CN1044726A - 利用超声波检测燃料组件中有泄漏燃料细棒的方法和装置 - Google Patents

Abstract

组件(1)浸于一池水中垂直放置。组件有泄漏细棒(6)的检测由于沿细棒长度方向传输超声波并测量包层有裂痕的细棒(6)中有水而产生的超声波衷减而得到保证。超声波在包层上沿细棒长度方向传播后，在组件(1)上的下端配件(5)之下被采集。检测装置包括一能沿细棒长度从上部开始传播超声波的超声波传感器和一个置于下端配件(5)之下的接收超声波的接收头(16)。

Description

本发明涉及利用超声波检测核反应堆的燃料组件中有泄漏燃料细棒的方法和装置。

利用高压水进行冷却的核反应堆的燃料组件被做成许多束很长的燃料细棒的形式，这些燃料细棒被相互平行地固定在一个两端由配件封口的刚性框架中。

每个燃料细棒都包括一个一般由锆合金构成的管状包层，该包层内含有烧结燃料材料团粒两端由封栓封闭，因此，燃料材料团粒与加压导入包层的惰性气体接触。

在反应堆中经过一段时间的运行后，堆芯的燃料组件的细棒（Crayon）可能会出毛病，这是因为在这些燃料棒所承受的机械和化学作用下包层中形成裂痕的结果。

穿过有毛病燃料细棒包层的裂痕使包层中的气体外泄，外泄气体中可含有辐射物。反应堆冷却水很容易直接与燃料细棒的团粒接触，这能损坏甚至完全破坏团粒和燃料细棒。

因此，必须迅速检测有一个或几个泄漏燃料细棒的堆芯燃料组件。

在重新装载核反应堆堆芯的过程中，在重新装载或更换新组件之前，燃料组件被放在一水池的水中。

到目前为止，已提出了许多监测置于水下的燃料组件的方法，以便检测并定位有泄漏现象的燃料细棒。

最常用的解决方案是将从核反应堆中取出的组件放入一个小室中加热，因此燃料细棒中的裂变气体的压力增加，气体通过有毛病细棒的裂痕泄漏到小室中。然而，这种方法并不能识别出要替换的有毛病的细棒。

此外，也已提出许多利用超声波检测有泄漏现象的燃料细棒的技术。

特别是法国专利申请FR-A-2，538，155中提出了一种利用超声波吸收规律检测有毛病燃料元件的方法和装置。一串超声波从包括一封栓的燃料元件包层的一端在包层中传输，其频率和持续时间选择成使传播为兰姆（Lamb）波。回波在发射超声波的封栓处加以检测，在落入一个频段的几个不同的频率情况下，一部分频率相应于可能存在于包层中的水的标定吸收，另一部分相应于包层中机械故障产生的大量回波。

事实上，在包层出现裂痕的情况下，包层中含有的团粒在充气压力足够低时与渗入燃料细棒的水雾接触。这层包围着包层内团粒的水雾产生S。模式兰姆波的很大衰减，即在细棒包层中沿长度方向的平面波模式传播的频率的超声波的衰减。

因为这些兰姆波被浸没细棒包层的水衰减很少，或被充满整个包层内部的水衰减很少，大的衰减使细棒泄漏能被准确检测出来。

然而，在与同一细棒封栓接触进行超声波的传输和感测时（封栓通常位于细棒的上端），测得的衰减首先表明在燃料团粒柱之上和封栓之下有弹簧顶住燃料团粒的区域有水存在。因此，在出现小裂痕的情况下，这种检测的灵敏度不是很高，必须利用传统的超声检测，即利用包层中机械故障的回波对这种检测方法进行补充。

可以在组件的细棒上端配件拆开后，置入一与组件的每一细棒的封栓上端直接接触的超声传感器，或将超声传感器固定在称为“军刀”的刀片型装置上，该装置可在燃料细棒排中间滑动。在后一情况下，无需将组件的上端配件拆开。

但是，正如上面所指出的，这种检测方法可能灵敏度不高，或应用时要求较高的技巧。

因此，本发明的目的是提供一种利用超声波检测核反应堆燃料组件中未封闭燃料细棒的方法，燃料料组包括一束相互平行排列在一由两端配件封闭的框架中，组件被浸于一池水中，其放置使细棒处于垂直位置，细棒包层有泄漏裂痕的检测由于沿细棒长度传输超声波并测量由于包层有裂痕的细棒中有水而产生的衰减而得到保证，这种方法灵敏度很高，使用起来很简便。

为达此目的，在超声波沿组件细棒长度方向在细棒包层中传播后，在按装在组件上的下端配件处检测超声波。

本发明还涉及能使用这一方法的检测装置。

为了很好地理解本发明，下面将参照附图说明检测装置的几个实施例及其在本发明检测方法范围内的应用。

图1是根据第一实施例在燃料细棒泄漏检测中的燃料组件的部分示意图;

图2是根据第二实施例在检测有故障燃料细棒过程中燃料组件的部分透视示意图;

图3是根据第三实施例在检测有故障燃料细棒过程中燃料组件的部分透视示意图;

图4是根据第四实施例在检测有故障燃料细棒过程中燃料组件的部分透视示意图;

图1示出了由参考号1表示的燃料组件，它包括一框架，主要由导管2组成，定位片3和端配件4和5。

燃料细棒6由定位格栅3固定，形成一棱柱形（方底）束，其中所有燃料细棒相互平行。包围一束燃料细棒6的棱柱形区域的外形示于图1中并由参考号7表示。

燃料细棒6的长度短于导管2的长度，结果使分别包括封闭细棒包层的封栓9和10的上端和下端与上端配件4的下表面和下端配件5的上表面之间有一定距离。

根据本发明的方法可以利用一装置来完成，该装置包括一臂12，其一端装有超声波传感器11并与一用于沿X，Y和Z三方向移动的装置相连，构成一三直角三面体。用于移动臂12的装置（图中未示出）可以包括一带有可横向运动的台盘的垂直吊杆，借助于一个在吊杆上可垂直移动的台车（trolley），将台盘按装在吊杆上。

臂12可以包括一个载臂，它能在上端配件4拆开后将传感器11与封栓9的上表面接触，或包括一个刀片，它能在封栓9的周围将传感器与细棒的侧壁接触。

将超声波传感器定位于组件的任何一燃料细棒的端部的相应装置属先有技术，因此，不在此详述。

传感器11由位于水池水面上方的超声测量站14引出的电缆13供电。

能够实施本发明方法的检测装置还包括附在臂17端部的超声波接触头，臂17与沿相互垂直的水平方向X和Y移动该臂与接收头16的装置相连。移动臂17和接收头16的装置包括能横向运动的一个台盘，该台盘被置于略低于燃料组件下端配件5的高度处。

为了利用本发明，燃料组件可以悬于服务于该组件的存贮池的桥之上，因此，其下端配件5被置于带有超声波接收头16的臂17的端部之上。

接收头16由电缆15连接到超声波测量站14。

臂17使接收头16能够移动，因此它能连续地占据在端配件5下面与燃料细棒6的下封栓10垂直的所有位置。

同样，接触头11可以移动以便与任何燃料细棒的上部接触并在此细棒的包层中，沿长度方向传输一串兰姆波，兰姆波由垂直位于传输波串的燃料细棒6的下封栓10下的接收头16检测。

而后，在测量站14测量超声波的衰减，使得检测超声波传输通过的细棒6的包层中可能存在裂痕造成的泄漏成为可能。

这种检测直接传输波的方法比已知方法灵敏度更高，更准确，这些已知方法要求波从细棒的下封栓10反射或要求在细棒的其它部分有水。

此外，接收头16可以逐个地垂直置于燃料组件各细棒6的下方，而无需拆开下端配件5。

在压水核反应堆的燃料组件的传统端配件的情况下，接收头16与下端封栓10间的距离是100mm数量级，然而，由于接收头16可以被置入端配件5中由支撑组件的底脚限制空处，此距离可以被缩小。

图2是根据本发明的第二实施例，图1和图2中的相应元件具有相同的参考号。

与图1所示的检测装置相比，图2所示的检测装置包括一组由插座22的底座21所带的接收头20，而不是移动臂所带的一个单个的接收头，其中燃料组件1的下端配件5可以接合到插座22中。

各接触头20由电缆24连接到位于燃料池上面的测量和检测站25。

象前面一样，借助一个能沿X，Y和Z方向移动端部带有传感器11的臂12，超声波传感器11能从一燃料细棒6的上端移动到另一燃料细棒的上端。

各接收头20可与一个或多个燃料细棒6关联以便在超声波沿细棒6的长度方向传播之后检测它。

当记录的衰减高于一预定限度时，由此得出所测细棒有泄漏。

插座22可置于池的底部上或在池中某一高度上的一个支架上。燃料组件可悬于服务于该池的桥上以使其下端配件5镀入插座22。

图3是根据第三实施例的检测单元，它能实现根据本发明的方法。

被检测的组件1装于一降落装置的容器30中，使该组件能从池的上面移到底面。这样一种降落装置被固定在燃料池的一个壁上，它包括导轨，一台车在其上纵向移动。容器30捆在台车上使燃料组件1能以纵向位置被接触。

超声波传感器32固定在纵臂33的端部，臂33与在X，Y和Z三方向移动的装置相连，Z方向相应于垂直方向，X和Y方向相应于两相互垂直的水平方向。

该移动装置使超声波传感器32能从包括上封栓的燃料细棒的端部移动到组件中别一燃料细棒的上端。测量是将上端配件4拆开进行的，因而从组件的上部可测所有的燃料细棒。

用于接触置于降落装置中的燃料组件1的容器30的底座34带有一组接收头35，每个接收头由一电缆36连接到位于池面上方的控制和检测站37。

控制和检测站37还向传感器32和其移动装置供电并对它们进行控制。

各接收头35都能接触在燃料组件中至少一个燃料细棒中沿其长度方向传播来的超声波。接收头35在数量上一般少于细棒6，并被排列成均匀型式，因此，每个接收头都能检测从一组细棒6中传出超声波。

图4是根据第四实施例的检测装置，其中与图1，2及3中相同的元件具有相同的参考号。

与图1和图2所示的装置相比，图4所示检测装置包括一基本上半球形的波导40，在其开口端中接合着组件的下端配件5。

一个单个的接收头41固定在波导的中心部分并通过电缆42连接到位于池上面之上的测量和检测站44。

与图1和图2所示的检测装置一样，固定在臂12端部上的传感器11可在垂直方向Z和两个相互垂直的水平方向X和Y移动，因此，传感器11与组件1逐个燃料细棒6的上端封栓接触。

超声波在沿细棒6的长度方向传播之后借助被导装置40被接触头41检测。

测量信号以电信号的形式由电缆42传送到控制和检测站44，在此，对超声波衰减的测量，每当衰减量超过一预定值时，就能够确定存在有泄漏现象的燃料细棒6。

象前面的情况一样，检测是对组件中各细棒逐个进行的。

总之，检测可非常准确和灵敏地进行而无需拆开组件的下端配件5。

本发明不限于所述的几个实施例。

因而，可以想像出接收头在燃料组件的下端配件之下的其它配置方式，组件可由其上端配件悬于提升和操纵装置之上并置于池底的一个支架成诸如降落装置或任何其它操纵组件装置中。

波可以任何形式形成波沮或导波装置的超声波的检测，以避免使用大量的波。

本发明可用于任何水冷核反应堆燃料沮件中的有故障燃料细棒的超声检测。

Claims (12)

1、利用超声波检测核反应堆燃料组件中有泄漏燃料细棒的方法，组件包括相互平行地排列于一由两端配件(4，5)封闭的框架(2，3，4，5)中的一束细棒6，组件1浸于一池水中其放置使细棒处于垂直位置，包层有泄漏的细棒的检测由于在细棒长度方向上传播超声波并测量包层有裂痕而导致泄漏的细棒中有水而造成的超声波衰减而得到保证，该方法的特征在于：在组件(1)上按装着的下端配件(5)之下检测沿燃料组件细棒(6)长度方向传播经过包层后的超声波。

2、根据权利要求1的检测方法，其特征在于：超声波沿燃料组件（1）的各燃料细棒（6）的长度方向逐个传播，对各燃料棒逐个确定超声波的衰减，衰减与一预定值比较。

3、根据权利要求2的检测方法，其特征在于：在组件的下端配件（5）之下移动一单一的接触头（16），以便能逐个检测在组件各燃料细棒中传播的超声波。

4、根据权利要求2的检测方法，其特征在于：在组件各燃料细棒（6）中逐个传播的超声波由处于静止位置的一个头（20，25）检测，该头形成一组置于燃料组件（1）的下端配件（5）之下的头的一个组成部分。

5、根据权利要求1的检测方法，其特征在于：超声波在燃料细棒（6）中从组件上部传播出，其上端配件（4）是按装在组件上的。

6、根据权利要求1的检测方法，其特征在于：超声波从燃料细棒（6）的上部传播出组件的上端配件（4）是拆卸掉的。

7、利用超声波检测核反应堆燃料组件中有泄漏燃料细棒的装置，组件包括相互平行地排列在一由两个端配件（4，5）封闭的框架（2，3，4，5）中的一束燃料细棒（6），组件（1）浸于一池水中，其放置使细棒处于垂直位置，包层有泄漏的细棒的检测由于在细棒长度方向上传播超声波并测量包层至少有一条裂痕而导致泄漏的细棒中有水而造成的超声波衰减而得到保证，该装置的特征在于：它包括一个固定于臂（12）端部的超声波传感器（11），臂（12）与一移动装置相连，移动装置使传感器（11）能与组件的各细棒逐个接触，还包括至少一个检测装置（16，20，34，41，40），该装置位于组件下端配件（5）之下，用于检测沿细棒长度方向上传输的超声波。

8、根据权利要求7的检测装置，其特征在于：用于检测超声波的装置（16）包括一固定在臂（17）端部的接收头，臂（7）可在位于组件（1）下端配件（5）的下表面之下的水平面中沿两相互垂直的方向移动。

9、根据权利要求7的检测装置，其特征在于：检测超声波的装置（16）包括多个固定在臂（17）端部的接收头置于棱柱形插座底座处，底座上部开口，组件的端配件能接合在开口中，而处于接收头组（20）的上面。

10、根据权利要求7的检测装置，其特征在于：检测超声波的装置包括一组固定在燃料组件（1）的容器（30）底座上的接收头（35），燃料组件固定在置于一池壁处的组件降落装置的垂直移动台车上。

11、根据权利要求7的检测装置，其特征在于：检测超声波的装置包括一波导40，波导有一开口端，燃料组件（1）的下端配件（5）接合在其中，还包括至少一个固定在波导（40）壁上的超声波头（41）。

12、根据权利要求11的检测装置，其特征在于波导（40）为半球形。

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