FR2523723A1

FR2523723A1 - Detecting defective fuel rod can - by change in natural frequency caused by loss of internal gas pressure

Info

Publication number: FR2523723A1
Application number: FR8204776A
Authority: FR
Inventors: Yasuhuki Shima; Hiroyuki Nuno; Toshihiko Sato
Original assignee: Mitsubishi Atomic Power Industries Inc
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1982-03-19
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1983-09-23
Also published as: DE3210302A1

Abstract

The internal pressure of pressurised, gastight vessels containing mass produced products, esp. nuclear fuel rods, is measured by measuring the natural vibrational frequency of the fuel can (2), which varies according to its internal pressure. Preferably, transmission elements (7,8) are located adjacent to the can (2) in the zone of the rod containing the pressurised gas. Defective fuel elements are thereby identified due to the difference in the natural frequency of the fuel can as a result of escape of gas from the can, which in turn leads to a considerable loss of internal pressure due to cooling. Alternatively, the method may used for detecting sub-standard fuel rods immediately after manufacture. The process is esp. useful for the non-destructive testing of faulty fuel rods, i.e. those having a leak in the fuel can. In particular, for example, for pressurised water reactor fuel elements which are normally pressurised internally with helium gas to approx. 30 bar. A fuel element assembly may comprise 150-200 rods. For a boiling water reactor, a fuel element assembly may comprise 30-70 rods. The method is more reliable and simpler than previous methods. The emitter and receiver required are sufficiently small to be placed in the spaces between rods while in the fuel assembly.

Description

Procédé de détection d'une baisse de pression interne
de gaz dans les produits du type récipient
I1 existe de nombreuses sortes de produits du type récipient qui doivent contenir des gaz intérieurs
sous pression et être fermés de façon absolument étanche, et il est habituellement nécessaire de contrôler, sans détruire la fermeture étanche, si la pression interne est maintenue au niveau prescrit.Method for detecting a drop in internal pressure
gas in container type products
There are many kinds of container type products that must contain interior gases
under pressure and be closed in a completely sealed manner, and it is usually necessary to check, without destroying the sealed closure, whether the internal pressure is maintained at the prescribed level.

La fréquence naturelle de vibration à l'intérieur d'un récipient rempli d'un gaz sous pression dépend de la pression du gaz, si bien qu'il est possible de juger si la pression est normale ou non en mesurant de l'extérieur cette fréquence naturelle. The natural frequency of vibration inside a container filled with a gas under pressure depends on the pressure of the gas, so that it is possible to judge if the pressure is normal or not by measuring from the outside this natural frequency.

Dans le cas des barres de combustible nucléaire en service opérationnel, il est absolument impératif que leurs tubes de blindage soient hermétiquement fermés pour que les gaz de fission nocifs accumulés ne s'échappent pas à l'extérieur. Si la fermeture étanche d'une barre de combustible devient défectueuse pour une raison ou une autre, les gaz internes s'échappent (et il y a une baisse de pression), et cette barre est considérée comme une barre de combustible défectueuse. In the case of nuclear fuel rods in operational service, it is absolutely imperative that their shielding tubes are hermetically sealed so that the accumulated harmful fission gases do not escape to the outside. If the sealing of a fuel rod becomes defective for some reason, the internal gases escape (and there is a drop in pressure), and that bar is considered a defective fuel rod.

La présente invention a pour objet un procédé permettant un contrôle non-destructif d'une barre de combustible défectueuse par mesure de la fréquence naturelle des vibrations dans le sens de la largeur de son enveloppe. The present invention relates to a method for non-destructive testing of a defective fuel rod by measuring the natural frequency of vibrations in the direction of the width of its envelope.

Les barres de combustible nucléaire du type à mise sous pression préalable (telles que les barres de combustible des réacteurs PWR ) sont, lors de
leur fabrication, remplies d'hélium gazeux sous pression à environ 30.105 Pa. Aussi la présente invention a-t-elle également pour objet un procédé permettant de distinguer les barres de combustible "inférieures", lors du processus de contrôle de qualité.Pre-pressurized type nuclear fuel rods (such as the PWR reactor fuel rods) are, when
their manufacture, filled with gaseous helium under pressure at about 30.105 Pa. The present invention therefore also relates to a process making it possible to distinguish the "lower" fuel rods, during the quality control process.

Le coeur d'un réacteur se compose d'un grand nombre ensembles à combustible, et un ensemble à combustible se compose lui-même d'un grand nombre de barres de combustible. The core of a reactor consists of a large number of fuel assemblies, and a fuel assembly itself consists of a large number of fuel rods.

A ltheure actuelle, la détection d'une barre de combustible défectueuse se fait de la façon suivante. Tout d'abord, on procède à une détection dans le sens de la largeur du coeur du réacteur en surveillant de façon permanente le niveau de radioactivité de l'agent de refroidissement, et si ce niveau dépasse une certaine valeur, cela indique qu'il s'est produit une défaillance dans certaines des barres de combustible du coeur du réacteur (car, si cette défaillance se produit, des produits de fission radio-actifs passent dans l'agent de refroidissement). Ensuite, après avoir arrêté le fonctionnement du réacteur, on procède à une inspection de chaque ensemble à combustible pour découvrir celui qui contient les barres de combustible défectueuses.L'ensemble à combustible contenant les barres de combustible défectueuses ne peut plus être utilisé et doit être retiré du coeur du réacteur. At present, the detection of a defective fuel rod is done as follows. First of all, a detection is carried out across the width of the reactor core by permanently monitoring the level of radioactivity of the coolant, and if this level exceeds a certain value, this indicates that it a failure has occurred in some of the fuel rods in the reactor core (because, if this occurs, radioactive fission products pass through the coolant). Then, after shutting down the operation of the reactor, each fuel assembly is inspected to find the one containing the defective fuel rods. The fuel assembly containing the defective fuel rods can no longer be used and must be removed from the reactor core.

Un ensemble à combustible se compose de 150 à 200 barres de combustible pour un réacteur à eau sous pression (PWR), et de 30 à 70 barres de combustible pour un réacteur à eau bouillante (BWR). En général, pas plus de une ou deux des nombreuses barres de combustible d'un ensemble à combustible sont défectueuses. Si un aussi petit nombre de barres de combustibles défectueuses est décelé puis remplacé soit par de fausses barres de combustible soit par des barres de combustible neuves, on peut encore utiliser cet ensemble à combustible avec profit et économiquement. Aussi est-il très utile de disposer d'une technique permettant de localiser les barres de combustibles défectueuses dans l'ensemble à combustible. A fuel assembly consists of 150 to 200 fuel rods for a pressurized water reactor (PWR), and 30 to 70 fuel rods for a boiling water reactor (BWR). In general, no more than one or two of the many fuel rods in a fuel assembly are defective. If such a small number of defective fuel rods are detected and then replaced either by bogus fuel rods or by new fuel rods, this fuel assembly can still be used profitably and economically. It is therefore very useful to have a technique for locating defective fuel rods in the fuel assembly.

Un procédé classique type de localisation des barres de combustible défectueuses consiste à détecter la présence de l'agent de refroidissement du réacteur
(l'eau) dans la barre défectueuse. Plus précisément, ce procédé est basé sur le principe de la différence de vitesse de transmission d'un faisceau ultrasonique entre une barre défectueuse et une barre non défectueuse, lorsque ce faisceau est émis d'un côté et reçu de l'autre côté de la barre en question. Dans la barre défectueuse, l'intensité de l'onde sonique est diminuée du fait de l'absorption d'énergie par une couche d'eau ou par des gouttelettes d'eau présentes sur la paroi interne du blindage, qui ont pénétré par des défauts de ce dernier
(voir le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.945.245 et le brevet allemand P 2605962.1).Selon ce procédé, le principe de la détection n'est valable que lorsqu'une quantité décelable d'eau est supposée avoir pénétré à l'intérieur du blindage. Or si les défauts du blindage sont constitués par des fissures relativement petites, iD peuvent être facilement obturés, et la pénétration de l'eau peut ainsi être arrêtée.A typical standard method for locating defective fuel rods is to detect the presence of the reactor coolant
(water) in the defective bar. More specifically, this method is based on the principle of the difference in transmission speed of an ultrasonic beam between a defective bar and a non-defective bar, when this beam is emitted on one side and received on the other side of the bar in question. In the defective bar, the intensity of the sonic wave is reduced due to the absorption of energy by a layer of water or by water droplets present on the internal wall of the shield, which have penetrated by faults of the latter
(see U.S. Patent No. 3,945,245 and German Patent P 2,605,962.1) Under this method, the principle of detection is only valid when a detectable amount of water is assumed to have penetrated inside the shield. However, if the shielding faults consist of relatively small cracks, iD can be easily closed, and the penetration of water can thus be stopped.

L'objectif de la présente invention est de procurer un procédé pour localiser des barres de combustible défectueuses dans un ensemble à combustible, d'une manière plus fiable et plus simple qu'avec le procédé classique existant. The object of the present invention is to provide a method for locating defective fuel rods in a fuel assembly, in a more reliable and simpler manner than with the existing conventional method.

La fréquence naturelle de vibration,dans le sens de la largeur de l'enveloppe, d'une barre de combustible dépend de sa pression interne. Dans la barre de combustible, le tube de blindage de la région dite "plenum" (espace libre surmontant le combustible) forme une sorte d'enveloppe cylindrique à l'intérieur de laquelle se trouve le gaz sous pression. La présente invention a pour objet un procédé permettant de faire la distinction entre les barres défectueuses et les barres de combustible normales par mesure des différences de fréquence naturelle des tubes de blindage au niveau de leur plenum, en tirant partie du fait que la pression interne de la barre de combustible défectueuse est à coup sûr tombée à un niveau proche de celui de la pression atmosphérique. The natural frequency of vibration, across the width of the casing, of a fuel rod depends on its internal pressure. In the fuel rod, the shielding tube of the so-called "plenum" region (free space above the fuel) forms a sort of cylindrical envelope inside which the pressurized gas is found. The present invention relates to a method for distinguishing between defective bars and normal fuel rods by measuring the differences in natural frequency of the shielding tubes at their plenum, taking advantage of the fact that the internal pressure of the defective fuel rod certainly fell to a level close to that of atmospheric pressure.

Afin de détecter les barres de combustible défectueuses dans un ensemble à combustible, on utilise une sonde comportant une paire d'éléments transducteurs, à savoir un élément excitateur et un élément récepteur , que l'on peut prévoir assez fins et petitspour pouvoir les introduire dans les espaces libres ménagés entre les barres de combustible de l'ensemble à combustible. On met cette sonde dans l'alignement de la barre de combustible à examiner, au niveau du plenum, et on mesure la fréquence naturelle du tube de
blindage. Il est plus efficace d'utiliser la sonde avec des éléments transducteurs à agencement multicanaux correspondant à l'agencement des barres de l'ensemble à combustible.In order to detect the defective fuel rods in a fuel assembly, a probe is used comprising a pair of transducer elements, namely an excitation element and a receiver element, which can be provided thin and small enough to be able to introduce them into the free spaces provided between the fuel rods of the fuel assembly. This probe is placed in alignment with the fuel bar to be examined, at the level of the plenum, and the natural frequency of the tube is measured.
shielding. It is more efficient to use the probe with transducer elements with multichannel arrangement corresponding to the arrangement of the fuel assembly bars.

En faisant appel à ce procédé, il devient possible de localiser les barres de combustible défectueuses dans l'ensemble à combustible sans démonter ce dernier. By using this process, it becomes possible to locate faulty fuel rods in the fuel assembly without disassembling the latter.

Dans le cas des barres de combustible de PWR, qui sont mises sous une pression interne de 30.105pua environ avec de l'hélium gazeux lors de leur fabrication, la présente invention procure également un procédé permettant de faire la distinction entre les barres de combustible dites "inférieures", au sens de l'intégrité de la fermeture étanche, et les barres de combustible normales, lors du procédé de fabrication ou à tout autre moment où il faut vérifier que la mise sous pression est correcte, par exemple avant de charger les barres dans un réacteur. In the case of PWR fuel rods, which are put under an internal pressure of approximately 30.105pua with helium gas during their manufacture, the present invention also provides a method making it possible to distinguish between the so-called fuel rods "lower", in the sense of the integrity of the tight seal, and normal fuel rods, during the manufacturing process or at any other time when it is necessary to check that the pressurization is correct, for example before loading the bars in a reactor.

La technique selon l'invention est également applicable à la "détection des produits inférieurs" pour d'autres genres de produits industriels contenant des gaz sous pression qui doivent être fermés hermétiquement. The technique according to the invention is also applicable to the "detection of inferior products" for other kinds of industrial products containing gases under pressure which must be hermetically sealed.

Sur les dessins ci-joints
La Figure 1 est une représentation schématique d'une sonde à tête unique permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention
La Figure 2 est une représentation schématique d'une sonde à têtes multiples (dans un agencement 4 x 4 pour plus de simplicité), permettant également la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
Les Figures 3(a) à 3(c) représentent les modes de vibration d'une enveloppe cylindrique mince dans le sens de sa largeur
La Figure 4 est un graphe représentant la relation entre la fréquence naturelle d'un tube de blindage de type nZirc-4" et la pression interne ;;
Les figures 5a à5c représentent des oscillogrammes montrant les résultats de l'analyse de fréquence lorsque la fréquence naturelle du tube de blindage est mesurée conformément au procédé selon la présente invention
La Figure 6 est un schéma représentant l'oscillation "par bouffées" efficace pour le dispositif de détection conforme à la présente invention, ainsi que la forme d'onde reçue correspondante ; et
La Figure 7 représente un schéma de principe du procédé de détection conforme à la présente invention, dans son application à une centrale nucléaire.On the attached drawings
Figure 1 is a schematic representation of a single head probe allowing the implementation of the method according to the invention
Figure 2 is a schematic representation of a multi-head probe (in a 4 x 4 arrangement for simplicity), also allowing the implementation of the method according to the invention;
Figures 3 (a) to 3 (c) show the modes of vibration of a thin cylindrical envelope in the direction of its width
Figure 4 is a graph showing the relationship between the natural frequency of an nZirc-4 "type shielding tube and internal pressure ;;
FIGS. 5a to 5c represent oscillograms showing the results of the frequency analysis when the natural frequency of the shielding tube is measured according to the method according to the present invention
Figure 6 is a diagram showing the "puff" oscillation effective for the detection device according to the present invention, as well as the corresponding received waveform; and
Figure 7 shows a block diagram of the detection method according to the present invention, in its application to a nuclear power plant.

Dans le cas des barres de combustible à gaz sous pression, un gaz comprimé est enfermé hermétiquement dans les barres de combustible jusqu'à 30.105Pa environ,pour que les tubes de blindage ne s'écrasent pas sous l'effet de la forte pression externe de l'agent de refroidissement au cours du fonctionnement. En outre, des gaz de produits de fission, par exemple du xénon ou du krypton sont engendrés à l'intérieur des barres de combustible, ce qui contribue à augmenter la pression interne de O à 30.la (à froid) suivant les vitesses de combustion. In the case of pressurized gas fuel rods, a compressed gas is hermetically sealed in the fuel rods up to approximately 30.105 Pa, so that the shielding tubes do not collapse under the effect of the strong external pressure. coolant during operation. In addition, fission product gases, for example xenon or krypton, are generated inside the fuel rods, which contributes to increasing the internal pressure from 0 to 30.la (cold) depending on the velocities of combustion.

En revanche, après que le réacteur a été arrêté et refroidi, la pression externe de la barre de combustible descend à 1 à 2.lOWa environ. Dans ces conditions, les gaz internes de la barre de combustible défectueuse s'échappent par les défauts du tube de blindage jusqu'à ce que la pression interne tombe à un niveau pratiquement égal à la pression externe.La fréquence naturelle d'une enveloppe cylindrique soumise à une pression interne peut être exprimée par l'équation suivante

dans laquelle fp est la fréquence naturelle sous l'effet d'une pression
interne (en Hz) n correspond au mode circonférentiel k correspond au mode axial
E est le module de Young (en kg/cm2) pm est une grandeur exprimée en kg sec2/cm4
R est le rayon de l'enveloppe cylindrique (en cm)
P est la pression interne (en kg/cm2) h est l'épaisseur de l'enveloppe (en cm) v est le coefficient de Poisson t est la longueur (correspondant à la longueur du plenum)
(en cm) a a = (kwR)/t. On the other hand, after the reactor has been shut down and cooled, the external pressure of the fuel rod drops to approximately 1 to 2.lOWa. Under these conditions, the internal gases of the defective fuel rod escape through the faults of the shielding tube until the internal pressure drops to a level practically equal to the external pressure. The natural frequency of a cylindrical envelope subjected to internal pressure can be expressed by the following equation

in which fp is the natural frequency under the effect of a pressure
internal (in Hz) n corresponds to the circumferential mode k corresponds to the axial mode
E is Young's modulus (in kg / cm2) pm is a quantity expressed in kg sec2 / cm4
R is the radius of the cylindrical envelope (in cm)
P is the internal pressure (in kg / cm2) h is the thickness of the envelope (in cm) v is the Poisson's ratio t is the length (corresponding to the length of the plenum)
(in cm) aa = (kwR) / t.

L'équation ci-dessus permet de voir que la fréquence naturelle du tube de blindage devient de plus en plus grande à mesure que la pression interne augmente. The above equation shows that the natural frequency of the shielding tube becomes more and more as the internal pressure increases.

Autrement dit, il est possible d'identifier la perte de pression interne en mesurant la fréquence naturelle.In other words, it is possible to identify the loss of internal pressure by measuring the natural frequency.

Si l'on applique ce principe à la détection des barres défectueuses, la partie dite plenum, dans laquelle aucune pastille de combustible ne se trouve, peut être considérée comme une enveloppe cylindrique. Dans les barres de combustible en général, la longueur Z du plenum est suffisamment plus grande que le rayon R pour que dans l'équation (1) ci-dessus a soit très petit et pour que le premier terme placé entre les accolades soit négligeable. If this principle is applied to the detection of defective bars, the so-called plenum part, in which no fuel pellet is found, can be considered as a cylindrical envelope. In fuel rods in general, the length Z of the plenum is sufficiently greater than the radius R so that in equation (1) above a is very small and so that the first term placed between the braces is negligible.

Par conséquent, seul le mode circonférentiel doit être pris en considération. Les Figures 3(a) à 3(c) montrent les formes des ondes de vibration de ces modes circonférentiels (n = 2,'3, 4). Etant donné que les points A et B occupant des positions symétriques sur le diamètre (sur les Figures 3(a) à 3(c)) présentent une amplitude de vibration maximale pour chaque forme d'onde correspondant à n = 2 - 4, on peut utiliser un agencement de détecteur comprenant un émetteur au point A et un récepteur au point B pour chacun des modes 2-4. Un autre agencement possible consisterait à placer l'émetteur et le récepteur du même côté, disons au point A, et à les aligner axialement (Figure 1). Cet agencement est applicable à un mode quelconque sans qu'il soit nécessaire de connattre la forme de l'onde.Therefore, only the circumferential mode should be taken into account. Figures 3 (a) to 3 (c) show the shapes of the vibration waves of these circumferential modes (n = 2, '3, 4). Since the points A and B occupying symmetrical positions on the diameter (in Figures 3 (a) to 3 (c)) have a maximum vibration amplitude for each waveform corresponding to n = 2 - 4, we may use a detector arrangement comprising a transmitter at point A and a receiver at point B for each of modes 2-4. Another possible arrangement would be to place the transmitter and the receiver on the same side, say at point A, and to align them axially (Figure 1). This arrangement is applicable to any mode without it being necessary to know the shape of the wave.

Selon l'équation (1) et les résultats des expériences de détection de barres défectueuses qui ont été conduites selon la présente invention, le changement attendu de pression interne de la barre normale par rapport à la barre défectueuse (30 à 60.105Pa dans le cas du PWR) provoque une chute de la fréquence naturelle de l'ordre de quelques pour cent (Figures 4(a) et 4(b) et Figures 5(a) à 5(c)). Cette quantité est suffisante pour pouvoir être détectée en utilisant des dispositifs d'analyse de spectre disponibles à l'heure actuelle, si bien qu'il est possible de mettre én application pratique le dispositif de détection de barres de combustible défectueuses selon la présente invention. According to equation (1) and the results of the defective bar detection experiments which have been carried out according to the present invention, the expected change in internal pressure of the normal bar relative to the defective bar (30 to 60.105 Pa in the case of the PWR) causes a fall in the natural frequency of the order of a few percent (Figures 4 (a) and 4 (b) and Figures 5 (a) to 5 (c)). This amount is sufficient to be able to be detected using spectrum analysis devices available at present, so that it is possible to put into practical application the device for detecting defective fuel rods according to the present invention.

On procède en fait aux mesures sous l'eau afin de se protéger des radiations nocives provenant des barres de combustible. En conséquence, l'effet de l'eau qui entoure la barre de combustible doit impérativement être compensé dans l'équation(1),mais le principe fondamental de cette équation subsiste. In fact, measurements are made underwater to protect against harmful radiation from the fuel rods. Consequently, the effect of the water surrounding the fuel rod must imperatively be compensated in equation (1), but the fundamental principle of this equation remains.

La fréquence naturelle s'abaisse encore si l'agent de refroidissement (l'eau) pénètre dans la barre défectueuse et si une couche d'eau ou des gouttelettes d'eau se forment dans le plenum. Par conséquent, la sensibilité de la détection se trouve encore améliorée. The natural frequency drops further if the coolant (water) enters the defective bar and if a layer of water or water droplets forms in the plenum. Therefore, the sensitivity of detection is further improved.

Les éléments transducteurs (un élément excitateur et un élément récepteur) peuvent être prévus assez fins et petits pour pouvoir être introduits dans les espaces étroits ménagés entre les barres de combustible de l'ensemble à combustible. Cela permet de procéder à la détection des barres défectueuses sans avoir à démonter l'ensemble à combustible. De plus, en utilisant une sonde en forme de peigne dont l'organe de détection se compose d'un grand nombre de doigts ou de dents, il est possible de mener de manière très efficace l'opération de détection des barres défectueuses. The transducer elements (an exciter element and a receiving element) can be provided thin and small enough to be able to be introduced into the narrow spaces formed between the fuel rods of the fuel assembly. This allows the detection of defective bars without having to disassemble the fuel assembly. In addition, by using a comb-shaped probe, the detection member of which consists of a large number of fingers or teeth, it is possible to very effectively carry out the detection operation of the defective bars.

Le procédé de détection des barres de combustible défectueuses qui a été décrit ci-dessus peut être appliqué à une barre de combustible donnée ou bien à un ensemble à
combustible de la manière suivante.The method for detecting defective fuel rods which has been described above can be applied to a given fuel rod or to an assembly with
fuel in the following manner.

A l'intérieur du tube de blindage 2 et
à la partie supérieure de la barre de combustible 1, un ressort 6 est placé entre le combustible nucléaire 3 et
le bouchon d'extrémité supérieur 4 afin de retenir vers le bas le
combustible 3, comme le montre la Figure 1. La pression
interne agit sur cet espace 5 appelé plenum. Selon l'invention, il faut mesurer la fréquence naturelle du tube de
blindage au niveau de ce plenum. A titre d'exemple d'éléments excitateur et récepteur, on peut mentionner les éléments vibrants piézo-électriques minces. La Figure 1 représente un agencement simple d'une sonde de mesure dans le cas où l'élément excitateur 7 et l'élément récepteur 8 sont montés sur un doigt commun 9.Inside the shielding tube 2 and
at the upper part of the fuel rod 1, a spring 6 is placed between the nuclear fuel 3 and
the upper end plug 4 in order to hold down the
fuel 3, as shown in Figure 1. The pressure
internal acts on this space 5 called plenum. According to the invention, it is necessary to measure the natural frequency of the tube
shielding at this plenum. As an example of exciter and receiver elements, mention may be made of thin piezoelectric vibrating elements. FIG. 1 represents a simple arrangement of a measurement probe in the case where the exciter element 7 and the receiver element 8 are mounted on a common finger 9.

La Figure 2 représente l'agencement multi-canaux dans lequel on utilise, dans chaque canal, le procédé illustré sur la Figure 1. Cet agencement est utile pour la détection rapide des barres défectueuses dans l'ensemble à combustible. Des doigts multiples 9 équipés des éléments excitateurs 7 et des éléments récepteurs 8 sont montés sur un chariot 12 de façon à former une sorte de peigne, et ce chariot 12 est entrainé en avant et en arrière àllintérieur
d'un guide 13, ce qui permet aux doigts 9 de s'introduire dans les espaces 11 ménagés entre les barres de combustible de l'ensemble à combustible. Un petit moteur pasà-pas et un dispositif d'engrenage permettant la transmission de la force d'entraînement à un arbre moteur 14 sont contenus dans une botte de transmission 15. La Figure 2 représente un agencement 4 x 4 uniquement à des fins d'explication, mais pour l'ensemble à combustible on utilisera un agencement beaucoup plus important, de 17 x 17 par exemple, c'est-d-dire la même construction avec 17 doigts, ce qui permet un mécanisme d'entraînement très simple d'un seul moment réciproque.Figure 2 shows the multi-channel arrangement in which the method illustrated in Figure 1 is used in each channel. This arrangement is useful for the rapid detection of defective bars in the fuel assembly. Multiple fingers 9 equipped with excitation elements 7 and receiving elements 8 are mounted on a carriage 12 so as to form a sort of comb, and this carriage 12 is driven forward and backward inside.
a guide 13, which allows the fingers 9 to be introduced into the spaces 11 formed between the fuel rods of the fuel assembly. A small stepper motor and a gear device for transmitting the driving force to a motor shaft 14 are contained in a transmission boot 15. Figure 2 shows a 4 x 4 arrangement only for the purpose of explanation, but for the fuel assembly we will use a much larger arrangement, of 17 x 17 for example, that is to say the same construction with 17 fingers, which allows a very simple drive mechanism of a single reciprocal moment.

L'un des procédés de mesure de la fréquence naturelle est le procédé de balayage de fréquence. One of the natural frequency measurement methods is the frequency sweep method.

Mais le procédé d'excitation"par bouffées" qui est représenté sur la Figure 6 est plus efficace. Selon ce procédé, le tube est excité par intermittence par une fréquence prédéterminée très voisine de sa fréquence naturelle. Si la forme d'onde d'excitation est telle que représentée sur la Figure 6(a), il est possible d'obtenir une forme d'onde reçue telle que celle qui est représentée sur la Figure 6(c). Dans cette forme d'onde reçue, la partie consécutive à l'arrêt de l'excitation est une vibration libre, et cette partie est prélevée par le signal de d8clegchement de la Figure 6(b) en vue d;une analyse de fréquence, ce qui permet d'obtenir la fréquence naturelle.However, the "puff" excitation process shown in Figure 6 is more effective. According to this process, the tube is intermittently excited by a predetermined frequency very close to its natural frequency. If the excitation waveform is as shown in Figure 6 (a), it is possible to obtain a received waveform such as that shown in Figure 6 (c). In this received waveform, the part consecutive to the cessation of the excitation is a free vibration, and this part is taken by the decay signal of Figure 6 (b) for a frequency analysis, which provides natural frequency.

La Figure 4(b) et les Figures 5(a) à 5(c) montrent les résultats de la mesure de la fréquence naturelle (n = 2) d'un tube de blindage "Zirc-4" (diamètre extérieur 9,5 mm, épaisseur 0,57 mm) conformément au procédé de mesure susmentionné. Sur la Figure 4(b), la ligne (A) représente les résultats des calculs conformément à l'équation (1), et la ligne (B) représente les résultats expérimentaux. Comme on peut le voir, ces deux résultats concordent. La ligne (C) représente les résultats de l'expérience conduite dans l'eau, et des oscillogrammes de cette analyse de fréquence sont représentés sur la Figure 5.Bien que la présence de l'eau environnante ait une influence sur les fréquences naturelles, l'inclinaison, c'est-à-dire les sensibilités, est la même, comme le montrent les lignes (B) et (C), ce qui donne une différence de fréquence naturelle de 300 Hz environ entre une barre défectueuse (D) et une barre non-défectueuse avec une pression de gaz interne moyenne (E). La valeur de cette différence de fréquence est assez grande pour pouvoir être décelée par un dispositif de spectrographie disponible dans le commerce, et cela représente l'efficacité et le caractère pratique du procédé de détection selon la présente invention. Figure 4 (b) and Figures 5 (a) to 5 (c) show the results of the measurement of the natural frequency (n = 2) of a "Zirc-4" shielding tube (outside diameter 9.5 mm, thickness 0.57 mm) according to the above-mentioned measuring method. In Figure 4 (b), line (A) represents the results of the calculations according to equation (1), and line (B) represents the experimental results. As can be seen, these two results agree. Line (C) represents the results of the experiment conducted in water, and oscillograms of this frequency analysis are represented in Figure 5. Although the presence of surrounding water has an influence on natural frequencies, the inclination, i.e. the sensitivities, is the same, as shown by the lines (B) and (C), which gives a natural frequency difference of approximately 300 Hz between a defective bar (D) and a non-defective bar with an average internal gas pressure (E). The value of this frequency difference is large enough to be detectable by a commercially available spectrography device, and this represents the efficiency and practicality of the detection method according to the present invention.

Un autre avantage procuré par le procédé selon l'invention est que le matériel de détection peut être réalisé sous une forme compacte. La Figure. 7 représente un agencement type du dispositif selon l'invention dans son application à la fosse de combustible usé (SFP) d'une centrale nucléaire. Il est possible de procéder à la détection des barres défectueuses alors que l'ensemble 16 est suspendu dans de l'eau. Another advantage provided by the method according to the invention is that the detection equipment can be produced in a compact form. The figure. 7 shows a typical arrangement of the device according to the invention in its application to the spent fuel pit (SFP) of a nuclear power plant. It is possible to detect the defective bars while the assembly 16 is suspended in water.

Une installation sous-marine 20 est suspendue dans l'eau par un outil de suspension 18 et est disposée de telle sorte que la sonde se trouve au niveau de la partie supérieure de la barre de combustible, là où se trouve le plenum. On fixe ensuite l'installation sous-marine à la buse supérieure 17 au moyen d'une bride 19. On effectue cette opération sur le pont roulant 22 de la fosse à combustible usé. An underwater installation 20 is suspended in the water by a suspension tool 18 and is arranged so that the probe is located at the top of the fuel rod, where the plenum is located. The underwater installation is then fixed to the upper nozzle 17 by means of a flange 19. This operation is carried out on the overhead crane 22 of the spent fuel tank.

Des instruments de mesure et de commande 21 sont placés sur le bord de la fosse à combustible usé. Etant donné que la détection des barres de conflistible défectueuses se fait à la partie supérieure de 1 'ensemble à e à combustible et au niveau du plenum superieur, il est possible de réaliser l'agencement de détection sous une forme compacte.Measuring and control instruments 21 are placed on the edge of the spent fuel tank. Since the detection of defective fire bars takes place at the top of the fuel assembly and at the upper plenum, it is possible to realize the detection arrangement in a compact form.

La détection des barres de combustible défectueuses peut se faire en un bref laps de temps sans qu'il soit aucunement nécessaire de démonter l'ensemble à combustible.Detection of defective fuel rods can be done in a short period of time without any need to disassemble the fuel assembly.

Le procédé selon la présente invention peut être appliqué non seulement aux barres de combustible d'un réacteur à eau légère mais aussi à celles d'un réacteur thermique avancé et d'un réacteur surrégénérateur n'utilisant pas l'eau comme agent de refroidissement (auquel le procédé classique de détection de l'eau à l'intérieur par ultrasons ne peut être appliqué). The process according to the present invention can be applied not only to the fuel rods of a light water reactor but also to those of an advanced thermal reactor and a breeder reactor which does not use water as a cooling agent ( to which the conventional method of detecting indoor water by ultrasound cannot be applied).

Ainsi qu'on l'a déjà décrit, il est possible de détecter la barre de combustible défectueuse en mesurant la fréquence naturelle du tube de blindage de la barre de combustible. En outre, le procédé selon l'invention peut être appliqué aux cas suivants
La barre de combustible PWR est mise sous une pression de 30 ;iOSPa environ par de l'hélium gazeux que l'on introduit à l'intérieur lors de sa fabrication.As already described, it is possible to detect the defective fuel rod by measuring the natural frequency of the shielding tube of the fuel rod. In addition, the method according to the invention can be applied to the following cases
The PWR fuel rod is put under a pressure of 30; iOSPa approximately by gaseous helium which is introduced inside during its manufacture.

Toujours selon ce procédé, il est possible de distinguer une barre de combustible "inférieure" de laquelle le gaz qui se trouvait à l'intérieur s'est échappé après la fabrication. Still according to this method, it is possible to distinguish a "lower" fuel rod from which the gas which was inside escaped after manufacture.

De plus, ce procédé, c'est-à-dire ce moyen de détection d'une barre "inférieure" ne se limite pas à la barre de combustible nucléaire mais est applicable aux autres sortes de produits du type récipient qui doivent être mis sous pression interne avec des gaz et être fermés hermétiquement. In addition, this method, that is to say this means of detecting a "lower" bar is not limited to the nuclear fuel bar but is applicable to other kinds of container type products which must be placed under internal pressure with gases and be closed tightly.

Claims

1. Method for measuring the internal pressure of container-type products which are mass produced and which must retain gases under pressure, characterized in that it is based on the principle that the natural frequencies of vibration of these products depend of the pressure level inside them.

2. Method according to claim 1, characterized in that it consists in measuring the natural frequency of the shielding tube (2) of a nuclear fuel rod (l) by aligning transducer elements (7,8) up to the plenum region (5) of the fuel rod to be examined.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that, applied to the location of defective fuel rods by measuring the differences in natural frequency of their shielding tube, it consists in taking advantage of the fact that the internal gases of the rods defective fuel escapes and then their internal pressure drops significantly after cooling.

4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that it is applied to the distinction between "lower" nuclear fuel rods of the pre-pressurization type ("lower" in the sense of an internal pressure loss ) and normal fuel rods for post-production control.

5. Method according to claim 1 or 2, characterized in that it consists in introducing a probe equipped with two transducer elements, an exciter element (7) and a receiving element (8) in the spaces provided between the fuel rods (1 ) a fuel assembly in order to control the fuel rods one by one, or else to introduce an advanced probe comprising transducer elements (7,8,9) with multi-channel arrangement in the spaces (ll) formed between the fuel rods (l) in a fuel assembly so as to control them more effectively.

6. Method according to claim 3, characterized in that it consists in introducing a probe equipped with two transducer elements, an exciter element (7) and a receiving element (8) in the spaces provided between the fuel rods (1) a fuel assembly so as to control the fuel rods one by one, or else to introduce an advanced probe comprising transducer elements (7,8,9) with multi-channel arrangement in the spaces (ll) formed between the fuel rods (l) of a fuel assembly so as to control them more effectively.

7. Method according to claim 4, characterized in that it consists in introducing a probe equipped with two transducer elements, an exciter element (7) and a receiving element (8) in the spaces provided between the fuel rods (1) in a fuel assembly for controlling the fuel rods one by one, or else to introduce an advanced probe comprising transducer elements (7,8,9) with multi-channel arrangement in the spaces (11) formed between the fuel rods a fuel assembly to control them more effectively.