KR830002596B1 - 연료집합체용 음향 및 초음파 검사방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연료집합체용 음향 및 초음파 검사방법

제1도는 음향측정 장치의 수직대칭면을 통하는 단면도.

제2도는 제1도의 선 A방향에서 본 도면.

본 발명은 집합체를 구성하는 연료요소의 핵물질을 에워싸는 피복재의 균열에 의해 원자로내에서의 사용중에 결함으로 되는 원자로 연료집합체를 음향 및 초음파에 의해 검사하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 가압수형 원자로와 같은 원자로의 조업을 연료의 제장진을 위해 중지한 경우, 원자로의 1차 냉각재 중에서 고레벨의 방사능 γ가 검출되면 연료 집합체의 점검을 행하여 원자로에서의 사용중에 결함으로되는 연료집합체를 찾아낸다.

실제로 결함이 있는 연료집합체는 연료요소의 피복재에 있어서의 균열을 통해서 1차 냉각액을 오염시키는 방사능 물질을 방출한다.

가압수형 원자로의 경우, 연료집합체는 핵분열 물질을 에워싸는 피복재의 긴 관체들에 의해 각기 형성되는 연료봉의 다발들로 구성된다.

연료의 재장진을 위해 원자로의 조업을 중지한 기간중에 피복재에 균열이 없는 연료집합체로의 교체를 위해서 노심내에서 결함으로 되는 연료집합체를 제거하거나 수리해야할 경우가 있으므로, 노신의 내부에 존재하며 재장진 작업에 관련되는 연료집합체들로부터 결함이 있는 연료집합체를 찾아내는 것이 필요한데 이를 위해서, 보통은 불활성용 풀(pool)내의 물속에 완전히 잠겨진 상태에서 각각의 연료집합체를 개별적으로 점검하여, 노심으로부터 취출된 연료 집합체 근방에서의 오염이 회피될 수 있게 한다.

따라서, 이와 연관하여 연료집합체의 연료요소에 있어서의 균열을 찾아내는 경우에 있어서는 일반적으로 균열을 통해 연료봉의 내부로 물이 침입하게 되다는 사실을 이용한다.

이 경우, 연료요소의 내부에 침입된 물은 기화시 용이하게 검출될 수 있으므로 플러그에 근접한 곳에서 연료봉의 피복을 가열하여, 기화 또는 응축된 물을 반향에 의한 초음파 검사에 의해 검출하는 식의 검출방법이 제안되고 있으나 이같은 검출방법, 즉, 프랑스공화국 특허 제 2,222,732호에 기재된 바와같은 검출방법은 연료집합체의 종단부재 들중의 하나를 제거한 후에 각각의 연료봉을 개별적으로 검사해야만 한다는단점이 있다.

또한, 프랑스공화국 특허 제 2,341,162호에 기재된 바와같은 검사방법도 제안되고 있는데, 이같은 검사방법에 의하면, 결함이 있는 연료봉중의 물의 비등에 수반되는 음향신호의 검출이 가능하게끔 물의 비점보다 높은 온도로 연료집합체를 가열하고 있으나, 이 방법도 각각의 연료봉에 대해 검사를 행해야만 된다는 단점이 있다.

한편, 이들 방법에 있어서는, 연료집합체에 균열이 있을때에 내부에 침입된 물을 비등시킬 수 있을 정도로 연료봉을 가열해야만 한다.

이외에도 미합중국 특허 제 4,039,376호에 기재된 바와 같은 방법이 제안되고 있는데, 이 방법에 의하면, 연료집합체를 외주부의 내부에 배치하고, 외주부 압력하에서 물을 공급하는 급수장치와 외주부내의 물의 압력을 대단히 감소시키는 팽창밸브에 연결하고 있으면, 연료 집합체가 압력하에서 물내에 잠겨진 경우, 균열이 있는 연료요소내에 수용된 기체, 예로서, 연료요소내에 수용된 소정 물질의 핵분열에 의해 생긴 기체의 압력이 집합체를 에워싸는 물의 압력 평형을 이루게 하고, 연료집합체를 에워싸는 수압을 급격히 저하시켜서 균열이 있는 연료요소내에 수용된 압력기체가 균열을 통해 기포형태로 방출되어 진동이 발생되게하고 이 진동이 연료집합체에 근접한 외주부의 내부에 위치된 검출기에 의해 기록될 수 있게 하고 있다.

그러나, 이 방법은 조작이 복잡하고 감도가 좋지 못하며, 대단히 작은 균열을 탐지할 능력이 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 원자로의 연료집합체를 형성하는 연료 요소의 핵물질을 에워싸는 피복재에 균열이 생기는 것에 의해 원자로내에서의 사용중에 결함으로 되는 연료집합체를 검출하기 위해, 연료요소의 피복재 내부에 수용되는 소정물질의 핵분열로 부터 생긴 기체를 균열을 통해 배출시켜, 보호매질내로의 기체의 배출에 관련된 음향 및 초음파 현상의 기록에 의해 상기 배출을 검출하는 바와같이 보호용의 액중에 완전히 잠겨진 각각의 연료집합체를 개별적으로 점검하는 조작이 용이한 고감도의 검사방법을 제공하는데 있다.

이같은 목적을 위해 본 발명에서는 연료집합체에 결함이 있는 경우에 피복재내부에 수용되는 기체를 팽창시켜 기포를 보호용의 액중에 배출시켜, 연료집합체의 상방에 위치된 차폐판에 의해 액중에 있어서의 기포의 이동을 저지하고, 차폐판에 대한 기포의 충돌 또는 차폐판 표면에 있어서의 기체의 집합에 관련하는 음향현상을 기록하여, 이 음향현상이 생기는 것에 의해 결함이 있는 연료 집합체를 검출한다.

본 발명의 이해를 도모하기 위해, 연료요소내에 수용된 기체의 팽창이 균열검출 셀내에서의 온도 상승에 의해 얻어질 수 있는 경우와, 상기 팽창이 다른 수단에 의해 얻어지는 경우에 대해 본 발명에 의한 검출방법을 실시하기 위한 장치를 참조하여 다음과 같이 상세히 설명하겠다.

제1도에 도시된 검출장치는 구면의 일부를 형성하도록 형성한 금속제의 차폐판(1)을 구비한다. 차폐판(1)은 연료집합체로부터 상향하는 기포의 흐름을 저지하는 스크린 역활, 음향진공체의 역활 및 집합체로부터 배출되는 기체를 집합하는 용기의 역활을 한다.

차폐판(1)은 하부판(2)에 고착된다. 하부판(2)은 제1도 및 제2도에 도시된 바와같이, 대단히 큰 원형 지지판(4)상에의 고정을 위해 네군데의 모서리에 구멍(3)을 갖는다. 지지판(4)은 연료집합체를 에워싸는 균열검출셀상에 본 검출장치가 배치되는 경우에 지지용으로서 사용된다.

하부판(2)상에는 차폐판(1)의 상면을 완전히 에워싸는 공간실(6)이 용접에 의해 고착된다.

공간실(6)은 상면에 구멍(7)을 갖는다. 이 구멍(7)은 나사(12)에 의해 공간실(6)에 고착된 출입용의 덮개(8)에 의해 덮어진다. 또한 공간실(6)의 상면에는 두개의 부분(9,10)이 고정되는데, 이들 부분(9,10)은 검사장치가 연료집합체와 더불어 또는 홀로 연료운반 장치에 의해 이동될 수 있게 한다.

공간실(6)의 네구데 모서리에는 관(4), (15), (16), (17)이 고정되는데, 이들 관의 일단에는 너트(18)가 제공되며, 이 너트(18)에는 나사봉(19)이 나선정합될 수 있고 나사봉(19)은 너트(18)에 접한 너트(20)에 의해 적소에 위치될 수 있다.

각각의 나사봉(19)은 연료집합체의 상판에 형성된 구멍을 통해 삽입되어 연료집합체 및 연결장치에 관련하여 검출장치의 중심을 설정한다. 연결장치는 나사봉(19)에 의해 검출장치에 연료집합체가 고착될 수 있게 한다.

차폐판(1)의 상면에는 감도가 높은 음향검출기(21,22)와 초음파 송수신기(23)가 제공된다.

공간실(6)은 연료풀내의 작업위치에 있을때에 연료풀의 물로 채워지게 한는 한편, 검출기(21,22)및 송수신기(23)에 접속된 측정케이블의 통로 로서의 역활을 하는 구멍(25)을 갖는다.

중앙 운반장치에 의해 원자로 노심으로부터 취출된 연료집합체를 연료풀내에 위치하는 균열검출 셀내에 배치한 경우와, 원자로 노심으로 부터 취출된 연료집합체를 균열검출셀을 이용하지 않고 검사하는 경우에 대해서, 연료집합체를 검사하는 작업에 대해 설명하겠다.

연료집합체가 균열검출셀내에 있는 경우에는 균열검출셀의 덮개의 크기 및 형상에 대응하는 크기 미ㅍ 형상을 갖는 지지판(4)을 검사장치에 장치한다.

프랑스공화국 특허 제 2,398,202호에 기재된 바와같은 균열검출셀은 원자로의 연료집합체를 수용할수 있을정도로 충분히 큰 외주부를 구비하는데, 이 외주부는 연료풀의 물을 수용하고, 균열검출셀이 완전히 잡겨지게하는 연료풀에 대한 열적 절연장치를 구비한다. 이같은 균열검출셀은 원형의 덮개에 의해 덮어지며, 연료집합체를 가열하여 연료요소로 부터 방사성기체의 배출을 증대 또는 촉진하기 위한 가열장치를 구비한다.

균열검출셀에 접속된 희개스 순활회로는 방사성 기체를 처리하여, 연료집합체에 결함이 있는가를 확인하게끔 분석한다.

방사성기체 분석용의 순환회로를 이용하지 않기 위해서는, 연료 집합체가 균열검출셀의 내부에 배치된때, 검출장치의 지지판(4)을 덮개대신에 균열검출셀 상에 취부한다. 상기 검출장치는 연료 운반장치에 의해 균열검출셀상에 운반되어 그위에 배치된다.

연료 집합체에 결함이 있는가를 결정하기 위해서는 균열검출셀의 내부를 연료풀로부터 열적으로 절연한후에 연료집합체의 온도를 높히는 것에 의해, 균열검출셀 내부에 수용된 물의 온도를 높혀, 연료소비의 내부에 생성된 핵분열기체가 팽창해 균열검출셀내로 배출되게 하면 된다.

연료집합체에 결함이 있으면, 즉, 균열의 있으면, 핵분열기체는 균연을 통과하고 균열을 통해 배출된 기포는 차폐판(1)에 충돌하고, 구형의 차폐판에 의해 궁형부의 하방에 집합된다.

연료 집합체의 연료요소로 부터의 핵분열 기체배출에 수반되는 음향은 검출기(21)(22)에 의해 기록되고, 이러한 음향의 발생으로부터 얼작용에 의한 기체의 배출에 따라서 연료집합체중에 균열이 존재하는 것이 추정될 수 있게 된다.

이러한 음향은 미합중국 특허 제 4,039,376호에 기재된 방법의 게우에서와 같이 연료집합체의 균열을 통하는 기포에 의해 발생된 소음에 기인한 것일수도 있으나, 음향검출기(21,22)의 취부위치에 의해, 이들 음향은 검출기(21,22)에 진동을 완전히 전달하도록 선정된 차폐판(1)에 대한 기포의 충돌에 특히 기인하는 것이기 때문에, 기포의 배출에 관련된 음향현상의 검출은 종래의 장치에 비해 한층 확실하게 행해진다.

다른 한편, 차폐판(1)에 의해 규정된 궁형부의 정부에 기체가 집합하는 경우, 송수신기(23)로 부터 초음파신호의 반향(예로서, 집합체 상부로 부터의 반사방향)이 변경되는데, 이 초음파 신호의 반향진폭을 측정하는 것에 의해서, 교정후에 균열검출 셀내로 유리된 기체의 용적을 추정할 수 있게된다.

상기 용적은 반향 진폭의 1차 함수이다. 반향의 진폭은 균때검출셀 정부의 유리된 기체의 용적이 증대할 열 감소한다.

균열검출셀 및 그 내부에 있는 연료집합체의 내부의 물을 다소 가열한 후에 반향진폭을 측정하는 것에의해, 유리된 기체의 용적, 즉, 집합체의 균열의 크기를 측정할 수 있다.

초음파 신호의 반향의 감쇄를 기록하는 것에 의한 검사방법에 의하면, 0.2㎤ 정도의 대단히 작은 양의 기체가 측정될 수 있다.

따라서, 본 검사방법의 잇점은 측정감도가 대단히 높아, 대단히 작은 균얼에도 이용되어 정량적 측정을 할 수 있게한다.

본 발명에 의한 검사방법의 제2 실시예에 의하면, 연료집합체가 받게되는 외부압력을 감소시키는 것에 의해 연료집합체의 연료요소 내에 수용된 핵분열 기체가 팽창될 수 있다.

집합체의 연료요소에 균얼이 있으면, 연료요소내에 수용된 핵분열기체는 외부의 매체와 압력적으로 평형상태로 된다.

외부압력이 감소하면, 기체는 팽창하고 균열을 통해 배출되어, 연료 집합체가 가열되는 경우와 동일한 효과를 갖게된다.

연료 집합체와 접촉하는 매체의 외부압력을 감소시키기 위해서는, 연료풀의 내부에서(또는 원자로 풀의 내부에서) 연료집합체를 소정 높이만큼 상승시키는 방법이 대단히 유리한 것으로 판명된다. 이 경우, 집합체가 받게되는 외부압력은 집합체에 대한 수직이동의 크기에 상당하는 높이만큼의 수주분만큼 감소한다.

본 발명의 방법을 실시하는 검출장치를 이같은 목적에 사용하기 위해서는, 연료집합체의 정부판에 검사장치를 고정하고, 원자로 풀내의 연료운반 장치 또는 연료풀의 강하장치에 의해 연료집합체를 수중에서 상행시키면 된다.

강하장치가 원자로 풀내에 제공될 수 잇으면 강하장치를 원자로 풀내에서 이용할 수도 있을 것이다.

일예로, 연료풀의 강하장치를 이용하는 것에 의해, 연료풀의 내부에서 연료집합체를 5m 상행시켰다.

연료집합체의 이같은 수직이동은 핵분열 기체의 유리에 대해 충분한 것으로, 상기 유리는 균열이 대단히 작은 게우에도 전술한 바와같이 이용되는 전술한 검사장치를 통해 초음파 반향의 감쇄 및 음향의 발생에의해 용이하게 검출될 수 있다.

실제로, 현재 쓰이고 있는 원자로의 연료풀내에서 이용되는 높이에 대응하는 0.5m의 높이만큼 연료집합체를 높히는 것은 균열이 있는 연료요소의 핵분열 기체의 팽창의 관점에서 볼때 실제로 이용되는 조건하에 균열검출셀내에서 얻어질 수 있는 가열의 효과와 동등하다.

실제로, 상방으로의 이동의 건시시에 연료집합체가 위치되는 풀의 바닥에 있어서의 압력, 즉, 수면밑으로 10m에 있어서의 압력은 대기압에 수면보다 10m 아래에 잇어서의 압력을 보탠값, 즉, 2.04kg/㎠과 동등하다.

5.5m 상승시킨 게우의 상대압력의 변자, 즉, 기체용적의 상대변화는 근사적으로

와 같다.

균열 검출셀에 있어서의 가열에 의한 동일한 변화를 얻기 위해서는 풀내에서의 수온을 고려하여,

따라서 ΔT=83.3℃ 정도의 온도상승은 군열검출셀에 있어서 연료요소의 방사능에 의한 온도상승이나 전기저항에 의한 보다 급격한 온도 상승에 의해서도 얻어지지 않는다.

풀내에서 연료집합체를 상행시키는 것에 의한 연료집합체의 감압중에는, 피복재와 연료간의 전달이 감소하여, 온도를 상승시키므로 기체의 팽창이 용이하게 된다.

감압은 급속하기 때문에, 연료집합체를 에워싸는 물속에서 기체가 용해되지 않아 기체의 통로상에 중간배치된 차폐판의 표면에 기포가 집합하게 된다.

연료풀의 내부에서 연료집합체를 상승시키는 대신에, 원자로 풀의 내부에서 집합체를 상승시키는 감압법을 이용하면, 현재의 원자로 풀구조에 대해, 상승높이를 1m 증대시켜 기체의 팽창을 더욱 크게하는 것이 가능하다.

이 경우

이다.

이 방법은 집합체를 에워싸는 물의 방사능과 무관하므로 원자로 풀내에서 유효하게 사용될 수 있는데, 그 이유는 본 측정방법이 전 적으로 음향식으로서 어떤 방사능을 측정하는 것이 아니기 때문이다.

따라서, 연료풀내에 있어서와 동등한 조건하에 연료 집합체를 상승시킬 수 있게끔 원자로 풀내에 강하장치를 제공할 수 있는 잇점이 있다.

본 발명에 의한 검사방법은 고감도의 검출, 즉, 대단히 작은 균열을 갖는 집합체의 검출이 원자로의 풀내에서나 연료풀 내에서도 대단히 간단하게 행해질 수 있게한다. 본 발명에 의한 검사방법에 의하면, 연료집합체에 결함이 있는지 없는지의 여부가 신속히 결정될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에만 한정되지 않음은 물론, 다른 변형 실시에도 포함한다.

즉, 전술한 바와같이 가열에 의한 팽창 또는 감압에 의한 팽창 이외에 다른식으로도 연료요소내에 수용된 기체는 팽창시킬 수 있다.

마찬가지로, 연료집합체를 에워싸는 수중에 있어서의 기체의 이동에 대해 장벽으로서의 역활을 행하는차폐판이 구형이외의 어떤 다른 형상을 갖던지간에, 차폐판이 연료 집합체의 연료요소로부터의 기체 배출통로에 있어서 집합체의 상방에 위치되는한 어떤 형태로 집합체에 고정되어도 좋다.

최종적으로 본 발명에 의한 검사방법은 가압수형 원자로만에 국한되지 않고, 기체밀봉용 외주부를 형성하는 피복재중에 봉입되어 하과의 연료집합체를 형성하는 핵연료로 이루어진 복수의 연료요소를 이용하는 다른 형태의 원자로에도 적용될 수 있다. 차폐판의 구형에 의하면 적당한 용기와 소형관의 이용에 의해 유리된 기체가 샘플링될 수 있다.

Claims (1)

1. 원자로의 연료집합체를 형성하는 연료요소의 핵물질을 에워싸는 피복재에 균열이 생기는 것에 의해 원자로내에서의 사용중에 결함으로서 작용케 되는 연료집합체를 음향적으로 검출하기 위해, 연료요소의 피복재내에 수용되는 어떤 물질의 핵분열에 의해 생긴 기체를 피복재의 균열을 통해 배출시켜서, 보호매질내로의 기체의 배출에 관련된 음향현상의 기록에 의해 배출을 검출하여, 방사에 대한 보호용의 액내에 완전히 잠긴 각각의 연료집합체를 개별적으로 점검하는 것으로 이루어진 연료집합체용 음향 및 초음파 검사방법에 있어서, 연료집합체에 결함이 있는 경우에 피복재의 내부에 수용된 기체를 팽창시켜 기포형태로 보호용액내로 배출되게하고, 보호용액에 있어서의 기포의 이동이 연료집합체의 상방에 위치하는 차폐판(1)에 의해 저지되게하고, 차폐판에 대한 기포의 충돌 및 차폐판 표면으로의 기체의 집합에 관련하는 음향현상을 기록되게 하여, 이같은 음향현상의 발생에 의해 결함이 있는 연료집합체를 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 연료집합체용 음향 및 초음파 검사방법.

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