（５ｃ）の
第１両外側面（３５、３６）間の間隔についての校正さ
れた少なくとも１つの最大値（Δｍａｘ）を算出するこ
とを特徴とする原子力設備における照射済み燃料集合体
の検査方法。
【請求項６】両側に位置する走査ヘッド（３１）を同
期して走査するために、走査ヘッド（３１）をスペーサ
の第１両外側面（３５、３６）およびゲージ片（５０）
の第１両端面（５２）に沿って案内し、スペーサの両外
側面（３５、３６）上およびゲージ片の両端面（５２）
上における両点間の間隔に相当する測定信号を順々に取
得し、スペーサの外側面（３５、３６）に対する測定信
号を計算機（ＣＡＬ）において自動的に校正された測定
値に換算するために、ゲージ片の両端面（５２）間の既
知の間隔（ｄ₀）に対する測定信号を利用することを特
徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】スペーサの第２両外側面（３７）をも同
じ走査ヘッド（３１）および同じゲージ片（５０）によ
って走査するため、デカルト座標系（ｘ、ｙ、ｚ）にお
いて燃料集合体の相対位置を変更可能としたことを特徴
とする請求項６記載の方法。
【請求項８】走査のために、両側に位置する複数の走
査ヘッド（ＵＳ１、ＵＳ１Ｂ、ＵＳ２、ＵＳ２Ｂ…）を
利用し、該ヘッドによりスペーサの両外側面（ＦＳＡ、
ＦＳＢ）およびゲージ片（ＣＳ）の両端面に互いに対を
成して位置する複数の両側点を同時に測定することを特
徴とする請求項５記載の方法。
【請求項９】スペーサのｘ方向に延びる第２両外側面
およびそれに対応したゲージ片あるいは他のゲージ片の
第２両端面をも、両側に位置する複数の走査ヘッドによ
って走査することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】第１ゲージ片（５０）および他のゲー
ジ片の第１両端面（５２）に対してずらされている他の
両端面（５３）をも走査することを特徴とする請求項５
ないし９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】原子力設備における照射済み燃料集合
体の検査装置であって、既知の寸法（ｄ₀）のゲージ片
（ＣＳ）を備えた測定装置（Ｍ）、位置決め装置（Ｐ）
および計算機（ＣＡＬ）を備えており、前記位置決め装置（Ｐ）は測定装置（Ｍ）に対する燃料
集合体のスペーサ（ＦＳ）の相対位置を固定し、前記測定装置（Ｍ）は、スペーサの第１両外側面（ＦＳ
Ａ、ＦＳＢ）およびそれに対応したゲージ片（ＣＳ）の
第１両端面（ＣＡ、ＣＢ）に、スペーサの両外側面（Ｆ
ＳＡ、ＦＳＢ）およびゲージ片の両端面（ＣＡ、ＣＢ）
の相対位置に対する測定値を形成するために向けられ、前記計算機（ＣＡＬ）は、ゲージ片の寸法に対する測定
値および記憶された基準値（ｄ₀）から、この基準値で
校正されたスペーサの両外側面間の少なくとも１つの最
大間隔（Δｍａｘ）を求めかつ表示するように構成した
ことを特徴とする原子力設備における照射済み燃料集合
体の検査装置。
【請求項１２】位置決め装置（Ｐ）が、燃料集合体を
その長手軸線の方向に、即ち垂直方向に挿入し水平方向
に固定するためのホルダと、測定装置をゲージ片と共に
垂直方向に移動する位置決め駆動装置（ＰＤ）とを備え
ることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】測定装置が、第１駆動装置（２１）に
よってスペーサの両外側面（３５、３６）およびゲージ
片の両端面（５２）に沿って同期して移動される走査ヘ
ッド（３１）を両側に有することを特徴とする請求項１
１又は１２記載の装置。
【請求項１４】測定装置が、スペーサの第１両外側面
（ＦＳＡ、ＦＳＢ）上およびゲージ片の両端面（ＣＡ、
ＣＢ）上の複数の点に対する測定値を同時に求める複数
の走査ヘッド（ＵＳ１、ＵＳ１Ｂ、ＵＳ２、ＵＳ２Ｂ
…）を両側に有することを特徴とする請求項１１又は１
２記載の装置。
【請求項１５】測定装置が、スペーサの第２両外側面
およびそれに対応したゲージ片あるいは他のゲージ片の
第２両端面における互いに対向して位置する点に向けら
れたもう１つの走査ヘッド（ＵＳ′）を有することを特
徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】測定装置が、ゲージ片をスペーサに当
てる第２駆動装置を有することを特徴とする請求項１１
ないし１５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１７】燃料棒束、燃料棒束の両端の頭部ない
し脚部として形成された構造部分（５ａ）およびその頭
部と脚部との間に配置された複数のスペーサ（５ｃ）を
備えた原子炉における照射済み燃料集合体の検査装置に
おいてデカルト座標系のｚ軸を規定する枠（２）と、デカルト座標系のｘ・ｙ平面内で移動可能な測定台（２
０）であって、ｙ方向に延びる２本のアーム（３０）と
これらのアームの互いに対向する位置に対を成して設け
られた少なくとも一対の走査ヘッド（３１）と、アーム間に燃料集合体のスペーサが位置決めされる測定
台（２０）と、ｙ方向に移動できるゲージ片（５０）と、走査ヘッド（３１）に接続され、ゲージ片の長さ
（ｄ₀）に対する基準値を記憶している計算機（ＣＡ
Ｌ）とを備え、前記走査ヘッド（３１）によってスペーサのｘ方向にお
ける伸びおよびゲージ片（５０）の長さを走査し、計算
機においてスペーサのｘ方向における基準値（ｄ₀）で
校正された少なくとも１つの最大伸び（Δｍａｘ）を計
算することを特徴とする原子力設備における照射済み燃
料集合体の検査装置。
【請求項１８】燃料集合体がその脚部および頭部（５
ａ）を枠（２）により位置決めされ、測定台（２０）が
ｚ方向に移動できることを特徴とする請求項１７記載の
装置。
【請求項１９】枠がｚ方向に移動できる基板（１２）
を有し、この基板（１２）上に測定台（２０）が交換可
能に取り付けられ、測定台（２０）が基板（１２）上に
おいて、駆動装置（２１、２２）によりｘ方向およびｙ
方向に移動できることを特徴とする請求項１８記載の装
置。