JPH0283497A - 核燃料棒非破壊試験装置および方法 - 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】 ［発明の背景］ 本発明は核燃料棒の非破壊試験に関し、特に、核燃料棒
が設計仕様に厳格に準拠して製造されていることの判定
に関するものである。

核燃料棒は、ジルコウニム合金で作った細長い被覆管内
に密封された燃料ペレットの柱体からなる。燃料ペレッ
トは数百側設けられ、通例、直径と長さがそれぞれ約１
　ｃｍの焼結セラミックタブレットの形態をなすもので
ある。水冷、水減速式動力炉で用いる代表的な核燃料棒
は二酸化ウランＣＵＯ２）からなり、そのうち約０．　
７〜５．　０重量％が核分裂性のウラン２３５で、親物
質のウラン２３８に混入している。ペレット柱は管プレ
ナム室内で作用するばねによってコンパクトに保持され
、管ブレナム室はまた適当なゲッタを内蔵する。燃料棒
は炉心内で複数の棒群をなすように配置されそして別々
に交換し得る燃料集合体として支持される。米国特許第
３６８９３５１１１号には代表的な燃料集合体が示され
ている。

局所出力ビーキングを減らしかつ燃料集合体全体にわた
る出力分布を改善するために通常実施されることは、棒
長に沿ってペレットのウラン２３５濃縮度を変えること
である。これは通例様々な長さのペレットの群または区
域に対してなされ、そして１本の燃料棒は、０．７〜５
．　０％の範囲にある様々な濃縮度のこのようなペレッ
ト域を７つも有し得る。また、通常実施されることは、
ガドリニウムのような強い中性子吸収物質すなわち「可
燃性毒物」を含む複数の燃料棒を燃料集合体に含めるこ
とである。所定濃度のこの可燃性毒物を燃料集合体内に
適切に配置することにより、核反応の制御が改善され、
従って、中性子吸収用制御棒の機械的配置による原子炉
制御の必要性が減る。原子炉停止安全余裕も増大する。

さらに、燃料集合体の出力分布をより効率良く最適にで
き、それを比較的長い稼働寿命にわたって維持し得る。

通例、酸化ガドリニウムのような中性子吸収毒物が酸化
ウランに５重量％以下の濃度で混入された後、ペレット
状に焼結される。濃縮度と同様に、酸化ガドリニウム濃
度は燃料棒内でペレット域毎に変わる。

従って、燃料集合体は、ある数の純粋酸化ウラン燃料棒
で、棒毎にそして各棒内の区域毎に変わる設計濃縮度を
もつものと、それより少ない数のを毒棒すなわち酸化ウ
ラン酸化ガドリニウム棒でやはり棒毎かつ区域毎に変わ
る濃縮度と酸化ガドリニウム濃度をもつものとで構成さ
れる。これらの濃縮度および濃度と燃料集合体内のペレ
ット位置は、原子炉の安全性と規則上の適合性を保証す
るとともに前述の原子炉性能の改善を達成するために、
厳しい設計仕様に合致しなければならない。

すなわち、このような設計仕様に厳格に準拠して燃料棒
を製造することが重要であり、各ペレットは各燃料棒内
の適所になければならない。従って、確実な品質保証が
肝要であり、これは製造した各燃料棒の正確な非破壊試
験を要する。この試験は、棒長に沿う多数の点における
濃縮度と毒物濃度、燃料密度、各区域内のウラン重量、
区域の長さ、不適格ペレット、ばねとゲッタの有無等の
正確な検定を包含しなければならない。

無毒燃料棒の濃縮度の非破壊的に測定する従来の方策は
「受動的走査」方法を包含し、この方法では、ウラン２
３５のような核分裂性物質の自然放射性崩壊中に放射さ
れる特性エネルギーのガンマ線が定量的に検出された。

ウラン２３５は比較的長い半減期を有するので、その自
発崩壊率とその結果としてのガンマ線放射率は低い。そ
の結果、正確な濃縮度定量分析に要する走査時間は極め
て長く、これは、ガンマ線検出器配置列によって燃料棒
を走査しかつそれらの計数値を積算した時ですらそうで
あった。全ての燃料棒を試験しなければならないので、
生産高はこの受動的走査法によりひどく減少する。

無毒燃料棒の試験時間を大幅に減らすため、「能動的走
査」方法が既に採用されている。この方法では、燃料棒
が選定エネルギーの中性子源を通過し、次いでウラン２
３５の中性子誘発放射の結果生ずるガンマ線に定量的に
応答する検出器を通過するように、燃料棒を動かす。燃
料棒の長さに沿う各位置の放射線計数値を知ることによ
り、各位置の濃縮度をただちに計算し得る。

有毒燃料棒の非破壊試験はもっと厄介な仕事になるので
、別の品質保証系により無毒燃料棒とは別に分析されて
きた。酸化ガドリニウムのような毒物の存在は、従来、
能動的走査を無効にするとみなされてきた。なぜなら、
毒物は強い中性子吸収物質として作用し活性化中性子の
大部分を吸収するからであり、このような中性子は、さ
もなければ、核分裂性物質ウラン２３５の核分裂を誘発
するものである。従って、能動的走査装置は従来、検出
されたガンマ線計数値が、濃縮度と毒物濃度が共に高い
燃料棒から生じたものかあるいは濃縮度と毒物濃度が共
に低い燃料棒から生じたものか、区別できなかった。こ
の混同をさらに複雑にしているのは次の事実、すなわち
、濃縮度と毒物濃度は通例燃料棒の長さに沿って区域毎
に変わるという事実である。

その結果、有毒燃料棒の商用非破壊試験は、受動的走査
方法、例えば、本発明と同じ譲受人に譲渡されたアーヤ
（Ａｒｙａ）等の米国特許第４２２９６５４号に記載の
方法を用いる品質保証装置に限定されてきた。この引例
の開示は参照によってここに包含されるものである。こ
の引例に開示のように、酸化ガドリニウム毒物を有する
酸化ウランペレットを含む燃料棒は、それを磁力計に通
すことにより走査され、この磁力計は、強い磁界内の移
動時に検出される常磁性磁化率の変化から、通例酸化ガ
ドリニウムである毒物の濃度と分布を定めるように作用
する。燃料棒は管の肉厚データをもたらす超音波検知器
と、燃料密度データをもたらすデンシトメータを通り、
これらのデータは対応するデータ点毎に発生する。次い
で、燃料棒は分布状に配列した８個までの検出器を通る
。これらの検出器は自然放射性崩壊により燃料の核分裂
性成分すなわちウラン２３５から放射されるガンマ線に
応じて働くものである。これらの検出器のガンマ線計数
値は棒長に沿って分布している数百の個別データ点につ
いて組合される。全検出器の蓄積された計数値は分析さ
れそして毒物濃度、密度、管肉厚等の因子について修正
されて燃料棒長に沿う各データ点位置における濃縮度を
定める。

この受動的走査装置は極めて正確であるが、やはり時間
がかかり、酸化ガドリニウム棒１本に要する走査時間は
約１０分であり、これに比べ、能動的走査装置を用いる
際の棒１本に要する走査時間は３分未満である。現在、
燃料集合体で用いる酸化ガドリニウム燃料棒の数はます
ます増える傾向にあるので、それらの非破壊試験のため
に受動的走査の時間がかかることはますます厄介な生産
上の隘路となりつつある。加えて、酸化ガドリニウムを
含む燃料棒を試験する一つの装置と、純粋酸化ウランの
無毒燃料棒を試験する他の装置を別々に設計し構築し操
作しかつ整備することは極めて費用がかかることである
。

従って、本発明の目的は、有毒および無毒核燃料棒の非
破壊試験に適用し得る単一の品質保証検査装置および方
法を提供することである。

他の目的は、有毒核燃料棒の非破壊試験に要する時間を
かなり減らした上記特性の品質保証検査装置と方法を提
供することである。

他の目的は、有毒核燃料棒の非破壊試験に要する時間を
無毒核燃料棒の非破壊試験に要する時間とほぼ等しくな
るように減らした上記特性の品質保証検査装置と方法を
提供することである。

本発明の他の目的は、有毒および無毒核燃料棒の非破壊
試験に同一の走査方法を用いる上記特性の品質保証検査
装置と方法を提供することである。

他の目的は、有毒および無毒核燃料棒を共に能動的に走
査することによりそれらの燃料柱の長さに沿うウラン２
３５濃縮度を１ｌｌＪ定するような上記特性の品質保証
検査装置と方法を提供することである。

他の目的は、有毒および無毒核燃料棒を共に能動的に走
査することにより燃料柱の各燃料域内のウランのグラム
数とウラン２３５のグラム数を定めるような上記特性の
品質保証検査装置と方法を提供することである。

他の目的は、有毒および無毒核燃料棒を同時に受入れて
別々に分析する単一の非破壊試験装置により実現する上
記特性の品質保証検査装置と方法を提供することである
。

本発明の他の諸口的は部分的には自明であろうが、以下
の説明からさらに明らかとなろう。

［発明の要約］ 本発明によれば、同一の非破壊試験装置を用いて有毒お
よび無毒核燃料棒の品質保証分析を同時に行う検査装置
と方法が提供される。従って、酸化ウランの焼結燃料ペ
レットとそれに加えたある量の中性子吸収物質例えば酸
化ガドリニウムとを装填した有毒核燃料棒と、基本的に
酸化ウランを含む無毒核燃料棒とが別々の入列に選別さ
れる。

この選別は、各棒を識別するように各棒に付けられた連
続番号と、各棒の製造の際準拠すべきであった特定設計
仕様とに基づいてなされる。これらの連続番号は各棒が
毒物を有するか否かを示し、計算機に読み込まれる。こ
の計算機は、検査方法の性能を制御しかつ様々な試験結
果を適切な記憶設計仕様に対して分析するようにプログ
ラムを与えられている。

有毒燃料棒はそれらの入列から順久匪力ｔ−（９通され
、この磁力計は、各燃料棒内のペレット柱の長さに沿っ
て均等に分布している多数のデータ点の各々における酸
化ガドリニウム濃度を示す試験データを発するように働
く。これらの試験データは各データ点毎に計算機によっ
て記憶される。磁力計から、酸化ガドリニウム棒は順次
）Ｌｚヌ４良ゾーンシトメータを通りかつバックグラウ
ンド検出器を通過するように送られ、バックグラウンド
検出器は燃料ペレット内のウランおよびそれと関連する
娘核種同位体の自然崩壊から生ずるガンマ線放射に応じ
て働く。密度データとバックグラウンド放射データは共
通のデータ点毎に計算機内に蓄積される。次いで酸化ガ
ドリニウム燃料棒は順次照射器キャスクに通され、その
際、中性子源を配置したキャスク中心からずれた経路に
沿って送られる。酸化ガドリニウム棒は中性子源から照
射され、そしてウラン２３５の中性子誘発核分裂の結果
生ずるガンマ線放射量が、１個のそして好ましくは２個
以上のガンマ線検出器によって検出され、これらの検出
器はガンマ線の下流側に配置されており、すべて能動的
走査原理に従うものである。ガンマ線計数値はデータ点
毎に計算機に蓄積される。

この時計算機は、データ点毎のウラン２３５濃縮度と毒
物濃度、燃料密度と重量、および他の多数の非破壊的に
検出された燃料棒特性を定めるのに必要な試験データを
すべて保有する。次いで、これらの試験結果は、計算機
により、各燃料棒に適用し得る記憶設計仕様と対照して
分析され、これにより合否の判定が出され、キャスクの
出口の先に配置した選別器の制御に役立つ。

純粋酸化ウラン燃料棒は独立的に順次それらの人列から
直接デンシトメータを通りがっ別のバックグラウンド放
射検出器を通過するように送られ、その際酸化ガドリニ
ウム濃度測定用の磁力計をバイパスする。次いで酸化ウ
ラン棒は順次照射器キャスクに通され、中心位置の同一
中性子源がらの中性子束によって照射され、そして中性
子誘発核分裂により生じたガンマ線が別の１組の検出器
により酸化ガドリニウム燃料棒の場合と同じ能動的走査
方法で計数される。酸化ウラン棒の密度、バックグラウ
ンドおよびガンマ線放射データは計算機によりデータ点
毎に蓄積されかつ各酸化ウラン棒に適用し得る記憶設計
仕様と対照して分析され、こうして計算機は適当な合否
指令を出口選別器に送る。

この品質保証検査装置は、生産すべき純粋酸化ウラン燃
料棒と酸化ガドリニウム燃料棒の特定数量に基づいて、
酸化ガドリニウム棒か酸化ウラン棒だけを、あるいは両
種の棒を共に検査するように利用される。

従って、本発明は、以下の説明において例示する構造と
要素の組合せと構成部の配置およびそれらの用法の諸特
徴を包含する。

添付図面と関連する以下の詳細な説明を参照すれば、本
発明の性質と諸口的をさらに良く理解し得よう。

［詳細な説明］ 本発明の方法を実施するための非破壊試験装置を第１図
に示す。この装置には大判１０が含まれ、複数の核燃料
棒１２が装荷される。８棒は、ジルコニウム合金製被覆
管内に密封された燃料ペレットの柱体からなり、この被
覆管は、例えば、外径が１．２７ｃ＋ｎで長さが４．２
メートルである。各燃料ペレットは直径と長さがそれぞ
れ約１ｃｍで、セラミックペレット状に圧縮されかつ焼
結された二酸化ウラン（ＵＯ２）からなる。この酸化ウ
ランは親物質のウラン２３８と、現在的０．７〜５゜０
重量％の核分裂性ウラン２３５とからなる。しかし、あ
る核燃料棒におけるペレットはまた、現在５．０重量％
以下の様々な濃度となるように追加されたある量の酸化
ガドリニウムのような強い中性子吸収物質すなわち「可
燃性毒物」を含む。

ペレット柱は管ブレナム域内で作用するばね（図示せず
）によってコンパクトに保持され、開城はまた適当なゲ
ッタを内蔵する。純粋酸化ウラン燃料棒すなわち無毒燃
料棒の場合、ペレットは管長に沿って特定の様々な長さ
の群または区域をなすように配置され、各区域は通例、
均等なウラン２３５濃縮度のペレットからなる。この濃
縮度は設計仕様により区域毎に変わる。有毒燃料棒すな
わち酸化ガドリニウム含有燃料棒の場合のペレットも、
濃縮度と酸化ガドリニウム含有率とが均等な複数の区域
に配置され、濃縮度または酸化ガドリニウム含有率ある
いはその両方が設計仕様によって区域毎に変わる。

本装置は酸化ガドリニウム含有燃料棒と純粋酸化ウラン
燃料棒を別々に処理しなければならないので、燃料棒１
２は大判１０において光学的読取器１４に進められ、そ
こで８棒の頭端プラグに刻まれた独特の連続番号が順次
読取られる。この連続番号は特定の燃料棒とその製造の
際準拠すべきであった設計仕様とを識別するものである
。連続番号は導線１４ａを経て計算機１６に読取られる
。

これらの連続番号は酸化ガドリニウム棒を酸化ウラン棒
から区別するので、計算機により選別器１８が制御され
、酸化ウラン棒１２ａを大判２０にそして酸化ガドリニ
ウム棒１２ｂを大判２２に順次移送し得る。代替的に、
通例異なる場所で製造される酸化ガドリニウム棒と酸化
ウラン棒をそれぞれの列に装荷する。しかし、８棒の連
続番号は、８棒が識別されかつその検査進行中追跡され
得るように、計算機１６に入れられなければならない。

そうすれば、その試験結果は、「ロッドマツプ」の形式
で計算機に記憶された適用可能設計仕様と対照して分析
され得る。

さらに第１図について説明すると、酸化ガドリニウム棒
１２ｂは順次それらの大判２２からはずされ、そして挟
持ローラ２４により、精密に調整された均等速度で送ら
れて４力ｌノ〜６を通る。この磁力計は本発明と同じ譲
受人に譲渡されたグロスマン（Ｇｒｏｓｓｍａｎ）等の
米国特許第４２４３９３９号に記載の構造のものである
ことが好ましい。

なおこの引例の開示は参照によってここに包含されるも
のである。すなわち、この磁力計は１対の超伝導電磁石
を含み、両型磁石は相異なる高磁界強度（燃料ペレット
内の鉄不純物の飽和に十分な強度）の磁界を生じるよう
に永続的に付勢され、各酸化ガドリニウム棒１２ｂが順
次両磁界を通るように送られる。各ペレットの材料の示
差常磁性磁化率が、棒が両磁界を通る間に検出され、そ
して導線２６ａにより計算機１６に読み出される。

磁化率信号は、各燃料棒１２ｂ内のペレット柱の長さに
沿って例えば０．１２５インチ毎に均等に分布している
多数のデータ点に対応するもので、計算機に記憶された
既知基準と比較され、各データ点における酸化ガドリニ
ウム濃度データの決定と保存に役立つ。

挟持ローラ２４は、図面明示のため、棒搬送用として例
示しであるが、他種の搬送装置、例えばベルトコンベヤ
がこの目的にもつと好適かもしれないことを理解された
い。

磁力計分析の後、各酸化ガドリニウム燃料棒１２ｂは照
射器キャスク２８に送り込まれ、そこで、バックグラウ
ンド検出器３０を貫通するチャネルに入る。この検出器
はＮａＩまたはＢＧＯ（ゲルマニウム酸ビスマス）穴貫
通検出器でよく、燃料ペレット内のウランおよびそれと
関連する娘同位体の自然崩壊から生ずるガｘ７線−放−
射一を測定する。

このバックグラウンドデータは導線３０ａによって計算
機に供給されそしてデータ点毎に記憶される。次に、各
酸化ガドリニウム棒１２ｂは、総括的に３２で示した多
検出器ガンマ線デンシトメータに通される。デンシトメ
ータ３２には適当なガンマ線源３４、例えばセシウム１
３７源が含まれ、照射器キャスク２８の中心線２８ａ上
の中央位置にある。このガンマ線源によって放射された
平行度の高いガンマ線３４ａが、キャスクを通っている
チャネル内を移動中の各燃料棒１２ｂの軸線に向けられ
る。適当な検出器３６、例えばプラスチック製シンチレ
ーシジン検出器が、棒１２ｂの向う側でこのガンマ線と
合うように配置されており、ガンマ線の減衰度を測定す
る。これは燃料ペレット密度を示すものである。この密
度計数データは計算機１６に供給されそしてデータ点毎
に記憶される。

酸化がトリニウム棒はデンシトメータ３２から順次前進
し、照射器キャスク２８内にある総括的に３８で示した
濃縮度測定用能動的走査部を通る。

能動的走査部３８は中性子源４０．例えば、標準のカリ
ホルニウム２５２中性子源で適当な強度例えば２．２ａ
＋ｇのものを含み、この中性子源もキャスク中心線２８
ａ上に配置される。６棒１２ｂは中性子源４０から出る
中性子束４０ａにさらされ、これにより、燃料ペレット
内の核分裂性ウラン２３５の限られた数の原子が核分裂
する。中性子束は、酸化ガドリニウムを含有しない燃料
に対し、ウラン２３５対ウラン２３８核分裂比が少な（
とも１００００対１の程度になるように設計される。

中性子源を通過した棒１２ｂは少なくとも２個の穴貫通
検出器４２．４４、例えば、ＢＧＯ検出器を通る。これ
らの検出器は共に、各酸化ガドリニウム燃料棒が通るに
つれ間挿から発せられる結果的なガンマ線の強度を測定
する。６棒のペレット柱に沿うデータ点毎に蓄積される
ガンマ線計数値は、各データ点におけるウラン２３５濃
縮度を正確に示すもので、関連検出器回路（図示せず）
により導線４２ａ、４４ａを経て別々に計算機に供給さ
れデータ点毎に記憶される。

計算機はこの時、各データ点における濃縮度および酸化
ガドリニウム含量と、幾つかの他の燃料棒特性とを後述
のように定めるのに要する全ての試験データを保存する
。これらの試験結果は、６棒の連続番号によって要求さ
れる設計仕様またはロッドマツプと比較され、この比較
から計算機は、６棒が所定限度内にあって受容し得るも
のかあるいはそうではなくて排除し得るものかを判定す
る。

試験結果のハードコピーはブロックプリンタ４６によっ
て印刷される。所望に応じ、試験結果を陰極線管４８に
表示し得る。上記の合否判定に基づき、計算機は導線１
６ｂによって選別器５０に信号を送り、燃料棒１２ｂを
出列５２から酸化ガドリニウム棒受容トレイ５４か酸化
ガドリニウム棒排除トレイ５６に移送させる。

酸化ウラン棒１２ａは順次大判２０から、別の挟持ロー
ラ２４により、別のＮａｌ穴貫通検出器５８を貫通する
別のテストチャネルに沿って送られる。この検出器は棒
長に沿ってバックグラウンドガンマ線放射を測定する。

このバックグラウンド計数データは導線５８ａを経て計
算機１６に送られデータ点毎に記憶される。酸化ウラン
棒は酸化ガドリニウムを含まないので酸化ガドリニウム
含有測定用磁力計を通る必要がないことに注意されたい
。次いで、酸化ウラン棒は順次ガンマ線デンシトメータ
３２を通り、そこで、中央位置のガンマ線源３４によっ
て棒軸線に向けられた他の平行ガンマ線３４ｂの減衰が
他の検出器６０によって７１Ｆ１定される。その結果生
じた密度計数データは導線６０ａを経て計算機に送られ
、やはり棒長に沿うデータ点位置に従って記憶される。

次に、酸化ウラン棒１２ａはキャスク２８内の能動的走
査部３８を通り、そこで、中央位置の中性子源４０から
の中性子束４０ｂによって照射され、次いで、酸化ウラ
ン棒テストチャネルに沿って配置された第２組のＢＧＯ
穴貫通検出器６２゜６４を通る。これらの検出器のガン
マ線計数値は蓄積されそしてそれぞれ導線６２ａ、６４
ａによってデータ点毎に計算機に送られる。こうして、
各棒１２ａ内のペレット柱の点毎の濃縮度と、８棒の試
験対象である他の特性とを定め得る全てのデータが計算
機に入り終わる。これらの試験結果を、８棒の連続番号
によって要求される特定設計仕様（ロッドマツプ）と比
較した後、計算機は合否選別器６６に信号を送り、合格
した棒を８列６８から酸化ウラン棒受容トレイ７０にそ
して不合格の棒を酸化ウラン棒排除トレイ７２に移送さ
せる。酸化ウラン棒と酸化ガドリニウム棒は生産要件に
従って同時または別々に検査され得る。

各酸化ガドリニウム棒１２ｂと各酸化ウラン棒１２ａの
試験結果は、第２図にブロック７４で示した計算機主プ
ログラムによって別々に処理され、後述のように、その
幾つかのルーチンとサブルーチンは、両種の棒のどちら
と関連するかによって変更または省略されている。まず
酸化ウラン燃料棒について考える。８棒１２ａが能動的
走査部３８を出て８列６８に達すると、試験データ結果
の処理が始まり、その間に、適当な例えば６インチの間
隔であとに続く次の酸化ウラン棒の試験データが取られ
つつある。主プログラム７４はまずルーチンＥＣＲＴＯ
に入り、そして検出器６２，６４の濃縮度計数値が燃料
柱の長さに沿う各データ点について別々に組合わされる
。サブルーチンＥＣＲＴＢでは、組合せ濃縮度計数値が
自然発生バックグラウンド放射について修正され、この
修正は、各データ点について検出器５８のバックグラウ
ンド計数データを検出器６２．６４の組合せ濃縮度計数
値から差引くことにより行われる。一つのバックグラウ
ンド検出器しかないので、修正因子がそのバックグラウ
ンド計数データに付加されてそれを各データ点における
組合せ濃縮度計数データと対等にする。従って、バック
グラウンドについて修正された濃縮度計数データは、棒
が能動的走査部３８を通った結果生じた点毎のガンマ線
放射の検出値である。ガンマ線計数値（放射能）とウラ
ン２３５濃縮度との間には周知の数学的関係があるので
、また点毎のガンマ線計数値の測定を完了しかつ棒走査
速度と中性子源特性とが分かっているので、各データ点
における濃縮度をただちに決定し得る。しかし、調べる
必要のある他の棒特性が存在する。

従って、次のプログラムルーチンＤＰＲＯＣでは、デン
シトメータ３２における検出器６０によって集められた
密度データを分析することにより、枠内のペレット柱の
始めと終りに相当する棒長に沿うデータ点を正確に識別
する。密度データはまた、ルーチンＤＰＲＯＣにおいて
、ペレット腓のギャップについて検査されるとともにペ
レット密度が許容限度内にあるか検査される。次のルー
チンＧＥＴＣＫでは、密度データが、ゲッタとペレット
柱押圧ばねの存在およびばねの長さを確認するために調
べられる。もしブレナム室に沿う所定数の連続的なデー
タ点において、検出器６０によって測定されたガンマ線
強度がオープンビーム強度の７０％と８０％の間にあれ
ば、ゲッタが存在するとみなされる。密度データはまた
、ブロックプリンタ４６により、棒長に沿う位置に対す
る密度のグラフとして印刷される。ルーチンＣ０ＲＣＴ
では、密度データを用いて、濃縮度計数値をペレット毎
の密度の変動についてデータ点毎に修正する。

酸化ウラン棒の次のルーチンは濃縮度データを平滑にす
ることである。これが必要なわけは、棒に沿う各データ
点に対する計数率が、両側のデ・−タ点から発せられる
ガンマ線の影響を受けるからである。従って、各データ
点の濃縮度データには加重値として１が与えられ、モし
て各側の３つの隣接データ点の濃縮度データにはそれよ
り少ない加重値が与えられ、外側の２点に対する加重値
は０、　１まで下げられる。この時、各データ点の濃縮
度データは、ルーチン５Ｍ０ＯＴＨにおいて、その両隣
りの６つのデータ点の加重濃縮度データとともに因子分
解される。この連続する７点の加重データ平均または平
滑化段階はまた、後続ＭＩＳＰＥＬルーチンの単一ペレ
ット検出能力と、後続ＺＯＮＥＬルーチンの区域変化検
出感度とを高める。

次のルーチンＢＯＩＬでは、２つのデータ点毎の平滑な
濃縮度データの平均を取り、従って、データ点の数を半
分にし、例えば、１２８０個のデータ点を６４０個にす
る。これは後続のデータ処理としてブロック４６による
濃縮度グラフの印刷とを簡単にするためになされる。ま
た、異常なペレット検出が改良される。ルーチンＭＩＳ
ＰＥＬでは、平滑にされかつ短縮された濃縮度データが
、ペレットの置き違いについて、すなわち、ペレット柱
の両端に通例配置される自然ペレット域内の濃縮ペレッ
トの存在について検査される。次に、ルーチンＺＯＮＥ
Ｌにおいて、濃縮度データが、１つの濃縮度のペレット
域から異なる濃縮度のペレット域への遷移を内包する濃
縮度の変化に対して検査される。これらの濃縮度変化の
隣接対でのデータ点の数の差を１インチ当たりのデータ
点の数で割ると、インチ単位の区域長が得られる。次い
で、ルーチンＥＰＲＯＣが、設計上の主要特性である区
域平均濃縮度を計算する。この計算は、ルーチンＺＯＮ
ＥＬによって定められた各区域内の全データ点にわたる
濃縮度データを平均することによりなされる。区域平均
濃縮度と、区域長さと、区域平均密度測定値対設計密度
の比が、各区域内のウラン２３５のダラム重量と全ウラ
ンのダラム重量の計算に用いられる。ペレット柱の上側
３フイートの部分に置けるパーセント濃縮度が計算され
、低温停止余裕の要件が満たされるかどうかの判定に役
立つ。サブルーチンＣＴＯＥＵは濃縮度計数データを、
半減データ点（ルーチンＢＯＩＬ）の点毎に重量％単位
の濃縮度に変換し、この変換は、それらの数学的関係を
表す方程式を反復近似方式を用いて解（ことによりなさ
れる。その結果は、ブロック４６により、棒長に沿う位
置に対する重量パーセント濃縮度のグラフとして印刷さ
れる。

サブルーチンＥＮＴＯＣは重量パーセント濃縮度を濃縮
度計数値に戻し、そしてサブルーチン５ＰＫＣＫは、半
減データ点濃縮度計数値を、排除し、得る濃縮度スパイ
クとペレット列について調べる。排除し得るスパイクと
は、正または負の局所濃縮度スパイクで、所定限度例え
ば１０％だけ区域平均濃縮度を超えるものである。排除
し得るペレット列とは、ペレット区域の長さ６インチを
超える部分でその平均濃縮度があらかじめ設定した限度
例えば０．１重量％（絶対値）より多く区域平均濃縮度
と異なる部分である。次いで、主プログラムは濃縮度計
数データを、記憶内容から検索した適切なロッドマツプ
と照合し、試験した酸化ウラン棒が適用可能設計仕様に
従って製造されたものであるかどうか判定し、この判定
と前述の他の諸事項に基づいて合否の判定が自動的に出
される。

酸化ガドリニウム棒１２ｂの場合、検出器４２゜４４の
データ点毎の濃縮度計数値がルーチンＥＣＲＴＯにおい
て組合わされ、そして検出器３０から得られたバックグ
ラウンド計数データを用いてサブルーチンＥＣＲＴＢに
おいてバックグラウンドについて修正される。ルーチン
ＤＰＲＯＣとＧＥＴＣＫは、検出器３６からの密度デー
タを分析してペレット柱のデータ始点と終点をみつけ、
ペレット間隙について調べ、ゲッタとばねの存在を確認
し、そしてばねの長さを定める。すなわち、この点まで
は、プログラムは両種の燃料棒に対して同じである。

しかし、酸化ガドリニウム棒の場合、ペレットからペレ
ットへの密度変動について修正する濃縮度計数データ密
度修正ルーチンＣ０ＲＣＴはまた、点毎の密度データを
酸化ガドリニウム含量について修正する。酸化ガドリニ
ウムの存在は、さもなくば検出器３６が検出するはずの
ガンマ線減衰度に一定の変化をもたらすので、磁力計２
６によって生じた酸化ガドリニウム含量データはルーチ
ンＣ０ＲＣＴにおいて密度データを酸化がトリニウム含
量について修正するために用いられる。次いで、プリン
タプロッタ４６が修正密度データから密度のグラフを印
刷する。

酸化ガドリニウム棒１２ｂの場合のみ、次のルチンはＣ
ＡＤである。ここでは酸化ガドリニウムデータが、それ
から、棒が磁界に入る直前と磁界を離れた直後に生ずる
磁力計出力信号の平均を引くことにより修正される。こ
の修正は８棒１２ｂに対し酸化ガドリニウム含量ゼロの
データ基準を有効に設定し、また、棒が磁力計を通る間
の熱的ドリフトを補正する。ＣＡＤルーチンはまた、前
記米国特許第４２４３９３９号に記載の方法で点毎の酸
化ガドリニウム重量百分率を定める。また酸化ガドリニ
ウムデータを用いて、濃縮度データが、スパイクまたは
もっと緩やかな変化の形態の酸化ガドリニウム含量変動
について修正される。

このような変動は、ペレット柱内のペレットが相異なる
製造バッチから到来する時生じ得るものである。この修
正がなければ、酸化ガドリニウム変動は濃縮度データに
おける偽のそして多分排除し得るスパイクとして現れる
おそれがある。サブルーチンＰＯＩＮＴでは、酸化ガド
リニウムデータと濃縮度データがペレット柱の始めと終
りを正確に定めるように分析され、そして線形補間によ
り、酸化ガドリニウムデータ点が必要に応じて個数を調
整され、さらに濃縮度データ点と正確に合わされる。次
に、酸化がトリニウムデータがブロックプリンタ４６に
より印刷される。次いで、酸化ガドリニウム棒濃縮度デ
ータがルーチン５Ｍ０ＯＴＨ，ＢＯＩＬおよびＺＯＮＥ
Ｌにより、前述の酸化ウラン棒濃縮度データと同様に処
理される。

酸化ガドリニウムデータと濃縮度データはその後ルーチ
ンＥＰＲＯＣとそのサブルーチンＣＴＯＥＵ、ＥＮＴＯ
Ｃおよび５ＰＫＣＫにおいて組合わされる。酸化ガドリ
ニウム棒の酸化ガドリニウムを含まないペレット域につ
いては、濃縮度データが酸化ウラン捧に関して前述した
方式で処理されてウラン２３５の重量百分率と、区域平
均濃縮度と、ウランのダラム重量と、上部３フイートの
濃縮度を定め、さらにまた排除し得る濃縮度スパイクと
ペレット列について検査される。酸化ガドリニウムを含
むペレット域については、濃縮度計数データと重量パー
セント濃縮度との数学的関係が変わる。なぜなら、中性
子を吸収する酸化ガドリニウムの存在が、その濃度の関
数として、能動的走査中に誘発される核分裂の数をひど
く減らすからである。第３図は、４つの相異なる酸化ガ
ドリニウム濃度、すなわち、酸化ガドリニウム２゜０．
３．０．４．０および５．０重量％の関数としての重量
パーセント濃縮度対濃縮度計数データのグラフ的関係で
あり、これは数学的に導かれかつ前記米国特許第４２２
９６５４号に記載の受動的走査方法を利用して実験的に
確認されたものである。従って、サブルーチンＣＴＯＥ
Ｕは重量パーセント酸化ガドリニウムデータと濃縮度計
数データを処理してデータ点毎に重量パーセント濃縮度
を定める。酸化ガドリニウム含量は通例第３図に示した
４本の酸化ガドリニウム線のどれにも正確には乗らない
ので、サブルーチンＣＴＯＥＵが設計１パーセント酸化
ガドリニウム線の傾斜と、最も近くの設計傾斜の上下に
おける次の値の補間をなすことにより、濃縮度計数デー
タから重量パーセント濃縮度を計算する際に各点で用い
る適切な傾斜を定める。この時、ルーチンＥＰＲＯＣが
区域平均濃縮度と各区域内のウラン２３５グラム数とウ
ラングラム数を計算する。サブルーチン５ＰＫＣＫは濃
縮度計数値を、排除し得る濃縮度スパイクとペレット列
について調べ、そして濃縮度のグラフがプリンタブロッ
ク４６により密度および酸化がトリニウム含量のグラフ
と位置整合関係をもって印刷される。主プログラムはそ
の後平均濃縮度データと酸化ガドリニウム濃度データを
適当なロッドマツプと照合し、試験した酸化がトリニウ
ム棒が適用可能設計仕様（ロッドマツプ）に従って製造
されたものであるかどうか判定する。

この判定と前述の他の諸事項に基づき、適切な合否判定
が選別器５０に出される。

第１図に見られる装置は一つの酸化ガドリニウム棒テス
トチャネルと一つの酸化ウラン棒テストチャネルを示す
が、実際には、本装置はキャスク中心線２８ａの周囲に
角度間隔を置いて配置されるもっと多くのテストチャネ
ルを含み得る。代表的な燃料集合体は酸化ガドリニウム
棒より多数の酸化ウラン棒を具備するので、本装置は実
際には、例えば、５つの酸化ウラン棒テストチャネルと
１つの酸化ガドリニウム棒テストチャネルを備え得るも
ので、これら全ては共通のデンシトメータガンマ線源３
４と、共通の能動的走査中性子源４０とを共有する。

以上かられかるように、前述の諸口的は、以上の説明で
明らかにされた目的を含めて、効率良く達成される。ま
た開示の非破壊試験装置と方法において本発明の範囲内
で幾多の改変が可能であるから、ここに示した全ての事
物は例示的であり、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって構成した酸化ガドリニウム核燃
料棒と純粋酸化ウラン核燃料棒の非破壊検査をなす装置
の概略図、第２図は本発明の方法により第１図の装置で
得た試験データ結果を処理する計算機プログラムの構成
図、第３図は４つの相異なる濃度の酸化ガドリニウムを
含有する核燃料に対して濃縮度の関数としてのガンマ線
計数値の関係を示すグラフである。 １２：核燃料棒、１２ａ二酸化ウラン燃料棒、１２ｂ：
酸化ガドリニウム燃料棒、１４：光学的読取器、１６：
計算機、１８二選別器、２４：挟持ローラ、２６：磁力
計、２８：照射器キャスク、３０：バックグラウンド検
出器、３２：ガンマ線デンシトメータ、３４：ガンマ線
源、３６：密度検出器、３８；能動的走査部、４０：中
性子源、４２．４４：濃縮度検出器、４６：プリンタプ
ロッタ、５０：選別器、５８二バックグラウンド検出器
、６０：密度検出器、６２．６４濃縮度検出器、６６二
合否選別器、７４：計算機の主プログラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有毒核燃料棒と無毒核燃料棒とを非破壊的に試験す
   る装置であって、 （Ａ）有毒燃料棒を第１テストチャネルに沿って順次搬
   送する第１手段と、 （Ｂ）無毒燃料棒を第２テストチャネルに沿って順次搬
   送する第２手段と、 （Ｃ）有毒燃料棒を順次通す前記第１テストチャネルに
   沿って配置された磁力計であって、燃料棒長に沿って分
   布している多数のデータ点の各々における毒物濃度を示
   す毒物データを発生する磁力計と、 （Ｄ）前記第１テストチャネルに沿って配置された第１
   バックグラウンド検出器であって、各有毒燃料棒の通過
   中、燃料棒長に沿って分布している多数のデータ点の各
   々から自然に放射されたガンマ線を示す第１バックグラ
   ウンド計数データを発生する第１バックグラウンド検出
   器と、 （Ｅ）前記第２テストチャネルに沿って配置された第２
   バックグラウンド検出器であって、各無毒燃料棒の通過
   中、燃料棒長に沿って分布している多数のデータ点の各
   々から自然に放射されたガンマ線を示す第２バックグラ
   ウンド計数データを発生する第２バックグラウンド検出
   器と、 （Ｆ）（１）前記第１テストチャネルに沿って移動中の
   各有毒燃料棒に第１ガンマ線ビームを向け、また、前記
   第２テストチャネルに沿って移動中の各無毒燃料棒に第
   ２ガンマ線ビームを向けるように配置されたガンマ線源
   、 （２）各有毒燃料棒による前記第１ガンマ線ビームの減
   衰度を測定し、そして前記第１テストチャネルに沿って
   移動中の各有毒燃料棒の長さに沿って分布している多数
   のデータ点の各々における燃料密度を示す対応第１密度
   計数データを発生するように配置された第１密度検出器
   、および （３）各無毒燃料棒による前記第２ガンマ線ビームの減
   衰度を測定し、そして前記第２テストチャネルに沿って
   移動中の各無毒燃料棒の長さに沿って分布している多数
   のデータ点の各々における燃料密度を示す対応第１密度
   計数データを発生するように配置された第１密度検出器
   を含むデンシトメータと、 （Ｇ）前記第１および第２テストチャネルが貫通してい
   る能動的走査器であって、 （１）前記第１テストチャネルに沿って移動中の各有毒
   燃料棒の中性子束照射をなしかつ前記第２テストチャネ
   ルに沿って移動中の各無毒燃料棒の中性子束照射をなす
   ように配置された中性子源、 （２）前記第１テストチャネルに沿って前記中性子源の
   先に配置された少なくとも１個の第１濃縮度検出器であ
   って、各有毒棒の通過中、各有毒棒の長さに沿って分布
   している多数のデータ点からの中性子誘発ガンマ線放射
   に応じて対応第１濃縮度計数データを発生する第１濃縮
   度検出器、および （３）前記第２テストチャネルに沿って前記中性子源の
   先に配置された少なくとも１個の第２濃縮度検出器であ
   って、各無毒棒の通過中、各無毒棒の長さに沿って分布
   している多数のデータ点からの中性子誘発ガンマ線放射
   に応じて対応第２濃縮度計数データを発生する第１濃縮
   度検出器を含む能動的走査器と、 （Ｈ）前記毒物濃度データと前記第１バックグラウンド
   計数データと前記第１密度計数データと前記第１濃縮度
   計数データに応じて各有毒燃料棒の長さに沿う各データ
   点における濃縮度を決定し、また別に前記第２バックグ
   ラウンド計数データと前記第２密度計数データと前記第
   ２濃縮度計数データに応じて各無毒燃料棒の長さに沿う
   各データ点における濃縮度を決定する計算機との組合せ
   からなる核燃料棒非破壊試験装置。 ２、前記能動的走査器を入れた照射器キャスクをさらに
   含む請求項１記載の非破壊試験装置。 ３、前記中性子源は前記キャスクの中心線上に配置され
   、また前記第１および第２テストチャネルは前記キャス
   ク中心線に対して平行離隔関係をもって前記キャスクを
   貫通している、請求項２記載の非破壊試験装置。 ４、前記ガンマ線源を前記キャスク中心線上に配置した
   請求項３記載の非破壊試験装置。 ５、前記有毒燃料棒と無毒燃料棒はそれぞれ、各燃料棒
   とその製造に際して準拠した設計仕様とを識別する連続
   番号を付けてあり、また、各燃料棒から前記連続番号を
   読取りそして読取った連続番号を順次前記計算機に入れ
   る手段をさらに含む請求項３記載の非破壊試験装置。 ６、前記計算機は、各燃料棒の設計仕様を記憶し、少な
   くとも前記毒物データと前記第１濃縮度計数データを適
   用可能設計仕様と照合して各有毒燃料棒を受容し得るか
   排除し得るかの第１判定をなし、また少なくとも前記第
   ２濃縮度計数データを適用可能設計仕様と照合して各無
   毒燃料棒を受容し得るか排除し得るかの第２判定をなす
   、請求項４記載の非破壊試験装置。 ７、前記第１および第２テストチャネルの出口端におい
   て前記計算機による前記第１および第２判定に応じて前
   記有毒および無毒燃料棒を受容群と排除群とに選別する
   手段をさらに含む請求項６記載の非破壊試験装置。 ８、各有毒燃料棒に沿う距離に対する濃縮度および毒物
   濃度のグラフを別々に印刷しかつ各無毒燃料棒に沿う距
   離に対する濃縮度のグラフを印刷するために前記計算機
   に接続されたプリンタプロッタをさらに含む請求項６記
   載の非破壊試験装置。 ９、有毒核燃料棒と無毒核燃料棒とを非破壊的に試験す
   る方法であって、 （Ａ）有毒燃料棒を第１テストチャネルに沿って順次搬
   送する段階と、 （Ｂ）それとは別に無毒燃料棒を第２テストチャネルに
   沿って順次搬送する段階と、 （Ｃ）前記第１テストチャネルに沿う各有毒燃料棒の移
   動中、燃料棒長に沿って分布している多数の点の各々に
   おける各有毒燃料棒の含有毒物の濃度を測定し、そして
   点毎に毒物濃度データを発生させる段階と、 （Ｄ）前記第１テストチャネルに沿う各有毒燃料棒の移
   動中、燃料棒長に沿って分布している多数の点における
   各有毒燃料棒の密度を測定し、そして第１点毎密度デー
   タを発生させる段階と、 （Ｅ）前記第２テストチャネルに沿う各無毒燃料棒の移
   動中、燃料棒長に沿って分布している多数の点における
   各無毒燃料棒の密度を測定し、そして第２点毎密度デー
   タを発生させる段階と、 （Ｆ）前記第１テストチャネルに沿って移動中の各有毒
   燃料棒の長さに沿って分布している多数の点におけるバ
   ックグラウンド放射能を測定しそして第１点毎バックグ
   ラウンドデータを発生させる段階と、 （Ｇ）前記第２テストチャネルに沿って移動中の各無毒
   燃料棒の長さに沿って分布している多数の点におけるバ
   ックグラウンド放射能を測定しそして第２点毎バックグ
   ラウンドデータを発生させる段階と、 （Ｈ）前記第１テストチャネルに沿って移動中の各有毒
   燃料棒に中性子束を照射する段階と、 （Ｉ）前記第２テストチャネルに沿って移動中の各無毒
   燃料棒に中性子束を照射する段階と、 （Ｊ）前記第１テストチャネルに沿って移動中の各有毒
   燃料棒の長さに沿って分布している多数の点における中
   性子誘発放射能を測定しそして第１点毎濃縮度データを
   発生させる段階と、 （Ｋ）前記第２テストチャネルに沿って移動中の各無毒
   燃料棒の長さに沿って分布している多数の点における中
   性子誘発放射能を測定しそして第２点毎濃縮度データを
   各点の濃縮度の真の測定値として発生させる段階と、 （Ｌ）前記毒物濃度データを前記第１濃縮度データに対
   応点毎に付加して前記第１濃縮度データを各点の毒物濃
   度の存在について修正することにより各有毒燃料棒の長
   さに沿う各点における濃縮度の真の測定値を得る段階と
   からなる非破壊試験方法。 １０、前記修正第１濃縮度データと前記第２濃縮度デー
   タを処理して各有毒燃料棒と各無毒燃料棒それぞれにお
   けるウランの重量とウラン２３５の重量を決定する段階
   をさらに含む請求項９記載の方法。 １１、前記第１バックグラウンドデータを前記第１濃縮
   度データに付加して前記第１濃縮度データを対応点毎に
   バックグラウンド放射能について修正する段階と、前記
   第２バックグラウンドデータを前記第２濃縮度データに
   付加して前記第２濃縮度データを対応点毎にバックグラ
   ウンド放射能について修正する段階とをさらに含む請求
   項１０記載の方法。 １２、前記第１密度データを前記第１濃縮度データに対
   応点毎に付加して前記第１濃縮度データを燃料密度の理
   論密度からの変動について修正する段階と、前記第２密
   度データを前記第２濃縮度データに対応点毎に付加して
   前記第２濃縮度データを燃料密度の理論密度からの変動
   について修正する段階とをさらに含む請求項１１記載の
   方法。 １３、前記第１密度データを調べて、燃料ペレット柱の
   始点および終点と、燃料ペレット間の間隙の存在と、各
   有毒燃料棒内のばねとゲッタの存在とを確定する段階と
   、前記第２密度データを調べて、燃料ペレット柱の始点
   および終点と、燃料ペレット間の間隙の存在と、各無毒
   燃料棒内のばねとゲッタの存在とを確定する段階とをさ
   らに含む請求項１１記載の方法。 １４、前記第１濃縮度データを調べて各有毒燃料棒内の
   様々な濃縮域の長さを定める段階と、前記第２濃縮度デ
   ータを調べて各無毒燃料棒内の様々な濃縮域の長さを定
   める段階とをさらに含む請求項１１記載の方法。 １５、（１）各有毒燃料棒に付けた連続番号を読取って
   その製造に際して準拠した設計仕様を確認する段階と、 （２）前記第１密度データと前記毒物データと前記第１
   濃縮度データとを点検して各有毒燃料棒が適用可能設計
   仕様に合致するかどうか判定する段階と、 （３）各無毒燃料棒に付けた連続番号を読取ってその製
   造に際して準拠した設計仕様を確認する段階と、 （４）前記第２密度データと前記第２濃縮度データとを
   点検して各無毒燃料棒が適用可能設計仕様に合致するか
   どうか判定する段階とをさらに含む請求項１４記載の方
   法。 １６、前記点検段階に基づいて前記有毒および無毒燃料
   棒を受容群と排除群とに選別する段階をさらに含む請求
   項１５記載の方法。 １７、前記毒物データを各有毒燃料棒のペレット柱に沿
   う距離に対する毒物濃度のグラフとして印刷しかつ前記
   修正第１濃縮度データを各有毒燃料棒のペレット柱に沿
   う距離に対する濃縮度のグラフとして印刷する段階と、
   前記第２濃縮度データを各無毒燃料棒のペレット柱に沿
   う距離に対する濃縮度のグラフとして印刷する段階とを
   さらに含む請求項１６記載の方法。 １８、前記印刷段階は、前記第１および第２密度データ
   をそれぞれ各有毒燃料棒と各無毒燃料棒の長さに沿う距
   離に対する密度のグラフとして印刷することをさらに含
   む、請求項１７記載の方法。 １９、前記有毒および無毒燃料棒照射段階の実施に際し
   共通の中性子源を用いる請求項１０記載の方法。 ２０、前記有毒および無毒燃料棒密度測定段階の実施に
   際し共通のガンマ線源を用いる請求項１９記載の方法。 ２１、各点の前記第１濃縮度データを隣点の加重第１濃
   縮度データとともに因子分解して前記第１点毎濃縮度デ
   ータを平滑にする段階と、各点の前記第２濃縮度データ
   を隣点の加重第２濃縮度データとともに因子分解して前
   記第２点毎濃縮度データを平滑にする段階とをさらに含
   む請求項１９記載の方法。