JPS6134498A - Detecting system of damage of fuel and position of damage offuel - Google Patents

Detecting system of damage of fuel and position of damage offuel

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JPS6134498A
JPS6134498A JP15593184A JP15593184A JPS6134498A JP S6134498 A JPS6134498 A JP S6134498A JP 15593184 A JP15593184 A JP 15593184A JP 15593184 A JP15593184 A JP 15593184A JP S6134498 A JPS6134498 A JP S6134498A
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JP
Japan
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fuel
damage
temperature
location
sound
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Pending
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JP15593184A
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Japanese (ja)
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勝彦 寒河江
綱島 幹泰
小谷 皓市
元 山本
泉 山田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to JP15593184A priority Critical patent/JPS6134498A/en
Publication of JPS6134498A publication Critical patent/JPS6134498A/en
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料破損および燃料破損位置検出システムに関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to fuel failure and fuel failure location detection systems.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

す) IJウム冷却型の高速増殖炉においては、炉心部
における異常の発生による重大事故防止の観点から、早
期異常検出および早期異常診断のために各種の炉内異常
監視/異常診断系が設置されている。実機で使用が考え
られているのは(1)集合体出口温度計、(2)集合体
出口流量計、(8)燃料破損検出器、(4)燃料破損位
置検出器、(5)音響検出器、(6)反応度計、(7)
ナトリウム透視装置などである。
) In IJ-cooled fast breeder reactors, various in-core abnormality monitoring/abnormality diagnosis systems are installed for early abnormality detection and early abnormality diagnosis, from the perspective of preventing serious accidents caused by abnormalities occurring in the reactor core. ing. The following devices are considered to be used in actual equipment: (1) assembly outlet temperature meter, (2) assembly outlet flow meter, (8) fuel failure detector, (4) fuel failure position detector, and (5) acoustic detection. vessel, (6) reaction meter, (7)
Such as sodium fluoroscopy equipment.

このうち集合体出口温度計、集合体出口流量計を使用し
たものは第2図に示されているように炉心上部機構に設
置されている。すなわち同図に示されているように炉心
出口のサブアセンブリ1から約50wm離れた位置に、
各サブアセンブリ1に対応したフローガイド2が設置さ
れ、このフローガイド2の内部に温度計3および流量計
4が挿入されている。温度計3は各アセンブリ1に2個
ずつ、流量計4は燃料集合体を数頭域に分割した各領域
毎に1個設置され、各種事故事象に伴う温度上昇および
流量異常を監視している。また燃料バンドル5が浮き上
った場合に、燃料交換時において回転プラグを回転する
際に浮き上った燃料ノ(ンドル5がフローガイド2にひ
つかかシ、回転不良などを引き起こす。従って回転プラ
グを回転する前に燃料バンドル5の浮き上シを監視する
ため、垂直盤のす) IJウム透視装置の設置が考えら
れている。
Among these, those using an assembly outlet thermometer and an assembly outlet flow meter are installed in the upper core mechanism as shown in FIG. That is, as shown in the figure, at a position approximately 50 wm away from subassembly 1 at the core outlet,
A flow guide 2 corresponding to each subassembly 1 is installed, and a thermometer 3 and a flow meter 4 are inserted into the flow guide 2. Two thermometers 3 are installed in each assembly 1, and one flowmeter 4 is installed in each area where the fuel assembly is divided into several areas, to monitor temperature rises and flow rate abnormalities associated with various accident events. . In addition, if the fuel bundle 5 floats up, the floating fuel nodule 5 may hit the flow guide 2 when rotating the rotary plug during fuel exchange, causing rotation failure. In order to monitor the floating of the fuel bundle 5 before rotating the plug, it is considered to install an IJum fluoroscopy device on the vertical plate.

第3図には燃料破損/燃料破損位置検出系の従来例が示
されている。炉心6で燃料破損が生じると核分裂生成物
がす) IJウム7中に漏洩し、一部はガスとしてカバ
ーガス8中に放出される。ナトリウム7中の核分裂生成
物は循環するす) IJウム7と共に炉心出口配管9を
通って輸送さ、れるが、炉心出口配管9に取υ付けられ
た検出器10で核分裂生成物からの遅発中性子を検出し
て、燃料破損を検出する。この方法を遅発中性子法と呼
んでいる。一方、カバーガス8中に放出されたガス状の
核分裂生成物はサンプリング配管11を通じてサンプリ
ングされ、ベーパトラップ12でナトリウムのミスト、
蒸気を除去した後にカバーガス検出系(燃料破損検出計
)15に輸送される。カバーガス検出系15では微小量
の検出のだめのプレシビテータ13と、比較的大きい核
分裂生成物量の検出のためのN、I検出器14との2つ
の検出器を用いて、燃料破損を検出する。さらに燃料破
損位置検出系16にはタ少°ガス法が用いられている。
FIG. 3 shows a conventional example of a fuel damage/fuel damage position detection system. When fuel failure occurs in the reactor core 6, fission products leak into the IJium 7, and a portion is released as a gas into the cover gas 8. The fission products in the sodium 7 are transported through the core outlet pipe 9 together with the sodium 7, but a detector 10 attached to the core outlet pipe 9 detects late emission from the fission products. Detects fuel damage by detecting neutrons. This method is called the delayed neutron method. On the other hand, the gaseous fission products released into the cover gas 8 are sampled through the sampling pipe 11, and the vapor trap 12 produces sodium mist and
After removing the steam, it is transported to the cover gas detection system (fuel damage detector) 15. The cover gas detection system 15 detects fuel damage using two detectors: a precivitator 13 for detecting a minute amount and an N, I detector 14 for detecting a relatively large amount of fission products. Further, the fuel damage position detection system 16 employs the low-degree gas method.

それは各燃料ビン内にトレーサーとして組成比の異々る
X、、に、を封入しておき、燃料破損によってカバーガ
ス8中に放出されるものをサンプリングしてX、、に、
の濃度(0,1〜数PPb)を測定することによυ、そ
の組成比から燃料破損位置を検出するものである。すな
わちサンプリングされたガスは回収部17で冷却して吸
着され、濃縮部18で脱A、され、さらにX、、に、を
脱離し、分析部19でマススペクトロスコピー等で分析
する。これら各段階はシステムコントローラ、′ −20で制御され、遅発中性子系22、カバーガス検出
系15、燃料破損位置検出系16は夫々計算機21と接
続さ、れている、。なお同図において23は回転プラグ
、24は原子炉容器、25は冷却材の入口配管である。
In this method, tracers X, , with different composition ratios are sealed in each fuel bottle, and what is released into the cover gas 8 due to fuel failure is sampled.
By measuring the concentration (0.1 to several PPb) of υ, the location of fuel damage can be detected from its composition ratio. That is, the sampled gas is cooled and adsorbed in the recovery section 17, de-Ared in the concentration section 18, and further desorbed with X, . Each of these stages is controlled by a system controller '-20, and the delayed neutron system 22, cover gas detection system 15, and fuel failure position detection system 16 are connected to a computer 21, respectively. In the figure, 23 is a rotating plug, 24 is a reactor vessel, and 25 is a coolant inlet pipe.

この他に音響検出器では流路閉塞に伴う局所沸騰音の検
出(流量計との組合せ)や、ルースパーツモニターとし
て用いられる。
In addition, acoustic detectors can be used to detect local boiling sounds caused by flow channel blockages (in combination with flow meters) and as loose parts monitors.

このように現状の設計では安全設計の観点から多種の炉
内異常監視/異常診断系が設置しである。
As described above, in the current design, various types of in-core abnormality monitoring/diagnosis systems are installed from the viewpoint of safety design.

しかし、商業ベースで高速増殖炉が軽水炉と競合できる
ようにするために、いろんな方策が考えられている。そ
の1つとして過剰安全設備の縮少、撤廃が必要であり、
炉内異常監視/異常診断系に対しても現状と同程度以上
の信頼性を有し、低コストで構成が簡単(メンテナンス
容易)なシステムが望まれておシ、この要望は燃料破損
検出/燃料破損位置検出システムについても同様でlB
=また従来のタグガス法による燃料破損位置検出ではX
、、に、の分析によ乙燃料破損位置検出が難しく、特に
同時に2ケ所以上で燃料破損が生じた場合は燃料破損位
置の識別が非常に困難であるのみならず、サンプリング
してから濃縮して分析するまでに#1ぼ2時間も要して
いた。     □〔発明の目的〕 本発明は以上の点に鑑みなされたものであシ、燃料の破
損および破損位置検出が容易で、検出の信頼性向上を可
能とした燃料破損および燃料破損位置検出システムを提
供することを目的とするものである。
However, various measures are being considered to make fast breeder reactors competitive with light water reactors on a commercial basis. One of these is the need to reduce and eliminate excessive safety equipment.
There is a need for a system that has the same level of reliability or higher than the current system for the in-core abnormality monitoring/abnormality diagnosis system, and is low cost and easy to configure (easy maintenance). The same goes for the fuel damage location detection system.
= Also, when detecting the fuel damage location using the conventional tag gas method,
It is difficult to detect the location of fuel damage by analysis of , , , , especially when fuel damage occurs in two or more locations at the same time. It took about 2 hours for #1 to complete the analysis. □ [Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above points, and provides a fuel damage and fuel damage position detection system that can easily detect fuel damage and its location and improve detection reliability. The purpose is to provide

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

すなわち本発明は炉心出口に各サブアセンブリの温度を
検出する温度検出手段および超音波を送受信する超音波
送受信手段を有する炉内異常検出システムにおいて、前
記各アセンブリ内の燃料頂部に反射面を有する上部端栓
を設け、前記超音波送受信手段と前記上部端栓との間の
超音波の伝播時間、振幅強度および前記温度検出手段で
検出した温度で補正した音速を用いて、燃料破損に伴う
気泡の発生による前記音速の変化から燃料の破損の有無
および位置を検出するようにしたことを特徴とするもの
でアシ、これによって燃料破損に伴う気泡の発生による
音速の変化から燃料の破損の有無および位置が検出され
るようになる。
That is, the present invention provides an in-core abnormality detection system having a temperature detecting means for detecting the temperature of each subassembly at the core exit and an ultrasonic wave transmitting/receiving means for transmitting and receiving ultrasonic waves. An end plug is provided, and the propagation time of the ultrasonic wave between the ultrasonic transmitting/receiving means and the upper end plug, the amplitude intensity, and the sound velocity corrected by the temperature detected by the temperature detecting means are used to detect air bubbles due to fuel damage. The present invention is characterized by detecting the presence or absence and location of fuel damage from the change in the sound speed caused by the generation of bubbles. will be detected.

どのようにすれば所期の目的が達成できるかを検討した
。温度、超音波を各サブキャンネルで測定できればよい
が、炉心出口計装として上述のように流速の情報も必要
になる。しかし上述の第2図に示されているようにセン
サーの設置するスペースが限られている事と、この3種
の情報を個d′測定すると信号線が増大する′事とから
、ひとつのセンサーで3種の情報が測定できるような多
機能センサーの方がプラントの簡易性(コストダウン)
の観点からは望ましい。このような多機能センサーに関
する先行技術としては特開昭59−37495号に、第
4図に示されているような構造のものが開示されている
We considered how we could achieve our desired objectives. It is sufficient to be able to measure temperature and ultrasonic waves in each subcannel, but information on flow velocity is also required as described above for core exit instrumentation. However, as shown in Figure 2 above, the space for installing the sensor is limited, and the number of signal lines increases when measuring these three types of information individually. A multi-functional sensor that can measure three types of information will simplify the plant (cost reduction).
desirable from this point of view. As a prior art related to such a multifunctional sensor, Japanese Patent Laid-Open No. 59-37495 discloses a structure as shown in FIG. 4.

これは同図に示されているように1次コイル26を励起
すると渦電流が発生するが、この渦電流を1次コイル2
6に対称に配置されfc2次コイル27で検出する。こ
の検出される渦電流の波形はf、)’Jウェ。ような−
電体。流れる。、cは温度、流速に応じて変動するから
、2つの2灰コイル27からの信号の直流分に交流分が
重畳した成分を抽出して、2つの和信号と゛差信号とを
とることにより夫々温度、流速が求まる。また1次コイ
ル26を励起することにより発生する磁界により、磁歪
振動子(例えばニッケル)が振動して超音波が送信され
る。反射波は磁歪振動子28で受信し、1次コイル26
で検出する。力お中央部の永久磁石29は超音波の送受
信感度を向上させるために設置しである。ところでこの
先行技術では音響的手段を用いて燃料バンドルの浮き上
)の検出が可能であることを示している漬よ、音響的な
方法を用いる燃料破損検出および燃料破損位置検出に関
しては認識されていない。そこで本発明では温度検出手
段および超音波送受信手段に、このようなセンサーを使
用するようにした。このような多機能センサーを使用す
れば所期の目的が達成できることが確められた。
This is because, as shown in the figure, when the primary coil 26 is excited, an eddy current is generated.
6 and detected by an fc secondary coil 27. The waveform of this detected eddy current is f, )'J wa. Like-
electric body. flows. , c vary depending on the temperature and flow velocity, so by extracting the component in which the AC component is superimposed on the DC component of the signal from the two gray coils 27, and taking the two sum signals and the difference signal, each Temperature and flow velocity are determined. Furthermore, the magnetic field generated by exciting the primary coil 26 causes the magnetostrictive vibrator (for example, nickel) to vibrate and transmit ultrasonic waves. The reflected wave is received by the magnetostrictive vibrator 28, and the primary coil 26
Detect with. A permanent magnet 29 in the center of the shaft is installed to improve the ultrasonic transmission and reception sensitivity. By the way, although this prior art shows that it is possible to detect fuel bundle floating using acoustic means, it is not recognized that fuel damage detection and fuel damage location detection using acoustic methods is possible. do not have. Therefore, in the present invention, such a sensor is used for the temperature detection means and the ultrasonic wave transmission/reception means. It has been confirmed that the intended purpose can be achieved using such a multifunctional sensor.

〔発明の実施例〕  ゛ 以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図には本発明の一実施例が示されている。なお従来と
同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略す暮。本
実施例では各サブアセンブリ1内の燃料頂部に反射面を
有する上部端栓3゜を設け、超音波送受信手段(例えば
上述のような多機能センサー31)と上部端栓3oとの
間の超音波の伝播時間、振幅強度および温度検出手段(
上述の多機能センサー31)で検出した温度で補正した
音速を用いて、燃料破損に伴う気泡の発生による音速の
変化から燃料の破損の有無および位置を検出するように
した。このようにすることにより燃料破損に伴う気泡の
発生による音速の変化から燃料の破損の有無および位置
が検出されるようになって、燃料の竺損および破損位置
検出が容易で、検出の信頼性向上を可能とした燃料破損
および燃料破損位置検出システムを得ることができる。
[Embodiments of the Invention] Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments. FIG. 1 shows an embodiment of the invention. The same parts as before are given the same reference numerals, so explanations will be omitted. In this embodiment, an upper end plug 3° having a reflective surface is provided at the top of the fuel in each subassembly 1, and an ultrasonic wave between the ultrasonic transmitting/receiving means (for example, the multifunctional sensor 31 as described above) and the upper end plug 3o is provided. Sound wave propagation time, amplitude intensity and temperature detection means (
Using the sound speed corrected with the temperature detected by the multifunctional sensor 31) described above, the presence or absence and location of fuel damage is detected from the change in sound speed due to the generation of bubbles due to fuel damage. By doing this, the existence and location of fuel damage can be detected from the change in sound speed due to the generation of bubbles due to fuel damage, making it easy to detect fuel damage and the location of damage, and increasing the reliability of detection. An improved fuel damage and fuel damage location detection system can be obtained.

すなわち炉心出口の各サブアセンブリ1に対応した夫々
のフローガイド2の内部に温度、流速および超音波が測
定可能夷多機能センサー31を設置する。超音波は多機
能センサー31がら下方に送信し、サブアセンブリ1内
の燃料バンドル5の上部に設けた上部端栓3oの上面か
らの反射波を再び多機能センサー31で受信するように
した。
That is, a multifunctional sensor 31 capable of measuring temperature, flow velocity, and ultrasonic waves is installed inside each flow guide 2 corresponding to each subassembly 1 at the core outlet. The ultrasonic waves were transmitted downward through the multifunctional sensor 31, and the reflected waves from the upper surface of the upper end plug 3o provided at the upper part of the fuel bundle 5 in the subassembly 1 were received by the multifunctional sensor 31 again.

そして多機能センサー31で検出したある任意の時刻t
におけるi番目のサブアセンブリ1の温度信号Tt(t
)、超音波の伝播時間τ1(t)、反射波の振幅強度P
+(t)を用い、この3種の情報よ多燃料の破損および
位置を検出するようにした。
Then, at a certain arbitrary time t detected by the multifunctional sensor 31
Temperature signal Tt(t
), ultrasonic propagation time τ1(t), reflected wave amplitude intensity P
+(t) was used to detect damage and location of multiple fuels based on these three types of information.

なお同図において32は制御棒案内管である。このよう
にすることKよシ、燃料の破損および破損位置検出が容
易で、検出の信頼性向上を可能とした燃料破損および燃
料破損位置検出システムを得ることができるようになる
が、それを次に述べる。
In the figure, 32 is a control rod guide tube. By doing this, it becomes possible to obtain a fuel damage and fuel damage location detection system that can easily detect fuel damage and damage location and improve detection reliability. I will explain.

媒質中の音速1m/S)は次式で表わせる。The speed of sound in a medium (1 m/s) can be expressed by the following equation.

v=、冗5    ・・・・・・・・・(1)ここでK
は体積弾性率(N7m”)、ρは媒質の・密度(Kf/
m3)である。(1)式から音速Vは密度ρによシ変化
し、密度ρは温度にょシ変化するので媒質中の音速Vは
媒質の温度の関数となる。従っである時刻tにおける音
速v(t)は、温度で補正する必要がある。ナトリウム
中での温度による音速変化は実験的に求められており、
V)la””2577 0.5238 ’TNa   
 ”・・(2)で表わされるが、この関係が縦軸にナト
リウム中の音速(m/S)をとシ、横軸にナトリウム温
度(tll”)をとってナトリウムの温度によるナトリ
ウム中の音速の変化が示されている第5図にも示されて
いる。
v=, redundancy 5 ・・・・・・・・・(1) Here K
is the bulk modulus (N7m”), and ρ is the density of the medium (Kf/
m3). From equation (1), the sound speed V changes with the density ρ, and the density ρ changes with the temperature, so the sound speed V in the medium is a function of the temperature of the medium. Therefore, the speed of sound v(t) at a certain time t needs to be corrected based on the temperature. The change in sound speed due to temperature in sodium has been determined experimentally.
V) la””2577 0.5238 'TNa
This relationship is expressed as (2), where the vertical axis represents the speed of sound in sodium (m/S), and the horizontal axis represents the sodium temperature (tll). It is also shown in FIG. 5, where the change in is shown.

この温度で補正した音速V N aを用いて多機能セン
サー31と上部端栓30との間の距離tの、超音波の伝
播時間τ’I’ (t、 )を算出すると、τ< (t
)=2 t/ VN−(t)     −・”・・・(
8)となる。従って温度信号Tt (t)は温度−伝播
時間変換部33で(2)、(8)式の演算によシ超音波
の伝播時間τ’+(t)に変換され、減算器34に入力
される。減算器34では時刻tで実際に測定された伝播
時間τ+(1)と計雪値τ′1(t)との差(Δτ(t
)=τl (t)−τ’I(t))をとる。この関係は
縦軸に反射超音波の振幅をとシ、横軸に伝播時間をとっ
て伝播時間による反射音波の振幅の変化特性が示されて
いる第6図にも示されている。
When the propagation time τ'I' (t, ) of the ultrasonic wave at the distance t between the multifunctional sensor 31 and the upper end plug 30 is calculated using the sound velocity V Na corrected at this temperature, τ< (t
)=2 t/ VN-(t) −・”・・・(
8). Therefore, the temperature signal Tt (t) is converted by the temperature-propagation time converter 33 into the ultrasonic propagation time τ'+(t) by calculating equations (2) and (8), and is input to the subtracter 34. Ru. The subtracter 34 calculates the difference (Δτ(t
)=τl (t)−τ′I(t)). This relationship is also shown in FIG. 6, where the amplitude of the reflected ultrasonic wave is plotted on the vertical axis and the propagation time is plotted on the horizontal axis, showing the change characteristics of the amplitude of the reflected ultrasonic wave depending on the propagation time.

なお図中点線は計算値である。演部部35でΔτ、(t
)の絶対値をとった後に比較器36で設定許容偏差E1
と比較し、E1内であれば異常なしの信号81を発し、
E1以上の場合は異常信号を発するが、第1番目のサブ
アセンブリ1に燃料破損事故が生じた場合を考えてみる
Note that the dotted line in the figure is the calculated value. In the performance section 35, Δτ, (t
) After taking the absolute value of ), the comparator 36 calculates the set tolerance E1.
If it is within E1, a signal 81 indicating no abnormality is issued.
If E1 or higher, an abnormality signal is issued, but let us consider a case where a fuel failure accident occurs in the first subassembly 1.

燃料破損が生じると燃料ピン内に封入されているガスが
ナトリウム中に漏出し、ナトリウムと共にサブアセンブ
リ1内を上方に流れてゆく。液体中に気泡が存在すると
音速が低下するので、伝播時間の差信号Δτ+(i)が
正となり、また設定許容偏差El よシ大きくなるから
比較器36が異常診断回路37を作動させ、信号は演算
部38に入力される。演算部38では伝播時間τI(1
)から音速の変化を求め、ボイド率を算出して燃料破損
の規模を推定する。ところで各サブアセンブリ1に1台
ずつ多機能センサー31を設置しだので、燃料破損の有
無および破損規模と同時に破損位置まで検出できる。燃
料破損と共に警報信号S2を発し、破損位置と破損規模
との表示が同時に記録器39に記録される。演算部38
での演算を以下に具体的に説明する。
When a fuel failure occurs, the gas enclosed within the fuel pin leaks into the sodium and flows upwardly within the subassembly 1 together with the sodium. When bubbles exist in the liquid, the sound speed decreases, so the propagation time difference signal Δτ+(i) becomes positive, and the set tolerance El becomes larger, so the comparator 36 activates the abnormality diagnosis circuit 37, and the signal becomes The signal is input to the calculation unit 38. The calculation unit 38 calculates the propagation time τI(1
) to find the change in sound speed, calculate the void ratio, and estimate the scale of fuel damage. By the way, since one multifunction sensor 31 is installed in each subassembly 1, it is possible to detect the presence or absence of fuel damage, the scale of the damage, and the location of the damage at the same time. An alarm signal S2 is generated when the fuel is damaged, and the location and scale of the damage are simultaneously recorded in the recorder 39. Arithmetic unit 38
The calculation will be specifically explained below.

液体中の音速は(1)式で示されているように体積弾性
率にと密度ρとの関係でちゃ、気泡の有無によ、9にと
ρとは変化する。液体の体積弾性率をKl、密度をρ1
とし、気体の体積弾性率をに2゜密度をρ2とすると、
合成された媒質の体積弾性率に、密度ρはボイド率γの
関数として、夫々次式で表わすことができる。
As shown in equation (1), the sound velocity in a liquid is based on the relationship between the bulk modulus and the density ρ, and ρ changes from 9 to 9 depending on the presence or absence of bubbles. The bulk modulus of the liquid is Kl, and the density is ρ1.
If the bulk elastic modulus of the gas is 2° and the density is ρ2, then
In the bulk modulus of the synthesized medium, the density ρ can be expressed as a function of the void ratio γ by the following equations.

1  1−γ    γ 一=□+−・・・・・・・・・(4) Km  KI  Km ρ=(1−γ)ρ1 + r・ρ2   ・・・・・・
・・・(5)(4)、 (5)式を(1)式に代入すれ
ば、音速Vは次のように求まる。
1 1-γ γ 1=□+-・・・・・・・・・(4) Km KI Km ρ=(1-γ)ρ1 + r・ρ2 ・・・・・・
...(5) (4), By substituting equation (5) into equation (1), the speed of sound V can be found as follows.

・・・・・・・・・(6) 燃料ピン内の封入ガスをA、として、ナトリウム中の音
速に与える気泡の影曽を求めてみる。
(6) Assuming that the gas sealed in the fuel pin is A, find the effect of bubbles on the sound velocity in sodium.

気体の場合に体積弾性率には次のように表わせる。In the case of gas, the bulk modulus can be expressed as follows.

K−γ1・Pa          ・・・・・・・・
・(7)ここでγ、は比熱比(=定圧比熱/定容比熱)
、poは静圧(dyn/cm2)である。#スをA、 
とすればγ、=1.7.ρAy=0.4877TC’に
’ll(g/crr1”)なので、温度=500U、圧
力=1.0’1X10’(N/m” )の条件ではl’
 A y =6.3X10−4(g/cm3) = 0
.63 (klI/m” ) 、 KA、=1.72X
10’  (N/m2 )となる。一方、ナトリウムの
方は同条件でpH,=830 (kg7 =3) *K
M、:5.65 X 10 ’  (N/m”  )と
なる。従ってKl” =に?J−,Km  =にム1 
ρl = ρl’l a 1  ρ2 =ρム1とおい
て(6)式に代入すれば、音速Vが求まる。
K-γ1・Pa・・・・・・・・・
・(7) Here, γ is the specific heat ratio (= constant pressure specific heat/constant volume specific heat)
, po is static pressure (dyn/cm2). # A for Su,
Then, γ, = 1.7. Since ρAy = 0.4877TC', 'll (g/crr1''), under the conditions of temperature = 500U and pressure = 1.0'1X10'(N/m''),l'
A y =6.3X10-4 (g/cm3) = 0
.. 63 (klI/m”), KA, = 1.72X
10' (N/m2). On the other hand, for sodium, under the same conditions, pH = 830 (kg7 = 3) *K
M,: 5.65 x 10'(N/m"). Therefore, Kl" =? J-, Km = Nim1
By substituting ρl = ρl'l a 1 ρ2 = ρm 1 into equation (6), the sound speed V can be found.

なお(6)式から判るように音速Vはボイド率γの2次
関数で$J)、dv/dr=Qの点で極値を持ち、その
場合のボイド率γの値は次式で与えられる。
As can be seen from equation (6), the sound velocity V is a quadratic function of the void ratio γ ($J) and has an extreme value at the point dv/dr=Q, and the value of the void ratio γ in that case is given by the following equation. It will be done.

r=−H+!Q−ム) 2   Klp、    °−°−−−−−−(8)従
ってγがほぼ0.5の点で音速Vは最小値となシ、液体
をナトリウム、気体をアルゴンとすれば、v j、II
= 28.7 (m/ S )となる。
r=-H+! Q-m) 2 Klp, °-°--(8) Therefore, the sound velocity V is at its minimum value at the point where γ is approximately 0.5.If the liquid is sodium and the gas is argon, then v j, II
= 28.7 (m/S).

第7図には縦軸にナトリウム中の音速をとり、横軸にボ
イド率をとってボイド率によるナトリウム中の音速の変
化が示されている。同図から明らかなようにナトリウム
中の音速はボイド率が大きくなるにつれて低下しておム
ボイド率が0.5で最も低下している。第8図は第7図
と同じくボイド率によるナトリウム中の音速の変化特性
を示したものであるが、ボイド率が比較的小さい領域を
拡大して示した。同図から明らかなように音速Vはボイ
ドの存在により激減しており、従って微小の燃料破損が
生じても十分に検出することができる。
In FIG. 7, the vertical axis shows the sound speed in sodium, and the horizontal axis shows the void ratio, and shows changes in the sound speed in sodium depending on the void ratio. As is clear from the figure, the sound velocity in sodium decreases as the void ratio increases, and is lowest when the void ratio is 0.5. FIG. 8, like FIG. 7, shows the change characteristics of the sound velocity in sodium depending on the void ratio, but shows an enlarged region where the void ratio is relatively small. As is clear from the figure, the sound velocity V is drastically reduced due to the presence of voids, so even if a minute fuel damage occurs, it can be sufficiently detected.

逆に燃料破損の規模が比較的大きい場合には大きな気泡
が発生し、気泡とナトリウムとの境界面で超音波が乱反
射して多機能センサーに反射してとない可能性があるが
、この場合でも燃料の破損および破損位置の検出ができ
なければならない。
On the other hand, if the scale of fuel damage is relatively large, large bubbles will occur, and the ultrasonic waves will be diffusely reflected at the interface between the bubbles and the sodium, and may not be reflected back to the multifunctional sensor. However, it must be possible to detect fuel damage and the location of the damage.

このため上述の第1図に示されているように反射波の振
幅強度信号P+(t)を用いるようにしである。すなわ
ち入力された振幅強度信号P+(t)は、減算器40で
Δを時間前のデータの振幅強度信号pt(t−Δt)と
の差信号をとり、比較器41で設定値E2と比較する。
For this reason, the amplitude intensity signal P+(t) of the reflected wave is used as shown in FIG. 1 mentioned above. In other words, the input amplitude strength signal P+(t) is used by a subtracter 40 to obtain a difference signal between Δ and the amplitude strength signal pt(t−Δt) of the previous data, and is compared with a set value E2 by a comparator 41. .

そして許容偏差より大きい場合は記録器42に記録する
と共に、警報信号S3を発する。また許容偏差内の場合
は正常信号S4を発する。このようにすることにより大
きな気泡が発生した場合に、反射波が気−液界面で乱反
射されても多機能センサー31で受信する超音波の振幅
強度が減少するので、燃料の破損および破損位置が検出
できる。
If the deviation is larger than the allowable deviation, it is recorded in the recorder 42 and an alarm signal S3 is issued. Further, if the deviation is within the tolerance, a normal signal S4 is generated. By doing this, when large bubbles are generated, even if the reflected waves are diffusely reflected at the air-liquid interface, the amplitude intensity of the ultrasonic waves received by the multifunctional sensor 31 is reduced, so that damage to the fuel and the location of the damage can be reduced. Can be detected.

また燃料バンドルの浮き上シと燃料破損とが同時に生じ
た場合は、異常が発生しても伝播時間τI(1)が変化
しない可能性がある。しかしこのようガ場合でも反射波
形が変化するので、反射波の振幅強度信号P+(t)を
用いて異常判定ができる。
Furthermore, if floating of the fuel bundle and fuel damage occur at the same time, there is a possibility that the propagation time τI(1) will not change even if an abnormality occurs. However, even in such a case, since the reflected waveform changes, an abnormality can be determined using the amplitude intensity signal P+(t) of the reflected wave.

このように炉心出口部の温度情報と音響法とを用いるこ
とによシ、従来のタグガス法に比較して設備・検出が簡
単になるのみならず、複数の燃料破損が同時に生じても
破損位置が確実に検出できるようになって、検出の信頼
性が向上でき、検出時間も著しく早く(数秒/チャンネ
ル)することができる。
In this way, by using temperature information at the core exit and the acoustic method, it not only simplifies equipment and detection compared to the conventional tag gas method, but also makes it possible to locate the damage even if multiple fuel failures occur simultaneously. can be detected reliably, the reliability of detection can be improved, and the detection time can be significantly shortened (several seconds/channel).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述のように本発明は燃料の破損および破損位置検出が
容易で、検出の信頼性が向上するようになって、燃料の
破損および破損位置検出が容易で、゛検出の信頼性向上
を可能とした燃料破損および燃料破損位置検出システム
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is easy to detect fuel damage and the location of damage, and the reliability of detection is improved. A fuel damage and fuel damage location detection system can be obtained.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の燃料破損ダよび燃料破損位置検出シス
テムの一実施例の系統図、第2図は従来の燃料破損およ
び燃料破損位置検出システムの炉心出口部の縦断側面図
、第3図は従来の燃料破損および燃料破損位置検出シス
テムの系統図、第4図は燃料破損および燃料破損位置検
出システムの多機能センサーの縦断側面図、第5図は本
発明の燃料破損および燃料破損位置検出システムの一実
施例のナトリウム温度とナトリウム中の音速との関係を
示す特性図、第6図は同じく一実施例の反射超音波の振
幅と伝播時間との関係を示す特性図、第7図は同じく一
実施例のボイド率とナトリウム中の音速との関係を示す
特性図、第8図は同じく一実施例の比較的小さい領域の
ボイド率とす) IJウム中の音速との関係を拡大して
示す特性図である。 1・・・サブアセンブリ、2・・・フローガイド、5・
・・燃料ハンドル、26・・・1次コイル、27・・・
2次コイル、28・・・磁歪振動子、29・・・永久磁
石、30・・・上部端栓、31・・・多機能センサー(
温度検出手段および超音波送受信手段)、33・・・温
度−伝播時間変換部、34・・・減算器、35・・・演
算部、36・・・比較器、37・・・異常診断回路、3
8・・・演算部、39・・・記録器、40・・・減算器
、41・・・比較器、42・・・記録器。
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] Fig. 1 is a system diagram of an embodiment of the fuel failure detection system and fuel failure position detection system of the present invention, and Fig. 2 is a system diagram of an embodiment of the fuel failure detection system and fuel failure position detection system of the present invention. 3 is a system diagram of a conventional fuel failure and fuel failure position detection system, FIG. 4 is a vertical side view of a multifunctional sensor of the fuel failure and fuel failure position detection system, and FIG. 5 is a system diagram of a conventional fuel failure and fuel failure position detection system. Characteristic diagram showing the relationship between the sodium temperature and the sound velocity in sodium in one embodiment of the fuel damage and fuel damage position detection system. FIG. 6 also shows the relationship between the amplitude of reflected ultrasonic waves and propagation time in one example. The characteristic diagram, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the void fraction and the sound velocity in sodium in one example, and the characteristic diagram in FIG. 8 is the void fraction in a relatively small region in one example. FIG. 3 is a characteristic diagram showing an enlarged view of the relationship with the speed of sound. 1...Subassembly, 2...Flow guide, 5.
...Fuel handle, 26...Primary coil, 27...
Secondary coil, 28... Magnetostrictive vibrator, 29... Permanent magnet, 30... Upper end plug, 31... Multifunctional sensor (
temperature detection means and ultrasonic transmission/reception means), 33... temperature-propagation time converter, 34... subtractor, 35... calculation unit, 36... comparator, 37... abnormality diagnosis circuit, 3
8... Arithmetic unit, 39... Recorder, 40... Subtractor, 41... Comparator, 42... Recorder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、炉心出口に各サブアセンブリの温度を検出する温度
検出手段および超音波を送受信する超音波送受信手段を
有する炉内異常検出システムにおいて、前記各サブアセ
ンブリ内の燃料頂部に反射面を有する上部端栓を設け、
前記超音波送受信手段と前記上部端栓との間の超音波の
伝播時間、振幅強度および前記温度検出手段で検出した
温度で補正した音速を用いて、燃料破損に伴う気泡の発
生による前記音速の変化から燃料の破損の有無および位
置を検出するようにしたことを特徴とする燃料破損およ
び燃料破損位置検出システム。
1. An in-core abnormality detection system having a temperature detection means for detecting the temperature of each subassembly at the reactor core exit and an ultrasonic wave transmitting/receiving means for transmitting and receiving ultrasonic waves, an upper end having a reflective surface at the top of the fuel in each of the subassemblies. Provide a stopper,
Using the propagation time of the ultrasonic waves between the ultrasonic transmitting/receiving means and the upper end plug, the amplitude intensity, and the sound speed corrected by the temperature detected by the temperature detecting means, it is possible to determine the speed of sound due to the generation of bubbles due to fuel damage. A system for detecting fuel damage and fuel damage location, characterized in that the presence and location of fuel damage is detected from changes in the fuel.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5000914A (en) * 1986-11-28 1991-03-19 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Precipitation-hardening-type ni-base alloy exhibiting improved corrosion resistance
US5217684A (en) * 1986-11-28 1993-06-08 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Precipitation-hardening-type Ni-base alloy exhibiting improved corrosion resistance

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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