(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は、燃料被覆管横断面の金属組織に基づいて水素化物の方位を自動的に認識し、より確実に水素化物方位係数を算出することのできる燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置を提供することにある。    【解決手段】  本発明は、燃料被覆管の中に水素化物を有する金属組織を画像データとして入力する画像データ入力部と、前記画像データを２値化処理する２値化処理部と、該２値化処理された前記水素化物の形状を直線として近似処理しその方位を算出する方位算出部と、前記画像データの中の前記水素化物を前記被覆管の円周方向と半径方向とに分別したものの割合に基づいて前記水素化物の方位係数を算出する方位係数算出処理部と、該方位係数算出結果を表示する表示装置とを有することを特徴とする燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置にある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料被覆管の中に水素化物を有する金属組織を画像データとして入力する画像データ入力部と、前記画像データを２値化処理する２値化処理部と、該２値化処理された前記水素化物の形状を直線として近似処理しその方位を算出する方位算出部と、前記画像データの中の前記水素化物を前記被覆管の円周方向と半径方向とに分別したものの割合に基づいて前記水素化物の方位係数を算出する方位係数算出処理部と、該方位係数算出結果を表示する表示装置とを有することを特徴とする燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料被覆管の水素化物方位を自動的に算出する新規な燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉で使用される燃料集合体の構成部品にはジルカロイ−２、ジルカロイ−４などのジルコニウム基合金が用いられている。ジルコニウムの結晶構造は、燃料の使用温度においては稠密六方構造であり、すべり面（優先的に変形する結晶面）が少なく、燃料被覆管の製造工程における冷間加工により、結晶の方位が特定の方向に集中する場合がある。原子炉で高燃焼度まで照射した燃料被覆管は、ジルコニウムの冷却水による腐食反応で発生した水素の大部分が合金中に吸収され、室温においてはジルコニウム水素化物として析出する。水素化物の析出は材料強度の低下を招き、燃料被覆管の寿命を制限する一つの因子となる。
【０００３】
ジルカロイ中に析出する水素化物は、応力状態にも依存するが、無応力状態ではジルコニウム結晶のｃ軸に対し直角に近い粒界、すなわち底面に平行に優先析出する傾向がある。このため、燃料被覆管では圧延工程でｃ軸が平行方向に向くように加工し、水素化物が析出しても円周方向に配向するようにして、円周方向に対する強度低下を防いでいる。
こうしたジルカロイ中の水素化合物の配向を予知し、整理する上で水素化物方位係数（Fn値）という指標がよく用いられる。この水素化物方位係数は、横断面に現れる水素化物の方向の分布で、円周方向と半径方向との間の45度の線を境に分別し、水素化物の板状析出の全数に対する半径方向側への配向（垂直配向水素化物）したものの割合を次式によって求められるものであり、水素化物方位係数は小さい方が望ましい。
Fn＝（垂直配向水素化物／全水素化物）×１００（％）
従来の燃料被覆管の水素化物方位係数（Fn値）算出方法は、照射後の燃料被覆管の横断面の金属組織を顕微鏡写真にて観察しそれに基づき、各水素化物の被覆管の円周方向に対する角度を分度器にて測定する作業を全ての水素化物に対して手作業により行い、求めた角度のデータを積算して上記式に従って計算により求める方法を用いていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法においては、金属組織の中に水素化物が多数存在する場合や、水素化物方位係数を求める必要のある金属組織写真枚数が多数ある場合には、方位係数の算出処理作業に多大な時間が掛かっており、また水素化物方位係数の算出に関する知識や経験を持った熟練者に作業が委ねられていた。
【０００５】
本発明の目的は、燃料被覆管横断面の金属組織に基づいて水素化物の方位を認識し、より確実に自動的に水素化物方位係数を算出することのできる燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料被覆管の長手方向に対して直角な横断面における金属組織を顕微鏡写真で観察しそれを画像データとして取込み、画像解析により水素化物の方位を自動的に認識し、水素化物方位係数を算出する燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置にある。
【０００７】
本発明は、燃料被覆管の金属組織に観察される水素化物を直線に近似させ、その水素化物の方位から方位係数を算出するものであり、特に金属組織を顕微鏡写真によるデジタルカメラによって観察し、その画像データを用いた画像解析により水素化物方位を自動的に算出するものである。
【０００８】
具体的には、本発明は、燃料被覆管の中に水素化物を有する金属組織を画像データとして入力する画像データ入力部と、前記画像データを２値化処理する２値化処理部と、該２値化処理された前記水素化物の形状を直線として近似処理しその方位を算出する方位算出部と、前記画像データの中の前記水素化物を前記被覆管の円周方向と半径方向とに分別したものの割合に基づいて前記水素化物の方位係数を算出する方位係数算出処理部と、該方位係数算出結果を表示する表示装置とを有することを特徴とする燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置にある。特に、前記水素化物の方位係数を算出する方位係数算出処理部は、前記画像データの中の前記水素化物を前記被覆管の円周方向と半径方向との間を45度の線を境に分別したものの割合に基づいて算出するのが好ましい。
【０００９】
前記２値化処理した前記水素化物の形状を認識する認識処理部と、該認識された前記形状を直線として近似処理しその方位を算出する前記方位処理部とを有すること、又、前記画像データがデジタル画像データであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置によれば、被覆管横断面金相写真を画像データとして取込み、画像解析により水素化物の方位を自動的に認識し、水素化物方位係数を容易に算出することができる。よって、水素化物方位の算出方法に対する知識や経験がなくとも、より確実に水素化物方位係数を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明による燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置を示すブロック図である。本実施例は、原子炉で使用されたジルカロイ−２、ジルカロイ−４などのジルコニウム基合金からなる燃料被覆管の長手方向に対して直角な横断面の金属組織を示す顕微鏡写真で観察される水素化物の方位係数を画像解析により自動的に算出するものである。水素化物は板状に形成されるので、燃料被覆管の長手方向に対して直角な横断面では棒状にとして現れる。
【００１２】
本発明の燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置５は、演算処理装置４に組み込まれ、画像解析により直線として算出した水素化物や水素化物方位係数を表示する表示装置１と、画像解析対象となる金属組織のデジタル画像データを格納する記憶装置３と、画像データの選択や水素化物方位を算出するためのパラメータ等を入力する入力装置２とを備えている。
【００１３】
しかも燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置５は、記憶装置３に格納された金属組織を示す顕微鏡写真デジタル画像データを演算処理装置４に取り込むための画像データ入力部５-１と、その写真デジタル画像データを用いて画像の濃淡を２値化処理する画像２値化処理部５-２と、２値化処理した画像を用いて水素化物の外輪形状を認識し、その水素化物の外輪形状から水素化物を直線で近似し、その直線で表した水素化物の燃料被覆管の円周方向に対する方位とその方位から前述の式に基づいて水素化物方位係数（Fn値）を計算により求める方位係数算出処理部５-３と、方位係数算出結果を表示装置１で表示するための表示制御部５-４とを有するものである。
【００１４】
本発明において観察する燃料被覆管は、長さ方向に対して直角方向に切断したリング状のものであり、その断面を研磨した後にエッチング処理を施し、所定の倍率の顕微鏡を用いて金属組織を観察しデジタルカメラによって撮影した写真が用いられ、それをデジタル画像データとして読み込まれ入力される。尚、撮影においては、カメラの画面上にリング状の燃料被覆管の内外周面が表示されるので、燃料被覆管の方位を特定することができる。燃料被覆管には水素化物のほかジルコニウム基合金中の合金元素による種々の金属間化合物からなる析出物が存在し、エッチングによってその析出物が同時に現れるが、本発明においては、水素化物と析出物とを横断面において長さ、面積等によって区別するものである。特に、金属間化合物が微細な粒子であり、水素化物が板状で前述の横断面においては棒状であるので、両者は長さ及び面積のいずれかの大きさによって区別することができるが、両者の間には面積の大きさに大きな差があるのでそれによる区別が好ましい。
【００１５】
図２は、本発明による燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置の処理手順を示すフローチャートである。図３は本発明の水素化物方位の算出対象となる水素化物を有する金属組織を示す顕微鏡写真のデジタル画像データ、図４は図３のデジタル画像における水素化物について２値化処理を行った結果を示す画像データ、図５は図４の２値化画像から水素化物の形状認識を行い水素化物を直線近似処理を行った結果を示す画像データ、図６は図５に示す水素化物の方位近似処理を行う方法を示す図である。
【００１６】
図２において、前述の用意された燃料被覆管の試料を用いて、画像データ入力部５−１を使用し、画像解析対象となる顕微鏡写真のデジタル画像データを格納する記憶装置３より画像データを演算処理部４に取り込む（S-1）。図３では、画像解析対象となる顕微鏡写真のデジタル画像データの1例であり、水素化物の筋状の結晶が画像データに表現されている。
【００１７】
次に、（S-1）で読み込んだ画像データから水素化物の結晶形状を明確にする2値化処理(S-2)する。この２値化処理(S-2)では、入力装置２より２値化のしきい値を入力してから２値化処理を行う。ここで、図３の画像データを２値化処理した結果の一例を図４に示す。２値化処理（S-2）ステップでは、しきい値を入力し、２値化処理した結果を表示装置１に表示する処理を繰り返す機能を有し、適切な２値化処理を行う。
【００１８】
次に、２値化処理（S-2）で処理した２値化画像データを使用して水素化物の筋状の結晶形状を認識処理(S-3)する。水素化物の結晶形状の認識処理(S-3)は、２値化された画像データのビットマップ上の２値である０と１の境界を走査して１のデータの輪郭の座標値を求める。この処理を全画像上の水素化物を処理することで水素化物の結晶形状の認識データ群とする。
【００１９】
次に、形状認識処理(S-3)で処理した水素化物の結晶形状の認識データ群の個別の認識形状のループ処理(S-4)を行う。認識形状のループ処理(S-4)内では、はじめに、１水素化物の結晶形状の認識データについてフィルタ処理（S-5）を行う。フィルタ処理(S-5)では、水素化物と他の析出物との区別を行うもので、水素化物としてその結晶方位の算出に必要な認識形状データを識別する処理であり、例えば、認識形状データである輪郭の座標値より認識形状の所定の長さ、面積等をフィルタ値として用い、対象形状かの判定処理(S-6)を行う。この判定処理(S-6)のステップで、水素化物の結晶方位の算出に必要な認識形状データの場合は次の処理に進み、不必要な認識形状データの場合は1ループ処理を終了して次の水素化物の結晶形状について認識データの処理ループを行う。対象形状データの場合は、水素化物の結晶形状の認識データより水素化物の結晶形状を直線近似して方位角度を計算する方位近似処理(S-7)を行う。
【００２０】
図６に示すように、認識データより水素化物の結晶形状を直線近似する処理を行う。処理された水素化物の結晶形状の認識データは形状の輪郭座標値を保持しており、図６の点線が形状の輪郭座標値を被覆管の円周方向（Ｘ軸）と半径方向（Ｙ軸）とした輪郭座標値である。この輪郭座標データを使用して最小二乗法による1次近似計算により次式、
Ｙ=ａＸ+ｂ
のａ、ｂの係数を求める直線近似し、算出して得られるａ値が方位角度となる。
更に、横断面に現れる全水素化物の方位を同様に求めると共に、円周方向と半径方向との間の45度の線を境に分別し、水素化物の板状析出の全数に対する半径方向側への配向（垂直配向水素化物）したものの割合を次式によって求めることにより水素化物方位係数（Fn値）を求めることができる。
Fn＝（垂直配向水素化物／全水素化物）×１００（％）
従って、最後に、方位近似処理(S-7)のステップで算出した各水素化物の結晶形状の方位角度から方位角度係数を計算する方位係数の計算(S-8)を行う。
以上のように、本実施例の燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置は、被覆管横断面金相写真を画像データとして取込み、画像解析により選択された水素化物についてその方位を自動的に認識し、水素化物方位係数を容易に算出することができる。よって、水素化物方位の算出方法に対する知識や経験がなくとも水素化物方位係数を容易に算出することができ、更に、燃料被覆管として水素化物の析出による材料強度の低下を未然に防ぎ、燃料被覆管の寿命を正確に把握することにより原子炉のより安全な運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置を示すブロック図。
【図２】本発明の燃料被覆管の水素化物方位係数算処理手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の燃料被覆管内の水素化物を有する金属組織を示す顕微鏡写真のデジタル画像データ。
【図４】図３のデジタル画像の２値化処理を行った結果を示す画像データ。
【図５】図４の２値化画像から水素化物の形状認識を行い、方位近似処理を行った結果を示す画像データ。
【図６】図５の方位近似処理を行う方法を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１…表示装置、２…出力装置、３…記憶装置、画像データ、４…演算処理装置、５…燃料被覆管の水素化物方位係数算出装置。
【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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