(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の炉水中あるいは燃料プールの水中に立設状態で設置された照射済みの燃料集合体等の検査対象物と、
この検査対象物に対向して設置される筒状密閉容器と、
パルスレーザ光を出力させるレーザ装置と、
このレーザ装置から出力されたパルスレーザ光を筒状密閉容器内を通して前記検査対象物の部材表面に集光照射させる照射光学系と、
パルスレーザ光の照射により検査対象物の部材表面に生成されたプラズマの原子・イオンから放出される蛍光を案内し、集光させる蛍光集光光学系と、
この蛍光集光光学系を案内された蛍光を入射させ、波長毎に分けるとともに波長毎の光強度検出信号を出力する分光手段と、
分光手段からの蛍光波長と波長毎の光強度信号を入力して元素の種類と濃度を計算してレーザプラズマ分光法により分析する演算手段とを有し、
さらに、前記筒状密閉容器に、燃料集合体等の検査対象物の部材表面周辺を気密空間に形成可能な真空容器と、この真空容器内に水素原子の発光に適した負圧あるいは陽圧のガス雰囲気を形成させるガス供給装置および排気装置とを備え、
前記真空容器内で前記水中に立設状態で設置された検査対象物の部材表面にレーザ光を集光照射させ、真空容器内でプラズマを発生させ、このプラズマから蛍光中の水素固有波長の蛍光を測定するようにしたことを特徴とする原子炉の検査装置。
【請求項２】
前記筒状密閉容器の下部側方に設けられた真空容器に、この真空容器内を負圧のガス雰囲気を形成する排気装置と、上記真空容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、前記真空容器内の気体の排気と不活性ガスの供給を切換制御可能なガス置換制御機構とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉の検査装置。
【請求項３】
前記筒状密閉容器は、燃料集合体等の検査対象物の長手方向に昇降自在に設けられ、
前記筒状密閉容器の昇降により、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の照射位置をレーザ光のパルス毎に又は複数のパルス毎に移動させ、検査対象物の対象部位表面との水素濃度分析を長手方向に分析可能としたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉の検査装置。
【請求項４】
前記筒状密閉容器は固定設置され、検査対象物の対象部位に照射されるパルスレーザ光の照射位置を固定し、パルスレーザ光の照射によって生成されたプラズマからの蛍光を、パルスレーザ光照射位置を変えずに連続して取得することにより、燃料集合体等の検査対象物の部材深さ方向の水素濃度分布を分析可能としたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉の検査装置。
【請求項５】
前記分光手段は、検査対象物の対象部位に照射されたパルスレーザ光により生成されたプラズマの発光から水素固有の波長の蛍光を区別する蛍光分光部と、水素固有の波長とその蛍光の強度を検出する蛍光検出部とを有する請求項１に記載の原子炉の検査装置。
【請求項６】
チャンネルボックス内に複数の燃料棒を収容し、内部を冷却材が通過するように配置された複数の燃料集合体と、この燃料集合体間の空間に長手方向に移動可能に配置された制御棒とを有し、水中に立設状態で設置された前記燃料集合体等の検査対象物の部材の水素濃度を分析する原子炉の検査方法において、
前記原子炉の定期検査時に、水中に立設状態で設置された前記燃料集合体等の検査対象物の部材表面の周辺に気密空間を形成可能な真空容器を設け、上記真空容器内に水素原子の発光に適した負圧あるいは陽圧のガス雰囲気を形成させ、
前記検査対象物の部材の水素濃度を、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光を検査対象物の部材表面に集光照射させ、照射されたパルスレーザ光のエネルギーにより検査対象物の元素を含むプラズマを生成し、
生成されたプラズマからの発光する蛍光の波長とその光強度を分析することにより、検査対象物の元素組成を分析するレーザプラズマ分光法により非破壊にて分析することを特徴とする原子炉の検査方法。
【請求項７】
前記レーザプラズマ分光法で使用されるパルスレーザ光の照射位置をパルス毎に、または複数のパルス毎に検査対象物の長手方向に移動させ、前記検査対象物の対象部位表面上の水素濃度分布を分析することを特徴とする請求項６に記載の原子炉の検査方法。
【請求項８】
前記レーザプラズマ分光法で使用されるパルスレーザ光の照射位置を変えずに、パルス毎に連続して取得することにより、パルスレーザ光の照射により検査対象物の部材表面が薄く削れていくことに伴い、検査対象物の部材の深さ方向の水素濃度分布を分析することを特徴とする請求項６に記載の原子炉の検査方法。
【請求項９】
前記真空容器内に供給される水素原子の発光に適したガスをヘリウムまたはアルゴンガスとすることを特徴とする請求項６に記載の原子炉の検査方法。
【請求項１０】
前記検査対象物の部材表面にパルスレーザ光を集光照射させて生成されるプラズマにより発生する水素固有の波長の蛍光だけでなく、ジルコニウム、鉄、クロムおよび酸素のうち少なくとも１つの元素の固有波長の蛍光を蛍光検出部で検出可能とする請求項６に記載の原子炉の検査方法。
【請求項１１】
原子炉炉心に装荷される４体１組の燃料集合体により構成される炉心ユニットと、この炉心ユニットの中央部に形成される空間に長手方向に昇降自在に設けられる横断面十字型制御棒とを有し、
前記炉心ユニットを基本単位として多数の炉心ユニットを平面視円形に近い配置構造に配設し、
前記炉心ユニットには、請求項６から１０のいずれか１項に記載の原子炉の検査方法によって、原子炉の炉水中または燃料プールの水中に立設状態で設置された燃料集合体を非破壊で水素濃度分析が行われ、水素脆化の懸念がないと判定された燃料集合体が継続して原子炉の炉心に装荷され、
多数の炉心ユニットで原子炉炉心が構成されたことを特徴とする原子炉。
【請求項１２】
原子炉の炉心に４体１組の燃料集合体を装荷して炉心ユニットを構成し、この炉心ユニットの中央部に形成される十字型空間に横断面十字状の制御棒を長手方向に昇降自在に収納させる一方、前記炉心ユニットを基本単位として多数の炉心ユニットを平面視円形に近い配置構造に配設し、
前記炉心ユニットに、請求項６から１０のいずれか１項に記載の原子炉の検査方法によって非破壊にて水素濃度分析されて水素脆化の懸念のない燃料集合体を原子炉の炉心に継続使用し、
前記制御棒を昇降移動させて原子炉炉心の出力制御を行なうことを特徴とする原子炉の運転方法。
【請求項１３】
前記燃料集合体の部材を請求項６から１０のいずれか１項に記載の原子炉の検査方法によって水素濃度あるいは水素濃度分布を非破壊検査し、
前記燃料集合体の部材の水素濃度が所定値以上である場合に、上記燃料集合体またはこの燃料集合体に代表されるグループの燃料集合体を新規燃料集合体に交換し、
前記燃料集合体の水素濃度が設定値以下である場合は、前記燃料集合体またはこの燃料集合体に代表されるグループの燃料集合体を継続使用させ、原子炉の運転を再開させることを特徴とする請求項１２に記載の原子炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の平均取出し燃焼度を増加させ、原子炉の燃料経済性を向上させた原子炉およびその運転方法ならびに原子炉の検査装置およびその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲという。）や加圧水型原子炉（以下、ＰＷＲという。）、低減速軽水炉（以下、ＰＭＷＲという。）、超臨界圧軽水冷却高速増殖炉（以下、ＳＣＦＢＲという。）等の原子炉は、冷却材に水が用いられる。この原子炉の燃料集合体部材には、ジルコニウムの合金であるジルカロイ材料が一般的に使用されている。
【０００３】
ジルカロイは、中性子吸収ロスが少ないという燃料集合体の部材材料として優れた性質を有するが、燃料集合体が高温・高圧の水中に置かれることにより、ジルカロイ材料中に水素を吸収し、蓄積し易い性質を有するジルカロイ材料に蓄積される水素濃度が固溶限度を超えるような高濃度になると水素化物として析出し、水素化物が連なって組織化すると、機械的・物理的強度が低下し、いわゆる水素脆化と呼ばれる現象が表われることが知られている。
【０００４】
商業的に運転されている沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）や加圧水型原子炉（ＰＷＲ）においては燃料集合体が原子炉の炉心に装荷され、発電に使用される期間が短かい。原子炉の炉心に装荷されて発電に使用された燃料集合体は、その後、原子炉から取出され、新規燃料集合体と交換されるまでの積算発熱量である取出し燃焼度が小さいため、燃料集合体部材の水素脆化現象は起こりえない。これらの原子炉において燃料集合体の燃焼期間や取出し燃焼度の大きさは、主に燃料集合体内の核分裂によりエネルギーを発生するウラン２３５の濃縮度の上限によって決まっている。
【０００５】
しかし、将来型の原子炉として研究されている低減速軽水炉（ＰＭＷＲ）、超臨界圧軽水冷却高速増殖炉（ＳＣＦＢＲ）においては、沸騰水型原子炉や加圧水型原子炉における取り出し燃焼度の数倍の取出し燃焼度実現を目指して高い取り出し燃焼度を目標としており、原子炉の炉心に燃料集合体が装荷されて発電に供されている時間も長くなるため、燃料集合体の部材の候補であるジルカロイの水素脆化が問題になってくる可能性がある。
【０００６】
将来型原子炉では、長期にわたる発電により水素濃度が少しずつ高くなり、燃料集合体の部材が固溶限度を超えるような高濃度になって水素脆化が進行してくる可能性がある。水素濃度が固溶限度を越えて高濃度化する現象が顕著になってくると燃料集合体の健全性が担保できなくなる可能性があり、水素脆化は一体の燃料を使って発電しうる発電電力量、即ち燃料経済性を制限する要因の一つになる可能性があると考えられる。
【０００７】
超高燃焼度を目指し開発中の将来型の原子炉においては、超高燃焼度実現のため燃料内のウラン濃縮度の制限は緩和されているはずなので、燃料集合体の健全性に関する要因として重要なのは燃料集合体部材の水素脆化と燃料被覆管の内圧の増加である。
【０００８】
低減速軽水炉（ＰＭＷＲ）、超臨界圧軽水冷却高速増殖炉（ＳＣＦＢＲ）等の将来型の原子炉においては、原子炉で所定の期間使用した燃料であっても、燃料集合体の部材を燃料集合体の健全性の観点から検査し、水素脆化と燃料内圧の観点から問題ないことが分かれば原子炉に再装荷してさらに発電に使える場合も多いと考えられる。
【０００９】
燃料集合体の燃料健全性に係わる２つの要因の中で燃料被覆管の内圧増加は核分裂生成物放出に係わるものである。この燃料の内圧の評価技術としては燃料集合体のプレナム部で放射性同位体Ｋｒ−８５を測定することにより、核分裂生成物（ＦＰ）ガス放出率を評価する技術が燃料の非破壊分析手法として既に確立している。
【００１０】
また、従来の燃料集合体の部材の水素濃度を分析する方法としては、使用した燃料を燃料プールにて一定期間冷却した後、燃料集合体を解体し、部材を試料片に切断し、高温炉にて溶解し出てきた水素をガス分析器や質量分析器で検出する方法等が特許文献１〜３で知られている。
【特許文献１】特開平６−２８９１８１号公報
【特許文献２】特開平１０−１８５８４３号公報
【特許文献３】特開２００２−１８１７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の燃料集合体の部材の水素濃度分析技術では、部材の水素濃度分析後に、水素脆化の観点から問題のないことが分かり、燃料健全性が担保されることが判明しても、燃料集合体の部材が試料片に切断されているために、再組み立てして原子炉に戻すことができなかった。
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、燃料集合体等の検査対象物の部材に機械的、物理的な損傷を与えることなく、非破壊にて部材の水素濃度を分析できる原子炉およびその運転方法ならびに原子炉の検査装置およびその検査方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、照射済み燃料集合体の部材の溶解・切断等の破壊的分析を行なうことなく、水素脆化と燃料の内圧管理が可能となって燃料の健全性を担保し、高い燃焼度の原子炉炉心の実現が容易で燃料の経済性を向上させた原子炉およびその運転方法を提供するにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、照射済み燃料集合体等の検査対象物の中で水素脆化し易い燃料被覆管、スペーサ等の部材表面の水素含有率の変化を簡単に精度よく検出することができる原子炉の検査装置およびその検査方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る原子炉の検査装置は、上述した課題を解決するために、原子炉の炉水中あるいは燃料プールの水中に立設状態で設置された照射済みの燃料集合体等の検査対象物と、この検査対象物に対向して設置される筒状密閉容器と、パルスレーザ光を出力させるレーザ装置と、このレーザ装置から出力されたパルスレーザ光を筒状密閉容器内を通して前記検査対象物の部材表面に集光照射させる照射光学系と、パルスレーザ光の照射により検査対象物の部材表面に生成されたプラズマの原子・イオンから放出される蛍光を案内し、集光させる蛍光集光光学系と、この蛍光集光光学系を案内された蛍光を入射させ、波長毎に分けるとともに波長毎の光強度検出信号を出力する分光手段と、分光手段からの蛍光波長と波長毎の光強度信号を入力して元素の種類と濃度を計算してレーザプラズマ分光法により分析する演算手段とを有し、さらに、前記筒状密閉容器に、燃料集合体等の検査対象物の部材表面周辺を気密空間に形成可能な真空容器と、この真空容器内に水素原子の発光に適した負圧あるいは陽圧のガス雰囲気を形成させるガス供給装置および排気装置とを備え、前記真空容器内で前記水中に立設状態で設置された検査対象物の部材表面にレーザ光を集光照射させ、真空容器内でプラズマを発生させ、このプラズマから蛍光中の水素固有波長の蛍光を測定するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係る原子炉の検査方法は、上述した課題を解決するために、チャンネルボックス内に複数の燃料棒を収容し、内部を冷却材が通過するように配置された複数の燃料集合体と、この燃料集合体間の空間に長手方向に移動可能に配置された制御棒とを有し、水中に立設状態で設置された前記燃料集合体等の検査対象物の部材の水素濃度を分析する原子炉の検査方法において、前記原子炉の定期検査時に、水中に立設状態で設置された前記燃料集合体等の検査対象物の部材表面の周辺に気密空間を形成可能な真空容器を設け、上記真空容器内に水素原子の発光に適した負圧あるいは陽圧のガス雰囲気を形成させ、前記検査対象物の部材の水素濃度を、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光を検査対象物の部材表面に集光照射させ、照射されたパルスレーザ光のエネルギーにより検査対象物の元素を含むプラズマを生成し、生成されたプラズマからの発光する蛍光の波長とその光強度を分析することにより、検査対象物の元素組成を分析するレーザプラズマ分光法により非破壊にて分析することを特徴とする検査方法である。
【００１７】
また、本発明に係る原子炉は、上述した課題を解決するために、原子炉炉心に装荷される４体１組の燃料集合体により構成される炉心ユニットと、この炉心ユニットの中央部に形成される空間に長手方向に昇降自在に設けられる横断面十字型制御棒とを有し、前記炉心ユニットを基本単位として多数の炉心ユニットを平面視円形に近い配置構造に配設し、前記炉心ユニットには、請求項６から１０のいずれか１項に記載の原子炉の検査方法によって、原子炉の炉水中または燃料プールの水中に立設状態で設置された燃料集合体を非破壊で水素濃度分析が行われ、水素脆化の懸念がないと判定された燃料集合体が継続して原子炉の炉心に装荷され、多数の炉心ユニットで原子炉炉心が構成されたことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明に係る原子炉の運転方法は、上述した課題を解決するために、原子炉の炉心に４体１組の燃料集合体を装荷して炉心ユニットを構成し、この炉心ユニットの中央部に形成される十字型空間に横断面十字状の制御棒を長手方向に昇降自在に収納させる一方、前記炉心ユニットを基本単位として多数の炉心ユニットを平面視円形に近い配置構造に配設し、前記炉心ユニットに、請求項６から１０のいずれか１項に記載の原子炉の検査方法によって非破壊にて水素濃度分析されて水素脆化の懸念のない燃料集合体を原子炉の炉心に継続使用し、前記制御棒を昇降移動させて原子炉炉心の出力制御を行なうことを特徴とする運転方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低減速軽水炉や超臨界圧軽水冷却増殖炉等の超高燃焼度実現を目指す原子炉において、定期検査時に燃料集合体等の検査対象物の部材を切断したり、溶融することなく、検査対象物の燃料集合体の健全性を、検査対象物の部材に物理的・機械的な損傷を与えずに非破壊にて水素濃度を分析できる。
【００２０】
燃料集合体の部材の水素濃度を分析した結果、その部材の水素濃度が水素脆化状態の判定基準である所定の水素濃度より低いことが分れば、従来の技術に記載の方法で燃料の内圧上昇が問題ないことが評価できるので、燃料集合体の健全性が担保されることになり、継続使用して燃料集合体の原子炉への装荷期間の延長または、照射済み燃料集合体の取り出し燃焼度を大幅に増加させることができ、従来に比べ原子炉の燃料経済性を著しく向上させることができる可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る原子炉およびその運転方法ならびに原子炉の検査装置およびその検査方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明に係る原子炉は、原子炉の炉心に複数の燃料集合体が装荷され、冷却材に水を用い、この水が燃料集合体の間を冷却材として流れるタイプの低減速軽水炉（ＰＭＷＲ）や超臨界圧水軽水冷却高速環境炉（ＳＣＦＢＲ）等に好適に適用される原子炉である。この原子炉では、４体１組の燃料集合体が多数組原子炉の炉心に装荷され、平断面円形の炉心構造に構成される。４体１組の燃料集合体間に囲まれる空間を、横断面十字型制御棒が往復する構造となっている。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る原子炉の炉心１０に装荷される燃料集合体１１を示す斜視図である。
【００２４】
原子炉としての軽水炉やＳＣＦＢＲの炉心１０には、４体１組の燃料集合体１１が多数組碁盤目状に配列されて装荷され、２行２列、４体１組の燃料集合体１１から炉心ユニット１２が構成される。炉心ユニット１２の中央部に形成される十字型空間１３に横断面十字型制御棒１４が制御棒駆動手段１５にて長手方向の上下方向に往復動するようになっている。燃料集合体１１は角筒状のチャンネルボックス内に多数の燃料棒が収納される。
【００２５】
制御棒駆動手段１５は制御棒１４の上端（あるいは下端）に結合される制御棒駆動軸１６を有し、この制御棒駆動軸１６にて４体１組の燃料集合体１１間の空間１３を長手方向に沿って昇降せしめられる。
【００２６】
原子炉の炉心１０に装荷される２行２列、４体１組の燃料集合体１１は、制御棒駆動手段１５により昇降せしめられる制御棒１４の位置により、制御棒３の中性子吸収率が変化する。原子炉の運転中は、燃料集合体１１からの発熱が所要の発熱量となるように、制御棒１４の昇降位置が常に制御される。
【００２７】
原子炉の状態は、発電のための運転を行なっている運転状態と、不測の要因（事態）により一時運転を停止している一時停止状態と、原子炉を停止し、保守点検を行なっている定期検査状態に大別される。原子炉の状態が運転状態又は一時停止状態にある期間を運転期間、定期検査状態にある期間を定期検査期間という。原子炉は、運転期間と定期検査期間が交互に繰り返すように運転が計画される。
【００２８】
原子炉では、一定の期間発電に使用した燃料集合体１１はこの定期検査期間中に取り出され、燃料プールに移され所定期間冷却され、原子炉には新しい燃料集合体１１が装荷される。
【００２９】
従来の原子炉であるＢＷＲやＰＷＲでは、燃料集合体は所定の運転期間経過後無条件に取り出され、新しい燃料集合体と交換されることになるが、本発明の実施形態によれば、検査対象物としての燃料集合体１１の部材の水素濃度分析により水素脆化の懸念が無いことが示されて、なおかつ燃料の内圧の増加も問題なければ、燃料集合体１１をさらに継続して使用することが可能となる。従って、継続使用可能な燃料集合体１１を原子炉の炉心１０へ再装荷したり、そのまま継続使用することによって、燃料集合体１１全体の使用期間を延ばすことができ、燃焼度の向上を図ることができる。この実施形態では、継続使用可能な燃料集合体を炉心１０に再装荷して原子炉を運転させることで、所定の発電量に必要な燃料の使用数量を低減し、燃料経済性を向上させることが可能となる。
【００３０】
この原子炉では、燃料集合体１１の水素脆化診断による燃料健全性の担保を図り、燃料の健全性を確保しつつ燃焼度の向上を図ることができる。
【００３１】
図２は、原子炉の炉心１０に配置される燃料集合体１１と制御棒１４の配置例を示す平面図である。この原子炉の炉心配置構造は、２行２列、４体１組の燃料集合体１１と制御棒１４の配置を基本単位として、多数単位、例えば３２単位を配置した例を模式的に示したものである。図２に示された原子炉の炉心１０は、燃料から発生した中性子を効率よく利用可能とするため、平面視円形に近い配置構造とした例であり、この炉心配置構成例では、原子炉の炉心１０に燃料集合体１１を配置可能なスペースが４×３２＝１２８体分あることになる。
【００３２】
［第２の実施形態］
図３は、原子炉の炉心に装荷される燃料集合体の部材水素濃度を分析する原子炉の検査方法の実施形態を示す原理図である。
【００３３】
この実施形態は、検査対象物としての燃料集合体１１を構成する部材、例えば燃料被覆管、スペーサ等のジルカロイ製部材の水素含有率を分析するレーザプラズマ分光法の原理を示すもので、燃料集合体１１を構成する部材の表面に所要のパルス幅、例えば１００ナノ秒程度以下のパルスレーザ光ａを集光照射させ、部材表面のミクロン単位の薄い層を瞬間的に加熱蒸発、原子化させ、数万度のプラズマ状態を生成する。
【００３４】
生成されたプラズマ１８におけるプラズマ状態の原子やイオンは高エネルギーな励起状態にある。レーザ光はパルスレーザ光であり、レーザパルス幅の時間を繰返してレーザ光ａのエネルギーが照射されない時間帯では、プラズマ１８における原子やイオンは光の放出等を行なってエネルギーを失い安定した基底状態に戻る。低いエネルギー状態に戻っていくときに放出する蛍光ｂをレーザプラズマ分光法で波長分析を行なうものである。
【００３５】
蛍光ｂの波長は、元素の種類やエネルギー状態によって異なる。また、プラズマ１８中に存在する同じ元素の原子数が多いと、その元素固有の蛍光の強度も強くなる。
【００３６】
したがって、パルスレーザ光ａを燃料集合体１１の部材表面に照射してプラズマ１８を生成し、このプラズマ１８における原子の種類やイオンから放出される蛍光ｂの波長とその蛍光強度を測定し、分析することで、蛍光波長から元素の種類と蛍光強度を非破壊で特定でき、その蛍光ｂの波長毎の強度から元素の濃度を分析することができる。
【００３７】
このように、燃料集合体１１の部材表面に、パルスレーザ光を集光照射させ、そのレーザエネルギーにより部材表面の構成原子をプラズマ化し、このプラズマ１８から放出される蛍光ｂの発光スペクトルの波長と波長毎の蛍光強度から、燃料集合体１１の部材の材料組成を分析することができる。この材料組成の分析方法をレーザプラズマ分析法という。
【００３８】
［第３の実施形態］
図４は、燃料集合体１１の部材の水素濃度を分析する原子炉の検査装置およびその検査方法の第１実施形態を示すものである。
【００３９】
図４に示された原子炉の検査装置２０は、原子炉の炉中あるいは燃料プール２１の水中に立設状態で設置された照射済みの燃料集合体１１と、この燃料集合体１１の長手方向に沿って昇降可能な角筒状あるいは円筒状の筒状密閉容器２２と、パルスレーザ光ａを出力させるレーザ装置２３と、このレーザ装置２３から出力されたパルスレーザ光ａを燃料集合体１１の部材表面に集光照射させる照射光学系２４と、パルスレーザ光ａの照射により部材表面が瞬間的に加熱蒸発、原子化されて数万度のプラズマ状態となり、発生したプラズマ状態の原子やイオンから放出される蛍光ｂを案内する蛍光集光光学系２５と、この蛍光集光光学系２５を案内され、集光された蛍光ｂを波長毎に分け、内蔵された光センサで蛍光強度を検出する分光手段２６と、この分光手段２６で測定された蛍光の波長と波長毎の光強度信号が入力される演算手段としてのコンピュータ２７とを有する。
【００４０】
分光手段２６は、プラズマの発生から水素固有の波長の蛍光を区別する蛍光分光部と、水素固有の波長とその波長強度を検出する光センサ等の蛍光検出部とを有する。コンピュータ２７内では、蛍光の波長と波長毎の強度とから水素等の元素の種類と相対的な元素濃度が計算され、計算結果は図示しない表示手段に表示される。表示手段は、演算手段としてのコンピュータに付設されたディスプレイであったり、また、無線あるいは有線を介して遠隔のディスプレイに接続され、このディスプレイに表示させるようにしてもよい。
【００４１】
筒状密閉容器２２は、頂部にレーザ装置２３からのパルスレーザ光ａや蛍光ｂを透過させる透過窓３１を有する一方、筒状密閉容器２２内の底部には全反射ミラー３２が設置される。全反射ミラー３２で向きが変えられて直角方向に反射されたパルスレーザ光ａは密閉容器２２の側部に設けられた集光レンズ３３により集光されてエネルギー密度が高められ、検査対象物である燃料集合体１１の部材表面に集光照射されるようになっている。また、筒状密閉容器２２の上方には穴あきミラー３４が斜設され、この穴あきミラー３４の穴３４ａからレーザ装置２３から発振されたパルスレーザ光ａを筒状密閉容器２２内に案内している。
【００４２】
照射光学系２４は穴あきミラー３４の穴部３４ａ、透過窓３１、全反射ミラー３２および集光レンズ３３から構成され、レーザ装置２３から発振されたパルス幅１００ナノ秒以下のパルスレーザ光ａを水中に設置された検査対象物である照射済み燃料集合体１１の部材表面に集光照射させるようになっている。
【００４３】
燃料集合体１１の部材表面を集光照射させることにより部材表面にプラズマを生成し、生成されたプラズマによる測定対象元素からの蛍光ｂが発生する。発生した蛍光ｂは、蛍光検査光学系２５を通って分光器２６に案内される。蛍光集光光学系２５は、集光レンズ３３、全反射ミラー３２、透過窓３１、穴あきミラー３４および集光レンズ３５により構成される。
【００４４】
燃料集合体１１の部材表面に集光照射されて生成されるプラズマからの蛍光は、集光レンズ３３により平行光となって、全反射ミラー３２で反射され、筒状密閉容器２２内を通り、透過窓３１から穴あきミラー３４のミラー面で大部分が反射し、反射した蛍光ｂは集光レンズ３５で集光されて分光手段２６に入射され、この分光手段２６にて蛍光ｂの波長と波長毎の蛍光強度が検出される。この検出信号はコンピュータ２７に送られてレーザプラズマ分光法により分析処理され、元素の種類と相対的な元素濃度が計算され、その計算結果は表示手段に表示されるようになっている。
【００４５】
次に、原子炉の検査装置の作用を説明する。
【００４６】
この原子炉の検査装置２０は、レーザ装置２３から発振されたパルスレーザ光ａを斜設された穴あきミラー３４の穴３４ａを通り、筒状密閉容器２２内に形成される照射光学系２４に案内され、筒状密閉容器２２の下部側面に配置された集光レンズ３３にて分析対象となる検査対象物の照射済み燃料集合体１１の部材表面に集光照射される。
【００４７】
ここで、レーザ装置２３から出力されるレーザ光ａは、パルス幅１００ナノ秒以下、例えば数ナノ秒から１００ナノ秒のパルス幅を有するパルスレーザ光である。このパルスレーザ光ａを燃料集合体１１の部材表面に集光照射させると、部材表面のミクロン単位の薄い層が瞬間的に加熱蒸発、原子化されて数万度のプラズマ状態となり、プラズマ１８を生成する。
【００４８】
燃料集合体１１の部材表面が局所的（ポイント的）にプラズマ状態となり、生成されるプラズマ１８により、プラズマ状態の原子やイオンから蛍光ｂが放出される。この蛍光ｂはパルスレーザ光ａの照射経路（進行経路）とは逆に走査され、集光レンズ３３で平行光となり、この蛍光ｂは全反射ミラー３２にて進行方向が変えられ、筒状密閉容器２２内を上昇し、この密閉容器２２上面の透過窓３１を通過し、大部分は穴あきミラー３４で反射して向きが横方向に変えられて集光レンズ３５で集光され、分光手段２６に入射される。
【００４９】
分光手段２６では、入射された蛍光ｂが波長毎に分けられ、さらに、分光手段２６に内蔵された光センサにより波長毎の蛍光強度が測定される。分光手段２６にて測定された蛍光の波長と、波長毎の光強度信号は検出信号となってコンピュータ２７に伝送される。コンピュータ２７内では、蛍光の波長と波長毎の光強度から元素の種類と相対的な元素濃度が計算され、その計算結果が表示手段（図示せず）に表示される。
【００５０】
また、コンピュータ２７は、内蔵されるプログラムの働きにより、周期的にトリガー信号ｃをレーザ装置２３に送ることで、レーザ装置２３から出力されるレーザパルスの発射タイミングを制御することができる。また、コンピュータ２７は、プラズマ１８からの蛍光ｂを分光手段２６で測定するタイミングを分析対象元素、ここでは水素原子の蛍光発生寿命に合わせ、測定（分析）対象元素の発光に無関係なバックランド発光と区別し易い最適な条件にタイミング制御することで、プラズマ１８からの測定対象元素の蛍光信号のみを精度よく、効率的に測定することができる。
【００５１】
また、筒状密閉容器２２を図４の上下方向の矢印Ａで示すように昇降させ、上下方向に図示しない昇降駆動装置で動かすことで、燃料集合体１１を固定したまま、燃料集合体１１を構成する部材表面の異なる場所にプラズマ１８を生成し、その移動プラズマからの発光（蛍光）を常に分光手段２６に入射され、蛍光の波長と光強度の情報をコンピュータ２７で計算処理することで、燃料集合体１１の部材表面の異なる場所の水素濃度を測定することができる。
【００５２】
この水素濃度測定操作を、連続したレーザパルス毎に、または、複数のレーザパルス毎に連続的に実施することによって、燃料集合体１１の部材表面における水素濃度の上下方向（長手方向）分布を測定することができる。
【００５３】
図４に示す原子炉の検査装置２０の変形例では、筒状密閉容器２２を上下方向Ａに動かすことで、パルスレーザ光ａの照射位置、即ちプラズマ生成位置を上下方向に動かして水素濃度の上下方向分布を測定する例を説明したが、筒状密閉容器２２を水平方向に移動させる水平移動機構（水平走査光学系）を設けて、パルスレーザ光ａの照射位置を水平方向に移動させて水素濃度の水平方向分布を測定できるようにしてもよい。さらに、原子炉の検査装置２０では、レーザ光の照射位置を上下方向と水平方向の２つの移動方向の組み合せとして、燃料集合体１１の部材表面の水素濃度の２次元的な分布測定を行なうことができるようにしてもよい。
【００５４】
また、この原子炉の検査装置２０では、レーザ装置２３から燃料集合体１１を構成する部材の表面に、図５に示すように、パルス幅が数ナノ秒から１０数ナノ秒、例えば１０ナノ秒程度のパルスレーザ光を集光照射させ、燃料集合体１１の部材表面のミクロン単位の薄い層が瞬間的に加熱蒸発、原子化し、数万度のプラズマ状態のプラズマを生成させてもよい。
【００５５】
燃料集合体１１の部材表面に形成されるプラズマ状態の原子やイオンは高エネルギ状態により、パルスレーザ光ａは、レーザパルス幅の間の時間帯の期間には、エネルギが存在しないので、レーザパルス幅の間の時間帯では、プラズマ中の原子やイオンは光（蛍光）の放出等を行なうことで、エネルギーを失なって低エネルギ状態（安定したエネルギ準位）に戻っていく。
【００５６】
このとき、プラズマを構成する原子から放出される蛍光の波長は、原子の種類やエネルギー状態によって異なっており、この蛍光の波長と光強度を測定することで構成元素の種類と濃度を分析評価することができる。
【００５７】
図６は、パルスレーザ光ａの照射によって生成されたプラズマ１８およびその周辺を拡大した図である。
【００５８】
１パルスのパルスレーザ光の照射によって、燃料集合体１１の部材表面３７の極薄い層（ミクロンオーダの薄層）が加熱蒸発、原子化されてプラズマ１８が生成される。部材表面３７が加熱蒸発、原子化されて空間中に飛散した原子の大部分は、燃料集合体１１の部材表面３７に戻ることは無いので、パルスレーザ光ａの照射を受けた部分は図６に示すように極わずかであるが減肉することになる。
【００５９】
パルスレーザ光ａの照射により燃料集合体１１の部材材料が減肉した表面層３８は、レーザ光ａのパルス毎に部材表面３７から薄い層として削られていくことになるので、部材表面３７の同じ位置にレーザ光ａのパルス照射を繰り返すと、極わずかであるが、部材表面３７から少しづつ深い部分の表面が露出してくる。したがって、レーザ光ａのパルス毎に、プラズマ１８からの蛍光の波長と光強度を測定することによって、水素の濃度の深さ方向の変化を測定することができる。
【００６０】
［第４の実施形態］
図７は、本発明に係る原子炉の検査装置およびその検査方法の他の実施形態を示す図である。
【００６１】
この実施形態の原子炉の検査装置２０Ａを説明するに当り、図４に示された原子炉の検査装置２０と同じ構成には、同一符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。
【００６２】
図７に示された原子炉の検査装置２０Ａは、筒状密閉容器２２の集光レンズ３３付近の下部側面を囲むように外側方に突出する筒状の間隔保持スペーサ４０が設けられる。間隔保持スペーサ４０は、水中設置の燃料集合体１１の部材表面に対向し、かつその部材表面に密着するようにゴムパッキン等の密封パッキン４１が備えられ、この間隔保持スペーサ４０および密封パッキン４１により、筒状密閉容器２２と燃料集合体１１の部材表面との間に、集光レンズを覆う真空容器４３が構成される。
【００６３】
筒状の真空容器４３には、水（水蒸気）やガス等の流体を排出できるように排出（排気）配管４４が接続され、この排出配管４４の先には排気装置４５が設けられる。
【００６４】
図７に示された原子炉の検査装置２０Ａは、レーザ装置２３を作動させてパルスレーザ光ａを照射して水素測定を非破壊にて行なう前に、排気装置４５により、筒状真空容器４３内の水（水素等）やガス等の流体を排出し、真空容器４３内の空間に水蒸気及び水素が充分に少なくなるように予めセットする。
【００６５】
筒状の真空容器４３内を真空引きして水蒸気及び水素が充分に少なくなるように負圧あるいは真空状態にセットした後、検査対象物である燃料集合体１１の部材表面の水素含有率の変化を測定する作業が行なわれる。
【００６６】
次に、原子炉の検査装置２０Ａの作用を説明する。
【００６７】
この原子炉の検査装置２０Ａでは、筒状密閉容器２２を燃料集合体１１の部材表面に燃料プール２１等の水中に立設状態で対向配置した後、筒状真空容器４３の密封パッキン４１を燃料集合体１１の部材表面に密着させる。
【００６８】
その後、排出装置４５を作動させて筒状真空容器４３内の水蒸気や水素を排気配管４４を通して排気し、真空容器４３内を負圧あるいは真空状態にセットする。このセット状態で集光レンズ３３と燃料集合体１１の部材表面との間隔が所要の値に保持される。
【００６９】
筒状真空容器４３内を負圧あるいは真空状態にセットした後、レーザ装置２３を作動させてパルスレーザ光ａを出力させる。出力されたパルスレーザ光ａは、斜設された穴あきミラー３４の穴３４ａから筒状密閉容器２２の透過窓３１を通過して筒状密閉容器２２内を進み、この密閉容器２２内に斜設された全反射ミラー３２によって方向が変えられ、集光レンズ３３にて分析対象となる燃料集合体１１の部材表面に集光照射される。
【００７０】
すなわち、レーザ装置２３から出力されるパルスレーザ光ａは、照射光学系２４を通って走査され、燃料集合体１１の部材表面に集光照射され、エネルギー密度が高められる。レーザ装置２３から出力されるレーザ光ａは、パルス幅の１００ナノ秒以下、好ましくは数ナノ秒から１０数ナノ秒、例えば１０ナノ秒程度のパルスレーザ光が用いられる。レーザ装置２３から発振されたパルスレーザ光が燃料集合体１１の部材表面に集光照射されると、エネルギ密度が高められ、部材表面の薄い層が瞬間的に加熱蒸発し、原子化され、数万度のプラズマ状態となる。
【００７１】
プラズマ状態の部材表面では、生成されたプラズマ１８状態の原子やイオンから蛍光ｂが放出されており、放出された蛍光ｂはレーザ光ａの進行経路とは逆に蛍光集光光学系２５内を進む。
【００７２】
燃料集合体１１の部材表面のプラズマから生成された原子やイオンの蛍光は、集光レンズ３３で平行光となり、全反射ミラー３２にて進行方向を変えられ、筒状密閉容器２２内を上昇し、密閉容器２２上面の透過窓３１を通過し、大部分の蛍光ｂは穴あきミラー３４で反射されて横方向に進み、集光レンズ３５にて集光され、分光手段２６に入射される。
【００７３】
分光手段２６では、入射した蛍光ｂが波長毎に分けられ、さらに分光手段２６内蔵の光センサにより波長毎の蛍光の光強度が測定される。分光手段２６にて測定された蛍光の波長と波長毎の光強度の検出信号はコンピュータ２７に伝送される。コンピュータ２７内では蛍光の波長と波長毎の強度からレーザプラズマ分光法を用いて元素の種類と相対的な濃度が計算され、その計算結果が表示手段（図示せず）に表示される。
【００７４】
また、コンピュータ２７はレーザ装置２３にトリガー信号を送ることでレーザパルスの発射のタイミングを制御するとともに、プラズマ１８からの蛍光ｂを分光手段２６で測定するタイミングを最適な条件に制御することで、プラズマ１８からの各元素の蛍光信号のみを精度良く正確に測定できるようにする。
【００７５】
この原子炉の検査装置２０Ａは、このときレーザ照射対象の燃料集合体１１の部材表面は筒状の真空容器４３に囲まれており、水蒸気及び水素の残留は十分少ないので、レーザ光ａのパルス照射により生成したプラズマ１８中の水素は燃料集合体１１の部材内部から部材の材料の構成元素とともにレーザ光ａにより加熱・蒸発・原子化され、プラズマ化される。このプラズマ１８からの蛍光には水分等由来の水素によるバックグラウンド蛍光信号が少ないため精度良く材料中の水素濃度を測定することができる。
【００７６】
［第１変形例］
図８は、本発明の原子炉の検査装置の他の実施形態における第１変形例を示すものである。
【００７７】
図８は、図７に示された原子炉の検査装置２０Ａにおける筒状真空容器４３の周辺を拡大した領域を示すもので、他の構成は図７に示された検査装置２０Ａと異ならないので同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００７８】
図８に示された拡大図は、筒状真空容器４３に排気装置４５を接続するとともに、不活性ガス供給装置４６を接続し、排気と給気を開閉弁４７，４８，４９の開閉操作により切り換え得るようにしたものである。
【００７９】
排気配管４４の途中に給気配管５０が接続され、この給気配管５０の他端に不活性ガス供給装置４６が接続される。
【００８０】
第１変形例においては、レーザ装置２３を作動させてレーザ光ａを照射し、水素測定を行なう前に開閉弁４７，４８を開き、開閉弁４９を閉じた状態で排気装置４５により筒状真空容器４３内の水およびガスを排出（排気）し、真空容器４３内の水蒸気及び水素が充分少なくなるようにセットする。
【００８１】
その後、開閉弁４８を閉じて開閉弁４９を開き、真空容器４３内に不活性ガスを導入する。
【００８２】
真空容器４３内に不活性ガスが不活性ガス供給装置４６から導入された後、開閉弁４９を閉じて不活性ガスの供給を停止し、再度、開閉弁４８を開いて排気装置４５にて真空容器４３内のガスを排気する。なお、排気管４４と給気管５０の接続部に三方切換弁を設け、開閉弁４８と４９を省略してもよい。
【００８３】
真空容器４３内の排気と給気とを繰り返し、いわゆるガス置換操作を行なうことで、真空容器４３内に残留する水蒸気や水素ガスを極力低減させる。
【００８４】
そして、筒状真空容器４３内に水蒸気や水素ガスを極力低減させた状態でレーザ装置２３を作動させてパルスレーザ光ａを燃料集合体１１の部材表面に集光照射させ、その蛍光を測定することで、プラズマ１８からの蛍光ｂに含まれる水分等由来の水素となるバックグラウンド蛍光信号をさらに少なくでき、燃料集合体１１の材料中に含まれる水素濃度を精度よく、正確に測定することができる。
【００８５】
図８に示される原子炉の検査装置２０Ｂにおいては、ガス置換操作の後で、開閉弁４８を閉じ、開閉弁４９を開いて不活性ガス供給装置４６により不活性ガスを供給し、水素濃度測定中の筒状真空容器４３内を０．５乃至３気圧の雰囲気条件に維持する。最適な不活性ガス雰囲気圧力となる圧力に達するまで、不活性ガスを供給した後で、パルスレーザ光ａの照射による水素蛍光信号の測定を行うことが可能である。
【００８６】
なお、筒状真空容器４３内に供給される不活性ガスとしては、例えば、入手し易く安価なＨｅガスあるいはＡｒガスが採用される。不活性ガスは水素濃度測定前のガス置換操作の都度、または測定中も真空容器４３内に供給されるため、入手し易いこと、レーザ光ａの照射によりプラズマ１８が生成された際、不活性ガス自身の発生が強いと、水素の蛍光信号に比べて不溶なバックグラウンド信号が強くなってしまうため、不活性ガス自身の発生が弱いことが重要である。これらの観点から不活性ガスの種類としてはＨｅまたはＡｒガスを用いると効率よく水素濃度を測定することができる。
【００８７】
［第２変形例］
図９は本発明に係る原子炉の検査装置の他の実施形態における第２変形例を示すものである。
【００８８】
この第２変形例に示された原子炉の検査装置２０Ｃは、筒状真空容器４３内にガスを給排させる構成に特徴を有し、他の構成は、図７に示された原子炉の検査装置２０Ａと構成を同じくするので、同じ構成には同一符号を付して説明を簡略ないし省略する。
【００８９】
図９は、筒状真空容器４３の周辺を拡大して示すもので、筒状の真空容器４３から水や水蒸気を排気する排気装置４５と、真空容器４３内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置４６と、このガス供給装置４６および各開閉弁４７，４８，４９の作動制御を行なう不活性ガス供給制御装置５２と、真空容器４３内の不活性ガス雰囲気条件を維持するため、真空容器４３内のガス圧力を測定するガス圧力計５３とを有する。
【００９０】
図９に示された原子炉の検査装置２０Ｃは、筒状密閉容器２２の下部側方の集光レンズ３３を設定した部分を外側から覆うように筒状の間隔保持スペーサ４０が配置され、この間隔保持スペーサ４０の先端にゴムパッキン等の密封パッキン４１が装着される。間隔保持スペーサ４０の先端に装着された密封パッキン４１が燃料集合体１１の部材表面に装着されて筒状の真空容器４３が構成される。
【００９１】
筒状の真空容器４３には、水およびガスを排出する排気管４４が接続され、この排気管４４は途中にガス圧力計５３、開閉弁４７，４８が設けられ、その先端に排気装置４５が接続される。
【００９２】
また、排気管４４は、両開閉弁４７，４８の間にガス供給配管５０が接続され、このガス供給配管５０も途中に開閉弁４９を備えて不活性ガス供給装置４６に接続される。
【００９３】
この不活性ガス供給装置４６と開閉弁４７，４８，４９は不活性ガス供給制御装置５２によって作動制御され、真空容器４３内の気体の排気と不活性ガスの供給を制御するガス置換制御機構５４が構成される。一方、ガス圧力計５３からの圧力検出信号は、不活性ガス供給制御装置５２に入力される構成となっている。
【００９４】
図９に示された原子炉の検査装置２０Ｃにおいては、筒状密閉容器２２を燃料集合体１１に対向設置し、筒状の真空容器４３を燃料集合体１１の部材表面に装着し、真空容器４３内を密封状態にセットする。このセット状態によりレーザ装置２３から発振されるレーザ光ａを照射光学系２４を介して燃料集合体１１の部材表面に集光照射して水素測定を行なう前に、開閉弁４７，４８を開き、開閉弁４９を閉じた状態で排気装置４５を作動させ、筒状真空容器４３内の水やガスを排気し、真空容器４３内の水蒸気や水素が充分少なくなるようにする。
【００９５】
排気装置４５で真空引きを行なって水やガスを排気した後、開閉弁４８を閉じ、開閉弁４９を開いて、筒状の真空容器４３内に不活性ガスを供給する。
【００９６】
筒状の真空容器４３内に不活性ガスが導入された後、開閉弁４９を閉じて不活性ガスの供給を停止し、再度、開閉弁４８を開き、排気装置４５にて真空容器４３内のガスを排気させる。この真空容器４３への給排操作は不活性ガス供給制御装置５２により制御され、真空容器４３へのガスの給排が繰り返される。
【００９７】
真空容器４３からのガスの排気動作が終了したら、開閉弁４８を閉じ、開閉弁４９を開き、筒状真空容器４３内に不活性ガスを供給する。水素濃度測定中において真空容器４３の雰囲気条件を維持する観点から、最適な不活性ガス雰囲気圧力となるまで、ガス圧力計５３のガス圧力検出信号に従って不活性ガスを供給するように不活性ガス供給制御装置５２により制御する。
【００９８】
この真空容器４３内の不活性ガス圧力の供給制御は、その後、レーザ光ａの集光照射による水素蛍光信号の測定の経過中においても、ガス圧力計５３の変化により、真空容器４３内から不活性ガスの洩れや、水蒸気侵入による雰囲気圧力の変化を検知して、開閉弁４７，４９を開いて追加の不活性ガスを供給制御する。
【００９９】
不活性ガスの追加の供給制御により、燃料集合体１１の部材表面、すなわち測定表面付近の雰囲気を、水素濃度分析に適した雰囲気条件に維持することで、部材表面の分析対象位置や状態が変わっても、常時精度よく燃料集合体１１の部材中の水素濃度計測を行なうことができる。
【０１００】
図３乃至図９に示す原子炉の検査装置においては、レーザプラズマ分光法により水素原子からの蛍光ｂの発光を計測して水素濃度分析を行なう例を示したが、図１０に示される実施例では、水素濃度分析を行なうだけでなく、検査対象物としての燃料集合体１１の部材の構成元素であるジルコニウム、鉄、クロムさらに雰囲気や水に存在する酸素のうち、一種以上の元素からの蛍光ｂの波長とその光強度を測定することができる。例えば水素原子の固有波長の蛍光ｂの光強度信号とジルコニウム原子の固有波長の蛍光ｂの光強度信号の比を計算評価することにより、水素とジルコニウムの相対濃度に対応した分析結果を得ることができる。
【０１０１】
水素原子の固有波長の蛍光ｂの強度だけから水素濃度を計算評価すると分析対象の燃料集合体１１の部材表面の状態、例えば不純物の付着状態によってレーザ光ａの吸収の度合いが変わってしまい、同じエネルギーのレーザパルスを照射してもプラズマ１８からの水素原子の固有波長の蛍光ｂの強度が変動してしまう。蛍光強度が変動してしまう場合でも、水素原子と同じようにジルコニウム原子の固有波長の蛍光ｂの強度も同じに変動しているため、２種の原子固有の蛍光強度比を使うことで、分析対象の表面状態が異なる場合においても精度良く水素濃度を計算し、評価することができる。
【０１０２】
このように、水素濃度を十分に確保するには水素原子固有波長の蛍光ｂの信号と比をとる元素の種類としては、水素濃度を分析対象の材料の構成元素の中で、水素濃度より十分高い濃度で存在している元素を選定することが望ましい。
【０１０３】
図１０はレーザ光ａのパルスにより生成されたプラズマ１８から発光した蛍光について、横軸に蛍光の波長を示し縦軸にその波長の蛍光の強度を模式的に示したものである。水素の蛍光信号ピークＰのピーク高さ、またはピーク面積の信号は水素濃度に対応しているが、これだけでは水素濃度しか分析できない。例えば図７おいて分光手段２６の分光波長をスキャンすることで図１０のような波長Ｐ，Ｒ，Ｓ毎の蛍光信号強度が得られる。
【０１０４】
これにより、ジルコニウムの蛍光信号の波長の蛍光信号強度、すなわちジルコニウムの蛍光ピークＲのピーク高さまたはピーク面積からジルコニウム濃度を評価して、２つの比を計算することで、燃料集合体１１の部材中の２つの成分の組成を分析できる。
【０１０５】
さらに、異なる蛍光波長のピーク、元素Ｘの蛍光ピークＳ、元素Ｘとして例えば酸素の場合、燃料集合体１１の部材の酸素との相対濃度を計算評価することが可能である。元素Ｘとして鉄やクロムを選定した場合も同様である。また元素Ｘとしてジルコニウムと酸素の２種を同時に測定した場合には、ジルコニウムと酸素の比率、即ち酸化状態を分析することも可能でなる。
【０１０６】
図１１は、原子炉の定期検査の際に、水素濃度の検査および燃料集合体１１の新燃料への交換の手順例を示すフロー図である。
【０１０７】
図１１に示された原子炉の検査方法および運転方法では、定期検査中の燃料集合体１１の部材の水素濃度検査およびその結果による燃料集合体の新規燃料集合体への交換の手順のフローを示したものである。
【０１０８】
また、図１２に示された原子炉の検査方法および運転方法では、定期検査中の燃料集合体１１の部材の水素濃度検査およびその検査結果による燃料集合体の新規燃料集合体への交換の手順のフローを示したものである。
【０１０９】
本発明の実施形態では、照射済み燃料集合体の中で水素脆化しやすいジルカロイで構成された燃料被覆管、スペーサ等の燃料集合体１１の部材表面の水素含有率の変化を簡単に検出するための新たな検査方法およびその検査装置を説明した。
【０１１０】
この原子炉の検査装置および検査方法では、レーザプラズマ分光法で検査対象物である燃料集合体１１の部材材料表面に集光させたパルスレーザを照射してそのレーザエネルギーにより材料表面の構成原子をプラズマ化し、プラズマ１８からの発光スペクトル（蛍光ｂ）の波長と及び波長毎の光強度の情報から部材材料の組成分析を行うものである。
【０１１１】
この原子炉の検査装置および検査方法では、レーザプラズマ分光法を原子炉の炉水中又は使用済み燃料プール２１中に設置された照射済み燃料集合体の構成材料、例えば燃料被覆管、スペーサのジルカロイ製の部位の水素含有率の分析に適用する。
【０１１２】
このレーザ誘起プラズマ分光分析法を使うと従来のように燃料集合体の構成材料の溶解、切断等破壊的な分析を行う必要がなく、その場（オンサイト）にて燃料集合体１１の構成部材の機械的、物理的損傷を伴うことなく分析を行うことが可能となる。従って、定期検査時又は使用済み時等に原子炉の炉中又は燃料プール２１内におかれた検査対象物を、設置状態のままジルカロイ中の水素濃度を測定検査することができ、非破壊で水素脆化状況を診断することができる。
【０１１３】
従って、燃料の健全性を担保する上で重要な水素脆化と燃料被覆管の内圧の管理が可能になるため、燃料集合体に高い燃焼度の実現が容易になり、燃料の経済性を向上させた原子炉の運転が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明に係る原子炉の炉心に装荷される４体１組、２行２列の燃料集合体からなる炉心ユニットの構成を示す斜視図。
【図２】本発明に係る原子炉の一実施形態を示すもので、原子炉炉心に配置される燃料集合体の配置を模式的に示す平面図。
【図３】原子炉炉心に装荷される燃料集合体等の検査対象物の水素濃度を分析する検査原理を説明する原理図。
【図４】本発明に係る原子炉の検査装置およびその検査方法の実施形態を模式的に示す構成図。
【図５】本発明に係る原子炉の検査装置に備えられる検査対象物へのパルスレーザ光照射領域を示す図。
【図６】図５に示されたパルスレーザ光の照射領域を拡大して示す図。
【図７】本発明に係る原子炉の検査装置およびその検査方法の他の実施形態を模式的に示す構成図。
【図８】図７に示された原子炉の検査装置の他の実施形態における第１変形例を部分的に示す図。
【図９】図７に示された原子炉の検査装置の他の実施形態における第２変形例を部分的に示す図。
【図１０】パルスレーザ光の照射により生成されたプラズマから発光した蛍光の波長と蛍光強度の関係を示す図。
【図１１】原子炉の定期検査の際の水素濃度検査及び新しい燃料集合体への交換の手順を示すフロー図。
【図１２】原子炉の定期検査の際の水素濃度検査及び新しい燃料集合体への交換手順例を示すフロー図。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  原子炉の炉心
１１  燃料集合体
１２  炉心ユニット
１３  空間
１４  制御棒
１５  制御棒駆動手段
１６  制御棒駆動軸
１８  プラズマ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  原子炉の検査装置
２１  燃料プール（原子炉の炉水）
２２  筒状密閉容器
２３  レーザ装置
２４  照射光学系
２５  蛍光集光光学系
２６  分光手段
２７  コンピュータ
３１  透過窓
３２  全反射ミラー
３３  集光レンズ
３４  穴あきミラー
３５  集光レンズ
３７  部材表面
３８  表面層
４０  間隔保持スペーサ
４１  密封パッキン
４３  真空容器
４４  排出（排気）配管
４５  排出装置（排気装置）
４６  不活性ガス供給装置
４７〜４９  開閉弁
５０  給気管
５２  不活性ガス供給制御装置
５３  ガス圧力計
５４  ガス置換制御機構
【図１】
0005184746.tif 000002
【図２】
0005184746.tif 000003
【図３】
0005184746.tif 000004
【図４】
0005184746.tif 000005
【図５】
0005184746.tif 000006
【図６】
0005184746.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005184746.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005184746.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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