(57)【要約】【課題】燃料棒の表面状態に拘わらず破損燃料棒を同定できる破損燃料棒の同定方法を提供する。【解決手段】複数の燃料棒について、第１回目表面エコー以降で第２回目表面エコー以降のエコーと重ならない底面エコーであって、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーの波高値と燃料棒数の分布を実測し、その度数分布を画定する工程と、該度数分布の中央値から、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの対応する波高値を算出し、該中央値に対して健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用して破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出する工程と、検査対象の燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値を測定し、破損燃料棒波高値範囲とを比較して、破損燃料棒を同定する工程とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料棒について、第１回目表面エコー以降の底面エコーであって第２回目表面エコー以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーの波高値と燃料棒数の分布を実測する工程と、
健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定する工程と、
健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布の中央値から、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの対応する波高値を算出し、該中央値に対して健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用して破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出する工程と、
検査対象の燃料棒に対して超音波照射を行い、第ｎ回目底面エコーの波高値を測定する工程と、
検査対象燃料棒の第ｎ回目エコーの波高値と破損燃料棒波高値範囲とを比較して、破損燃料棒を同定する工程と、を有することを特徴とする燃料棒破損同定方法。
【請求項２】
前記複数の燃料棒について第ｎ回目底面エコーの波高値と燃料棒数の分布を実測する工程において、燃料棒の軸方向下部の部分を測定することを特徴とする請求項１記載の燃料棒破損同定方法。
【請求項３】
燃料棒の列の間の隙間よりわずかに小さい外径または肉厚を有し、少なくとも隣り合う２つの燃料棒にまたがる長さを有する先端部を有する超音波プローブであって、
先端から所定の距離の部分に傾斜面を有する凹部を有し、該凹部の傾斜面に、超音波が該超音波プローブの長手方向の軸に対して所定の角度をなして発射されるように、超音波振動子が取り付けられている、ことを特徴とする破損燃料棒同定用超音波プローブ。
【請求項４】
前記超音波振動子は、超音波が前記凹所の傾斜面に対して垂直に発射されるように、前記凹所に取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の破損燃料棒同定用超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破損した照射燃料集合体の中から、浸水した破損燃料棒を特定するための破損燃料棒同定方法と燃料棒破損同定用の検査プローブに関する。
【０００２】
特に、本発明は、底面エコーの波高値にばらつきがある燃料棒の中から、破損燃料棒を同定することができる破損燃料棒同定方法と燃料棒破損同定用の検査プローブに関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料棒は、被覆管内部にヘリウム等の気体とともにペレットが封入され、核分裂が進むと、核分裂生成物ガスを生じる。燃料棒の被覆管は、核分裂した核燃料ペレットと核分裂生成物ガスとを封じ込め、核分裂生成物が冷却材に漏れるのを防止する。
【０００４】
しかし、燃料棒の被覆管は、原子炉中の環境下で、応力、腐食などの影響やそれらの複合作用で被覆管が破損し、内部に冷却材の水が進入することがあり得る。
【０００５】
破損燃料棒の同定方法として、超音波のパルス反射を使用した水浸法が、特公平５−８４４７５号公報等により、提案されている。
【０００６】
特公平５−８４４７５号公報に記載された技術は、超音波振動子から被覆管の管壁に向かって超音波を照射し、被覆管の管壁の肉厚に入った超音波が被覆管の管壁の表面と底面の間で往復しながら、内部が浸水している破損燃料棒の場合には水にエネルギーが奪われ、内部に浸水していない健全燃料棒に比して速く超音波の音圧が弱まる現象を利用している。
【０００７】
被覆管の管壁の表面と底面の間で往復する超音波は、被覆管の管壁の表面に到達したときに、一部の超音波の音圧の一部が外部出て、オシロスコープによって記録することができる。
【０００８】
内部が浸水している破損燃料棒の場合には、被覆管の管壁の底面で超音波の音圧が水に散乱するため、被覆管の管壁の表面から出た超音波の音圧は速く減衰する。
【０００９】
特公平５−８４４７５号公報の技術は、オシロスコープに記録する時間帯を「時間窓」という概念でとらえ、超音波を発射した当初のある第１の時間窓と、該第１の時間窓から所定時間遅れた第２の時間窓を用意し、第２の時間窓には、一定のエコー高さ（音圧）を超えるエコーのみを記録するようにしている。
【００１０】
上述したように、内部が浸水している破損燃料棒の場合には水にエネルギーが奪われ、内部に浸水していない健全燃料棒に比して速くエコーの音圧が弱まるため、浸水した破損燃料棒のエコーであって、超音波の発射時点から所定時間経過したエコーは、第２の時間窓に記録されない可能性が高い。
【００１１】
特公平５−８４４７５号公報の技術は、検査対象の燃料棒の第１の時間窓に記録されたエコーと、第２の時間窓に記録されたエコーとを比較し、第１の時間窓にエコーが記録されているが、対応する時間に第２の時間窓にエコーが記録されていない燃料棒を、浸水した破損燃料棒と判定している。
【特許文献１】特公平５-８４４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上記の従来の方法では、第２の時間窓に「一定のエコー高さを超えるエコー」のみを記録し、第２の時間窓にエコーを記録できなかった燃料棒を浸水した破損燃料棒と同定するようにしているが、燃料棒のエコー高さは燃料棒の表面状態によって影響され、原子炉中に装荷されている燃料棒の表面状態は区々で、健全燃料棒であってもエコー高さが区々である。
【００１３】
このため、「一定のエコー高さを超えるエコー」という基準では、浸水した燃料棒と浸水していない燃料棒を正確に区別できないことがある。
【００１４】
すなわち、一般に、燃料体の燃料棒において、原子炉で照射された燃料棒の被覆管表面は凹凸が生じ、滑らかとは限らない。また、被覆管表面の酸化物の厚さは区々である。同じ原子炉の燃料棒の中でも、上記被覆管の表面の状態は全燃料棒について均一ではなく、また、同一の燃料棒でも場所によって区々である。
【００１５】
一方、超音波ビームは、被覆管表面の状態によって散乱する。被覆管表面に凹凸が生じている場合には、入射した超音波ビームの一部が凹凸部で散乱し、被覆管肉厚に入射するビームのエコー高さが低くなる。また、被覆管肉厚に入射した超音波ビームが被覆管の管壁の底面で反射して戻ってきた時に、被覆管表面で散乱されるために底面エコーはさらに低くなる。
【００１６】
このため、第２の時間窓に「一定のエコー高さを超える」エコーのみを記録するようにすると、浸水が原因で生じるエコー高さの減衰のみならず、表面の散乱が原因で生じるエコー高さの減衰も混在し、内部浸水によるエコー高さの減衰か、表面の散乱による減衰かの判断ができない状況になる。
【００１７】
つまり、健全な燃料棒（浸水を生じていない燃料棒）であっても、エコー高さは一定のばらつきを有している。同様に、破損して浸水した燃料棒のエコー高さも区々である。このため、一定のエコー高さをもって破損した燃料棒と判定することは困難なのである。
【００１８】
そこで、本願発明が解決しようとする一つの課題は、超音波のパルス反射による水浸法において、原子炉で使用されている燃料棒の中から、確実に破損燃料棒を同定できる破損燃料棒の同定方法を提供することにある。
【００１９】
また、近年、燃料体の新たな開発に伴って、新しい燃料体は、燃料棒がより細く、燃料棒間隔がより狭くなる傾向になっている。
【００２０】
これに対して、特公平５-８４４７５号公報で開示された検査プローブを含む従来の検査プローブは、燃料体への挿入方向に直角方向に、すなわち、燃料棒の配列の方向に直角の方向に、超音波ビームを発射させる。
【００２１】
しかし、燃料棒間隔が狭い最近の燃料体においては、被覆管外表面と振動子間の距離が小さくなっているため、第１回目の被覆管表面からのエコー（これを「表面エコー」という）と第２回目の被覆管表面からのエコーの間の時間間隔が小さくなる。
【００２２】
特公平５-８４４７５号公報に示された方法のように、第１回目の表面エコーとそれに続く被覆管の管壁の底面で反射されたエコー（これを「底面エコー」という）を記録する第１の時間窓からある時間遅れで被覆管内面の底面エコーを記録するようにすると、第１回目の被覆管表面エコーの直後に第２回目の被覆管表面エコーとそれに続く底面エコーが受信されるため、第１回目の表面エコーに続く底面エコーが、第２回目以降の表面エコーと底面エコーと重なってしまい、エコー高さが正確に確認できず、エコー高さを評価することができない事象が生じてしまう。
【００２３】
そこで、本願発明が解決しようとするもう一つの課題は、燃料棒間隔が狭い燃料体の燃料棒に対して、第１回目の表面エコーとそれに続く底面エコーと第２回目の表面エコーとそれに続く底面エコーとを、十分に分離可能な燃料棒破損同定用検査プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明による燃料棒破損同定方法は、
複数の燃料棒について、第１回目表面エコー以降の底面エコーであって第２回目表面エコー以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーの波高値と燃料棒数の分布を実測する工程と、
健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定する工程と、
健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布の中央値から、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの対応する波高値を算出し、該中央値に対して健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用して破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出する工程と、
検査対象の燃料棒に対して超音波照射を行い、第ｎ回目底面エコーの波高値を測定する工程と、
検査対象燃料棒の第ｎ回目エコーの波高値と破損燃料棒波高値範囲とを比較して、破損燃料棒を同定する工程と、を有することを特徴とする。
【００２５】
前記複数の燃料棒について第ｎ回目底面エコーの波高値と燃料棒数の分布を実測する工程において、燃料棒の軸方向下部の部分を測定することが好ましい。
【００２６】
本発明による破損燃料棒同定用超音波プローブは、
燃料棒の列の間の隙間よりわずかに小さい外径または肉厚を有し、少なくとも隣り合う２つの燃料棒にまたがる長さを有する先端部を有する超音波プローブであって、
先端から所定の距離の部分に傾斜面を有する凹部を有し、該凹部の傾斜面に、超音波が該超音波プローブの長手方向の軸に対して所定の角度をなして発射されるように、超音波振動子が取り付けられている、ことを特徴とする。
【００２７】
前記超音波振動子は、超音波が前記凹所の傾斜面に対して垂直に発射されるように、前記凹所に取り付けられているようにすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明による燃料棒破損同定方法は、健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を実測によって画定し、該健全燃料棒の底面エコー波高値の度数分布の中央値から、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの対応する波高値を算出し、該中央値に対して健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用して破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出する。
【００２９】
上記健全燃料棒の底面エコー波高値の度数分布と、破損燃料棒の底面エコー波高値の度数分布が、互いに十分に分離するような第ｎ回目底面エコーを使用する。
【００３０】
本発明によれば、健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値は、表面状態によってばらつきを有するが一つのまとまりを有する集合を形成し、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の集合と十分に分離される。
【００３１】
これにより、検査対象の燃料棒の表面状態の影響を受けずに、浸水していない健全燃料棒と浸水した破損燃料棒を区別することができ、破損燃料棒を同定することが出来る。
【００３２】
本発明による破損燃料棒同定用超音波プローブは、先端から所定の距離の部分に傾斜面を有する凹部を有し、該凹部の傾斜面に、超音波が該超音波プローブの長手方向の軸に対して所定の角度をなして発射されるように、超音波振動子が取り付けられている。
【００３３】
これにより、燃料棒のもっとも狭い間隙を有する部分に超音波振動子を入れずに、燃料棒に超音波を照射することができる。
【００３４】
従来の超音波プローブは、燃料棒のもっとも狭い間隙の間に、超音波振動子や超音波プローブの一部の構造部材を入れ込むため、そもそも狭い燃料棒の間の隙間の一部が超音波プローブの構造部材と超音波振動子の厚さにとられ、超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離はきわめて小さい。
【００３５】
このため、超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離で見ると、本発明による破損燃料棒同定用超音波プローブの超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離は、比率として、従来の破損燃料棒同定用超音波プローブの超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離の数倍以上を容易に達成することができる。
【００３６】
このことは、第２回目の表面エコーが到達する前の第１回目の表面エコーに続く底面エコーの反射回数を飛躍的に多くすることでき、第ｎ回目の底面エコーのエコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒に大きな相違をもたらすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に、本発明のパルス反射による水浸法による燃料棒破損同定方法の一実施形態について以下に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の燃料棒破損同定方法の一実施形態のフローチャートを示している。
【００３９】
本発明による燃料棒破損同定方法のフローチャートを説明する前に、本発明の方法による破損燃料棒を同定する原理を、図２，３，４を用いて説明する。
【００４０】
図２（ａ），２（ｂ）はそれぞれ、燃料棒の内部が気体である場合と、燃料棒の内部が浸水している場合の超音波エコーの様子を比較して示している。図３は、図２（ａ）の燃料棒に超音波を照射して得られるオシロスコープ画面上のエコーを示している。
【００４１】
図２（ａ），２（ｂ）において、符号１は、通常は検査プローブに取り付けられる超音波振動子（図２（ｂ）では図示を省略している）を示し、符号２は、燃料棒被覆管の管壁（肉厚部分）を示している。
【００４２】
燃料棒は内部にペレットを収容し、ヘリウム等の気体を封入し、運転中は核分裂を生じる。燃料棒は、健全であれば、上記ヘリウムとともに、核分裂によって生じる核分裂生成物ガスを、被覆管によって封じ込め、核分裂生成物の漏洩を防止する。
【００４３】
しかし、原子炉の作動中に、燃料棒の被覆管は、応力、腐食などの影響やそれらの複合作用で燃料棒が破損して内部に冷却材の水が進入することがあり得る。
【００４４】
図２（ａ）は、燃料棒が健全な場合、すなわち燃料棒の内部に気体が封じ込められている場合の被覆管の管壁２の一部を示す。一方、図２（ｂ）は、燃料棒が破損した場合、すなわち燃料棒の内壁に水滴の付着や内部が水で満たされている場合の被覆管の管壁２の一部を示している。
【００４５】
図２（ａ）のように、健全な燃料棒の被覆管に超音波ビームを照射すると、超音波ビームは超音波振動子１から燃料棒の被覆管に向かって進み、被覆管の管壁２に到達すると、超音波の一部が被覆管の表面で反射し、第１回目表面エコー３としてオシロスコープに記録される。
【００４６】
最初に被覆管の管壁２に到達した超音波の残りの部分は、被覆管の管壁２の肉厚に入り、管壁の底面に到達してそこで反射する。
【００４７】
燃料棒の内部が気体で満たされている場合、管壁の底面で超音波はほぼ１００％反射するため、最初に被覆管の管壁２の肉厚に入った超音波の音圧を１００％とすると、管壁の底面で反射した超音波の音圧は１００％で戻ってくる。この戻りの超音波は、被覆管の管壁２の表面に到達したところで、一部が第１回目底面エコー４のように外部に出て、一部が再び管壁の底面に向かって進む。
【００４８】
管壁の肉厚中で底面に向かった超音波は、以降、被覆管の管壁の底面と表面の間を往復し、被覆管の管壁の表面に到達したときに、音圧の一部が、第２回目底面エコー、第３回目底面エコー、第４回目底面エコー（５）、・・・というように外部に出て行く。
【００４９】
一方、被覆管の管壁２の肉厚に入らずに、最初に管壁の表面で反射した第１回目表面エコー（３）は、超音波振動子１に向かい、超音波振動子１で反射され、再び被覆管の管壁２に向かう。被覆管の管壁２の表面に到達した前記超音波は、一部が被覆管の表面で反射して、第２回目表面エコー（６）としてオシロスコープに記録される。被覆管の管壁２の表面で反射されなかった超音波の一部は、被覆管の管壁２の肉厚に入り、管壁の表面と底面の間を往復する。この第２回目に被覆管の管壁２の肉厚に入った超音波も、被覆管の管壁の底面と表面の間を往復し、被覆管の管壁の表面に到達したときに、超音波の一部が底面エコーとして外部に出る。
【００５０】
ところで、一般に、被覆管内面での境界面での超音波ビームの反射は、
音圧反射率  ｒ＝（Z2−Z1）／（Z2＋Z1）
で表すことができる。
【００５１】
Z1は音波の伝播物質であるジルカロイの音響インピーダンスで、３１．８×１０６ Kg/m2・Sである。気体の音響インピーダンスZ2は０．０００４×１０６ Kg/m2・Sである。これから音圧反射率を計算すると９９．９９７％になり、燃料棒内部が気体の場合にはほぼ１００％反射することがわかる。
【００５２】
一方、水の音響インピーダンスは１．４８×１０６ Kg/m2・Sであるために、Z2に水の音響インピーダンスの値を入れて音圧反射率を計算すると、９１．１％になる。すなわち、燃料棒内部が水の場合には、超音波の音圧の約９％ほどが水側に入っていく。
【００５３】
上記音圧の反射率の計算を繰り返すことにより、図２（ａ）のように内部に気体が封入されている健全な燃料棒の場合、最初に被覆管の肉厚に入った超音波の音圧を１００％とすると、第１回目底面エコー（４）は８．９％、第２回目底面エコー５は８．１％、第３回目底面エコー５は７．４％、第４回目底面エコー（５）は６．７％となる。
【００５４】
一方、図２（ｂ）のように内部に水が入り込んだ破損燃料棒の場合、管壁底面で音圧の約９％ほどが水側に入っていくため、最初に被覆管の肉厚に入った超音波の音圧を１００％とすると、第１回目底面エコーは８．１％、第２回目底面エコーは６．７％、第３回目底面エコーは５．６％、第４回目底面エコー（７）は４．６％となる。
【００５５】
健全燃料棒と破損燃料棒の同じ反射回数の底面エコーの音圧を比較すると、燃料棒内部に水が存在する場合には、燃料棒内部が気体に比べエコー高さが低くなり、第４回目底面エコー同士の音圧の比率は、破損燃料棒のエコー高さ値は健全燃料棒のそれの約７０％（４．６／６．７≒７０％）になる。
【００５６】
この値は第４回目底面エコーの場合であるが、反射の回数を増やすほど差は広がることになる。
【００５７】
図３は、図２（ａ）の条件下でのオシロスコープ画面のエコーを示している。
【００５８】
図３に示すように、最初に第１回目表面エコー（３）が検知され、続いて漸次減衰する第１回目底面エコー（４）、第２回目底面エコー、第３回目底面エコー、第４回目底面エコー（５）、第５回目底面エコー、第６回目底面エコー、・・・が検知される。
【００５９】
図の例では、第５回目底面エコーと第６回目底面エコーの間に、第２回目表面エコー（６）が検知されている。
【００６０】
第２回目表面エコー（６）に続いて、第２回目に被覆管の肉厚に入った超音波による漸次減衰する第１回目底面エコー、第２回目底面エコー、第３回目底面エコー、第４回目底面エコー、第５回目底面エコーが検知されている。
【００６１】
グラフの右端には第３回目の表面エコーが記録されている。
【００６２】
図３では、エコーは縦線で細く描かれているが、実際は時間軸方向にも幅がある。図３のオシロスコープでは、第５回目底面エコー以降の底面エコーは、第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重なってしまい、エコー高さを測定することは実際には困難な状況になる。
【００６３】
本発明においては、エコー高さによって破損燃料棒を同定するために、第１回目表面エコー（３）以降の底面エコーで、第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーを使用して破損燃料棒を同定する。ｎは、上記条件を満たす反射回数である。「第２回目表面エコー（６）以降のエコー」は、第２回目表面エコー以降の表面エコーおよび底面エコーのすべてが含まれる。
【００６４】
図３の例では、上記第ｎ回目の底面エコーは第４回目底面エコー（５）にしているが、本発明は、第４回目底面エコーに限られず、第２回目表面エコー（６）と重ならない限り、任意の反射回数の第ｎ回目底面エコーを使用して破損燃料棒を同定してよい。
【００６５】
ところで、同じ健全な範疇の燃料棒といっても、第ｎ回目の底面エコー高の値は、被覆管の管壁２の表面状態によりばらつきがある。従来の方法では、第ｎ回目の底面エコー高さ値の相対的でない大きさによって破損燃料棒を同定していたが（特公平５-８４４７５号公報）、上述したように第ｎ回目の底面エコー高さ値はばらつくため、一定の値以下のエコー高を示す燃料棒を破損燃料棒と一概に断定することはできない。
【００６６】
そこで、本発明は以下のようにして、燃料棒の表面状態のばらつきを許容しつつ、健全な燃料棒と破損した燃料棒を正確に区分できるようにしている。
【００６７】
図４は、第４回目底面エコー（５）のみに注目し、照射された健全な燃料体の複数の燃料棒の第４回目底面エコー（５）を実測したものである。
【００６８】
測定は、気体が内蔵された未照射被覆管のエコー高さをオシロスコープの７０％の高さに合わせた後に、照射された健全な燃料体の燃料棒について行ったものである。
【００６９】
横軸に示す値であるエコー高さ値は、オシロスコープの縦軸を１００とした際のエコーのピーク頂点の高さであり、２目盛間隔に分割したものである。縦軸はそのエコー高さ範囲にあった燃料棒の数を表している。
【００７０】
図４より、照射された健全な燃料体の燃料棒の第４回目底面エコー（５）のエコー高さ値の燃料棒本数の分布は、正規分布８になっていることがわかる。なお、図４は各燃料棒で数点ずつ測定箇所を変え、その中で最もエコー高さの高い値をその燃料棒のエコー高さとして表している。
【００７１】
燃料体中の全ての燃料棒でエコー高さの測定を行えば、浸水した破損燃料棒も入った状態であるが、数多くの燃料棒についてエコー高さを測定すれば、健全燃料棒の正規分布８を得ることができる。
【００７２】
音圧反射率の計算から、浸水した破損燃料棒の第４回目底面エコー（５）のエコー高さは、健全燃料棒の第４回目底面エコー（５）に比して、約３０％エコー高さが減じることが分かっている。したがって、浸水した破損燃料棒の場合は、図４の棒グラフの中央値から３０％減じた値を中心とした破線で示す破損燃料棒の正規分布９に入ることになる。
【００７３】
この破損燃料棒の正規分布９の横軸範囲にエコー高さの燃料棒があれば、その燃料棒が浸水していることになる。
【００７４】
２つの正規分布が重ならない場合は、燃料棒の底面エコーのエコー高さ値の測定によって破損燃料棒を同定することができる。図４は重なっていないが、これは第４回目底面エコー（５）が浸水した破損燃料棒であれば健全燃料棒のそれに比して３０％ほどエコー高さが減衰することによる。より高次の反射回数の底面エコーであれば、さらに健全燃料棒の正規分布と破損燃料棒の正規分布は分離する。図４で示す燃料体の正規分布８は比較的分散が少ない燃料体であるが、底面エコーの反射回数が４回未満である場合には２つ正規分布が重なる可能性があるため、浸水によるエコー高さの減衰が３０％以上になることが好ましい。図４のケースでは底面エコーの反射回数が４回以上必要であるが、燃料体の正規分布８の分散がより少ない燃料体であれば、底面エコーが４回未満でも、健全燃料棒と浸水した破損燃料棒を区別可能なこともある。
【００７５】
上記方法で浸水したと疑われた燃料棒を確実に破損燃料棒と同定するには、疑わしき燃料棒からできる限りの測定箇所の異なるデータを数多く採取し、その燃料棒の中で最も高いエコーを示す波高値においても、上記の健全燃料棒の度数分布から明らかに外れることで浸水燃料棒と同定することが可能となる。また、測定対象の底面エコー回数を決めるために、図４では正規分布であることを強調したが、実際の測定では必ずしも図４のようなきれいな分布になるとは限らない。しかし、健全燃料棒の分布とは明らかに異なり、そのエコー波高値が浸水による影響で下がったことが判明すれば、浸水燃料棒であり破損していると同定することが可能である。
【００７６】
なお、本測定方法は、健全燃料棒の波高値分布が正規分布等のように、まとまりを有する度数分布になっている必要があるため、表面の凹凸が少なく、かつ、水が貯まる燃料棒下部で測定を行うことが好ましい。
【００７７】
以上に本発明の燃料棒破損同定方法の原理を説明したが、具体的な測定について図１に戻って以下に説明する。
【００７８】
図１に示すように、本発明の燃料棒破損同定方法を行うには、健全燃料棒の波高値の度数分布（正規分布８）を得るために、可能な限り多くの照射された健全燃料体の燃料棒について、第１回目表面エコー（３）以降の底面エコーであって第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーの波高値（エコー高さ値）を実測する（ステップ１００）。
【００７９】
ここで、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有するとは、健全燃料棒のエコー高さ値の度数分布と破損燃料棒のエコー高さ値の度数分布が、互いに分離可能な程度のエコー高さ値の差である。この差は、度数分布のばらつきにより、必要な差の大きさが変化するため、実測結果に応じて適宜反射回数を設定する。
【００８０】
底面エコーの反射回数は、経験により、予め所定回数の第ｎ回目の底面エコーの波高値を測定するように定めておくことが可能である。
【００８１】
経験によって測定すべき底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）が既知の場合は、多数の健全燃料棒について、第ｎ回目底面エコーの波高値を実測し、直ちに健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定することができる（ステップ１１０）。
【００８２】
次に、上記健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布（通常は正規分布）の中央値から、計算により、破損燃料棒のエコー高さ値の度数分布の中央値を算出し、健全燃料棒のエコー高さ値の度数分布と同様の度数分布を適用して破損燃料棒の波高値範囲を決定する（ステップ１２０）。
【００８３】
測定すべき底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）が未知の場合は、以下のようにして、健全燃料棒の度数分布と、測定すべき反射回数の底面エコーの波高値と、破損燃料棒の度数分布とを決定する。
【００８４】
すなわち、健全燃料体の燃料棒について所定の反射回数ｋの底面エコーの波高値を実測し、その場合の度数分布を画定し、次に計算によって浸水した燃料棒における第ｋ回目の底面エコーの減衰率を算出し、前記実測して得られた健全燃料棒の度数分布の中央値に前記第ｋ回目の底面エコーの減衰率を乗じて破損燃料棒の度数分布の中央値を算出し、前記中央値に健全燃料棒の第ｋ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用することにより、破損燃料棒の度数分布を画定し、健全燃料棒の度数分布と重ならないかを確認する。
【００８５】
もし破損燃料棒の度数分布と健全燃料棒の度数分布が重なるようなら、健全燃料棒の第（ｋ＋１）回目の底面エコーの波高値を実測し、同様にして、破損燃料棒の度数分布を求め、健全燃料棒の度数分布と破損燃料棒の度数分布が重ならないかを確認する。以上の測定と計算を繰り返し、健全燃料棒の度数分布と破損燃料棒の度数分布が重ならなくなるまで測定と計算を行い、健全燃料棒の度数分布と破損燃料棒の度数分布が重ならないところの健全燃料棒の度数分布と、破損燃料棒の度数分布と、底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）を決定する。
【００８６】
ただし、上記繰り返しの測定と計算は、測定すべき底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）が経験等により既知の場合は、省略することができる。
【００８７】
次に、検査対象の燃料棒に対して超音波照射を行い、第ｎ回目底面エコーの波高値を測定する（ステップ１３０）。
【００８８】
次に、検査対象の燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値と、前記ステップ１２０で決定した破損燃料棒の波高値範囲とを比較判定する（ステップ１４０）。
【００８９】
その結果、破損燃料棒の波高値範囲内にあれば、破損燃料棒であると同定する（ステップ１５０）。破損燃料棒の波高値範囲外であれば、健全燃料棒と判定する（ステップ１６０）。
【００９０】
測定すべき底面エコーの反射回数が既知の場合には、ステップ１３０の測定を全燃料棒に対して実施し、明らかに健全燃料棒の波高値より低い側に外れている底面エコーを外して１１０ステップ、１２０ステップの度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出することで１４０ステップ以後を実施すれば破損燃料棒を同定することが可能である。
【００９１】
以上が本発明による超音波による燃料棒破損同定方法のフローチャートの説明であったが、次に、燃料棒破損同定に好適な検査プローブについて説明する。
【００９２】
上述したように、本発明の測定に用いる第ｎ回目底面エコーは、第１回目表面エコー（３）以降の底面エコーであって第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する反射回数の底面エコーである。
【００９３】
また、反射回数が高次であればあるほど、健全燃料棒と浸水した破損燃料棒のエコー高さ値に差が生じ、健全燃料棒と破損燃料棒の度数分布の分離が明確になる。
【００９４】
図３に示すように、第１回目表面エコー（３）と第２回目表面エコー（６）の間が開いていればいるほど、高次の反射回数の底面エコーのエコー高さ値を使用でき、健全燃料棒と浸水した破損燃料棒の差が大きくなることが分かる。
【００９５】
上記第１回目表面エコー（３）と第２回目表面エコー（６）の間が開くためには、図２（ａ）から理解できるように、超音波が超音波振動子１と被覆管の管壁２の表面の間を往復する時間が長くなることが必要である。すなわち、超音波振動子１と被覆管の管壁２の表面の間の距離が大きくなることが必要である。
【００９６】
本発明による破損燃料棒同定用の超音波プローブは、燃料棒の間の間隔が小さい最近の燃料体に対しても、十分に超音波振動子１と被覆管の管壁２の表面の間の距離を大きく取ることができるものである。
【００９７】
図５は、本発明による破損燃料棒同定用の超音波プローブの一実施形態の使用状態を示している。
【００９８】
本実施形態による破損燃料棒同定用超音波プローブ１０は、先端部が燃料棒１１の列の間の隙間にぴたり固定されるように、必要により他の部分に比べて膨出した外径（肉厚）を有し、少なくとも隣り合う２つの燃料棒１１にまたがる長さを有している。破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の先端部の外径あるいは肉厚は、燃料棒１１の列の間の隙間より、わずかに小さい。
【００９９】
破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の先端は、燃料棒１１の列の間に挿入しやすいように、挿入を案内可能な傾斜面を有している。
【０１００】
破損燃料棒同定用超音波プローブ１０は、先端から一定の距離の部分に、図５に示すように、傾斜面１２を有する凹部１３が設けられている。
【０１０１】
傾斜面１２には、超音波が破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の長手方向の軸に対して所定の角度をなして発射されるように、超音波振動子１４が取り付けられている。超音波振動子１４は、反射された超音波を受信できるのが好ましい。また、超音波振動子１４は、超音波が傾斜面１２に対して垂直に発射されるように取り付けられているのが好ましい。
【０１０２】
図６は、超音波振動子１４の構造を拡大して示している。
【０１０３】
図６に示すように、破損燃料棒同定用超音波プローブ１０は、通常は本体が金属からなり、傾斜面１２を有するように凹部１３が形成されている。
【０１０４】
傾斜面１２には、セラミックからなる超音波振動子１４が埋設されている。超音波振動子１４の側面および背面には、超音波吸収材１５が設けられている。
【０１０５】
図５に示すように、底面エコーの測定にあたっては、破損燃料棒同定用超音波プローブ１０を燃料棒１１の列の間に燃料棒の列方向と平行に挿入し、超音波振動子１４からの超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう位置で破損燃料棒同定用超音波プローブ１０を固定して底面エコーの測定を行う。
【０１０６】
超音波振動子１４からの超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう超音波プローブ１０の位置は、超音波振動子１４から燃料棒１１に対して超音波ビームを発射しながら超音波プローブ１０を挿入し、オシロスコープでエコーの波高値が最も大きくなる位置である。超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう時に、オシロスコープでエコーの波高値が最大になるからである。
【０１０７】
破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の先端部は、燃料棒１１の列の間の間隙よりわずかに小さい厚さを有しているため、燃料棒１１の列の間の隙間にぴたりと嵌合し、かつ、超音波振動子１４から超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう超音波プローブ１０の位置が前述したようにオシロスコープで正確に特定されるため、測定対象燃料棒１１と超音波振動子１４の位置関係が常に一定になる。すなわち、超音波振動子１４の表面と測定対象燃料棒１１の表面の間の距離が常に正確に一定になる。
【０１０８】
この破損燃料棒同定用超音波プローブ１０によれば、超音波振動子１４と被覆管の表面の間の距離が大幅に長くなる。比較のために、従来の超音波プローブにおける超音波振動子と被覆管の表面の間の距離について説明する。
【０１０９】
図７は、従来の超音波プローブが燃料棒の間に挿入された状態の断面を示している。
【０１１０】
従来の超音波プローブ１５は、超音波振動子１６と燃料棒１７の表面の間の距離を得るために、超音波振動子１６の上下部に凸部１８を設置し、この凸部１８が燃料棒１７と接触することにより、距離を常に一定にするようにしている。
【０１１１】
超音波振動子１６と燃料棒１７の表面の間の距離をできる限り長くするために、従来の超音波プローブ１５では、凸部１８によって従来の超音波プローブ１５を測定対象外の燃料棒１７側（図７における右側）に寄せるとともに、薄い超音波振動子１６を設けている。符号１９は、エネルギーを吸収するダンパーを示している。なお、凸部１８は測定対象燃料棒１７と測定中に接触する必要があることから、燃料棒１７を傷つけずにかつ接触させたままでスライドさせることができるように断面は半円状にしている。
【０１１２】
この従来の超音波プローブ１５では、そもそも狭い燃料棒１７の間の隙間のうち、一部が超音波プローブ１５の本体の厚さや超音波プローブ１５の一部構造部材の厚さにとられ、超音波振動子１６と燃料棒１７の表面の間の距離はきわめて制限されたものとなる。
【０１１３】
これに対して、図５を参照することにより明らかなように、本発明の破損燃料棒同定用超音波プローブ１０によれば、超音波振動子１４と燃料棒１１の表面の間の距離は、燃料棒１１の列間の距離に制限されない。
【０１１４】
このため、超音波振動子１４と燃料棒１１の表面の間の距離は従来の超音波プローブのそれに比して、比率として大幅に長くとれる。
【０１１５】
従来の超音波プローブに比べ、例えば振動子と被覆管表面の間の距離が４倍になれば、最低で２０回以上の肉厚部での反射を繰り返した底面エコーが観察できることになる。
【０１１６】
第２０回目の底面エコーの音圧は、音圧反射率が０．９１を２０乗し、健全燃料棒の第２０回目底面エコーの約１５％の位置に、浸水燃料棒のエコー高さの信号が出現することになる。
【０１１７】
このように、この場合には約８５％も健全燃料棒に比べ低い位置にエコー高さが出ることから、燃料棒の表面状況に差があり、図４に比べてエコー高さの分散が大幅にある燃料体であっても、健全燃料棒と浸水燃料棒が容易に識別できることになる。
【０１１８】
このように、本発明の破損燃料棒同定用超音波プローブ１０によれば、近来の燃料棒間隔が狭い燃料体に対しても、十分に高次の反射回数の底面エコーの波高値によって、表面状態がまちまちで底面エコーの波高値にばらつきがある燃料棒から破損燃料棒を同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の一実施形態による燃料棒破損同定方法のフローチャート。
【図２】健全燃料棒と浸水した破損燃料棒における超音波のエコーの様子を示した説明図。
【図３】健全燃料棒のエコーを記録したオシロスコープ上のエコーを示した説明図。
【図４】健全燃料棒と破損燃料棒の第ｎ回目の底面エコーの波高値と燃料棒本数の度数分布を示したグラフ。
【図５】本発明の一実施形態による破損燃料棒同定用超音波プローブの使用の様子を示した説明図。
【図６】本発明の一実施形態による破損燃料棒同定用超音波プローブの超音波振動子部分を拡大して示した一部断面図。
【図７】従来の超音波プローブの使用の様子を示した一部断面図。
【符号の説明】
【０１２０】
１  超音波振動子
２  被覆管の管壁
３  第１回目の表面エコー
４  健全燃料棒の第１回目底面エコー
５  健全燃料棒の第４回目底面エコー
６  健全燃料棒の第２回目表面エコー
７  破損燃料棒の第４回目底面エコー
８  正規分布
９  正規分布
１０  破損燃料棒同定用超音波プローブ
１１  燃料棒
１２  傾斜面
１３  凹部
１４  超音波振動子
１５  従来の超音波プローブ
１６  超音波振動子
１７  燃料棒
１８  凸部
１９  ダンパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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