JPS6010259B2 - 常磁性添加剤を検出する方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は原子炉の燃料に関する。

こういう原子炉は例えば１９６２王にマックグロー・ヒ
ル・ブック・カ ン パ 二（ＭｃＧｒａｗ一 日ｉｌ
Ｉ ＢｏｏｋＣｏｍｐａｎｙ、Ｉｎｃへ）から出版され
たＭ．Ｍ．Ｌ−ワキルの著書「ニュークリア・パワー・
エンジニアリング」に記載されている。原子炉は、運転
サイクル全体にわたって運転状態を維持するのに十分な
過剰の燃料を周期的に装入する。

この過剰の燃料を装入する結果、反応度が過大になり、
その為原子炉の運転中、実効増倍率を１に保つのに十分
な強さを持つ制御装置を必要とする。この制御装置は、
中性子の核分裂形でない吸収又は捕獲によって、中性子
のポピュレーションを制御する様に作用する中性子吸収
物質又は毒物質で構成されるのが普通である。典型的に
は制御装置が、必要に応じて炉０の中に挿入し又はそれ
から引出すことが出来る選択的に作動可能な、複数個の
毒物質含有制御榛等の形をした機械的な制御手段を含ん
でいる。燃料の心に燃焼し得る毒物質を含めることも知
られている。

この毒物質は、強力な中性子吸収体であるが、中性子を
吸収することによって、制御価値（中性子吸収能力）が
低い同位元素に変換される。この様な燃焼し得る毒物質
を使うと、必要な機械的な制御手段の量が減少し、燃焼
し得る毒物質を適当に配置することにより、ェネルギ分
布を改善することが出来る。この様な燃焼し得る毒物質
は、核燃料の選ばれた部分と混合物にして燃料の心に入
れる場合が多い。

この様な核燃料は典型的には、例えば米国特許第３３７
８４５８号に記載されている様な燃料要素を形成する様
に、細長い被覆管の中に収容されたべレット又は粉末状
である。燃料の心に用いられる燃焼し得る毒物質の配置
が例えば米国特許第３７９９８３計餅こ記載されている
。核燃料の処理並びに製造過程の間、核燃料要素中の燃
焼し得る毒物質の分量並びに位置を敏速に決定する非破
壊的な方法を使うことが、品質監理並びに確認の観点か
ら望ましい。

ガドリニウムが最も広く用いられている燃焼し得る毒物
質の１つであるので、核燃料のガドリニウム含有量を決
定することが特に望ましい。添加剤がそれと混合される
核燃料の磁化率又は磁気感受率より大分大きな磁気感受
率を持つ時、磁界中でのその磁化率を測定して「燃料要
素中の添加剤の位置並びに量を決定することが出来る。

ウラン及びプルトニウムの酸化物の様な典型的な核燃料
は常磁性である。例えば、２酸化ウラン（Ｕ０２）の室
温磁化率は８．７６×１０‐６ｅｍｕ／夕−○ｅ（電磁
単位／グラム‐一ェルステッド）。これに対して、ガド
リニア（Ｇも０３）の室温磁化率はたまたまこれよりか
なり大きく、即ち、１４７×１０‐６ｅｍｖ′夕‐戊で
ある。この差は、核燃料中のガドリニウム添加剤の含有
量を磁気的に決定する上で、十分実用的である。ガドリ
ニウム又は核燃料中のその他の常磁性添加剤を磁気的に
測定する上で問題となる１つの点は、鉄の様な強磁性不
純物がその中に存在することである。

典型的な燃料は１０■岬（１００００００に対する部数
）又はそれ以上のこういう不純物を含んでいる。この様
な強磁性不純物の磁化率は弱い磁界中で非常に高いが、
強い磁界中では、飽和する傾向があるので著しく低下す
る。１９７６壬１２月２７印こ出願された係属中の米国
特許出願通し番号第７５４５８１号に記載されているＵ
０２燃料べレット中のＧも０３含有量を磁気的に決定す
る方法並びに装置では、このことを利用している。

この米国特許出願に記載されている様に、強磁性の介在
物を強い一定のバイアス磁界で飽和させながら、誘導方
式によって交流磁化率を測定することによって、燃料の
ガドリニア含有量を決定する。磁気材料並びにその性質
に関する全般的な知識は、１９６乎料こアカデミック・
プレス社から出版されたＡ．バーコービッツ及びＥ．ネ
ラー編集の「マグネティズム・アンド・メタラジ」に記
載されている。

この発明の第１の実施例では、燃焼し得る毒物質の様な
常磁性添加剤を含む核燃料の様な常磁性ベース材料の磁
化率の変化を検出する為、この材料を一定磁界の中に通
す。

磁化率の変化による信号を既知の基準の信号と比較して
、添加剤の含有量を決定する。この発明のこの実施例は
、ベース材料がそれ程多くない量又は既知量の強磁性不
純物を含んでいる時に使うのに適している。この発明の
第２の実施例では、添加剤及び強磁性不純物を含む材料
を強さの異なる２つの一定磁界の中に直列に通し、相異
なる２つの磁界内での材料の異なる磁化率を決定し、そ
れを処理して添加剤含有量の表示を発生する。

更に、又はその代りに、強磁性不純物の含有量も同様に
決定する。この発明のこの実施例は強磁性不純物の量が
判っていない時に有用である。材料の密度の変化に対し
て添加剤表示信号を補正し、空所を検出する為に使うこ
とが出釆るデンシトメータ（ｄｅｎｓ他ｍｅｔｅｒ）装
置も説明する。

第１図には鉄の様な強磁性不純物をあまり多くない量又
は既知量だけ含んでいる核燃料中のガドリニウムの様な
常磁性添加剤の量を決定する装置が示されている。核燃
料要素１０が核燃料及び添加剤を含んでいて、ジルコニ
ウム合金の様な非磁性材料で被覆されている。

要素１０を感知コイル１６の中に通す。このコイルは一
定の即ち直流磁界を発生する環状磁石１４の孔又は中孔
１２の中に配置されている。要素１０は４対の溝つき車
輪１３の様な適当な手段によって駆動並びに案内するこ
とが出釆る。この車輪の内の１つ又は更に多くがモータ
１５によって駆動される。この時、コイル１６には、要
素１０がコイルの中を移動する時、要素１０の材料の磁
化率の変化に比例する電圧が誘起される。即ち、コイル
１６が発生する電圧Ｖは、磁化率の変化ｄＸ、コイル１
６のターン数Ｎ及びコイル１６の領域に於ける磁石１４
の磁界の強さ日の積に比例する。コイル１６によって発
生された電圧が線１８を介して増幅器２川こ送られ、そ
こから条片又はチャート記録装置２６の様な周知の表示
及び記録手段に送られる。希望によっては、増幅器２０
からの信号を例えば図示の様な周知の積分形増幅器１７
により、周知の方法で積分することが出来る。この時記
録装置２６に記録された電圧のグラフを、既知量の添加
剤を含む標準的な燃料要素から同じ様に記録された電圧
のグラフと比較して、要素１０中の添加剤の重量百分率
及び分布を決定することが出来る。増幅器２０からの信
号は周知のデータ処理装置２８にも印加することが出来
る。

こ）で信号が自動的に、貯蔵されている標準値と比較さ
れる。装置２８は、添加剤の量並びに軸方向の位置を読
出せる様にしたり、或いは燃料材料が予定の仕様の範囲
内又は範囲外であるという表示を発生することが出来る
。感度を高くする為、感知コイルー６Ｇま、中孔１２の
中の限られた場所でできるだけ巻き（ターン）数を多く
（例えば１０００）すると共に、巻線の抵抗値をなるべ
く小さくするべきである。

コイル１６の巻線を中孔１２の長さ方向の中心部（磁界
の強さが最高である領域）に置くと共に、巻線の内径を
燃料要素１０を確実に通過させるのに必要な最小限のも
のにすることが好ましい。要素１０は毎分１乃至約１０
０フィート（０．３〜３０．５ｍ）の範囲内の一定速度
で、且つその大体±０．１％以内でコイル１６に通すべ
きである。

好ましい範囲は毎分１５乃至４０フィート（４．６〜１
２．２の）である。毎分１フィート未満の速度は、一般
的に生産作業にとって遅すぎると考えられるし、毎分１
００フィートより高い速度にすると、信号周波数が、関
連した電気回路の能力を越えることがある。コイル１６
からの信号は比較的低いレベルであるから、機械的な振
動並びに標遊電界による雑音を最小限に抑える様に注意
すべきである。

要素の燃料材料の磁化率が温度に対して１ノＴの関係が
ある為、走査する要素１０をかなり一定した温度に保つ
ことも望ましい。磁石１４によって発生される磁界は、
相当の信号対雑音比が得られる様に、出来るだけ強くす
べきである。常磁性材料の磁化Ｍは、Ｘを常磁性材料の
磁化率として、式Ｍ＝ＸＨ｝こ従って、印加磁界日に対
して直線的に増加する。

酸化ウラン中に約２．０重量％のガドＩＪニゥムを添加
剤として入れた場合の典型的な磁化曲線が、第２図に破
線で示されている。然し、印加磁界日が強くなると、強
磁性材料の磁化率は低下し、その磁化Ｍは材料の量に応
じた限界に近づく。

これが、第２図で、酸化ウラン中に２５１００及び２５
功血の強磁性不純物含有量を持つ場合の代表的な磁化曲
線（Ｍ／Ｈ）によって示されている。これらの曲線から
、強磁性不純物は約２０ＫＯｅより高い磁界では実質的
に飽和することが判る。普通の電磁石並びに永久磁石（
第１図に示す様な）は約１皿０ｅまでの磁界の強さを発
生することが出釆る。

磁界の強さを更に強くするには、超導電ソレノィド又は
電磁石に頼ることが出来る。超導電磁石１４′が第３図
に示されている。こういう磁石は、例えば１９６仏料こ
ジョン・ワィリー・アンド・サンズ・インコーポレーテ
ツド（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏ船、Ｉｎｃへ）から出
版されたＶ．Ｌ．ニューハウスの著書「アプライド・ス
ーパーコンダクテイグティ」に記載されている。典型的
にはへ超導電磁石１４は、ニオブ・チタンの様な超導電
材料で形成されたコイル又は鉄心１５を持続電流ループ
として接続し、液体ヘリウムによって超導電温度に保つ
ことによって構成される。この液体ヘリウムは、冷却装
置２１によって冷却される幾つかの室に分けた真空絶縁
容器又はデュワーびん１９の中に入っている。こういう
超導電磁石は、例えばニューヨーク州のインターマグネ
テイツクス。ゼネラル・コーポレーション（ｌｎに皿ａ
柳ｅｔｊｃｓＧｅｎｅｒａｌＣｏｒｐｏｒａｔｊｏｎ）
から入手し得る。

約郎ｏｅの磁界で、１００脚程度の強磁性の鉄不純物の
含有量の変化により、約３重量％のガドリニウムの含有
量の変化に相当する磁化率の変化を表わす信号が得られ
る。

従って、常磁性添加剤の含有量を正確に決定する為には
、磁化率変化信号に対する未知量の強磁性不純物の寄与
を実質的になくさなければならない。第４Ａ図には、核
燃料の様な、ガドリニウムとはかなり異なる常磁性磁化
率を持ち、且つ未知量の鉄の様な強磁性不純物をも含む
別の常磁性材料中の、ガドリニウムの様な常磁性添加剤
の量を決定する装置が示されている。

この実施例では、１対の磁石３６，３８が、その中孔３
２，３４を同一軸線上で整合させて、相隔て）配置され
ている。磁石３６，３８は第１図又は第３図に示す様な
形式のものであってよいが、磁界の強さは相異なる。説
明の便宜上、磁石３６の方が磁界の強さが強いと仮定す
る。磁石３６，３８の中孔の中に夫々感知コイル４０，
４２が配置される。

これらの感知コイルは第１図のコイル１６と同機であっ
てよい。検査しようとする燃料物質を含む要素３０（核
燃料、常磁性添加剤及び常磁性不純物を含む）を一定の
速度で感知コイル４０，４２に通すことにより、燃料物
質の磁化率の変化によって、夫々線６０，６１に夫々の
出力信号Ｖ，，Ｖ２を発生する。線６０の信号Ｖ，が遅
延装置６４に印加される。

遅延装置６４は、要素３０の同じ長さ方向部分に対する
信号Ｖ２と時間的に一致して、それが遅延装置の出力に
現われる様に「 コイル４０からの信号Ｖ，を遅延させ
る。遅延装置６４は、感知コイル４０，４２を通る時の
要素３０の速度にその遅延時間を相関させることが出来
る様に、調節自在にすることが好ましい。（この様な適
当な遅延装置は、例えばカリフオルニア州のレチコン・
コーポレーション（ＲｅｔｉｃｏｎＣｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎ）のパンフレツトＮｏ．５７３２４に記載されてい
る様に、同社から入手し得る。）遅延装置６４の出力に
現われる遅延信号Ｖ，が、利得制御形増幅器６２を介し
て差勢増幅器６５の一方の入力に印加され、信号Ｖ２が
利得制御形増幅器６３を介して差動増幅器６５の他方の
入力に印加される。

利得制御形増幅器は（後で更に詳しく説明する様に）信
号に対する強磁性不純物の寄与を実質的に除去して、差
動増幅器６５の出力に現われる差信号Ｇが常磁性添加剤
の分量に比例する様に、装置の予定の定数Ｋ，、Ｋ２に
従って、信号Ｖ，及びＶ２のレベルを変更する。

第１図の実施例の場合と同じく、添加剤表示信号Ｇを積
分増幅器１７で積分し、チャート式又は条片記録装置２
６によって記録することが出来るし、更に（又はその代
りに）データ処理装贋２８に印加することが出来る。

この代りに、線６０，６１の信号をディジタル形式に変
換して周知のデータ処理装置に印加し、そこで部品６２
乃至６５及び１７の作用を公知の方法で達成することが
出来る。両方の磁石３６，３８の強さは、感度を最大に
し、鉄成分を飽和させる為に高くすべきである。

他方、その強さは、実用的なしベルの差信号Ｇが得られ
る位にかなり異なっていることが望ましい。強さの比が
約２であることが実用的であることが判った。例えば、
磁石３６の磁界の強さが約６皿０ｅで、磁石３８の磁界
の強さが約３皿ｏｅであってよい。常磁性添加剤の分量
に正比例する差信号Ｇは、定数Ｋ，、Ｋ２及び電圧Ｖ，
、Ｖ２に対して下記の関係にある。

Ｇ＝Ｋ，Ｖ．−Ｋ２Ｖ２‘１｝信号Ｖ，は、要素３０が
磁石３６の磁場を通過する際の、常磁性物質および強磁
性物質による寄与の総和として表わされる。

同様に信号Ｖ２は、要素３０が磁石３８の磁場を通過す
る際の、常磁性物質および強磁性物質による寄与の総和
として表わされる。すなわち、 Ｖ，＝（Ｖｐ），十（Ｖｆ）， Ｖ２＝（Ｖｐ）２十（Ｖｆ）２ ここで、Ｖｐは磁化率変化による信号に対する常磁性物
質の寄与であり、そしてＶｆは磁化率変化による信号に
対する強磁性物質の寄与である。

常磁性物質の応答は線形的である、すなわち磁場強度日
に正比例する（図２の破線を参照）ので、信号（Ｖｐ）
２は信号（Ｖｐ），とは異なり、その違いは第１磁石３
６の磁場強度日，と第２磁石３８の磁場強度比との比で
あらわされる。すなわち（Ｖｐ），＝（日，／日２）（
Ｖｐ）２日，＝６０ＫＯｅおよび弦：３０ＫＯｅの場合
には（Ｖｐ），＝（６０／３０）（Ｖｐ）２＝２（Ｖｐ
）２となる。磁場強度日，および日２がともに十分高く
（たとえば６跳びおよび３跳び‐図２を参照）、強磁性
物質を磁気的に飽和するとすれ‘よ、強磁性物質の応答
は両磁場においてほぼ同じである。

従って、このような場合には、 （Ｖｆ），＝（Ｖｆ）２ よつて、 Ｖ，一Ｖ２＝〔（Ｖｐ），十（Ｖｆ），〕−〔（Ｖｐ）
２十（Ｖｆ）２〕 ＝２（Ｖｐ）２十（Ｖｆ）２ 一（Ｖｐ）２一（Ｖｆ）２ ＝（Ｖｐ）２ これから、Ｖ，一Ｖ２は、常磁性物質の量に正比例する
ことがわかる。

よって、理論的には、差信号Ｇ＝Ｖ，一Ｖ２となるが、
しかし、本発明を実施するには、磁石３６および３８の
形状寸法および他の特性等の末節な相違を考慮して、定
数Ｋ，およびＫ２でもつて信号Ｖ，およびＶ２を修正す
ることにより、結局Ｇ＝Ｋ，Ｖ，一Ｋ２Ｖ２となる。

所定の装置並びに所定の装置の動作状態では、Ｋ，及び
Ｋ２は、例えば次の様にして、経験的に決定するのが最
もやり易い。

少なくとも２つの試験要素３０を必要とする。その各々
がその長さに沿った添加剤含有量の変化が正確に判って
いることが必要である。（長さに沿って適当な間隔の２
箇所に於ける添加剤の含有量の変化が判っている１個の
要素を使ってもよい。）Ｋ，及びＫ２を決定する精度の
為、２つの試験要素に於ける添加剤の変化はかなり違え
なければならない。例えば、一方は酸化ウラン中の酸化
ガドリニウムが２重量％変化し、他方が６重量％変化す
るという様にすることが出来る。第１の試験要素を装置
の予定の速度でコイル４０，４２に通し、この要素の添
加剤の含有量の変化によって線６０，６１に生ずる第１
組の電圧Ｖ，、Ｖ２を測定する。

次に第２の試験要素をコイル４０，４２に通し、その結
果第２組の電圧Ｖ，、Ｖ２を同様に測定する。信号Ｖ，
及びＶ２に対するこの２組の数値並びに既知の添加剤含
有量の対応する既知の数値を前掲の式｛１｝‘こ代入す
る。これによって、２つの式が得られ、それからＫ，及
びＫ２の数値を決定することが出来る。この時、利得制
御形増幅器６２，６３はＫ，及びＫ２のこういう数値を
表わす様に調節することが出釆る。添加剤含有量の変化
が判つている付加的な試験要素を使うことにより、Ｋ，
及びＫ２を決定する精度を改善することが出来る。第４
Ａ図の装置は要素３０中の強磁性不純物の含有量を決定
する為にも使うことが出来る。

第４Ｂ図に示す様に、加算増幅器６５′の出力は、下記
の様に「強磁性含有量に比例する信号１である。１＝Ｋ
３Ｖ，十Ｋ４Ｖ２【２’ 利得制御形増幅器６２′が遅延信号Ｖ，を受取り、利得
制御形増幅器６３′が信号Ｖ２を受取る。

Ｋ，及びＫ２を決定する場合について上に述べたのと同
様に強磁性含有量の変化が判っている試験要素を使うこ
とにより、定数Ｋ３及びＫ４を決定することが出来る。
（そして増幅器６２′，６３′はこういう定数を表わす
様に調節する。）式■は、強磁性不純物が飽和している
場合、即ち「磁界が十分強い場合に厳密に成立する。磁
気的な不純物を飽和させるのに不十分な磁界の強さの場
合、この関係は更に複雑になり、強磁性不純物の磁化曲
線の形に関係する。なお、上記式■は要素３０が常磁性
添加剤を含まない場合にのみ正しい。

常磁性添加剤をも含む要素３０の強磁性不純物の量を決
定するには、式｛１１に従って得られた差信号Ｇを式‘
２’の１から差し引かねばならない。これは、次のよう
にして理解されよう。（Ｖｐ），＝（日，／日２）（Ｖ
ｐ）２ であり、また強磁性物質が両磁場中で磁気的に飽和して
いるとすれば（Ｖｆ），＝（Ｖｆ）２ よつて、 Ｖ，十Ｖ２＝〔（Ｖｐ），十（Ｖｆ），〕十〔（Ｖｐ）
２十（Ｖｆ）２〕 ＝（日，／日２）（Ｖｐ）２ 十（Ｖｐ）２十２（Ｖｆ）， （Ｖｐ）２＝Ｇ＝Ｖ，一Ｖ２であるから、２（Ｖｆ），
＝Ｖ，十Ｖ２−Ｇ（日，／Ｑ）−０２（Ｖｆ），は強磁
性物質の量に正比例するのであるから、信号１は下式で
表わせる。

１＝Ｖ，十Ｖ２−Ｇ｛（日，／日２）十１｝しかし、信
号Ｇを求める場合と同様の理由から「定数Ｋ３およびＫ
４でもつて信号Ｖ，およびＶ２を修正することにより結
局、１＝Ｋ３Ｖ，十Ｋ４Ｖ２−Ｇ｛（日，／Ｑ）十１｝
となる。

第４Ｂ図の回路を第４Ａ図の対応する回路（素子６２，
６３，６５）の代りに使ってもよいし、或いはそれと並
列に接続して、添加剤含有量及び強磁性不純物の含有量
を同時に表示することが出釆る。

（この回路の作用も適当にプログラムされたデータ処理
手段によって行うことが出来る。）第５図には、燃料要
素中の材料の密度の変化に対して、添加剤表示信号を補
償する手段を含むこの発明の１形式が示されている。そ
の他の点では、基本的な構成並びに作用は、第４Ａ図の
実施例の構成並びに作用と同様であり、対応する構成素
子には同じ参照数字を用いている。要素３０中の燃料物
質の密度が変化すると、磁化が質量に正比例するから、
添加剤表示信号Ｇ｝こ比例的な変化が生ずる。

従って、密度に従って添加剤表示信号を補正することが
望ましい。燃料物質がべレット状である場合も、このべ
レットの破片がなくなることがあり、或し、はべレツト
の間にすき間があって、感知コイル４０，４２に対応す
る電圧を誘起する様な、燃料物質の密度の大きな局部的
な変化を構成することがある。約５側３ までのこの様
な空所の容積は常磁性添加剤の測定に対する影響が無視
し得ることが判った。然し、空所の容積が更に大きい場
合、この様な空所による信号が添加剤含有量の変化によ
る信号と誤認されない様にする手段を設けることが望ま
しい。第５図に示す場合、要素３０中の物質の密度をガ
ンマ線デンシトメータで感知する。このデンシトメータ
は、要素３０の両側に配置された適当なガンマ・ビーム
源１４０とガンマ線検出器１４２とで構成される。源１
４０からガンマ線ビーム１４４が要素３０に送込まれる
。ビーム１４４は、要素３０を通過する時、その中の物
質の密度に比例して減衰し、この為、検出器１４２が物
質の密度に比例する出力信号Ｄｅを発生する。信号Ｄｅ
が遅延装置１４６に送られる。

この遅延装置の遅延時間は、遅延させた密度信号Ｄｄを
（差動増幅器６５の出力に出る）添加剤表示信号Ｇと時
間的に一致する様に選ばれ又は調節される。信号Ｄｄが
反転増幅器１４８に印加され、その出力は利得制御形増
幅器１５０のバイアス入力端子に印加されるバイアス電
圧になる。この増幅器は他方の入力端子に信号Ｇを受取
る。従って、増幅器１５０の出力信号は、燃料物質の密
度の変化を補償した信号Ｇである。密度信号Ｇｄは闇値
回路１５２にも印加される。

この閥値回路は、その入力信号が予定のレベルを越えた
時だけ、出力信号を発生する。閥値回路１５２の出力が
利得制御形増幅器１５４のバイアス入力端子に接続され
る。この増幅器は増幅器１５０と装置の出力手段（記録
装置２６及びデータ処理手段２８）との間に直列に接続
されている。従って、信号Ｄｄが（ベレツトの間のすき
間の様な空所、或いは燃料物質の密度の十分大きな変化
が原因となって）予定のレベルを越えると、闇値回路１
５２が増幅器１５４にカットオフ・バイアスを印加し、
こうしてこの様な空所による差敷増幅器６５からの信号
が装置の出力手段に行かない様にする。（回路１５２か
らの空所表示信号は端子１５６に取出すことも出来、こ
の様な空所が発生したことを表わす為並びに／又は記録
する為に使うことが出来る。）例えば、破線１５８で示
す様に、この信号を記録装置２６及びデータ処理手段２
８の入力に印加することが出釆る。閥値回路１５２は、
例えば１９５ｇ王にニューョーク州のジヨン・Ｆ．ライ
ダー・バブリツシヤ−・イン コーポレーテツド（Ｊｏ
ｈｎ Ｆ．ＲｉｄｅｒＰ血ｌｉｓｈｅｒ、Ｉｎｃ．、）
から出版されたＡ．１．プレスマンの著書「デザイン・
オブ・トランジスタラィズド・サーキツツ・フオー・デ
イジタル・コンピューターズ」に記載されている様な周
知のシュミット・トリガ回路にすることが出釆る。この
代りに、素子１４６，１４８，１５２，１５４の作用を
適当なデータ処理手段によって行うことが出来る。ガン
マ線源１４０は約１キューリの放射性セシウムを、コリ
メート手段を含む出力ボートを有する遮蔽外被に入れた
もので構成され、細いガンマ線ビームを要素３川こ送込
む。

ガンマ線検出器は、例えば１９６４王にマックグロー・
ヒル・ブック・カンパニから出版されたＷ．Ｖ．プライ
スの著書「ニュークリア・ラジェィション・ディテクシ
ョン」に記載されている様に、光増倍管と絹合せた周知
の沃化ナトリウム結晶シンチレータで構成することが出
来る。

既知の密度変化及び空所を持つ物質を入れたサンプル要
素３０を使うことにより、密度補償及び空所検出装置の
調節並びに鮫正を行うことが出来る。

次にこの発明の例を説明する。

（データ処理手段２８を使わない他は）装置を第１図に
示す様に構成した。

磁石１４は、直径１．９肌及び長さ７．９伽のその中孔
１２の軸線に沿って約５０００ェルステツドの磁界の強
さを持つゲコール（商標）永久磁石であった。感知コイ
ル１６は適当な管状の巻型にゲージ４窃電の銅線を約１
０００ターン巻いたもので、中孔１２の中に中心合せし
た。増幅器２０はアナログ・デバイセズ・カンパニ（Ａ
ｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓＣｏｍｐａｎｙ）によって製
造される２６０及び２３塁型増幅器を直列に接続して構
成した。予定のＧも０３及び鉄含有量を持つ酸化ウラン
燃料べレツトの配置を含む或る長さのジルカロイー２の
管によってサンプルの燃料榛を構成した。

このサンプル燃料棒は毎分約１０フィートの速度でコイ
ル１６の中に案内した。ガドリニア及び鉄の含有量の区
域毎の変化によってコイル１６によって発生された電圧
を記録装置２６で記録した。この記録装置はベル・アン
ド・ハウェル・データグラフ５一１４４型オツシログラ
フ記録装置であった。第６図は、サンプル燃料棒の各区
域に対し、その長さに沿って得られた積分しない時の電
圧のグラフである。第７図は、サンプル燃料綾の各区域
、各区域に於けるべレットの数及びそのガドリニア及び
鉄含有量を示す表である。区域の界面で得られたピーク
電圧も示してある。第７図のデータを解析して、ガドリ
ニア及び鉄含有量の変化の別々の影響を判定した。実験
状態では、Ｇも０３含有量が１重量％変化すると、ピー
ク電圧が２５肌Ｖ生じ、Ｆｅ含有量が５の風変化すると
、１４机Ｖのピーク電圧が生ずることが判った。全ての
鉄が強磁性ではないことが認められた。これは、鉄合金
の成分と、燃料べレットを作るのに用いた熱処理方法の
結果であった。別の例では、装置は第５図の配置と機能
的に同等にした。

磁石３６，３８は超導電ソレノィドであり、磁石が夫々
約７０及び３靴戊の磁界を発生した。磁石３６，３８は
同じ絶縁容器又はデュワーびんの中に入れ、感知コイル
４０，４２は約２５肌離した。この装置を使って、長さ
約３．５ｍの柱状の燃料べレツトを収容した、外径約１
肌のジルコニウム合金で被覆した見本の燃料要素を走査
した。

燃料要素は毎分約１５フィートの速度で感知コイル４０
，４２の中に通した。燃料は燃料要素の中に長さが異な
り且つガドリニウム含有量の異なる１７個の区域に分け
て配置した。この燃料要素の走査結果が第８図に示され
ている。この図で、ガドリニウム表示信号はガドリニウ
ムの重量％で表わしてある。ガンマ線デンシドメータで
測定した種々の区域に於ける燃料物質の密度並びに目標
則ち問題のガドリニウムの重量％も示してある。この発
明を核燃料の常磁性添加剤及び強磁性不純物の含有量を
測定する場合に用いた場合について説明したが、この発
明は、添加剤及びベース材料の常磁性感受率が十分異な
る場合、ベースの常磁性材料中の強磁性材料の含有量並
びに／又はベースの常磁性材料中の常磁性添加剤の含有
量を測定するという様な他の同様な目的にも使うことが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による磁石並びに関連
した回路を示す略図、第２図はガドリニウム及び強磁性
不純物の典型的な磁化曲線を示すグラフ、第３図は超導
電磁石の略図、第４Ａ図はこの発明の第２の実施例によ
る１対の磁石及び関連した回路の略図、第４Ｂ図は強磁
性不純物の含有量を測定する為に第４Ａ図の装置で使う
回路の回路図、第５図は密度に対する補正並びに空所を
検出する為のデンシトメータ手段を含む実施例の略図、
第６図は第１図の装置で試験されるサンプル要素から得
られた信号を示すグラフ、第７図は第６図について説明
した例のサンプル要素に関するデータの表、第８図は第
５図の装置を用いて試験した見本の燃料要素のデータを
示す表である。 主な符号の説明、３０：燃料要素、３６，３８：磁石、
４０，４２：コイル、６５：差動増幅器。‘ゾ夕 ／ 〆〆劣劣Ａ Ｆ′夕．２ ‘汐．３ ‘ノタ．子８ ‘ノムク ‘〆○．６ ‘ノタ．ア 〆汐．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ かなり異なる磁化率を持つ常磁性ベース材料中の常
   磁性添加剤を検出する方法に於て、（ａ）約１０００エ
   ルステツドより大きい相異なる強度の第１及び第２の直
   流磁界を設定し、（ｂ）各々の磁界の中に、その近くに
   移動した材料の磁化率の変化を表わす信号を発生する第
   １及び第２の誘導コイルを夫々配置し、（ｃ）前記材料
   を順次第１及び第２の誘導コイルの近くに移動し、（ｄ
   ）各々所定の定数Ｋ＿１とＫ＿２とによって第１及び第
   ２の誘導コイルからの信号の大きさを調整し、前記材料
   の相次ぐ長さ方向部分の同じ長さ方向部分からの前記調
   整された第１及び第２の信号の大きさの差を決定し、前
   記材料の相次ぐ長さ方向部分の添加剤含有量を示す添加
   剤表示信号を送るように、第１及び第２の誘導コイルか
   らの信号を処理する工程から成る方法。 ２ 特許請求の範囲１項に記載した方法に於て、前記添
   加剤表示信号を、既知の添加剤含有量を持つ標準材料か
   ら得られた同様な信号と比較する工程を含む方法。 ３ 特許請求の範囲第１又は２項のいずれか１項に記載
   した方法に於て、前記磁界が１０００乃至１０００００
   エルステツドの範囲内の強さである方法。 ４ 特許請求の範囲第１乃至３項のいずれか１項に記載
   した方法に於て、一方の磁界の強さが他方の磁界の強さ
   の大体２倍である方法。 ５ 特許請求の範囲第１乃至４項のいずれか１項に記載
   した方法に於て、前記磁界の強さが１００００エルステ
   ツドより高く且つ超導電磁石によって設定される方法。 ６ 特許請求の範囲第１乃至５項のいずれか１項に記載
   した方法に於て、前記材料を一定の速度で第１及び第２
   の誘導コイルの近くへ移動させる方法。７ 特許請求の
   範囲第６項に記載した方法に於て、前記速度が毎分約１
   乃至約１００フイート（０．３〜３１ｍ）である方法。 ８ 特許請求の範囲第１乃至７項のいずれか１項に記載
   した方法に於て、前記材料が粉末又はペレツト状である
   方法。 ９ 特許請求の範囲第１乃至８項のいずれか１項に記載
   した方法に於て、前記材料がペレツト状であり、該ペレ
   ツトが被覆材の中に封入されていて、核燃料要素を形成
   している方法。 １０ 特許請求の範囲第１乃至９項のいずれか１項に記
   載した方法に於て、前記材料がウラン、ブルトニウム、
   トリウム又はその混合物の化合物である方法。 １１ 特許請求の範囲第１乃至１０項のいずれか１項に
   記載した方法に於て、前記材料が酸化物化合物、炭化物
   化合物又は窒素化合物で構成されている方法。 １２ 特許請求の範囲第１乃至１１項のいずれか１項に
   記載した方法に於て、前記添加剤がガドリニウムである
   方法。 １３ 特許請求の範囲第１乃至１２項のいずれか１項に
   記載し方法に於て、前記材料の長さ方向部分の密度を決
   定し、前記密度に従って前記添加剤表示信号を調節する
   工程を含む方法。 １４ 添加剤の磁化率よりはかなり小さい磁化率を持つ
   常磁性ベース材料の細長い要素の常磁性添加剤含有量を
   設定する装置に於て、軸方向に整合した中孔を持ち、約
   １０００エルステツドより高い異なる強さを持つ磁界を
   発生する相隔たる第１及び第２の直流磁石と、該磁石の
   中孔の中に夫々配置された第１及び第２の感知コイルと
   、前記要素を前記第１及び第２の感知コイルの中に順次
   通し、要素の相次ぐ長さ方向部分の磁化率の変化に応答
   してコイルから第１及び第２の信号が発生される様にす
   る手段と、前記要素の材料の長さ方向部分の密度に応じ
   て前記信号を調整するように前記信号を処理する手段と
   を有する装置。