SE430932B - Forfarande for faststellande av huruvida en kernbrenslestav under tillverkning er trycksatt med en gas - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 7994281-8 det blivit tilltäppt så att gas inte kunnat inströmma i staven. För det fall att hålet i en propp är öppet när proppen tätsvetsas är det möjligt att svetsaren av någon orsak underlåter att tätsvetsa genomströmningshâlet, var- för gasen inom staven kan utströmma. Den tryckkännare som används för bestämning av trycket i laddningskamrarna kan fungera felaktigt och därvid inte avslöja fall då en bränslestav icke blivit laddad med heliumgas. Så länge det inte finns några tillverkningsprocedurer, som ger en säker- het att samtliga bränslestavar är provade för hållbarhet och riktighet efter trycksättning, verkar det.vara klart att de ovan omnämnda förhållandena kommer att medföra att några bränslestavar inte är trycksamma eller förseglade.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är att ange ett förfarande, som möjliggör hundraprocentig inspek- tion av alla bränslestavar, så_att man får motsvarande full säkerhet att samtliga tillverkade bränslestavar har trycksatts i erforderlig grad.

För detta ändamål har ett förfarande av det slag som anges i ingressen till det bifogade patentkravet l kän- netecken som framgår av samma patentkrav.

Uppfinningen framgår närmare av följande beskrivning av ett utföringsexempel, som illustreras av den bifogade ritningen, vilken schematiskt visar en utrustning, med vilken man med säkerhet kan avgöra huruvida en bränslestav har laddats med gas på rätt sätt och att ett i en änd- propp hos staven anordnat hål är tätt, så att gasen kommer att hållas kvar inom staven.

En bränslestav 10 av vanligt slag av zircoloy, rost- fritt stål eller annat material för kommersiella kärnreak- torer har ändproppar 12 insvetsade vid ändarna och är fylld med en exakt mängd kärnbränslekutsar. En av ändpropparna har ett axiellt eller radiellt riktat hål l3, för laddning av bränslestaven med en gas. Vid som används tillverk- ningen levereras bränslestavarna i följd till en trycksätt- ningsstation, där stavarna sätts under tryck, varvid den ända av staven som innehåller hålet 13 sticks in i en fyll- ningskammare 14, tätad mot dennas vägg. Fyllningskammaren 10 15 -20 25 30 35 7904281-8 3 14 innehåller också en till en energikälla 18 ansluten elektrod 16 för tillsvetsning av hålet 13. En monometer 20 i ett gasrör 22 anger trycket i systemet.

För tillförsel av gas till utrustningen används exempelvis en högtryckskälla PO för exempelvis helium, som ansluts till en första kammare V1 via en ventil 24 och en andra ventil 26 skiljer kammaren V1 från resten av systemet. En andra kammare V2 är ansluten till fyllnings- kammaren 14 via en ventil 28. Sedan bränslestaven 9 insatts tätanae i fyilningskammaren 14 är ast första steget i ladd- ningsprocessen att fylla kammaren V1 med gas från helium- källan PO 26. Därefter stängs ventilen 24 och ventilen 26 öppnas, så genom öppning av ventilen 24 vid stängd ventil att kammaren V1 ansluts till fyllningskammaren 14. Ventilen 28 är då stängd, varför tryckutjämning sker mellan kamma- ren V1 och fyllningskammaren 14. Eftersom volymen hos dessa båda kamrar är känd och om ändproppens häl är öppet, så att en förbindelse mellan bränslestavens inre och fyll- ningskammaren 14 förefinns, kommer trycket i systemet att vara mindre än om kammaren V1 ger gas blott till fyllnings- kammaren 14.

Som exempel på testning med avseende på om ändproppen 12 är riktigt tät antas att volymen hos kamrarna V och _ l V2 båda är 60 cm3, volymen V14 hos fyllningskammaren är 20 cm3 och volymen Vs hos staven är 40 cm3. Tryckkällans P tryck är 30 kp/cmz. Följande relation gäller mellan O kamrarna: v =v = =P2V2=PnVn 2 Vs + V ' Och P V 14 l l När kammaren V1 fylls från högtryckskällan P produkten Povl V1 från tryckkällan med ventilen 24 ansluts kammaren V1 till fyllningskammaren l4 vid stängd ventil 28 genom att O blir 1800 kp/cm. Efter avstängning av kammaren ventilen 26 öppnas. Om hålet 13 i ändproppen 12 är öppet kommer då också bränslestaven att fyllas med gas och mano- metern 20 visar trycket i systemet inklusive volymen hos bränslestaven, men om staven är tät ingår dess volym inte 79042814 10 15 20 25 30 35 4 i den från kammaren V1 fyllda volymen. De följande system-7 tryckavläsningarna kommer att direkt visa huruvida proppen i staven tätar eller inte. ' l. Proppen tätar: När V1 urladdas till fyllningskammaren 14 kommer systemtrycket att vara högt om hålet inte är borrat helt genom proppen eller om ett hinder i hålet hindrar inström- ning av gas i bränslestaven, varför systemtrycket kommer att vara högre än om hålet är öppet, eftersom blott kam- rarna Vl och 14 ingår i den trycksatta volymen enligt föl- jande: Povl = P (V1 + V14) 1800 = P (ao + 20) P = 22;5 kp/cmz _ Detta förhållandevis höga värde visar att ändproppen antingen inte är helt genomhorrad eller att hålet är till- täppt. I så fall tas bränslestaven bort för vidare åtgärd. 2. Hålet i proppen är öppetz- _ När V1 urladdas till fyllningskammaren och bränsle- staven, eftersom hålet är öppet, kommer systemtrycket att vara lägre än i förra fallet: _ P (vl + V14 + vs) Povl = lsoo = P (so + zo + 40) D P = 15 kp/cmz Detta förhållandevis låga tryck visar att propphålet är öppet och att bränslestaven laddats med helium från gaskällan P0. I detta fall hålls gastrycket i systemet kvar och hålet 13 svetsas tätt med svetsapparaten l8.

Nästa steg i processen är att man försäkrar sig om att propphålet blivit riktigt tätsvetsat och kan hålla kvar gasen i bränslestaven under den följande driften.

Efter svetsningen stängs ventilen 26 och ventilen 28 öpp- nas, så att gas i systemt urladdas till kammaren V2. Om propphålet l3 är ordentligt tätsvetsat, kommer det resul- terande systemtrycket att vara mindre än det som uppkommer om svetsen är defekt; LH 10 15 20 25 30 35 7904281-8 J 3. Proppen tätsvetsad: PoV14 = P (V14 J" V2) 3ox2o=aoo=1> (2o+6o) P = 7,5 kp/cmz Om detta förhållandevis låga värde observeras, är det klart att hålet effektivt tätsvetsas och att bränsle- staven är tät. Gasen släpps ut genom ventilen 30 och bränslestaven tas ut för vidarebehandling i tillverknings- proceduren. ' 4. Ändproppen icke tätsvetsad: Därvid gäller PO (VS +Vl4) =Pl (V14 +VS+V 30 (40 + 20) = P = 15 kp/cmz 2) P (20 + 40 + 60) Detta förhållandevis höga värde visar att tätningen i ändproppen är bristfällig, varför bränslestaven tas ut för att ställas iordning för ny svetsning av hålet i proppen. g Ehuru kammaren V1 inte ingår i systemet vid kon- trollen av svetsen, är det klart att den om man så vill kan ha den med och fortfarande få representativa system- tryck, som visar om svetsen är riktig eller ej.

Det är sålunda möjligt att genom avläsning av mano- metern 20 konstatera om hålet i ändproppen medger ladd- ning av staven med gas, och om så är fallet om gasen har inneslutits i staven med en effektiv svets.

Efter ett prov utjämnas systemtrycket till atmosfär- tryck genom att ventilen 30 öppnas. Om ämnen från svets- ningen förorenar gasen, kan man använda lämpliga filter för att rena den.

Den väsentliga nytta man har av att tillämpa detta förfarande är att blott ett ytterligare steg behöver före- tas i för närvarande tillämpad tillverkningsprocess för att samtliga bränslestavar skall bli testade. Ingen bränslestav behöver tas ut ur eller på annat sätt ändras 10 15 20 25 30 7904281- 8 6 i det normala bränslestavsflödet vid tillverkningen, efter- som alla bränslestavarnà måste laddas med gas och därför måste föras till och förseglas i en fyllningskammare, som tillförs gasen innan den strömmar in i bränslestavarna.

Alla tillverkningssteg genomförs fortfarande på samma sätt och med samma utrustning och den enda tillsats som krävs fär att genomföra förfarandet enligt uppfinningen är de två kamrarna Vl och V2 och tvâ ventiler 26 resp. 28. Den ytterligare tid som krävs är blott några få sekunder för att iaktta manometern 20 vid laddningen av fyllningskamma- ren 14, vid manövreringen av ventilerna 24 och 26 samt konstaterande av trycket efter öppnandet av ventilen 28, för att konstatera om svetsen är tät eller ej.

Det ovan beskrivna arrangemanget kan också användas för försegling av bränslestavar med kutsar av plutonium uran-torium och liknande. Efter trycksättning och tätsvets- ning av en bränslestav urladdas fyllningskammaren 14 till kammaren V2 på samma sätt som beskrivits. För det fall att hålet i ändproppen 12 inte blivit tätsvetsat, kommer fasta radioaktiva partiklar av det använda bränslet att föras med från bränslestaven till fyllningskammaren 14 och kamma- ren V2 när gasen strömmar över_till den sistnämnda. Dessa partiklar kan förorena systemet till det stadium då samt- liga provade stavar kan uppvisa någon grad av strålning.

För att förhindra detta anordnas ett filter 32 i ledningen 22 och detta filter har sådana egenskaper att det upptar radioaktiva partiklar och hindrar dem att nå någon av kam- rarna V1 och V2 eller att avgå till omgivande atmosfär genom ventilen 30. Det radioaktiva tillståndet hos filtret 32 övervakas av strålningsmonitor 34 av vanligt slag.

För det fall att denna monitor visar att filtret 32 bör avlägsnas förefinns en snabbkopplingsanordning 36 i ledningen 22, så att filtret och/eller fyllningskammaren 14 kan avlägsnas.

Claims (5)

7904281-8 Patentkrav

1. l. Förfarande för fastställande av huruvida en kärn- bränslestav under tillverkning är trycksatt med en gas, varvid en ände av en bränslestav (10), som är laddad med kärnbränslekutsar, införs i en fyllningskammare (14) med känd volym, och bränslestaven är tät vid andra änden och vid den nämnda ena änden har en ändpropp (12) med en öpp- ning (13), som skall utgöra förbindelse mellan fyllnings- kammaren (14) och bränslestavens (10) inre, samt bränsle- staven temporärt tätas mot väggarna i fyllningskammaren, k ä n n e t e c k n a t därav, att en första behållare (V1) med känd volym laddas med en inert gas från en hög- tryckskälla, vilken därefter avstängs från denna första behållare (V1) och förbindelse upprättas mellan denna första behållare (V1) och fyllningskammaren (14) för över- föring av gas från den första behållaren till fyllnings- kammaren och från fyllningskammaren genom ändproppens öppning (13) till bränslestavens inre, att trycket i gas- systemet mäts, vilket enligt ekvationen Plvl = P2V2 = Pnvn kommer att uppvisa antingen ett förhållandevis högt eller ett förhållandevis lågt värde i beroende av huruvida bränslestaven laddats med gas från fyllningskammaren (14) varvid hålet i ändproppen är tillslutet av en svets blott om för avläsning av systemtrycket använd tryckkännare (20) visar det lägre av de båda värdena.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att gas från fyllningskammaren (14) sedan bränsle- stavens ändpropp (12) tätsvetsats urladdas till en andra behållare (V2) och trycknivån i denna andra kammare (V2) avläses, vilken trycknivå kommer att vara på en förhållande- vis låg nivå för det fall att ändproppens öppning (13) är tätsvetsad och vid en högre nivå när svetsen inte är tät, och att bränslestaven avlägsnas från fyllningskammaren som varande riktigt tätsvetsad när trycket i fyllningskammaren är det lägre av dessa båda värden. 790-428 'I - 8 8

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c kin a t därav, att ändproppens öppning på nytt svetsas för det fall att trycket i fyllningskammaren har det större av de nämnda värdena.

4. Förfarande enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att strålningsnivån i systemet fortlöpande övervakas under bestämningen huruvida öppningen i ändproppen är tillslnten medelst svetsningsprocessen.

5. Förfarande enligt något av kraven 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t därav att förekommande radioaktiva partiklar i systemet absorberas medelst ett filter (32) under bestämningen av om öppningen i ändproppen har blivit tätsvetsad, och att fyllningskaxmnaren och filtret avlägsnas -_ur systemet för det fall att strålningsnivån når ett förut- bestämt värde.