JPS60122366A - 常磁性ベ−ス材料中の強磁性不純物の検出方法 - 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】 この発明は原子炉の燃料に関する。こういう原子炉は例
えば１９６２年にマツフグロー・ヒル・ブック・カンパ
ニ（Ｍｅ　Ｇｒａｗ−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａ
ｎｙ、Ｉｎｃ、、）から出版されたＭ、Ｍ、Ｌ−ワキシ
の著書［ニュークリア・パワー・エンジニアリング」に
記載されている。

電子炉は、運転サイクル全体にわたって運転状態を維持
するのに十分な過剰の燃料を周期的に装入する。この過
剰の燃料を装入する結果、反応度が過大になり、その為
原子炉の運転中、実効増倍率を１に保つのに十分な強さ
を持つ制御装置を必要とする。この制御装置は、中性子
の核分裂形でない吸収又は捕獲によって、中性子のポピ
ユレーションを制御する様に作用する中性子吸収物質又
は毒物質で構成されるのが普通である。典型的には制御
装置が、必要に応じて炉心の中に挿入し又はそれから引
出すことが出来る選択的に作動可能な、複数個の毒物質
含有制御棒等の形をした機械的な制御手段を含んでいる
。

燃料の心に燃焼し得る毒物質を含めることも知られてい
る。この毒物質は、強力な中性子吸収体であるが、中性
子を吸収することによって、制御価値（中性子吸収能力
）が低い同位元素に変換される。この様な燃焼し得る毒
物質を使うと、必要な機械的な制御手段の量が減少し、
燃焼し得る毒物質を適当に配置することにより、エネル
ギ分布を改善することが出来る。

この様な燃焼し得る毒物質は、核燃料の選ばれた部分と
混合物にして燃料の心に入れる場合が多い。この様な核
燃料は典型的には、例えば米国特許第３，３７８，４５
８号に記載されている様な燃料要素を形成する様に、細
長い被覆管の中に収容されたペレット又は粉末状である
。燃料の心に用いられる燃焼し得る毒物質の配置が例え
ば米国特許第３．７９９，８３９号に記載されている。

核燃料の処理並びにｌｉｔ造過程の間、核燃料要素中の
燃焼し得る毒物質の分量並びに位置を敏速に決定する非
破壊的な方法を使うことが、品質管理並びに確認の観点
から望ましい。ガドリニウムが最も広く用いられている
燃焼し得る毒物質の１つであるので、核燃料のガドリニ
ウム含有量を決定することが特に望ましい。

添加剤がそれと混合される核燃料の磁化率又は磁気感受
率より大分大きな磁気感受率を持つ時、磁界中でのその
磁化率を測定して、燃料要素中の添加剤の位置並びに量
を決定することが出来る。

ウラン及びプルトニウムの酸化物の様な典型的な核燃料
は常磁性である。例えば、２酸化ウラン（ＵＯ２）の室
温磁化率は８．７６　ｘｌｏ　’　ｅｍｕ　／＞−Ｑｅ
（電磁単位／グラム−エルステッド）。

これに対して、ガドリニア（Ｇｄ２０３）の室温磁化率
はたまたまこれよりかなり大きく、即ち、１４７Ｘ　１
０−６　ｅｌｌｌｌＪ　／　＞　−Ｏｅである。この差
は、核燃料中のガドリニウム添加剤の含有量を磁気的に
決定する上で、十分実用的である。

ガドリニウム又は核燃料中のその他の常磁性添加剤を磁
気的に測定する上で問題となる１つの点３− は、鉄の様な強磁性不純物がその中に存在することであ
る。典型的な燃料は１００１）ｒｌｌｌｌ　（１，００
０，０００に対する部数）又はそれ以上のこういう不純
物を含んでいる。この様な強磁性不純物の磁化率は弱い
磁界中で非常に高いが、強い磁界中では、飽和する傾向
があるので著しく低下する。

１９７６年１２月２７日に出願された係属中の米国特許
願通し番号筒７５４，５８１号に記載されているＵＯ２
燃料ペレット中のＧｄ　２０ｇ含有量を磁気的に決定す
る方法並びに装置では、このことを利用している。この
米国特許出願に記載されている様に、強磁性の介在物を
強い一定のバイアス磁界で飽和させながら、誘導方式に
よって交流磁化率を測定することによって、燃料のガド
リニア含有量を決定する。

磁気材料並びにその性質に関する全般的な知識は、１９
６９年にアカデミツク・プレス社から出版されたＡ、パ
ーコービッツ及びＥ、ネラー編集の［マグネテイズム・
アンド・メタラジ］に記載されている。

４− この発明の第１の実施例では、燃焼し得る毒物質の様な
常磁性添加剤を含む核燃料の様な常磁性ベース材料の磁
化率の変化を検出する為、この材料を一定磁界の中に通
す。磁化率の変化による信号を既知の基準の信号と比較
して、添加剤の含有量を決定する。この発明のこの実施
例は、ベース材料がそれ程多くない量又は既知量の強磁
性不純物を含んでいる時に使うのに適している。

この発明の第２の実施例では、添加剤及び強磁性不純物
を含む材料を強さの異なる２つの一定磁界の中に直列に
通し、相異なる２つの磁界内での材料の異なる磁化率を
決定し、それを処理して添加剤含有量の表示を発生する
。更に、又はその代りに、強磁性不純物の含有量も同様
に決定する。

この発明のこの実施例は強磁性不純物の量が判っていな
い時に有用である。

材料の密度の変化に対して添加剤表示信号を補正し、空
所を検出する為に使うことが出来るデンシトメータ（ｄ
ｅｎｓｉｔｏｍｅｔｅｒ）装置も説明する。

第１図には鉄の様な強磁性不純物をあまり多くない吊又
は既知量だけ含んでいる核燃料中のガドリニウムの様な
常磁性添加剤の量を決定する装置が示されている。

核燃料要素１０が核燃料及び添加剤を含んでいて、ジル
コニウム合金の様な非磁性材料で被覆されている。要素
１０を感知コイル１６の中に通す。このコイルは一定の
即ち直流磁界を発生する環状磁石１４の孔又は中孔１２
の中に配置されている。要素１０は４対の溝つき車輪１
３の様な適当な手段によって駆動並びに案内することが
出来る。この車輪の内の１つ又は更に多くがモータ１５
によって駆動される。

この時、コイル１６には、要素１０がコイルの中を移動
する時、要素１０の材料の磁化率の変化に比例する電圧
が誘起される。即ち、コイル１６が発生する電圧■は、
磁化率の変化ｄ×、コイル１６のターン数Ｎ及びコイル
１Ｇの領域に於ける磁石１４の磁界の強さＨの積を比例
する。コイル１６によって発生された電圧が線１８を介
して増幅器２０に送られ、そこから条片又はチャート記
録装置２６の様な周知の表示及び記録手段に送られる。

希望によっては、増幅器２０からの信号を例えば図示の
様な周知の積分形増幅器１７により、周知の方法で積分
することが出来る。この時記録装置２６に記録された電
圧のグラフを、既知量の添加剤を含む標準的な燃料要素
から同じ様に記録された電圧のグラフと比較して、要素
１０中の添加剤の重量百分率及び分布を決定することが
出来る。

増幅器２０からの信号は周知のデータ処理装置２８にも
印加することが出来る。こ）で信号が自動的に、貯蔵さ
れている標準値と比較される。装置２８は、添加剤の量
並びに軸方向の位置を読出せる様にしたり、或いは燃料
材料が予定の仕様の範囲内又は範囲外であるという表示
を発生することが出来る。

感度を高くする為、感知コイル１６は、中孔１２の中の
限られた場所でできるだけ巻き（ターン）数を多く（例
えば１０００）すると共に、巻線の抵抗値をなるべく小
さくするべきである。コイル１６の巻線を中孔１２の長
さ方向の中心部（磁界の強さが最高である領域〉に置く
と共に、巻線の内径を燃料−７＝ 要素１０を確実に通過させるのに必要な最小限のものに
することが好ましい。

要素１０は毎分１乃至約１００フイート（０，３〜３０
．５１ｎ　）の範囲内の一定速度で、且つその大体子０
．１％以内でコイル１６に通すべきである。好ましい範
囲は毎分１５乃至４０フイート（４，６〜１２．２ｍ　
）である。毎分１フィート未満の速度は、一般的に生産
作業にとって遅すぎると考えられるし、毎分１００フイ
ートより高い速度にすると、信号周波数が、関連した電
気回路の能力を越えることがある。

コイル１６からの信号は比較的低いレベルであるから、
機械的な振動並びに漂遊電界による雑音を最小限に抑え
る様に注意すべきである。要素の燃料材料の磁化率が温
度に対して１／Ｔの関係がある為、走査する要素１０を
かなり一定した温度に保つことも望ましい。磁石１４に
よって発生される磁界は、相当の信号対雑音比が得られ
る様に、出来るだけ強くすべぎである。

常磁性材料の磁化Ｍは、Ｘを常磁性材料の磁化率として
、式Ｍ＝ＸＨに従って、印加磁界Ｈに対８− して直線的に増加する。酸化ウラン中に約２．０重量％
のガドリニウムを添加剤として入れた場合の典型的な磁
化曲線が第２図に破線で示されている。

然し、印加磁界Ｈが強くなると、強磁性材料の磁化率は
低下し、その磁化Ｍは材料の量に応じた限界に近づく。

これが、第２図で、酸化ウラン中２５．１００及び２５
０Ｉ）Ｉｌｌｌｌの強磁性不純物含有量を持つ場合の代
表的な磁化曲線（Ｍ／１−１）によって示されている。

これらの曲線から、強磁性不純物は約２０ＫＯｅより高
い磁界では実質的に飽和することが判る。

普通の電磁石並びに永久磁石（第１図に示す様な）は約
１０ＫＯｅまでの磁界の強さを発生することが出来る。

磁界の強さを更に強くするには、角樽電ソレノイド又は
電磁石に頼ることが出来る。

角樽電磁石１４′が第３図に示されている。こういう磁
石は、例えば１９６４年にジョン・ワイリー・アンド・
サンプ・インコーホレーテッド（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ　
＆　５ｏｎｓ、Ｉｎｃ、、）から出版されたＶ、　Ｌ、
ニューハウスの著書しアプライド・スーパー］ンダクテ
イグテイ」に記載されている。曲型的には、角樽電磁石
１４は、ニオブ・チタンの様な角樽電材料で形成された
コイル又は鉄心１５を持続電流ループとして接続し、液
体ヘリウムによって角樽電温度に保つことによって構成
される。この液体ヘリウムは、冷却装置２１によって冷
却される幾つかの室に分けた真空絶縁容器又はデユワ−
びん１９の中に入っている。こういう角樽電磁石は、例
えばニューヨーク州のインターマグネティックス・ゼネ
ラル−ｍｌ−ポレーション（Ｉ　ｎｔｅｒｍａｇｎｅｔ
ｉｃｓＧ　ｅｎｅｒａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）か
ら入手し得る。

約５ＫＯｅの磁界で、１１００ｐｐ程度の強磁性の鉄不
純物の含有量の変化にＪ：す、約３重量％のガドリニウ
ムの含有量の変化に相当する磁化率の変化を表わす信号
が得られる。従って、常磁性添加剤の含有量を正確に決
定する為には、磁化率変化信号に対する未知母の強磁性
不純物の寄与を実質的になくさなければならない。

第４Ａ図には、核燃料の様な、ガドリニウムとはかなり
異なる常磁性磁化率を持ち、且つ未知量の鉄の様な強磁
性不純物をも含む別の常磁性材料中の、ガドリニウムの
様な常磁性添加剤の量を決定する装置が示されている。

この実施例では、１対の磁石３６．３８が、その中孔３
２．３４を同一軸線上で整合させて、相隔で１配置され
ている。磁石３６．３８は第１図又は第３図に示す様な
形式のものであってよいが、磁界の強さは相異なる。説
明の便宜上、磁石３６の方が磁界の強さが強いと仮定す
る。

磁石３６．３８の中孔の中に夫々感知］イル４０．４２
が配置される。これらの感知コイルは第１図のコイル１
６と同様であってよい。検査しようとする燃料物質を含
む要素３０（核燃料、常磁性添加剤及び強磁性不純物を
含む）を一定の速度で感知コイル４０．４２に通すこと
により、燃料物質の磁化率の変化によって、夫々線６０
．６１に夫々の出力信号ｖ１、Ｖ２を発生ずる。

線６０の信号Ｖ１が遅延装置６４に印加される。遅延装
置６４は、要素３０の同じ長さ方向部分に対する信号■
２と時間的に一致して、それが遅延装置の１１− 出力にｊｌわれる様に、コイル４０からの信号Ｖ１を遅
延させる。遅延装置６４は、感知コイル４０．４２を通
る時の要素３０の速度にその遅延時間を相関させること
が出来る様に、調節自在にすることが好ましい。（この
様な適当な遅延装置は、例えばカリフォルニア州のレチ
コン・コーポレーション（Ｒｅｔｉｃｏｎ　Ｃｏｒｐｏ
ｒａＮｏｎ　）のパンフレットＮ　００５７３２４に記
載されている様に、同社から入手し得る。）遅延装置６
４の出力に現われる遅延信号Ｖ１が、利得制御形増幅器
６２を介して差動増幅器６５の一方の入力に印加され、
信号Ｖ２が利得制御形増幅器６３を介して差動増幅器６
５の他方の入力に印加される。　利得制御形増幅器は（
後で更に詳しく説明する様に）信号に対する強磁性不純
物の寄与を実質的に除去して、差動増幅器６５の出力に
現われる差信号Ｇが常磁性添加剤の分量に比例する様に
、装置の予定の定数に＋　、Ｋ２に従って、信号■１及
びＶ２のレベルを変更する。

第１図の実施例の場合と同じく、添加剤表示信号Ｇを積
分増幅器１７で積分し、チャート式又は条１２− 片記録装置２６によって記録することが出来るし、更に
（又はその代りに）データ処理装置２８に印加すること
が出来る。この代りに、線６０．６１の信号をディジタ
ル形式に変換して周知のデータ処理装置に印加し、そこ
で部品６２乃至６５及び１７の作用を公知の方法で達成
することが出来る。

両方の磁石３６．３８の強さは、感度を最大にし、鉄成
分を飽和させる為に高くずへきである。他方、その強さ
は、実用的なレベルの差信号Ｇが得られる位にかなり異
なっていることが望ましい。強さの比が約２であること
が実用的であることが判った。例えば、磁石３６の磁界
の強さが約６０１（Ｑｅで、磁石３８の磁界の強さが約
３０ＫＯｅであってよい。

常磁性添加剤の分量に正比例する差信号Ｇは、定数に＋
　、Ｋ２及び電圧■１、Ｖ２に対して下記の関係にある
。

Ｇ＝に＋　Ｖ＋　−に２　Ｖ２　（１）信号■１は、要
素３０が磁石３６の磁場を通過する際の、常磁性物質お
よび強磁性物質による寄与の総和として表わされる。同
様に信号■２は、要素３０が磁石３８の磁場を通過する
際の、常磁性物質および強磁性物質による寄与の総和ど
して表わされる。

すなわち、Ｖ＋　＝　（Ｖｌ））＋　十（Ｖｆ　）＋Ｖ
２−（ＶＤ　）２　＋　（Ｖｆ　）２ここで、Ｖｐは磁
化率変化による信号に対する常磁性物質の寄与であり、
そしてＶｆは磁化率変化による信号に対する強磁性物質
の寄与である。

常磁性物質の応答は線形的である、すなわち磁場強度Ｈ
に正比例する（図２の破線を参照）ので、信号（Ｖｌｌ
）２は信号（Ｖｌ’ｌ　）　＋　とは異なり、その違い
は第１磁石３６の磁場強度Ｈ１と第２磁石３８の磁場強
度１」２との比であられされる。

すなわち（ＶＤ　）　＋　＝　（Ｈ＋　／　１」２　）
　（ＶＤ）２トＩ＋　＝６０ＫＯｅおよびＨ２＝３０Ｋ
ＯＯ（７）場合ニハ（Ｖｌｌ　）　＋　＝　（６０／３
０）　（Ｖｐ　）　２　＝２　（Ｖｐ）ｔとなる。

磁場強度Ｈ１および１」２がともに十分高く（たとえば
６０ＫＯｅおよび３０ＫＯｅ−図２を参照）、強磁性物
質を磁気的に飽和するとすれば、強磁性物質を磁気的に
飽和するとすれば、強磁性物質の応答は両磁場にｄ５い
てほぼ同じである。

従って、このような場合には、 （Ｖｆ　）＋　−（Ｖｆ　）２ よって、Ｖ＋−Ｖ２−［（ＶＵ）＋＋（Ｖｆ）＋］［（
Ｖｐ　）、！　＋（Ｖｒ　）２　］＝　２　（Ｖｐ　）
　２　−１−　（Ｖｆ　）　２（ＶＤ　）２−　（Ｖｆ
　）２ −（Ｖｌｌ＞ｚ これから、Ｖ＋−Ｖ２ば、常磁性物質の量に正比例する
ことかわかる。

よって、理論的には、差信号Ｇ−Ｖ＋−Ｖ２となるが、
しかし、本発明を実施するには、磁石３６および３８の
形状寸法および他の特性等の末節な相違を考慮して、定
数に１およびに２でもって信号Ｖ１およびＶ２を修正す
ることにより、結局Ｇ＝に＋　Ｖ＋　−に２　Ｖ２ となる。

所定の装置並びに所定の装置の動作状態では、Ｋ１及び
に２は、例えば次の様にして、経験的に−ｌ　ｂ　− 決定するのが最もやり易い。少なくとも２つの試験要素
３０を必要とする。その各々がその長さに沿った添加剤
含有量の変化が正確に判っていることが必要である。〈
長さに沿って適当な間隔の２箇所に於ける添加剤の含有
量の変化が判っている１個の要素を使ってもよい。）Ｋ
＋及びに２を決定する精度の為、２つの試験要素に於け
る添加剤の変化はかなり違えなければならない。例えば
、一方は酸化ウラン中の酸化ガドリニウムが２重量％変
化し、他方が６重量％変化するという様にすることが出
来る。

第１の試験要素を装置の予定の速度でコイル４０゜４２
に通し、この要素の添加剤の含有量の変化によって線６
０．６１に生ずる第１１］の電圧ＶＩ　Ｖ２を測定する
。次に第２の試験要素をコイル４０．４２に通し、その
結果第２組の電圧Ｖ＋　、Ｖ２を同様に測定する。信号
ｖ１及び■２に対するこの２組の数値並びに既知の添加
剤含有量の対応する既知の数値を前掲の式（１）に代入
する。これによって、２つの式が得られ、それからに１
及びに２の数値１６− を決定することが出来る。この時、利得制御形増幅器６
２．６３はに１及びに２のこういう数値を表わす様に調
節することが出来る。添加剤含有量の変化が判っている
（ｑ加的な試験要素を使うことにより、Ｋ１及びに２を
決定する精度を改善することが出来る。

第４Ａ図の装置は要素３０中の強磁性不純物の含有量を
決定する為にも使うことが出来る。第４Ｂ図に示す様に
、加算増幅器６５′　の出力は、下記の様に、強磁性含
有量に比例する信号■である。

Ｉ＝に３Ｖｌ　＋に４　Ｖ２　＜２．）利得制御形増幅
器６２′が遅延信号ｖ１を受取り、利得制御形増幅器６
３′が信号Ｖ２を受取る。Ｋ１及びに２を決定する場合
について上に述べたのと同様に、強磁性含有量の変化が
判っている試験要素を使うことにより、定数に３及びに
４を決定することが出来る。（そして増幅器６２’　、
６３’はこういう定数を表わす様に調節する。）式（２
）は、強磁性不純物が飽和している場合、即ち、磁界が
十分強い場合に厳密に成立する。磁気的な不純物を飽和
させるのに不十分な磁界の強さの場合、この関係は更に
複雑になり、強磁性不純物の磁化曲線の形に関係する。

なお、上記式（２）は要素３０が常磁性添加剤を含まな
い場合にのみ正しい。常磁性添加剤をも含む要素３０の
強磁性不純物の帝を決定するには、式（１）に従って得
られた差信号Ｇを式（２）の■から差し引かねばならな
い。

これは、次のようにして理解されよう。

（Ｖｌｌ　）　＋　−（トｈ　／Ｈ２）　（Ｖｐ　）　
２であり、また強磁性物質が両磁場中で磁気的に飽和し
ているとすれば （Ｖｆ　）＋　＝　（Ｖｆ　）２ Ｊ：って、Ｖｌ　＋Ｖ２−［（Ｖｐ　）＋　＋　（Ｖｆ
　）＋　］十［（Ｖｌｌ）ｚ＋（Ｖｆ）２］ ＝　（Ｈｌ　／Ｈ２）　（Ｖｒｌ　）　２＋　（Ｖｐ　
）　２　＋　２　（Ｖｆ　）　＋（Ｖｐ　）２　＝Ｇ＝
Ｖｌ−Ｖ２であるから、２　（Ｖｆ　）　＋　＝Ｖ＋　
＋Ｖ２−Ｇ　（Ｈｌ　／Ｈ２＞　Ｇ９２（Ｖｆ）＋は強
磁性物質の量に正比例するのであるから、信号■は下式
で表わせる。

１＝Ｖ＋　＋２−Ｇ（（Ｈｌ　／Ｈ２）＋１）しかし、
信号Ｇをめる場合と同様の理由から、定数に３およびに
４でもって信号Ｖ１および■２を修正することにより結
局、 Ｔ＝に３Ｖｌ　＋に４　Ｖ２−Ｇ　（（Ｈｌ　／Ｈ２）
＋１）となる。

第４Ｂ図の回路を第４Ａ図の対応する回路（素子６２．
６３．６５）の代りに使ってもよいし、或いはそれと並
列に接続して、添加剤含有量及び強磁性不純物の含有量
を同時に表示することができる。

（この回路の作用も適当にプログラムされたデータ処理
手段によって行うことが出来る。）第５図には、燃オ′
３１要素中の材料の密度の変化に対して、添加剤表示信
号を補償する手段を含むこの発明の１形式が示されてい
る。その他の点では、基本的な構成並びに作用は、第４
Ａ図の実施例の構成並びに作用と同様であり、対応する
構成素子には同じ参照数字を用いている。

要素３０中の燃料物質の密度が変化すると、磁化１９− が質量に正比例するから、添加剤表示信号Ｇに比例的な
変化が生ずる。従って、密度に従って添加剤表示信号を
補正することが望ましい。燃料物質がペレット状である
場合も、このペレットの破片がなくなることがあり、或
いはペレットの間にすき間があって、感知コイル４０．
４２に対応する電圧を誘起する様な、燃料物質の密度の
大きな局部的な変化を構成することがある。約５　ｍｍ
３までのこの様な空所の容積は常磁性添加剤の測定に対
する影響が無視し得ることが判った。然し、空所の容積
が更に大きい場合、この様な空所による信号が添加剤含
有量の変化による信号と誤認されない様にする手段を設
りることか望ましい。

第５図に示す場合、要素３０中の物質の密度をガンマ線
デンシトメータで感知する。このデンシトメータは、要
素３０の両側に配置された適当なガンマ・ビーム源１４
０とガンマ線検出器１４２とで構成される。源１４０か
らガンマ線ビーム１４４が要素３０に送込まれる。ビー
ム１４４は、要素３０を通過する時、その中の物質の密
度に比例して減衰し、この２０− 為、検出器１４２が物質の密度に比例する出力信号Ｄｅ
を発生する。

信号Ｄｅが遅延装置１４６に送られる。この遅延装置の
遅延時間は、遅延させた密度信号Ｄｄを（差動増幅器６
５の出力に出る）添加剤表示信号Ｇと時間的に一致する
様に選ばれ又は調節される。

信号Ｄｄが反転増幅器１４８に印加され、その出力は利
得制御形増幅器１５０のバイアス入力端子に印加される
バイアス電圧になる。この増幅器は他方の入力端子に信
号Ｇを受取る。従って、増幅器１５０の出力信号は、燃
料物質の密度の変化を補償した信号Ｇである。

密度信号Ｇｄは閾値回路１５２にも印加される。

この閾値回路は、その入力信号が予定のレベルを越えた
時だ【プ、出力信号を発生する。閾値回路１５２の出力
が利得制御形増幅器１５４のバイアス入力端子に接続さ
れる。この増幅器は増幅器１５０と装置の出力手段（記
録装置２６及びデータ処理手段２８）との間に直列に接
続されている。従って、信号Ｄｄが（ペレットの間のす
き間の様な空所、或いは燃料物質の密度の十分大きな変
化が原因となって）予定のレベルを越えると、閾値回路
１５２が増幅器１５４にカットオフ・バイアスを印加し
、こうしてこの様な空所による差動増幅器６５からの信
号が装置の出力手段に行かない様にする。（回路１５２
からの空所表示信号は端子１５６に取出すことも出来、
この様な空所が発生したことを表わす為並びに／又は記
録する為に使うことが出来る。）例えば、破線１５８で
示す様に、この信号を記録装置２６及びデータ処理手段
２８の入力に印加することが出来る。

閾値回路１５２は、例えば１９５９年にニューヨーク州
のジョン・Ｆ、ライダー・パブリツシャー・インコーホ
レーテッドＬｌｏｈｎ　Ｆ、　Ｒｉｄｅｒ　Ｐｕｂｌｉ
ｓｈｅｒ、Ｉ　ｎｃ、、　）から出版されたＡ、１．ブ
レスマンの著書「デザイン・オブ・トランジスタライズ
ド・サーキッツ・フォー・ディジタル・コンピューター
ズ」に記載されている様な周知のシュミット・トリガ回
路にすることが出来る。この代りに、素子１４６．１４
８．１５２．１５４の作用を適当なデータ処理手段によ
って行うことが出来る。

ガンマ線源１４０は約１キユーりの放射性セシウムを］
リメート手段を含む出力ポートを有する遮蔽外被に入れ
たもので構成され、細いガンマ線ビームを要素３０に送
込む。

ガンマ線検出器は、例えば１９６４年にマツフグロー・
ヒル・ブック・カンパニから出版されたＷ。

■、プライスの著書［ニュークリア・ラジエイション・
ディテクション」に記載されている様に、光増倍管と組
合せた周知の沃化ナトリウム結晶シンチレータで構成す
ることが出来る。

既知の密度変化及び空所を持つ物質を入れたサンプル要
素３０を使うことにより、密度補償及び空所検出装置の
調節並びに較正を行うことが出来る。

次にこの発明の例を説明する。

（データ処理手段２８を使わない伯は）装置を第１図に
示す様に構成した。磁石１４は、直径１．９ｃｍ及び長
さ７．９ＣＴ１１のその中孔１２の軸線に沿って約５．
０００エルステツドの磁界の強さを持つゲコール（商標
）永久磁石であった。感知コイル１６は適当２３− な管状の巻型にゲージ４８番の銅線を約１ｏｏｏターン
巻いたもので、中孔１２の中に中心合せした。増幅器２
０はアナログ・デバイセズ・カンパニ（Ａｎａｌ。

ｇ　１）ｅｖｉｃｅｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）によって製
造される２６０及び２３４型増幅器を直列に接続して構
成した。

予定のＧｄｚＯａ及び鉄含有間を持つ酸化ウラン燃料ペ
レットの配置を含む成る長さのジルカロイ−２の管によ
ってサンプルの燃料棒を構成した。

このサンプル燃料棒は毎分約１０フイートの速度でコイ
ル１６の中に案内した。ガドリニア及び鉄の含有量の区
域毎の変化によってコイル１６によって発生された電圧
を記録装置２６で記録した。この記録装置はベル・アン
ド・ハウエル・データグラフ５−１４４型オツシログラ
フ記録装置であった。

第６図は、サンプル燃料棒の各区域に対し、その長さに
沿って得られた積分しない時の電圧のグラフである。第
７図は、サンプル燃料棒の各区域、各区域に於けるペレ
ットの数及びそのガドリニア及び鉄含有量を示す表であ
る。区域の界面で得られたピーク電圧も示しである。第
７図のデータを＝２４＝ 解析してガドリニア及び鉄含有量の変化の別々の影響を
判定した。実験状態では、Ｇｄ　２０３含有量が１重量
％変化すると、ピーク電圧が２５ｍ　Ｖ生じＦｅ含有最
が５０ｐｐｍ変化すると、１４ｍ　Ｖのピーク電圧が生
ずることが判った。全ての鉄が強磁性ではないことが認
められた。これは、鉄合金の成分と、燃料ペレットを作
るのに用いた熱処理方法の結果であった。

別の例では、装置は第５図の配置と機能的に同等にした
。磁石３６．３８は角樽電ソレノイドであり、磁石が夫
々的７０及び３５ＫＯｅの磁界を発生した。

磁石３６．３８は同じ絶縁容器又はデユワ−びんの中に
入れ、感知コイル４０．４２は約２５ｃｍ離した。

この装置を使って、長さ約３．５ｍの柱状の燃料ペレッ
トを収容した、外径的ＩＣＴＩＩのジルコニウム合金で
被覆した見本の燃料要素を走査した。燃料要素は毎分約
１５フイートの速度で感知コイル４０゜４２の中に通し
た。燃料は燃料要素の中に長さが異なり且つガドリニウ
ム含有量の異なる１７個の区域に分けて配置した。この
燃料要素の走査結果が第８図に示されている。この図で
、ガドリニウム表示信号はガドリニウムの重量％で表わ
しである。

ガンマ線デンシトメータで測定した種々の区域に於ける
燃料物質の密度並びに目標即ち問題のガドリニウムの重
量％も示しである。

この発明を核燃料の常磁性添加剤及び強磁性不純物の含
有量を測定する場合に用いた場合について説明したが、
この発明は、添加剤及びベース材料の常磁性感受率が十
分具なる場合、ベースの常磁性材料中の強磁性材料の含
有量並びに／又はベースの常磁性材料中の常磁性添加剤
の含有量を測定するという様な伯の同様な目的にも使う
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による磁石並びに関連
した回路を示す略図、第２図はガドリウム及び強磁性不
純物の典型的な磁化曲線を示すグラフ、第３図は角樽電
磁石の略図、第４Ａ図はこの発明の第２の実施例による
１対の磁石及び関連した回路の略図、第４Ｂ図は強磁性
不純物の含有量を測定する為に第４Ａ図の装置で使う回
路の回路図、第５図は密度に対する補正並びに空所を検
出する為のデンシトメータ手段を含む実施例の略図、第
６図は第１図の装置で試験されるサンプル要素から得ら
れた信号を示すグラフ、第７図は第６図について説明し
た例のサンプル要素に関するデータの表、第８図は第５
図の装置を用いて試験した見本の燃料要素のデータを示
す表である。 主な符号の説明 ３０：燃料要素 ３６．３８：磁石 ４０．４２：コイル ６５：差動増幅器 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人　（７６
３０）　生　沼　徳　二第１頁の続き ０発　明　者　ヘンリー・ベロナトヴ　アメイク　−ク
・ ０発　明　者　フレデリック・カー　アメルミシューニ
ック、シ　エコ・ ユニア リカ合衆国、カリフォルニア州、メン口・パーク、オ・
１−スト−プレイス、２８旙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. かなり異なる磁化率を持つ常磁性ベース材料中の強磁性
   不純物を検出する方法に於て、（ａ　）約１０００エル
   ステツドより大きい相異なる強度の第１及び第２の直流
   磁界を設定し、（ｂ）各々の磁界の中に、その近くに移
   動した材料の磁化率の変化を表わす信号を発生する第１
   及び第２の誘導コイルを夫々配置し、＜Ｃ＞前記材料を
   順次箱１及び第２の誘導コイルの近くに移動し、（ｄ）
   各々所定の定数に３とに４とによって第１及び第２の誘
   導コイルからの信号の大きさを調整し、前記材料の相次
   ぐ長さ方向部分の同じ長さ方向部分からの前記調整され
   た第１及び第２の信号の大きさの和を決定し、この和か
   ら常磁性添加剤の寄与分を除いて前記材料の相次ぐ長さ
   方向部分の強磁性不純物含有量を示す強磁性表示信号を
   送るように、第１及び第２の誘導コイルからの信号を処
   理する工程から成る方法。