СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НЕКОНДИЦИОННОЙ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ИЛИ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2024 года по МПК G21C19/00 

Изобретение относится к области ядерных технологий и касается, в частности, способов диагностики некондиционных отработавших тепловыделяющих сборок (далее - НОТВС) или их элементов, извлекаемых из ядерного реактора или бассейна выдержки - хранилища и предназначенных для последующего хранения и переработки, и может быть использовано на атомных станциях или хранилищах отработавшего ядерного топлива.

Опыт эксплуатации двухпучковых топливных сборок показал, что в большинстве случаев в процессе эксплуатации происходит повреждение какого-то одного пучка твэлов, а в 90% случаев поврежденным оказывается один из наружных твэлов пучка. По этой причине, штатная схема обращения с ОТВС не может быть применима.

Известна топливная сборка, состоящая из двух пучков твэлов, размещенных на несущем стержне и зафиксированных на нем с помощью верхнего и нижнего хвостовиков. К верхнему хвостовику прикреплена подвеска, состоящая из стержня, на котором последовательно с промежутками между собой установлены биологическая защита, вытеснитель и уплотнительная пробка. С помощью подвески топливная сборка извлекается из реактора и переносится в бассейн выдержки, заводится в узкие щели, образованные параллельно идущими металлоконструкциями, образующими перекрытие бассейна выдержки, и подвешивается на них (Емельянов И.Я. и др. Конструирование ядерных реакторов. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 189-197, рис. 7.14).

Указанная топливная сборка используется на блоках РБМК и имеет узкую применимость.

Известно устройство для контроля топливной сборки ядерного реактора, содержащее вертикальную неподвижную стойку, с одной стороны которой смонтированы верхний и нижний узел для удержания тепловыделяющей сборки в вертикальном положении с той же стороны стойки. Нижняя каретка с приводом расположена с той же стороны стойки, что и вышеуказанные узлы, соединяется со стойкой по типу кронштейна и может перемещаться по вертикали вдоль тепловыделяющей сборки. На каретке установлен прибор для измерения огибающей тепловыделяющей сборки и при ее остановке на требуемой отметке (Патент США №4728483, кл. 376-258, 1982).

Предложенное устройство имеет узкую направленность.

Известно устройство для измерения кассет с тепловыделяющими элементами, предназначенное для контроля внешней геометрии кассет с тепловыделяющими элементами и тепловыделяющих элементов с помощью измерения наружной поверхности по всему поперечному сечению и на всей ее длине. Устройство расположено в бассейне выдержки, содержащем борированную воду. Предусмотрено не зависящее от вибраций и не подверженное износу устройство для обмера наружной геометрии объекта. Для этого на измерительном суппорте выполнена опора, на которой находятся бесконтактные датчики линейного размера, в качестве которых могут использоваться, например, индуктивные датчики вихревых токов. При выполнении направляющей суппорта со стороны устройства, направленной к объекту измерений, возможно поддержание весьма малого расстояния от плоскости измерения, так что вибрации, например, вследствие постороннего влияния привода суппорта, не трансформируются в положительном направлении, искажая результаты измерений (Патент ФРГ N 3109372, кл. G21C 17/06, 1982).

Это устройство, по сравнению с ранее приведенным, имеет определенное преимущество, которое заключается в том, что кроме контроля внешней геометрии кассеты, устройство позволяет осуществить контроль внешней геометрии тепловыделяющих элементов. Однако, как и два других устройства, оно имеет узкую направленность.

Известно устройство для контроля топливной сборки ядерного реактора, содержащее устанавливаемые в бассейне выдержки средство вертикального перемещения вдоль контролируемой топливной сборки каретки с приборами контроля (Патент Франции №2544540, кл. G21C 17/06, 1983).

В известном устройстве механизм перемещения средств контроля образован первой кареткой, движущейся по настилу; колонной, жестко связанной с первой кареткой; консолью, перемещаемой по колонне, и второй кареткой, перемещаемой по консоли в поперечном направлении, причем средства контроля закрепляются на второй каретке. На этом же настиле расположено средство размещения и закрепления топливной сборки.

Это устройство имеет большие габариты, для его установки в бассейне выдержки необходимо выделить специальное место. Поэтому такое устройство не может быть применено для контроля топливных сборок реакторов типа РБМК с их конструкцией бассейнов выдержки. Кроме того, данное устройство предназначено для контроля квадратных в сечении топливных сборок. В процессе контроля такой сборки осуществляется контроль со стороны одной поверхности топливной сборки. Затем сборку нужно расфиксировать, приподнять с помощью захватного устройства, например, крана бассейна выдержки, повернуть на 90°, зафиксировать и снова провести контроль со второй стороны топливной сборки.

Основными недостатками является то, что при таком способе контроля средство контроля должно совершить в процессе контроля множество перемещений, что связано с большой затратой времени. Кроме того, такое устройство имеет сложную конструкцию и значительные габаритные размеры.

Необходимо также отметить, что все перечисленные устройства не предназначены для диагностики НОТВС, размещенных в пеналах.

Известен способ обнаружения негерметичных тепловыделяющих элементов, включающий возбуждение датчиком в оболочке тепловыделяющего элемента в направлении ее продольной оси ультразвуковых волн с частотой, выбранной в диапазоне 0,25-1,25 МГц, регистрацию отраженного полезного сигнала и дважды отраженного сигнала и определение негерметичности по амплитуде отраженного полезного сигнала, при этом предварительно в оболочке герметичного тепловыделяющего элемента или его имитатора возбуждают датчиком ультразвуковые волны, причем частоту ультразвуковых волн увеличивают от 0,25 МГц, определяют значение частоты fo, при которой отсутствует регистрация дважды отраженного сигнала, и фиксируют значение амплитуды А₀ отраженного полезного сигнала на данной частоте, после чего устанавливают на датчике коэффициент усиления, при котором амплитуда А* полученного отраженного полезного сигнала составит величину А*≤0,75 Ао, затем на частоте f₀ возбуждают ультразвуковые волны в оболочке контролируемого тепловыделяющего элемента и определяют значение амплитуды A_k отраженного полезного сигнала, и в случае, если A_k≤0,5 А*, делают вывод о негерметичности контролируемого тепловыделяющего элемента. (Патент РФ 2262757, Заявка: 2004108470/06, 24.03.2004. МПК G21C 17/06 G21C 17/07).

Способ включает возбуждение датчиком в оболочке тепловыделяющего элемента ультразвуковых волн, регистрацию отраженного полезного и дважды отраженного сигнала и определение негерметичности по амплитуде отраженного полезного сигнала. Предварительно в оболочке герметичного тепловыделяющего элемента или его имитатора возбуждают датчиком ультразвуковые волны, при этом частоту волн увеличивают от 0,25 МГц. Определяют значение частоты f0, при которой отсутствует регистрация дважды отраженного сигнала. Затем на частоте f0 возбуждают ультразвуковые волны в оболочке контролируемого тепловыделяющего элемента и судят о негерметичности контролируемого тепловыделяющего элемента. В результате повышается чувствительность и надежность способа.

Основными недостатками является значительная трудоемкость способа, большая погрешность получаемых результатов.

Задачей изобретения является создание способа диагностики некондиционных отработавших тепловыделяющих сборок (далее - НОТВС) или их элементов, размещаемых в пеналах в бассейне выдержки, применение которого позволит уменьшить трудоемкость проведения самой диагностики и значительно повысить достоверность получаемых данных.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе диагностики некондиционной отработавшей тепловыделяющей сборки или ее элементов, заключающемся в использовании методов неразрушающего контроля, согласно изобретению, при проведении диагностики, предварительно взвешивают пенал с указанной сборкой или ее фрагментами с целью определения предварительной оценки целостности упомянутой сборки и предварительного определения количества твэлов, причем массу указанной сборки или ее фрагментов вычисляют с учетом массы конденсата в пенале, уровня и температуры конденсата в бассейне выдержки кассет, а также с учетом геометрических размеров пенала, после чего проводят гамма-сканирование активной части указанной сборки или ее фрагментов с целью определения количества твэлов в пучке твэлов указанной сборки путем вращения пенала с НОТС вокруг ее продольной оси с определением количества возможных твэлов по количеству зубцов на графике мощности дозы излучения как функции угла поворота при ее вращении, затем, при вертикальном перемещении упомянутой сборки, определяют расположение ее активной части или ее фрагментов, и проводят разметку зазора между верхним пучком твэлов и нижним пучком твэлов на поверхности пенала, после чего проводят визуальный контроль состояния внешней поверхности пенала с упомянутой сборкой или ее фрагментами, после чего формируют протокол контроля.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана технологическая схема СД при взвешивании пенала с НОТВС, визуальном осмотре пенала, визуальном осмотре НОТВС, гамма-сканировании активной части НОТВС и разметки.

На схеме обозначено:

1 - гнездо для размещения пенала с НОТВС;

2 - измерительная часть весового оборудования;

3 - стационарная часть весового оборудования;

4 - радиационно-стойкая видеокамера;

5 - оборудования визуального контроля состояния внешней поверхности пенала с НОТВС;

6 - гиростабилизированная погружная платформа;

7 - установка гамма-сканирования активной части НОТВС;

8 - механизм разметки пенала;

9 - пенал с НОТВС (далее - пенал);

10 - система передвижения из состава погружной платформы;

11 - рельс крана козлового;

12 - блок приема и обработки информации;

13 - БВК.

Предложенный способ с использованием указанного оборудования может быть реализован следующим образом.

При помощи крана центрального зала (далее - ЦЗ) или козлового.крана, пенал 9 с НОТВС переводят с места хранения в щелевом перекрытии бассейна выдержки кассет 13 (далее - БВК) в гнездо 1 для размещения пенала. Полукольцо гнезда вручную переводят в закрытое положение и замыкают ручным фиксатором. Захват крана ЦЗ или козлового крана расстыковывается с пеналом с НОТВС. Кран ЦЗ или козловой кран выводят из зоны контроля.

Систему передвижения мостовую с прибором доставки и гиростабилизированной погружной платформой перемещают в зону контроля.

При диагностике, взвешивают пенал 9 с НОТВС (фрагментами НОТВС) с целью предварительной оценки целостности тепловыделяющей сборки (далее - ТВС) и предварительного определения количества твэлов. Массу НОТВС (фрагментов НОТВС) вычисляют с учетом массы конденсата в пенале, уровня и температуры конденсата в бассейне выдержки кассет (далее - БВК), а также с учетом геометрических размеров пенала, используя известные формулы для определения объема и массы.

Гиростабилизированная погружная платформа 6, с устройством разметки, радиационно-стойкой видеокамерой и оборудованием контроля мощности дозы гамма излучения, опускается на глубину БВК, к дну пенала с НОТВС. Оператором осуществляется управление от блока приема и обработки информации. Гиростабилизированная погружная платформа 6 охватывает, с зазором 10 мм, пенал с НОТВС.

При поднятии вверх гиростабилизированной погружной платформы 6 с одновременным вращением пенала 9 с НОТВС осуществляется визуальный контроль внешней поверхности пенала с НОТВС, контроль мощности дозы гамма-излучения и осуществляется разметка в зоне стыковки верхнего и нижнего пучка твэлов.

Гиростабилизированная погружная платформа 6, поднятая в крайнее верхнее положение, раскрывается и выводится из зоны контроля. Система передвижения мостовая с прибором доставки и гиростабилизированной погружной платформой, вручную, перемещаются из зоны контроля.

После проведения указанных работ сохраняют полученную базу данных контроля и формируют протокол контроля.

Для проведения диагностики НОТВС (фрагментов НОТВС), находящихся на беспенальном хранении, выполняют визуальный осмотр с помощью радиационно-стойкой системы видеонаблюдения. При этом НОТВС перемещают и удерживают в гнезде с помощью штатных захватов, козлового крана или крана ЦЗ.

Использование предложенного технического решения позволит создать способ диагностики некондиционной отработавшей тепловыделяющей сборки или ее элементов, применение которого даст возможность уменьшить трудоемкость проведения самой диагностики и значительно повысить достоверность получаемых данных.

Изобретение относится к способу диагностики некондиционных отработавших тепловыделяющих сборок или их элементов, извлекаемых из ядерного реактора или бассейна выдержки-хранилища и предназначенных для последующего хранения и переработки, и может быть использовано на атомных станциях или хранилищах отработавшего ядерного топлива. При проведении диагностики предварительно взвешивают пенал с указанной сборкой или ее фрагментами с целью определения предварительной оценки целостности упомянутой сборки и предварительного определения количества твэлов. Массу указанной сборки или ее фрагментов вычисляют с учетом массы конденсата в пенале, уровня и температуры конденсата в бассейне выдержки кассет, а также с учетом геометрических размеров пенала. Проводят гамма-сканирование активной части указанной сборки или ее фрагментов с целью определения количества твэлов в пучке твэлов указанной сборки путем вращения пенала с тепловыделяющими сборками вокруг ее продольной оси с определением количества возможных твэлов по количеству зубцов на графике мощности дозы излучения как функции угла поворота при ее вращении. Далее при вертикальном перемещении сборки определяют расположение ее активной части или ее фрагментов и проводят разметку зазора между верхним пучком твэлов и нижним пучком твэлов на поверхности пенала и проводят визуальный контроль состояния внешней поверхности пенала. Техническим результатом является повышение достоверности получаемых данных в ходе диагностики некондиционных отработавших тепловыделяющих сборок или их элементов, размещаемых в пеналах в бассейне выдержки. 1 ил.

Способ диагностики некондиционной отработавшей тепловыделяющей сборки или ее элементов, заключающийся в использовании методов неразрушающего контроля, характеризующийся тем, что при проведении диагностики предварительно взвешивают пенал с указанной сборкой или ее фрагментами с целью определения предварительной оценки целостности упомянутой сборки и предварительного определения количества твэлов, причем массу указанной сборки или ее фрагментов вычисляют с учетом массы конденсата в пенале, уровня и температуры конденсата в бассейне выдержки кассет, а также с учетом геометрических размеров пенала, после чего проводят гамма-сканирование активной части указанной сборки или ее фрагментов с целью определения количества твэлов в пучке твэлов указанной сборки путем вращения пенала с НОТС вокруг ее продольной оси с определением количества возможных твэлов по количеству зубцов на графике мощности дозы излучения как функции угла поворота при ее вращении, затем, при вертикальном перемещении упомянутой сборки, определяют расположение ее активной части или ее фрагментов и проводят разметку зазора между верхним пучком твэлов и нижним пучком твэлов на поверхности пенала, после чего проводят визуальный контроль состояния внешней поверхности пенала с упомянутой сборкой или ее фрагментами, после чего формируют протокол контроля.