(57)【要約】【課題】隙間腐食の発生を抑制し、高品質，信頼性に優れたステンレス製機器及び沸騰水型原子炉の制御棒を提供する。【解決手段】横断面が概略十字形のタイロッドと、概略Ｕ字形の横断面形状を有し、内部に中性子吸収材を内包するシース４を備えた沸騰水型原子炉用制御棒のクラッド付着検出方法であって、複数の電極を備えるセンサプローブ８を用いて、前記シース内面のクラッド付着量を前記シースの外面から電気化学的に計測することによって、シース４と中性子吸収材５の間の隙間部に堆積した腐食生成物等の量を検出することができる。これにより、シースと中性子吸収材の隙間の縮小が未然に検知でき、隙間腐食の発生を防止できる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面が概略十字形のタイロッドと、概略Ｕ字形の横断面形状を有し、内部に中性子吸収材を内包するシースを備えた沸騰水型原子炉用制御棒のクラッド付着検出方法であって、
複数の電極を備えるセンサプローブを用いて、前記シース内面のクラッド付着量を前記シースの外面から電気化学的に計測することを特徴とするクラッド付着検出方法。
【請求項２】
前記センサプローブを用いて、前記シース内面のクラッド付着量を前記シースの外面から電気化学的に計測し、
前記シース内面と前記中性子吸収材の隙間幅の変化量を検出することを特徴とする請求項１に記載のクラッド付着検出方法。
【請求項３】
前記センサプローブを用いて、前記シース内面のクラッド付着量を前記シースの外面から交流インピーダンス値を計測し、
予め求めたインピーダンス値とクラッド付着量との相関関係に基づいて、前記シース内面と前記中性子吸収材の隙間幅の変化量を検出し、
予め求めた隙間幅と耐用期間の関係から、残存使用年数を評価することを特徴とする請求項２に記載のクラッド付着検出方法。
【請求項４】
前記センサプローブは、放射線の照射を受ける前記中性子吸収材の上端部の限定された範囲のインピーダンスを計測し、
クラッド付着量を前記シース外面から電気化学的に計測することで、前記シース内面と前記中性子吸収材の隙間幅の変化量を検出することを特徴とする請求項１乃至３に記載のクラッド付着検出方法。
【請求項５】
前記センサプローブは、前記中性子吸収材の上端から全長の１０分の１の範囲に限定して前記インピーダンスを計測し、
クラッド付着量をシース外面から電気化学的に計測することで、前記シース内面と前記中性子吸収材の隙間幅の変化量を検出することを特徴とする請求項４に記載のクラッド付着検出方法。
【請求項６】
複数の電極と、
前記電極の計測結果に基づいてインピーダンスを求めるインピーダンス計測装置と、
前記電極に印加する電圧及び電流の周波数を制御する周波数発振装置と、
前記インピーダンス計測装置で求めた前記インピーダンスに基づいて、計測対象に付着したクラッドの厚みを求める演算装置と、
前記演算装置で求めた前記クラッド厚みの情報を表示する表示装置を備えたことを特徴とするクラッド付着検出装置。
【請求項７】
前記複数の電極は、前記計測対象物の表面抵抗値よりも小さい表面抵抗値であることを特徴とする請求項６に記載のクラッド付着検出装置。
【請求項８】
前記複数の電極の表面に貴金属が付着していることを特徴とする請求項７に記載のクラッド付着検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉に用いられるステンレス鋼の腐食防止に係り、特に、ハフニウム金属を利用した制御棒のステンレス製シースの腐食防止方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉は、複数の燃料集合体が装荷された炉心を原子炉圧力容器内に有している。これらの燃料集合体内に存在する核燃料物質に含まれたウラン２３５が、中性子を吸収して核分裂を起こし、熱を発生する。炉心に供給された炉水（冷却水）は、その熱によって加熱されて沸騰し、一部が蒸気になる。炉心内では、上記の核分裂によって新たに発生する中性子が他のウラン２３５を分裂させる連鎖反応が起きている。
【０００３】
核分裂の連鎖反応量を制御するため、中性子吸収材を内部に収納する制御棒が用いられている。このうち、沸騰水型原子炉で通常使用される制御棒は、横断面が十字形をしており、４体の燃料集合体のチャンネルボックスの相互間に形成される間隙（飽和水領域）内に挿入される。４体の燃料集合体にて構成される１つのセル当たり１体の制御棒が設けられる。制御棒は、下端部が制御棒駆動機構に連結され、制御棒駆動機構の駆動によって炉心に挿入され、または炉心から引き抜かれる。制御棒は、反応度制御及び出力分布の調整に用いられる重要機器である。
【０００４】
沸騰水型原子炉に用いられる従来の制御棒の構造を簡単に説明する。この制御棒は、ハンドルがタイロッドの上端部に、落下速度リミッタがタイロッドの下端部にそれぞれ接合され、タイロッドの中心軸に位置するタイロッドから四方に伸びる４枚のブレードを有している。各ブレードは、タイロッドに取り付けられたＵ字状のステンレス鋼製のシースを有し、このシース内に、中性子吸収材を収納した複数の中性子吸収棒を配置している。また、このような中性子吸収棒の替りに、タイロッドに接合されるＵ字状のシース内にハフニウム板を配置した制御棒も知られている（特開平２−１０２９９号公報，特開２００２−７１８６８号公報及び特開平９−６１５７６号公報参照）。
【０００５】
制御棒に含まれるハフニウム部材は、中性子を吸収するため表面温度が高くなる。ハフニウム部材を冷却するために、シースの内面とハフニウム部材との間に隙間部が形成され、この隙間部に冷却水が導入される。この隙間部内では、冷却水に含まれる酸素が消費される。隙間部内に存在して溶存酸素量が少ない冷却水と、隙間部の外部に存在して溶存酸素量が多い冷却水との間に、酸素濃淡電池が形成される。このため、隙間部内では腐食反応が継続しやすい環境が形成される。
【０００６】
また、原子炉で用いられるステンレス鋼部材が面する隙間部は、放射線照射，溶接残留応力，隙間構造の３つの要因が重畳するため、更に反応が進みやすい環境になる。
【０００７】
例えば、制御棒は原子炉の炉心に配置されるので、ステンレス鋼製のシースに対しては、核燃料の核分裂反応により発生する中性子及びγ線の照射による材料劣化及び酸化環境，製造過程でのシースとタイロッド、及びシースとハンドルとの溶接により発生する引張残留応力、及びシースとハフニウム部材との間の隙間腐食環境の３つの要因が重なっている。特に、シースとハフニウム部材との間の隙間のように、構造材同士が近接または接触する部分（以下では隙間部と記載）の酸素は消費され、豊富にある隙間外の酸素と酸素濃淡電池が形成されるため、腐食反応が継続しやすい環境となると考えられる。このため、シースは、隙間腐食が発生しやすい環境にさらされていることが懸念される。
【０００８】
このような隙間腐食を防止する方法として、制御棒が有する形状に特徴を持たせてシースとハフニウム楕円管で形成される隙間構造を回避する設計や、なるべく隙間間隔を拡大する方策が検討されてきた。また、予め設定した使用期間で交換することで未然に隙間腐食を防止することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−１０２９９号公報
【特許文献２】特開２００２−７１８６８号公報
【特許文献３】特開平９−６１５７６号公報
【特許文献４】特開平６−３２３９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
隙間腐食は、照射，応力，隙間構造のどれか１つの要因を除くことにより防ぐことができる。しかし、制御棒は原子炉内で使用されることから照射環境を除くことは困難である。
【００１１】
また、ハフニウム楕円管を用いた制御棒はシースとハンドルおよびシースとタイロッドとの溶接に伴い、シース表面には引張残留応力が発生する。従来の技術で使用されている残留応力を低減させる方法としての溶接後熱処理は、制御棒の構造や寸法精度の制約上、適用が困難である。
【００１２】
さらに、制御棒の内部は、中性子吸収材の表面温度が高くなるため、沸騰水型原子炉の冷却材を導入することでハフニウム表面を冷却することができる。そのため、シースとハフニウム楕円管の間に隙間が設けてある。隙間幅をできるだけ大きくすることで冷却効果を得ることができるが、隙間幅を大きくすると、シースの厚みが増すことになり制御棒全体を大きくすることになる。炉心部スペースの制約上制御棒の大型化は困難となっていることから、シースの厚みを現在の設計値から大幅に増加することはできない。さらには、冷却材中には、不純物や腐食生成物等が含まれており、狭い隙間部ではこれらが堆積しやすくなるため、初期に確保した隙間幅が時間の経過とともに縮小してしまう可能性がある。
【００１３】
以上のことから、隙間腐食を抑制するための方策として、シース内面または中性子吸収材外面に不純物や腐食生成物の堆積を抑制できるように幾何学的形状を工夫してきた。しかしながら、発明者らによる種々の検討の結果、隙間構造の回避が困難な部位が存在することが明らかとなった。そこで、本発明者らは、このような隙間構造の回避が困難な部位では、腐食環境の経時的な悪化を把握，検知することが有効であると考えた。つまり、制御棒において、シース内面に付着しているクラッド量を計測し、隙間部に向かい合っているステンレス鋼部材の隙間幅（シースと中性子吸収材の隙間幅）が健全なサイズにあることを検出し、隙間幅の変化を評価することで、隙間腐食の発生が懸念される隙間幅以下まで縮小していないことを検出することができると、本発明者らは考えた。
【００１４】
一般的な検査方法として、超音波や渦電流を用いる方法が考えられる。しかしながら、超音波を用いた検査は、検査対象物の表面に超音波を伝播させ、音速や強度変化を評価する方法であるため、シースの裏側の隙間内に堆積した腐食生成物を検知するには適さない。渦電流を用いた検査は、検査対象物の表面から一定の深さの磁束密度変化を検出する方法であるため、磁性材で構成された検査対象物には有効な方法である。しかしながら、シース材（オーステナイトステンレス鋼）が非磁性であること、磁性の異なる腐食生成物が複数存在する（例えばＮｉＦｅ2Ｏ4，Ｆｅ3Ｏ4，Ｆｅ2Ｏ3）ことから、渦電流を用いた検査方法では検出性の点で課題が残る。
【００１５】
また、特開平６−３２３９８４号公報には、電気化学的に肉厚を計測しての腐食を監視する方法が開示されている。しかしならが、特開平６−３２３９８４号公報の腐食監視方法は、対象物が燃料棒であること、燃料棒と電極間のインピーダンスを計測することから、燃料棒表面の情報しか得ることができない。そのため、制御棒シース裏側における腐食生成物の堆積状況を検知することが困難である。
【００１６】
本発明の目的は、シースと中性子吸収材の隙間幅が健全なサイズにあることを検出する方法を提供し、使用環境である水中で適用可能で材質の影響を受けずに検査できる電気化学的方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、横断面が概略十字形のタイロッドと、概略Ｕ字形の横断面形状を有し、内部に中性子吸収材を内包するシースを備えた沸騰水型原子炉用制御棒のクラッド付着検出方法であって、複数の電極を備えるセンサプローブを用いて、シース内面のクラッド付着量をシースの外面から電気化学的に計測することにある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、沸騰水型原子炉の制御棒において、隙間部に堆積した腐食生成物の量を検出し、設計時の隙間幅からの経時的な隙間幅の変化量を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】沸騰水型原子炉に適用される制御棒の模式図である。
【図２】（Ａ）沸騰水型原子炉に適用される制御棒の側面図であり、（Ｂ）制御棒に照射される中性子照射量の制御棒軸方向における分布を示す説明図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図であり、制御棒の長手方向軸に垂直な断面のうちタイロッドおよびブレード１枚の部分を示す断面図である。
【図４】（Ａ）図１のＡ−Ａ断面図であり、使用後にクラッドが堆積したハフニウム楕円管を用いた制御棒の長手方向軸に垂直な断面図を示し、（Ｂ）は図４（Ａ）のII部の拡大図を示す。
【図５】本発明の好適な一実施形態である実施例１のクラッド付着検出装置を用いた、制御棒のクラッド付着検出のステップを示す図である。
【図６】本発明の実施例１のクラッド付着検出装置の概念図である。
【図７】（Ａ）本発明の実施例１のクラッド付着検出装置のインピーダンスの等価回路図を示し、（Ｂ）制御棒にクラッドの付着がある場合のクラッド付着検出装置を用いた検出及び制御棒にクラッドの付着がない場合のクラッド付着検出装置を用いた検出を示す概念図である。
【図８】本発明の他の実施形態である実施例２のクラッド付着検出装置を用いた、制御棒のクラッド付着検出のステップを示す図である。
【図９】クラッド付着検出装置を用いて検査対象を計測した場合のインピーダンスの複素平面図を示す。
【図１０】クラッド付着検出装置を用いて検査対象を計測した場合のインピーダンスのボード線図を示す。
【図１１】検査対象のインピーダンスと検査対象に付着したクラッド付着厚さとの関係を示す相関図である。
【図１２】本発明の実施例２で用いる検査対象のクラッド厚さと残存使用年数の関係を示す模式図である。
【図１３】沸騰水型原子炉に適用される制御棒のクラッドの付着位置を示す模式図である。
【図１４】シース抵抗Ｒｓと電極表面抵抗Ｒｐの比率が変化したときのインピーダンスの複素平面図である。
【図１５】インピーダンスＲｅとシース抵抗Ｒｓ／電極表面抵抗Ｒｐ比の関係を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態である実施例３のクラッド付着検出装置を、原子炉内に配置したときの配置図である。
【図１７】本発明の実施例３のクラッド付着検出装置の、原子炉内の制御棒へのアクセスを示す概念図である。
【図１８】一対の電極を備えるクラッド付着検出装置のセンサプローブ部分を示す概念図である。
【図１９】八対の電極を備えるクラッド付着検出装置のセンサプローブ部分を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の検査対象物の一例である制御棒の構成について、図１を用いて説明する。
【００２１】
制御棒２１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で用いられる制御棒である。制御棒２１は、横断面が十字形をしていて軸心にタイロッド１が配置され、このタイロッド１から四方に伸びる４枚のブレード２２を有する。ハンドル２がタイロッド１の上端部に取り付けられ、下部支持部材３がタイロッド１の下端部に取り付けられる。下部支持部材３は、下部支持板または落下速度リミッタである。ローラ２３が回転可能に下部支持部材３に取り付けられる。このローラ２３は、炉心に装荷されている燃料集合体のチャンネルボックスの外面と接触し、制御棒２１を燃料集合体間で円滑に移動させる機能を有する。
【００２２】
各ブレード２２は、横断面がＵ字状をしているシース４，扁平な筒、例えば楕円形状の筒であるハフニウム部材（ハフニウム楕円管）５Ｕ，５Ｌを有する。シース４はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６Ｌ等）によって構成される。シース４の上端はハンドル２に溶接され、シース４の下端は下部支持部材３に溶接されている。シース４のＵ字の両端部には、複数のタブ（突出部）２７が軸方向において所定の間隔を置いて形成されている。タブ２７は、シース４の一部であるが、タイロッド１側に向かって突出している部分である。これらのタブ２７は溶接にてタイロッド１に接合されている。上記したシース４とタイロッド１，ハンドル２及び下部支持部材３との接合は、例えば、レーザ溶接によって行われる。
【００２３】
１つのブレード２２のシース４内に形成される空間内に、２つのハフニウム部材５Ｕ及び２つのハフニウム部材５Ｌが配置されている。ハフニウム部材５Ｕはハフニウム部材５Ｌの上方に位置しており、これらの軸方向の長さは同じである。ハフニウム部材５Ｕは、ハンドル２の下端部に形成された舌状部２ａにピン６で取り付けられている。ハフニウム部材５Ｌは、下部支持部材３の上端部に形成された舌状部３ａにピン６で取り付けられている。ハフニウム部材５Ｕは上端部がハンドル２に取り付けられ、ハフニウム部材５Ｌが下部支持部材３に取り付けられている。これらのハフニウム部材は中性子吸収部材である。ＢＷＲの運転中においてハフニウム部材５Ｕ，５Ｌが熱膨張してもそれらのハフニウム部材が互いに接触しないように、ハフニウム部材５Ｕの下端とハフニウム部材５Ｌの上端との間のギャップ（図示せず）が形成されている。
【００２４】
制御棒２１は、ＢＷＲの原子炉圧力容器内に配置され、原子炉出力を制御するために、複数の燃料集合体が装荷された炉心内に制御棒駆動機構（図示せず）によって出し入れされる。制御棒２１は、下部支持部材３の下端部に設けられたコネクタ２６によって原子炉圧力容器の底部に設けられた制御棒駆動装置に連結される。制御棒駆動装置は、制御棒２１の炉心内への挿入操作、及び制御棒２１の炉心からの引き抜き操作を行う。
【００２５】
原子炉圧力容器内を流れる冷却水（冷却材）は、シース４に形成された一部の開口２４及びシース４の最下端部に形成された複数の開口２０Ｌからシース４内に流入し、ハフニウム部材５Ｕ，５Ｌを冷却して他の開口２４（特に上端部に位置する開口２４）及びシース４の最上端部に形成された複数の開口２０Ｕからシース４の外に流出する。シース４内に流入した冷却水は、ハフニウム部材５Ｕに設けられた小径の開口２５を通ってハフニウム部材５Ｕ内に流入し、また、ハフニウム部材５Ｌに形成された小径の開口２５を通ってハフニウム部材５Ｌ内に流入する。このように、冷却水がハフニウム部材５Ｕ，５Ｌ内に流入することによって、これらのハフニウム部材の冷却効果が増大される。
【００２６】
図３は、中性子吸収材としてハフニウム楕円管を用いた沸騰水型原子炉の制御棒２１の長手方向軸に垂直な断面のうち、タイロッドおよびブレード１枚の部分（シースとハフニウム楕円管）を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。シース４の内部に、中性子吸収材５が設置されている。
【００２７】
図４は、制御棒２１の長手方向軸に垂直な断面を示す図である。この制御棒２１を使用すると、シース４内面と中性子吸収材５の間隙にクラッド等の堆積物７が固着する。シース４内面と中性子吸収材５の間隙は製造段階で１mm以下の隙間であること、水の流れが不連続であることから、クラッドが停滞，固着しやすい環境となる。
【００２８】
特に、制御棒２１のシース４は、図２に示すように、そのシース内に配置された中性子吸収部材であるハフニウム部材の上端部、すなわち、ハフニウム部材の上端の位置とこの上端から下方に向かってシース全長の１／１０の位置の間の範囲において原子炉の運転中での累積の中性子照射量が最も大きくなる。これは、その範囲が中性子の高い領域である炉心の軸方向での中央部に位置する期間が長く、また、炉心から引き抜かれる時期が最も遅いからである。原子炉を起動するときに炉心に挿入されていた多数の制御棒の大部分は、昇温昇圧過程が終了した時点で炉心から全引き抜されている。原子炉出力を上昇させる時点では、一部の制御棒のみが炉心に挿入されている。これらの制御棒は出力調節用の制御棒である。この出力調節用の制御棒の、ハフニウム部材の上端の位置とこの上端から下方に向かってシース全長の１／１０の位置の間の範囲で、累積の中性子照射量が最も大きくなる。その結果、制御棒２１に内包された中性子吸収材の上端部、全長の１／１０程度が高い中性子照射を受けることになる。その結果、図１３に示すように、中性子吸収材５とシースが重なる部分にクラッドが固着すると考える。環境中での使用時間が経過してくると、クラッドの堆積が増加し、それに伴い間隙が狭くなるため、隙間腐食が発生しやすい隙間幅までの狭あい化が懸念されるようになる。
【００２９】
〔実施例１〕
本発明の好適な一実施形態であるクラッド付着検出装置を、図６及び図７を用いて説明する。
【００３０】
本実施例のクラッド付着検出装置１９は、センサプローブ８、センサプローブからの電気信号に基づいてインピーダンスを計測するインピーダンス計測器９ａ、センサプローブに印加する電圧や電流の周波数を変化させる周波数発振器９ｂ、センサプローブの走査及び周波数発振器からセンサプローブに印加する電圧や電流の周波数を制御する制御装置（図示せず）、操作者がデータを入力するための入力装置（マウスやキーボードなど）１０，演算装置１１及び表示装置１２を備える。周波数発振器９ｂは、センサプローブ８に接続される。制御装置（図示せず）がセンサプローブ８及び周波数発振器９ｂに接続され、これらを制御する。センサプローブ８は、インピーダンス計測器９ａを介して、演算装置１１に接続される。演算装置１１が、入力装置１０及び表示装置１２に接続される。入力装置１０が制御装置に接続される。センサプローブ８は、図１８に示すように、２つの電極（第１の電極３０Ａ−１及び第２の電極３０Ａ−２）を有する。第１の電極３０Ａ−１及び第２の電極３０Ａ−２が、周波数発振器９ｂに接続されている。
【００３１】
クラッド付着検出装置１９を用いてクラッド付着量を検出する方法について、図５を用いて説明する。本実施例では、図５に示すステップ１及びステップ２を実施することでクラッド付着量を検出する。
【００３２】
まず、検査対象となる制御棒を選定する（ステップ１）。全数の制御棒を検査する場合を除き、検査対象は運転条件や水質などを参照し、クラッドが堆積しやすい制御棒を代表として選定して、検査する。このような検査によって、他の制御棒の検査を省略することが可能である。
【００３３】
選定した制御棒のシースのインピーダンスの計測を開始する（ステップ２）。まず、操作者が検査開始を入力装置１０に入力すると、入力装置１０は検査開始信号を制御装置に入力する。検査開始信号を受け取った制御装置は、検査対象となるシース４表面の初期位置にセンサプローブ８を配置し、周波数発振器９ｂ及びインピーダンス計測器９ａを起動する。周波数発振器９ｂからの指令によって、センサプローブ８を用いた計測を開始する。制御装置は、シース４の表面上での計測位置（センサプローブ８の配置位置）を移動させてセンサプローブ８を走査する。また、制御装置は、周波数発振器９ｂの電圧及び電流の周波数を制御する。センサプローブ８で検出された検出データがインピーダンス計測器９ａに入力される。インピーダンス計測器９ａは、この検出データに基づいて交流インピーダンスを計測し、そのデータを演算装置１１に出力する。演算装置１１は、センサプローブ８を走査し、測定位置での電圧や電流の周波数を変化して得られた交流インピーダンスの情報を、内部に設置されたメモリ（記憶装置）に記憶する。
【００３４】
シース上でのクラッドの付着位置は、図１３に示すように、不連続で大きさも不均一であると考えられる。そのため、シース４の長手方向軸に垂直な方向のインピーダンスを計測し、センサプローブ８をハフニウム楕円管が挿入されている範囲上を長手方向に走査することによって、効率の良い検査が可能となる。１回の測定範囲が狭い渦電流測定法では、走査に多大な時間を要するため、本実施例は測定効率の面からも効果が高い。
【００３５】
本実施例では、センサプローブ８の走査範囲を、図２に示す、隙間腐食が懸念される制御棒のハフニウム楕円管上端から全長Ｌｏの１０分の１の範囲とする。このようにセンサプローブ８の走査範囲を限定することによって、検査に要する時間を短縮し、隙間腐食が懸念される制御棒のクラッド付着量を把握することが可能となる。なお、検査時間を十分にとれる場合、シース４の全面を走査範囲としてもよい。シース全面を走査することによって、シース全面でのより詳細なクラッド付着量を把握することが可能となる。
【００３６】
検査対象範囲の全ての位置でのセンサプローブ８の走査が終了すると、制御装置は、センサプローブ８を停止し、周波数発振器９ｂとインピーダンス計測器９ａの運転を停止させる。演算装置１１のメモリには、インピーダンスとクラッド厚さの関係を示すデータが予め記憶されている。演算装置１１は、このインピーダンスとクラッド厚さの関係を示すデータ及び計測されたインピーダンスの情報に基づいて、各測定位置におけるクラッド厚さを求める。全ての測定位置でのクラッド厚さを求めると、演算装置１１は、その結果を表示装置１２に出力する。表示装置１２は、シースの各測定位置でのクラッド厚さの情報を表示する。本実施例のインピーダンス計測では、電気化学的に電圧や電流の応答を計測することでインピーダンスを算出する方法を採用したが、電圧値や電流値を単独で計測し、比較評価する方法であっても、本実施例と同様の検査が可能である。
【００３７】
インピーダンスとクラッド厚さの関係を示すデータについて、図７，図９，図１０及び図１１を用いて説明する。なお、本実施例のクラッド付着検出装置１９では、インピーダンスとクラッド厚さの関係を示すデータベースが演算装置１１のメモリに予め記憶されている。
【００３８】
クラッド付着検出装置１９で計測したインピーダンスは、図７に示すように、センサプローブ８の電極抵抗と表面抵抗に加えて、シース抵抗とクラッドの容量を合成したインピーダンスとなる。クラッドが多量に付着している場合は、シース抵抗とクラッドの電荷容量が増加すると考えた。使用前のクラッドがない状態のインピーダンスと使用後にクラッドが付着し、抵抗Ｒｓと容量Ｃｓが２倍となったときのインピーダンスの複素平面図を、図９に示す。図９は、クラッド付着検出装置を用いて検査対象である制御棒を計測した場合のインピーダンスの複素平面図を示し、図９の実線が使用前であってクラッドの付着がない制御棒を計測した時の複素平面図、図９の点線が使用後であってクラッドが付着した制御棒を計測した時の複素平面図を示す。使用前に比べて使用後は半円状の軌跡が大きくなり、実数インピーダンスＲｅ（Ｚ）値が大きくなることがわかる。また、図１０はクラッド付着検出装置を用いて制御棒を計測した場合のインピーダンスのボード線図を示す図であり、図１０の実線が使用前であってクラッドの付着がない制御棒を計測した時のインピーダンスのボード線図であり、図１０の点線が使用後であってクラッドが付着した制御棒を計測した時のインピーダンスのボード線図である。図１０によれば、ボード線図表示では低い角周波数でインピーダンスの絶対値に差があることがわかる。
【００３９】
一方、図１４に示すように、Ｒｐが大きく、Ｒｓ／Ｒｐの比が小さくなるとインピーダンスも小さくなるため、微小な変化に対する感度が悪くなる。そのため、Ｒｐの小さい金属を電極として用いることで感度を向上できる。具体的には、貴金属で電極を作製する、もしくは、金属電極表面に貴金属を付着させることでＲｐを低減できる。さらに、図１５に示すように、Ｒｅを低周波数で求める場合に比べ、−ｌｍ（Ｚ）が最大となるときのＲｅを求めると、増加傾向が２.５倍となる。インピーダンスを評価する際に、低いＲｐの電極とすること、Ｒｅの求め方により感度が向上することができる。
【００４０】
以上と同様な方法で予め求められたインピーダンスとクラッド付着厚さのデータベースが演算装置１１のメモリに格納されており、検出対象で計測したインピーダンスとデータベースの参照を演算装置１１で行う。演算装置１１のメモリに記憶されているデータベースは図１１に示すようなインピーダンスＲｅとクラッド厚さの関係である。演算装置１１は、センサプローブ８で計測された情報としてメモリに記憶されたインピーダンスの情報と、図１１に示すインピーダンスＲｅとクラッド厚さとの相関関係の情報に基づいて、各計測位置でのクラッド厚さの情報を求める。つまり、メモリに記憶されたインピーダンスの相対値Ｒｅが１.５の場合、演算装置１１は、メモリに記憶されたデータベースからＲｅ＝１.５に相当するクラッド厚さの値を参照し、クラッド厚さ（相対値）が０.２５を求める。演算装置１１は、メモリに記憶されたデータベースに基づいて、すべての計測位置におけるインピーダンスの情報に対するクラッド厚さを求める。操作者は、表示装置１２に表示されたクラッド厚さを確認することで、シースの表面に堆積したクラッド付着厚さの情報を得るができる。
【００４１】
本実施例によれば、横断面が概略十字形のタイロッドと、概略Ｕ字形の横断面形状を有し、内部に中性子吸収材を内包するシースを備えた沸騰水型原子炉用の制御棒において、シースの内面のクラッド付着量をシース外面から電気化学的に計測することで、シース内面と中性子吸収材の隙間幅の変化量を検出し、シースと中性子吸収材の間の隙間部に付着したクラッド付着量を求めることができ、隙間部に腐食生成物が経時的に堆積するために設計時の隙間幅からの低下量を検知することができる。また、隙間腐食を事前に検知できるため、腐食発生が懸念される隙間幅以下まで縮小する前に洗浄や交換等の対策を講じることで、制御棒のシースとハフニウム楕円管との隙間部で発生する腐食の発生を未然に抑制できるようになる。
【００４２】
本実施例によれば、一定期間で全数交換する方法に比べて、隙間幅が縮小した制御棒のみを交換する等の対策を講じればよいことになるので、廃棄物を削減することができる。
【００４３】
〔実施例２〕
本発明の他の実施例である実施例２について、図面を用いて説明する。本実施例のクラッド付着検出装置１９は、実施例１のクラッド付着検出装置１９と同様の構成を有する。
【００４４】
本実施例のクラッド付着検出方法について、図８を用いて説明する。本実施例のクラッド付着検出方法は、実施例１のクラッド付着検出方法に、継続使用が可能かを判断する工程を追加したものである。ステップ１及びステップ２は実施例１と同様であるため説明を省略する。本実施例では、ステップ２で求めたクラッド付着厚さが許容できる範囲にあるかを判断するステップ３、許容できないクラッド付着厚さであってもシース内面を洗浄することで許容できる範囲にあるかを再度判断する工程であるステップ４、洗浄後のクラッド付着厚さが許容範囲であるかを判断するステップ５、許容できないクラッド量であれば新品と交換する工程であるステップ６が追加される。図１２は、検査対象のクラッド厚さと残存使用年数の関係を示す模式図である。演算装置１１は、各計測位置でのクラッド厚さの情報と、メモリに予め記憶されているクラッド厚さと残存使用年数との関係を示すデータベース（図１２）に基づいて、各計測位置での残存耐用年数を求める。つまり、継続使用に関しては、図１２に示すように、予め求めた付着厚さと残存耐用年数の関係を参照し、残存期間から判断することが可能である。
【００４５】
本実施例によれば、横断面が概略十字形のタイロッドと、概略Ｕ字形の横断面形状を有し、内部に中性子吸収材を内包するシースを備えた沸騰水型原子炉用制御棒において、シースの内面のクラッド付着量をシース外面から交流インピーダンス値を計測することで、予め求めたインピーダンス値と比較することで、シース内面と中性子吸収材の隙間幅の変化量を検出し、予め求めた隙間幅と耐用期間の関係から、残存使用年数を評価することができる。このため、隙間部に腐食生成物が経時的に堆積するために設計時の隙間幅からの低下量を検知することができ、さらに検査対象の制御棒の残存使用年数を知ることができる。また、隙間腐食を事前に検知できるため、腐食発生が懸念される隙間幅以下まで縮小する前に洗浄や交換等の対策を講じることで、制御棒のシースとハフニウム楕円管との隙間部で発生する腐食の発生を未然に抑制できるようになる。
【００４６】
本実施例によれば、一定期間で全数交換する方法に比べて、隙間幅が縮小した制御棒のみを交換する等の対策を講じればよいことになるので、廃棄物を削減することができる。
【００４７】
〔実施例３〕
本発明の他の実施例である実施例３を、図面を用いて説明する。本実施例では、原子炉内に設置された制御棒に対してクラッド付着量を検出する方法を示したものである。本実施例のクラッド付着検出装置１９は、実施例１のクラッド付着検出装置１９と同様の構成を有する。本実施例では、クラッド付着検出装置１９，走査装置１３，センサ保持装置１４及び監視カメラ１５を用いてクラッド付着量を検出する。
【００４８】
本実施例のクラッド付着検出方法について、図８を用いて説明する。燃料を引き抜いた後、上部格子板１６の格子部を貫通するように走査装置１３及びセンサ保持装置１４，監視カメラ１５を挿入し、上下方向の位置を固定する。走査装置は安定性向上のために、炉心支持板１７まで挿入し、上部格子板１６と２箇所で固定する。検査対象制御棒１８を上昇させ、走査装置１３と隣接した位置で固定する。走査装置１３を旋回や上下左右に動作させて、図１７に示すように、センサ保持装置１４から走査装置１３でセンサプローブ８を把持した後、検査対象制御棒１８翼面の検査部位へ設置する。その際、監視カメラ１５で検査位置及び動作を確認する。検出方法は、実施例１，２に記載したので省略する。他の制御棒を検査する場合、走査装置１３の周辺の４つの制御棒に関しては、走査装置１３を同じ位置に固定したままで、検査可能である。また、走査装置１３に近接しない制御棒を検査する場合は、一旦、走査装置１３を上部格子板１６から引き抜き、当該制御棒と近接する位置に走査装置１３を挿入する。なお、監視カメラ１５やセンサ保持装置１４も作業しやすい位置へ移動する。
【００４９】
本実施例によれば、横断面が概略十字形のタイロッドと、概略Ｕ字形の横断面形状を有し、内部に中性子吸収材を内包するシースを備えた沸騰水型原子炉用の制御棒において、シースの内面のクラッド付着量をシース外面から電気化学的に計測することで、シース内面と中性子吸収材の隙間幅の変化量を検出し、シースと中性子吸収材の間の隙間部に付着したクラッド付着量を求めることができ、隙間部に腐食生成物が経時的に堆積するために設計時の隙間幅からの低下量を検知することができる。また、隙間腐食を事前に検知できるため、腐食発生が懸念される隙間幅以下まで縮小する前に洗浄や交換等の対策を講じることで、制御棒のシースとハフニウム楕円管との隙間部で発生する腐食の発生を未然に抑制できるようになる。
【００５０】
本実施例によれば、一定期間で全数交換する方法に比べて、隙間幅が縮小した制御棒のみを交換する等の対策を講じればよいことになるので、廃棄物を削減することができる。
【００５１】
実施例１乃至３では、第１の電極３０Ａ−１及び第２の電極３０Ａ−２（図１８に示す一対の電極）を有するセンサプローブ８を用いたが、複数の電極を有するセンサプローブを用いてもよい。例えば、八対の電極を有するセンサプローブ（多点センサプローブ）８ａを用いた場合について考える。この場合、第１の電極３０Ａ−１及び第２の電極３０Ａ−２の一対の電極に替えて、図１９に示すような、八対の電極（第１の電極３０Ａ−１及び第２の電極３０Ａ−２，第３の電極３０Ｂ−１及び第４の電極３０Ｂ−２，第５の電極３０Ｃ−１及び第６の電極３０Ｃ−２，…，第１５の電極３０Ｈ−１及び第１６の電極３０Ｈ−２）を有する多点センサプローブ８ａを備えた構成となる。このような多点センサプローブ８ａの場合、測定位置を固定した後、測定する電極対を第１の電極３０Ａ−１及び第２の電極３０Ａ−２の間，第３の電極３０Ｂ−１及び第４の電極３０Ｂ−２，…，第１５の電極３０Ｈ−１及び第１６の電極３０Ｈ−２の間と電気的に切り替えることで、プローブの走査／位置決め時間を大幅に短縮することができる。検出範囲に応じて、第１の電極３０Ａ−１と第３の電極３０Ｂ−１間や、第２の電極３０Ａ−２と第４の電極３０Ｂ−２間のクラッド付着を検出することや、電極数を変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  タイロッド
２  ハンドル
２ａ  ハンドル上部タブ
３  落下速度リミッタまたは下部支持部材
４  シース
５  中性子吸収材
６  ピン
７  堆積物
８  センサプローブ
８ａ  多点センサプローブ
９ａ  インピーダンス計測器
９ｂ  周波数発振器
１０  入力装置
１１  演算装置
１２  表示装置
１３  走査装置
１４  センサ保持装置
１５  監視カメラ
１６  上部格子板
１７  炉心支持板
１８  検査対象制御棒
１９  クラッド付着検出装置
２１  制御棒
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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