RU2410772C1 - Method of determining integrity of casing of irradiated fuel elements - Google Patents
Method of determining integrity of casing of irradiated fuel elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410772C1 RU2410772C1 RU2009129758/07A RU2009129758A RU2410772C1 RU 2410772 C1 RU2410772 C1 RU 2410772C1 RU 2009129758/07 A RU2009129758/07 A RU 2009129758/07A RU 2009129758 A RU2009129758 A RU 2009129758A RU 2410772 C1 RU2410772 C1 RU 2410772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- gas collector
- isotope
- fuel cell
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при контроле состояния твэлов после облучения их в ядерном реакторе.The invention relates to the field of nuclear engineering and can be used to monitor the state of fuel elements after irradiating them in a nuclear reactor.
Известен способ определения целостности твэлов, основанный на проколе защитных оболочек с последующим манометрическим и масс-спектрометрическим определением количества и состава вышедшего газа, основанными компонентами которого является гелий, ксенон и криптон [Сулаберидзе Б.Ш., Самсонов Б.В., Кириллович А.П. и др. Исследование выхода газообразных продуктов деления под оболочку твэлов с компактной двуокисью урана: препринт: НИИАР-26(541). - Димитровград 1982].A known method for determining the integrity of the fuel rods, based on the puncture of the protective shells with subsequent manometric and mass spectrometric determination of the amount and composition of the released gas, the main components of which are helium, xenon and krypton [Sulaberidze B.Sh., Samsonov B.V., Kirillovich A. P. et al. Investigation of the yield of gaseous fission products under the cladding of fuel elements with compact uranium dioxide: preprint: NIIAR-26 (541). - Dimitrovgrad 1982].
Нарушение герметичности высокорадиоактивных объектов и сложность технического исполнения - основные недостатки этого способа, широко используемого как в нашей стране, так и за рубежом.Violation of the tightness of highly radioactive objects and the complexity of technical performance are the main disadvantages of this method, which is widely used both in our country and abroad.
Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым техническим решением по наибольшему количеству существенных признаков, является способ определения целостности оболочек облученных твэлов, заключающийся в размещении твэла в юстирующем устройстве, определении в области газосборника интенсивности гамма-излучения радиоактивного изотопа криптона (Кr-85) и сравнения этой интенсивности с интенсивностью излучения эталонного твэла, на основании чего определяют состояние оболочки твэла [Горский В.В. Роль неразрушающего контроля в решении проблемы повышения выгорания ядерного топлива в реакторах PWR // Атомная техника за рубежом, 1983. № 1. с.11-19.].The closest analogue that coincides with the claimed technical solution for the largest number of essential features is a method for determining the integrity of the shells of irradiated fuel elements, which consists in placing a fuel element in an alignment device, determining the intensity of gamma radiation of the krypton radioactive isotope (Kr-85) in the gas collection area and comparing this intensities with the radiation intensity of the reference fuel element, on the basis of which the state of the cladding of the fuel element is determined [Gorsky V.V. The role of non-destructive testing in solving the problem of increasing the burnup of nuclear fuel in PWR reactors // Nuclear Technology Abroad, 1983. No. 1. 11-11-19.].
Низкие чувствительность и точность - основные недостатки этого способа. Большая погрешность измерения интенсивности излучения Kr-85 связана с его малой удельной активностью и наличием в газосборниках твэлов фоновых гамма-излучателей - летучих изотопов цезия Cs-134 и Cs-137.Low sensitivity and accuracy are the main disadvantages of this method. A large error in measuring the Kr-85 radiation intensity is associated with its low specific activity and the presence of background gamma-ray emitters - volatile isotopes of cesium Cs-134 and Cs-137 in gas collectors.
Малая удельная активность газообразного изотопа Kr-85 обусловлена незначительной концентрацией его в свободном объеме твэла и низким выходом гамма-квантов с энергией 514 кэВ на акт бета-распада (0,4%). Поскольку изотопы цезия на стенках газосборника находятся в конденсированном состоянии, а выход гамма-излучения с энергией 605, 661 и 796 кэВ составляет около 90%, активность их на единицу длины газосборника существенно (в 10-100 раз) выше. Высокая загрузка гамма-спектрометра, большой комптоновский пьедестал от излучения изотопов цезия не только ухудшают точность определения площади пика полного поглощения гамма-квантов изотопа Kr-85 с энергией 514 кэВ, но зачастую делают вообще невозможным его измерение.The low specific activity of the gaseous Kr-85 isotope is due to its low concentration in the free volume of the fuel rod and the low yield of gamma rays with an energy of 514 keV per beta decay event (0.4%). Since the cesium isotopes on the walls of the gas collector are in a condensed state, and the output of gamma radiation with an energy of 605, 661 and 796 keV is about 90%, their activity per unit length of the gas collector is significantly (10-100 times) higher. The high load of the gamma spectrometer, the large Compton pedestal from the emission of cesium isotopes not only impair the accuracy of determining the peak area of the total absorption of gamma rays of the Kr-85 isotope with an energy of 514 keV, but it is often impossible to measure it at all.
Заявляемое техническое решение позволяет устранить указанные недостатки и обеспечивает достижение большей достоверности определения целостности оболочек твэлов из-за увеличения точности измерения интенсивности гамма-излучения изотопа Kr-85 в газосборнике.The claimed technical solution allows to eliminate these disadvantages and ensures greater reliability of determining the integrity of the cladding of fuel rods due to the increased accuracy of measuring the intensity of gamma radiation of the Kr-85 isotope in the gas collector.
Вышеуказанные недостатки устранены в способе определения целостности оболочек облученных твэлов, включающем размещение твэла в юстирующем устройстве, измерение в области газосборника интенсивности гамма-излучения радиоактивного изотопа Kr-85 и сравнение ее с интенсивностью излучения эталонного твэла, на основании чего судят о состоянии контролируемого твэла, нагревают контролируемый участок газосборника до температуры, обеспечивающей удаление конденсата цезия, затем охлаждают и измеряют интенсивность гамма-излучения изотопа Kr-85 на этом участке с последующим ее сравнением с эталонным.The above disadvantages are eliminated in the method for determining the integrity of the cladding of irradiated fuel elements, including the placement of a fuel element in the alignment device, measuring the gamma radiation intensity of the Kr-85 radioactive isotope in the gas collection area and comparing it with the radiation intensity of the reference fuel element, based on which the state of the controlled fuel element is judged, they are heated the controlled portion of the gas collector to a temperature that ensures the removal of cesium condensate, then it is cooled and the gamma radiation intensity of the Kr-85 isotope is measured this area with its subsequent comparison with the reference.
Контролируемый участок газосборника нагревают до фиксированной температуры, не достигающей точек фазовых переходов материала оболочки твэла, затем охлаждают ниже температуры плавления криптона.The controlled section of the gas collector is heated to a fixed temperature that does not reach the phase transition points of the fuel cladding material, then it is cooled below the melting temperature of krypton.
Проведенные исследования показали, что нагревание до температуры 400-600°С приводит к практически полному очищению от цезия участка газосборника твэла, на котором проводится измерение интенсивности излучения изотопа Kr-85 (фиг.1). Для отечественных твэлов реакторов на тепловых и быстрых нейтронах оптимальной является температура 600°С, которая существенно ниже точек фазовых переходов циркониевого сплава Э110 (цирконий - 1% ниобия) и нержавеющей стали (ЧС-68).The studies showed that heating to a temperature of 400-600 ° C leads to almost complete purification from cesium of the fuel rod section of the fuel, on which the radiation intensity of the Kr-85 isotope is measured (Fig. 1). For domestic thermal and fast neutron fuel rods, the optimum temperature is 600 ° C, which is significantly lower than the phase transition points of the E110 zirconium alloy (zirconium - 1% niobium) and stainless steel (ChS-68).
В твэлах с малым выгоранием или небольшим выходом ГПД из топлива существенное повышение точности измерения интенсивности излучения изотопа Kr-85 достигается путем охлаждения участка газосборника ниже точки плавления криптона. Физические свойства этого инертного газа таковы (см. табл.), что при температуре жидкого азота (-195,8°С) происходит быстрая конденсация криптона в твердой фазе на стенках охлаждаемого участка газосборника твэла.In fuel rods with low burnup or a small GPA exit from fuel, a significant increase in the accuracy of measuring the radiation intensity of the Kr-85 isotope is achieved by cooling the gas collector below the melting point of krypton. The physical properties of this inert gas are such (see table) that at liquid nitrogen temperature (-195.8 ° C), krypton in the solid phase rapidly condensates on the walls of the cooled section of the fuel rod gas collector.
Погрешность измерения площади пика полного поглощения, расположенного на комптоновском фоне аппаратурного гамма-спектра, определяется из выраженияThe error in measuring the area of the total absorption peak located on the Compton background of the instrumental gamma spectrum is determined from the expression
, ,
где С - относительное стандартное отклонение площади фотопика;where C is the relative standard deviation of the photopeak area;
А - скорость счета гамма-линии;A is the gamma line count rate;
В - скорость счета мешающего фона под пиком;B is the counting rate of the interfering background under the peak;
t - время измерения.t is the measurement time.
Поэтому как снижение уровня фона В, так и увеличение скорости счета полезного сигнала А приводит к повышению чувствительности и точности измерения интенсивности гамма-излучения изотопа Kr-85 в газосборнике твэла.Therefore, both a decrease in the background level B and an increase in the count rate of the useful signal A leads to an increase in the sensitivity and accuracy of measuring the intensity of gamma radiation of the Kr-85 isotope in the fuel rod gas collector.
На фиг.1 представлены сканограммы интенсивности гамма-излучения Cs-137 с энергией 661 кэВ по длине газосборника твэла до (13) и после (14) нагрева его участка длиной 170 мм.Figure 1 presents the scans of the intensity of gamma radiation Cs-137 with an energy of 661 keV along the length of the fuel rod to (13) and after (14) heating its portion of 170 mm in length.
Фиг.2. иллюстрирует уменьшение комптоновского пьедестала, а следовательно, и снижение загрузки спектрометра, под пиком полного поглощения гамма-излучения Kr-85 после очистки газосборника от цезия. На фиг.2а показан спектр гамма-излучетелей на отметке 80 мм от низа твэла до нагрева, на фиг.2б - после нагрева.Figure 2. illustrates a decrease in the Compton pedestal, and, consequently, a decrease in the spectrometer load, under the peak of the total absorption of Kr-85 gamma radiation after cleaning the gas collector from cesium. On figa shows the spectrum of gamma emitters at around 80 mm from the bottom of the fuel rod to heat, on figb - after heating.
На фиг.3. показаны спектры гамма-излучения в районе газосборника до (а) и после (б) локального охлаждения участка твэла реактора БОР-60 с выгоранием ~1% т.а.In figure 3. gamma-ray spectra are shown in the region of the gas collector before (a) and after (b) local cooling of the fuel element of the BOR-60 reactor with a burnup of ~ 1% t.a.
Устройство, с помощью которого реализуется заявляемый способ, изображено на фиг.4, где:The device with which the inventive method is implemented is shown in figure 4, where:
1 - топливный сердечник твэла;1 - fuel core of a fuel rod;
2 - защитная оболочка твэла;2 - a protective sheath of a fuel rod;
3 - торцевые заглушки;3 - end caps;
4 - юстирующее устройство;4 - adjusting device;
5 - коллиматор;5 - collimator;
6 - гамма-спектрометр;6 - gamma spectrometer;
7 - газосборник твэла;7 - gas collector of a fuel rod;
8 - нагревательное устройство;8 - heating device;
9 - конденсат криптона;9 - krypton condensate;
10 - корпус устройства охлаждения;10 - housing of the cooling device;
11 - узлы герметичности;11 - tightness nodes;
12 - хладагент (жидкий азот).12 - refrigerant (liquid nitrogen).
Устанавливают топливный сердечник 1 в защитной оболочке 2, герметизированной торцевыми заглушками 3, вертикально в юстирующем устройстве 4 напротив коллиматора 5 гамма-спектрометра 6, просматривающего участок газосборника ниже торцевой заглушки. Газосборник - свободный объем, предназначенный для компенсации давления ГПД, выходящих из топливного сердечника при эксплуатации твэлов. Наряду с ксеноном и криптоном в газосборник мигрируют летучие продукты, в частности изотопы Cs-134 и Cs-137.Install the fuel core 1 in the protective shell 2, sealed with end caps 3, vertically in the alignment device 4 opposite the collimator 5 of the
Перед проведением измерений интенсивности гамма-излучения изотопа Kr-85 с помощью съемного нагревательного блока 8 нагревают газосборник 7 до температуры ниже точек фазовых переходов материала оболочки твэла (фиг.4а), для очистки его изотопов цезия, затем твэл помещают в устройство охлаждения и охлаждают (фиг.4б) до температуры ниже плавления криптона - (-157,3°С). Поскольку в массивной заглушке нейтронами активируются радиоактивные продукты (54Мn, 58Со, 60Со и т.п.), вносящие вклад в величину комптоновского фона, конденсацию и измерение скорости счета гамма-излучения 85Kr производят на некотором расстоянии (~100 мм) от торца газосборника твэла.Before measuring the intensity of gamma radiation of the Kr-85 isotope using a removable heating unit 8, the gas collector 7 is heated to a temperature below the phase transition points of the cladding material of the fuel element (Fig. 4a), to clean its cesium isotopes, then the fuel element is placed in a cooling device and cooled ( figb) to a temperature below the melting of krypton - (-157.3 ° C). Since radioactive products ( 54 Mn, 58 Co, 60 Co, etc.), which contribute to the Compton background, are activated by a neutron in a massive blank, the condensation and measurement of the gamma radiation count rate of 85 Kr are carried out at a certain distance (~ 100 mm) from the end of the fuel rod gas collector.
Повышение температуры на локальном участке газосборника может быть достигнуто с помощью омического, индукционного, СВЧ и т.п. нагрева. Для получения конденсата Kr-85 (9) используется устройство охлаждения, состоящее из корпуса 10, двух узлов герметичности 11 и хладагента 12, например жидкого азота. Узлы герметичности из белой вакуумной резины выдерживают сотни циклов замораживаний-размораживаний участка газосборника. При использовании устройства охлаждения с корпусом из прочного пенопласта для сохранения конденсата Kr-85 на время контрольных измерений достаточно 200 мл жидкого азота. Применение специального сосуда Дьюара существенно уменьшит расход хладагента на одно измерение.The temperature increase in the local area of the gas collector can be achieved using ohmic, induction, microwave, etc. heating up. To obtain Kr-85 condensate (9), a cooling device is used, consisting of a housing 10, two tightness assemblies 11 and a refrigerant 12, for example liquid nitrogen. The tightness nodes of white vacuum rubber withstand hundreds of freeze-thaw cycles of the gas collector section. When using a cooling device with a housing made of durable foam to preserve Kr-85 condensate, 200 ml of liquid nitrogen is sufficient for the duration of the control measurements. The use of a special Dewar vessel will significantly reduce the flow of refrigerant by one measurement.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009129758/07A RU2410772C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Method of determining integrity of casing of irradiated fuel elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009129758/07A RU2410772C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Method of determining integrity of casing of irradiated fuel elements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2410772C1 true RU2410772C1 (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009129758/07A RU2410772C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Method of determining integrity of casing of irradiated fuel elements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2410772C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485494C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-06-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method to determine content of admixtures in gas under shell of fuel elements (fe) of nuclear reactors |
-
2009
- 2009-08-03 RU RU2009129758/07A patent/RU2410772C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОРСКИЙ В.В. Роль неразрушающего контроля в решении проблемы повышения выгорания ядерного топлива в реакторах PWR.: Атомная техника за рубежом, 1983, № 1, с.11-19. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485494C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-06-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method to determine content of admixtures in gas under shell of fuel elements (fe) of nuclear reactors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Walker et al. | On the thermal conductivity of UO2 nuclear fuel at a high burn-up of around 100 MWd/kgHM | |
JP2006512567A (en) | Method and apparatus for quality control of MOX fuel rods | |
Freis et al. | Burn-up determination and accident testing of HTR-PM fuel elements irradiated in the HFR Petten | |
Matsson et al. | Developments in gamma scanning irradiated nuclear fuel | |
RU2410772C1 (en) | Method of determining integrity of casing of irradiated fuel elements | |
JP5725769B2 (en) | Reactor fuel health monitor | |
Perrotta et al. | Experience on wet storage spent fuel sipping at IEA-R1 Brazilian research reactor | |
JP3544065B2 (en) | Simple burnup monitor | |
JP2001249197A (en) | Method and device for measuring change in reactivity of fuel with temperature and in effective resonance integral | |
Ducros et al. | Use of gamma spectrometry for measuring fission product releases during a simulated PWR severe accident: Application to the VERDON experimental program | |
Barleon et al. | Small-sample Doppler effect measurements and their interpretation in fast reactor spectra | |
Kudo et al. | Releases of cesium and poorly volatile elements from UO2 and MOX fuels under severe accident conditions | |
GB1509269A (en) | Inspecting radioactive fuel rods | |
Hudelot et al. | OCEAN: an ambitious experimental program for the qualification of integral capture cross sections of neutron absorbers | |
Robertson et al. | Fuel defect test-BORAX-IV | |
Sasajima et al. | Behavior of irradiated PWR fuel under a simulated RIA condition. Results of NSRR Test MH-3 | |
Grouiller et al. | Neutron Monitoring and the Inherent Source of Superphénix | |
Siegler et al. | Testing of neutron data by comparison of measured and calculated average transmissions | |
Bigham et al. | Effective fission cross sections and neutron spectra in an NRX type uranium metal rod | |
Souza et al. | Verification of the linearity of the IPR-R1 TRIGA reactor power channels | |
Johnson et al. | Integral measurements in a simulated fast breeder reactor blanket | |
CN114496321A (en) | Radioactivity on-line monitoring system of nuclear reactor primary circuit | |
JPH0421839B2 (en) | ||
Jaworowski et al. | Control Augmentation Critical Experiments | |
Bernander et al. | Experimental Equipment for Physics Studies in the Aagesta Reactor |