JPS6122883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炉心の異常、特に核燃料集合体の装荷
状態の異常を速やかに検出できるように構成され
た原子炉に関する。

たとえば高速増殖炉等の原子炉は第１図に示し
たように主として炉容器１内に核燃料集合体を植
立して構成された炉心部３と、この炉心部３に対
向して上部に設けられた炉上部機構４と、容器１
の開口を閉塞する回転プラグ２とからなつてお
り、冷却材９は下部入口ａから上部出口ｂへと流
れるようになつている。

そして、炉心部３と上部機構４との間には核燃
料集合体５のたとえば位置や状態などを検出する
ための超音波送受波器７と、この送受波器７に対
向して反射体６が設けられている。なお、送受波
器７はケーブルｃに接続され、ケーブルｃは駆動
装置８に接続されている。なお送受波器７は駆動
装置８により炉心部３の上部近傍を超音波信号が
横断装査するように上下、回転駆動される。とこ
ろで、核燃料集合体を交換するに際して炉上部機
構４を炉心部３から移動するが、そのためには、
炉上部機構４と炉心部３が機械的に分離している
ことを確認する必要がある。一方、原子炉を運転
中に熱変形や冷却材９からの力によつて炉心部３
に装荷されている核燃料集合体５が浮き上がり、
炉上部機構４まで達していたり、また、運転中は
制御棒で連結され、熱料交換時には切り離される
炉上部機構４と炉心部３の切離しが不完全である
こと等によつて、炉上部機構４を回転移動しては
危険な状態である可能性が考えられる。

そこで、炉上部機構４と炉心部３が完全に切り
離されていることを確認する手段として、液体ナ
トリウム冷却材９中の超音波の伝ぱん特性を利用
して炉心部３と炉上部機構４の間のギヤツプの有
無を確認する手段が考えられている。この原理
は、炉心部３と炉上部機構４の間を超音波を伝ぱ
んさせ、その間にある障害物の有無とその障害物
からのエコーレベルあるいは、反射体６からのエ
コーレベルによつて、ギヤツプを検出しようとす
るものである。まず、障害物からのエコーレベル
から障害物（核燃料集合体や制御棒など）の有無
を確認する方法の場合、障害物の形状によつてシ
ステムの性能が大きく左右される。例えば核燃料
集合体５は六角柱の形状を有しており、その反射
面は六つの方向の音波に限定されるため、浮き上
がつた核燃料集合体５を検出できるのは非常に少
ない。この問題を改善する手段として、反射体か
らのエコーレベルから障害物の有無を確認する手
段がある。これは、例えば、第１図に示すよう
に、超音波送受波器７と炉中心を見込んで対向し
た位置に反射体６を設置する。障害物が無いとき
は、反射体６からのエコーが得られるが障害物が
あると反射体６からのエコーが得られない。この
手段は障害物の影を情報としているので障害物の
形状や傾きには影響されないという利点がある。
障害物からのエコーの場合は、障害物が浮き上が
り核燃料集合体５′のように音波伝ぱん方位から
傾いている場合には、そのエコーは、第１図の点
線Ｘで示すように超音波送受７に受信できないの
で、障害物が無いと判断される。

しかし、この手段の大きな問題点としては、反
射体６の取付条件がきびしいことである。従来、
反射体６としては超音波送受波器７を中心とする
曲率半径を有する鏡面反射体を使用している。即
ち第１図ａのＡ−A′矢視の横断面を概略示す第
１図ｂのように反射体６が実線で示す超音波送受
波器７に正対する正常位置にある場合には超音波
送受波器７からの超音波は反射体６で反射し再び
超音波送受波器７に戻るが、反射体６が反射体の
設置時あるいは熱変形によつて、正常位置からず
れて傾いた位置にある場合には傾いた反射体６′
で反射した超音波は超音波送受波器７に戻らない
ことになる。例えば原形炉規模の原子炉において
１度の反射体６の傾きがあると超音波送受波器７
位置で反射波は大巾にずれることとなり、エコー
レベルが大きく低下し障害物の検出が困難とな
る。そのため反射体６の取付あるいは経年変化に
対する要求は非常にきびしい。したがつてこの要
求を緩和できる手段を備えた原子炉の出現が要望
されている。

これを解決する手段として、反射板表面形状が
直角三角溝あるいは救状面である反射板６ｂを、
隣接する直角三角溝あるいは救状面からの反射波
が干渉しないように、超音波パルス長の1/2以上
の距離差を存して反射体６ｂを配列することが提
案されている。この提案例を以下の図面で説明す
る。

第２図はその原子炉の例を示すもので、第１図
におけるＡ−A′矢視の横断面を対応させて概略
的に拡大して示したものである。これは第３図、
第４図および第６図に示す反射体６ｂ，６ｃを超
音波送受波器７を中心とした円弧上に、傾き角度
を一定にして配列したもので反射体６b₁と６b₂
の間に段を設けているのは、超音波ビーム内で同
時刻に超音波送受波器７にエコーが到達するエコ
ーがないようにするために（第５図）超音波の伝
ぱん時間に差を与えるためである。

このように配列された上記形状の反射体６ｂを
用いることによつて反射体への要求条件は緩和さ
れる。即ち、第３図(a)，(b)，(c)に示すように反射
体６ｂの傾き角度θが、θ≦45゜の場合にはいず
れの場合においても、超音波送受波器７から送信
された超音波は、反射体６ｂで反射し、エコーは
送受波器７に戻る。又、傾き角度θがθ＞45゜の
場合には第３図(d)に示すように反射体６ｂで反射
したエコーは送受波器７に戻らない。このように
反射体６ｂの設置に関し傾きに対する裕度は大き
なものとなる。これによつて、反射体の設置は容
易になり経時変化や熱変化による変形に耐する保
守管理は不必要になる。

しかしながらこの例においては隣接する直角三
角溝あるいは救面状反射体の配列時に反射波の干
渉を起こさないようにすることが必要となるた
め、原子炉内の取付が第２図に示すように複雑に
なることは避けられない。

本発明は上記点にかんがみてなされたもので、
反射体設置時に、第２図に示す傾き角度の特別
な調整作業を必要とせず、調整の為の時間と労力
を費すことなく、しかも反射体設置に必要な炉内
スペース（第２図にＳにて示す）が大きくなり、
炉停止時のメインテナンス作業のために使用され
る炉内機器との干渉を防止する必要上炉直径を大
きくせざるを得なくなり、反射体設置の為に炉が
大型化することがない原子炉を提供することにあ
る。

すなわち、本発明は炉容器内に収納された炉心
部とこの炉心部の上端部近傍に設けられた該炉心
部の上方を横断する超音波信号を送受信する超音
波送受波器と、この超音波送受波器を所定角度回
転および上下走査させる手段と、前記炉心部の上
端部近傍でかつ前記超音波送受波器に対向した位
置に設けられた反射体と、前記超音波送受波器を
付勢する手段および受信信号を超音波送受波器の
走査と同期して表示する手段とを有する原子炉に
おいて、前記超音波送受波器の回転中心と最外周
に配列された燃料集合体の中心を結ぶ線上に反射
体を複数設置しこの反射体の最小配列間隔が超音
波のビーム幅以上でありかつ反射体の開口寸法が
前記最外周燃料集合体の幅寸法以下である事を特
徴とする原子炉であり、また前記反射体はその表
面形状に直角三角形状または救面状溝を有するか
ないしはコーナーレフレクタを有することを特徴
とする原子炉でもある。

本発明においては従来例が前記直角三角溝ある
いは救面状反射体を超音波送受波器の回転角度範
囲をすき間なく配置していたのに比べて超音波の
ビーム幅以上のピツチで配列することを特徴とし
ている。

以下、第７図を参照しながら本発明の１実施例
を説明する。第７図においては本発明の要部のみ
を示しかつ前記各図と同一部分は同一符号で示
し、重複する部分の説明を省略してある。図中、
７は超音波送受波器、S₁〜Ｓ_oは燃料集合体、R₁
〜Ｒ_oは直角三角溝反射体をそれぞれ示してい
る。反射体Ｒは超音波送受波器７の中心と、送受
波器７から見て最外周に位置する燃料集合体S₁，
S₂，S₃，…の中心とを結ぶ線上に、燃料集合体
S₁，S₂，…の送受波器７から反射体Ｒの位置に投
影された幅寸法WSより小さい開口寸法WRを持
つて配置されている。このように配置された反射
体Ｒによつて、ビーム幅が反射体Ｒの配列ピツチ
より小さい超音波ビームで走査することにより燃
料集合体Ｓのすべての検出が可能になる。すなわ
ち、燃料集合体S₁が浮き上がると反射体R₁から
のエコーレベルに影響を与える。燃料集合体S₄，
S₅，S₇についても同様である。

また、燃料集合体S₂，S₅については、反射体
R₂からのエコーレベルによつて検出され、燃料
集合体S₃，S₆については、反射体R₃からのエコ
ーレベルによつて検出される。この時、超音波ビ
ーム幅は、隣接する反射体からのエコーE₁，E₂
を同時に得ないようにせまいビーム幅であること
が必要である。図示の直角三角溝反射体の場合に
は、ビーム幅は反射体配列ピツチの最小値P₁以下
にすることによつて満足される。

しかして、上記実施例における反射体配置では
隣接する反射体からのエコーを同時刻に超音波送
受波器で受信することがないので、互いの干渉に
よつておこる信号レベルの変動を防止することが
できる。その結果、従来のように反射体を傾けて
設置する必要がないので、反射体設置のスペース
（第２図にＳにて示す）を最小にすることができ
る。

また、直角三角溝反射体１個のエコーレベルは
傾き角度への依存性が小さいので、設置作業時の
傾き角度に対する特別の調整は不必要となり、作
業が簡単になる。また、熱変形によるエコーレベ
ルの変化も非常に少なくなる。

また、燃料集合体S₁が浮き上がつた時は、反射
体R₁からのエコーレベルだけが減少するが、燃
料集合体S₅，S₁₀の場合には、反射体R₁，R₂から
のエコーレベルが共に減小する。さらに燃料集合
体S₁₁の時は、反射体R₁，R₂，R₃からのエコーレ
ベルが同時に減小するので、浮き上がつた燃料集
合体について、超音波送受波器から遠い位置の集
合体か、近い位置の集合体であるかの判別も可能
となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
なく反射体の形状は直角三角溝反射体に限らず救
状面あるいはコーナーレフレクタなどでも同様使
用することができ、また、各反射体と超音波送受
波器との距離は等しくする必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉の１つを概略的に示す断
面図、第２図は他の従来の原子炉を概略的に示す
横断面図、第３図、第４図および第６図は第２図
において使用される反射体を示す説明図、第５図
は第３図における反射体からのエコーを受信面で
検出した時の送受波器の出力電圧を示すパルス波
形図、第７図は本発明に係る原子炉の１実施例に
おける要部のみを拡大して部分的に示す炉内配置
図である。 １……炉容器、２……回転プラグ、３……炉心
部、４……炉上部機構、５，Ｓ……核燃料集合
体、６，Ｒ……反射体、７……超音波送受波器、
８……駆動装置、９……冷却材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉容器内に収納された炉心部とこの炉心部の
   上端部近傍に設けられた該炉心部の上方を横断す
   る超音波信号を送、受信する超音波送受波器と、
   この超音波送受波器を所定角度回転および上下走
   査させる手段と、前記炉心部の上端部近傍でかつ
   前記超音波送受波器に対向した位置に設けられた
   反射体と、前記超音波送受波器を付勢する手段お
   よび受信信号を超音波送受波器の走査と同期して
   表示する手段とを有する源子炉において、前記超
   音波送受波器の回転中心と最外周に配列された燃
   料集合体の中心を結ぶ線上に上記反射体を複数設
   置しこの反射体の最小配列間隔が超音波のビーム
   幅以上であり、かつ反射体の開口寸法が前記最外
   周燃料集合体の幅寸法以下である事を特徴とする
   原子炉。 ２ 前記反射体はその表面形状に直角三角形状ま
   たは救面形の溝を有するかないしはコーナーレフ
   レクタを有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の原子炉。