JP7199420B2 - 原子力発電所の金属部材から材料サンプルを採取するための腐食プロセスを実施するための腐食装置、腐食装置の使用及び材料サンプルの採取方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所の金属部材から、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁から材料サンプルを採取するための腐食プロセスを実施するための腐食装置に関する。さらに、本発明は、腐食装置の使用と、原子力発電所の金属部材から、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁から材料サンプルを採取するための方法とに関する。

原子力発電所内には、材料の検査のために、原子力発電所の金属部材から、例えば原子炉圧力容器の金属部材から、又は、他の原子炉内構造物から、材料サンプルを採取する必要性が存在する。その際、例えば１００ｍｍの深さまでの比較的大きい材料サンプルを、原子炉圧力容器から、特に原子炉圧力容器の内壁から採取することが必要であり得る。

これまでは、小舟形状（又は球形切片）の材料サンプルのみが、研削方法によって採取可能であった。しかしながら、その際、１０ｍｍの深さまでの材料サンプルのみが可能である。すなわち、これまでは、この比較的小さい材料サンプルで、検査の実施に十分でなくてはならなかった。

従って、本発明の課題は、新しい腐食装置について、特に、形状及び大きさを任意に選択できる材料サンプルを、原子力発電所の金属部材から、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁から採取することを可能にする腐食装置について記載することにある。さらに、本発明の課題は、腐食装置の新しい使用について、及び、原子力発電所の金属部材から、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁から材料サンプルを採取するための新しい方法について記載することにある。

本課題は、腐食装置に関しては、請求項１に記載の特徴によって解決され、腐食装置の使用に関しては、請求項１２に記載の特徴によって解決され、方法に関しては、請求項１３に記載の特徴によって解決される。有利な態様及びさらなる発展形態は、各従属請求項に記載されている。

本発明に係る腐食装置は、腐食ヘッドを含んでおり、腐食ヘッドは、少なくとも１つの腐食電極を有しており、腐食電極は、少なくとも部分的に凸形又は角張った外形を有しており、腐食ヘッドは、腐食電極の位置決め及び／又は移動のための位置決め及び／又は移動誘導システムを有しており、位置決め及び／又は移動誘導システムは、所定の材料サンプル形状を生じさせるための腐食電極の移動を実施するために、少なくとも４つの軸を含んでおり、この１つ又は複数の移動は、腐食プロセスの間にも実施可能である。

この１つ又は複数の移動は、空間内における任意の移動であり、例えば直線運動又は回転運動又は好ましくは異なる直線運動と回転運動との組み合わせであり得る。

本発明に係る腐食装置によって可能である腐食電極の移動の全ては、特に腐食プロセスの間にも、同時に制御可能であり、それによって、移動の組み合わせが生じる。好ましくは、１つ又は複数の移動を、個別又は同時に制御するように、好ましくは遠隔制御するように構成された制御装置が設けられている。

本発明に係る腐食装置は、特に腐食プロセスの実施と、腐食電極の移動とを同時に行うように構成されている。

従って、位置決め及び／又は移動誘導システムを有する腐食電極が、一方では腐食プロセス前の腐食電極の位置決めのために移動可能であり、他方では、腐食プロセスの間に、所定の材料サンプル形状を生じさせるために移動可能であることを規定することができる。

原子炉圧力容器は、特に原子力発電所における原子炉圧力容器である。腐食プロセスとしては、好ましくは放電加工が規定されている。腐食の際に、アンダーカット腐食（Hinterschnitterosion）もステップ腐食（Stufenerosion）も可能である。

本発明の利点は、特に、本発明に係る腐食装置を用いて、材料サンプルの任意の輪郭及び寸法を形成することができることにある。材料サンプルの輪郭及び寸法を決定する可能性によって、例えば原子炉圧力容器の壁等の、原子力発電所の金属部材の表面上又は表面内の欠陥を除去することも可能である。さらに、止まり穴サンプル及び通過サンプル（Durchgangsproben）が同様に可能となる。

腐食装置の可動性の、モジュール式の構造と、最小限の寸法と、少ない重量とによって、特に利用可能空間が小さい場合にも、柔軟な使用可能性が創出される。当該腐食装置はさらに、３５ｍ以上の水深まで使用可能である。加えて、当該腐食装置は、高い放射線値においても使用可能である。

さらなる利点は、本発明に係る腐食装置によって、高い寸法精度が保証される点にある。さらに、異なる材料の質（脆化、ハードスポット）を取り扱うという問題が生じない。

本発明の特に好ましいさらなる発展形態によると、位置決め及び／又は移動誘導システムは、腐食電極の少なくとも３つの軸方向移動を実施するための少なくとも１つの第１の要素を有しており、３つの軸は、好ましくは互いに対して垂直である。

従って、腐食電極の移動を実施するために設けられた少なくとも４つの軸の内、少なくとも３つの軸は、腐食電極の軸方向移動又は直線運動を実施するために設けられている。

本発明の好ましい態様の変型例によると、第１の要素は、軸方向移動を実施するために、少なくとも３つのキャリッジを含んでおり、各キャリッジは、これらの軸の内の１つの軸に沿って移動できるように取り付けられており、それによって、キャリッジごとに、これらの軸の内の１つの軸に沿った、腐食電極の移動、特に軸方向移動又は直線運動を可能にする。

さらに、第１の要素は、キャリッジ同士を接続するための接続要素を有しており、各キャリッジは、隣接するキャリッジと接続されていることが規定され得る。

適切かつ有利なさらなる発展形態によると、位置決め及び／又は移動誘導システムは、腐食電極の回転軸の周りにおける回転運動を実施するための少なくとも１つの第２の要素を有している。

従って、腐食電極の移動を実施するために設けられた少なくとも４つの軸の内、少なくとも１つの軸が、回転運動を実施するために設けられている。回転軸が、軸方向移動又は直線運動を実施するために設けられた３つの軸の内の１つの軸であること、又は、当該軸と重なっていることを規定することも可能である。

特に好ましくは、４つの軸が、腐食電極の移動を実施するために設けられており、これら４つの軸の内の３つの軸は、互いに対して垂直であり、腐食電極の軸方向移動又は直線運動を実施するために設けられており、第４の軸は、腐食電極の回転運動を実施するために設けられており、回転軸として設けられた第４の軸は、軸方向移動を実施するための３つの軸の内の１つの軸であるか、又は、当該軸と重なっている。

この腐食装置の構造によって、１つ又は複数の腐食電極の移動の組み合わせが可能であり、それによって、当該腐食電極は、好ましくは任意に、及び、特に腐食プロセスの間に、空間内を移動できる。

好ましくは、第２の要素は、回転運動を腐食電極に伝達するためのシャフトを有しており、腐食ヘッドの腐食電極は、シャフトに取り付けられている。

例えば、腐食装置は、第１の要素及び／又は第２の要素を駆動するための、１つ又は複数のモータを含んでいる。

本発明のさらなる発展形態によると、腐食電極は、少なくとも部分的に、好ましくはその動作領域において、少なくとも部分的に円形、特に半円形に、又は、環状、特に半環状に、又は、楕円状、特に半楕円状に、又は、円盤状、特に半円盤状に設計されている。

好ましくは、腐食装置は、腐食ヘッド並びに／又は位置決め及び／若しくは移動誘導システム並びに／又は腐食電極の制御及び／又は遠隔制御を行うための制御装置を有している。

腐食装置が、腐食ヘッドを、原子力発電所の金属部材、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁に固定するための固定要素を有することを規定してもよい。

さらに、当該固定要素が、１つ又は複数の吸引要素、好ましくは吸引カップを含むと規定することも可能である。

一態様の変型例によると、腐食装置は、腐食プロセスの後に材料サンプルを収集及び／又は受け止めるための、収集及び／又は受け止め装置を有している。

本発明によると、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁という、原子力発電所の金属部材内又は金属部材上において、原子力発電所の金属部材から、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁から、特に原子炉圧力容器の内壁から、材料サンプルを採取するための腐食プロセスを実施するために、腐食装置を使用することが規定されており、当該腐食装置は、本発明に係る腐食装置である。

原子力発電所の金属部材から、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁から、本発明に係る腐食装置を用いた腐食によって材料サンプルを採取するための、本発明に係る方法は、以下のステップを含んでいる：
－少なくとも１つの腐食ヘッドを金属部材上に誘導するステップであって、特に腐食装置の少なくとも１つの腐食ヘッドを原子炉圧力容器に導入するステップ、
－腐食装置の腐食ヘッドを金属部材上で位置決めするステップであって、特に原子炉圧力容器内で腐食装置の腐食ヘッドを、所定の位置において腐食プロセスが開始し得るように位置決めするステップ、
－所定の材料サンプル形状を生じさせるための腐食プロセスの間に、金属部材から、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁から、位置決め及び／又は移動誘導システムを用いて腐食電極を移動させることによって、材料サンプルを腐食させるステップ、
－材料サンプルを収集及び／又は受け止めるステップ、
－材料サンプル及び／又は腐食装置の腐食ヘッドを金属部材から取り外すステップであって、特に材料サンプル及び／又は腐食装置の腐食ヘッドを原子炉圧力容器から取り出すステップ。

当該方法のさらなる発展形態によると、腐食装置は、位置決め及び／又は移動誘導システムを有しており、当該位置決め及び／又は移動誘導システムは、少なくとも第１の要素を有しており、当該第１の要素を用いて、腐食電極の少なくとも３つの軸方向移動が実施可能であり、これら３つの軸は、好ましくは互いに対して垂直である。当該方法のさらなる態様の変型例によると、腐食装置は、位置決め及び／又は移動誘導システムを有しており、当該位置決め及び／又は移動誘導システムは、少なくとも１つの第２の要素を有しており、当該第２の要素を用いて、腐食電極の回転軸の周りにおける回転運動が実施可能である。

腐食プロセスの間の、位置決め及び／又は移動誘導システムを用いた腐食電極の移動は、空間内の任意の移動を含み得るものであり、例えば、直線運動又は回転運動、又は、好ましくは異なる直線運動及び回転運動の組み合わせを含み得る。

本発明に係る腐食装置によって可能である腐食電極の全ての移動は、同時に制御可能であり、特に腐食プロセスの間にも制御可能であり、その結果、移動の組み合わせが生じる。好ましくは、制御装置が設けられており、当該制御装置を用いて、１つ又は複数の移動が、個別又は同時に制御可能、好ましくは遠隔制御可能である。

腐食プロセスと、腐食電極の移動とは、特に好ましくは同時に実施可能である。

腐食装置が、位置決め及び／又は移動誘導システムを有しており、腐食電極が、位置決め及び／又は移動誘導システムを用いて、一方では腐食プロセス前の腐食電極を所定の位置に位置決めするために移動可能であり、他方では、腐食電極が、腐食プロセスの間に、所定の材料サンプル形状を生じさせるために移動可能であると規定することが可能である。

本発明に係る方法のさらなる発展形態によると、腐食装置は、腐食ヘッドを原子力発電所の金属部材、特に原子炉圧力容器の壁、好ましくは内壁に固定するための固定要素を有しており、腐食ヘッドは、原子炉圧力容器に導入された後、固定要素を用いて、原子炉圧力容器の内壁に固定される。

本発明に係る方法の態様の変型例によると、腐食は、複数のステップにおいて段階的に実施される。

以下において、本発明を、さらなる特徴及び利点に関しても、実施例の説明を基に、添付の図面を参照して、詳細に説明する。その際、図１は、本発明に係る腐食装置の実施例を概略的に示している。図中の互いに対応する部材及び構成要素には、同じ参照符号が用いられている。

本発明に係る腐食装置の実施例を概略的に示す図である。

図１は、原子炉圧力容器の内壁から材料サンプルを採取するための腐食プロセスを実施するための腐食装置１０を示しており、腐食装置１０は、腐食ヘッド１１を含んでいる。腐食ヘッド１１は、腐食電極１２を有しており、腐食電極１２は、部分的に、凸状の外形を有している。さらに、腐食ヘッド１１は、腐食電極１２の位置決め及び／又は移動のための位置決め及び／又は移動誘導システム１３を有しており、位置決め及び／又は移動誘導システム１３は、所定の材料サンプル形状２１を生じさせるために、腐食電極１２の移動を実施するように、少なくとも４つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｒを含んでおり、この１つ又は複数の移動は、腐食プロセスの間にも実施可能である。

位置決め及び／又は移動誘導システム１３は、腐食電極１２の３つの軸方向移動を実施するために、第１の要素１４を有しており、３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに対して垂直である。

第１の要素１４は、軸方向移動を実施するために、少なくとも３つのキャリッジ１５ａ、１５ｂ、１５ｃをふくんでおり、各キャリッジ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、軸Ｘ、Ｙ、Ｚの内の１つの軸に沿って移動可能に取り付けられており、それによって、キャリッジ１５ａ；１５ｂ；１５ｃごとに、軸Ｘ、Ｙ、Ｚの内の１つの軸に沿った腐食電極１２の移動を可能にする。

第１の要素１４は、さらに、キャリッジ１５ａ；１５ｂ；１５ｃ同士を接続するための接続要素１６を有しており、各キャリッジ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、隣接するキャリッジ１５ａ、１５ｂ、１５ｃと接続されている。

位置決め及び移動誘導システム１３は、腐食電極１２の回転軸Ｒの周りにおける回転運動を実施するための第２の要素１７を有している。第２の要素１７は、さらに、回転運動を腐食電極１２に伝達するためのシャフト１８を含んでおり、腐食ヘッド１１の腐食電極１２は、シャフト１８に取り付けられている。

腐食電極１２は、その動作領域１９において、部分的に円形、特に半円形に設計されている。

腐食装置１０は、腐食ヘッド１１、位置決め及び／又は移動誘導システム１３及び腐食電極１２の制御及び／又は遠隔制御を行うための制御装置（図示されていない）も有している。

腐食装置１０はさらに、腐食ヘッド１１を原子炉圧力容器の壁に固定するための固定要素２０を有している。固定要素２０は、吸引カップとして構成された複数の吸引要素を含んでいる。

腐食装置１０は、さらに、腐食プロセスの後で材料サンプルを収集及び／又は受け止めるための収集及び／又は受け止め装置（図示されていない）を有している。

本発明によると、腐食装置１０は、原子炉圧力容器の内壁から材料サンプルを採取するための腐食プロセスを実施するために用いられる。

本発明に係る腐食装置１０を用いて、腐食によって、原子炉圧力容器の内壁から材料サンプルを採取するための方法が実施可能であり、当該方法は、以下のステップを含んでいる：
－腐食装置１０の少なくとも１つの腐食ヘッド１１を原子炉圧力容器内に誘導するステップ、
－腐食装置１０の腐食ヘッド１１を、原子炉圧力容器内で、所定の位置において腐食プロセスが開始し得るように位置決めするステップ、
－所定の材料サンプル形状２１を生じさせるための腐食プロセスの間に、位置決め及び／又は移動誘導システム１３を用いて腐食電極１２を移動させることによって、原子炉圧力容器の壁から材料サンプルを腐食させるステップ、
－材料サンプルを収集及び／又は受け止めるステップ、
－材料サンプル及び／又は腐食装置１０の腐食ヘッド１１を、原子炉圧力容器から取り出すステップ。

腐食装置１０は、腐食ヘッド１１を原子炉圧力容器の内壁に固定するための固定要素２０を有しており、腐食ヘッド１１は、原子炉圧力容器に導入された後で、固定要素２０を用いて、原子炉圧力容器の内壁に固定される。

腐食は、例えば複数のステップにおいて、段階的に実施され得る。

１０ 腐食装置
１１ 腐食ヘッド
１２ 腐食電極
１３ 位置決め及び／又は移動誘導システム
１４ 第１の要素
１５ａ キャリッジ
１５ｂ キャリッジ
１５ｃ キャリッジ
１６ 接続要素
１７ 第２の要素
１８ シャフト
１９ 動作領域
２０ 固定要素
２１ 材料サンプル形状
Ｘ 軸
Ｙ 軸
Ｚ 軸
Ｒ 回転軸

Claims (18)

1. 原子力発電所の原子炉圧力容器の壁の金属部材から材料サンプルを採取するための腐食プロセスを実施するための腐食装置（１０）であって、腐食ヘッド（１１）と、前記腐食ヘッド（１１）を前記原子炉圧力容器の壁の金属部材に固定するための固定要素（２０）とを含んでおり、
   前記腐食ヘッド（１１）は、少なくとも１つの腐食電極（１２）を有しており、
   前記腐食電極（１２）は、少なくとも部分的に凸形又は角張った外形を有しており、
   前記腐食ヘッド（１１）は、前記腐食電極（１２）の位置決め及び／又は移動のための位置決め及び／又は移動誘導システム（１３）を有しており、前記位置決め及び／又は移動誘導システム（１３）は、少なくとも４つの軸（Ｘ；Ｙ；Ｚ；Ｒ）を含んでおり、前記位置決め及び／又は移動誘導システム（１３）は、所定の材料サンプル形状（２１）を生じさせるための腐食プロセスの間に、前記腐食電極（１２）の異なる直線運動と回転運動との組み合わせを実施するように構成されており
   前記腐食装置（１０）は、前記移動を個別又は同時に制御するように構成された制御装置を含んでいる腐食装置（１０）。
2. 前記位置決め及び／又は移動誘導システム（１３）が、前記腐食電極（１２）の少なくとも３つの軸方向移動を実施するための少なくとも１つの第１の要素（１４）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の腐食装置（１０）。
3. ３つの前記軸（Ｘ；Ｙ；Ｚ）が、互いに対して垂直であることを特徴とする、請求項２に記載の腐食装置（１０）。
4. 前記第１の要素（１４）が、軸方向移動を実施するために、少なくとも３つのキャリッジ（１５ａ；１５ｂ；１５ｃ）を含んでおり、前記キャリッジ（１５ａ；１５ｂ；１５ｃ）それぞれは、前記軸（Ｘ；Ｙ；Ｚ）の内の１つの軸に沿って移動可能に取り付けられており、それによって、前記キャリッジ（１５ａ；１５ｂ；１５ｃ）ごとに、前記軸（Ｘ；Ｙ；Ｚ）の内の１つの軸に沿った前記腐食電極（１２）の移動を可能にすることを特徴とする、請求項２又は３に記載の腐食装置（１０）。
5. 前記第１の要素（１４）が、前記キャリッジ（１５ａ；１５ｂ；１５ｃ）同士を接続するための接続要素（１６）を有しており、前記キャリッジ（１５ａ；１５ｂ；１５ｃ）それぞれは、隣接する前記キャリッジ（１５ａ；１５ｂ；１５ｃ）と接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の腐食装置（１０）。
6. 前記位置決め及び／又は移動誘導システム（１３）が、前記腐食電極（１２）の回転軸（Ｒ）の周りにおける回転運動の実施のために、少なくとも１つの第２の要素（１７）を有していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）。
7. 前記第２の要素（１７）が、回転運動を前記腐食電極（１２）に伝達するためのシャフト（１８）を有しており、前記腐食ヘッド（１１）の前記腐食電極（１２）は、前記シャフト（１８）に取り付けられていることを特徴とする、請求項６に記載の腐食装置（１０）。
8. 前記腐食電極（１２）が、少なくとも断片的に、少なくとも部分的に円形又は環状又は楕円状又は円盤状に設計されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）。
9. 前記腐食装置（１０）が、前記腐食ヘッド（１１）並びに／又は前記位置決め及び／若しくは移動誘導システム（１３）並びに／又は前記腐食電極（１２）の制御及び／又は遠隔制御を行うための制御装置を有していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）。
10. 前記壁が、原子炉圧力容器の内壁であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）。
11. 前記固定要素（２０）が、１つ又は複数の吸引要素を含んでいることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）。
12. 前記腐食装置（１０）が、腐食プロセス後に、前記材料サンプルを収集及び／又は受け止めるための収集及び／又は受け止め装置を有していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）。
13. 原子炉圧力容器の壁の金属部材上における、原子炉圧力容器の壁の金属部材から、材料サンプルを採取するための腐食プロセスを実施するための、腐食装置（１０）の使用であって、前記腐食装置（１０）は、請求項１から１２のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）である、腐食装置（１０）の使用。
14. 前記壁が、内壁である、請求項１３に記載の使用。
15. 原子力発電所の原子炉圧力容器の壁の金属部材から、請求項１から１２のいずれか一項に記載の腐食装置（１０）を用いた腐食によって材料サンプルを採取するための方法であって、以下のステップ：
    －少なくとも１つの腐食ヘッド（１１）を前記金属部材上に誘導するステップ、
    －前記腐食装置（１０）の前記腐食ヘッド（１１）を、所定の位置において腐食プロセスが開始し得るように、前記金属部材上で位置決めするステップ、
    －所定の材料サンプル形状（２１）を生じさせるための腐食プロセスの間に、前記金属部材から、位置決め及び／又は移動誘導システム（１３）を用いて腐食電極（１２）を移動させることによって、材料サンプルを腐食させるステップであって、前記腐食させるステップが、前記腐食電極の異なる直線運動と回転運動との組み合わせを実施するステップを含む、ステップ、
    －前記材料サンプルを収集及び／又は受け止めるステップ、
    －前記材料サンプル及び／又は前記腐食装置（１０）の前記腐食ヘッド（１１）を前記金属部材から取り外すステップ、を含む方法。
16. 前記壁が、内壁であること、少なくとも１つの前記腐食ヘッド（１１）の前記金属部材上への誘導が、前記腐食装置（１０）の少なくとも１つの前記腐食ヘッド（１１）の、前記原子炉圧力容器への導入を含んでいること、及び、前記腐食ヘッド（１１）は、前記原子炉圧力容器に導入された後、前記固定要素（２０）を用いて、前記原子炉圧力容器の内壁に固定されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 腐食が、複数のステップにおいて段階的に行われることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記材料サンプル及び／又は前記腐食ヘッド（１１）の取り出しのステップが、前記材料サンプル及び／又は前記腐食装置（１０）の前記腐食ヘッド（１１）の前記原子炉圧力容器からの取り出しを含むことを特徴とする、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。

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