JP4885003B2

JP4885003B2 - Ultrasonic fuel rod damage identification method and inspection probe

Info

Publication number: JP4885003B2
Application number: JP2007038329A
Authority: JP
Inventors: 田徳信横
Original assignee: 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: JP2008203043A

Description

本発明は、破損した照射燃料集合体の中から、浸水した破損燃料棒を特定するための破損燃料棒同定方法と燃料棒破損同定用の検査プローブに関する。 The present invention relates to a damaged fuel rod identification method for identifying a submerged damaged fuel rod from a damaged irradiated fuel assembly and an inspection probe for identifying fuel rod failure.

特に、本発明は、底面エコーの波高値にばらつきがある燃料棒の中から、破損燃料棒を同定することができる破損燃料棒同定方法と燃料棒破損同定用の検査プローブに関する。 In particular, the present invention relates to a damaged fuel rod identification method capable of identifying a broken fuel rod from fuel rods having variations in bottom peak echo peak values, and an inspection probe for identifying a fuel rod failure.

燃料棒は、被覆管内部にヘリウム等の気体とともにペレットが封入され、核分裂が進むと、核分裂生成物ガスを生じる。燃料棒の被覆管は、核分裂した核燃料ペレットと核分裂生成物ガスとを封じ込め、核分裂生成物が冷却材に漏れるのを防止する。 In the fuel rod, pellets are enclosed with a gas such as helium inside the cladding tube, and when fission proceeds, a fission product gas is generated. The fuel rod cladding tube contains the fissioned nuclear fuel pellets and the fission product gas and prevents the fission products from leaking into the coolant.

しかし、燃料棒の被覆管は、原子炉中の環境下で、応力、腐食などの影響やそれらの複合作用で被覆管が破損し、内部に冷却材の水が進入することがあり得る。 However, the cladding tube of the fuel rod may be damaged by the influence of stress, corrosion, etc. or their combined action under the environment in the nuclear reactor, and the coolant water may enter inside.

破損燃料棒の同定方法として、超音波のパルス反射を使用した水浸法が、特公平５−８４４７５号公報等により、提案されている。 As a method for identifying a broken fuel rod, a water immersion method using ultrasonic pulse reflection has been proposed in Japanese Patent Publication No. 5-84475.

特公平５−８４４７５号公報に記載された技術は、超音波振動子から被覆管の管壁に向かって超音波を照射し、被覆管の管壁の肉厚に入った超音波が被覆管の管壁の表面と底面の間で往復しながら、内部が浸水している破損燃料棒の場合には水にエネルギーが奪われ、内部に浸水していない健全燃料棒に比して速く超音波の音圧が弱まる現象を利用している。 The technique described in Japanese Patent Publication No. 5-84475 irradiates ultrasonic waves from the ultrasonic transducer toward the tube wall of the cladding tube, and the ultrasonic waves that have entered the wall thickness of the cladding tube are applied to the cladding tube. In the case of a broken fuel rod that is flooded inside while reciprocating between the surface and the bottom surface of the tube wall, the energy is lost to the water, and the ultrasonic wave is faster than a healthy fuel rod that is not flooded inside. The phenomenon that the sound pressure is weakened is used.

被覆管の管壁の表面と底面の間で往復する超音波は、被覆管の管壁の表面に到達したときに、一部の超音波の音圧の一部が外部出て、オシロスコープによって記録することができる。 When the ultrasonic wave reciprocating between the surface and bottom of the tube wall of the cladding tube reaches the surface of the tube wall of the cladding tube, a part of the sound pressure of some of the ultrasonic waves comes out and is recorded by the oscilloscope. can do.

内部が浸水している破損燃料棒の場合には、被覆管の管壁の底面で超音波の音圧が水に散乱するため、被覆管の管壁の表面から出た超音波の音圧は速く減衰する。 In the case of a broken fuel rod that is submerged inside, the ultrasonic sound pressure scattered from the bottom surface of the tube wall of the cladding tube is scattered into the water. It decays quickly.

特公平５−８４４７５号公報の技術は、オシロスコープに記録する時間帯を「時間窓」という概念でとらえ、超音波を発射した当初のある第１の時間窓と、該第１の時間窓から所定時間遅れた第２の時間窓を用意し、第２の時間窓には、一定のエコー高さ（音圧）を超えるエコーのみを記録するようにしている。 The technique of Japanese Patent Publication No. 5-84475 considers a time zone recorded on an oscilloscope as a concept of “time window”, and a predetermined first time window from which an ultrasonic wave is initially emitted and a predetermined time window. A second time window delayed in time is prepared, and only echoes exceeding a certain echo height (sound pressure) are recorded in the second time window.

上述したように、内部が浸水している破損燃料棒の場合には水にエネルギーが奪われ、内部に浸水していない健全燃料棒に比して速くエコーの音圧が弱まるため、浸水した破損燃料棒のエコーであって、超音波の発射時点から所定時間経過したエコーは、第２の時間窓に記録されない可能性が高い。 As mentioned above, in the case of a damaged fuel rod that is submerged inside, the energy is lost to the water, and the sound pressure of the echo is weakened faster than a healthy fuel rod that is not submerged inside. There is a high possibility that an echo of a fuel rod that has been passed for a predetermined time from the time of ultrasonic wave emission will not be recorded in the second time window.

特公平５−８４４７５号公報の技術は、検査対象の燃料棒の第１の時間窓に記録されたエコーと、第２の時間窓に記録されたエコーとを比較し、第１の時間窓にエコーが記録されているが、対応する時間に第２の時間窓にエコーが記録されていない燃料棒を、浸水した破損燃料棒と判定している。
特公平５-８４４７５号公報 The technology of Japanese Patent Publication No. 5-84475 compares the echo recorded in the first time window of the fuel rod to be inspected with the echo recorded in the second time window. A fuel rod in which echo is recorded but no echo is recorded in the second time window at the corresponding time is determined as a flooded damaged fuel rod.
Japanese Patent Publication No. 5-84475

しかし、上記の従来の方法では、第２の時間窓に「一定のエコー高さを超えるエコー」のみを記録し、第２の時間窓にエコーを記録できなかった燃料棒を浸水した破損燃料棒と同定するようにしているが、燃料棒のエコー高さは燃料棒の表面状態によって影響され、原子炉中に装荷されている燃料棒の表面状態は区々で、健全燃料棒であってもエコー高さが区々である。 However, in the conventional method described above, a broken fuel rod in which only the “echo exceeding a certain echo height” is recorded in the second time window, and the fuel rod that has failed to record the echo in the second time window is submerged. However, the echo height of the fuel rod is influenced by the surface condition of the fuel rod, and the surface condition of the fuel rod loaded in the nuclear reactor varies, even if it is a healthy fuel rod. The echo height varies.

このため、「一定のエコー高さを超えるエコー」という基準では、浸水した燃料棒と浸水していない燃料棒を正確に区別できないことがある。 For this reason, the standard of “echo exceeding a certain echo height” may not be able to accurately distinguish between a flooded fuel rod and a non-flooded fuel rod.

すなわち、一般に、燃料体の燃料棒において、原子炉で照射された燃料棒の被覆管表面は凹凸が生じ、滑らかとは限らない。また、被覆管表面の酸化物の厚さは区々である。同じ原子炉の燃料棒の中でも、上記被覆管の表面の状態は全燃料棒について均一ではなく、また、同一の燃料棒でも場所によって区々である。 That is, in general, in the fuel rod of the fuel body, the surface of the cladding tube of the fuel rod irradiated by the nuclear reactor has irregularities and is not always smooth. Moreover, the thickness of the oxide on the surface of the cladding tube varies. Among the fuel rods of the same nuclear reactor, the state of the surface of the cladding tube is not uniform for all the fuel rods, and even the same fuel rod varies depending on the location.

一方、超音波ビームは、被覆管表面の状態によって散乱する。被覆管表面に凹凸が生じている場合には、入射した超音波ビームの一部が凹凸部で散乱し、被覆管肉厚に入射するビームのエコー高さが低くなる。また、被覆管肉厚に入射した超音波ビームが被覆管の管壁の底面で反射して戻ってきた時に、被覆管表面で散乱されるために底面エコーはさらに低くなる。 On the other hand, the ultrasonic beam is scattered depending on the state of the surface of the cladding tube. When unevenness is generated on the surface of the cladding tube, a part of the incident ultrasonic beam is scattered by the unevenness portion, and the echo height of the beam incident on the cladding tube thickness is lowered. Further, when the ultrasonic beam incident on the thickness of the cladding tube is reflected by the bottom surface of the tube wall of the cladding tube and returned, the bottom echo is further reduced because it is scattered on the surface of the cladding tube.

このため、第２の時間窓に「一定のエコー高さを超える」エコーのみを記録するようにすると、浸水が原因で生じるエコー高さの減衰のみならず、表面の散乱が原因で生じるエコー高さの減衰も混在し、内部浸水によるエコー高さの減衰か、表面の散乱による減衰かの判断ができない状況になる。 For this reason, if only the echo “exceeding a certain echo height” is recorded in the second time window, not only the attenuation of the echo height caused by flooding but also the echo height caused by surface scattering is caused. Attenuation is also mixed, and it is not possible to determine whether the echo height is attenuated by internal flooding or the surface scattering.

つまり、健全な燃料棒（浸水を生じていない燃料棒）であっても、エコー高さは一定のばらつきを有している。同様に、破損して浸水した燃料棒のエコー高さも区々である。このため、一定のエコー高さをもって破損した燃料棒と判定することは困難なのである。 In other words, even in the case of a healthy fuel rod (a fuel rod that has not been submerged), the echo height has a certain variation. Similarly, the echo heights of broken and flooded fuel rods vary. For this reason, it is difficult to determine a broken fuel rod with a certain echo height.

そこで、本願発明が解決しようとする一つの課題は、超音波のパルス反射による水浸法において、原子炉で使用されている燃料棒の中から、確実に破損燃料棒を同定できる破損燃料棒の同定方法を提供することにある。 Accordingly, one problem to be solved by the present invention is that a damaged fuel rod that can reliably identify a broken fuel rod from among the fuel rods used in a nuclear reactor in a water immersion method using ultrasonic pulse reflection. It is to provide an identification method.

また、近年、燃料体の新たな開発に伴って、新しい燃料体は、燃料棒がより細く、燃料棒間隔がより狭くなる傾向になっている。 In recent years, with new development of fuel bodies, new fuel bodies tend to have thinner fuel rods and narrower fuel rod spacing.

これに対して、特公平５-８４４７５号公報で開示された検査プローブを含む従来の検査プローブは、燃料体への挿入方向に直角方向に、すなわち、燃料棒の配列の方向に直角の方向に、超音波ビームを発射させる。 On the other hand, the conventional inspection probe including the inspection probe disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-84475 is perpendicular to the direction of insertion into the fuel body, that is, in the direction perpendicular to the direction of the arrangement of the fuel rods. Fire an ultrasonic beam.

しかし、燃料棒間隔が狭い最近の燃料体においては、被覆管外表面と振動子間の距離が小さくなっているため、第１回目の被覆管表面からのエコー（これを「表面エコー」という）と第２回目の被覆管表面からのエコーの間の時間間隔が小さくなる。 However, in recent fuel bodies with a narrow fuel rod interval, the distance between the outer surface of the cladding tube and the transducer is small, so the first echo from the cladding tube surface (this is called “surface echo”) And the time interval between the echoes from the second cladding surface is reduced.

特公平５-８４４７５号公報に示された方法のように、第１回目の表面エコーとそれに続く被覆管の管壁の底面で反射されたエコー（これを「底面エコー」という）を記録する第１の時間窓からある時間遅れで被覆管内面の底面エコーを記録するようにすると、第１回目の被覆管表面エコーの直後に第２回目の被覆管表面エコーとそれに続く底面エコーが受信されるため、第１回目の表面エコーに続く底面エコーが、第２回目以降の表面エコーと底面エコーと重なってしまい、エコー高さが正確に確認できず、エコー高さを評価することができない事象が生じてしまう。 As in the method disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 5-84475, the first surface echo and the echo reflected on the bottom surface of the tube wall of the cladding tube (hereinafter referred to as “bottom surface echo”) are recorded. When the bottom echo on the inner surface of the cladding tube is recorded with a certain time delay from the time window of 1, the second cladding surface echo and the subsequent bottom surface echo are received immediately after the first cladding tube surface echo. For this reason, the bottom echo following the first surface echo overlaps the second and subsequent surface echoes and the bottom echo, and the echo height cannot be accurately confirmed and the echo height cannot be evaluated. It will occur.

そこで、本願発明が解決しようとするもう一つの課題は、燃料棒間隔が狭い燃料体の燃料棒に対して、第１回目の表面エコーとそれに続く底面エコーと第２回目の表面エコーとそれに続く底面エコーとを、十分に分離可能な燃料棒破損同定用検査プローブを提供することにある。 Therefore, another problem to be solved by the present invention is that the first surface echo, the subsequent bottom surface echo, the second surface echo, and the subsequent method are performed on the fuel rods having a narrow fuel rod interval. An object of the present invention is to provide an inspection probe for identifying fuel rod breakage, which is sufficiently separable from the bottom echo.

本発明による燃料棒破損同定方法は、
複数の燃料棒について、第１回目表面エコー以降の底面エコーであって第２回目表面エコー以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーの波高値と燃料棒数の分布を実測する工程と、
健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定する工程と、
健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布の中央値から、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの対応する波高値を算出し、該中央値に対して健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用して破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出する工程と、
検査対象の燃料棒に対して超音波照射を行い、第ｎ回目底面エコーの波高値を測定する工程と、
検査対象燃料棒の第ｎ回目エコーの波高値と破損燃料棒波高値範囲とを比較して、破損燃料棒を同定する工程と、を有することを特徴とする。 The fuel rod breakage identification method according to the present invention includes:
For multiple fuel rods, the bottom echo after the first surface echo does not overlap with the echo after the second surface echo, and a healthy fuel rod and a broken fuel rod are sufficient at the echo height value. Measuring the distribution of the peak value and the number of fuel rods of the nth bottom echo having a large difference,
Defining a frequency distribution of the crest values of the nth bottom surface echo of the healthy fuel rod;
From the median of the frequency distribution of the peak values of the nth bottom echo of the healthy fuel rod, the corresponding peak value of the nth bottom echo of the broken fuel rod is calculated, and the nth of the healthy fuel rod is calculated with respect to the median. Applying a frequency distribution of the peak value of the basal bottom echo to define a frequency distribution of the peak value of the nth basal plane echo of the damaged fuel rod, and calculating a damaged fuel rod peak value range;
Irradiating the fuel rod to be inspected with ultrasonic waves and measuring the peak value of the nth bottom surface echo; and
And comparing the peak value of the n-th echo of the fuel rod to be inspected with the range of peak values of damaged fuel rods to identify a damaged fuel rod.

前記複数の燃料棒について第ｎ回目底面エコーの波高値と燃料棒数の分布を実測する工程において、燃料棒の軸方向下部の部分を測定することが好ましい。 In the step of actually measuring the distribution of the peak value of the n-th bottom echo and the number of fuel rods for the plurality of fuel rods, it is preferable to measure the lower portion of the fuel rod in the axial direction.

本発明による破損燃料棒同定用超音波プローブは、
燃料棒の列の間の隙間よりわずかに小さい外径または肉厚を有し、少なくとも隣り合う２つの燃料棒にまたがる長さを有する先端部を有する超音波プローブであって、
先端から所定の距離の部分に傾斜面を有する凹部を有し、該凹部の傾斜面に、超音波が該超音波プローブの長手方向の軸に対して所定の角度をなして発射されるように、超音波振動子が取り付けられている、ことを特徴とする。 An ultrasonic probe for identifying a broken fuel rod according to the present invention comprises:
An ultrasound probe having a tip having an outer diameter or thickness slightly less than a gap between rows of fuel rods and having a length spanning at least two adjacent fuel rods;
A concave portion having an inclined surface at a predetermined distance from the tip, and ultrasonic waves are emitted on the inclined surface of the concave portion at a predetermined angle with respect to the longitudinal axis of the ultrasonic probe. An ultrasonic transducer is attached.

前記超音波振動子は、超音波が前記凹所の傾斜面に対して垂直に発射されるように、前記凹所に取り付けられているようにすることができる。 The ultrasonic transducer may be attached to the recess so that ultrasonic waves are emitted perpendicular to the inclined surface of the recess.

本発明による燃料棒破損同定方法は、健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を実測によって画定し、該健全燃料棒の底面エコー波高値の度数分布の中央値から、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの対応する波高値を算出し、該中央値に対して健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用して破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出する。 In the fuel rod failure identification method according to the present invention, the frequency distribution of the peak value of the nth bottom echo of a healthy fuel rod is demarcated by actual measurement, and from the median of the frequency distribution of the bottom echo peak value of the healthy fuel rod, The corresponding crest value of the nth bottom surface echo of the rod is calculated, and the frequency distribution of the crest value of the nth bottom surface echo of the healthy fuel rod is applied to the median value to calculate the nth bottom surface echo of the broken fuel rod. The frequency distribution of the crest values is demarcated, and the broken fuel rod crest range is calculated.

上記健全燃料棒の底面エコー波高値の度数分布と、破損燃料棒の底面エコー波高値の度数分布が、互いに十分に分離するような第ｎ回目底面エコーを使用する。 The nth bottom echo is used so that the frequency distribution of the bottom echo peak value of the healthy fuel rod and the frequency distribution of the bottom echo peak value of the damaged fuel rod are sufficiently separated from each other.

本発明によれば、健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値は、表面状態によってばらつきを有するが一つのまとまりを有する集合を形成し、破損燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の集合と十分に分離される。 According to the present invention, the peak value of the nth bottom echo of the healthy fuel rod forms a set having one unity that varies depending on the surface state, and the peak value of the nth bottom echo of the broken fuel rod Well separated from the set.

これにより、検査対象の燃料棒の表面状態の影響を受けずに、浸水していない健全燃料棒と浸水した破損燃料棒を区別することができ、破損燃料棒を同定することが出来る。 Thereby, without being affected by the surface state of the fuel rod to be inspected, the healthy fuel rod not submerged and the damaged fuel rod submerged can be distinguished, and the damaged fuel rod can be identified.

本発明による破損燃料棒同定用超音波プローブは、先端から所定の距離の部分に傾斜面を有する凹部を有し、該凹部の傾斜面に、超音波が該超音波プローブの長手方向の軸に対して所定の角度をなして発射されるように、超音波振動子が取り付けられている。 The ultrasonic probe for identifying a broken fuel rod according to the present invention has a concave portion having an inclined surface at a predetermined distance from the tip, and an ultrasonic wave is placed on the inclined surface of the concave portion along the longitudinal axis of the ultrasonic probe. An ultrasonic transducer is attached so as to be fired at a predetermined angle with respect to it.

これにより、燃料棒のもっとも狭い間隙を有する部分に超音波振動子を入れずに、燃料棒に超音波を照射することができる。 As a result, it is possible to irradiate the fuel rods with ultrasonic waves without inserting the ultrasonic vibrator in the portion having the narrowest gap between the fuel rods.

従来の超音波プローブは、燃料棒のもっとも狭い間隙の間に、超音波振動子や超音波プローブの一部の構造部材を入れ込むため、そもそも狭い燃料棒の間の隙間の一部が超音波プローブの構造部材と超音波振動子の厚さにとられ、超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離はきわめて小さい。 Conventional ultrasonic probes insert ultrasonic transducers and some structural members of the ultrasonic probe between the narrowest gaps of the fuel rods, so some of the gaps between the narrow fuel rods are ultrasonic in the first place. The distance between the surface of the ultrasonic transducer and the surface of the fuel rod is very small because of the thickness of the probe structural member and the ultrasonic transducer.

このため、超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離で見ると、本発明による破損燃料棒同定用超音波プローブの超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離は、比率として、従来の破損燃料棒同定用超音波プローブの超音波振動子の表面と燃料棒の表面の間の距離の数倍以上を容易に達成することができる。 Therefore, when viewed from the distance between the surface of the ultrasonic transducer and the surface of the fuel rod, the distance between the surface of the ultrasonic transducer of the ultrasonic probe for identifying a broken fuel rod according to the present invention and the surface of the fuel rod is As a ratio, it is possible to easily achieve several times the distance between the surface of the ultrasonic transducer of the conventional ultrasonic probe for identifying broken fuel rods and the surface of the fuel rods.

このことは、第２回目の表面エコーが到達する前の第１回目の表面エコーに続く底面エコーの反射回数を飛躍的に多くすることでき、第ｎ回目の底面エコーのエコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒に大きな相違をもたらすことができる。 This can dramatically increase the number of reflections of the bottom surface echo following the first surface echo before the second surface echo arrives, and the sound height value of the nth bottom surface echo is sound. A big difference can be made between fuel rods and broken fuel rods.

次に、本発明のパルス反射による水浸法による燃料棒破損同定方法の一実施形態について以下に説明する。 Next, an embodiment of a fuel rod breakage identification method by a water immersion method using pulse reflection according to the present invention will be described below.

図１は、本発明の燃料棒破損同定方法の一実施形態のフローチャートを示している。 FIG. 1 shows a flowchart of an embodiment of a fuel rod breakage identification method of the present invention.

本発明による燃料棒破損同定方法のフローチャートを説明する前に、本発明の方法による破損燃料棒を同定する原理を、図２，３，４を用いて説明する。 Before explaining the flowchart of the fuel rod failure identification method according to the present invention, the principle of identifying a broken fuel rod according to the method of the present invention will be described with reference to FIGS.

図２（ａ），２（ｂ）はそれぞれ、燃料棒の内部が気体である場合と、燃料棒の内部が浸水している場合の超音波エコーの様子を比較して示している。図３は、図２（ａ）の燃料棒に超音波を照射して得られるオシロスコープ画面上のエコーを示している。 2 (a) and 2 (b) respectively show a comparison of the state of ultrasonic echoes when the inside of the fuel rod is a gas and when the inside of the fuel rod is submerged. FIG. 3 shows an echo on the oscilloscope screen obtained by irradiating the fuel rod of FIG.

図２（ａ），２（ｂ）において、符号１は、通常は検査プローブに取り付けられる超音波振動子（図２（ｂ）では図示を省略している）を示し、符号２は、燃料棒被覆管の管壁（肉厚部分）を示している。 2 (a) and 2 (b), reference numeral 1 indicates an ultrasonic transducer (not shown in FIG. 2 (b)) that is normally attached to an inspection probe, and reference numeral 2 indicates a fuel rod. The tube wall (thick part) of the cladding tube is shown.

燃料棒は内部にペレットを収容し、ヘリウム等の気体を封入し、運転中は核分裂を生じる。燃料棒は、健全であれば、上記ヘリウムとともに、核分裂によって生じる核分裂生成物ガスを、被覆管によって封じ込め、核分裂生成物の漏洩を防止する。 Fuel rods contain pellets inside, encapsulate a gas such as helium, and cause nuclear fission during operation. If the fuel rod is healthy, the fission product gas generated by the fission is enclosed by the cladding tube together with the helium to prevent the leakage of the fission product.

しかし、原子炉の作動中に、燃料棒の被覆管は、応力、腐食などの影響やそれらの複合作用で燃料棒が破損して内部に冷却材の水が進入することがあり得る。 However, during the operation of the nuclear reactor, the fuel rod cladding tube may be damaged by stress, corrosion, etc., or a combined action thereof, and the coolant water may enter inside.

図２（ａ）は、燃料棒が健全な場合、すなわち燃料棒の内部に気体が封じ込められている場合の被覆管の管壁２の一部を示す。一方、図２（ｂ）は、燃料棒が破損した場合、すなわち燃料棒の内壁に水滴の付着や内部が水で満たされている場合の被覆管の管壁２の一部を示している。 FIG. 2A shows a part of the tube wall 2 of the cladding tube when the fuel rod is healthy, that is, when gas is confined inside the fuel rod. On the other hand, FIG. 2B shows a part of the tube wall 2 of the cladding tube when the fuel rod is broken, that is, when water droplets adhere to the inner wall of the fuel rod or the inside is filled with water.

図２（ａ）のように、健全な燃料棒の被覆管に超音波ビームを照射すると、超音波ビームは超音波振動子１から燃料棒の被覆管に向かって進み、被覆管の管壁２に到達すると、超音波の一部が被覆管の表面で反射し、第１回目表面エコー３としてオシロスコープに記録される。 As shown in FIG. 2A, when an ultrasonic beam is irradiated on a healthy fuel rod cladding tube, the ultrasonic beam travels from the ultrasonic transducer 1 toward the fuel rod cladding tube, and the cladding wall 2 , A part of the ultrasonic wave is reflected by the surface of the cladding tube and recorded as the first surface echo 3 on the oscilloscope.

最初に被覆管の管壁２に到達した超音波の残りの部分は、被覆管の管壁２の肉厚に入り、管壁の底面に到達してそこで反射する。 The remaining ultrasonic wave that first reaches the tube wall 2 of the cladding tube enters the wall thickness of the tube wall 2 of the cladding tube, reaches the bottom surface of the tube wall, and is reflected there.

燃料棒の内部が気体で満たされている場合、管壁の底面で超音波はほぼ１００％反射するため、最初に被覆管の管壁２の肉厚に入った超音波の音圧を１００％とすると、管壁の底面で反射した超音波の音圧は１００％で戻ってくる。この戻りの超音波は、被覆管の管壁２の表面に到達したところで、一部が第１回目底面エコー４のように外部に出て、一部が再び管壁の底面に向かって進む。 When the inside of the fuel rod is filled with gas, the ultrasonic wave is reflected almost 100% from the bottom of the tube wall, so the sound pressure of the ultrasonic wave that first enters the wall thickness of the tube wall 2 of the cladding tube is 100%. Then, the sound pressure of the ultrasonic wave reflected from the bottom of the tube wall returns at 100%. When the returning ultrasonic wave reaches the surface of the tube wall 2 of the cladding tube, a part of the ultrasonic wave comes out like the first bottom surface echo 4 and a part of the ultrasonic wave travels again toward the bottom surface of the tube wall.

管壁の肉厚中で底面に向かった超音波は、以降、被覆管の管壁の底面と表面の間を往復し、被覆管の管壁の表面に到達したときに、音圧の一部が、第２回目底面エコー、第３回目底面エコー、第４回目底面エコー（５）、・・・というように外部に出て行く。 The ultrasonic wave toward the bottom surface of the wall thickness of the tube wall is reciprocated between the bottom surface and the surface of the tube wall of the cladding tube and reaches a surface of the tube wall of the cladding tube. However, it goes out to the outside such as the second bottom surface echo, the third bottom surface echo, the fourth bottom surface echo (5), and so on.

一方、被覆管の管壁２の肉厚に入らずに、最初に管壁の表面で反射した第１回目表面エコー（３）は、超音波振動子１に向かい、超音波振動子１で反射され、再び被覆管の管壁２に向かう。被覆管の管壁２の表面に到達した前記超音波は、一部が被覆管の表面で反射して、第２回目表面エコー（６）としてオシロスコープに記録される。被覆管の管壁２の表面で反射されなかった超音波の一部は、被覆管の管壁２の肉厚に入り、管壁の表面と底面の間を往復する。この第２回目に被覆管の管壁２の肉厚に入った超音波も、被覆管の管壁の底面と表面の間を往復し、被覆管の管壁の表面に到達したときに、超音波の一部が底面エコーとして外部に出る。 On the other hand, the first surface echo (3) first reflected from the surface of the tube wall without entering the wall thickness of the tube wall 2 of the cladding tube is directed toward the ultrasonic transducer 1 and reflected by the ultrasonic transducer 1. Then, it goes to the tube wall 2 of the cladding tube again. A part of the ultrasonic wave reaching the surface of the tube wall 2 of the cladding tube is reflected by the surface of the cladding tube and recorded on the oscilloscope as a second surface echo (6). A part of the ultrasonic wave that is not reflected by the surface of the tube wall 2 of the cladding tube enters the wall thickness of the tube wall 2 of the cladding tube and reciprocates between the surface and the bottom surface of the tube wall. The ultrasonic wave that has entered the wall thickness of the tube wall 2 of the cladding tube at the second time also reciprocates between the bottom surface and the surface of the tube wall of the cladding tube and reaches the surface of the tube wall of the cladding tube. Part of the sound wave goes out as a bottom echo.

ところで、一般に、被覆管内面での境界面での超音波ビームの反射は、
音圧反射率ｒ＝（Z₂−Z₁）／（Z₂＋Z₁）
で表すことができる。 By the way, in general, the reflection of the ultrasonic beam at the boundary surface on the inner surface of the cladding tube is
Sound pressure reflectivity r = (Z ₂ −Z ₁ ) / (Z ₂ + Z ₁ )
Can be expressed as

Z₁は音波の伝播物質であるジルカロイの音響インピーダンスで、３１．８×１０^６ Kg/m²・Sである。気体の音響インピーダンスZ₂は０．０００４×１０^６ Kg/m²・Sである。これから音圧反射率を計算すると９９．９９７％になり、燃料棒内部が気体の場合にはほぼ１００％反射することがわかる。 Z ₁ is the acoustic impedance of Zircaloy, which is a sound wave propagation material, and is 31.8 × 10 ⁶ Kg / m ² · S. The acoustic impedance Z _{2 of the} gas is 0.0004 × 10 ⁶ Kg / m ² · S. From this, when the sound pressure reflectance is calculated, it becomes 99.997%, and it can be seen that when the inside of the fuel rod is gas, almost 100% is reflected.

一方、水の音響インピーダンスは１．４８×１０^６ Kg/m²・Sであるために、Z₂に水の音響インピーダンスの値を入れて音圧反射率を計算すると、９１．１％になる。すなわち、燃料棒内部が水の場合には、超音波の音圧の約９％ほどが水側に入っていく。 On the other hand, since the acoustic impedance of water is 1.48 × 10 ⁶ Kg / m ² · S, when the acoustic pressure reflectance is calculated by inserting the acoustic impedance of water into Z ₂ , it becomes 91.1%. . That is, when the inside of the fuel rod is water, about 9% of the ultrasonic sound pressure enters the water side.

上記音圧の反射率の計算を繰り返すことにより、図２（ａ）のように内部に気体が封入されている健全な燃料棒の場合、最初に被覆管の肉厚に入った超音波の音圧を１００％とすると、第１回目底面エコー（４）は８．９％、第２回目底面エコー５は８．１％、第３回目底面エコー５は７．４％、第４回目底面エコー（５）は６．７％となる。 By repeating the calculation of the reflectance of the above sound pressure, in the case of a healthy fuel rod in which gas is sealed as shown in FIG. When the pressure is 100%, the first bottom surface echo (4) is 8.9%, the second bottom surface echo 5 is 8.1%, the third bottom surface echo 5 is 7.4%, and the fourth bottom surface echo. (5) is 6.7%.

一方、図２（ｂ）のように内部に水が入り込んだ破損燃料棒の場合、管壁底面で音圧の約９％ほどが水側に入っていくため、最初に被覆管の肉厚に入った超音波の音圧を１００％とすると、第１回目底面エコーは８．１％、第２回目底面エコーは６．７％、第３回目底面エコーは５．６％、第４回目底面エコー（７）は４．６％となる。 On the other hand, in the case of a broken fuel rod with water inside, as shown in Fig. 2 (b), about 9% of the sound pressure enters the water side at the bottom of the tube wall. Assuming that the sound pressure of the entered ultrasonic wave is 100%, the first bottom surface echo is 8.1%, the second bottom surface echo is 6.7%, the third bottom surface echo is 5.6%, and the fourth bottom surface echo. The echo (7) is 4.6%.

健全燃料棒と破損燃料棒の同じ反射回数の底面エコーの音圧を比較すると、燃料棒内部に水が存在する場合には、燃料棒内部が気体に比べエコー高さが低くなり、第４回目底面エコー同士の音圧の比率は、破損燃料棒のエコー高さ値は健全燃料棒のそれの約７０％（４．６／６．７≒７０％）になる。 Comparing the sound pressure of the bottom echo with the same number of reflections of the healthy fuel rod and the damaged fuel rod, when water is present inside the fuel rod, the echo height is lower in the fuel rod than in the gas. The ratio of the sound pressure between the bottom echoes is such that the echo height value of the broken fuel rod is about 70% (4.6 / 6.7≈70%) that of the healthy fuel rod.

この値は第４回目底面エコーの場合であるが、反射の回数を増やすほど差は広がることになる。 This value is the case of the fourth bottom echo, but the difference increases as the number of reflections increases.

図３は、図２（ａ）の条件下でのオシロスコープ画面のエコーを示している。 FIG. 3 shows an echo on the oscilloscope screen under the condition of FIG.

図３に示すように、最初に第１回目表面エコー（３）が検知され、続いて漸次減衰する第１回目底面エコー（４）、第２回目底面エコー、第３回目底面エコー、第４回目底面エコー（５）、第５回目底面エコー、第６回目底面エコー、・・・が検知される。 As shown in FIG. 3, the first surface echo (3) is detected first, and then the first bottom surface echo (4), the second bottom surface echo, the third bottom surface echo, the fourth time are gradually attenuated. A bottom echo (5), a fifth bottom echo, a sixth bottom echo, and so on are detected.

図の例では、第５回目底面エコーと第６回目底面エコーの間に、第２回目表面エコー（６）が検知されている。 In the example of the figure, the second surface echo (6) is detected between the fifth bottom surface echo and the sixth bottom surface echo.

第２回目表面エコー（６）に続いて、第２回目に被覆管の肉厚に入った超音波による漸次減衰する第１回目底面エコー、第２回目底面エコー、第３回目底面エコー、第４回目底面エコー、第５回目底面エコーが検知されている。 Subsequent to the second surface echo (6), the first bottom surface echo, the second bottom surface echo, the third bottom surface echo, the fourth, which are gradually attenuated by the ultrasonic waves that have entered the thickness of the cladding tube in the second time, The bottom bottom echo and the fifth bottom bottom echo are detected.

グラフの右端には第３回目の表面エコーが記録されている。 A third surface echo is recorded at the right end of the graph.

図３では、エコーは縦線で細く描かれているが、実際は時間軸方向にも幅がある。図３のオシロスコープでは、第５回目底面エコー以降の底面エコーは、第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重なってしまい、エコー高さを測定することは実際には困難な状況になる。 In FIG. 3, the echo is drawn thinly with a vertical line, but actually there is also a width in the time axis direction. In the oscilloscope of FIG. 3, the bottom echoes after the fifth bottom echo overlap the echoes after the second surface echo (6), and it is actually difficult to measure the echo height.

本発明においては、エコー高さによって破損燃料棒を同定するために、第１回目表面エコー（３）以降の底面エコーで、第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーを使用して破損燃料棒を同定する。ｎは、上記条件を満たす反射回数である。「第２回目表面エコー（６）以降のエコー」は、第２回目表面エコー以降の表面エコーおよび底面エコーのすべてが含まれる。 In the present invention, in order to identify a broken fuel rod by the echo height, the bottom echo after the first surface echo (3) is a bottom echo that does not overlap the echo after the second surface echo (6). In addition, the broken fuel rod is identified by using the nth bottom echo having a sufficient difference between the healthy fuel rod and the broken fuel rod at the echo height. n is the number of reflections satisfying the above condition. The “echo after the second surface echo (6)” includes all of the surface echo and the bottom echo after the second surface echo.

図３の例では、上記第ｎ回目の底面エコーは第４回目底面エコー（５）にしているが、本発明は、第４回目底面エコーに限られず、第２回目表面エコー（６）と重ならない限り、任意の反射回数の第ｎ回目底面エコーを使用して破損燃料棒を同定してよい。 In the example of FIG. 3, the nth bottom echo is the fourth bottom echo (5). However, the present invention is not limited to the fourth bottom echo, and the second echo is similar to the second surface echo (6). As long as this is not the case, a broken fuel rod may be identified using an nth bottom echo of any number of reflections.

ところで、同じ健全な範疇の燃料棒といっても、第ｎ回目の底面エコー高の値は、被覆管の管壁２の表面状態によりばらつきがある。従来の方法では、第ｎ回目の底面エコー高さ値の相対的でない大きさによって破損燃料棒を同定していたが（特公平５-８４４７５号公報）、上述したように第ｎ回目の底面エコー高さ値はばらつくため、一定の値以下のエコー高を示す燃料棒を破損燃料棒と一概に断定することはできない。 By the way, even if the fuel rods have the same healthy category, the value of the n-th bottom echo height varies depending on the surface state of the tube wall 2 of the cladding tube. In the conventional method, the broken fuel rod is identified by the non-relative magnitude of the nth bottom echo height value (Japanese Patent Publication No. 5-84475), but as described above, the nth bottom echo Since the height value varies, a fuel rod that shows an echo height below a certain value cannot be determined as a broken fuel rod.

そこで、本発明は以下のようにして、燃料棒の表面状態のばらつきを許容しつつ、健全な燃料棒と破損した燃料棒を正確に区分できるようにしている。 Therefore, the present invention allows the fuel rods to be accurately distinguished from the broken fuel rods while allowing variations in the surface state of the fuel rods as follows.

図４は、第４回目底面エコー（５）のみに注目し、照射された健全な燃料体の複数の燃料棒の第４回目底面エコー（５）を実測したものである。 FIG. 4 shows an actual measurement of the fourth bottom echo (5) of a plurality of fuel rods of an irradiated healthy fuel body, paying attention only to the fourth bottom echo (5).

測定は、気体が内蔵された未照射被覆管のエコー高さをオシロスコープの７０％の高さに合わせた後に、照射された健全な燃料体の燃料棒について行ったものである。 The measurement was performed on the fuel rods of the irradiated healthy fuel body after adjusting the echo height of the unirradiated cladding tube containing the gas to 70% of the oscilloscope height.

横軸に示す値であるエコー高さ値は、オシロスコープの縦軸を１００とした際のエコーのピーク頂点の高さであり、２目盛間隔に分割したものである。縦軸はそのエコー高さ範囲にあった燃料棒の数を表している。 The echo height value, which is the value shown on the horizontal axis, is the height of the peak peak of the echo when the vertical axis of the oscilloscope is 100, and is divided into two scale intervals. The vertical axis represents the number of fuel rods in the echo height range.

図４より、照射された健全な燃料体の燃料棒の第４回目底面エコー（５）のエコー高さ値の燃料棒本数の分布は、正規分布８になっていることがわかる。なお、図４は各燃料棒で数点ずつ測定箇所を変え、その中で最もエコー高さの高い値をその燃料棒のエコー高さとして表している。 FIG. 4 shows that the distribution of the number of fuel rods in the echo height value of the fourth bottom surface echo (5) of the fuel rods of the irradiated healthy fuel body is a normal distribution 8. Note that FIG. 4 shows that the measurement point is changed by several points for each fuel rod, and the highest echo height among them is shown as the echo height of the fuel rod.

燃料体中の全ての燃料棒でエコー高さの測定を行えば、浸水した破損燃料棒も入った状態であるが、数多くの燃料棒についてエコー高さを測定すれば、健全燃料棒の正規分布８を得ることができる。 If the echo height is measured for all the fuel rods in the fuel body, it is in a state where the submerged damaged fuel rods are also included, but if the echo height is measured for many fuel rods, the normal distribution of healthy fuel rods 8 can be obtained.

音圧反射率の計算から、浸水した破損燃料棒の第４回目底面エコー（５）のエコー高さは、健全燃料棒の第４回目底面エコー（５）に比して、約３０％エコー高さが減じることが分かっている。したがって、浸水した破損燃料棒の場合は、図４の棒グラフの中央値から３０％減じた値を中心とした破線で示す破損燃料棒の正規分布９に入ることになる。 From the calculation of the sound pressure reflectance, the echo height of the 4th bottom echo (5) of the submerged damaged fuel rod is about 30% higher than the 4th bottom echo (5) of the healthy fuel rod. I know that will decrease. Therefore, in the case of a flooded broken fuel rod, the normal distribution 9 of broken fuel rods indicated by a broken line centering on a value obtained by subtracting 30% from the median of the bar graph of FIG.

この破損燃料棒の正規分布９の横軸範囲にエコー高さの燃料棒があれば、その燃料棒が浸水していることになる。 If there is a fuel rod having an echo height in the horizontal axis range of the normal distribution 9 of the damaged fuel rod, the fuel rod is submerged.

２つの正規分布が重ならない場合は、燃料棒の底面エコーのエコー高さ値の測定によって破損燃料棒を同定することができる。図４は重なっていないが、これは第４回目底面エコー（５）が浸水した破損燃料棒であれば健全燃料棒のそれに比して３０％ほどエコー高さが減衰することによる。より高次の反射回数の底面エコーであれば、さらに健全燃料棒の正規分布と破損燃料棒の正規分布は分離する。図４で示す燃料体の正規分布８は比較的分散が少ない燃料体であるが、底面エコーの反射回数が４回未満である場合には２つ正規分布が重なる可能性があるため、浸水によるエコー高さの減衰が３０％以上になることが好ましい。図４のケースでは底面エコーの反射回数が４回以上必要であるが、燃料体の正規分布８の分散がより少ない燃料体であれば、底面エコーが４回未満でも、健全燃料棒と浸水した破損燃料棒を区別可能なこともある。 If the two normal distributions do not overlap, the broken fuel rod can be identified by measuring the echo height value of the bottom echo of the fuel rod. Although FIG. 4 does not overlap, this is because if the fourth bottom echo (5) is a damaged fuel rod submerged, the echo height is attenuated by about 30% compared to that of a healthy fuel rod. If the bottom echo has a higher number of reflections, the normal distribution of healthy fuel rods and the normal distribution of damaged fuel rods are further separated. The fuel body normal distribution 8 shown in FIG. 4 is a fuel body with relatively little dispersion. However, when the number of reflections of the bottom surface echo is less than 4, the two normal distributions may overlap. The echo height attenuation is preferably 30% or more. In the case of FIG. 4, the number of reflections of the bottom echo is required to be four times or more. However, if the fuel body has less dispersion of the normal distribution 8 of the fuel body, even if the bottom echo is less than four times, the sound fuel rod is submerged. Sometimes broken fuel rods can be distinguished.

上記方法で浸水したと疑われた燃料棒を確実に破損燃料棒と同定するには、疑わしき燃料棒からできる限りの測定箇所の異なるデータを数多く採取し、その燃料棒の中で最も高いエコーを示す波高値においても、上記の健全燃料棒の度数分布から明らかに外れることで浸水燃料棒と同定することが可能となる。また、測定対象の底面エコー回数を決めるために、図４では正規分布であることを強調したが、実際の測定では必ずしも図４のようなきれいな分布になるとは限らない。しかし、健全燃料棒の分布とは明らかに異なり、そのエコー波高値が浸水による影響で下がったことが判明すれば、浸水燃料棒であり破損していると同定することが可能である。 To ensure that a fuel rod suspected of being flooded by the above method is identified as a broken fuel rod, collect as many different data as possible from the suspected fuel rod and obtain the highest echo of that fuel rod. Even in the peak value shown, it is possible to identify a flooded fuel rod by clearly deviating from the frequency distribution of the healthy fuel rod. Further, in order to determine the number of bottom surface echoes to be measured, the normal distribution is emphasized in FIG. 4, but the actual measurement does not necessarily have a clean distribution as shown in FIG. However, it is clearly different from the distribution of healthy fuel rods, and if it is found that the echo peak value has decreased due to the influence of flooding, it is possible to identify the flooded fuel rod as broken.

なお、本測定方法は、健全燃料棒の波高値分布が正規分布等のように、まとまりを有する度数分布になっている必要があるため、表面の凹凸が少なく、かつ、水が貯まる燃料棒下部で測定を行うことが好ましい。 In this measurement method, since the peak value distribution of the healthy fuel rods must be a frequency distribution with a unity, such as a normal distribution, there is little surface irregularity and the bottom of the fuel rods where water is stored It is preferable to perform the measurement at

以上に本発明の燃料棒破損同定方法の原理を説明したが、具体的な測定について図１に戻って以下に説明する。 Although the principle of the fuel rod breakage identification method of the present invention has been described above, specific measurement will be described below with reference to FIG.

図１に示すように、本発明の燃料棒破損同定方法を行うには、健全燃料棒の波高値の度数分布（正規分布８）を得るために、可能な限り多くの照射された健全燃料体の燃料棒について、第１回目表面エコー（３）以降の底面エコーであって第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する第ｎ回目の底面エコーの波高値（エコー高さ値）を実測する（ステップ１００）。 As shown in FIG. 1, in order to perform the fuel rod failure identification method of the present invention, as many as possible irradiated healthy fuel bodies are obtained in order to obtain a frequency distribution (normal distribution 8) of the peak values of the healthy fuel rods. The bottom surface echo after the first surface echo (3) and the bottom surface echo which does not overlap with the echo after the second surface echo (6), and the fuel rod at the echo height value The crest value (echo height value) of the nth bottom echo having a sufficient difference between the broken fuel rods is actually measured (step 100).

ここで、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有するとは、健全燃料棒のエコー高さ値の度数分布と破損燃料棒のエコー高さ値の度数分布が、互いに分離可能な程度のエコー高さ値の差である。この差は、度数分布のばらつきにより、必要な差の大きさが変化するため、実測結果に応じて適宜反射回数を設定する。 Here, in the echo height value, there is a sufficient difference between the healthy fuel rod and the damaged fuel rod. The frequency distribution of the echo height value of the healthy fuel rod and the frequency distribution of the echo height value of the damaged fuel rod are mutually different. This is the difference in echo height values that can be separated. Since this difference varies in magnitude due to variations in the frequency distribution, the number of reflections is appropriately set according to the actual measurement result.

底面エコーの反射回数は、経験により、予め所定回数の第ｎ回目の底面エコーの波高値を測定するように定めておくことが可能である。 The number of reflections of the bottom echo can be determined in advance so as to measure the peak value of the nth bottom echo for a predetermined number of times based on experience.

経験によって測定すべき底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）が既知の場合は、多数の健全燃料棒について、第ｎ回目底面エコーの波高値を実測し、直ちに健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布を画定することができる（ステップ１１０）。 If the number of reflections of the bottom echo to be measured by experience is known (the nth bottom echo), the peak value of the nth bottom echo is measured for a number of healthy fuel rods and the nth round of the healthy fuel rods is immediately measured. A frequency distribution of peak values of the bottom echo can be defined (step 110).

次に、上記健全燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値の度数分布（通常は正規分布）の中央値から、計算により、破損燃料棒のエコー高さ値の度数分布の中央値を算出し、健全燃料棒のエコー高さ値の度数分布と同様の度数分布を適用して破損燃料棒の波高値範囲を決定する（ステップ１２０）。 Next, the median of the frequency distribution of the echo height value of the broken fuel rod is calculated from the median of the frequency distribution (usually normal distribution) of the peak value of the nth bottom echo of the healthy fuel rod. Then, a frequency distribution similar to the frequency distribution of the echo height value of the healthy fuel rod is applied to determine the peak value range of the damaged fuel rod (step 120).

測定すべき底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）が未知の場合は、以下のようにして、健全燃料棒の度数分布と、測定すべき反射回数の底面エコーの波高値と、破損燃料棒の度数分布とを決定する。 When the number of reflections of the bottom echo to be measured (nth bottom echo) is unknown, the frequency distribution of the healthy fuel rod, the peak value of the bottom echo of the number of reflections to be measured, and the damaged fuel are as follows. Determine the frequency distribution of the bars.

すなわち、健全燃料体の燃料棒について所定の反射回数ｋの底面エコーの波高値を実測し、その場合の度数分布を画定し、次に計算によって浸水した燃料棒における第ｋ回目の底面エコーの減衰率を算出し、前記実測して得られた健全燃料棒の度数分布の中央値に前記第ｋ回目の底面エコーの減衰率を乗じて破損燃料棒の度数分布の中央値を算出し、前記中央値に健全燃料棒の第ｋ回目底面エコーの波高値の度数分布を適用することにより、破損燃料棒の度数分布を画定し、健全燃料棒の度数分布と重ならないかを確認する。 That is, the peak value of the bottom echo of the predetermined number of reflections k is measured for the fuel rod of the healthy fuel body, the frequency distribution in that case is defined, and the attenuation of the k-th bottom echo in the fuel rod submerged by calculation is then performed. And calculating the median value of the frequency distribution of the broken fuel rods by multiplying the median value of the frequency distribution of the healthy fuel rods obtained by the actual measurement by the attenuation rate of the kth bottom echo. By applying the frequency distribution of the peak value of the kth bottom echo of the healthy fuel rod to the value, the frequency distribution of the broken fuel rod is defined, and it is confirmed whether it overlaps with the frequency distribution of the healthy fuel rod.

もし破損燃料棒の度数分布と健全燃料棒の度数分布が重なるようなら、健全燃料棒の第（ｋ＋１）回目の底面エコーの波高値を実測し、同様にして、破損燃料棒の度数分布を求め、健全燃料棒の度数分布と破損燃料棒の度数分布が重ならないかを確認する。以上の測定と計算を繰り返し、健全燃料棒の度数分布と破損燃料棒の度数分布が重ならなくなるまで測定と計算を行い、健全燃料棒の度数分布と破損燃料棒の度数分布が重ならないところの健全燃料棒の度数分布と、破損燃料棒の度数分布と、底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）を決定する。 If the frequency distribution of the broken fuel rods overlaps with the frequency distribution of the healthy fuel rods, the peak value of the (k + 1) th bottom echo of the healthy fuel rod is measured, and the frequency distribution of the broken fuel rods is obtained in the same manner. Check whether the frequency distribution of healthy fuel rods overlaps with that of damaged fuel rods. Repeat the above measurement and calculation until the frequency distribution of the healthy fuel rods and the frequency distribution of the damaged fuel rods do not overlap, and the frequency distribution of the healthy fuel rods and the frequency distribution of the damaged fuel rods do not overlap. The frequency distribution of healthy fuel rods, the frequency distribution of damaged fuel rods, and the number of reflections of bottom echoes (the nth bottom echo) are determined.

ただし、上記繰り返しの測定と計算は、測定すべき底面エコーの反射回数（第ｎ回目底面エコー）が経験等により既知の場合は、省略することができる。 However, the above repeated measurement and calculation can be omitted when the number of reflections of the bottom surface echo to be measured (the nth bottom surface echo) is known from experience.

次に、検査対象の燃料棒に対して超音波照射を行い、第ｎ回目底面エコーの波高値を測定する（ステップ１３０）。 Next, ultrasonic irradiation is performed on the fuel rod to be inspected, and the peak value of the nth bottom surface echo is measured (step 130).

次に、検査対象の燃料棒の第ｎ回目底面エコーの波高値と、前記ステップ１２０で決定した破損燃料棒の波高値範囲とを比較判定する（ステップ１４０）。 Next, the crest value of the n-th bottom surface echo of the fuel rod to be inspected is compared with the crest value range of the damaged fuel rod determined in step 120 (step 140).

その結果、破損燃料棒の波高値範囲内にあれば、破損燃料棒であると同定する（ステップ１５０）。破損燃料棒の波高値範囲外であれば、健全燃料棒と判定する（ステップ１６０）。 As a result, if it is within the peak value range of the broken fuel rod, it is identified as a broken fuel rod (step 150). If it is outside the peak value range of the broken fuel rod, it is determined as a healthy fuel rod (step 160).

測定すべき底面エコーの反射回数が既知の場合には、ステップ１３０の測定を全燃料棒に対して実施し、明らかに健全燃料棒の波高値より低い側に外れている底面エコーを外して１１０ステップ、１２０ステップの度数分布を画定し、破損燃料棒波高値範囲を算出することで１４０ステップ以後を実施すれば破損燃料棒を同定することが可能である。 If the number of reflections of the bottom echo to be measured is known, the measurement in step 130 is performed for all the fuel rods, and the bottom echo that is clearly off the lower side of the peak value of the healthy fuel rod is removed. By defining the frequency distribution of steps and 120 steps and calculating the broken fuel rod peak value range, it is possible to identify the broken fuel rods by performing the steps after 140 steps.

以上が本発明による超音波による燃料棒破損同定方法のフローチャートの説明であったが、次に、燃料棒破損同定に好適な検査プローブについて説明する。 The above is the description of the flowchart of the fuel rod breakage identification method using ultrasonic waves according to the present invention. Next, an inspection probe suitable for fuel rod breakage identification will be described.

上述したように、本発明の測定に用いる第ｎ回目底面エコーは、第１回目表面エコー（３）以降の底面エコーであって第２回目表面エコー（６）以降のエコーと重ならない底面エコーであり、かつ、エコー高さ値において健全燃料棒と破損燃料棒で十分な差を有する反射回数の底面エコーである。 As described above, the nth bottom surface echo used in the measurement of the present invention is a bottom surface echo after the first surface echo (3) and does not overlap with the echo after the second surface echo (6). There is a bottom echo of the number of reflections, which has a sufficient difference between the healthy fuel rod and the damaged fuel rod in the echo height value.

また、反射回数が高次であればあるほど、健全燃料棒と浸水した破損燃料棒のエコー高さ値に差が生じ、健全燃料棒と破損燃料棒の度数分布の分離が明確になる。 In addition, the higher the number of reflections, the greater the difference in echo height values between the healthy fuel rod and the damaged fuel rod that has been submerged, and the frequency distribution between the healthy fuel rod and the damaged fuel rod becomes more distinct.

図３に示すように、第１回目表面エコー（３）と第２回目表面エコー（６）の間が開いていればいるほど、高次の反射回数の底面エコーのエコー高さ値を使用でき、健全燃料棒と浸水した破損燃料棒の差が大きくなることが分かる。 As shown in FIG. 3, the larger the distance between the first surface echo (3) and the second surface echo (6), the higher the echo height value of the bottom echo can be used. It can be seen that the difference between the healthy fuel rod and the damaged fuel rod immersed is increased.

上記第１回目表面エコー（３）と第２回目表面エコー（６）の間が開くためには、図２（ａ）から理解できるように、超音波が超音波振動子１と被覆管の管壁２の表面の間を往復する時間が長くなることが必要である。すなわち、超音波振動子１と被覆管の管壁２の表面の間の距離が大きくなることが必要である。 In order to open a space between the first surface echo (3) and the second surface echo (6), as can be understood from FIG. It is necessary to increase the time for reciprocating between the surfaces of the wall 2. That is, the distance between the ultrasonic transducer 1 and the surface of the tube wall 2 of the cladding tube needs to be large.

本発明による破損燃料棒同定用の超音波プローブは、燃料棒の間の間隔が小さい最近の燃料体に対しても、十分に超音波振動子１と被覆管の管壁２の表面の間の距離を大きく取ることができるものである。 The ultrasonic probe for identifying broken fuel rods according to the present invention is sufficiently between the surface of the ultrasonic vibrator 1 and the surface of the tube wall 2 of the cladding tube even for a recent fuel body having a small distance between the fuel rods. The distance can be taken large.

図５は、本発明による破損燃料棒同定用の超音波プローブの一実施形態の使用状態を示している。 FIG. 5 shows a use state of an embodiment of an ultrasonic probe for identifying a broken fuel rod according to the present invention.

本実施形態による破損燃料棒同定用超音波プローブ１０は、先端部が燃料棒１１の列の間の隙間にぴたり固定されるように、必要により他の部分に比べて膨出した外径（肉厚）を有し、少なくとも隣り合う２つの燃料棒１１にまたがる長さを有している。破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の先端部の外径あるいは肉厚は、燃料棒１１の列の間の隙間より、わずかに小さい。 The ultrasonic probe 10 for identifying broken fuel rods according to the present embodiment has an outer diameter (meat) that is larger than the other portions as necessary so that the tip portion is fixed firmly in the gap between the rows of fuel rods 11. And has a length that spans at least two adjacent fuel rods 11. The outer diameter or thickness of the tip of the broken fuel rod identifying ultrasonic probe 10 is slightly smaller than the gap between the rows of fuel rods 11.

破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の先端は、燃料棒１１の列の間に挿入しやすいように、挿入を案内可能な傾斜面を有している。 The tip of the broken fuel rod identifying ultrasonic probe 10 has an inclined surface that can guide the insertion so that it can be easily inserted between the rows of fuel rods 11.

破損燃料棒同定用超音波プローブ１０は、先端から一定の距離の部分に、図５に示すように、傾斜面１２を有する凹部１３が設けられている。 As shown in FIG. 5, the broken fuel rod identifying ultrasonic probe 10 is provided with a recess 13 having an inclined surface 12 at a certain distance from the tip.

傾斜面１２には、超音波が破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の長手方向の軸に対して所定の角度をなして発射されるように、超音波振動子１４が取り付けられている。超音波振動子１４は、反射された超音波を受信できるのが好ましい。また、超音波振動子１４は、超音波が傾斜面１２に対して垂直に発射されるように取り付けられているのが好ましい。 An ultrasonic transducer 14 is attached to the inclined surface 12 so that the ultrasonic wave is emitted at a predetermined angle with respect to the longitudinal axis of the ultrasonic probe 10 for identifying a broken fuel rod. The ultrasonic transducer 14 is preferably capable of receiving reflected ultrasonic waves. The ultrasonic transducer 14 is preferably attached so that ultrasonic waves are emitted perpendicular to the inclined surface 12.

図６は、超音波振動子１４の構造を拡大して示している。 FIG. 6 shows an enlarged structure of the ultrasonic transducer 14.

図６に示すように、破損燃料棒同定用超音波プローブ１０は、通常は本体が金属からなり、傾斜面１２を有するように凹部１３が形成されている。 As shown in FIG. 6, the ultrasonic probe 10 for identifying a broken fuel rod is usually made of a metal and has a concave portion 13 having an inclined surface 12.

傾斜面１２には、セラミックからなる超音波振動子１４が埋設されている。超音波振動子１４の側面および背面には、超音波吸収材１５が設けられている。 An ultrasonic transducer 14 made of ceramic is embedded in the inclined surface 12. Ultrasonic absorbers 15 are provided on the side surface and the back surface of the ultrasonic transducer 14.

図５に示すように、底面エコーの測定にあたっては、破損燃料棒同定用超音波プローブ１０を燃料棒１１の列の間に燃料棒の列方向と平行に挿入し、超音波振動子１４からの超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう位置で破損燃料棒同定用超音波プローブ１０を固定して底面エコーの測定を行う。 As shown in FIG. 5, when measuring the bottom echo, the ultrasonic probe 10 for identifying a broken fuel rod is inserted between the rows of fuel rods 11 in parallel with the row direction of the fuel rods, The ultrasonic probe 10 for identifying a broken fuel rod is fixed at a position where the ultrasonic beam is perpendicular to the tube wall surface of the fuel rod 11, and the bottom echo is measured.

超音波振動子１４からの超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう超音波プローブ１０の位置は、超音波振動子１４から燃料棒１１に対して超音波ビームを発射しながら超音波プローブ１０を挿入し、オシロスコープでエコーの波高値が最も大きくなる位置である。超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう時に、オシロスコープでエコーの波高値が最大になるからである。 The position of the ultrasonic probe 10 in which the ultrasonic beam from the ultrasonic transducer 14 is perpendicular to the tube wall surface of the fuel rod 11 is supersonic while emitting the ultrasonic beam from the ultrasonic transducer 14 to the fuel rod 11. This is the position where the acoustic wave probe 10 is inserted and the peak value of the echo is the largest on the oscilloscope. This is because when the ultrasonic beam is directed perpendicularly to the tube wall surface of the fuel rod 11, the peak value of the echo is maximized by the oscilloscope.

破損燃料棒同定用超音波プローブ１０の先端部は、燃料棒１１の列の間の間隙よりわずかに小さい厚さを有しているため、燃料棒１１の列の間の隙間にぴたりと嵌合し、かつ、超音波振動子１４から超音波ビームが燃料棒１１の管壁表面に直角に向かう超音波プローブ１０の位置が前述したようにオシロスコープで正確に特定されるため、測定対象燃料棒１１と超音波振動子１４の位置関係が常に一定になる。すなわち、超音波振動子１４の表面と測定対象燃料棒１１の表面の間の距離が常に正確に一定になる。 The tip of the broken fuel rod identifying ultrasonic probe 10 has a thickness slightly smaller than the gap between the rows of fuel rods 11, and thus fits perfectly into the gap between the rows of fuel rods 11. In addition, the position of the ultrasonic probe 10 in which the ultrasonic beam from the ultrasonic transducer 14 is perpendicular to the tube wall surface of the fuel rod 11 is accurately specified by the oscilloscope as described above. And the positional relationship between the ultrasonic transducers 14 are always constant. That is, the distance between the surface of the ultrasonic transducer 14 and the surface of the measurement target fuel rod 11 is always accurately constant.

この破損燃料棒同定用超音波プローブ１０によれば、超音波振動子１４と被覆管の表面の間の距離が大幅に長くなる。比較のために、従来の超音波プローブにおける超音波振動子と被覆管の表面の間の距離について説明する。 According to the broken fuel rod identifying ultrasonic probe 10, the distance between the ultrasonic transducer 14 and the surface of the cladding tube is significantly increased. For comparison, the distance between the ultrasonic transducer and the surface of the cladding tube in the conventional ultrasonic probe will be described.

図７は、従来の超音波プローブが燃料棒の間に挿入された状態の断面を示している。 FIG. 7 shows a cross section of a state in which a conventional ultrasonic probe is inserted between fuel rods.

従来の超音波プローブ１５は、超音波振動子１６と燃料棒１７の表面の間の距離を得るために、超音波振動子１６の上下部に凸部１８を設置し、この凸部１８が燃料棒１７と接触することにより、距離を常に一定にするようにしている。 In the conventional ultrasonic probe 15, in order to obtain a distance between the ultrasonic transducer 16 and the surface of the fuel rod 17, a convex portion 18 is provided on the upper and lower portions of the ultrasonic transducer 16, and the convex portion 18 is a fuel. By making contact with the rod 17, the distance is always constant.

超音波振動子１６と燃料棒１７の表面の間の距離をできる限り長くするために、従来の超音波プローブ１５では、凸部１８によって従来の超音波プローブ１５を測定対象外の燃料棒１７側（図７における右側）に寄せるとともに、薄い超音波振動子１６を設けている。符号１９は、エネルギーを吸収するダンパーを示している。なお、凸部１８は測定対象燃料棒１７と測定中に接触する必要があることから、燃料棒１７を傷つけずにかつ接触させたままでスライドさせることができるように断面は半円状にしている。 In order to make the distance between the ultrasonic transducer 16 and the surface of the fuel rod 17 as long as possible, in the conventional ultrasonic probe 15, the conventional ultrasonic probe 15 is moved to the non-measurement fuel rod 17 side by the convex portion 18. A thin ultrasonic transducer 16 is provided (closed to the right side in FIG. 7). Reference numeral 19 denotes a damper that absorbs energy. Since the convex portion 18 needs to be in contact with the measurement target fuel rod 17 during measurement, the cross section is semicircular so that the fuel rod 17 can be slid without being damaged and in contact therewith. .

この従来の超音波プローブ１５では、そもそも狭い燃料棒１７の間の隙間のうち、一部が超音波プローブ１５の本体の厚さや超音波プローブ１５の一部構造部材の厚さにとられ、超音波振動子１６と燃料棒１７の表面の間の距離はきわめて制限されたものとなる。 In this conventional ultrasonic probe 15, a part of the gap between the narrow fuel rods 17 is originally set to the thickness of the main body of the ultrasonic probe 15 or the thickness of a part of the structural member of the ultrasonic probe 15. The distance between the acoustic transducer 16 and the surface of the fuel rod 17 is very limited.

これに対して、図５を参照することにより明らかなように、本発明の破損燃料棒同定用超音波プローブ１０によれば、超音波振動子１４と燃料棒１１の表面の間の距離は、燃料棒１１の列間の距離に制限されない。 On the other hand, as is clear by referring to FIG. 5, according to the ultrasonic probe 10 for identifying a broken fuel rod of the present invention, the distance between the ultrasonic transducer 14 and the surface of the fuel rod 11 is The distance between the rows of fuel rods 11 is not limited.

このため、超音波振動子１４と燃料棒１１の表面の間の距離は従来の超音波プローブのそれに比して、比率として大幅に長くとれる。 For this reason, the distance between the ultrasonic transducer | vibrator 14 and the surface of the fuel rod 11 can be taken significantly long as a ratio compared with the distance of the conventional ultrasonic probe.

従来の超音波プローブに比べ、例えば振動子と被覆管表面の間の距離が４倍になれば、最低で２０回以上の肉厚部での反射を繰り返した底面エコーが観察できることになる。 For example, if the distance between the transducer and the surface of the cladding tube is four times that of a conventional ultrasonic probe, bottom echoes that have been repeatedly reflected at the thick part at least 20 times can be observed.

第２０回目の底面エコーの音圧は、音圧反射率が０．９１を２０乗し、健全燃料棒の第２０回目底面エコーの約１５％の位置に、浸水燃料棒のエコー高さの信号が出現することになる。 The sound pressure of the 20th bottom echo has a sound pressure reflectivity of 0.91 to the 20th power, and the signal of the echo height of the submerged fuel rod is located at about 15% of the 20th bottom echo of the healthy fuel rod. Will appear.

このように、この場合には約８５％も健全燃料棒に比べ低い位置にエコー高さが出ることから、燃料棒の表面状況に差があり、図４に比べてエコー高さの分散が大幅にある燃料体であっても、健全燃料棒と浸水燃料棒が容易に識別できることになる。 Thus, in this case, the echo height appears at a position that is about 85% lower than that of the healthy fuel rod. Therefore, there is a difference in the surface condition of the fuel rod, and the dispersion of the echo height is much larger than that in FIG. Even if it is a fuel body in this, a healthy fuel rod and a flooded fuel rod can be easily identified.

このように、本発明の破損燃料棒同定用超音波プローブ１０によれば、近来の燃料棒間隔が狭い燃料体に対しても、十分に高次の反射回数の底面エコーの波高値によって、表面状態がまちまちで底面エコーの波高値にばらつきがある燃料棒から破損燃料棒を同定することができる。 As described above, according to the ultrasonic probe 10 for identifying a broken fuel rod of the present invention, the surface echo of the bottom echo having a sufficiently high number of reflections can be obtained even for a fuel body having a narrow interval between fuel rods. Damaged fuel rods can be identified from fuel rods that vary in state and vary in bottom echo peak values.

本発明の一実施形態による燃料棒破損同定方法のフローチャート。The flowchart of the fuel rod failure identification method by one Embodiment of this invention. 健全燃料棒と浸水した破損燃料棒における超音波のエコーの様子を示した説明図。Explanatory drawing which showed the mode of the echo of the ultrasonic wave in the healthy fuel rod and the damaged fuel rod soaked. 健全燃料棒のエコーを記録したオシロスコープ上のエコーを示した説明図。Explanatory drawing which showed the echo on the oscilloscope which recorded the echo of the healthy fuel rod. 健全燃料棒と破損燃料棒の第ｎ回目の底面エコーの波高値と燃料棒本数の度数分布を示したグラフ。The graph which showed the frequency distribution of the peak value of the nth bottom echo of a healthy fuel rod and a broken fuel rod, and the number of fuel rods. 本発明の一実施形態による破損燃料棒同定用超音波プローブの使用の様子を示した説明図。Explanatory drawing which showed the mode of use of the ultrasonic probe for damaged fuel rod identification by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による破損燃料棒同定用超音波プローブの超音波振動子部分を拡大して示した一部断面図。1 is a partial cross-sectional view showing an enlarged ultrasonic transducer portion of an ultrasonic probe for identifying broken fuel rods according to an embodiment of the present invention. 従来の超音波プローブの使用の様子を示した一部断面図。The partial cross section figure which showed the mode of use of the conventional ultrasonic probe.

Explanation of symbols

１超音波振動子
２被覆管の管壁
３第１回目の表面エコー
４健全燃料棒の第１回目底面エコー
５健全燃料棒の第４回目底面エコー
６健全燃料棒の第２回目表面エコー
７破損燃料棒の第４回目底面エコー
８正規分布
９正規分布
１０破損燃料棒同定用超音波プローブ
１１燃料棒
１２傾斜面
１３凹部
１４超音波振動子
１５従来の超音波プローブ
１６超音波振動子
１７燃料棒
１８凸部
１９ダンパー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic transducer 2 Tube wall 3 of a cladding tube 1st surface echo 4 1st bottom echo of a healthy fuel rod 5 4th bottom echo 6 of a healthy fuel rod 2nd surface echo 7 of a healthy fuel rod Damaged 4th bottom echo of fuel rod 8 Normal distribution 9 Normal distribution 10 Damaged fuel rod identification ultrasonic probe 11 Fuel rod 12 Inclined surface 13 Recess 14 Ultrasonic transducer 15 Conventional ultrasonic probe 16 Ultrasonic transducer 17 Fuel rod 18 Convex 19 Damper

Claims

For multiple fuel rods, the bottom echo after the first surface echo does not overlap with the echo after the second surface echo, and a healthy fuel rod and a broken fuel rod are sufficient at the echo height value. Measuring the distribution of the peak value and the number of fuel rods of the nth bottom echo having a large difference,
Defining a frequency distribution of the crest values of the nth bottom surface echo of the healthy fuel rod;
From the median of the frequency distribution of the peak values of the nth bottom echo of the healthy fuel rod, the corresponding peak value of the nth bottom echo of the broken fuel rod is calculated, and the nth of the healthy fuel rod is calculated with respect to the median. Applying a frequency distribution of the peak value of the basal bottom echo to define a frequency distribution of the peak value of the nth basal plane echo of the damaged fuel rod, and calculating a damaged fuel rod peak value range;
Irradiating the fuel rod to be inspected with ultrasonic waves and measuring the peak value of the nth bottom surface echo; and
And comparing the n-th echo peak value of the fuel rod to be inspected with a broken fuel rod peak value range to identify a broken fuel rod.

2. The fuel rod breakage according to claim 1, wherein in the step of actually measuring the distribution of the peak value and the number of fuel rods of the n-th bottom echo for the plurality of fuel rods, a portion of the fuel rod in the axial direction is measured. Identification method.

The ultrasonic probe for identifying a broken fuel rod for measuring the n-th bottom echo in the fuel rod breakage identification method according to claim 1 or 2,
Has an outer diameter or wall thickness slightly smaller than the gap between the rows of fuel rods, have a tip having a length spanning two fuel rods mutually at least adjacent,
A concave portion having an inclined surface at a predetermined distance from the tip, and ultrasonic waves are emitted on the inclined surface of the concave portion at a predetermined angle with respect to the longitudinal axis of the ultrasonic probe. An ultrasonic probe for identifying a broken fuel rod, wherein an ultrasonic transducer is attached.

The ultrasonic transducer, as ultrasonic waves are emitted perpendicular to the inclined surface of the concave portion, failed fuel rods for identification according to claim 3, characterized in that attached to the concave portion Ultrasonic probe.