(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被診断材料から微小体積の試料を採取し、この試料中に含まれるヘリウム量を測定し、ヘリウム量と溶接時の入熱量の関係において割れの発生を調べた結果から予め溶接時に割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲を求め、このヘリウム量と溶接時の入熱量の関係によって求められた溶接時に割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲から前記測定されたヘリウム量に基づいて被診断材料の溶接可能性を診断するとともに溶接時に割れが発生しない溶接入熱量を求めることを特徴とする原子炉炉内構造物の診断方法。
【請求項２】
被診断材料から微小体積の試料を採取する試料採取装置と、この試料採取装置によって採取された試料中のヘリウム含有量を測定する気体量測定装置と、ヘリウム量と溶接時の入熱量の関係において割れの発生を調べた結果から予め溶接時に割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲を求め、このヘリウム量と溶接時の入熱量の関係によって求められた溶接時に割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲から前記気体量測定装置で得られたヘリウム量に基づいて被診断材料の溶接可能性を診断するとともに溶接時に割れが発生しない溶接入熱量を演算する演算装置と、この演算結果を表示する表示装置とからなることを特徴とする原子炉炉内構造物の診断装置。
【請求項３】
前記気体量測定装置は被診断材料にレーザーを照射しその一部を溶融させる機構と、照射された材料から発生する原子を分析する質量分析装置からなることを特徴とする請求項２記載の原子炉炉内構造物の診断装置。
【請求項４】
前記気体量測定装置は被診断材料に電子線を照射しその一部を溶融させる機構と、照射された材料から発生する原子を分析する質量分析装置からなることを特徴とする請求項２記載の原子炉炉内構造物の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、軽水冷却型原子炉等の炉内構造物の診断方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽水型の原子力発電所には図３に示したように炉心１を内蔵する原子炉圧力容器２が設けられ、この原子炉圧力容器２の内部には炉心シュラウド３，炉心支持板４，下部支持板５，上部格子板６，ジェットポンプ７等が設置されている。
【０００３】
一般に原子力発電所はその健全性、信頼性を確保するため、定期的に運転を停止して点検を実施している。上述した原子炉の炉内構造物もこの時に検査が行われ、この検査手段に水中テレビカメラが使用され、主として目視検査が行われている。
【０００４】
炉内構造物に使用されているステンレス鋼はもともと高温純水中で耐食性が優れており、原子炉の冷却水が純水であるため長期間にわたり健全性を有している。従って、目視による割れや傷等の検査で充分であった。
【０００５】
一方、最近では原子炉の寿命延長の検討も行われており、炉内構造物の材料自体の変化を調べる必要性も増している。炉内構造物は燃料からの高速中性子の照射を長期間受けるため、強度の低下、延性の低下、応力腐食割れ感受性の増加を生じる場合がある。
【０００６】
また、炉内構造物を溶接で接合した場合には、溶接時の熱影響部分で応力腐食割れ感受性が高まる場合のあることが知られている。さらに、中性子照射を受けると構成元素の核反応により、水素やヘリウム等の気体成分が材料中にわずかに存在するようになることが予想される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
原子炉の炉内構造物を長期間使用する場合には、炉内構造物の材料の中性子照射による変化を調べその健全性を確認することが重要となるが、中性子照射により放射化した対象物の検査は困難な課題がある。
【０００８】
上述の材料中の気体成分については、材料の脆化や溶接時の割れの原因と考えられており、その量を知ることが必要であるが、従来原子炉内で検査，診断する方法は知られていない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、原子炉炉内構造物に含有するヘリウム量を測定し、溶接の可否を容易に診断できる原子炉炉内構造物の診断方法およびその装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の方法は、被診断材料から微小体積の試料を採取し、その試料中に含まれるヘリウム量を測定し、ヘリウム量と溶接時の入熱量の関係において割れの発生を調べた結果から予め割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲を求め、このヘリウム量と溶接時の入熱量の関係によって求められた割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲から前記測定されたヘリウム量に基づいて被診断材料の溶接可能性を診断するとともに溶接時に割れが発生しない溶接入熱量を求めることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明の診断装置は、被診断材料から微小体積の試料を採取する試料採取装置と、この試料採取装置によって採取された試料中のヘリウム含有量を測定する気体量測定装置と、ヘリウム量と溶接時の入熱量の関係において割れの発生を調べた結果から予め溶接時に割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲を求め、このヘリウム量と溶接時の入熱量の関係によって求められた溶接時に割れが発生する可能性のある範囲と溶接が容易にできる範囲から前記気体量測定装置で得られたヘリウム量に基づいて被診断材料の溶接可能性を診断するとともに溶接時に割れが発生しない溶接入熱量を演算する演算装置と、この演算結果を表示する表示装置とからなることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明における気体量測定装置は被診断材料にレーザーを照射しその一部を溶融させる機構と、照射された材料から発生する原子を分析する質量分析装置からなることを特徴とする。
【００１３】
また、気体量測定装置の他の例は、被診断材料に電子線を照射しその一部を溶融させる機構と、照射された材料から発生する原子を分析する質量分析装置からなることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
第１の発明では、被診断材料から微小体積を採取することにより、放射性物質の長距離移動なしに原子炉建屋内で簡単に診断ができる。
【００１５】
第２の発明では、被診断材料である軽水炉用炉内構造物材料のヘリウム含有量を測定し、その結果から溶接時の割れ発生との相関関係を用いて溶接可能性を予想演算する。これにより、測定時点における構造物材料の溶接可能性を診断できる。
【００１６】
第２の発明における気体量測定装置の一例では、レーザー照射により微小体積を溶融蒸発させ質量分析装置で材料中のヘリウムを測定する事により、小体積の試料で精度良く気体量が測定できる。
【００１７】
また、レーザーの代りに電子線を使用した気体量測定装置の他の例では電子線の照射により微小体積を溶融蒸発させ質量分析装置で材料中のヘリウムを測定する事により、小体積の試料で精度良く気体量が測定できる。
【００１８】
【実施例】
図１により本発明に係る原子炉炉内構造物の診断方法の一実施例を説明する。図１は、オーステナイト系ステンレス鋼中のヘリウム量と溶接時の入熱の関係を示したものである。この図は、ヘリウムを含有するステンレス鋼に対し、ガスタングステンアーク溶接や、メタルイナートガス溶接を行い、割れが発生したかどうかを調べた結果から得られたものである。
【００１９】
図中の破線から下側は溶接が容易に実施できる範囲であり、破線から上側は溶接時に割れが発生する可能性のある範囲である。
【００２０】
この図から明らかなように、溶接が正常にできる範囲は、材料中のヘリウム量と溶接入熱で決定されるので、ヘリウム量を測定することによって、どの程度の入熱の溶接であれば正常に可能かどうか予測することができる。
【００２１】
したがって、原子炉炉内構造物の診断を行いたい部位から、構造物の健全性を損なわないように１ｇ程度の極微量の試料を採取し、そのヘリウム含有量を測定する。これにより、当該部位のその時点での溶接の可能性と、溶接での入熱条件を簡便に判断することが可能である。
【００２２】
例えば、炉内構造物のある部位のヘリウム量が20appmと測定された場合、約８KJ／cm以下の入熱では容易に溶接が可能であるとの診断が可能となる。
【００２３】
つぎに図２により本発明に係る原子炉炉内構造物の診断装置の一実施例を説明する。
【００２４】
図２においては、原子炉構造物材料の被診断材料８のヘリウム含有量を気体量測定装置９で測定し、演算装置10で演算し、その演算結果を表示装置11で表示する構造材料の診断装置をブロック図で示している。
【００２５】
具体的使用例を図３により述べる。図３において原子炉圧力容器２の内部には上部格子板６が設置されている。原子炉上部のオペレーティングフロア29には気体量測定装置９、演算装置10と表示装置11が設置され、さらに原子炉圧力容器２の真上には補助ホイスト28が設けられている。
【００２６】
補助ホイスト28から試料採取装置30が吊り下げられている。補助ホイスト28により試料採取装置30を上部格子板６の診断したい位置に吊り下げ、微小試料の採取を実施する。試料採取装置30は、放電加工または機械的切断の機能を有しており、１ｇ程度の試料を上部格子板６の表面より採取する。
【００２７】
採取度、補助ホイスト28によりオペレーティングフロア29まで試料採取装置30を吊り上げ、採取した試料を気体量測定装置９内に挿入し、ヘリウム量を測定する。測定結果は電気信号として演算装置10に送り込まれる。
【００２８】
演算装置10には図１に示したようなヘリウム量と溶接の関係を示す表式データが組み込まれており、これにより、溶接入熱と溶接可能性の関係を演算・予測する。表示装置11はこの演算結果を表示する。
【００２９】
この診断装置によれば、上部格子板６の溶接の可能性と可能となる入熱量の条件が簡単に判定できる。
【００３０】
上記実施例では被診断材料として上部格子板６を対象としたが、原子炉圧力容器内の構造物であれば限定するものではない。また、沸騰水型原子炉のみでなく加圧水型原子炉にも適用可能である。
【００３１】
図４は、第２の発明で使用する気体量測定装置９ａの一例を示す模式図である。この気体量測定装置９ａは、レーザー照射装置31と質量分析装置32から構成されている。レーザー照射装置31は、レンズ12，光ファイバー13，レーザー発振器14からなる。質量分析装置32はスリット15，四重極磁石16，検出器17，プレアンプ18，計数器19，データ処理器20からなる。
【００３２】
これらの内、レンズ14，光ファイバー15，スリット17， 1/4円形の四重極磁石18，検出器19は，真空容器21内に設置されている。真空容器21は真空ポンプ22により高真空に保持されている。
【００３３】
この装置９ａでは、試料23にレーザー発振器14で発信されたＹＡＧレーザー光が光ファイバー13を通してレンズ12で集光される。この光により試料23は千数百℃に加熱され一部が溶融蒸発し、イオン化した原子はスリット15を通して四重極磁石16を通過し検出器17へ到達する。
【００３４】
四重極磁石16の磁場を通過できるイオンの質量と電荷を選択できるので、磁場を走査することによりヘリウム，ステンレス鋼の主要構成元素である鉄，ニッケル，クロムの原子の数を直接計数でき、ヘリウムの含有量を計測できる。
【００３５】
本装置９ａでは、微量な試料についてその極一部にレーザーを照射することでヘリウム量が測定でき、放射性試料の取扱いが簡単であり、また、原子建屋内で測定が可能である。
【００３６】
図５は、第２の発明で使用する気体量測定装置９ｂの他の例を示す模式図である。気体量測定装置９ｂは、電子線照射装置24と質量分析装置32から構成されている。
【００３７】
電子線照射装置24は、電磁レンズ25，電子銃26，電源27からなる。質量分析装置32はスリット15，四重極磁石16，検出器17，プレアンプ18，計数器19、データー処理器20からなる。
【００３８】
これらの内、電磁レンズ25，電子銃26， 1/4円形の四重極磁石16，検出器17は、真空容器21内に設置されており、真空容器は真空ポンプ22により高真空に保持されている。
【００３９】
この装置９ｂでは、試料23に電子銃26からの電子線を電磁レンズ25で絞った後照射する。この電子線により試料23は千数百℃に加熱され一部が溶融蒸発し、イオン化した原子はスリット15を通して四重極磁石16を通過し検出器17へ到達する。
【００４０】
四重極磁石16の磁場を通過できるイオンの質量と電荷を選択できるので、磁場を走査することによりヘリウムからステンレス鋼の主要構成元素である鉄，ニッケル，クロムの原子の数を直接計数でき、ヘリウムの含有量を計測できる。
【００４１】
この気体測定量測定装置９ｂでは、微量な試料についてその極一部に電子線を照射することでヘリウム量が測定でき、放射性試料の取扱いが簡単であり、また、原子建屋内で測定が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、原子炉炉内構造物の溶接可能性の判定がきわめて容易に診断でき、原子炉の長寿命化や予防保全に有効であり、原子炉の信頼性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明に係る診断方法のオーステナイト系ステンレス鋼中のヘリウム量と溶接時の入熱の関係を示す特性図。
【図２】第２の発明に係る診断装置を示すブロック図。
【図３】第２の発明に係る診断装置の具体的使用例を示す構成図。
【図４】図２における気体量測定装置の一例を一部ブロックで示す模式図。
【図５】図２における気体量測定装置の他の例を一部ブロックで示す模式図。
【符号の説明】
１…炉心、２…原子炉圧力容器、３…炉心シュラウド、４…炉心支持板、５…下部格子板、６…上部格子板、７…ジェットポンプ、８…被診断材料、９ａ，９ｂ…気体量測定装置、10…演算装置、11…表示装置，12…レンズ、13…光ファイバー、14…レーザー発振器、15…スリット、16…四重極磁石、17…検出器、18…プレアンプ、19…計数器、20…データ処理器、21…真空容器、22…真空ポンプ、23…試料、24…電子線照射装置、25…電磁レンズ、26…電子銃、27…電源、28…補助ホイスト、29…オペレーティングフロア、30…試料採取装置、31…レーザー照射装置、32…質量分析装置。
【図１】
0003767915.tif 000002
【図２】
0003767915.tif 000003
【図３】
0003767915.tif 000004
【図４】
0003767915.tif 000005
【図５】
0003767915.tif 000006