CZ202278A3 - A method of measuring the pressure inside fuel pins - Google Patents
A method of measuring the pressure inside fuel pins Download PDFInfo
- Publication number
- CZ202278A3 CZ202278A3 CZ2022-78A CZ202278A CZ202278A3 CZ 202278 A3 CZ202278 A3 CZ 202278A3 CZ 202278 A CZ202278 A CZ 202278A CZ 202278 A3 CZ202278 A3 CZ 202278A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- rod
- fuel
- rods
- pressure inside
- measuring
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
- G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/04—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by acoustic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/04—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by acoustic means
- G01L11/06—Ultrasonic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
- G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
- G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
- G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
- G21C17/07—Leak testing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Metoda měření tlaku uvnitř palivových proutků spočívá v tom, že k výpočtu tlaku a posouzení těsnosti proutků využívá nedestruktivně měřené rezonanční frekvence proutku. Pro upřesnění výpočtu metoda vyžaduje zjištění dalších parametrů palivového proutku, především tloušťky stěny proutku, rychlosti šíření ultrazvukového signálu tělem proutku, aktuální teploty a stupně vyhoření palivového proutku, míry oxidace stěny proutku a také předpokládaného tlaku uvnitř či vně proutku.The method of measuring the pressure inside the fuel rods consists in the fact that it uses non-destructively measured resonance frequencies of the rod to calculate the pressure and assess the tightness of the rods. In order to refine the calculation, the method requires the determination of other parameters of the fuel rod, mainly the thickness of the rod wall, the propagation speed of the ultrasonic signal through the body of the rod, the current temperature and degree of burnout of the fuel rod, the degree of oxidation of the rod wall and also the expected pressure inside or outside the rod.
Description
Metoda měření tlaku uvnitř palivových proutkůA method of measuring the pressure inside the fuel rods
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká metody měření tlaku uvnitř jednotlivých palivových proutků, bez potřeby vyjmutí měřeného proutku z palivového souboru. Měření tlaku v palivovém proutku je jednou z možných činností v průběhu periodických inspekcí paliva, které probíhají vždy v bazénu skladování vyhořelého (použitého) paliva pod hladinou chladiva sloužícího pro odvádění zbytkového tepla paliva a současně ke stínění radioaktivního záření. Měření probíhá pomocí dálkově řízených zařízení, která provádějí samotné měření a přenos dat do pracovní stanice obsluhy umístěné mimo bazén. Například u reaktorů typů VVER-1000, je nedestruktivní metoda pro měření těsnosti palivového proutku bez nutnosti vyjmutí proutků z palivového souboru velmi důležitá kvůli tomu, že všechny akce spojené s manipulacemi s palivem probíhají v okolí reaktoru a bazénů pro skladování paliva, kde je nutné maximálně omezit čas odstávky a výměny paliva. Alternativním přístupem je převoz palivového souboru do horkých komor, jeho rozebrání v horkých komorách a provedení destruktivních analýz pro stanovení tlaku a složení plynu v proutku. Tato metoda je ovšem určena pro palivové soubory, které se již do aktivní zóny reaktoru nevrátí, a to několik let po jejich poslední dokončené kampani, standardně po 5 až 10 letech chlazení v bazénu skladování vyhořelého paliva.The invention relates to a method of measuring the pressure inside individual fuel rods, without the need to remove the measured rod from the fuel assembly. Measuring the pressure in the fuel rod is one of the possible activities during periodic fuel inspections, which always take place in the spent (used) fuel storage pool below the surface of the coolant used to remove the residual heat of the fuel and at the same time to shield radioactive radiation. The measurement takes place using remote-controlled devices that perform the measurement itself and transfer the data to the operator's workstation located outside the pool. For example, in reactors of the VVER-1000 type, a non-destructive method for measuring the tightness of the fuel rod without the need to remove the rods from the fuel assembly is very important due to the fact that all actions related to fuel manipulations take place in the vicinity of the reactor and fuel storage pools, where it is necessary to reduce downtime and fuel changes. An alternative approach is to transport the fuel assembly to hot chambers, disassemble it in the hot chambers and perform destructive analyzes to determine the pressure and composition of the gas in the rod. However, this method is intended for fuel assemblies that will no longer return to the reactor core several years after their last completed campaign, typically after 5 to 10 years of cooling in a spent fuel storage pool.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Počátky měření tlaku uvnitř palivových proutků se datují do začátku 80. let 20. století. Důvodem k tomuto přístupu bylo udržení vysokého standardu bezpečnosti palivových souborů po ozáření, zjištění procesů probíhajících uvnitř palivových proutků a predikce chování v dalších ozařovacích cyklech. K měření tlaku bylo v minulosti používáno několik různých postupů a metod.The beginnings of pressure measurement inside fuel rods date back to the early 1980s. The reason for this approach was to maintain a high standard of safety of the fuel assemblies after irradiation, to find out the processes taking place inside the fuel rods and to predict the behavior in the next irradiation cycles. Several different procedures and methods have been used in the past to measure pressure.
Zpočátku bylo pro měření tlaku uvnitř palivových proutků používáno metod destruktivních, kde docházelo k porušení stěny palivového proutku a vypuštění obsahu do nádoby o předem definovaném objemu. Měření tohoto typu mají několik významných nevýhod. Protože se jedná o destruktivní metodu měření vnitřního tlaku, dochází k trvalému poškození, a tudíž ke znemožnění dalšího použití palivového proutku v jaderném reaktoru. Další nevýhodou je radiační zátěž a s ní spojené vysoké náklady na přepravu, manipulaci a následné vyhodnocení v horkých komorách tak, aby byla zajištěna radiační bezpečnost pracovníků manipulujících s palivovým proutkem a zajištěna ochrana životního prostředí podle standardů práce s radioaktivním odpadem. Dále nemožnost provádění měření přímo na jaderné elektrárně a značné zpoždění při vyhodnocení tlaku uvnitř palivových proutků. Poslední je časová náročnost na rozebrání palivového souboru a vyjmutí palivového proutku a s tím spojené ekonomické dopady při případném prodlužování odstávky reaktoru. Výhodou měření je však vysoká přesnost naměřených hodnot. Není zde žádné ovlivnění chladivem proudícím v okolí palivových proutků a žádný vliv vnitřní technologie a náplně uvnitř těchto proutků.Initially, destructive methods were used to measure the pressure inside the fuel rods, where the wall of the fuel rod was broken and the contents were released into a container with a predefined volume. Measurements of this type have several significant disadvantages. Because it is a destructive method of measuring the internal pressure, it causes permanent damage and thus makes it impossible to further use the fuel rod in a nuclear reactor. Another disadvantage is the radiation load and the associated high costs of transportation, handling and subsequent evaluation in hot chambers in order to ensure the radiation safety of workers handling the fuel rod and to ensure environmental protection according to the standards of work with radioactive waste. Furthermore, the impossibility of performing measurements directly at the nuclear power plant and a significant delay in evaluating the pressure inside the fuel rods. The last one is the time required to disassemble the fuel assembly and remove the fuel rod and the related economic impacts in the event of prolongation of the reactor shutdown. However, the advantage of the measurement is the high accuracy of the measured values. There is no influence of the coolant flowing around the fuel rods and no influence of the internal technology and filling inside these rods.
Dalším přístupem je použití laseru k bodovému zahřívání palivového proutku. Následně se měří teplota v několika bodech (minimálně dvou) a čas, kdy dojde k jejímu ustálení. Z této závislosti je možné dopočítat tlak uvnitř proutků, neboť při vyšších tlacích se zvyšuje součinitel přestupu tepla plynu uvnitř palivového proutku a dochází tak k rychlejšímu ohřevu na měřených pozicích. Nevýhodou tohoto systému je značné bodové tepelné namáhání palivového proutku a možnost jeho poškození nebo zhoršení jeho mechanických vlastností, vedoucích k možnému poškození při provozu jaderného reaktoru. Použití této metody je sporné pro palivové proutky, v jejichž pokrytí mohou být přítomny hydridy. V případě, že se laser trefí do hydridu, bude to s velkou pravděpodobností indikovat jako roztěsnění proutku. Dalším problémem této metody je robustnost zařízení kvůli odstínění laseru od radiace a také komplexnost přivedení laserového svazku naAnother approach is to use a laser to point-heat the fuel rod. Subsequently, the temperature is measured at several points (at least two) and the time when it stabilizes. From this dependence, it is possible to calculate the pressure inside the rods, because at higher pressures, the heat transfer coefficient of the gas inside the fuel rod increases, resulting in faster heating at the measured positions. The disadvantage of this system is the significant point thermal stress of the fuel rod and the possibility of its damage or deterioration of its mechanical properties, leading to possible damage during the operation of the nuclear reactor. The use of this method is questionable for fuel rods in which hydrides may be present in the coating. In the event that the laser hits the hydride, it will most likely indicate as a rod debonding. Another problem with this method is the robustness of the device due to shielding the laser from radiation, as well as the complexity of bringing the laser beam to
- 1 CZ 2022 - 78 A3 palivový proutek. Naopak její výhodou je použití přímo na jaderné elektrárně a jejich téměř okamžité vyhodnocení. Značnou výhodou je nedestruktivní charakter zkoušky.- 1 CZ 2022 - 78 A3 fuel rod. On the contrary, its advantage is its use directly at the nuclear power plant and its almost immediate evaluation. A significant advantage is the non-destructive nature of the test.
Nejnovější technologie umí rozpoznat změnu tlaku uvnitř proutku pomocí změny rezonanční frekvence palivového proutku. Bývá při ní použita frekvence ohybového kmitání příčného řezu proutku (in-plane bending mode), která je silně lineárně závislá (mimo jiné) na tlaku uvnitř proutku. Dosavadní znalosti však neumožňují určit přímo tlak uvnitř proutku a jsou odkázány na práci s jediným proutkem, navíc v laboratorním prostředí. Při použití různých proutků metoda zcela selhává. Dosud nebyla použita mimo laboratorní prostředí.The latest technology can detect the change in pressure inside the rod by changing the resonant frequency of the fuel rod. It usually uses the frequency of bending oscillation of the cross section of the rod (in-plane bending mode), which is strongly linearly dependent (among other things) on the pressure inside the rod. Current knowledge, however, does not allow the pressure inside the rod to be determined directly and is dependent on working with a single rod, moreover, in a laboratory environment. When using different rods, the method fails completely. It has not yet been used outside of a laboratory environment.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Uvedené nedostatky odstraňuje metoda měření tlaku uvnitř palivových proutků, podle tohoto vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že k výpočtu tlaku a posouzení těsnosti proutků využívá nedestruktivně měřené rezonanční frekvence proutku. Pro upřesnění výpočtu metoda vyžaduje zjištění dalších parametrů palivového proutku, především tloušťky stěny proutku, rychlosti šíření ultrazvukového signálu tělem proutku, aktuální teploty a stupně vyhoření palivového proutku, míry oxidace stěny proutku a také předpokládaného tlaku uvnitř či vně proutku, nebo hloubky zkoušeného místa pod hladinou vody.The mentioned shortcomings are eliminated by the method of measuring the pressure inside the fuel rods, according to the present invention, the essence of which is that it uses non-destructively measured resonance frequencies of the rod to calculate the pressure and assess the tightness of the rods. To make the calculation more precise, the method requires the determination of other parameters of the fuel rod, mainly the thickness of the rod wall, the speed of propagation of the ultrasonic signal through the body of the rod, the current temperature and the degree of burnout of the fuel rod, the degree of oxidation of the rod wall, as well as the expected pressure inside or outside the rod, or the depth of the tested place below the surface water.
Měření rezonančních frekvencí probíhá pomocí jedné či více sond přiložených k palivovému proutku a měřicího zařízení, které je kvůli radiaci umístěno v dostatečné vzdálenosti od měřeného palivového souboru. Měřicí zařízení vytvoří a vyšle elektrický signál do vysílací sondy, ta jej převede na akustický signál a vyšle jej do palivového proutku. Akustickou odezvu palivového proutku zachytí přijímací sonda a převede ji opět na elektrický signál. Ten je vyslán zpět do měřicího zařízení, v němž je signál zpracován a zobrazen. Konkrétní vybuzení proutku generuje hned několik významných vrcholků frekvenčního spektra, které jsou způsobeny různými tvary kmitu proutku. Jednotlivé tvary závisí více či méně na tlaku uvnitř nebo vně proutku stejně tak, jako na geometrických či materiálových vlastnostech proutku. Dalším důležitým parametrem je místo buzení, respektive místo snímání kmitů nebo též tlumení kmitů vnitřním nebo vnějším prostředím proutku.The measurement of resonance frequencies takes place using one or more probes attached to the fuel rod and the measuring device, which is located at a sufficient distance from the measured fuel assembly due to radiation. The measuring device creates and sends an electrical signal to the transmitter probe, which converts it to an acoustic signal and sends it to the fuel rod. The acoustic response of the fuel rod is captured by the receiving probe and converted back into an electrical signal. This is sent back to the measuring device where the signal is processed and displayed. The specific excitation of the rod generates several significant peaks of the frequency spectrum, which are caused by different shapes of the rod's oscillation. The individual shapes depend more or less on the pressure inside or outside the rod as well as on the geometric or material properties of the rod. Another important parameter is the place of excitation, or rather the place of sensing oscillations or damping of oscillations by the internal or external environment of the rod.
Pomocí detailní znalosti významných vrcholků frekvenčního spektra je možné sestavit systém rovnic pro jednotlivé proutky a nastavit ho tak, aby se nejprve vypočítal přibližný tlak uvnitř proutku. Chybějící parametry proutku, jako je lokální tloušťka stěny, hustota materiálu proutku či rychlost šíření signálu uvnitř proutku, je možné též dopočítat vhodně sestavenými rovnicemi obsahujícími několik rezonančních frekvencí nebo jiných známých parametrů proutku. Každý měřený proutek v souboru bude mít svůj vlastní systém rovnic a své vlastní vypočítané a změřené hodnoty daných parametrů. Až na základě znalosti očekávaného tlaku zdravých proutků a vlastností několika proutků v souboru bude možné dopočítat přesný tlak každého jednotlivého proutku.Using a detailed knowledge of the significant peaks of the frequency spectrum, it is possible to construct a system of equations for individual rods and set it up to first calculate the approximate pressure inside the rod. Missing parameters of the rod, such as local wall thickness, material density of the rod or speed of signal propagation inside the rod, can also be calculated by suitably constructed equations containing several resonant frequencies or other known parameters of the rod. Each measured rod in the set will have its own system of equations and its own calculated and measured values of the given parameters. Only on the basis of knowledge of the expected pressure of healthy rods and the properties of several rods in the set will it be possible to calculate the exact pressure of each individual rod.
Kritériem pro vyřazení daného proutku (kvůli jeho roztěsnění) je stanovený limitní pokles tlaku v proutku, který je dán požadavkem provozovatele energetického zařízení. Může se jednat například o pokles tlaku v proutku ze 2 na 0,2 MPa, přičemž 2 MPa se bere jako dolní limitní hodnota pro dosud těsný proutek a 0,2 MPa je naopak horní limitní tlak, který shora vymezuje roztěsněný proutek.The criterion for discarding a given rod (due to its loosening) is the determined limit pressure drop in the rod, which is determined by the requirement of the operator of the energy equipment. This can be, for example, a drop in the pressure in the rod from 2 to 0.2 MPa, whereby 2 MPa is taken as the lower limit value for a still tight rod, and 0.2 MPa, on the other hand, is the upper limit pressure that defines a loose rod from above.
Pakliže je na daném palivovém proutku postupem uvedeným výše naměřena krajní hodnota, případně je překročena, může být takový proutek označen buďto jak těsný, nebo naopak jako netěsný (roztěsněný), podle toho, jaké krajní hodnoty dosáhl. Metoda je schopna určit jednotlivé těsné i netěsné proutky daného palivového souboru.If the limit value is measured on a given fuel rod using the procedure mentioned above, or if it is exceeded, such a rod can be marked either as tight or, on the contrary, as leaking (leaked), depending on what limit value it reached. The method is able to determine individual tight and leaky rods of a given fuel assembly.
- 2 CZ 2022 - 78 A3- 2 CZ 2022 - 78 A3
Jedná se čistě o nedestruktivní metodu, jež chrání personál provádějící inspekci paliva i měřící zařízení pro generování, záznam i analýzu signálu.It is a purely non-destructive method that protects fuel inspection personnel as well as measuring equipment for signal generation, recording and analysis.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález je blíže osvětlen pomocí výkresů, kde obr. 1. zobrazuje základní schéma měření a principiálně průběh měřených signálů. Vlevo je schéma palivového souboru. Vpravo nahoře je schéma měřicího zařízení. Vpravo dole je schematicky naznačen vzhled průběhu signálů měřených veličin amplitudy a frekvence.The invention is explained in more detail with the help of drawings, where Fig. 1 shows the basic scheme of the measurement and, in principle, the course of the measured signals. On the left is a diagram of the fuel assembly. On the upper right is a diagram of the measuring device. At the bottom right, the appearance of the course of the signals of the measured amplitude and frequency values is schematically indicated.
Příklad uskutečnění vynálezuAn example of the implementation of the invention
Metoda slouží předně na kontrolu jaderného paliva reaktorů typu LWR.The method is primarily used to check the nuclear fuel of LWR type reactors.
Jedním z konkrétních příkladů využití této metody je identifikace netěsných palivových proutků vybraného palivového souboru 1, který je uložen v meziskladu vyhořelého jaderného paliva a je označen jako podezřelý, tj. ve kterém se zřejmě vyskytuje jeden nebo více netěsných palivových proutků 2. V takovém případě je třeba nejprve zjistit kritérium pro určení těsného a netěsného proutku, například po dohodě s provozovatelem dané elektrárny je tlak těsného proutku >2,0 MPa a tlak netěsného proutku < 0,2 MPa. Dále je potřeba nedestruktivně proměřit proutky palivového souboru 1 postupem nastíněným níže a spustit výpočet, který s určitou mírou pravděpodobnosti určí těsné, netěsné či sporné proutky. K inspekci jaderného paliva uloženého v hloubce cca 10 až 20 m pod hladinou vody v bazénu s vyhořelým palivem je nutný též mechanismus, který zaveze sondy do dané hloubky. Mechanismus pro dopravení sond a přesné navedení na měřicí polohu může fungovat dle níže popsaného schématu.One of the specific examples of the use of this method is the identification of leaking fuel rods of the selected fuel assembly 1, which is stored in an intermediate storage of spent nuclear fuel and is marked as suspect, i.e. in which one or more leaking fuel rods 2 are apparently present. In such a case, it is necessary to first find out the criteria for determining a tight and a leaky rod, for example, after agreement with the operator of the given power plant, the pressure of a tight rod is >2.0 MPa and the pressure of a leaky rod is <0.2 MPa. Next, it is necessary to non-destructively measure the rods of fuel set 1 using the procedure outlined below and run a calculation that will determine with a certain degree of probability the tight, leaky or questionable rods. To inspect nuclear fuel stored at a depth of approximately 10 to 20 m below the surface of the water in a pool with spent fuel, a mechanism is also required to drive the probes to the given depth. The mechanism for transporting the probes and accurately guiding them to the measuring position can work according to the scheme described below.
Minimálně dvě sondy 3 a 4 zavezené až do požadované hloubky a umístěné do zvolených pozic jsou přiloženy na povrch palivového proutku 2. Sondy 3 a 4 jsou spojeny s měřicím zařízením 5 umístěným nad bazénem dlouhými kabely vedoucími elektrický signál dolů do vysílací sondy 3 a z přijímací sondy 4 zase zpět do měřicího zařízení 5. Teoreticky je možné použít jednu sondu obsahující budič a současně i přijímač, případně více sond pro buzení a snímání různých tvarů kmitu v rozdílných místech proutku, nebo v několika proutcích zároveň.At least two probes 3 and 4 driven to the desired depth and placed in selected positions are attached to the surface of the fuel rod 2. Probes 3 and 4 are connected to the measuring device 5 located above the pool by long cables leading the electrical signal down to the transmitting probe 3 and from the receiving probe 4 back to the measuring device 5. Theoretically, it is possible to use one probe containing an exciter and receiver at the same time, or several probes for excitation and sensing of different forms of oscillation in different places of the rod, or in several rods at the same time.
Jakmile obě sondy 3 a 4 dosednou na povrch palivového proutku 2, vyšle měřicí zařízení 5 předem zvolený signál 8_do vysílací sondy 3. Sonda jej přenese do proutku 2, kde se frekvenční spektrum signálu přetvoří dle parametrů proutku 2, například se zvýší nebo sníží amplituda nebo frekvence dle tlaku uvnitř proutku. Odezva 9 signálu je zaznamenána přijímací sondou 4, převedena na elektrický signál a odeslána zpět do měřicího zařízení 5.As soon as both probes 3 and 4 land on the surface of the fuel rod 2, the measuring device 5 sends a preselected signal 8_to the transmitting probe 3. The probe transmits it to the rod 2, where the frequency spectrum of the signal is transformed according to the parameters of the rod 2, for example the amplitude is increased or decreased or frequency according to the pressure inside the rod. The response 9 of the signal is recorded by the receiving probe 4, converted into an electrical signal and sent back to the measuring device 5.
Měřicí zařízení 5 tvoří obvykle počítač s vhodnými programy pro vytvoření a analýzu signálu, dále hardwarový generátor signálu a osciloskop. Vytvořeným signálem může být takzvaný bílý šum, může mít tvar sinusoidy s konstantní amplitudou a postupně se zvyšující frekvencí, nebo to může být krátký elektrický impuls. Kvůli dlouhým kabelům a velkému tlumení vodou lze vysílaný nebo přijímaný signál předem zesílit, například + 20 nebo + 40 dB.The measuring device 5 usually consists of a computer with suitable programs for creating and analyzing a signal, as well as a hardware signal generator and an oscilloscope. The generated signal can be so-called white noise, it can have the shape of a sinusoid with constant amplitude and gradually increasing frequency, or it can be a short electrical impulse. Due to the long cables and large water attenuation, the transmitted or received signal can be amplified in advance, for example + 20 or + 40 dB.
Přijatý signál je vhodné upravit pomocí Fourierovi transformace a zobrazit jeho frekvenční spektrum, tj. závislost v grafu s osou amplitudy 6_a osou frekvence 7. Toto frekvenční spektrum je dále analyzováno. Dle předběžných výpočtů jsou z něj vybrány zajímavé vrcholky (peaky) 10 a je zaznamenána jejich frekvence, případně též i amplituda. Do předem připravených rovnic se vloží naměřené hodnoty frekvencí a dopočítají se chybějící vlastnosti posuzovaných proutků. Nezbytná je především tloušťka stěny proutku, stanovená na jednotky mikrometrů!It is advisable to adjust the received signal using the Fourier transform and display its frequency spectrum, i.e. the dependence in a graph with the amplitude axis 6_and the frequency axis 7. This frequency spectrum is further analyzed. According to preliminary calculations, 10 interesting peaks (peaks) are selected from it and their frequency, possibly also the amplitude, is recorded. The measured values of the frequencies are inserted into the pre-prepared equations and the missing properties of the assessed rods are added. Above all, the wall thickness of the rod, determined in units of micrometers, is essential!
- 3 CZ 2022 - 78 A3- 3 CZ 2022 - 78 A3
Sada proutků o známých vlastnostech se pak posoudí společně, vyhodnotí se odchylky jednotlivých proutků a určí se případně netěsné proutky jejichž tlak je nižší než stanovená limitní hodnota. V případě sporných proutků je třeba měření opakovat, případně zvýšit přesnost nebo četnost měření.A set of rods with known properties is then assessed together, the deviations of the individual rods are evaluated and potentially leaky rods whose pressure is lower than the specified limit value are determined. In the case of questionable rods, the measurement must be repeated, or the accuracy or frequency of measurement must be increased.
Příkladem vztahu pro výpočet tlaku uvnitř palivového proutku je rovnice (1), p — Af+B (1) kde p je tlak uvnitř palivového proutku; f je nedestruktivně stanovená rezonanční frekvence proutku; A a B jsou parametry závislé na tloušťce stěny a průměru palivového proutku, stejně tak jako na rychlosti šíření ultrazvukového signálu (respektive na materiálových vlastnostech proutku), ale také třeba na okolních podmínkách měření, jakými jsou tlumení, hustota a viskozita okolního prostředí, dále způsob a tuhost podepření proutku.An example of a relationship for calculating the pressure inside the fuel rod is equation (1), p — Af+B (1) where p is the pressure inside the fuel rod; f is the non-destructively determined resonant frequency of the rod; A and B are parameters dependent on the wall thickness and diameter of the fuel rod, as well as on the propagation speed of the ultrasonic signal (respectively on the material properties of the rod), but also on the surrounding conditions of measurement, such as damping, density and viscosity of the surrounding medium, as well as the method and rod support stiffness.
Rovnice (1) může mít mnoho podob, nemusí být vždy lineární. V závislosti na tlumení, způsobu buzení nebo podepření může jít o stoupající či klesající fůnkci. Nejdůležitějšími faktory ovlivňujícími její správné fůngování je dostatečně přesně stanovená tloušťka stěny palivového proutku a správné určení zvolené rezonanční frekvence.Equation (1) can take many forms, it may not always be linear. Depending on the damping, the method of excitation or support, it can be a rising or falling function. The most important factors affecting its proper functioning are sufficiently precisely determined wall thickness of the fuel rod and correct determination of the selected resonance frequency.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Metodu měření tlaku uvnitř palivových proutků, podle tohoto vynálezu, je možné aplikovat v zařízeních manipulujících s palivovými soubory, zařízeních určených k prohlídkám a měřením palivových souborů nebo jejich skladování. Tato zařízení se vyskytují především v jaderných elektrárnách, ale také v průmyslových podnicích vyrábějících jaderné palivo, výzkumných ústavech, případně v lokalitách pro mokré skladování vyhořelého jaderného paliva. Tuto metodu je možné využít také při měření tlaku jiných předmětů, které jsou hermeticky a nerozebíratelně spojeny.The method of measuring the pressure inside the fuel rods, according to the present invention, can be applied in devices handling fuel assemblies, devices intended for inspection and measurement of fuel assemblies or their storage. These devices are mainly found in nuclear power plants, but also in industrial enterprises producing nuclear fuel, research institutes, or in locations for wet storage of spent nuclear fuel. This method can also be used when measuring the pressure of other objects that are hermetically and indissolubly connected.
Claims (3)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-78A CZ202278A3 (en) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | A method of measuring the pressure inside fuel pins |
| PCT/IB2023/051463 WO2023156967A1 (en) | 2022-02-18 | 2023-02-17 | Method of fuel rods internal pressure measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-78A CZ202278A3 (en) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | A method of measuring the pressure inside fuel pins |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ202278A3 true CZ202278A3 (en) | 2023-08-30 |
Family
ID=85873908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2022-78A CZ202278A3 (en) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | A method of measuring the pressure inside fuel pins |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ202278A3 (en) |
| WO (1) | WO2023156967A1 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58142296A (en) * | 1982-02-19 | 1983-08-24 | 原子燃料工業株式会社 | Method of measuring inside pressure of nuclear fuel rod |
| ES2075734T3 (en) * | 1992-03-26 | 1995-10-01 | Siemens Power Corp | METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DAMAGED FUEL RODS THROUGH THE USE OF ATTENUATION OF THE ACOUSTIC ENERGY WAVE. |
| US5418823A (en) * | 1994-01-04 | 1995-05-23 | General Electric Company | Combined ultrasonic and eddy-current method and apparatus for non-destructive testing of tubular objects to determine thickness of metallic linings or coatings |
-
2022
- 2022-02-18 CZ CZ2022-78A patent/CZ202278A3/en unknown
-
2023
- 2023-02-17 WO PCT/IB2023/051463 patent/WO2023156967A1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023156967A1 (en) | 2023-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rose et al. | Ultrasonic guided wave inspection concepts for steam generator tubing | |
| Fourmentel et al. | Acoustic sensor for in-pile fuel rod fission gas release measurement | |
| FI72004B (en) | FOER REQUIREMENTS FOR THE DETECTION OF FELAKTIGA BRAENSLEELEMENT I EN BRAENSLEPATRON FOER KAERNREAKTORER | |
| US20130058448A1 (en) | Vibro-acoustic sensors for materials characterization and related methods and systems | |
| CZ202278A3 (en) | A method of measuring the pressure inside fuel pins | |
| Norris et al. | Inspection of nuclear power plant containment structures | |
| US20060291608A1 (en) | Fuel channel characterization method and device | |
| EP0936630A1 (en) | Detection of nuclear fuel rod failure | |
| Chatzidakis et al. | Sensor requirements for detection and characterization of stress corrosion cracking in welded stainless steel canisters | |
| US20060193422A1 (en) | Fuel channel characterization method and device | |
| JPH11281630A (en) | Method and device for ultrasonically inspecting nuclear fuel rod | |
| KR20100002815A (en) | Ultrasonic transducer for structural health monitoring(shm) by using the magnetostrictive effect | |
| Sharp et al. | Pressure monitoring of special nuclear material containment | |
| Meyer et al. | Review of NDE methods for detection and monitoring of atmospheric SCC in welded canisters for the storage of used nuclear fuel | |
| Chatzidakis et al. | High-resolution ultrasound imaging using model-based iterative reconstruction for canister degradation detection | |
| Nouailhas et al. | Ultrasonic modeling and experiments: An industrial case: Bimetallic weld in nuclear power plant | |
| Park et al. | Sensing solutions for assessing and monitoring of nuclear power plants | |
| Gao | A Critical Analysis of Existing Intelligent Analytical Techniques for Pile Integrity Test | |
| Daw et al. | Status of Mock-up and Integration for Ultrasonic Deformation Sensor for TREAT Experiments | |
| CZ202277A3 (en) | A method of non-destructive measurement of the thickness of thin-walled pipes of a small diameter | |
| Ramuhalli et al. | Experimental Design for Evaluating Selected Nondestructive Measurement Technologies-Advanced Reactor Technology Milestone: M3AT-16PN2301043 | |
| Daw et al. | Design Requirements for Ultrasonic Deformation Sensor for TREAT Experiments | |
| Allen | Calibration of portable NDE techniques for residual stress measurement | |
| Meyer et al. | Developing effective continuous on-line monitoring technologies to manage service degradation of nuclear power plants | |
| Cattant | Review of Non-destructive Testing Techniques Used in LWRs Inspections |