JPH0366602B2

JPH0366602B2 -

Info

Publication number: JPH0366602B2
Application number: JP57106519A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Okada
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1982-06-21
Publication date: 1991-10-18
Also published as: JPS58223008A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、ナトリウム冷却型原子炉の炉心上部
に存在する障害物等の検出に好適する超音波透視
装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図及び第２図により背景技術を説明する。

第１図はナトリウム冷却原子炉の炉心上部に存
在する障害物、例えば炉心より浮上つた燃料集合
体等を超音波を用いて検出する超音波透視装置を
示し、第２図は第１図の−線に沿つた横断面
図を示している。図中１は冷却材として液体金属
ナトリウムを用いるナトリウム冷却型原子炉の炉
容器で、この炉容器１の内部には炉心２、炉心上
部機構３、液体金属ナトリウム４等が収容され、
炉容器１の上部は遮蔽プラグ５で遮蔽されてい
る。また炉心２中には多数（400本以上）の燃料
集合体６……が上方より挿脱自在に装荷されてお
り、それらの燃料集合体６……の内部に設けられ
た核燃料は核分裂反応により熱を発生し、この熱
で炉容器１の下部に設けられたナトリウム入口７
より流入した液体金属ナトリウム４を加熱するよ
うに構成されている。そしてこの加熱されたナト
リウム４を炉容器１の上部に設けられたナトリウ
ム出口８より流出させ、炉容器１の外部に設けら
れている図示しない熱交換器等を通過させ、冷却
されたナトリウムを再びナトリウム入口７より流
入させるようにしている。

ここで、炉容器１の内部では液体金属ナトリウ
ム４が炉心２中を下から上へ流れるので、燃料集
合体６……は炉心２から浮上り易い状況にある。
図中６Ａは炉心２より浮上つた燃料集合体を示し
ている。

一方、炉心２の上方に位置する前記炉心上部機
構３は、制御棒駆動機構や各種計測器等から構成
されており、燃料交換時には炉心上部機構３を炉
心２の上方から外れる位置まで水平移動させ、こ
れに代つて燃料交換機（図示せず）を炉心２の上
方に位置せねばならない。ところが炉心２と炉心
上部機構３との間の隙間（以後、コアギヤツプと
称する）は70mm程度しかないので、燃料交換機を
用いて炉心２内に上方より挿入された燃料集合体
６が炉心最下位置まで充分に挿入されていなかつ
た場合、又は、液体金属ナトリウム４の流れによ
つて一部の燃料集合体６が６Ａの如く浮上つてい
る場合には、そのまま炉心上部機構３を水平移動
させると炉心２より上方へ突出している燃料集合
体６Ａに衝突し、その燃料集合体を破壊してしま
うおそれがある。このため炉心上部機構を移動す
る前に、炉心２より上方へ突出している燃料集合
体６Ａがないかどうか、慎重に確認しておく必要
がある。ここで、炉心２は液体金属ナトリウム４
中に没しており、しかも液体金属ナトリウム４中
に没した燃料集合体の様子を調べるには、液体金
属ナトリウム４中でも透視性の良い超音波を用い
た透視装置が必要となるのである。そこで、炉容
器１の内周面の一部には、炉心２の上端とほぼ同
一レベル位置に超音波トランスジユーサ９を取付
けるとともに、それと対向する炉容器１内周面に
は超音波反射板１０を取付けておく。このように
して超音波トランスジユーサ９より超音波を発信
すると、液体金属ナトリウム４中で発せられた超
音波は、コアギヤツプ中に何らの障害物も存在し
なければ超音波トランスジユーサ９より超音波反
射板１０へ至る間に大幅に減衰することはなく、
反射板１０で反射して超音波トランスジユーサ９
で受信され、超音波トランスジユーサ９よりエコ
ー信号として出力される。ところが、上記コアギ
ヤツプに何らかの障害物、例えば炉心２より上方
へ浮上つた燃料集合体等があれば、超音波はその
コアギヤツプを通過する際に減衰するので、エコ
ー信号は極度に小さくなる。そこで、上記反射板
１０を円弧状に広く設置しておき、超音波トラン
スジユーサ９を水平方向に旋回させることによ
り、炉心上の各位置における障害物の有無を調べ
ることができる。そして炉心上のどこかに障害物
が存在するときは、トランスジユーサ９をその方
向へ向けて超音波を発信したときエコー信号が得
られないことから、障害物の存在を知ることがで
き、さらにそのときのトランスジユーサの旋回方
向の位置からその障害物の存在する方向も知るこ
とができる。

以上のような障害物の検出を行なう超音波透視
装置をさらに詳細に説明すると次の通りである。
すなわち炉容器１の外部には超音波トランスジユ
ーサ９を旋回させる駆動機構１１、超音波トラン
スジユーサ９の旋回角度を検出する位置検出回路
１２、超音波トランスジユーサ９の旋回方向の位
置変化に同期して超音波トランスジユーサ９に励
起パルスを送出するパルサー１３、エコー信号を
検波し、かつ増幅するレシーバ１４、超音波反射
板からのエコー信号のみを通過させるゲート回路
１５、前記位置検出回路１２の出力にもとづいて
パルサー１３に励起パルスを送出し超音波トラン
スジユーサ９を励起させるとともに、超音波トラ
ンスジユーサ９の旋回角度に応じてゲート時間を
設定し、ゲート回路１５へトリガ信号を送出する
タイミング回路１６、前記ゲート回路１５を通過
したエコー信号のピーク値を検出するピーク検出
回路１７、前記位置検出回路１２より出力された
位置及びピーク検出回路１７より出力されたエコ
ー信号のピーク値からコアギヤツプの状態を示す
示す画像信号を作成する画像処理回路１８及びこ
の画像処理回路１８からの画像信号により透視画
像を表示する画像表示器１９が設けられている。

また、超音波反射板１０は第３図の如く構成さ
れている。すなわち、超音波トランスジユーサ９
より励起される超音波ビームは２次元的な広がり
をもつて照射される。このため、反射板１０とし
ては周方向に細分割された小反射板を組合せ、か
つ隣接する小反射板間には超音波トランスジユー
サ９からの距離が段階的に変化するように段差
Δlを設け、各小反射板からの反射波が互いに干
渉しないように構成してある。ここで、超音波ビ
ームの広がり角（以後、照射角と称する）をと
すると、複数（この例では７個）の小反射板合１
０Ａ，１０Ｂ，……，１０Ｇを段階状に組合せる
ことによつて構成される単位反射板１０で上記反
射角をカバーするようにし、そのような単位反
射板１０を複数個、炉容器１の内周面に円弧状に
配置するのである。なお、単位反射板１０の個数
は、第２図に示す如く炉心２上方の、超音波を透
視すべき範囲をカバーし得る個数とする。今、第
３図に示すように、超音波トランスジユーサ９よ
り発信される超音波ビームの中心線が中央の小反
射板１０Ｄ上にある状態について考察すると、パ
ルサー１４からは各小反射板１０Ａ，１０Ｂ，…
…，１０Ｇからの反射波に対応する信号が出力さ
れ、さらにレシーバ１４で増幅されて第４図に示
すようなエコー信号Ea，Eb，……，Egとなる。
このとき最大のエコー信号は超音波ビームの中心
線上にある小反射板１０Ｄからの反射波に対応す
るエコー信号Edである。そこでこの最大エコー
信号Edを基準測定値Ep（この場合Ep＝Ed）とし
て、この基準測定値からコアギヤツプの大きさを
求め、画像表示装置１９に表示する。なお最大エ
コー信号からコアギヤツプを求めるには、例えば
第５図に示すようなエコー信号比とコアギヤツプ
比との関係を予め実験から求めておき、これを関
数化して画像処理回路１８を構成するのである。
すなわち第５図は、障害物を存在しない場合のエ
コー信号Ep ｓと基準測定値のEpとの比Ep／Ep
ｓをエコー信号比として横軸にとり、炉心２・炉
心上部機構３間の隙間GsとコアギヤツプＧとの
比Ｇ／Gsをコアギヤツプ比として縦軸にとつた
ものである。

〔背景技術の問題点〕

以上のような従来の超音波透視装置では、原子
炉容器１内のナトリウム４の温度が変動すると超
音波の伝播速度が変動するため、速度の変動に応
じてゲート回路１５のゲート時間を補正する必要
があつた。そこで従来装置では炉心上方に障害物
が存在してもその影響を受けることのない位置に
基準反射板を設けておき、その基準反射板で超音
波を反射させて得られるエコー信号の到達時間よ
り超音波の伝播速度を求め、その速度にもとづき
ゲート時間の補正を行なつていた。

このためタイミング回路１６及びゲート回路１
５としては極めて高精度のものが要求されてい
た。また、原子炉容器１内のナトリウム温度が場
所によつて異なつていると上記の補正が有効に行
なわれず、超音波トランスジユーサ９の旋回角度
に対応する反射体からのエコー信号の検出が行な
われないという問題もあつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情にもとづいてなされた
もので、その目的は、原子炉容器内のナトリウム
温度が変動したり、場所によりナトリウム温度が
異なつている場合でも超音波トランスジユーサの
旋回角度に対応するエコー信号を確実に検出する
ことができ、タイミング回路やゲート回路として
高精度なものが要求されることもない超音波透視
装置を提供することにある〔発明の概要〕本発明による超音波透視装置は、旋回自在に設
けられた超音波トランスジユーサと、この超音波
トランスジユーサに対向して超音波トランスジユ
ーサからの距離を段階的に変化させる複数の小反
射板を有し前記超音波トランスジユーサの旋回方
向に沿つて配列された複数の超音波反射板の、前
記超音波トランスジユーサの旋回角度を検出する
位置検出回路と、前記超音波トランスジユーサを
励起させるパルサーと、前記位置検出回路の出力
にもとづいて前記パルサーに励起パルスを送出す
るとともに超音波トランスジユーサの旋回角度に
対応するゲート時間を設定するタイミング回路
と、このタイミング回路からのトリガ信号を受け
前記超音波トランスジユーサにて受信された前記
反射板からのエコー信号を通過させるゲート回路
と、このゲート回路を通過したエコー信号のピー
ク値を検出するピーク検出回路と、前記ゲート回
路を通過したエコー信号のエコー時間を計測する
カウンタと、上記エコー信号からトランスジユー
サの旋回角度に対応したエコー信号を選択するエ
コー信号選択回路と、この選択回路により選択さ
れたエコー信号のピーク値にもとづいて透視画像
信号を作成し画像表示を行なう画像表示装置とを
具備したことを特徴とするものである。

そしてこのような構成にすることにより超音波
トランスジユーサの旋回角度と反射板の各小反射
板とを容易に対応づけることができ、原子炉圧力
容器内のナトリウム温度が変動したりナトリウム
温度が場所によつて異なつていても超音波トラン
スジユーサの旋回角度に対応するエコー信号を確
実に検出することができる。そして、ゲート回路
のゲート時間もナトリウム温度の変動幅を見込ん
で広く設定しておくことができるので、タイミン
グ回路やゲート回路を高精度にする必要もないの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第６図以降の図面を
参照して説明する。

第６図はナトリウム冷却型原子炉の炉心上部に
存在する障害物、例えば炉心より浮上つた燃料集
合体等を超音波を用いて検出する超音波透視装置
を示している。図中１０１は冷却材として液体金
属ナトリウムを用いるナトリウム冷却型原子炉の
炉容器で、この炉容器１０１の内部には炉心１０
２、炉心上部機構１０３、液体金属ナトリウム１
０４等が収容され、炉容器１０１の上部は遮蔽プ
ラグ１０５で遮蔽されている。また炉心１０２中
には多数の燃料集合体１０６……が上方より挿脱
自在に装荷されており、それらの燃料重合体１０
６……の内部に設けられた核燃料は核分裂反応に
より熱を発生し、この熱で炉容器１０１の下部に
設けられたナトリウム入口１０７より流入した液
体金属ナトリウム１０４を加熱するように構成さ
れている。そして、この加熱されたナトリウム１
０４を炉容器１０１の上部に設けられたナトリウ
ム出口１０８より流出させ、炉容器１０１の外部
に設けられている図示しない熱交換器等を通過さ
せ、冷却されたナトリウムを再びナトリウム入口
１０７より流入させるようにしている。

また、炉容器１０１の内周面の一部には、炉心
１０２の上端とほぼ同一レベル位置に超音波トラ
ンスジユーサ１０９が取付けてあり、それと対向
する炉容器１０１内周面には超音波反射板１１０
が取付けてある。

一方、炉容器１０１の外部には次のような装置
が設けられている。まず図中１１１は遮蔽プラグ
１０５上に取付けられた駆動機構で、これは炉容
器１０１内に鉛直に垂下された回転軸１１１Ａを
介して超音波トランスジユーサ１０９を水平方向
に旋回させるものである。また図中１１２は位置
検出回路で、これは駆動機構１１１からの信号を
入力することにより超音波トランスジユーサ１０
９の旋回角度を検出するものである。また図中１
１３はパルサーで、これは超音波トランスジユー
サ１０９に励起パルスを送出するものである。ま
た図中１１４はレシーバでこれは超音波トランス
ジユーサ１０９より出力されたエコー信号を検波
し、かつ増幅するものである。また図中１１５は
ゲート回路で、これはレシーバ１１４より出力さ
れたエコー信号のみを一定時間（ゲート時間）通
過させるものである。また、図中１１６はタイミ
ング回路で、これは位置検出回路１１２の出力に
もとづいて前記パルサー１１３に励起パルスを送
出して超音波トランスジユーサ１０９を励起させ
た後、超音波トランスジユーサ１０９の旋回角度
に応じてゲート時間を設定し、前記ゲート回路１
１５へトリガ信号を送出してゲート回路１１５を
一定時間（ゲート時間）開かせるものである。ま
た図中１１７はピーク検出回路で、これはゲート
回路１１５を通過したエコー信号のピーク値を検
出するものである。また図中１１８はカウンタ、
これは前記ゲート回路１１５を通過し信号を所定
のスレツシヨルドレベルと比較しスレツシヨルド
レベルを越えた信号をエコー信号として受信し
て、そのエコー時間を計測するものである。また
図中１１９はエコー信号選択回路で、これはエコ
ー信号のピーク値とそのエコー時間とを記憶する
記憶回路を有し、エコー時間別にピーク値が最大
となる超音波トランスジユーサ１０９の旋回角度
を求めるものである。また図中１２０は画像処理
装置である。これは画像処理回路１２１と画像表
示器１２２とから構成されているもので、前記エ
コー信号選択回路１１９を通して位置検出回路１
１２からの位置信号と、選択回路１１９により選
択されたエコー信号のピーク値とを画像処理回路
１２１に入力して透視画像信号を作成し、その透
視画像信号にもとづいて炉心１０２と炉心上部機
構１０３との間に存在するコアギヤツプの透視画
像を画像表示器１２２に表示するものである。

また前記超音波反射板１１０は第７図の如く、
炉容器１０１の周方向に細分割された複数（この
例では７個）の小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，…
…，１１０Ｇを組合せ、かつ隣接する小反射板間
には超音波トランスジユーサ１０９からの距離が
段階的に変化するように炉容器１０１の半径方向
に一定の段差Δlを設け、各小反射板１１０Ａ，
１１０Ｂ，……，１１０Ｇからの反射波が互いに
干渉しないように構成してある。そして、これら
の小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０Ｇ
によつて構成される１個の超音波反射板１１０に
よつて超音波ビームの広がり角（照射角）をカ
バーするようにし、またそのような超音波反射板
１１０を複数個、超音波トランスジユーサ１０９
の旋回方向（すなわち炉容器１０１の周方向）に
沿つて配列して、炉心１０２上方の、超音波透視
すべき範囲をカバーするようにしている。

次に、以上の如く構成された超音波透視装置の
作用を説明する。

まず超音波トランスジユーサ１０９が駆動機構
１１１により駆動されて第７図の位置、すなわち
中央の小反射板１１０Ｄに超音波ビームの中心線
が一致するような位置にあるとする。ここで、位
置検出回路１１２は駆動機構１１１からの信号を
受けてエコー信号選択回路１１９へ位置信号を送
出する。上記エコー信号選択回路１１９の記憶回
路には超音波トランスジユーサ１０９の旋回角度
すなわち位置検出回路１１２の出力と、各小反射
板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１０Ｇからのエ
コーピーク値との関係が記憶されている。第８図
は炉心１０６の上方へ浮上つた燃料集合体１０６
Ａが小反射板１１０Ｃ〜１１０Ｅと超音波トラン
スジユーサ１０９との間に介在している場合につ
いて、超音波トランスジユーサ１０９の旋回角度
（θ₁，θ₂，……，θ₇）と、各小反射板１１０Ａ〜
１１０Ｇからのエコー信号Ea〜Egのピーク値と、
エコー時間との関係を三次元的に示すグラフであ
る。なお、第８図中、旋回角度θ₁，θ₂，……，θ₇
は、各小反射板１１０Ａ，１１０Ｂ，……，１１
０Ｇに対応しているものであり、エコー時間t_o+1
−t_o＝t_o−t_o-1＝……＝Δtは、各エコー信号Ea〜
Egの時間間隔に相当するものである。したがつ
て、小反射板１１０Ｄと超音波トランスジユーサ
１０９との間に障害物（浮上り燃料棒１０６Ａ）
が介在している場合には、そのときの超音波トラ
ンスジユーサ１０９の旋回角度θ₄に対応するエコ
ー信号Edが必ずしも最大ピーク値とはならない
が、エコー時間をt_o-1→t_o→t_o+1と変化させてい
くと、エコー信号Edが最大ピーク値となるエコ
ー時間（第９図ではエコー時間ｔ）が存在する
（第１０図参照）。そこで、エコー信号選択回路１
１９ではこのピーク値を検出して、画像処理回路
１２１へ出力する。

画像処理回路１２１ではエコー信号選択回路１
１９を介して位置検出回路１１２からの位置信号
を入力するとともに、エコー信号選択回路１１９
より選択されたエコーピーク値を入力して画像信
号を作成する。また画像表示器１２２ではこの画
像信号にもとづいて超音波トランスジユーサ１０
９と超音波反射板１１０との間における透視画像
を表示する。

したがつて、超音波トランスジユーサ１０９と
超音波反射板１１０との間に第８図の如く何らか
の障害物が存在し、コアギヤツプが狭められてい
るときは、超音波がそのコアギヤツプを通過する
際に減衰するのでエコー信号が極端に小さくな
る。そして画像表示器１２２ではそのコアギヤツ
プの状態が表示され、障害物の存在及びその位置
を直ちに知ることができる。また原子炉容器１０
１内のナトリウム温度が変動したり、場所によつ
てナトリウム温度が異なつている場合でも、カウ
ンタ１１８により計測されたエコー時間から超音
波トランスジユーサ１０９の旋回角度に対応した
エコー信号を選択し、そのときのエコーピーク値
にもとづいて透視画像信号を作成するようにして
いるので、超音波トランスジユーサ１０９の旋回
角度に対応するエコー信号を確実に検出すること
ができる。そしてゲート回路１１５のゲート時間
を大幅に広げ、ゲート回路１１５を通過したエコ
ー信号についてエコーピーク値とエコー時間の計
測を行ないエコー信号選択回路１１９において各
旋回角度に対するエコー時間とエコーピーク値と
の関係を求めるように構成されているので、タイ
ミング回路１１６やゲート回路１１５としては高
精度なものが要求されることはない。

〔発明の効果〕

以上実施例にもとづいて説明したように、本発
明に係る超音波透視装置は、旋回自在に設けられ
た超音波トランスジユーサと、この超音波トラン
スジユーサに対向して超音波トランスジユーサか
らの距離を段階的に変化させる複数の小反射板を
有し前記超音波トランスジユーサの旋回方向に沿
つて配列された複数の超音波反射板と、前記超音
波トランスジユーサの旋回角度を検出する位置検
出回路と、前記超音波トランスジユーサを励起さ
せるパルサーと、前記位置検出回路の出力にもと
づいて前記パルサーに励起パルスを送出するとと
もに超音波トランスジユーサの旋回角度に対応す
るゲート時間を設定するタイミング回路と、この
タイミング回路からのトリガ信号を受け前記超音
波トランスジユーサにて受信された前記反射板か
らのエコー信号を通過させるゲート回路と、この
ゲート回路を通過したエコー信号のピーク値を検
出するピーク検出回路と、前記ゲート回路を通過
したエコー時間を計測するカウンタと、上記エコ
ー時間から超音波トランスジユーサの旋回角度に
対応したエコー信号を選択するエコー信号選択回
路と、この選択回路により選択されたエコー信号
のピーク値にもとづいて透視画像信号を作成し画
像表示を行なう画像表示装置とを具備したことを
特徴とするものであり、これによつて原子炉圧力
容器内のナトリウム温度が変動したり、場所によ
りナトリウム温度が異なつている場合でも超音波
トランスジユーサの旋回角度に対応するエコー信
号を確実に検出することができ、タイミング回路
やゲート回路として高精度なものが要求されるこ
ともないなど、優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は背景技術を示すもので、
第１図は炉心上部における障害物の検出に適用さ
れる超音波透視装置の概略構成図、第２図は第１
図の−線に沿つた断面図、第３図は超音波ト
ランスジユーサと超音波反射板との関係を示す概
略構成図、第４図はレシーバより出力されるエコ
ー信号のタイミング図、第５図はエコー信号とコ
アギヤツプとの関係を示す図、第６図ないし第１
０図は本発明の一実施例を示すもので、第６図は
炉心上部における障害物の検出に適用される超音
波透視装置の概略構成図、第７図は超音波トラン
スジユーサと超音波反射板との関係を示す概略構
成図、第８図はコアギヤツプ中に小さな障害物が
存在する場合についての説明図、第９図は旋回角
度とエコーピーク値とエコー時間との関係を三次
元的に示す図、第１０図は第９図のエコー時間t_o
におけるエコーピーク値の分布を示す図である。１０９……超音波トランスジユーサ、１１０…
…超音波反射板、１１１……駆動機構、１１２…
…位置検出回路、１１３……超音波発生器、１１
４……増幅器、１１５……ゲート回路、１１６…
…タイミング回路、１１７……ピーク検出回路、
１１８……カウンタ、１１９……エコー信号選択
回路、１２０……画像表示装置。

Claims

【特許請求の範囲】１旋回自在に設けられた超音波トランスジユー
サと、この超音波トランスジユーサに対向して超
音波トランスジユーサからの距離を段階的に変化
させる複数の小反射板を有し前記超音波トランス
ジユーサの旋回方向に沿つて配列された複数の超
音波反射板と、前記超音波トランスジユーサの旋
回角度を検出する位置検出回路と、前記超音波ト
ランスジユーサを励起させるパルサーと、前記位
置検出回路の出力にもとづいて前記パルサーに励
起パルスを送出するとともに超音波トランスジユ
ーサの旋回角度に対応するゲート時間を設定する
タイミング回路と、このタイミング回路からのト
リガ信号を受け前記超音波トランスジユーサにて
受信された前記反射板からのエコー信号を通過さ
せるゲート回路と、このゲート回路を通過したエ
コー信号のピーク値を検出するピーク検出回路
と、前記ゲート回路を通過したエコー信号のエコ
ー時間を計測するカウンタと、上記エコー信号か
ら超音波トランスジユーサの旋回角度に対応した
エコー信号を選択するエコー信号選択回路と、こ
の選択回路により選択されたエコー信号のピーク
値にもとづいて透視画像信号を作製し画像表示を
行なう画像表示装置とを具備したことを特徴とす
る超音波透視装置。２前記エコー信号選択回路はエコー信号のピー
ク値とそのエコー時間とを記憶する記憶回路を有
し、エコー時間別に最大ピーク値を求めるもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波透視装置。