(57)【要約】【課題】反射率が高く、冷却水中においても長期間使用できる燃料集合体の外観検査装置用反射鏡およびこのような反射鏡を備えた燃料集合体の外観検査装置を提供する。【解決手段】基板の少なくとも一方の面に誘電体多層膜からなる反射膜が形成されている燃料集合体の外観検査装置用反射鏡。前記基板が、ガラス製の透明基板である燃料集合体の外観検査装置用反射鏡。前記燃料集合体の外観検査装置用反射鏡を備えている燃料集合体の外観検査装置。【選択図】図１
2010122094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の少なくとも一方の面に誘電体多層膜からなる反射膜が形成されていることを特徴とする燃料集合体の外観検査装置用反射鏡。
【請求項２】
前記基板が、ガラス製の透明基板であることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の外観検査装置用反射鏡。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料集合体の外観検査装置用反射鏡を備えていることを特徴とする燃料集合体の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所において燃料集合体が収容された水（以下冷却水ともいう）中で用いられる燃料集合体の外観検査装置用反射鏡（以下、単に反射鏡ともいう）および前記反射鏡を備えている燃料集合体の外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電に用いられる燃料集合体は、多数の燃料棒と燃料棒の間に配置されたシンブル管、これらを支持する支持格子等で構成されている。図４に一例として加圧水型原子炉で使用される燃料集合体７を示す。
【０００３】
燃料集合体は、各種定期検査や照射使用済燃料を再使用する際の検査等において健全性が評価される。この健全性を評価する検査方法の一つに外観検査がある。外観検査は燃料集合体の４つの側面の全体に対して行い、燃料棒、シンブル管、支持格子等の各構成部材の健全性や燃料棒ギャップ、燃料集合体全体の曲がりの有無等を検査する。
【０００４】
燃料集合体の外観検査は、一般にテレビカメラ等の撮影装置、カメラ上下移動装置、テレビカメラやカメラ上下移動装置を作動させるための制御装置、カメラ上下移動装置の駆動情報を表示する表示装置、ＣＲＴ（モニタテレビ）及び映像信号を記録するＶＴＲ等の記録装置を備えている。
【０００５】
また、能率良く検査を行うため、外観検査は通常燃料集合体を冷却水中に設置したままの状態で行う。またスペースの関係上水中テレビカメラを垂直方向に設置し、水中に配置した反射鏡を用いて間接的に撮影する方法が一般的である。具体的には、図２に示すように、４５度傾斜した状態でセットされた反射鏡１を介して、垂直方向に配置した水中テレビカメラ６にて、燃料集合体７の一方の側面の撮影を行う（特許文献１、段落００１５、図１）。
【０００６】
図３は従来の代表的な反射鏡の構成を模式的に示す断面図である。図３に示すように、従来の反射鏡には、ガラス製の透明基板(以下ガラス基板ともいう)２を通して反射膜３で光が反射する裏面鏡が主に用いられている。これは、反射膜３を蒸着などで接着させた場合に膜の厚さの精度によらず、ガラス基板２の面精度だけで反射鏡の精度を決定することができるためである（特許文献２、段落００２３、図１）。なお、反射鏡１が放射線に曝されるため、ガラス基板２には放射線により着色しないガラスが用いられる。
【０００７】
反射膜には、従来アルミニウム製反射膜が一般的に用いられている。アルミニウムが用いられる理由は、安価であることと可視光の波長範囲でほぼ均一な反射率を有すると共に、ガラス基板との密着性もよいためである。また、アルミニウムの反射率は、理想条件下では９０％程度であり、水中で実際に使用した場合も７０％程度とかなり高いためである。
【０００８】
一方、アルミニウムは水と反応し腐食する。このため、図５に示すように、ガラス基板４２に蒸着したアルミニウム製反射膜４４上にＳｉＯ２などの保護膜４５を蒸着した反射部４３を設けた反射鏡が用いられている。しかし、このような保護膜を設けた場合でも、保護膜に欠陥がある場合は勿論、保護膜に欠陥がない場合でも長期間使用していると、ガラス基板４２と反射部４３の間に水が浸透していき、徐々にアルミニウムを腐食させてしまう。このため、図６に示すように、反射鏡４１を反射鏡枠４６に入れて、パテ状のコーキング材４７を用いて防水処理を行っている。しかし、コーキング材を用いて防水処理を行っている反射鏡でも、放射線を浴びると、コーキング材が硬化して剥離や亀裂が生じて防水性能が低下するため、アルミニウム製反射膜の腐食を十分に防止することはできない。
【０００９】
このように、アルミニウムは水と反応して腐食するため、水によっても比較的腐食し難く、反射率も高い銀を反射膜として用いることも行われている。（特許文献２、段落０００３）しかし、銀も耐食性が必ずしも十分とは言えない。
【００１０】
このため、腐食に強いステンレスを用いて、図７に示すようにステンレス板５２の１面を光学研磨面５３とした反射鏡５１を使う方法も考えられている。しかし、ステンレス製反射鏡は、水によって腐食することはないが、原子力発電所における冷却水にはホウ酸が含まれるため、徐々にではあるが腐食する。また、ステンレス製反射鏡の反射率は最大でも６０％程度であり十分とは言えず、さらに、重量が大きく、取り扱い性が良くないという問題もある。
【特許文献１】特開２００２−８１９１１号公報
【特許文献２】特開２００５−２７５０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記したように、従来燃料集合体の外観検査装置用反射鏡としては、反射率が高く、耐食性に優れ長期間使用することのできる反射鏡がなかった。
【００１２】
本発明は、反射率が高く、放射線に曝され冷却水中という非常に厳しい条件下においても腐食することがなく、長期間使用できる反射鏡および前記反射鏡を備えた燃料集合体の外観検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究の結果、誘電体多層膜を燃料集合体の外観検査装置用反射鏡の反射膜として用いることにより、反射率が高く、冷却水中においても腐食することがなく、長期間使用できることを見出し本発明を完成させるに至った。
【００１４】
請求項１の発明は、
基板の少なくとも一方の面に誘電体多層膜からなる反射膜が形成されていることを特徴とする燃料集合体の外観検査装置用反射鏡である。
【００１５】
請求項１に記載の発明においては、反射鏡が基板の少なくとも一方の面に誘電体多層膜からなる反射膜が形成されている反射鏡（以下誘電体多層膜反射鏡ともいう）であるため、反射率が高く、冷却水中に於いても腐食することがなく高い反射率を維持し、長期間使用することができる反射鏡を提供することができる。
【００１６】
具体的には、誘電体多層反射鏡は、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層が積層された多層膜を反射膜としているため、高い反射率を有する反射鏡である。即ち、高屈折率誘電体と低屈折率誘電体を、反射させたい波長の関数として与えられる厚さで積層させると、その波長に対する反射率が上昇することが知られており、積層させる層数を多くすることにより反射率を高くすることができ、ほぼ１００％の反射率を得ることができる。
【００１７】
このように、反射率が高いため、例えば撮影に必要な照明の消費電力を低減することができ、さらに照明用の電球の寿命を大幅に伸ばすことができる。このため、環境への影響を小さくすることができる。また、カメラのアイリスを絞ることができるため、被写界深度を深く取ることができてピントを合わせ易くなる。
【００１８】
また、基板の表面に誘電体多層膜を設けた反射鏡は、原子力発電所における冷却水に浸漬しても誘電体多層膜が腐食しない。従って、非常に長期間高反射率を維持することが可能となり、従来にない高性能の反射鏡となる。このため、従来は１５０日間程度経過した時点で交換する必要があったが、本発明の反射鏡においてはさらに長期間交換する必要がなくなる。
【００１９】
また、コーキング材を用いて保護する必要がないため、反射鏡枠を繰り返して使用することが可能である。そして、前記したように交換の頻度を少なくできる上に、反射鏡枠を繰り返して使用することができるため、放射性廃棄物を大幅に低減することができる。この結果環境への影響を小さくできる。また、従来の反射鏡から保護層やコーキング材等の余分な部材を省略できるため、小型、軽量であり水中での移動や角度の変更を容易に行うことができる。
【００２０】
上記の如く、本発明の誘電体多層膜反射鏡は、反射率が高く、耐食性に優れるため長期間使用することができ、環境への影響が小さいという大きな利点を有する。それにも拘らず、今まで燃料集合体の外観検査装置用反射鏡として本発明の誘電体多層膜反射鏡が用いられることがなかった。この理由は主に以下の３つの点にあると考えられる。
【００２１】
１番目の理由は、これまで燃料集合体の外観検査装置用反射鏡として金属を用いるという固定的な観念があったことである。このため、従来の多くの改良発明は、金属を用いた反射鏡の反射率を如何にすれば高めることができるか、如何にすれば腐食を防止することができるかという点にしか着眼していなかった。従ってこのような状況の中では例えば如何にすれば光沢のある平滑な金属を作製することができるかという方向で開発されていたため、誘電体のような酸化物を用いる発想は出てくる余地がなかった。
【００２２】
２番目の理由は誘電体多層膜を用いた反射鏡自体は特開平９−２２２５０７号公報、特開２００２−１８０２０２号公報等により知られているが、従来は電子機器等への利用が中心であり、反射率を高めることに開発の主眼が置かれていた。そして、誘電体多層膜は、耐食性に優れているため、耐食性が問題にされたり、話題にされることはなかった。
【００２３】
３番目の理由は、誘電体多層膜反射鏡は、高価ではあるが反射率が高いため、電子機器等のレーザ反射鏡等に用いられていた。一方、逆に反射率が高いにも拘らず高価であるために用途が限定されていた。このため、燃料集合体の外観検査装置用反射鏡に使用するという考えは出て来なかった。
【００２４】
以上のため、燃料集合体の外観検査装置用反射鏡に誘電体多層膜反射鏡を適用することは永年考えられなかった。
【００２５】
しかし、本発明者は既成概念に捉われずに研究した結果、本発明を完成した。そして、その結果本発明による誘電体多層膜反射鏡は、冷却水中で用いた場合においても極めて長期間使用することができ、その結果、誘電体多層膜反射鏡自体は高価ではあるが、交換の頻度を格段に少なくすることができ、結果的に経済的にも有利であることが分かった。
【００２６】
本発明においては、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層を、種々の誘電体の組み合わせの中から選択することができる。このため、反射鏡が使用される冷却水の成分等冷却水の性質に適合した高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層の組み合わせを選択し、従来以上に多くの組み合わせの中から個々の冷却水に最適の反射鏡とすることができ、最適化が従来より容易にできる。
【００２７】
なお、本発明における高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層の区分は屈折率の絶対的な値によって行われるのではなく、誘電体多層膜を構成する誘電体の屈折率の相対的高低によって区分される。また、少ない層数で高い反射率を得るために、前記誘電体多層膜は、高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層が交互に積層された多層膜であり、高屈折率誘電体と低屈折率誘電体の屈折率の差が大きいことが好ましい。高屈折率誘電体としては、例えばＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５製の誘電体層を、低屈折率誘電体としては、例えばＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３製の誘電体層を好適に用いることができる。
【００２８】
なお、層の厚さは反射させようとする光の波長に基づいて公知の方法に従って決定され、また高屈折率誘電体と低屈折率誘電体の組み合わせや積層させる層数は、十分な反射率が得られるように適宜決定される。
【００２９】
前記誘電体多層膜の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等の物理的コーティング方法あるいはＣＶＤ法、有機溶液からの薄膜形成法等のコーティング方法が挙げられる。
【００３０】
なお、誘電体多層膜は面精度が良いため、表面鏡としても精度の良い反射鏡を作製することができる。このため、基板としてガラス以外に例えばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック材料を好適に用いることができる。
【００３１】
請求項２の発明は、
前記基板が、ガラス製の透明基板であることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の外観検査装置用反射鏡である。
【００３２】
誘電体多層膜は特にガラスとの密着性に優れる。具体的にはガラス基板上に誘電体多層膜を形成した反射鏡は、サーマルショックを受けても反射膜の剥離が発生せず、反射膜と基板との密着性において特に優れている。このため、請求項２に記載の発明においては、ガラス基板が損傷しない限り交換の必要がなく、極めて長期間使用可能な外観検査装置用反射鏡を提供することができる。
【００３３】
また、請求項２に係る反射鏡は、基板にガラス基板を用いているため、裏面鏡として好適である。なお、ガラス基板には、従来の燃料集合体の外観検査装置に用いられる放射線で着色しないガラスを好適に使用することが好ましい。
【００３４】
請求項３の記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載の燃料集合体の外観検査装置用反射鏡を備えていることを特徴とする燃料集合体の外観検査装置である。
【００３５】
請求項３に記載の発明においては、反射率が高い反射鏡を備えているため、照明用の消費電力等を節約できて環境への影響が小さく、撮影時にピントを合わせ易く、検査に必要な時間を低減させることができる燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。また、長期間反射鏡を交換する必要がないため、保守費用が少なくて済み、一層環境への影響が小さい燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、反射率が高く、放射線に曝され冷却水中という非常に厳しい条件下においても腐食することがなく、長期間使用できる反射鏡を提供することができる。また、検査に必要な時間を低減することができ、保守費用が少なく、かつ環境への影響が小さい燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００３８】
（本発明に係る燃料集合体の外観検査装置用反射鏡の構成）
初めに本発明に係る燃料集合体の外観検査装置用反射鏡の構成を説明する。図１は本発明に係る反射鏡の構成の一例を示す断面図である。図１においてガラス基板２の一方の面（図では下側の面）に誘電体多層膜３が例えば蒸着によって形成されている。図１の下図は上図の左下の○で囲んだ部分の拡大断面図である。ガラス基板２の下側の面に高屈折率誘電体層４が蒸着により形成され、その下に低屈折率誘電体層５が蒸着により形成される。さらに高屈折率誘電体層４と低屈折率誘電体層５が交互に蒸着により形成されている。この例では１１層の誘電体層が積層された誘電体多層膜３となっている。
【００３９】
なお、図１に示した反射鏡は、表面鏡（反射膜３に光を入射させる）としても、あるいは裏面鏡（ガラス基板２に光を入射させる）としても使用することができる。また、図２に示したように、反射鏡１は４５度傾斜した状態で冷却水中にセットされ、燃料集合体の側面からの光を撮影装置である水中テレビカメラに向けて反射する。
【００４０】
また、前記反射膜３の高屈折率誘電体層４と低屈折率誘電体層５のそれぞれの層の厚さは、可視光（波長が約４００〜８００ｎｍ）の中心波長、約６００ｎｍに基づいて公知の方法により決定される。さらに、高屈折率誘電体層４と低屈折率誘電体層５の層数は、両層の材質の組み合わせの下に、十分に高い反射率が得られるように決定される。また、より高い反射率が得られるよう、ガラス基板２の表面には高屈折率誘電体層を設けることが好ましい。
【００４１】
以下実施例にてさらに詳しく本発明を説明する。
（実施例）
本実施例は、ガラス基板にＮｂ２Ｏ５製の高屈折率誘電体層と、ＳｉＯ２製の低屈折率誘電体層を交互に積層した外観検査装置用反射鏡の例である。
【００４２】
イ．反射鏡の作製
１０〜１５ｍｍ程度の厚さのガラス基板に光学的膜厚さで約１５０ｎｍ厚のＮｂ２Ｏ５系の高屈折率誘電体層を蒸着し、次に光学的膜厚さで約１５０ｎｍ厚のＳｉＯ２系の低屈折率誘電体層を蒸着し、以下交互に高屈折率誘電体層と低屈折率誘電体層を蒸着し、最後に高屈折率誘電体層を蒸着し、誘電体多層膜を形成した。
【００４３】
ロ．反射率と耐食性
作製した反射鏡の作製して間もない未使用の時の反射率とホウ酸水中に放置した後の反射率を測定した。また、ホウ酸水中に放置後、目視により反射膜の腐食の発生の状況を調べた。その結果、この反射鏡の未使用時点における反射率は、６００ｎｍの波長の可視光においてほぼ１００％であった。また、この反射鏡を燃料集合体が収容された加圧水型原子炉の冷却水（ホウ酸を数１００ｐｐｍ含有）中に約１５０日間静置した後においても反射膜に変色や腐食の発生が全く認められなかった。
【００４４】
ハ．反射膜と基板との密着性（サーマルショック試験）
作製した反射鏡を氷水に１分間と９０℃の熱湯に１分間交互に５０回繰り返し浸漬したが反射膜と基板との間に剥離は発生しなかった。
【００４５】
上記の結果から、本実施例に係る反射鏡は、可視光の反射率が非常に高く、耐食性にも優れ、ホウ酸が含有された冷却水中という厳しい条件下においても長期間使用することが可能となり、冷却水中で用いられる反射鏡としては従来にない優れた反射鏡であることが分かる。また、従来は１５０日程度経過すれば反射鏡を交換していたが、本実施例に係る反射鏡においては、実質的にガラス基板に損傷が発生しない限り交換する必要がなくなることが分かる。
【００４６】
（比較例）
本比較例はアルミニウム製の反射膜を用いた反射鏡の例である。
図５に示すように、１０〜１５ｍｍの厚さのガラス基板４２上にアルミニウムを数μｍ蒸着したアルミニウム製反射膜４４上に、ＳｉＯ２の保護膜４５を蒸着して反射部４３を構成し反射鏡（裏面鏡）４１を作製した。作製した反射鏡４１を図６に示すように反射鏡枠４６に入れ、反射鏡４１の周縁部と反射鏡枠４６の間にパテ状のエポキシ樹脂コーキング材４７を充填して防水処理を行った。この反射鏡を燃料集合体が収容された加圧水型原子炉の冷却水中に１５０日程度静置した後目視検査を行ったところ、コーキング材が劣化し、アルミニウム製反射膜に腐食が発生していた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置用反射鏡の断面図である。
【図２】燃料集合体の外観検査における撮像方法を説明する説明図である。
【図３】裏面鏡の反射機構を説明する反射鏡の断面図である。
【図４】加圧水型原子炉で使用される燃料集合体の一例を示す側面図である。
【図５】従来のアルミニウム製反射膜を有する反射鏡の断面図である。
【図６】コーキングを用いて防水処理された従来の反射鏡の断面図である。
【図７】従来のステンレス光学研磨面を有する反射鏡の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１、４１、５１    反射鏡
２、４２          ガラス基板
３                誘電体多層膜
４                高屈折率誘電体層
５                低屈折率誘電体層
６                水中テレビカメラ
７                燃料集合体
３１              燃料棒
３２              シンブル管
３３              支持格子
４３              反射部
４４              アルミニウム製反射膜
４５              保護膜
４６              反射鏡枠
４７              コーキング材
５２              ステンレス板
５３              光学研磨面
【図１】
2010122094.tif 000003
【図２】
2010122094.tif 000004
【図３】
2010122094.tif 000005
【図４】
2010122094.tif 000006
【図５】
2010122094.tif 000007
【図６】
2010122094.tif 000008
【図７】
2010122094.tif 000009