JPS6247252B2 - - Google Patents

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JPS6247252B2
JPS6247252B2 JP52156733A JP15673377A JPS6247252B2 JP S6247252 B2 JPS6247252 B2 JP S6247252B2 JP 52156733 A JP52156733 A JP 52156733A JP 15673377 A JP15673377 A JP 15673377A JP S6247252 B2 JPS6247252 B2 JP S6247252B2
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JP
Japan
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magnetic field
fuel
temporally constant
gadolinia
ferromagnetic
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JP52156733A
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English (en)
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JPS5395494A (en
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Samuson Jakobuzu Isuraeru
Adamu Rahyutsuto Josefu
Neezan Gurosuman Reonaado
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS5395494A publication Critical patent/JPS5395494A/ja
Publication of JPS6247252B2 publication Critical patent/JPS6247252B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉用燃料ペレツト中における可燃
性毒物の濃度を測定するための手段に関するもの
である。更に詳しく言えば本発明は、強磁性不純
物の磁気モーメントを直流バイアス磁界で飽和さ
せることによつて二酸化ウラン(UO2)燃料ペレ
ツト中のガドリニア(Gd2O3)含量を測定するた
めの手段に関する。
原子炉用の二酸化ウラン燃料ペレツトは、可燃
性毒物としてのガドリニアを0.0(重量)%から
8.0(重量)%まで0.5(重量)%間隔で含有す
る。かかるペレツトは燃料棒として組立てられ、
そしてたとえばジルカロイで被覆される。完成後
の各燃料棒は、相異なるガドリニア濃度を持つた
最高6つの帯域を有することがある。そのため、
完成後の燃料棒の内部にガドリニアが正確な濃度
および分布状態で存在するかどうかを判定する方
法が必要とされる。
磁気的に見れば、二酸化ウランおよびガドリニ
アは常磁性体であつて、それぞれ8.74×10-6em
u/g・Oeおよび147×10-6emu/g・Oeの磁化率χ
を有している。ところで、原子炉用の燃料ペレツ
トの加工に際しては、最高500ppmの元素状鉄お
よび(または)強磁性合金が不純物として導入さ
れるのが通例である。
二酸化ウラン燃料ペレツトの磁化率dM/dHは
ガドリニアの添加に伴つて増大することが知られ
ている。ところで、燃料ペレツト中に強磁性の混
在物が存在すると、それらの含量に比例した磁化
率が加わるためガドリニアの定量が面倒になる。
けれども、強い磁界を印加すれば強磁性混在物の
磁化率が減少するのである。
さて、誘導技術に基づいて交流磁化率を測定す
れば、燃料ペレツトのガドリニア含量を非破壊的
に測定することができる。その場合、磁化率測定
時に印加された強い直流バイアス磁界によつて強
磁性混在物が飽和させられる。
従つて本発明の目的のひとつは、二酸化ウラン
燃料棒中におけるガドリニアの濃度および分布状
態を測定するための非破壊的方法を提供すること
にある。
また、強磁性混在物を伴つた化学物質の含量を
磁化率測定によつて求める場合に生じる測定誤差
を最小にすることも本発明の目的のひとつであ
る。
本発明に固有のものと信じられる新規な特徴は
前記特許請求の範囲中に記載されている。とは言
え、本発明それ自体並びにそれの目的および利点
は添付の図面に関連してなされる以下の詳細な説
明を読めば最も良く理解されよう。
UO2の磁化率は8.74×10-6emu/g・Oeであり、
またGd2O3の磁化率は146.8×10-6emu/g・Oeで
ある。それ故、UO2中にGd2O3を0.5(重量)%
ずつ添加して(U、Gd)O2とすれば、原子炉用
燃料ペレツトの磁化率は増大する。ところで、燃
料ペレツト中に強磁性の混在物が存在すると、そ
れの含量に比例した磁化率が加わるためガドリニ
アの定量が面倒になる。幸いにも、強い磁界を印
加すれば強磁性混在物の磁化率は劇的に減少す
る。第1図中の実線は0.5(重量)%のGd2O3お
よび(磁気的に見て25ppmの鉄に相当する)強
磁性不純物を含有する燃料ペレツトのM/H曲線
を示している。また、第1図中の実線は強磁性不
純物を含まない燃料ペレツトのM/H曲線の勾配
を表わす。それ故、強磁性成分を飽和させるのに
十分なだけの磁界中において燃料ペレツトの磁化
率を測定すれば、強磁性混在物の問題は抑制され
るわけである。かかる飽和磁界は燃料ペレツトに
直流バイアス磁界成分を印加することによつて発
生させ得る。第1図から明らかな通り、かかるバ
イアス磁界の強さは少なくとも4kOeとすべきで
ある。実際には5kOeの値で十分であるが、それ
より大きい値(たとえば8kOe)を使用すれば分
解能がやや向上する。
第2図には、同軸的な直流バイアス磁界を用い
た誘導技術に基づいて燃料ペレツトの交流磁化率
を測定するための装置が示されている。磁化率測
定のための誘導技術は、たとえば、エー・バーコ
ウイツツおよびイー・クネラー(A.Berkowitz
& E.Kneller)編「マグネテイズム・アンド・
メタラージー(Magnetism and Metallurgy)」
(アカデミツク・プレス社、ニユーヨーク、1969
年)第8章に記載されている。
1対のヘルムホルツコイル10および11を可
聴周波電力増幅器12によつて励磁すれば、一様
な交流磁界が発生する。ヘルムホルツコイル10
および11間の交流磁界中には、面積・巻数
(NA)値のほぼ等しい2個のコイル13および1
4が配置されている。コイル13および14は逆
向きに直列接続されているため、交流磁界によつ
て誘導される電圧はほぼゼロとなる。一方のコイ
ル付近に磁気試料を置いた場合には不平衡電圧が
生じるが、それは試料の磁化率dM/dHに比例す
る。逆向きに直列接続されたコイル13および1
4からの出力電圧は位相固定増幅器15の入力端
子に印加される。また、増幅器15からの出力は
記録計16を駆動する。更に、増幅器15からの
基準出力信号はヘルムホルツコイル10および1
1励磁用の可聴周波電力増幅器12の入力端子に
印加される。
ジルカロイ管21内にたとえば4個の燃料ペレ
ツト17,18,19および20が積重ねられ、
そしてそれをピツクアツプコイル14の中心軸に
沿つて移動させることにより測定が行われる。直
流電磁石の両極22および23がヘルムホルツコ
イル10および11並びにピツクアツプコイル1
3および14と同軸的に配置されていて、それに
より直流バイアス磁界が得られる。このような配
置によれば試料−コイル間の結合効率が最高とな
る。結合効率の低下を覚悟すれば、それ以外のコ
イルおよび磁石配置を使用することもできる。
動作周波数は82Ωである。周波数の値は重要で
ないが、試料および測定系における機械的共振を
抑制するように選定すべきである。また、表皮効
果を抑制し、従つて磁界が非磁性かつ導電性の遮
蔽(すなわちジルカロイ管21)を確実に透過す
るよう、周波数を十分に低く選定する必要もあ
る。なお、7×10-7Ωmの抵抗率を有するジルカ
ロイ管の場合、80Hzにおける透過度δは約1/2cm
である。
実例を挙げれば、典型的な実験装置の場合、各
ヘルムホルツコイルは約13cmの直径を有しかつ30
番ホルメツクス(Formex)被覆線を525回巻い
たものから成つている。発生される磁界は動作周
波数の下で約15Oeである。ピツクアツプコイル
は約1.4cmの内径および約0.25cmの高さを有し、
そして2000回の巻線を含んでいる。4個の燃料ペ
レツトはそれぞれUO2中に0、0.5、2.5および4.0
(重量)%のGd2O3を含有するものである。かか
るペレツトは約1.06cmの直径および1.08cmの長さ
を有している。
第3図は、上記のごとき4個の燃料ペレツトを
収容したジルカロイ管に関し、位相固定増幅器か
らの出力信号を管の軸方向位置に対してプロツト
した曲線を示すものである。燃料ペレツトのガド
リニア含量および管内におけるそれらの相対位置
を容易に認めることができよう。
あるいはまた、一方のピツクアツプコイルの周
囲に軸方向磁界形の永久磁石を配置することによ
つて直流バイアス磁界を得ることもできる。
このように、本発明の方法は燃料棒中における
ガドリニアの含量および分布状態の非破壊的測定
を可能にする。その際には、直流バイアス磁界が
強磁性の混在物を飽和させる結果、本来ならば測
定精度を損うことのある誤差が排除されるのであ
る。
以上、特定の好適な実施例に関連して本発明を
詳細に説明したが、当業者には数多くの変形や変
更を加えることも可能であろう。それ故、前記特
許請求の範囲は本発明の精神および範囲に含まれ
る全ての変形や変更をも包括するものと解釈すべ
きである。
【図面の簡単な説明】
第1図は燃料ペレツトの磁化曲線、第2図は二
酸化ウラン燃料棒中のガドリニア含量を測定する
ための装置を示す略図、そして第3図は本発明に
従つて測定した出力信号を燃料棒の軸方向位置に
対してプロツトしたグラフである。 図中、10および11は1対のヘルムホルツコ
イル、12は可聴周波電力増幅器、13および1
4はピツクアツプコイル、15は位相固定増幅
器、16は記録計、17〜20は燃料ペレツト、
21はジルカロイ管、そして22および23は磁
石の両極を表わす。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 下記の工程をとることにより、燃料ペレツト
    の磁化率が誘導技術に基づいて測定され、かつ前
    記強磁性混在物に起因する測定誤差が無視できる
    レベルにまで低減されることを特徴とする、二酸
    化ウラン、ガドリニアおよび強磁性混在物から成
    る燃料ペレツトのガドリニア含量を測定する方
    法: 前記強磁性混在物を磁気飽和させるのに十分な
    大きさの時間的に一定の磁界を設定し、 前記の時間的に一定の磁界に対し一様な交番磁
    界をほぼ同軸的に重ね合わせ、 逆向きに直列接続された1対のピツクアツプコ
    イルを、重ね合わせた前記交番磁界及び前記の時
    間的に一定の磁界中に配置し、 前記ピツクアツプコイルの一方に前記燃料ペレ
    ツトを結合し、 それから前記燃料ペレツトによつて前記ピツク
    アツプコイル中に誘導された交流不平衡電圧を測
    定する。 2 前記の時間的に一定の磁界と前記交番磁界と
    が同軸的な関係にある、特許請求の範囲第1項記
    載の方法。 3 前記ピツクアツプコイルがソレノイドから成
    りかつ前記の時間的に一定の磁界および前記交番
    磁界と同軸的に配置される、特許請求の範囲第2
    項記載の方法。 4 前記燃料ペレツトが前記ピツクアツプコイル
    の前記一方と同軸的に結合される、特許請求の範
    囲第3項記載の方法。 5 1対のヘルムホルツコイルを可聴周波信号で
    励磁することによつて前記交番磁界が発生され
    る、特許請求の範囲第3項記載の方法。 6 前記不平衡電圧が前記可聴周波信号に対する
    コヒーレント方式に従つて検出される、特許請求
    の範囲第5項記載の方法。 7 前記燃料ペレツトが非磁性かつ導電性の管内
    に収容される場合において、前記可聴周波信号の
    周波数が前記管の肉厚よりも大きい透過度を生み
    出すように選定される、特許請求の範囲第6項記
    載の方法。
JP15673377A 1976-12-27 1977-12-27 Method and device for measuring cadrinia content of fuel Granted JPS5395494A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/754,581 US4134064A (en) 1976-12-27 1976-12-27 Method and apparatus for magnetically determining the Gd2 O3 content in UO2 fuel pellets while eliminating the effect of ferromagnetic impurities

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5395494A JPS5395494A (en) 1978-08-21
JPS6247252B2 true JPS6247252B2 (ja) 1987-10-07

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ID=25035436

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JP15673377A Granted JPS5395494A (en) 1976-12-27 1977-12-27 Method and device for measuring cadrinia content of fuel

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US (1) US4134064A (ja)
JP (1) JPS5395494A (ja)
BE (1) BE887587Q (ja)
DE (1) DE2758051A1 (ja)
ES (1) ES465446A1 (ja)
IT (1) IT1090351B (ja)
SE (1) SE436935B (ja)

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