CZ227494A3 - Process and apparatus for determining defects of nuclear fuel rods - Google Patents

Description

» Zařízení a způsob zjišťování vadných jaderných palivových tyčí <4 “V ~ Oblast techniky zařízení a tyčí,

Vynález se týká jaderných palivových provádění relativního měření měřením zeslabení závislého energie, čímž se zjistí vadná způsobu zjišťování vadných zejména zařízení a způsobu pro vnitřního tlaku palivových tyčí na frekvenci spektra akustické palivová tyč.

Dosavadní stav techniky

Zjišťování vad jaderných palivových tyčí se normálně provádí buď ultrazvukovými zkouškami nebo měřením průsaku. Při ultrazvukových zkouškách se voda v palivových tyčích (což znamená vadu) zjišťuje měřením rozdílu zeslabení ultrazvukové energie vracející se z vodního rozhraní (vadná palivová tyč) nebo plynného rozhraní (zvuková tyč) pláště vnitřní stěny. Příklad tohoto přístupu je popsán v patentu US 4 879 088, postoupeném stejnému přihlašovateli jako předložený vynález. Při zjišťování průsaku, mokrého nebo suchého, způsob zjišťuje uvolněné štěpné plyny z vadné palivové tyče. V každém případě existuje stav, jako například interakce pláště palivových tablet nebo extrémně malé průsaky, který omezuje účinnost obou způsobů.

V patentu US 4 126 514 je popsán způsob zjišťování vadných palivových elementů izolováním kontaktu mezi vnější plochou pláště palivového elementu a normálně používanou chladicí kapalinou a potom provádění měření zeslabení ozvěn impulsů pro zjišťování přítomnosti nadměrně nabobtnalých palivových pelet. Měření přítomnosti buď chladicí kapaliny v palivovém elementu nebo počtu nabobtnalých palivových pelet se provádí vhodnou interpretací ozvěn impulsů.

V patentu US 3 350 271 je popsán snímač jaderného reaktoru, který v sobě obsahuje kapalinu, takže přestupem tepla do tohoto snímače dojde k ohřevu kapaliny v něm obsažené. Za normálních pracovních podmínek tlak udržuje kapalinu jako kapalinu. Var kapaliny ve snímači, zjištěný ultrazvukem, může být použit jako údaj o dosažení předem stanoveného tlaku. Jestliže existuje v palivové tyči netěsnost, musí dojít k poklesu tlaku, a proto k odpařování kapaliny a expanzi otvorem, což udává, že došlo ke vzniku netěsnosti.

Ani zmíněný patent US neměří napětí pomocí ultrazvuku pro zjištění vnitřního tlaku v palivové tyči, jak bude dále popsáno v souvislosti s popisem vynálezu.

V patentu US 4 009 616 je popsán akustický způsob měření tlaku plynu v hermeticky utěsněném plášti. Provádí se určováním změny rychlosti a zeslabení ultrazvukového signálu, způsobenou tlakem plynu uvnitř pláště (palivové tyče). Tento proces vyžaduje, aby plynem byl vyslán signál a účinky signálu přijmutého přes plášť byly minimalizovány. Tím se tento způsob měřeni liší od dále popsaného zařízení a způsobu podle relativní napětí v materiálu pláště je výsledkem tlaku plynu, který je uvnitř. Navíc způsob podle patentu US 4 009 616 není praktický pro použití, protože všechny palivové tyče mají ve zmíněném prostoru mnoho pružin, které by mohly bud úplně zablokovat nebo zničit všechny potřebné informace, obsažené v akustických údajích (to jest rychlost a zeslabení).

Úkolem vynálezu je odstranit výše uvedené nedostatky známých způsobů zjišťování vadných palivových tyčí a vytvořit spolehlivější a opakovatelný způsob a zařízení pro zjišťování

-Z vynálezu, který měří palivové tyče, které vadných palivových tyčí.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje zařízení pro zjištování vadných jaderných palivových tyčí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z vysílacího prostředku pro vytvoření zdroje impulsové elektrické energie, z prvního snímacího prostředku, reagujícího na vysílací prostředek, pro aplikaci impulsové ultrazvukové energie specifické frekvence přímo do vnějšího pláště jaderné palivové tyče, z druhého snímacího prostředku, vzdáleného od prvního snímacího prostředku, pro příjem ultrazvukové energie vysílané palivovou tyčí a podél ní, a pro vytvoření elektrického signálu jako reakce na tento příjem, přičemž druhý snímací prostředek je umístěn u vnějšího pláště uvedené jaderné palivové tyče, z přijímacího prostředku, reagujícího na uvedený signál z druhého snímacího prostředku, pro zpracování vysokofrekvenčních a nízkofrekvenčních komponent uvedeného signálu a pro vytvoření výstupního signálu, a z hradlovaného vícekanálového spektrálního analyzátoru, z přijímacího přijmuté reagujícího na prostředku, pro ultrazvukové uvedený výstupní signál určení spektrální komponenty energie v nízkofrekvenčním a vysokofrekvenčním rozsahu a pro vytváření výsledných signálů úměrných amplitudě každé frekvenční komponenty, přičemž výsledné signály jsou mírou napětí v plášti a následně tlakových rozdílů, takže jakákoli ztráta tlaku plynu v palivové tyči bude přímou mírou vady pláště palivové tyče.

Uvedený úkol dále splňuje způsob zjištování vadných jaderných palivových tyčí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z aplikování širokopásmových impulsů ultrazvukové energie do jaderné palivové tyče, ze snímání změřené ultrazvukové odezvy uvedené palivové tyče, a to z aplikované ultrazvukové energie, z převedení takto změřené odezvy na signál, z určení spektrální analýzou spektrální elektrického signálu v nízkofrekvenčním a vytváření výsledných signálů frekvenční komponenty, přičemž napětí v plášti palivové tyče elektrický komponenty a vysokofrekvenčním rozsahu úměrných amplitudě každé výsledné signály jsou mírou a následně rozdílů tlaků, takže jakákoli ztráta tlaku plynu v palivové tyči bude přímou mírou vady pláště palivové tyče.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje zjednodušené blokové schéma zařízení podle vynálezu, obr. 2a 3 znázorňují skutečná data, získaná z palivové tyče s nízkým tlakem a dvou palivových tyčí s vysokým tlakem.

Příklady provedeni vynálezu

Zařízení a způsob podle vynálezu všeobecně měří relativní napětí v plášti jaderné palivové tyče vyvolané tlakem plynu uvnitř palivové tyče. Přitom se provádí určování poměru zeslabení dvou specifických frekvencí ze širokopásmového nízkofrekvenčního spektra akustické energie. Relativní rozdíly tlaku jsou měřitelné, a proto jakákoli ztráta tlaku plynu uvnitř palivové tyče je přímým označením toho, že plášů palivové tyče je vadný.

Na obr. 1 je znázorněné zařízení podle vynálezu. Je prováděna zkouška palivové tyče 10 aplikací širokopásmové impulsové ultrazvukové energie na palivovou tyč 10. Tato aplikace se provádí přiváděním elektrické energie z vysílače 11 do prvního akustického snímače 12. Vysílač 11 je proveden s výhodou ve formě piezoelektrického krystalu, který pracuje při rezonanční frekvenci 300 kHz. Druhý akustický snímač 13, vzdálený do prvního akustického snímače 12, funguje jako přijímací element. Oba akustické snímače 12, 13 jsou uspořádány na přetlakovém prostoru 30, aby kolem tohoto přetlakového prostoru 30 vznikla šroubovitá akustická dráha s mnoha závity. Akustické snímače 12., 13 nejsou v přímém kontaktu s palivovými tyčemi 10.. Pro minimalizování blízkého účinku pole akustických snímačů 12., 13 je ponechána mezera 1,27 mm. Tato vzdálenost však není rozhodující. Druhý akustický snímač 13 dodává svou energii do přijímače 14 obsahujícího zesilovací část a pásmové propusti vysokých a nízkých frekvencí. Výstupní signály pásmových propustí se potom přivádějí do hradlovaného vícekanálového spektrálního analyzátoru 17 s příslušnými pásmovými propustmi. Spektrální analyzátor 17 je hradlován signálem z vysílače 11.

Vysílač 11 vydává impulsy předem stanovené intenzity a frekvenční spektrum energie prošlé pláštěm se snímá snímacím krystalem druhého akustického snímače 13 a přes přijímač 14 se přivádí do spektrálního analyzátoru 17. Spektrální analyzátor 17 filtruje dvě příslušná frekvenční pásma a vytváří signály 15. 16, které jsou úměrné amplitudě každé frekvenční komponenty. Zeslabení nižších frekvencí, « 100 kHz, je výraznější, než zeslabení vyšších frekvencí vzhledem k napěťovým faktorům v plášti. Velikost zeslabení nižších frekvencí se přímo vztahuje k napětím (neboli tlaku plynu uvnitř) v plášti.

Vynálezce provedl mnoho specifických zkoušek pro určení toho, zda přítomnost nebo nepřítomnost plynu o tlaku 3450 kPa (maximum očekávané na konci životnosti palivové tyče PWR; v průběhu palivového cyklu se tlak ve zvukových palivových tyčích pouze zvýší vzhledem k uvolňování štěpného plynu z palivových pelet) uvnitř inertních palivových tyčí 10 s pláštěm ze slitiny zircaloy 4. Experimentální vzorky představuje pět palivových tyčí 10, vždy s vnitřními pružinami, přičemž jedna má uvnitř nulový tlak, jedna má uvnitř 414 kPa, jedna má 2691 kPa, a dvě mají vysoké nespecifikované tlaky. Palivové tyče PWR mají uvnitř obvykle tlak ~ 2691 kPa. Palivové tyče BWR mají obvykle uvnitř tlak «414 kPa. Zkoušky probíhaly ve vodní dráze. Je nutno zdůraznit, že měření nemusí být prováděna pod vodou, i když je zde přijatelné spojovací médium pro průchod akustického ozářené palivové tyči musí být pod vodou pro snížení vystavení signálu. Pro aplikaci na všechny zkoušky prováděny personálu účinku velmi vysoké radiace,

Jestliže je palivová tyč 10 vadná, předpokládá se, že větší množství plynu unikne a zbytek se vyrovná s vnějším tlakem vody (« 103,5 kPa vně aktivní zóny reaktoru, kde zkoušky probíhaly).

Při zkouškách byl vysílačem 11 vyslán širokopásmový impuls s většinou své energie v rozsahu od 50 kHz do 1 MHz. Tento impuls byl zjišůován dvěma kanály s různými pásmovými propustmi, s výhodou 100 až 300 kHz a 600 až 1200 kHz. Vzdálenost akustických snímačů 12., 13 byla s výhodou 152,4 mm. Je rovněž výhodné, když odstup mezi akustickými snímači 12, 13 pokrývá co největší tlakový prostor (obvykle 152,4 mm až 279,4 mm). Akustické snímače 12, 13 měly střední frekvenci 300 kHz. Přijmutý signál byl digitalizován a použit pro výpočet frekvenčního spektra použitím rychlé Fourierovy transformace (FFT).

Na obr. 2 je znázorněn displej frekvenčního spektra 100 až 300 kHz na základě měření palivové tyče s nulovým tlakem a dvou palivových tyčí s přetlakem 2691 kPa, který udává požadovanou opakovatelnou korelaci s vnitřním tlakem v palivových tyčích 10.. Levá sada rozptylových datových bodů

Ί představuje nulový vnitřní tlak, zatímco pravé sady pocházejí ze dvou různých palivových tyčí s vnitřním tlakem 2691 kPa. Svislý rozměr (posuv ve směru osy y) rozptylových datových bodů představuje rozdíl faktorů zeslabení.

Na obr. 3 je znázorněn rozdíl hodnotami pro stejné tři palivové energetickými hodnotami 100 který označuje požadovanou mezi energetickými tyče, a to mezi a 600 až 1200 kHz, menším rozptylem až 300 kHz korelaci £ (s nulovým tlakem vlevo). Na obou obr. 2 a 3 je stav s nulovým tlakem jasně odlišitelný od stavů s vysokým tlakem.

Proces měření je založen na schopnosti měření malých změn rychlosti zvuku a zeslabení příčných vln oproti podélným. Předpokládá se, že tyto změny jsou přímo úměrné napětí v plášti a způsobují interakce vln v přijímacím akustickém snímači 13.. Nej lepší poměry zeslabení byly u frekvencí 100 až 300 kHz oproti 600 až 1200 kHz, jak ukázaly zkoušky, ačkoli předložený vynález není specificky omezen na tyto rozsahy. Je zřejmé, že zařízení podle vynálezu není určeno pro vytvoření standardu měření, avšak spíše pro určování jednotlivých vadných tyčí, které je založeno na rozložení amplitud signálů jednotlivých palivových sestav.

Tím by se standardizovaly vady způsobené různým uvolňováním štěpného plynu (mírné tlakové rozdíly mezi jednotlivými palivovými tyčemi).

I když předcházející popis a výkresy představují výhodná provedení vynálezu, může odborník provádět v rámci vynálezu různé změny a modifikace, aniž by vybočil z jeho rozsahu.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROK Y'

   1. Zařízení pro zjišťování vadných jaderných palivových tyčí, vyznačující se tím, že sestává z vysílacího prostředku pro vytvoření zdroje impulsové elektrické energie, prvního snímacího prostředku, reagujícího na vysílací prostředek, pro aplikaci impulsové ultrazvukové energie specifické frekvence přímo do vnějšího pláště jaderné palivové tyče, druhého snímacího prostředku, vzdáleného od prvního snímacího prostředku, pro příjem ultrazvukové energie vysílané palivovou tyčí a podél ní, a pro vytvoření elektrického signálu jako reakce na tento příjem, přičemž druhý snímací prostředek je umístěn u vnějšího pláště uvedené jaderné palivové tyče, přijímacího prostředku, reagujícího na uvedený signál z druhého snímacího prostředku, pro zpracování vysokofrekvenčních a nízkofrekvenčních komponent uvedeného signálu a pro vytvoření výstupního signálu, a hradlovaného vícekanálového spektrálního analyzátoru, na uvedený výstupní signál z přijímacího pro určení spektrální komponenty přijmuté reaguj ícího prostředku, ultrazvukové energie v nízkofrekvenčním a vysokofrekvenčním rozsahu a pro vytváření výsledných signálů úměrných amplitudě každé frekvenční komponenty, přičemž výsledné signály jsou mírou napětí v plášti a následně tlakových rozdílů, takže jakákoli ztráta tlaku plynu v palivové tyči bude přímou mírou vady pláště palivové tyče.
2. 2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že vysílací prostředek vysílá impulsové signály o frekvenci přibližně 300 kHz.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující tím, že druhý přijímací prostředek je širokopásmovým přij ímačem.
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že spektrální analyzátor analyzuje signály v nízkofrekvenčním rozsahu od 100 do 300 kHz a signály ve vysokofrekvenčním rozsahu od 600 do 1200 kHz.
5. 5. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že první snímací prostředek používá širokopásmové impulsy v rozsahu od 50 kHz do 1 MHz.
6. 6. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že palivové tyče jsou ponořeny do vodní lázně.
7. 7. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že výsledné signály představují změnu zeslabení nízkého rozsahu frekvencí.
8. 8. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že přijímací prostředek obsahuje zesilovací část a pásmové propusti vysokých a nízkých frekvencí.
9. 9. Způsob zjišťování vadných jaderných palivových tyčí, vyznačující se tím, že sestává z aplikování širokopásmových impulsů ultrazvukové energie do jaderné palivové tyče, snímání změřené ultrazvukové odezvy uvedené palivové tyče, a to z aplikované ultrazvukové energie, převedení takto změřené odezvy na elektrický signál, určení spektrální analýzou spektrální komponenty elektrického signálu v nízkofrekvenčním a vysokofrekvenčním rozsahu a vytváření výsledných signálů úměrných amplitudě každé frekvenční komponenty, přičemž výsledné signály jsou mírou napětí v plášti palivové tyče a následně rozdílů tlaků, takže jakákoli ztráta tlaku plynu v palivové tyči bude přímou mírou vady pláště palivové tyče.