(57)【要約】【課題】被放射化された原子炉構造物の放射線を検出することによって、原子炉構造物表面がクラッド等で覆われていても、原子炉構造物の表面を一度に広範囲に及び検査することができる亀裂検出装置を提供すること。【解決手段】亀裂検出装置３０は、原子炉構造物１の表面１ａに形成された亀裂７を検出する。亀裂検出装置３０は、２次元放射線検出器４と、当該２次元放射線検出器４に接続された解析処理部５とを備えている。２次元放射線検出器４は、放射化した原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２強度を、検出位置と対応させて検出する。解析処理部５は、２次元放射線検出器４から入力される放射線２強度データと、位置データとに基づいて原子炉構造物１の表面１ａ形状を解析する。【選択図】図１
2007240253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射化した構造物の表面から放出される放射線強度を検出する放射線検出器と、
前記放射線検出器に接続され、放射線検出器から入力される放射線強度データから前記構造物の表面に形成された亀裂を検出する解析処理部と
を備えたことを特徴とする亀裂検出装置。
【請求項２】
前記放射線検出器は、前記放射線強度データと位置データに基づいて前記構造物の表面に形成された亀裂を検出することを特徴とする請求項１記載の亀裂検出装置。
【請求項３】
構造物の表面と、放射線検出器との間に配置されるとともに、構造物から放出される放射線のうち、所定の角度を有する放射線のみを通過させるスリットを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の亀裂検出装置。
【請求項４】
放射線検出器と解析処理部に接続され、構造物から放出される放射線のエネルギーを弁別するエネルギー弁別部を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の亀裂検出装置。
【請求項５】
放射線検出器は、ガンマ線を検出することを特徴とする請求項１記載の亀裂検出装置。
【請求項６】
構造物表面と、放射線検出器との間に配置されるとともに、通過する放射線を集光させるＸ線結合光学素子を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の亀裂検出装置。
【請求項７】
放射線検出器に、構造物の表面に形成された被覆層の表面形状を検出する表面凹凸モニタ部が接続されていることを特徴とする請求項１記載の亀裂検出装置。
【請求項８】
表面凹凸モニタ部に連結され、表面凹凸モニタ部を走査させるモニタ駆動走査部を更に備えたことを特徴とする請求項７記載の亀裂検出装置。
【請求項９】
放射線検出器に連結され、放射線検出器を走査させる検出器駆動走査部を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の亀裂検出装置。
【請求項１０】
放射化した構造物の表面から放出される放射線強度を検出し、
検出した放射線強度から前記構造物の表面に形成された亀裂を検出することを特徴とする亀裂検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被放射化された構造物の放射線を検出することによって、構造物の表面に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置および亀裂検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所における原子炉内の原子炉構造物の亀裂検査をする方法としては、レーザ超音波を用いる方法や、CCDカメラによって目視検査する方法がある。このうちレーザ超音波を用いる方法は、ピンポイントでしか検査できないため、広範囲に及ぶ走査が必要となり、短時間で検査するのには不向きである。またCCDカメラによる目視検査は広範囲を一度に検査することができるが、原子炉構造物表面がクラッド等で覆われていると亀裂を発見できない不都合がある。
【０００３】
これに対して、ある程度の範囲を一度に検査でき、原子炉構造物の表面を覆うクラッド等による影響を受けにくい方法として、X線を照射し、当該Ｘ線の後方散乱X線を検出することで亀裂を検出する方法を挙げることができる（例えば非特許文献１、２等）。
【非特許文献１】D.Babot et.al,“Detection and sizing by X-ray Compton scattering of near-surface cracks under weld deposited cladding”, NDT&E International,Vol.２４,No.５,２４７-２５１,１９９１
【非特許文献２】William L. Dunn et. al.,”Corrosion detection in aircraft by X-ray backscatter methods”,Applied Radiation and Isotopes, Vol.５３,No.４-５,６２５-６３２,２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらが、上述したX線を照射する方法では、高エネルギーのX線管を用いる必要がある。このため、装置が大型化してしまい、装置を移動させることが困難になる。
【０００５】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、被放射化された構造物の放射線を検出することによって、構造物表面がクラッド等で覆われていても、構造物の表面を一度に広範囲を検査することができる亀裂検出装置および亀裂検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、放射化した構造物の表面から放出される放射線強度を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器に接続され、放射線検出器から入力される放射線強度データから前記構造物の表面に形成された亀裂を検出する解析処理部とを備えたことを特徴とする亀裂検出装置である。
【０００７】
本発明は、放射化した構造物の表面から放出される放射線強度を検出し、検出した放射線強度から前記構造物の表面に形成された亀裂を検出することを特徴とする亀裂検出方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被放射化された原子炉構造物の放射線を検出することによって、原子炉構造物表面がクラッド等で覆われていても、原子炉構造物の表面を一度に広範囲を検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る亀裂検出装置３０の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００１０】
図１及び図２に示すように、本実施の形態の亀裂検出装置３０は、原子炉構造物１の表面１ａに形成された亀裂７を検出するために用いられる。
【００１１】
図１及び図２に示すように、亀裂検出装置３０は、放射化した原子炉構造物１の表面１ａ近傍に配置される２次元放射線検出器４と、当該２次元放射線検出器４に接続され、原子炉構造物１の表面１ａ形状を解析する解析処理部５と、当該解析処理部５に接続され、解析処理部５で解析処理されたデータを出力データに加工するとともに、出力する出力加工部６とを備えている。
【００１２】
このうち２次元放射線検出器４は、放射化した原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２の強度を、検出位置と対応させて検出することができる。また２次元放射線検出器４は、ガンマ線を検出することもできる。さらに２次元放射線検出器４は、２次元に広がった検出面（図示せず）を有するため、原子炉構造物１の表面１ａを一度に広範囲を検査することができる。
【００１３】
なお亀裂７を発見するために用いられる２次元放射線検出器４としては、例えば、Ｘ線フィルム、イメージインテンシファイア、各種アレイ検出器、ＰＳＤ（位置検出素子）等を用いることができる。
【００１４】
また図１において、解析処理部５は、２次元放射線検出器４から入力される放射線２の強度データと、２次元放射線検出器４から入力される位置データとに基づいて解析することにより、原子炉構造物１の表面１ａ形状を求めるものである。
【００１５】
また図１に示すように、原子炉構造物１の表面１ａと２次元放射線検出器４との間には、原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２のうち、所定の角度を有する放射線２のみを通過させるスリットとして機能するコリメータ３が配置されている。
【００１６】
また図１に示すように、２次元放射線検出器４には、原子炉構造物１から放出される放射線２のエネルギーを弁別するエネルギー弁別部２１が接続されており、当該エネルギー弁別部２１は、解析処理部５に接続されている。
【００１７】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００１８】
まず図１及び図２に示すように、放射化した原子炉構造物１からの放出される放射線２がスリットの役割をするコリメータ３を通過して、２次元放射線検出器４に到達する。その後、２次元放射線検出器４において、放射化した原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２の強度が、検出位置と対応して検出される。なお、コリメータ３を通過することのできる放射線２は、所定の角度を有するものに限られる。
【００１９】
次に、検出位置と対応して検出された放射線２の強度データが、２次元放射線検出器４からエネルギー弁別部２１に入力される。その後、エネルギー弁別部２１において、後述するように放射線２の強度データが弁別される。
【００２０】
次に、弁別された放射線２の強度データがエネルギー弁別部２１から解析処理部５に入力される。その後、この放射線２の強度データが解析され、原子炉構造物１の表面１ａ形状が解析される。
【００２１】
次に、解析され原子炉構造物１の表面１ａ形状に関するデータが、解析処理部５から出力加工部６に入力される。その後、出力加工部６において出力用にデータが加工されるとともに、出力される。
【００２２】
解析処理部５において、原子炉構造物１の表面１ａ形状を解析する方法について、図２及び図３を用いて更に詳述する。
【００２３】
一般的に、亀裂７内で発生した放射線２は亀裂内壁７ａにあたって減衰する。また一般的に、放射線２の強度は発生源からの距離の２乗に反比例する。
【００２４】
これらのことより、原子炉構造物１の亀裂７から放出される放射線２の強度は、亀裂７のない原子炉構造物１の平坦面２５から放出される放射線２の強度よりも弱くなる。このような原理を用いることにより、解析処理部５において、図２に示すように、原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２の強度を観測することにより、原子炉構造物１の表面１ａに形成された亀裂７を発見することができる。なお図２は、原子炉構造物１の表面１ａと、亀裂検出装置３０によって検出される放射線２の強度との関係を示した概略図である。
【００２５】
図１において、開口幅０.１mm×深さ１mmからなる亀裂７を有する放射化された原子炉構造物１に、その表面１ａから距離５mmの位置に内径０.１mm×長さ１０mmのコリメータ３の集合体を配置し、コリメータ３の原子炉構造物１とは逆側に２次元放射線検出器４を配置した場合に、２次元放射線検出器４において検出される放射線２の強度の位置分布に関してシミュレーションした。このシミュレーション結果を図３に示す。
【００２６】
図３に示すシミュレーション結果においては、亀裂７の位置が位置０mmになるように示されている。また検出される放射線２は、原子炉構造物に大量に含まれている鉄が放射化して生成されたFe-５５のＸ線（５.８keV）であるとして計算している。
【００２７】
一般的に、原子炉の運転停止直後は原子炉構造物内に様々な短寿命の放射性核種が存在するが、１ヶ月程度経過した後にも存在する核種は、ほぼ全ては、上記Fe-５５と、原子炉構造物に微量に含まれるコバルトが放射化して生成されたCo-６０である。
【００２８】
図３に示す結果から明らかなように、原子炉構造物１の表面１ａに形成された亀裂７近傍から放出される放射線２は、亀裂７の形成されていない原子炉構造物１表面１ａの平坦面２５から放出される放射線２よりも、強度が弱くなることが分かる。
【００２９】
また図１及び図２に示すように、所定の角度を有する放射線２のみを通過させるスリットとして機能するコリメータ３を用いているため、２次元放射線検出器４には原子炉構造物１表面１ａの一定方向からの放射線２のみが入射する。このため、原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２の強度を大きくすることができ、亀裂７からの放射線２と、平坦面２５からの放射線２との強度差を大きくすることができる。
【００３０】
なお、コリメータ３を用いない場合であっても、２次元放射線検出器４を構造物に十分近づけることによって、原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２の強度を大きくすることができ、コリメータ３を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また原子炉構造物１は、図１に示すように、クラッド（被腹膜）１１と呼ばれる金属酸化物で表面１ａが覆われ、亀裂７が露出していない場合が多い。このため、原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２の強度が十分に大きくなるように、クラッド１１の厚みは、放射線２が十分貫通する厚さであることが好ましい。
【００３２】
具体的には、Fe-５５からのＸ線（５.８keV）を検出する場合には、クラッド１１の厚さは１０μm程度であることが好ましく、Co-６０からのγ線(１.３MeV)を検出する場合には、クラッド１１の厚さは３cm程度であることが好ましい。
【００３３】
なお上述のようにCo-６０からのγ線はFe-５５からのＸ線と比べ透過力が強いため、原子炉構造物１に内在する亀裂７を発見するには、Co-６０からのγ線を用いることが好ましい。
【００３４】
一般的に原子炉構造物１内では、検査対象とする原子炉構造物１表面１ａの周辺からも大強度の放射線２が放出されている。これら放射線２は、原子炉構造物１内で散乱して、そのエネルギーを変化させつつ、２次元放射線検出器４に入射する。これらの放射線２は、前述の放射線２の強度差を測定する際にノイズとなり、Ｓ／Ｎが低下しまうことも考えられる。
【００３５】
本実施の形態によれば、図１に示すように、２次元放射線検出器４にエネルギー弁別部２１が接続され、当該エネルギー弁別部２１は、解析処理部５に接続されている。このうちエネルギー弁別部２１において、２次元放射線検出器４からエネルギー弁別部２１に入力された放射線２の強度データのうち、検出対象となっている原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２に関する強度データのみを弁別し、解析処理部５に入力することができる。
【００３６】
このため、ノイズを除去し、検出対象となっている原子炉構造物１の表面１ａから放出される放射線２のみを用いて解析処理することができるため、放射線２の検出精度を向上させることができる。
【００３７】
また一般的に、放射化した原子炉構造物１から放出される放射線２は、Fe-５５からのＸ線とCo-６０からのγ線の２種類から構成されている。ここでFe-５５からのＸ線は、亀裂７の有無に対して敏感に変化するため、微小な亀裂７の発見に向いているが、クラッド１１の影響を受けやすい特徴を有している。一方、Co-６０からのγ線は、Fe-５５より亀裂７の有無に対してあまり敏感に変化しないが、クラッド１１の影響を受けにくい特徴を有している。
【００３８】
このようにFe-５５からのＸ線と、Co-６０からのγ線とは、放射線２に対する特性が異なる。このため、エネルギー弁別部２１によって、Fe-５５からのＸ線と、Co-６０からのγ線のそれぞれの放射線２の強度を抽出することで、クラッド１１の影響を受けにくく、かつ亀裂７の有無を精度良く検出することができる。なお２次元放射線検出器４は、Ｘ線には高い感度を持つもののγ線に対しては感度がほとんど無いのが一般的である。
【００３９】
上述のように、亀裂検出装置３０は、放射線２を用いて原子炉構造物１の表面１ａを検出するため、クラッド１１で覆われていても原子炉構造物１の表面１ａを検出することができる。
【００４０】
また亀裂検出装置３０は、２次元に広がった検出面（図示せず）を有する２次元放射線検出器４を用いているため、原子炉構造物１の表面１ａを一度に広範囲を検査することができる。
【００４１】
さらに亀裂検出装置３０は、Ｘ線管等の大型な装置を用いていないため、容易に移動させることができる。
【００４２】
第２の実施の形態
次に図４により本発明の第２の実施の形態について説明する。図４に示す第２の実施の形態は、コリメータ３の代わりに通過する放射線２を集光させるＸ線結合光学素子８を用いたものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４３】
図４に示す第２の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４４】
図４に示すように、本実施の形態においては、原子炉構造物１の表面１ａと２次元放射線検出器４との間に、原子炉構造物１の表面１ａから放出された放射線２を通過させながら集光させるＸ線結合光学素子８が配置されている。このＸ線結合光学素子８はレンズとして機能するため、Ｘ線結合光学素子８の配置位置を変えることによって、放射化された原子炉構造物１からの放射線２の強度分布を拡大して検出したり、縮小して検出したり調整することができる。
【００４５】
このため、広い領域を短時間で粗く検査する場合には、強度分布を縮小して検出するよう調整することができ、また高分解能で検査する場合には、強度分布を拡大して検出するよう調整することができる。
【００４６】
第３の実施の形態
次に図５により本発明の第３の実施の形態について説明する。図５に示す第３の実施の形態は、２次元放射線検出器４に、原子炉構造物１の表面１ａ上に形成されたクラッド１１の表面形状１ｂを検出する表面凹凸モニタ部１０を接続したものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４７】
図５に示す第３の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】
図１及び図５に示すように、本実施の形態においては、原子炉構造物１の表面１ａ上に形成されたクラッド１１の表面形状１ｂを検出する表面凹凸モニタ部１０が２次元放射線検出器４に接続されている。このため、この表面凹凸モニタ部１０を用いて原子炉構造物１の表面１ａに設けられたクラッド１１を計測することができる。
【００４９】
上述したよう、Fe-５５からのＸ線はクラッド１１の影響を受けやすいため、Fe-５５からのＸ線を測定する場合には、２次元放射線検出器４からの放射線２の強度データに基づいて、解析処理部５においてクラッド１１の凹みを構造物の亀裂７と誤って検出する可能性がある。しかしながら本実施の形態によれば、表面凹凸モニタ部１０によって計測されたクラッド１１の表面形状と、放射線２によって検出された原子炉構造物１の表面１ａ形状とを比較することができる。このため、解析処理部５で求めた表面形状がクラッド１１の凹みであるか、原子炉構造物１の亀裂７であるかを判断することができる。
【００５０】
なお表面凹凸モニタ部１０は、非接触で検査できることが好ましい。非接触式の表面凹凸モニタ部１０としては、例えば、広い領域を短時間で粗く検査する場合にはＣＣＤカメラを用いることができ、また高精度な検査を行う場合にはレーザ式の変位センサを用いることができる。
【００５１】
なお図５に示すように、表面凹凸モニタ部１０には、表面凹凸モニタ部１０を原子炉構造物１の表面１ａ上で走査させるモニタ駆動走査部２２が連結されている。このように表面凹凸モニタ部１０に、モニタ駆動走査部２２を連結させることによって、表面凹凸モニタ部１０を原子炉構造物１の表面１ａ上で走査させることができ、表面凹凸モニタ部１０の検出面より大きな表面積を持つクラッド１１を自動的に検出することができる。このため、放射線２及びクラッド１１に作業者が接近する必要が無くなるため、作業者が被爆することがなく、安全に作業することができる。
【００５２】
第４の実施の形態
次に図６により本発明の第４の実施の形態について説明する。図６に示す第４の実施の形態は、コリメータ３と、２次元放射線検出器４とが内蔵された検出部３１と、当該検出部３１に連結され、検出部３１を２次元で走査させる検出器駆動走査部１２とを用いたものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００５３】
図６に示す第４の実施の形態において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５４】
図６において、コリメータ３と２次元放射線検出器４が、検出部３１に内蔵され、当該検出部３１には検出器駆動走査部１２に連結されている。このうち検出部３１は、検出器駆動走査部１２によって駆動走査される。
【００５５】
図６において、検出器駆動走査部１２によって検出部３１を走査することにより、検出部３１に内蔵された２次元放射線検出器４を走査させることができる。このため、２次元放射線検出器４の検出面より大きな表面積を持つ原子炉構造物１の表面１ａを自動的に検出することができる。このため、放射化した原子炉構造物１に作業者が接近する必要が無くなるため、作業者が被爆することがなく、安全に作業することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による亀裂検出装置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】原子炉構造物の表面と、本発明の実施形態における亀裂検出装置によって検出される放射線強度との関係を説明するための概略図。
【図３】本発明の実施形態における亀裂検出装置によって検出される放射線強度を示すグラフ。
【図４】本発明による亀裂検出装置の第２の実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明による亀裂検出装置の第３の実施の形態を示す概略図。
【図６】本発明による亀裂検出装置の第４の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
【００５７】
１     原子炉構造物
２     放射線
３     コリメータ
４     ２次元放射線検出器
５     解析処理部
７     亀裂
８     Ｘ線結合光学素子
１０   表面凹凸モニタ部
１２   検出器駆動走査部
２１   エネルギー弁別部
２２   モニタ駆動走査部
３０   亀裂検出装置
【図１】
2007240253.tif 000003
【図２】
2007240253.tif 000004
【図３】
2007240253.tif 000005
【図４】
2007240253.tif 000006
【図５】
2007240253.tif 000007
【図６】
2007240253.tif 000008