(57)【要約】【課題】  原子燃料用集合体の隣接しあう燃料棒２１の間のギャップＬを燃料棒２１に非接触で高精度に計測するセンサを提供する。【解決手段】  原子燃料用集合体の隣接しあう燃料棒２１の間のギャップＬに挿入されるギャップ検査センサ４は、基板３と、その基板３の両面に設置される一対の渦電流コイル１，１′と、基板３と渦電流コイル１，１′との間に設置されて渦電流コイル１，１′により発生する磁場を遮断する磁場遮断材２，２′とにより構成され、両渦電流コイル１，１′の出力信号に基づいてギャップＬ１，Ｌ２を算出し、それにギャップ検査センサ４の幅Ｌ３を加算してギャップＬを測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を遮断する材料によって構成された基板と、
前記基板の両面に設置された各渦電流コイルと、
を備えたことを特徴とするギャップ検査センサ。
【請求項２】
基板と、
前記基板の両面に設置された各渦電流コイルと、
前記基板と前記渦電流コイルとの間に設けられて前記渦電流コイルにより発生する磁場を遮断する磁場遮断材と、
を備えたことを特徴とするギャップ検査センサ。
【請求項３】
請求項２において、前記磁場遮断材は膜状に形成された磁性材であることを特徴とするギャップ検査センサ。
【請求項４】
請求項３において、前記磁性材はパーマロイ材であることを特徴とするギャップ検査センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４において、前記渦電流コイルはプリント基板で構成されるコイルであることを特徴とするギャップ検査センサ。
【請求項６】
請求項２乃至５において、前記基板の材料は可撓性のある材料であることを特徴とするギャップ検査センサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のギャップ検査センサに水封処理が施されているギャップ検査センサ。
【請求項８】
基板に渦電流コイルを設置したギャップ検査センサと、前記ギャップ検査センサを測定対象のギャップに挿入するスキャナとを備えたギャップ検査装置において、
前記ギャップ検査センサは、前記基板の両面に設置された前記渦電流コイルと、
前記基板と前記渦電流コイルとの間に設けられて前記渦電流コイルにより発生する磁場を遮断する磁場遮断材とを備えていることを特徴とするギャップ検査装置。
【請求項９】
基板に渦電流コイルを設置したギャップ検査センサと、前記ギャップ検査センサを測定対象のギャップに挿入するスキャナとを備えたギャップ検査装置において、
前記基板は磁場を遮断する材料で構成され、
前記渦電流コイルは前記基板の両面に設置されていることを特徴とするギャップ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管群の管間などのギャップを検査するギャップ検査装置及びその装置に用いられるギャップ検査センサに係り、特に原子燃料用集合体の燃料棒のギャップを検査するギャップ検査センサ及びギャップ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子燃料用集合体の燃料棒間のギャップを測定する方法としては、隙間ゲージを燃料棒の間に差し込んで測定する方法が、簡易な方法として行われている。また、渦電流を利用した燃料棒ギャップ測定方法やカメラ画像で測定する方法として、以下のような内容が公知である。
【０００３】
従来の隙間ゲージによるギャップ測定方法は、測定対象であるギャップを構成している各燃料棒に隙間ゲージを接触させる測定方法である。
【０００４】
また、測定対象のギャップに挿入する基板の片側面に渦電流センサが設置されており、その同一片側面に渦電流の発生を妨げない位置に押しバネが設置されているギャップ検査センサを用い、模擬燃料棒のギャップへそのギャップ検査センサをスキャナを用いて挿入してギャップを測定することが公知である。その測定時には、ギャップ検査センサの押しバネ部やもう片面側を模擬燃料棒に密着させながら挿入し、ギャップによる渦電流信号の変化を測定する手法である。しかしながら、これも各模擬燃料棒にセンサを接触する測定方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
同じく渦電流センサを用いた方法であるが、原子燃料用集合体の外部で渦電流センサを走査して燃料棒間のギャップを測定する方法も公知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、原子燃料用集合体をカメラで撮影した画像から燃料棒のギャップを測定する方法が公知である（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特公平８−２７３８３号公報
【特許文献２】特開平９−３１８７８４号公報
【特許文献３】特開２０００−９８０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の隙間ゲージを用いたギャップの測定方法では、隙間ゲージが燃料棒に接触する上、隙間ゲージをギャップ内に手動で差し入れる場合には、燃料棒から発生する放射線により作業員が被ばくする可能性もあり、検査作業に時間が掛るという難点もある。
【０００９】
押しバネと渦電流センサを用いたギャップの測定方法でも、そのセンサが燃料棒に接触する測定方法である。
【００１０】
原子燃料用集合体の外部で渦電流センサを走査するギャップの測定方法では、原子燃料用集合体の内部の燃料棒のギャップは測定できない。
【００１１】
カメラで撮影した画像から燃料棒のギャップを測定する方法は、非接触な測定手法であるが、１０μｍレベルの高精度な測定は容易ではない。
【００１２】
管群の管間などのギャップを測定する場合、特に原子燃料用集合体の燃料棒のギャップを測定する場合において、管群（以下では特に断らない限り燃料棒とする）のギャップを高精度に測定する必要がある。また、このとき測定に用いられるギャップ検査センサが燃料棒に接触すると、燃料棒を傷つけたり、あるいはギャップ検査センサ自身がギャップを変化させたりする恐れがあるため、燃料棒に対して非接触で測定することが望ましい。
【００１３】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、管群の管間等のギャップを渦電流センサを用いて測定する際に、その管群の内部のギャップも非接触で高精度に検査するギャップ検査センサ及びギャップ検査装置を提供することである。
【００１４】
特にこの発明の実施例においては、原子燃料用集合体の燃料棒のギャップを原子燃料用集合体の内部のギャップも含めて非接触で高精度に検査するギャップ検査センサ及びギャップ検査装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
検査対象のギャップを検査するギャップ検査センサは、そのギャップに挿入する基板と、そのギャップを作り出している物体に面する基板の両面に設置される一対の渦電流コイルと、当該基板と当該渦電流コイルとの間に渦電流コイルにより発生する磁場を遮断する磁場遮断材とにより構成されている。
【００１６】
このようなギャップ検査センサによるギャップの測定方法としては、基板の両面に設置された一対の渦電流コイルでそれぞれの側のギャップを測定する。このとき、２つの渦電流コイルの信号が相互干渉を起こす可能性がある。この相互干渉は２つの要因があり、一つは片方の渦電流コイルにより発生する磁場が、反対側の渦電流コイルの信号に影響を与える現象であり、もう一つは、片方の渦電流コイルにより反対側の燃料棒からの信号を測定してしまう現象である。そこで、このような相互干渉を抑制するため、当該基板と当該渦電流コイルとの間に磁場遮断材を設置し、相互干渉抑制して測定精度を向上する。
【００１７】
また、好ましくは、そのギャップ検査センサにおいて、設置される一対の当該渦電流コイルはプリント基板で構成されるコイルであること、磁場を遮断する当該磁場遮断材は強磁性材の薄膜であること、更にはその磁場遮断材はパーマロイ材の薄膜であることを特徴とする。
【００１８】
また、更に好ましくは、そのギャップ検査センサにおいて、挿入する当該基板は可撓性のある材料であること、更に、センサ全体が水封のためのシールが施されていることを特徴とする。
【００１９】
また、ギャップを検査するギャップ検査装置は、前述のギャップ検査センサを１個以上有し、そのギャップ検査センサをスキャナで測定対象のギャップに挿入することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、管群の管間などのギャップを渦電流センサを用いて測定する際に、管群の内部での管間などのギャップを非接触で高精度に検査できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の第１実施例を図面に基づいて以下に説明する。原子燃料用集合体２２は、図４のように、核燃料が納められた燃料棒２１を複数集合させて構成されている。その複数の燃料棒２１は、原子炉内で使用される際に、冷却水が通過できるように燃料棒２１間にギャップＬが適切な寸法で設けられている。
【００２２】
そのギャップＬを維持するために、支持格子２４の一格子の中に一本ずつの燃料棒２１が通されて、図５のように９行９列の燃料棒２１の配置に束ねられている。尚、図４，図５では、燃料棒２１の一部分が水ロッド２５やタイロッド２６に置き換えられている。燃料棒２１間のギャップＬは、図１のように、燃料棒２１の最接近部位の間隔である。
【００２３】
このようなギャップＬを測定する際に用いられるギャップ検査センサ（以下、単にセンサという。）４は、以下に説明する構成を有する。即ち、ギャップ検査センサは、ギャップＬに挿入する基板３と、その基板３の両面に設置される一対の渦電流コイル１，１′と、当該基板３と当該渦電流コイル１，１′との間に設置されて渦電流コイル１，１′により発生する磁場を遮断する磁場遮断材２，２′とにより構成する。基板３と磁場遮断材２，２′と渦電流コイル１，１′のそれぞれの配置は、図１および図２に示す通りである。
【００２４】
センサ４の厚みは、当然ながら、測定対象のギャップＬよりも薄くする必要がある。したがって、測定対象のギャップＬが数mm程度の場合は、渦電流コイル１，１′として、プリント基板でコイルを形成することにより薄肉化したものを用いる。
【００２５】
また、磁場遮断材２，２′としては、強磁性材を用いるが、例えば磁場遮蔽材２，２′として良く知られたパーマロイ材の薄膜が採用できる。この磁場遮蔽材２，２′の形状としては、渦電流コイル１，１′の形状よりもやや大きい形状にするのが良く、また、渦電流コイル１，１′の形状が円形であれば、磁場遮蔽材２，２′の形状も円形にし、渦電流コイル１，１′の形状が四角形であれば、磁場遮蔽材２，２′の形状も四角形にするのが望ましい。
【００２６】
本実施例では、図２のように、渦電流コイル１，１′，磁場遮蔽材２，２′の形状が四角形のタイプを採用している。更には、ギャップＬに挿入する基板３には可撓性のある材料として、プラスチック材などを用いる。また、図１及び図２には示していないが、このセンサ４の全体を樹脂などで覆うことで、センサ４の全体に対して水封処理を施し、センサ４の水中での使用に耐えるようにする。
【００２７】
ギャップＬの測定方法としては、このセンサ４を管群である複数の燃料棒２１のギャップＬに挿入し、ギャップＬ内に両渦電流コイル１，１′を位置させて、両面に設置された両渦電流コイル１，１′でそれぞれの渦電流コイル１，１′のそれぞれの信号を計測する。このそれぞれの信号の大きさとして、渦電流コイル１，１′の設置された側の燃料棒
２１の各ギャップＬ１，Ｌ２に比例した信号が渦電流コイル１，１′側から出力されて計測される。このとき、各渦電流コイル１，１′の設置された反対側にも磁場が発生するが、その磁場は磁場遮断材２により遮断されるので、２つの渦電流コイル１，１′の相互干渉の影響はほとんど無いレベルに抑えられて精度が維持される。
【００２８】
図３はそれぞれの側のギャップＬ１，Ｌ２とセンサ４の出力の関係を測定した結果を示している。このようなグラフを予め作成しておくことにより、実際の測定において得られたセンサ４の出力信号から、この図３を用いて、それぞれの側のギャップ（すなわち、図１のＬ１およびＬ２）を測定することができる。測定対象のギャップＬ１，Ｌ２は、図１のように、各渦電流コイル１，１′とそれに近接する燃料棒２１との間隔であるから、当然のことながら、測定した各ギャップＬ１及びＬ２と、センサ４の厚みＬ３の和として、算出することになる。
【００２９】
このようにすることにより、測定対象に接触することなく、ギャップＬを測定することが可能となる。なお、図３は実測値であるが、この測定点の誤差が小さいことから、１０μｍレベルの高精度でギャップ測定できることが分かった。更に，図１の矢印１０方向にセンサ４を走査して一層矢印１０方向に位置する燃料棒２１間のギャップを上述のように測定する。
【００３０】
また、基板３の材質を磁場を遮断する磁場遮断材料にすると、磁場遮蔽材２，２′の機能を基板３が兼ねるから、磁場遮蔽材２，２′が不要である。
【００３１】
本発明の第２実施例として、原子燃料用集合体２２の燃料棒２１のギャップＬを測定する場合のギャップ検査装置を図４，図５を用いて説明する。まず図４は測定すべき原子燃料用集合体２２を示しており、これは実施例１で既述したように燃料棒２３を格子状に配置したものである。この燃料棒２３のギャップＬは数mm程度であり、それを数１０μｍの高精度で管理する必要がある。
【００３２】
そこで、既述の実施例１によるギャップ検査センサ４（以下、単にセンサ４という。）を用いて、図５のようなギャップ検査装置を構成する。この実施例２では、９行９列の燃料棒配置における燃料棒２１間の８個の各ギャップＬを測定するために８個のセンサ４を採用する。
【００３３】
各センサ４は、スキャナヘッド５に装着され、そのスキャナヘッド５はスキャナ駆動部６に装着されてそのスキャナヘッド５がスキャナ駆動部６によって、図５のＡ矢印方向へ操作できるように構成されている。
【００３４】
そのスキャナ駆動部６は、スキャナ制御装置７に接続されて、スキャナ制御装置７によってスキャナ駆動部６が駆動制御されるように構成されている。
【００３５】
センサ４は、渦電流制御および信号処理装置８に接続されて、渦電流制御および信号処理装置８によって渦電流が制御され、さらにはセンサ４で測定した信号に基づいた演算処理によってギャップＬ，Ｌ１，Ｌ２を算出するように構成されている。
【００３６】
このようなギャップ検査装置でギャップＬを測定する際には、スキャナ駆動部６でスキャナヘッド５を駆動して８個のセンサ４を一括して、原子燃料用集合体２２の水平断面に対し、図５のように原子燃料用集合体２２の外側から内側に挿入して走査する。このことにより、電流制御されたセンサ４が測定対象のギャップの位置に到達する。その後は実施例１と同様に各センサ４からの出力信号を取得して渦電流制御および信号処理装置８でギャップＬ，Ｌ１，Ｌ２を算出する。
【００３７】
再度、８個のセンサ４をスキャナ駆動部６により原子燃料用集合体２２の中心側へ走査して、原子燃料用集合体２２の内側における各燃料棒２１のギャップＬをも測定するものである。その測定に際しては、燃料棒２１にたいして検査装置のいずれの部分も接触しない状態で原子燃料用集合体２２の燃料棒２１のギャップＬを原子燃料用集合体２２の内部まで高精度に自動検査することが可能となる。
【００３８】
以上、燃料棒２１のギャップＬの検査を例に各実施例を説明したが、本発明の適用対象は燃料棒２１のギャップＬの検査のみでなく、金属のような電磁気導体であれば、管群のみならず、板材においても板材間のギャップの計測及び検査ができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、原子燃料用集合体の燃料棒の間隔を測定する為のギャップ検査センサおよびギャップ検査装置に用途がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のギャップ検査センサのギャップ測定中における上面図である。
【図２】本発明のギャップ検査センサの斜視図である。
【図３】本発明のギャップ検査センサの測定結果の一例を示すグラフ図である。
【図４】本発明の測定対象の原子燃料用集合体の全体図である。
【図５】原子燃料用集合体の燃料棒のギャップ検査装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１′…渦電流コイル、２，２′…磁場遮断材、３…基板、４…ギャップ検査センサ、５…スキャナヘッド、６…スキャナ駆動部、７…スキャナ制御装置、８…渦電流制御および信号処理装置、２１…燃料棒、２２…原子燃料用集合体。
【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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