RU2815729C1 - Method for monitoring helium concentration in fuel elements - Google Patents
Method for monitoring helium concentration in fuel elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815729C1 RU2815729C1 RU2023117033A RU2023117033A RU2815729C1 RU 2815729 C1 RU2815729 C1 RU 2815729C1 RU 2023117033 A RU2023117033 A RU 2023117033A RU 2023117033 A RU2023117033 A RU 2023117033A RU 2815729 C1 RU2815729 C1 RU 2815729C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- helium
- fuel rod
- monitoring
- concentration
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 239000001307 helium Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 15
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) на этапе проведения контроля концентраций гелия в них, в частности, в условиях конвейерного производства твэлов.The invention relates to nuclear energy and can be used in the manufacture of fuel elements (fuel elements) at the stage of monitoring helium concentrations in them, in particular, in conditions of conveyor production of fuel elements.
Известен резонансный метод контроля давления гелия в твэлах ТВС РУ ВВЭР-1000, рассмотренный в работах «Неразрушающие ультразвуковые методы исследования облученного топлива ядерных реакторов. (ОАО «ГНЦ НИИАР», 2013) и «Автоматизированная система контроля давления и состава газа в твэлах ядерных реакторов» (Юбилейный сборник трудов МИФИ, 2002).There is a well-known resonance method for monitoring helium pressure in fuel rods of VVER-1000 reactor fuel assemblies, discussed in the works “Non-destructive ultrasonic methods for studying irradiated fuel from nuclear reactors. (JSC "SSC RIAR", 2013) and "Automated system for monitoring pressure and gas composition in fuel rods of nuclear reactors" (Anniversary collection of works of MEPhI, 2002).
Данный метод реализован в виде установки на НЗХК.This method is implemented in the form of an installation at the NCCP.
Метод заключается в возбуждении и регистрации определенных резонансных колебаний оболочки твэлов в области топливного столба. Основным принципом работы служит тот факт, что увеличение давления гелия в твэле приводит к улучшению акустической связи между оболочкой твэла и таблетками топливного столба, что приводит к уменьшению добротности механической колебательной системы.The method consists of exciting and recording certain resonant vibrations of the fuel element cladding in the region of the fuel column. The basic principle of operation is the fact that an increase in helium pressure in the fuel element leads to an improvement in the acoustic connection between the fuel element cladding and the fuel column pellets, which leads to a decrease in the quality factor of the mechanical oscillating system.
Известен способ и устройство контроля сплошности топливного столба для его реализации, при применении в измерительной системе реализован способ, основанный на возбуждении внутри газовой полости твэла ультразвуковых резонансных колебаний столба газа и регистрации резонансных частот и их изменения при импульсном тепловом воздействии на канальный участок поверхности оболочки твэла. (патент РФ на изобретение №2222063, Заявка: 2001134087/06, 13.12.2001, МПК: G21C 17/00 (2000.01) - прототип).There is a known method and device for monitoring the continuity of a fuel column for its implementation; when used in a measuring system, a method is implemented based on the excitation of ultrasonic resonant oscillations of the gas column inside the gas cavity of a fuel element and registration of resonant frequencies and their changes under pulsed thermal action on the channel section of the surface of the fuel element cladding. (RF patent for invention No. 2222063, Application: 2001134087/06, 12/13/2001, IPC: G21C 17/00 (2000.01) - prototype).
Состав и давление газовой среды определяют по значениям резонансных частот и динамике их изменения вследствие импульсного нагрева оболочки, с использованием градуировочных зависимостей.The composition and pressure of the gaseous medium is determined by the values of the resonant frequencies and the dynamics of their change due to pulsed heating of the shell, using calibration dependencies.
Скорость изменения частоты газового резонанса после теплового воздействия зависит от исходного давления гелия или от его концентрации и служит информативным параметром при измерениях.The rate of change in the gas resonance frequency after thermal exposure depends on the initial helium pressure or its concentration and serves as an informative parameter for measurements.
Недостатком данной схемы измерения является необходимость регистрации и анализа динамически изменяющейся амплитудно-частотной характеристики системы при импульсном нагреве, что приводит к усложнению процесса измерения, низкая точность измерения концентрации гелия в твеле.The disadvantage of this measurement scheme is the need to register and analyze the dynamically changing amplitude-frequency characteristics of the system during pulsed heating, which leads to a complication of the measurement process, low accuracy of measuring the helium concentration in the fuel rod.
С точки зрения автоматизации, более предпочтительным является подход, использующий методы контроля амплитуды резонанса.From an automation point of view, an approach that uses resonance amplitude control methods is more preferable.
Задачей изобретения является повышение точности измерения концентрации гелия в твэле.The objective of the invention is to improve the accuracy of measuring the concentration of helium in a fuel rod.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе контроля концентрации гелия в твэле, основанном на возбуждении внутри газовой полости твэла ультразвуковых резонансных колебаний столба газа, регистрации и анализе частотных характеристик твэла, согласно изобретению, при контроле твэл в зоне топливного столба горизонтально устанавливают на двух опорах, одну из которых механически соединяют с выходом ультразвукового излучателя, а другую - с входом ультразвукового приемника и производят снятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) твэла в диапазоне 50÷350 кГц, далее выполняют два последовательных поворота твэла вокруг продольной оси на 120° со снятием АХЧ, после чего АХЧ усредняют по трем полученным значениям, затем, по изменению амплитуды в контрольных значениях частот, соответствующих резонансам топливных таблеток, относительно результатов, полученных в эталонных образцах с известной концентрацией гелия, определяют концентрацию гелия в контролируемом твэле.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed method for monitoring the concentration of helium in a fuel rod, based on the excitation of ultrasonic resonant oscillations of the gas column inside the gas cavity of the fuel rod, registration and analysis of the frequency characteristics of the fuel rod, according to the invention, when monitoring the fuel rod in the zone of the fuel column, it is installed horizontally on two supports, one of which is mechanically connected to the output of the ultrasonic emitter, and the other to the input of the ultrasonic receiver and the amplitude-frequency response (AFC) of the fuel rod is taken in the range of 50÷350 kHz, then two successive rotations of the fuel rod are performed around the longitudinal axis by 120° from by removing the AChF, after which the AChCh is averaged over the three obtained values, then, based on the change in the amplitude in the control frequency values corresponding to the resonances of the fuel pellets, relative to the results obtained in the reference samples with a known helium concentration, the helium concentration in the controlled fuel element is determined.
В варианте применения способа, предварительно контролируют суммарный зазор в топливных таблетках и по его значению определяют корректирующий коэффициент для определения действительной концентрации гелия.In the embodiment of the method, the total gap in the fuel pellets is preliminarily controlled and, based on its value, a correction factor is determined to determine the actual helium concentration.
Сущность предложенного изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для реализации предложенного способа контроля, на фиг 2 показан поперечный разрез А-А устройства механизма нормированного поворота твэла, на фиг. 3 показан поперечный разрез Б-Б устройства механизма нормированного поворота твэла, на фиг. 4 показан поперечный разрез В-В устройства механизма нормированного поворота твэла.The essence of the proposed invention is illustrated by drawings, where in Fig. Fig. 1 shows a device for implementing the proposed control method, Fig. 2 shows a cross section AA of the device for the normalized fuel rod rotation mechanism, Fig. Figure 3 shows a cross section BB of the device of the normalized fuel rod rotation mechanism; FIG. Figure 4 shows a cross-section of the B-B device of the normalized fuel rod rotation mechanism.
На фигурах обозначено:The figures indicate:
1 - контролируемый твэл;1 - controlled fuel rod;
2 - ролики транспортной системы с механизмом вертикального перемещения;2 - rollers of the transport system with a vertical movement mechanism;
3 - излучатель ультразвуковых колебаний;3 - ultrasonic vibration emitter;
4 - приемник ультразвуковых колебаний;4 - ultrasonic vibration receiver;
5 - подъемно-поворотный механизм;5 - lifting and turning mechanism;
6 - блок управления и контроля;6 - control and monitoring unit;
7 - поворотные ролики;7 - swivel rollers;
8 - паразитная шестерня;8 - idler gear;
9 - механизм нормированного поворота твэла;9 - mechanism for normalized fuel rod rotation;
10 - зубчатая рейка;10 - toothed rack;
11 - механизм подъема.11 - lifting mechanism.
12 - ложемент;12 - lodgement;
13 - обгонная муфта.13 - overrunning clutch.
Предложенный способ реализуется следующим образом:The proposed method is implemented as follows:
Контролируемый твэл 1 (далее - твэл) при помощи роликов 2 транспортной системы с механизмом вертикального перемещения; вводится на позицию контроля, так чтобы оси излучателя 3 и приемника 4 ультразвуковых колебаний размещенные на основании подъемно-поворотного механизма 5 и подключенные к блоку управления и контроля 6, находились в зоне топливного столба твэла. При опускании роликов 2 транспортной системы с механизмом вертикального перемещения; твэл выкладывается на поворотные ролики 7 подъемно-поворотного механизма 5. Поворотные ролики 7 через паразитную шестерню 8 связаны между собой для обеспечения поворота твэла в одну строну и размещены на подвешенном относительно основания механизма нормированного поворота твэла 9. Один из поворотных роликов связан с зубчатой рейкой 10, соединяемой с механизмом подъема 11. Ход рейки, до контакта с основанием механизма нормированного поворота твэла 9 выбран таким образом, чтобы обеспечивать поворот твэла на 120° вокруг продольной оси. При подъеме подъемно-поворотный механизм 5 за счет относительного движения рейки 10 выполняется поворот твэла вокруг продольной оси на 120°, после чего твэл 1 вывешивается на ложементы 12 излучателя 3 и приемника 4 ультразвуковых колебаний, при этом происходит отрыв твэла от поворотных роликов 7. При помощи блока управления и контроля 6 формируется частота возбуждения излучателя 3 ультразвуковых колебаний в диапазоне от 50 до 350 кГц с одновременной регистрацией выходного сигнала с приемника 4 ультразвуковых колебаний. Поворотные ролики 7 связаны с зубчатой рейкой 10 через обгонные муфты 13 таким образом, чтобы обеспечивать поворот твэла на 120 вокруг продольной оси только при движении вверх, причем при движении вниз твэл не вращается, что позволяет за три подъема провернуть твэл на 360° вокруг продольной оси и снять его АЧХ в трех положениях.Controlled fuel rod 1 (hereinafter referred to as fuel rod) using
По результатам эксперимента выполняют построение амплитудно-частотной характеристики. Полученная АЧХ на резонансных частотах топливных таблеток сравнивается с АЧХ, полученными на известных концентрациях гелия в твэле и при минимальном суммарном зазоре в топливном столбе, после чего определяется концентрация гелия в твэле.Based on the results of the experiment, the amplitude-frequency characteristic is constructed. The resulting frequency response at the resonant frequencies of fuel pellets is compared with the frequency response obtained at known helium concentrations in the fuel element and at a minimum total gap in the fuel column, after which the helium concentration in the fuel element is determined.
При суммарном зазоре в топливном столбе, отличном от исходного, эталонного, результат измерения концентрации гелия корректируется с учетом поправочного коэффициента, связанного с количественной оценкой суммарного зазора.If the total gap in the fuel column differs from the initial, reference one, the result of measuring the helium concentration is corrected taking into account the correction factor associated with the quantitative assessment of the total gap.
Использование предложенного технического решения позволит упростить процесс определения концентрации гелия в твэле, и повысить точность измерения концентрации гелия в твэле.The use of the proposed technical solution will simplify the process of determining the helium concentration in a fuel rod and increase the accuracy of measuring the helium concentration in a fuel rod.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815729C1 true RU2815729C1 (en) | 2024-03-21 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4036685A (en) * | 1971-07-28 | 1977-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for detecting the leak of coolant into the jacket of a nuclear reactor fuel rod |
| US4684493A (en) * | 1982-12-17 | 1987-08-04 | Fragema | Method and device for detecting defective nuclear fuel elements |
| RU2195722C2 (en) * | 2000-07-03 | 2002-12-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method for inspection and grading of fuel elements and scrap recovery |
| RU2222063C2 (en) * | 2001-12-13 | 2004-01-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Device for checking fuel column for uniformity |
| RU2261489C2 (en) * | 2003-10-31 | 2005-09-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method and device for inspecting and grading fuel elements |
| RU2287868C2 (en) * | 2003-10-28 | 2006-11-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method of checking of fuel elements |
| RU2634309C1 (en) * | 2016-11-15 | 2017-10-25 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Method of measuring helium concentration in fuel element |
| RU2772652C1 (en) * | 2021-12-02 | 2022-05-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for measuring helium concentration in a fuel element |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4036685A (en) * | 1971-07-28 | 1977-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for detecting the leak of coolant into the jacket of a nuclear reactor fuel rod |
| US4684493A (en) * | 1982-12-17 | 1987-08-04 | Fragema | Method and device for detecting defective nuclear fuel elements |
| RU2195722C2 (en) * | 2000-07-03 | 2002-12-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method for inspection and grading of fuel elements and scrap recovery |
| RU2222063C2 (en) * | 2001-12-13 | 2004-01-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Device for checking fuel column for uniformity |
| RU2287868C2 (en) * | 2003-10-28 | 2006-11-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method of checking of fuel elements |
| RU2261489C2 (en) * | 2003-10-31 | 2005-09-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Method and device for inspecting and grading fuel elements |
| RU2634309C1 (en) * | 2016-11-15 | 2017-10-25 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Method of measuring helium concentration in fuel element |
| RU2772652C1 (en) * | 2021-12-02 | 2022-05-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for measuring helium concentration in a fuel element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2348312B1 (en) | Nondestructive test device and nondestructive test method | |
| RU2815729C1 (en) | Method for monitoring helium concentration in fuel elements | |
| US20130058448A1 (en) | Vibro-acoustic sensors for materials characterization and related methods and systems | |
| RU2279069C1 (en) | Mode of ultrasound control in the process of exploitation of concrete and reinforced concrete constructions of erections for availability of deep cracks | |
| CN113533519B (en) | Method and device for non-contact nondestructive evaluation of anisotropy of material | |
| CN211013996U (en) | Laser film internal consumption instrument | |
| RU2406083C1 (en) | Method of determining defect structure of rolled titanium | |
| Saka et al. | Simplified NDE of a closed vertical crack using ultrasonics | |
| WO2021184240A1 (en) | Non-destructive testing method for elastic modulus of fine ceramic, apparatus, and storage medium | |
| CN111208201B (en) | Nondestructive testing method and device for damage strength of inorganic nonmetal plate and storage medium | |
| CN110376249A (en) | A kind of current vortex thermal imaging testing method and device | |
| RU2611709C1 (en) | Method for ultrasonic inspection of articles made of polymer composite materials | |
| WO2021184236A1 (en) | Non-destructive testing method and apparatus for flexural strength of fine ceramics, and storage medium | |
| RU2231057C2 (en) | Process of nondestructive test of degree of damage of metals in used elements of thermal power equipment | |
| JP2022529560A (en) | Ultrasonic rebound value tester for inorganic non-metal plates | |
| CN112098306A (en) | Steel bar corrosion detection device based on spontaneous magnetic flux leakage | |
| JPH11281631A (en) | Method and device for ultrasonically inspecting nuclear fuel rod | |
| RU2775516C1 (en) | Ultrasonic method for monitoring quartz glass products for the presence of cristobalite by the roughness of their surface | |
| JPH11281630A (en) | Method and device for ultrasonically inspecting nuclear fuel rod | |
| CN2588335Y (en) | Level detector for water channel of irrigation area | |
| SU1582119A1 (en) | Ultrasonic method of determining residual longevity of structure member | |
| JPH03183946A (en) | Method and device for corrosion detection | |
| SU879452A1 (en) | Method of object non-destructive testing | |
| RU2788337C1 (en) | Method for controlling the depth of defects of the “fold” type in products made of fiberglass materials by ultrasonic method | |
| Sun et al. | Machine learning of ultrasonic data for expansion prediction of concrete with alkali-silica reaction |