RU2200352C2 - Способ вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2200352C2 RU2200352C2 RU2000126981/06A RU2000126981A RU2200352C2 RU 2200352 C2 RU2200352 C2 RU 2200352C2 RU 2000126981/06 A RU2000126981/06 A RU 2000126981/06A RU 2000126981 A RU2000126981 A RU 2000126981A RU 2200352 C2 RU2200352 C2 RU 2200352C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gadolinium
- fuel
- measuring
- transducers
- fuel element
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- ACTXVUKAWNGDKG-UHFFFAOYSA-N [Gd].[U] Chemical compound [Gd].[U] ACTXVUKAWNGDKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000008188 pellet Substances 0.000 title abstract description 10
- 238000007689 inspection Methods 0.000 title abstract 6
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 9
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 abstract description 25
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 4
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 4
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001683 neutron diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
- G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0093—Radioactive materials
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
- G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего вихретокового контроля материалов и изделий и, в частности, контроля содержания гадолиния в тепловыделяющих элементах (твэлах) ядерных энергетических реакторов. Предлагаемые способ и устройство, предназначенные преимущественно для двухчастотного вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке снаряженного уран-гадолиниевым топливом твэла, основаны на сравнении результатов контроля в одних и тех же сечениях твэла двумя измерительными системами, содержащими измерительные преобразователи проходного типа, через которые перемещается контролируемый твэл, и компенсационные преобразователи со вставленными в них стандартными образцами, с тем отличием, что в первой системе контроль ведется при наложении внешнего постоянного магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами на основе редкоземельных элементов, а во второй - без наложения, по которым проводятся расчеты на компьютере содержания гадолиния в каждой таблетке с учетом помех, создаваемых ферромагнитными включениями в таблетках, отклонениями электропроводности и геометрических размеров оболочек контролируемых твэлов от таковых оболочек стандартных образцов, а также смещениями оси контролируемого твэла относительно осей измерительных преобразователей. Предлагаемые способ и устройство обеспечивают более точное определение содержания гадолиния при наличии ферромагнитных включений в таблетках. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для определения содержания гадолиния в каждой таблетке снаряженных уран-гадолиниевым топливом тепловыделяющих элементов легководных ядерных энергетических реакторов.
Проведенные в последние годы мероприятия по повышению выгорания ядерного топлива и удлинению топливных циклов заставили вводить в активные зоны легководных ядерных энергетических реакторов дополнительное количество выгорающих поглотителей нейтронов (гадолиния или эрбия), необходимых для подавления начальной избыточной реактивности и выравнивания тепловыделения в зоне в течение всего топливного цикла.
Выгорающий поглотитель вводится непосредственно в таблетки из диоксида урана. В зоне размещаются тепловыделяющие сборки, в которых находятся тепловыделяющие элементы (твэлы) с разным содержанием выгорающего поглотителя и в том числе по длине топливного столба твэла (профильное распределение) в пределах от 0 до 8 - 10 мас.%, например, оксида гадолиния. Поэтому очень важно определять содержание выгорающего поглотителя, например гадолиния, в каждой таблетке столба топлива готового твэла с приемлемой погрешностью.
Технической задачей изобретения является усовершенствование способа неразрушающего электромагнитного (вихретокового) контроля и создание установки для определения содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в готовом твэле с приемлемой погрешностью.
Известен ряд способов и средств неразрушающего контроля содержания гадолиния в уран-гадолиниевом топливе в твэле, основанных на магнитном, электромагнитном, нейтронографическом, нейтронно-активационном методах [1]. Однако на практике нашли применение магнитный и электромагнитный методы контроля. Первый метод основан на измерении магнитной восприимчивости парамагнитного оксида гадолиния, которая в 16,8 раза больше, чем у диоксида урана; второй - на измерении вносимого импеданса при введении в измерительный преобразователь уран-гадолиниевой таблетки. Однако на точности определений сильно сказываются имеющиеся в таблетках примесные ферромагнитные включения (железо, никель и их сплавы) в количестве до 500 млн-1, восстановившиеся из оксидов при спекании таблеток в восстановительной атмосфере. Их магнитная восприимчивость в десятки и сотни раз выше магнитной восприимчивости оксида гадолиния. Поэтому в известных способах контроля применяются меры по подавлению мешающего действия ферромагнитных включений.
При магнитном контроле для исключения такого влияния проводят насыщение ферромагнитных включений с помощью внешних постоянных магнитных полей. Полное их насыщение происходит при напряженностях магнитного поля более 1600 кА/м [2] . Поскольку электромагниты и постоянные магниты могут создавать магнитные поля напряженностью до 800 кА/м, то для получения магнитных полей большей напряженности необходимы магнитные системы со сверхпроводящими обмотками.
Магнитный контроль содержания гадолиния в каждой таблетке по способу [2] проводится при насыщении ферромагнитных включений магнитным полем с напряженностью до 5600 кА/м, создаваемым магнитной системой со сверхпроводящей обмоткой. В установке имеются две такие магнитные системы, в которых напряженности отличаются в 2 раза (например, 4800 и 2400 кА/м). Вдоль осей магнитных систем располагаются измерительные катушки, через которые перемещаются со строго постоянной скоростью контролируемые твэлы. Поскольку при таких напряженностях магнитных полей ферромагнитные включения полностью насыщены, а магнитная восприимчивость гадолиния увеличивается линейно с ростом напряженности магнитного поля, то разность наводимых напряжений в катушках будет пропорциональна магнитной восприимчивости гадолиния при любом содержании ферромагнитных включений. Этим способом можно контролировать и содержание ферромагнитных включений в таблетках [3].
В известном электромагнитном методе [4] контроль содержания гадолиния определяется по изменению импеданса измерительного преобразователя при внесении в него уран-гадолиниевой таблетки относительно компенсационного преобразователя со стандартным образцом, помещенных в переменное магнитное поле с частотой менее 100 Гц, создаваемого двумя катушками Гельмгольца. Для подавления влияния ферромагнитных включений на точность измерения они насыщаются постоянным магнитным полем напряженностью более 400 кА/м, создаваемого постоянными магнитами.
Другой способ отстройки от влияния ферромагнитных включений на точность определения содержания гадолиния основан на прямом измерении содержания ферромагнитных включений электромагнитным методом с последующим введением корректировки в результаты контроля. Согласно этому способу внутри соленоида, питаемого от источника переменного тока, расположены измерительный и компенсационный преобразователи, соединенные последовательно-встречно. При контроле таблетки, содержащей ферромагнитные примеси, в напряжении рассогласования, кроме составляющей основной частоты, возникают гармонические составляющие, обусловленные гистерезисом кривых намагничивания ферромагнитных включений в слабых магнитных полях (десятые доли тесла). Выделенные фильтрами гармонические составляющие используются для внесения корректировки в результаты контроля [5].
Известен также электромагнитный (вихретоковый) метод контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-графитового топлива в твэле с оболочкой из сплава циркония, основанный на сравнении электрических параметров измерительного преобразователя, через который протягивается контролируемый твэл, с параметрами компенсационного преобразователя, в котором находится стандартный образец - отрезок оболочки твэла с одной таблеткой [6]. Компенсационный преобразователь может располагаться рядом и соосно с измерительным преобразователем (контроль методом сравнения параметров двух соседних таблеток в твэле).
Контролируемым параметром является электрическая проводимость уран-гадолиниевой таблетки, значительно увеличивающаяся с ростом содержания в ней гадолиния. При этом увеличивается и индуктивная составляющая за счет увеличения магнитной проницаемости таблетки. Высокая чувствительность к изменению электрической проводимости таблетки достигается выбором частоты переменного магнитного поля, при которой оно проникает в таблетку через электропроводную оболочку (менее 10 кГц). Кроме фазовой отстройки от изменений индуктивной составляющей вносимого таблеткой импеданса в способе [6] не предусмотрены дополнительные меры по подавлению влияния ферромагнитных включений на точность контроля содержания гадолиния.
В [7, 8] описано применение метода вихревых токов по способу [6] с наложением внешнего постоянного магнитного поля при контроле содержания гадолиния в уран-гадолиниевых таблетках. Устройство для контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в готовом твэле состоит из механизма перемещения твэла с постоянной скоростью через измерительный преобразователь проходного типа, помещенный в магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами и предназначенное для подавления мешающего действия ферромагнитных включений в таблетках. Снимаемое с измерительного преобразователя напряжение сравнивается с напряжением компенсационного преобразователя, в котором находится стандартный образец - отрезок оболочки твэла с одной таблеткой. Разность напряжений подается на стандартный вихретоковый прибор, к выходу которого подключено записывающее устройство.
Недостатками вихретокового контроля по способу [7] являются:
1 - низкая разрешающая способность при контроле уран-гадолиниевых таблеток с небольшим (2-3 мас.%) содержанием гадолиния и большим количеством ферромагнитных включений, обусловленная неполным насыщением последних магнитным полем постоянных магнитов;
2 - отсутствие мер по компенсации влияний на точность контроля отклонений электрической проводимости и геометрических размеров оболочки контролируемых твэлов, а также смещений оси твэла относительно оси измерительного преобразователя проходного типа.
1 - низкая разрешающая способность при контроле уран-гадолиниевых таблеток с небольшим (2-3 мас.%) содержанием гадолиния и большим количеством ферромагнитных включений, обусловленная неполным насыщением последних магнитным полем постоянных магнитов;
2 - отсутствие мер по компенсации влияний на точность контроля отклонений электрической проводимости и геометрических размеров оболочки контролируемых твэлов, а также смещений оси твэла относительно оси измерительного преобразователя проходного типа.
Наиболее близким по технической сущности решением к заявленным способу и устройству контроля содержания гадолиния в каждой таблетке твэла с уран-гадолиниевым топливом является вихретоковое устройство [7], принятое в качестве прототипа.
Техническими задачами изобретения являются повышение разрешающей способности при вихретоковом контроле содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в твэле при переменной массе ферромагнитных включений в таблетках и отклонениях электрической проводимости и геометрических размеров оболочки в пределах допусков, установленных в технических условиях на уран-гадолиниевые таблетки и оболочки из сплавов циркония, без применения магнитных систем со сверхпроводящими обмотками.
Поставленная цель достигается тем, что в известном вихретоковом способе контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в твэле, основанном на изменении напряжения, возникающего в помещенном во внешнем постоянном магнитном поле измерительном преобразователе проходного типа, при перемещении через него твэла с постоянной скоростью и сравнении этого напряжения с напряжением на компенсационном преобразователе проходного типа с установленным в нем стандартным образом в виде отрезка оболочки с одной таблеткой из диоксида урана и также находящемся в этом магнитном поле, проводят дополнительные измерения разности напряжений на аналогичных измерительном и компенсационном преобразователях во время перемещения твэла, но без наложения внешнего постоянного магнитного поля, сравнивают результаты контроля в одних и тех же сечениях твэла и после компьютерной обработки полученной информации определяют содержание гадолиния в каждой таблетке.
Согласно частному варианту выполнения способа контроль ведут при питании преобразователей двухчастотным напряжением, причем меньшая частота используется для контроля содержания гадолиния в таблетках, а большая - для компенсации погрешностей, обусловленных отклонениями электрической проводимости и геометрических размеров оболочки контролируемого твэла от таковых стандартного образца, а также смещением оси перемещаемого твэла относительно осей измерительных преобразователей.
Поставленная задача достигается также тем, что в известном устройстве вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива, включающем измерительный преобразователь проходного типа, помещенный во внешнее постоянное магнитное поле, через который перемещается контролируемый твэл, и компенсационный преобразователь со стандартным образцом, соединены встречно и подключены к входу стандартного вихретокового прибора, к выходу которого подключен записывающий прибор, отличается тем, что для более полной нейтрализации влияния ферромагнитных включений на точность контроля содержания гадолиния в уран-гадолиниевых таблетках устройство оснащено размещенными вне магнитного поля аналогичными измерительным и компенсационным преобразователями, разностное напряжение с которых вместе с разностным напряжением основных измерительного и компенсационного преобразователей подается на фазочувствительные усилители, а сигналы с их ортогональных выходов поступают в микропроцессорный контроллер и с него в компьютер, выдающий информацию о содержании гадолиния в каждой таблетке.
Согласно частному варианту выполнения устройства в качестве преобразователей используются проходные преобразователи трансформаторного типа с возбуждающими и измерительными обмотками, питаемые от двухчастотного генератора.
Согласно второму частному варианту выполнения устройства сравнение результатов контроля обеими измерительными системами в одних и тех же сечениях твэла обеспечивается датчиками положения твэла, размещенными рядом с измерительными преобразователями и блоками временной задержки.
Согласно третьему частному варианту выполнения устройства для снижения влияния отклонений электропроводности и геометрических размеров оболочки контролируемого твэла от таковых оболочки стандартного образца, а также смещения оси контролируемого твэла относительно осей измерительных преобразователей на результаты контроля содержания гадолиния в таблетках, в нем имеется вспомогательный измерительный канал, функционирующий на более высокой частоте, чем канал контроля содержания гадолиния.
Согласно четвертому частному варианту выполнения устройства внешнее постоянное магнитное поле создается магнитной системой, состоящей из блоков постоянных магнитов и магнитопроводов, обеспечивающих напряженность магнитного поля в зоне контроля в диапазоне 750-2000 кА/м.
Согласно пятому частному варианту выполнения устройства для исключения температурной погрешности измерительный и компенсационный преобразователи расположены в одном блоке.
Магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами в первой измерительной системе, используется для насыщения ферромагнитных включений в уран-гадолиниевых таблетках с целью снижения их влияния на результаты контроля. Однако для полного насыщения ферромагнитных включений необходимо магнитное поле с напряженностью более 1600 кА/м, что можно обеспечить только магнитной системой со сверхпроводящими обмотками. Поэтому для более полного учета влияния ферромагнитных включений на точность контроля используется вторая измерительная система без наложения магнитного поля, на выходе которой формируется сигнал, несущий информацию о содержании гадолиния и ферромагнитных включений. Сравнивая выходные сигналы с обеих измерительных систем, можно оценить уровень помехи, создаваемой ферромагнитными включениями, и внести поправки в результаты контроля.
На фиг.1 представлена блок-схема заявленного устройства.
На фиг. 2 приведена диаграмма записи содержания гадолиния в таблетках столба уран-гадолиниевого топлива в имитаторе твэла, в котором находятся 5 групп таблеток, разделенных таблетками из диэлектрического материала.
В первой группе - три таблетки, содержащие 6 мас.% оксида гадолиния, во второй группе - три таблетки (4 мас.%), в третьей группе - три таблетки диоксида урана без гадолиния, в четвертой группе - две таблетки (8 мас.%), в пятой группе - три таблетки из диоксида урана без гадолиния. Диаграмма записана с использованием установки-аналога прототипа [7].
На фиг. 3 приведена аналогичная диаграмма, но записанная на установке-прототипе с наложением внешнего постоянного магнитного поля.
На фиг. 4 - диаграмма, записанная на разработанной установке по предложенному способу контроля.
Устройство (фиг. 1) содержит первую измерительную систему, состоящую из измерительного 1 и компенсационного 2 преобразователей с возбуждающими и измерительными обмотками, помещенными в магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами NS. Возбуждающие обмотки преобразователей питаются от двухчастотного генератора 4, вырабатывающего напряжения низкой частоты F1 и высокой частоты F2. Вторая измерительная система состоит из аналогичных измерительного 8 и компенсационного 7 преобразователей, расположенных вне магнитного поля. Контролируемый твэл 3 перемещается через измерительные преобразователи 1 и 8 в направлении стрелки X. В компенсационных преобразователях 2 и 7 постоянно находятся одинаковые стандартные образцы 15, 16 в виде отрезков оболочек твэла с таблеткой. Напряжения рассогласования с измерительных обмоток обеих систем поступают соответственно на фазочувствительные усилители 5, 6 и 9, 10. В качестве опорных напряжений для фазочувствительных усилителей используются напряжения с частотами F1 и F2. При этом на выходе фазочувствительных усилителей 5 и 9 с опорным напряжением на низкой частоте F1 формируется сигнал об электрической проводимости и магнитной восприимчивости уран-гадолиниевых таблеток, по которому определяется содержание в них гадолиния. На выходе фазочувствительных усилителей 6 и 10 с опорным напряжением на высокой частоте F2 формируются сигналы об отклонении электрической проводимости оболочки и ее геометрических размеров, а также о смещении оси контролируемого твэла относительно осей измерительных преобразователей.
Поскольку измерительные преобразователи 1 и 8 смещены друг от друга, то для сопоставления результатов контроля содержания гадолиния в одних и тех же сечениях твэла предусмотрены датчики положения 11 и 12, с помощью которых и определяется необходимый временной сдвиг при данной скорости перемещения твэла.
Ортогональные составляющие со всех фазочувствительных усилителей и сигналы с датчиков положения поступают на микропроцессорный контроллер 13, в котором производится первичная обработка сигналов. Затем все 10 сигналов подаются в компьютер 14. В нем сигналы обрабатываются по специальной программе с целью извлечения информации о содержании гадолиния в каждой уран-гадолиниевой таблетке.
Суть специальной самообучающейся программы заключается в следующем. При контроле твэла на выходе четырех квадратурных фазочувствительных усилителей 5, 6, 9 и 10 (фиг.1) возникает 8 независимых сигналов, которые объединяются в простейшую систему уравнений:
U0F1=A•cosα;
U90F1=A•sinα (сигналы с фазочувствительного усилителя 5);
U0F2=B•cosβ;
U90F2=B•sinβ (сигналы с фазочувствительного усилителя 6);
U0F1=C•cosγ;
U90F1=C•sinγ (сигналы с фазочувствительного усилителя 9);
U0F2=D•cosδ;
U90F2=D•sinδ (сигналы с фазочувствительного усилителя 10).
U0F1=A•cosα;
U90F1=A•sinα (сигналы с фазочувствительного усилителя 5);
U0F2=B•cosβ;
U90F2=B•sinβ (сигналы с фазочувствительного усилителя 6);
U0F1=C•cosγ;
U90F1=C•sinγ (сигналы с фазочувствительного усилителя 9);
U0F2=D•cosδ;
U90F2=D•sinδ (сигналы с фазочувствительного усилителя 10).
Для определения оптимальных значений коэффициентов А, В, С, D и аргументов α, β, γ, δ изготавливают имитаторы таблеток с различным содержанием ферромагнитных примесей и гадолиния, которые помещают в оболочки твэлов с различными значениями наружного диаметра и толщины стенки. После контроля этих образцов программа подбирает такие значения коэффициентов и аргументов, чтобы после обработки системы уравнений сигнал от гадолиния был максимальным, а от мешающих факторов - минимальным. Правильность выбора алгоритма обработки информации проверяется на готовой продукции. Таблетки с различным содержанием гадолиния после контроля подвергаются химическому анализу и по сравнению с результатами химического анализа определяется погрешность контроля.
Из сравнения диаграмм записи на фиг.2 и 4 видны преимущества контроля содержания гадолиния в уран-гадолиниевых таблетках предлагаемым способом.
Источники информации
1. Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 4. Неразрушающий контроль содержания Gd2О3 в твэлах с таблетками (U, Gd)O2.- Атомная техника за рубежом, 1990, 1, С. 3-8.
1. Горский В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Ч. 4. Неразрушающий контроль содержания Gd2О3 в твэлах с таблетками (U, Gd)O2.- Атомная техника за рубежом, 1990, 1, С. 3-8.
2. Пат. США 4243939, G 01 R 33/16, 1981.
3. Заявка Великобритании 2073429, G 01 N 27/72, 1981.
4. Пат. США 4134064, G 01 R 33/12, 1979.
5. Выложенная заявка Японии 60-114766, 1985.
6. Европейский пат. 0123089, G 21 C 17/16, G 01 C 27/72, 1988.
7. Domingo A. et al. Electromagnetic and gamma scanning inspection of nuclear fuel rods at ENUSA.-In: Pros. 7th Europ. Conf. on Non-Destr. Test., V. 2, 1998, P. 1399-1406 (прототип).
8. Горский В.В. Неразрушающий контроль при производстве твэлов для PWR в Испании. - Атомная техника за рубежом, 1999, 8, с. 16-21.
Claims (8)
1. Способ вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе, основанный на измерении напряжения, возникающего в помещенном во внешнее постоянное магнитное поле измерительном преобразователе проходного типа, при перемещении через него тепловыделяющего элемента с постоянной скоростью и сравнении этого напряжения с напряжением на компенсационном преобразователе проходного типа с установленным в нем стандартным образцом в виде отрезка оболочки тепловыделяющего элемента с одной таблеткой из диоксида урана и также находящимся в этом магнитном поле, отличающийся тем, что проводят дополнительное измерение разности напряжений на аналогичных измерительном и компенсационном преобразователях во время перемещения тепловыделяющего элемента, но без наложения внешнего магнитного поля, сравнивают результаты контроля в одних и тех же сечениях тепловыделяющего элемента и после компьютерной обработки полученной информации определяют содержание гадолиния в каждой таблетке.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контроль ведут при питании преобразователей двухчастотным напряжением, причем меньшая частота используется для контроля содержания гадолиния, а большая - для компенсации погрешностей, обусловленных отклонением электрической проводимости и геометрических размеров оболочки контролируемого тепловыделяющего элемента от таковых оболочки стандартного образца, а также смещением оси перемещаемого тепловыделяющего элемента относительно осей измерительных преобразователей.
3. Устройство для вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе, включающее измерительный преобразователь проходного типа, помещенный во внешнее постоянное магнитное поле, через который перемещается контролируемый тепловыделяющий элемент, и компенсационный преобразователь со стандартным образцом, соединенные встречно и подключенные к входу стандартного вихретокового прибора, к выходу которого подсоединен записывающий прибор, отличающееся тем, что устройство оснащено размещенными вне магнитного поля аналогичными измерительным и компенсационным преобразователями, разность напряжений с которых вместе с разностью напряжений основных измерительного и компенсационного преобразователей подведена к фазочувствительным усилителям, а сигналы с их ортогональных выходов подведены к микропроцессорному контроллеру и с него - в компьютер, выдающий информацию о содержании гадолиния в каждой таблетке.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве преобразователей используют проходные преобразователи трансформаторного типа с возбуждающей и измерительной обмотками, питаемые от двухчастотного генератора.
5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что сравнение результатов контроля обеими измерительными системами в одних и тех же сечениях тепловыделяющего элемента обеспечивается датчиками положения тепловыделяющего элемента, размещенными рядом с измерительными преобразователями с учетом временной задержки.
6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно снабжено вспомогательным измерительным каналом, функционирующим на более высокой частоте, чем канал контроля содержания гадолиния в таблетке.
7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что внешнее постоянное магнитное поле создается магнитной системой, состоящей из блоков постоянных магнитов и магнитопроводов, обеспечивающих напряженность магнитного поля в зоне контроля в диапазоне 750-2000 кА/м.
8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что измерительный и компенсационный преобразователи расположены в одном блоке.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000126981/06A RU2200352C2 (ru) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | Способ вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе и устройство для его осуществления |
PCT/RU2002/000333 WO2004008462A1 (fr) | 2000-10-30 | 2002-07-12 | Procede de controle par courant de foucault de la teneur en gadolinium de chaque pastille de combustible gadolinium-uranium dans un element combustible et dispositif correspondant |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000126981/06A RU2200352C2 (ru) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | Способ вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе и устройство для его осуществления |
PCT/RU2002/000333 WO2004008462A1 (fr) | 2000-10-30 | 2002-07-12 | Procede de controle par courant de foucault de la teneur en gadolinium de chaque pastille de combustible gadolinium-uranium dans un element combustible et dispositif correspondant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000126981A RU2000126981A (ru) | 2002-09-27 |
RU2200352C2 true RU2200352C2 (ru) | 2003-03-10 |
Family
ID=32314173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000126981/06A RU2200352C2 (ru) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | Способ вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе и устройство для его осуществления |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2200352C2 (ru) |
WO (1) | WO2004008462A1 (ru) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4134064A (en) * | 1976-12-27 | 1979-01-09 | General Electric Company | Method and apparatus for magnetically determining the Gd2 O3 content in UO2 fuel pellets while eliminating the effect of ferromagnetic impurities |
US4243939A (en) * | 1978-08-07 | 1981-01-06 | General Electric Company | Determining paramagnetic additive content of a base paramagnetic material containing ferromagnetic impurity |
US4564498A (en) * | 1982-10-26 | 1986-01-14 | General Electric Company | System for the analysis of nuclear fuel rods |
-
2000
- 2000-10-30 RU RU2000126981/06A patent/RU2200352C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-07-12 WO PCT/RU2002/000333 patent/WO2004008462A1/ru not_active Application Discontinuation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Doningo A. et al. - Electromagnetic and gamma scanning inspection of nuclear fuel rods at ENUSA. Pros. 7-Th. Europ. Conf. on Non-Destr. Test, v. 2, 1998, р. 1399-1406. * |
ГОРСКИЙ В.В. Уран-гадолиниевое оксидное топливо. Атомная техника за рубежом. - 1990, №1, с.3-8. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2004008462A1 (fr) | 2004-01-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Strait et al. | Chapter 2: magnetic diagnostics | |
US4243939A (en) | Determining paramagnetic additive content of a base paramagnetic material containing ferromagnetic impurity | |
EP1810046B1 (en) | Sensor for measuring magnetic flux | |
US4134064A (en) | Method and apparatus for magnetically determining the Gd2 O3 content in UO2 fuel pellets while eliminating the effect of ferromagnetic impurities | |
JPH0584846B2 (ru) | ||
Zhang et al. | Identification of the ferromagnetic hysteresis simulation parameters using classic non-destructive testing equipment | |
Mailhé et al. | Modified-SST for uniaxial characterization of electrical steel sheets under controlled induced voltage and constant stress | |
RU2200352C2 (ru) | Способ вихретокового контроля содержания гадолиния в каждой таблетке столба уран-гадолиниевого топлива в тепловыделяющем элементе и устройство для его осуществления | |
JPH0262028B2 (ru) | ||
Ben et al. | Electromagnetic vibration analysis of magnetically controlled reactor considering DC magnetic flux | |
Rupanagunta et al. | Determination of iron core losses under influence of third-harmonic flux component | |
Arpaia et al. | On the use of fluxmetric methods for characterizing feebly magnetic materials | |
JPS60114766A (ja) | 核燃料中のガドリニア含量の測定法 | |
JPH04218764A (ja) | 金属材料の劣化損傷検出装置 | |
Landry et al. | Superconducting magnetometer for quality control of nuclear fuel rods | |
Wolf | Linear variable differential transformer and its uses for in-core fuel rod behavior measurements | |
Nishitani et al. | Irradiation effects on magnetic probes made of mineral insulated cable | |
RU2183830C2 (ru) | Накладной вихретоковый преобразователь | |
JPH07122629B2 (ja) | 原子炉用燃料棒のガドリニア含有量測定方法 | |
Su et al. | Design and Analysis of PCB Rogowski Coil Current Transformer | |
Zhou et al. | Study of Multi-parameters Separation for Oxide Film Thickness Measurement | |
Khanlou et al. | A computerised on-line power loss testing system for the steel industry, based on the RCP compensation technique | |
SU938124A1 (ru) | Электромагнитное устройство дл контрол внутреннего диаметра ферромагнитных труб | |
Clark et al. | The use of horizontal axis coils for the eddy current inspection of fast breeder reactor primary vessels | |
RU2194271C2 (ru) | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАДОЛИНИЯ В ТВЭЛе |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051031 |