(57)【要約】【課題】原子炉炉内機器の中性子照射を受けた材料を評価対象部位、運転期間、試験方法等に対応して、かつ構造材の機能を失わない最小限度の範囲で試験片としてサンプリングし、原子力プラントなどの炉内機器の健全性維持の面から機器の余寿命を実測値に基づいて評価する。【解決手段】劣化度評価のために採取するサンプル採取方法を決定するサンプリング方法決定工程（Ｓ１０１）と、決定されたサンプリング方法により試験片を採取するサンプリング工程（Ｓ１０２）と、採取した試験片を用いて材料試験を行い、得られたデータから対象部位の劣化度を評価する劣化度測定工程（Ｓ１０３）と、測定値を用いて評価対象部位の劣化度を評価す評価工程（Ｓ１０４）とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉炉内機器における評価対象部位、試験方法および運転履歴に基づいて劣化評価を行うために十分で、かつ評価対象の機能に影響しない範囲で最小の試験片を採取するための採取位置、採取寸法および採取個数を決定するサンプリング方法決定工程と、決定されたサンプリング方法に従って実機当該部より試験片を採取するサンプリング工程と、サンプリングした試験片を用いてＥＰＲ測定、微小硬さ測定、放射線測定およびヘリウム含有量測定の全てもしくは一部の組合せによる材料試験を行う劣化度測定工程と、前記ＥＰＲ測定によるＩＡＳＣＣ感受性の評価、前記微小硬さ測定による機械的性質および破壊靭性値の評価、前記放射線測定による中性子照射量評価および前記ヘリウム量測定による溶接可能性の評価の全て、もしくは一部の組合せからなる評価対象部位の劣化度評価を行う評価工程と、を備えることを特徴とする原子炉炉内機器の照射劣化診断方法。
【請求項２】
原子炉炉内機器における照射劣化診断の対象部位毎に、当該診断用試験としてのＥＰＲ測定、微小硬さ測定、ガンマ線計測およびヘリウム含有量分析について最低限必要とする試験片寸法に関するデータを保存する試験片寸法データベースと、原子炉運転期間および前記対象部位毎の過去の評価結果に関するデータを保存する材料データベースと、照射劣化診断の評価対象機器を特定するための入力手段と、この入力手段から入力される評価対象機器に対応する前記各データベースのデータとの照合に基づき最低限必要な前記評価対象機器のサンプル体積を求め、機器の機能上問題ないサンプル採取方法の計算を行ってサンプル寸法、サンプル個数およびサンプル採取位置情報を出力するサンプリング方法計算手段とを備え、前記入力手段への前記評価対象機器の入力に基づいて照射劣化診断の対象部位毎に適合するサンプリング方法を決定することを特徴とするサンプリング方法決定システム。
【請求項３】
ＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性との関係データ、微小硬さと０．２％耐力、引張強さおよび破壊靭性値との関係データ、Ｃｏ−６０およびＭｎ−５４の放射線測定値に基づく中性子照射量の解析値データおよびヘリウム量ならびに溶接入熱と溶接割れとの関係データを保存する劣化診断用データベースと、ＥＰＲ測定、微小硬さ測定、放射線測定およびヘリウム含有量の測定値を入力する測定値入力手段と、この測定値入力手段から入力される測定値と前記劣化診断用データベースのデータとを照合し、前記測定値に対応する評価演算を行う評価演算手段とを備え、請求項２記載のサンプリング方法決定システムにより決定されたサンプル個数およびサンプル採取位置に基づいて採取された試験片についての試験結果を前記入力手段に入力することにより、ＥＰＲ測定によるＩＡＳＣＣ感受性の評価、微小硬さ測定による機械的性質および破壊靭性値の評価、Ｃｏ−６０とＭｎ−５４の放射線測定による中性子照射量評価およびヘリウム量測定による溶接可能性の評価の全て、もしくは一部の組合せからなる劣化度の判定を行うことを特徴とする原子炉炉内機器の照射劣化診断システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力プラントなどの炉内機器の余寿命を評価し、点検および対策を適切な時期に実施するために、現時点での機器の劣化の状態を正確に把握する原子炉炉内機器の照射劣化診断方法および同システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントでは、高経年化に伴って中性子照射による材料劣化が蓄積し、炉内機器の補修や取替えが必要となる場合がある。効率やコストを考慮した場合、炉内機器の破損が起こる前に補修や取替えを行うべきであるが、補修・取替え時期を過度に安全側に設定した場合には、コストメリットが損なわれる可能性があるため、精度の高い補修・取替え時期の評価方法の開発が望まれる。
【０００３】
従来、このような原子炉炉内機器の複合診断システムとして、点検を要する部位を選定する１次診断と、劣化の進行と予寿命を予測する２次診断と、非破壊的に診断を行う３次診断を行う技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、この従来技術においては、１次診断を全てデータベースに基づいて行うため、対象機器を決定するために膨大なデータを必要とする。また、直接診断による第３次診断は第２次診断装置の精度向上に用いられるが、第２次診断は第３次診断の実施時期を定めるためには用いられない。また、この従来技術では、サンプル材の診断を行う際の具体的なサンプル採取部位や採取寸法については開示されていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２３７７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常の機器においては、精度の高い補修・取替え時期の評価を行う手段の一つとして、機器の評価対象部位から試験片を採取し、この試験片について材料試験を行う方法が知られている。しかし、原子炉炉内機器の中性子照射を受けた材料は放射化しているため、被ばくの点から注意を払う必要がある。また、サンプリングする試験片は構造材の機能を失わない範囲で行う必要がある。
【０００７】
したがって、精度の高い照射劣化評価を行うためには、サンプリング材による劣化診断を行うことが望ましいが、被曝低減および構造物の機能維持の観点からサンプリングする試験片は小さい方が望ましい。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、原子力プラントなどの炉内機器の健全性を維持するうえで機器の余寿命を評価して、原子力プラントの点検および対策を適切な時期に実施するために、現時点での機器の劣化の状態を正確に把握することができる原子炉炉内機器の照射劣化診断方法および同システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に係る発明では、原子炉炉内機器における評価対象部位、試験方法および運転履歴に基づいて劣化評価を行うために十分で、かつ評価対象の機能に影響しない範囲で最小の試験片を採取するための採取位置、採取寸法および採取個数を決定するサンプリング方法決定工程と、決定されたサンプリング方法に従って実機当該部より試験片を採取するサンプリング工程と、サンプリングした試験片を用いて電気化学的再活性化法（ＥＰＲ法）による測定（以下、「ＥＰＲ測定」という）、微小硬さ測定、放射線測定およびヘリウム含有量測定の全てもしくは一部の組合せによる材料試験を行う劣化度測定工程と、前記ＥＰＲ測定によるＩＡＳＣＣ（環境応力腐蝕割れ）感受性の評価、前記微小硬さ測定による機械的性質および破壊靭性値の評価、前記放射線測定による中性子照射量評価および前記ヘリウム量測定による溶接可能性の評価の全て、もしくは一部の組合せからなる評価対象部位の劣化度評価を行う評価工程と、を備えることを特徴とする原子炉炉内機器の照射劣化診断方法を提供する。
【００１０】
請求項２に係る発明では、原子炉炉内機器における照射劣化診断の対象部位毎に、当該診断用試験としてのＥＰＲ測定、微小硬さ測定、ガンマ線計測およびヘリウム含有量分析について最低限必要とする試験片寸法に関するデータを保存する試験片寸法データベースと、原子炉運転期間および前記対象部位毎の過去の評価結果に関するデータを保存する材料データベースと、照射劣化診断の評価対象機器を特定するための入力手段と、この入力手段から入力される評価対象機器に対応する前記各データベースのデータとの照合に基づき最低限必要な前記評価対象機器のサンプル体積を求め、機器の機能上問題ないサンプル採取方法の計算を行ってサンプル寸法、サンプル個数およびサンプル採取位置情報を出力するサンプリング方法計算手段とを備え、前記入力手段への前記評価対象機器の入力に基づいて照射劣化診断の対象部位毎に適合するサンプリング方法を決定することを特徴とするサンプリング方法決定システムを提供する。
【００１１】
請求項３に係る発明では、ＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性との関係データ、微小硬さと０．２％耐力、引張強さおよび破壊靭性値との関係データ、Ｃｏ−６０およびＭｎ−５４の放射線測定値に基づく中性子照射量の解析値データおよびヘリウム量ならびに溶接入熱と溶接割れとの関係データを保存する劣化診断用データベースと、ＥＰＲ測定、微小硬さ測定、放射線測定およびヘリウム含有量の測定値を入力する測定値入力手段と、この測定値入力手段から入力される測定値と前記劣化診断用データベースのデータとを照合し、前記測定値に対応する評価演算を行う評価演算手段とを備え、請求項２記載のサンプリング方法決定システムにより決定されたサンプル個数およびサンプル採取位置に基づいて採取された試験片についての試験結果を前記入力手段に入力することにより、ＥＰＲ測定によるＩＡＳＣＣ感受性の評価、微小硬さ測定による機械的性質および破壊靭性値の評価、Ｃｏ−６０とＭｎ−５４の放射線測定による中性子照射量評価およびヘリウム量測定による溶接可能性の評価の全て、もしくは一部の組合せからなる劣化度の判定を行うことを特徴とする原子炉炉内機器の照射劣化診断システムを提供する。
【００１２】
本発明によれば、劣化評価を行うのに十分でかつ評価対象の機能に影響しない範囲で最小のサンプルを採取する方法を決定する工程と、採取したサンプルを用いて材料試験を行い劣化度を評価する工程を備えることにより、実機炉内機器より必要最小限のサンプルを採取して材料試験を行うことができるので、被ばくを低減し、かつ精度の高い劣化診断を行うことができる。そして、採取する試験片を最小限にするため、採取位置、採取寸法、最終個数を定めた上で、サンプリングを行うことにより、測定時の被爆を低減することができる。また、サンプリング材を用いて必要な材料特性値に特化して測定を行うことにより、劣化評価を行い、この劣化評価では単に材料の劣化だけではなく、放射線測定による中性子照射量の評価や照射によるヘリウム生成量測定による補修のための溶接性評価も含めている。したがって、中性子照射量をパラメータとして溶接施工の可否をも含めた評価が可能となる。
【００１３】
また、サンプルを採取する方法を決定する工程では、各試験項目で使用する試験片の寸法から採取が必要なサンプル体積を決定する工程と、評価対象機器に関する情報と必要なサンプル体積から採取するサンプル寸法とサンプル個数および採取位置を決定することにより、構造物の健全性を損なわずに試験に必要な最小限のサンプルを採取することができるので、被ばくを低減することができる。
【００１４】
また、材料試験を行い劣化度を判定する工程では、ＥＰＲ法によるＩＡＳＣＣ感受性の評価、微小硬さ測定による機械的性質および破壊靭性値の評価、Ｃｏ−６０とＭｎ−５４の放射線測定による中性子照射量評価およびヘリウム量測定による溶接可能性の評価の全てあるいは一部の組合せを行うことにより、ＥＰＲ法によるＩＡＳＣＣ感受性の評価、微小硬さ測定による機械的性質および破壊靭性値の評価、Ｃｏ−６０とＭｎ−５４の放射線測定による中性子照射量評価およびヘリウム量測定による溶接可能性の評価の全てあるいは一部を組合せて劣化診断を行うことができるので、高精度かつ複合的な劣化診断を行うことができる。
【００１５】
また、ＥＰＲ法によりＩＡＳＣＣ感受性を評価する工程では、請求項２記載のシステムに基づいて採取されたサンプルを用いてＥＰＲ測定を行い、その結果をＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性の関係に関するデータベースと照合して試験片のＩＡＳＣＣ感受性を評価することにより、実機炉内機器から採取したサンプルを用いてＥＰＲ試験を行うことができるため、精度良くＩＡＳＣＣ感受性を評価することができる。
【００１６】
また、微小硬さ測定により破壊靭性値を評価する工程では、請求項２記載のシステムに基づいて採取されたサンプルを用いて微小硬さ測定を行い、その結果を微小硬さと０．２％耐力、引張強さおよび破壊靭性値の関係に関するデータベースの全てあるいは一部の組合せと照合してサンプルの機械的性質を評価することにより、実機炉内機器から採取したサンプルを用いて微小硬さ測定を行うことができるため、精度良く機械的性質を評価することができる。
【００１７】
また、Ｃｏ−６０およびＭｎ−５４の放射線測定により中性子照射量評価する工程では、請求項２記載のシステムに基づいて採取されたサンプルを用いて放射線量を測定し、その結果を中性子照射量の解析値のデータベースと照合することにより試験片の中性子照射量を評価することから、実機炉内機器から採取したサンプルを用いて放射線測定を行うことができるため、精度良く中性子照射量を評価することができる。
【００１８】
また、ヘリウム量測定による溶接可能性評価の工程では、請求項２記載のシステムに基づいて採取されたサンプルを用いてヘリウム含有量を測定し、その結果をヘリウム量および溶接入熱と溶接割れの関係に関するデータベースと照合することによりサンプルが採取された部位の溶接施工の可否を評価するので、実機炉内機器から採取したサンプルを用いてＨｅ量の測定を行うことができるため、精度良く溶接の可否を評価することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は原子炉炉内機器の照射劣化診断方法を概略的に示す工程図であり、図２は同工程の処理内容を抽出して示す工程図である。
【００２０】
図１および図２に示すように、本実施形態の方法は大別して、劣化度評価のために採取するサンプル採取方法を決定するサンプリング方法決定工程（Ｓ１０１）と、決定されたサンプリング方法により試験片を採取するサンプリング工程（Ｓ１０２）と、採取した試験片を用いて材料試験を行い、得られたデータから対象部位の劣化度を評価する劣化度測定工程（Ｓ１０３）と、測定値を用いて評価対象部位の劣化度を評価す評価工程（Ｓ１０４）とを備える。
【００２１】
まず、サンプリング方法決定工程（Ｓ１０１）では、原子炉炉内機器における評価対象部位、試験方法および運転履歴に基づいて劣化評価を行うために十分で、かつ評価対象の機能に影響しない範囲で最小の試験片を採取するための採取位置、採取寸法および採取個数を決定する。すなわち、劣化評価を行うための各試験に必要な試験片の最低限の体積を求め、この体積に基づいて評価対象となる機器の情報や運転履歴、および材料データベースや過去の評価結果を適用して、具体的なサンプル採取位置と寸法および個数を決定する。このとき、採取位置の制約や作業効率からサンプルが複数個になる場合があるため、サンプル個数も決定項目に含める。
【００２２】
図３は、このサンプリング方法決定工程の手順を詳細に示している。図３に示すように、原子炉炉内機器における照射劣化診断の対象部位毎に、当該診断用試験としてのＥＰＲ測定、微小硬さ測定、ガンマ線計測およびヘリウム含有量分析について、最低限必要とする試験片寸法に関するデータを保存する試験片寸法データベース１を適用する。
【００２３】
そして、原子炉運転期間および評価対象部位毎の過去の評価結果に関するデータを保存する材料データベース２と、照射劣化診断の評価対象機器を特定するための入力手段３と、この入力手段３から入力される評価対象機器に対応する各データベース１，２のデータとの照合に基づき最低限必要な評価対象機器のサンプル体積を求める。
【００２４】
さらに、サンプリング方法計算手段４により、機器の機能上問題がないサンプル採取方法の計算を行い、サンプル寸法および個数、ならびにサンプル採取位置等について、照射劣化診断の対象部位毎に適合するサンプリング方法を決定し、その情報を出力する。
【００２５】
次に、サンプリング工程（Ｓ１０２）では、図１および図２に示すように、サンプリング方法決定工程（Ｓ１０１）により決定されたサンプル寸法、サンプル個数およびサンプル採取位置に従って、原子炉５の実機当該部から試験片６を採取する。
【００２６】
劣化度測定工程（Ｓ１０３）では、サンプリング工程（Ｓ１０２）で採取した試験片６について、ＥＰＲ値の測定（Ｓ１０３ａ）、微小硬さ測定（例えばナノ・ユニバーサル固さ測定）（Ｓ１０３ｂ）、ヘリウム含有量分析（核変換ヘリウム量の測定）（Ｓ１０３ｃ）、およびガンマ線等の放射線測定（例えばＣｏ−６０およびＭｎ−５４の放射線測定値）（Ｓ１０３ｄ）等を行う。
【００２７】
そして、評価工程（Ｓ１０４）では、劣化度測定工程（Ｓ１０３）で測定した各測定値と劣化診断用データベース７との照合により、評価対象部位の劣化度を評価する。
【００２８】
すなわち、劣化診断用データベース７には、ＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性との関係データ、微小硬さと０．２％耐力、引張強さおよび破壊靭性値との関係データ、Ｃｏ−６０およびＭｎ−５４の放射線測定値に基づく中性子照射量の解析値データおよびヘリウム量ならびに溶接入熱と溶接割れとの関係データが保存されている。
【００２９】
そして、この劣化診断用データベース７と、測定値入力手段８から入力されるＥＰＲ測定値、微小硬さ測定値、放射線測定値およびヘリウム含有量等の測定値が演算手段９に入力され、演算手段７では、測定値入力手段８からの入力値と劣化診断用データベース７のデータとの照合により、評価対象部位の劣化度が評価される。
【００３０】
このように、本実施形態では、サンプリング方法決定工程で採取位置、採取寸法および採取個数を決定し、これに従い炉内機器よりサンプリングを行った後、続いてサンプリングした試験片を用いてＥＰＲ試験、微小硬さ測定、放射線測定およびＨｅ量測定の全てあるいは一部が行われ、試験片の劣化度が評価される。この結果を直接用いるか、あるいは既存のデータベースと比較することにより対象となる炉内機器の劣化診断を行う。
【００３１】
図４は、上述したＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性の関係の例を示す説明図である。この図３に示すように、ＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性とは比例的な関係にあり、劣化診断用データベース７から得られる関係式あるいは関係を示す図に測定結果を適用することにより、試験片６を採取して試験片採取部のＩＡＳＣＣ感受性が評価される。
【００３２】
図５（ａ），（ｂ）は、機械的性質評価の例として微小硬さ測定値と０．２％耐力との関係、および微小硬さ測定値と破壊靭性値との関係を示すグラフである。この図４（ａ），（ｂ）に示すように、微小硬さ測定値と０．２％耐力とは比例的な関係にあり、また微小硬さ測定値と破壊靭性値とは２次曲線的に漸減する関係にある。このようなデータベースから得られる関係式あるいは関係を示す図に測定結果が適用され、試験片採取部の機械的性質が評価される。
【００３３】
図６は、Ｈｅ量と溶接入熱をパラメータとした溶接可否の評価図である。この図５に示すように、Ｈｅ量と溶接入熱とは２次曲線的に漸減する関係にある。そこで、得られた評価対象部位のＨｅ量と想定する溶接方法の入熱をプロットし、その点が溶接可能領域内に有れば溶接施工が可能と判定される。
【００３４】
なお、本実施形態においては、サンプリング方法計算手段４としてコンピュータを適用するが、評価の一部あるいは全てを手作業で行うことも可能である。
【００３５】
また、評価については、図１の劣化診断の例として示された方法の全て、あるいは一部の組合せにより行われる。そして、最後の得られた個々の結果を組合せて総合的な評価を行う。中性子照射量の増加に伴い、ＩＡＳＣＣ感受性は増加し、破壊靭性値は低下する。すなわち運転期間の増加にともないＩＡＳＣＣによる欠陥が拡大し、これに対し機器が許容できる欠陥寸法が低下することを示している。両者の結果から補修が必要と判定された場合は、その時点のＨｅ量と中性子照射量から溶接補修の可否を評価する。
【００３６】
以上のように、本実施形態のサンプリング方法決定システムは、サンプリング方法決定工程（Ｓ１０１）を実施する手段として、原子炉炉内機器における照射劣化診断の対象部位毎に、診断用試験としてのＥＰＲ測定、微小硬さ測定、ガンマ線計測およびヘリウム含有量分析について最低限必要とする試験片寸法に関するデータを保存する試験片寸法データベース１と、原子炉運転期間および対象部位毎の過去の評価結果に関するデータを保存する材料データベース２と、照射劣化診断の評価対象機器を特定するための入力手段３と、この入力手段３から入力される評価対象機器に対応する各データベースのデータとの照合に基づき最低限必要な評価対象機器のサンプル体積を求め、機器の機能上問題ないサンプル採取方法の計算を行ってサンプル寸法、サンプル個数およびサンプル採取位置情報を出力するサンプリング方法計算手段４とを備え、入力手段３への評価対象機器の入力に基づいて照射劣化診断の対象部位毎に適合するサンプリング方法を決定するものである。
【００３７】
また、本実施形態の照射劣化診断システムは、ＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性との関係データ、微小硬さと０．２％耐力、引張強さおよび破壊靭性値との関係データ、Ｃｏ−６０およびＭｎ−５４の放射線測定値に基づく中性子照射量の解析値データおよびヘリウム量ならびに溶接入熱と溶接割れとの関係データを保存する劣化診断用データベース７と、ＥＰＲ測定、微小硬さ測定、放射線測定およびヘリウム含有量の測定値を入力する測定値入力手段８と、この測定値入力手段８から入力される測定値と劣化診断用データベースの７データとを照合し、測定値に対応する評価演算を行う評価演算手段９とを備える。そして、上述したサンプリング方法決定システムにより決定されたサンプル個数およびサンプル採取位置に基づいて採取された試験片について、試験結果を測定値入力手段８に入力することにより、ＥＰＲ測定によるＩＡＳＣＣ感受性の評価、微小硬さ測定による機械的性質および破壊靭性値の評価、Ｃｏ−６０とＭｎ−５４の放射線測定による中性子照射量評価およびヘリウム量測定による溶接可能性の評価の全て、もしくは一部の組合せからなる劣化度の判定を行うものである。
【００３８】
以上の実施形態によれば、実機炉内機器より必要最小限の試験片６を採取して材料試験を行うことができるので、被ばくの低減と高精度を兼ね備えた照射劣化診断システムを得ることができる。また、構造物の健全性を損なわずに試験に必要な最小限の試験片６を採取することができるので、被ばくを低減した照射劣化診断システムを得ることができる。
【００３９】
また、実機炉内機器から採取した試験片を用いて、ＥＰＲ試験、微小硬さ測定、放射線測定、Ｈｅ量測定等を行うため、ＩＡＳＣＣ感受性、機械的性質、中性子照射量および溶接可否の判定という複数の項目の劣化度を評価することができ、高精度で、かつ複合的な照射劣化診断システムを得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、原子炉炉内機器の中性子照射を受けた材料を評価対象部位、運転期間、試験方法等に対応して、かつ構造材の機能を失わない最小限度の範囲で試験片としてサンプリングし、原子力プラントなどの炉内機器の健全性維持の面から機器の余寿命を実測値に基づいて評価することができ、原子力プラントの点検および対策を適切な時期に実施するために、現時点での機器の劣化の状態を正確に把握することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による劣化診断方法を説明するための全体説明図。
【図２】本発明の一実施形態による劣化診断手順を示す工程図。
【図３】本発明の一実施形態によるサンプル採取方法の決定手順を示す工程図。
【図４】ＥＰＲ値とＩＡＳＣＣ感受性の関係を示すグラフ。
【図５】（ａ），（ｂ）は微小硬さと機械的性質の関係を示すグラフ。
【図６】Ｈｅ量による溶接可否の評価例を示すグラフ。
【符号の説明】
１  試験片寸法データベース
２  材料データベース
３  入力手段
４  サンプリング方法計算手段
５  原子炉
６  試験片
７  劣化診断用データベース
８  測定値入力手段
９  演算手段
【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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