Способ контроля сколов топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе Российский патент 2023 года по МПК G21C17/00 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов при разработке способов контроля сколов топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе (далее - твэле).

Известно «Устройство контроля сплошности топливного столба» по патенту РФ на изобретение №RU 2108631 С1, заявка: 97102876/25, 27.02.1997, МПК: G21C 17/00, G01N 9/24, G01N 23/08, в котором контроль осуществляется путем пропускания твэла с известной скоростью через ортогонально установленные блоки детектирования. По скорости счета на выходах блоков судят о величине зазора в топливных таблетках и наличии скола. Однако, браковочное значение скола 0,3 мм на фоне диаметра топливной таблетки ~9 мм обеспечивает малую чувствительность контроля, вблизи уровня «шумов», что приводит к повышению вероятности появления ошибок первого и второго рода при контроле и отбраковке твэлов.

Известен «Способ контроля топливного столба тепловыделяющего элемента ядерного реактора и устройство для его осуществления (патент РФ на изобретение №RU 2483373 С2, заявка: 2011134934/07, 19.08.2011G21C 17/00 - прототип).

В данном изобретении для повышения производительности устанавливаются последовательно несколько блоков детектирования, а для обеспечения требуемой равномерности скорости протяжки - текущий контроль положения твэла при помощи фотодатчиков с последовательным отключением-подключением механизмов протяжки.

Недостатками указанного технического решения является то, что достоверность выявления сколов топливных таблеток при контроле зазора существенно не повышается, т.к. увеличение скорости счета может идентифицироваться, как увеличение зазора между топливными таблетками. Кроме того, не обеспечивается возможность контроля наличия и величины скола топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе.

Задачей предложенного технического решения является создание способа контроля наличия сколов топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе, обеспечивающем контроль длины топливного столба, координаты топливного столба и комплектующих, контроль единичных зазоров, контроль суммарного зазора, но при этом дополнительно обеспечивающего возможность контроля наличия и величины скола топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе контроля сколов топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе ядерного реактора, включающем протягивание тепловыделяющего элемента через блоки детектирования, установленные ортогонально оси твэла и содержащие источники и детекторы гамма-излучения и последующий анализ полученных результатов, согласно изобретению, на входе блоков детектирования дополнительно устанавливают щелевые коллиматоры, один из которых оснащают управляемым экраном, частично перекрывающим щель коллиматора с обеспечением зазора со стороны малой хорды сечения тепловыделяющего элемента, при этом механизм управления движением тепловыделяющего элемента дополнительно оснащают приводом вращения тепловыделяющего элемента, и перемещают тепловыделяющий элемент, после чего счетные импульсы, поступающие с детекторов гамма-излучения, обрабатывают, в частности, вычитают и суммируют, при этом по сигналу разности счетных импульсов судят о возможном наличии скола в зоне зазора топливных таблеток, при разности выше допустимого порогового значения, тепловыделяющий элемент останавливают, вводят экран в один из щелевых коллиматоров и производят вращение тепловыделяющего элемента, после чего, по появлению экстремума счетных импульсов на выходе детектора с данным управляемым коллиматором, дают заключение о наличии и величине скола топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ контроля, на фиг. 2 показано состояние блоков детектирования при поступательной протяжке твэла (а) и при его вращении (б).

Предложенный способ может быть реализован следующим образом.

Твэл 1 перемещают при помощи ведущих роликов приводов продольного перемещения 2, нажимные ролики которых при этом одновременно являются суммарными колесами датчиков продольного перемещения твэла 3. Для обеспечения вращения твэла при его остановке в сечении контроля и освобождении нажимных роликов, используется механизм управляемого вращения твэла 4, представляющий собой управляемый люнет с ведущими роликами. Блоки детектирования, установленные рабочими осями под 90° друг к другу, размещены в одном контрольном сечении и содержат источник гамма-излучения 5, датчик гамма-излучения 6. В одном из блоков применен щелевой коллиматор с окном постоянного сечения 7, а в другом, с окном переменного сечения 8, применен щелевой коллиматор с дополнительным экраном и механизмом его перемещения.

На фиг. 2(а) показано состояния блоков детектирования при поступательной протяжке твэла.

На фиг. 2(а) оба щелевых коллиматора полностью открыты и поток гамма-квантов на датчики 6 формируется сечением топливного столба твэла 1, перемещаемого в перпендикулярной плоскости и щелевыми коллиматорами 7 и 8 с щелью, лежащей в плоскости изображения. При получении разностного сигнала с датчиков гамма-излучения, превышающего пороговое значение напряжения, движение твэла останавливают, прижимные ролики отводят, и зажимают ролики приводного люнета для последующего вращения твэла.

На фиг. 2(б) показано состояние блоков детектирования при последующем вращении твэла.

Экран коллиматора 8 вводят в окно с образованием прохода гамма-излучения по малой хорде сечения топливной таблетки, тем самым перекрывая значительную часть топливного зазора и начинают вращение твэла вокруг продольной оси. При наличии скола на топливной таблетке, скорость счета на выходе соответствующего датчика гамма-излучения будет иметь ярко выраженный экстремум при пересечении сколом потока излучения от источника, при этом величина данного экстремума будет пропорциональна величине скола топливной таблетки.

Использование предложенного технического решения позволит создать способ контроля наличия сколов топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе, обеспечивающем контроль длины топливного столба, координаты топливного столба и комплектующих, контроль единичных зазоров, контроль суммарного зазора, и дополнительно обеспечивающего возможность контроля наличия и величины скола топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки на изобретение.

1 Патент РФ №2108631 С1, МПК: G21C 17/00, G01N 9/24, G01N 23/08, опубл. 10.04.1998 г.

2 Патент РФ №2483373 С2, МПК: G21C 17/00, опубл. 27.05.2013 г.

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к способу контроля сколов топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе. На входе блоков детектирования дополнительно устанавливают щелевые коллиматоры, один из которых оснащают управляемым экраном, частично перекрывающим щель коллиматора с обеспечением зазора со стороны малой хорды сечения тепловыделяющего элемента. Механизм управления движением тепловыделяющего элемента дополнительно оснащают приводом вращения тепловыделяющего элемента. Перемещают тепловыделяющий элемент. Счетные импульсы, поступающие с детекторов гамма-излучения, обрабатывают, в частности вычитают и суммируют. По сигналу разности счетных импульсов судят о возможном наличии скола в зоне зазора топливных таблеток. При разности выше допустимого порогового значения тепловыделяющий элемент останавливают, вводят экран в один из щелевых коллиматоров и производят вращение тепловыделяющего элемента, после чего, по появлению экстремума счетных импульсов на выходе детектора с данным управляемым коллиматором, дают заключение о наличии и величине скола топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе. Техническим результатом является повышение достоверности выявления сколов топливных таблеток с возможностью контроля наличия и величины скола топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе. 2 ил.

Способ контроля сколов топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе ядерного реактора, включающий протягивание тепловыделяющего элемента через блоки детектирования, установленные ортогонально оси твэла и содержащие источники и детекторы гамма-излучения и последующий анализ полученных результатов, отличающийся тем, что на входе блоков детектирования дополнительно устанавливают щелевые коллиматоры, один из которых оснащают управляемым экраном, частично перекрывающим щель коллиматора с обеспечением зазора со стороны малой хорды сечения тепловыделяющего элемента, при этом механизм управления движением тепловыделяющего элемента дополнительно оснащают приводом вращения тепловыделяющего элемента, и перемещают тепловыделяющий элемент, после чего счетные импульсы, поступающие с детекторов гамма-излучения, обрабатывают, в частности вычитают и суммируют, при этом по сигналу разности счетных импульсов судят о возможном наличии скола в зоне зазора топливных таблеток, при этом, при разности выше допустимого порогового значения, тепловыделяющий элемент останавливают, вводят экран в один из щелевых коллиматоров и производят вращение тепловыделяющего элемента, после чего, по появлению экстремума счетных импульсов на выходе детектора с данным управляемым коллиматором, дают заключение о наличии и величине скола топливных таблеток в собранном тепловыделяющем элементе.