JPS5853300B2 - 原子炉用燃料棒の内圧検定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は原子炉用燃料棒に関し、特に、燃料棒の内圧
が製造仕様通りに維持されているか検定する方法に関す
るものである。

原子炉で使用されるジルカロイ、ステンレス鋼その他の
燃料棒は約３５ｋｙ／ｃＩＩＬ（５００ｐｓｉ ）まで
ヘリウムのようなガスで内側から加圧されていて、同燃
料棒内の燃料ペレットからのジルカロイ管又は被覆への
熱伝達を容易にしている。

ジルカロイ管に伝達された熱は、燃料棒を横切って循環
する冷却材によって運び去られる。

また、冷却材は約１５５ ｋｇｌｃｒ！ （２，２００
ｐｓｉ ）の圧力下で循環するので、燃料棒の内圧はジ
ルカロイ管を変形させようとする冷却材外圧の相殺を助
長するのにも使用される。

製造工程には燃料棒の加圧が含まれているので、品質管
理のため、最終燃料棒の代表サンプルの圧力を測定して
、内圧が製造仕様通りに維持されているか確認する必要
がある。

また、燃料棒は金銭的に比較的に高価値のものであるか
ら、試験によって燃料棒を破壊しないことが同じ様に重
要である。

燃料棒を壊すことなくその内圧を測定する際の大きな問
題は、高精度で測定工程を終えねばならないことにある
。

代表的な製造仕様では、燃料棒に約３５ ｋｙ／ｃｒ！
（５００ｐｓｉ ）まで封入し、しかる後この圧力レ
ベルから±１．ｏ ５に＆／ｃｒ／ｌ（１５ｐｓｉ）の
公差に維持することを要求している。

しかし１品質管理技師は伝統的に、例えば±０．１ｋｇ
／ａｄ （１，５ｐｓｉ ）のようにもつと良い等級の
品質管理試験精度を得ようと思っている。

３５ｋｇ／ｃｒ／ｌ （５００ｐｓｉ ）の内圧まで封
入された燃料棒の場合、この０．１ ｋｇ／ａｎｔ （
１，５ｐｓｉ ）という値は±０．３％の測定精度を表
わしている。

この理由で、測定を精度よくしようとする幾つかの保守
的な試みは全く成功していなかった。

従って、一つの方法は燃料棒の壁に穴をあけ、精確な圧
力測定を行ない、そして燃料棒を再溶接することである
。

燃料棒に穴をあけてその中のガスを既知容積の室に入れ
ることが考えられるが、燃料棒のボイド空間は約±２０
％の精度までしか分っていないので、所要精度の圧力測
定は依然として困難である。

従って、制御棒のガスを既知容積の中に入れて減圧する
と、制御棒のボイド空間の容積を後から精密に測定する
必要が生じる。

これは、例えば、既知圧力まで燃料棒に再封入してから
、燃料棒を封止せずにその中のガスを既知容積の室に入
れて減圧することによってボイド空間の容積を決定した
り、或は燃料棒と上記室の合計容積を第２の既知容積の
室に後から連通して減圧する二重減圧技術を用いるとい
った１種々の方法で行なうことができる。

しかし、これ等の本法は時間がかかり、しかも、製造仕
様に合うガス圧力まで燃料棒が終始一貫して封入されて
いるかどうかをサンプリングしたものについて決定する
のに必要な精度をもたらすものではない。

従って、この発明の主な目的は、封止した燃料棒内のガ
ス圧力を精確に決定する簡単な方法を提供することであ
る。

上記目的からこの発明は、所定の規準圧力までガスで加
圧され封止された燃料棒の一端を穴あけ室に入れ、この
燃料棒に穴あけする際に燃料棒内の圧力を測定できるよ
うに、上記燃料棒の一端が上記穴あけ室の中で封止され
ている原子炉用燃料棒の内圧検定方法において、上記穴
あけ室を上記規準圧力まで加圧し、上記燃料棒と穴あけ
室の間に連通をもたらすように上記燃料棒の一端に穴あ
けをし、次に規準圧力からの上記穴あけ室内の圧力の偏
差を上記燃料棒の封入度合の量として検出することを特
徴としている。

燃料棒の規準圧力からの合計圧力の偏差は、規準からの
燃料棒圧力の差に正比例する。

この発明は添付図面に例示のためにだけ示した好適な実
施例についての下記の説明から一層容易に明らかとなろ
う。

図面を参照すると、ゼロ点平衡測定技術による燃料棒中
の圧力測定系が示されている。

レーザーによる穴あけは高圧で明らかに効果が衰えるの
で。

ここに開示した方法では燃料棒の穴あけを大気圧で行な
えるようにしており、それでもゼロ点平衡技術の精度が
維持される。

ヘリウム供給源は、ソレノイドで作動する封入弁１２及
び連結弁１４を有するバラスト室１０に接続する。

連結弁は、バラスト室１０から穴あけ室１６へのガスの
排出を制御する。

品質管理のため内圧を検出すべき燃料棒１８は燃料ベレ
ットを収容しており且つ当該技術で周知の方法で約３５
１ｖ／ｃｒＩ（５００ｐｓｉ ）の圧力までガスが封入
されている。

燃料棒は、穴あけ室にある窓１９を通って投射するよう
に調節したレーザー光線によって燃料棒の一端に穴あけ
した時に、穴あけ室１６の中に排出するように接続され
ている。

圧力変換器２０がこの測定系の圧力を検出し、ソレノイ
ドで作動する排気弁２２がフィルタ２４を経て大気へ流
れるバラスト室１０゜即ち穴あけ室１６からの排出量を
制御する。

燃料棒の製造中、同燃料棒の末端に溶接した端栓２８に
ある軸方向の開口２６を通常通して、燃料棒に約３５に
！！Ｉ／ｆｆ１（５００ｐｓｉ ）の規準又は所定圧力
を封入する。

その後、端栓の軸方向開口を溶接して閉じ、こうして燃
料棒内にガスを封止する。

品質管理のために、製造中の燃料棒が支障なくガスで満
たされているかどうか、そして適正に溶接されてその中
にガスを保っているかどうか検定する必要があるので、
試験のために燃料棒の代表サンプルを選ぶ。

その後、選んだ燃料棒の端を図示のように、また上述し
たように穴あけ室１６の中に置く。

燃料棒内の規準圧力はゼロ点平衡技術によって正確に測
定する。

図示の測定系では、燃料棒が最初に適正に封入され且つ
封止されたと仮定すれば。

その中の規準圧力又は所望圧力は前もって合理的に分か
る。

測定を行なう際、排気弁２２を閉じて封入弁１２及び連
結弁１４を開くと、バラスト室１０及び穴あけ室１６に
ヘリウムがゆっくり封入されて圧力ＰＢになる。

この圧力ＰＢは図示しないデジタル式分圧計に設定した
燃料棒規準圧力の１．６倍に決められている。

バラスト室が圧力変換器２０により決定される所定圧力
に達すると、封入弁１２が消勢されて閉じ、測定系とヘ
リウム供給源との連通が断たれ、バラスト室と穴あけ室
の圧力が等しくなる。

次に連結弁１４を閉じ、排気弁２２を開いて穴あけ室を
大気に開放する。

しかる後、排気弁を再び閉じてバラスト室１０を孤立さ
せる。

この手順の目的は、結合したこれ等の容積から得られる
圧力ｐｏが燃料棒の規準圧力に等しいことを確かめるこ
とである。

必要なら、バラスト室の圧力を調節し、この均等状態に
至るまで上記した手順を繰り返す。

燃料棒の端栓に穴あけをして燃料棒を空の穴あけ室の中
で減圧する前に、補助室であるバラスト室を規準より高
い圧力、即ち燃料棒中の規準圧力の１．６倍の圧力で満
たす。

バラスト室の圧力をこのように選択しであるので、バラ
スト室を穴あけ室に開放する時に、二つの室の組合せ圧
力が燃料棒の規準圧力に等しくなる。

上述したように、その後入あけ室を大気に開放し、排気
弁を再閉止する。

燃料棒の端栓に穴あけをして燃料棒を穴あけ室の中で減
圧した後、連結弁１４を開いてバラスト室の圧力を穴あ
け室に入れ、穴あけ室中のガスを規準に近い圧力まで再
び圧縮する。

相互に結合した三つの容積の最終圧力は、結果として得
たものが穴あけ室とバラスト室を結合した容積に等しい
容積の一つの室で与えられる単一圧力平衡測定値とちょ
うど同じになる。

穴あけ室の中間圧力を記録することによって、燃料棒の
ボイド容積を計算することも可能である。

燃料棒に穴あけをする時点で大気圧の穴あけ室を使用す
ることによって得られる特別の利点は、レーザー光線の
歪の原因となる高圧レベルがないため燃料棒の穴あけに
要するエネルギレベルが非常に低いことである。

また、このゼロ点平衡測定法を第２図に示したもつと簡
単な測定系で使用することもできる。

第２図の測定系はヘリウム供給源と、穴あけ室３２に接
続されたソレノイド作動弁３０とを含む。

穴あけ室の一端には、窓３６及びレーザー装置３８と正
反対の位置に燃料棒３４が入っている。

レーザー装置３８は前述したように端栓の末端に開口を
あけるため使用する。

燃料棒の規準圧力は前もって分かつているので、燃料棒
に穴あけする前に穴あけ室３２を燃料棒の規準圧力まで
予め封入しておくことができる。

燃料棒に穴あけをすると、その圧力が穴あけ室の圧力と
合体し、この組合せ圧力Ｐ（の規準からの偏差は、規準
からの燃料棒圧力の偏差に直接関係する。

即ち、ここで、 ＰＲ＝燃料棒圧力 ＰＮＯＭ−規準（燃料棒の希望圧力） ＶＣ＝室容積対燃料棒ボイド容積 ■Ｒ＝燃料棒ボイド容積 Ｐｆ ＝室圧力士燃料棒圧力 適当に小さな室容積対燃料棒ボイド容積の比率に対して
は、最終圧力Ｐｆは燃料棒圧力に実質的に等しく、そし
て燃料棒ボイド容積の変動により影響されないであろう
。

しかし、室容積が微々たるほど小さくなくても、規準か
らの燃料棒圧力の偏差は（１＋■ｏ／■Ｒ）の割合で増
えるので、この組合せ圧力から燃料棒圧力を依然として
正確に予知することができる。

更に、ＶＲについての不正確な認識に由来する圧力の誤
測定が明らかに減少する。

ｖＲの変動によるＰＲの測定値誤差は次の式で与えられ
る。

例えば、Ｖ♂■Ｒの比率が１．０の場合、ゲージ圧力が
±１．０５ｋｙ／ｃｒＩｔ（１５ｐｓｉ ）の範囲内に
ある燃料棒についてのＰＮＯＭからＰｆの最大偏差はゲ
ージ圧力で±ｏ、 ５ａ ｋｇ／ａｄ （７，５ｐｓｉ
）である。

従って従って、ＶＲの最大変動が規準から±２０％であ
る場合、ＰＲの測定値の変動（誤差）は（０，２０）
（７，５）＝０．１５１ｇ／ｃＩＩｔ（１，５ｐｓｉ
：ゲージ圧）となろう。

燃料棒の圧力が規準圧力から片寄っている場合に、大き
な偏差値を生じさせるため、穴あけ室の容積は実際に使
用できるほどの小さい寸法になっている。

この小さな誤差があっても、結合した容積を別の容積に
開放してＶＲと釣り合うように引き続き減圧することに
よって排除できる。

圧力平衡技術を利用して最高の精度を得るには。

未知数からの平衡圧力の偏差を最小にしなければならな
い。

この理由から、前から知識のない測定値よりもむしろ、
先んじて分かつている所定圧力レベルを確認することが
品質要理の測定にとって最も適切である。

測定精度は仕様に合わない圧力の場合低下するが、実質
的に圧力を受ける燃料棒について試験を継続するのでは
ないから、これは比較的に重要ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は圧力平衡技術を利用した測定力法を
実施するのに有用な諸構成要素を含む燃料棒圧力測定系
の略図である。 図中、１６及び３２は穴あけ室、１８及び３４は燃料棒
であるっ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定の規準圧力までガスで加圧され封止された燃料
   棒の一端を穴あけ室に入れ、この燃料棒に穴あけする際
   に燃料棒内の圧力を測定できるように、上記燃料棒の一
   端が上記穴あけ室の中に封止されている原子炉用燃料棒
   の内圧検定方法において、上記穴あけ室を上記規準圧力
   まで加圧し、上記燃料棒と穴あけ室の間に連通をもたら
   すように上記燃料棒の一端に穴あけをし１次に規準圧力
   からの上記穴あけ室内の圧力の偏差を上記燃料棒の封入
   度合の量として検出することを特徴とする原子炉用燃料
   棒の内圧検定方法。