METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DAMAGED FUEL RODS

Abstract: 1. Arrangement for the detection of defective fuel rod casings of groups of fuel rods which are combined to form complete fuel elements of water-cooled nuclear reactors, the casings being disposed in rows extending perpendicular to one another, which arrangement comprises an analyser station and an ultrasonic probe capable of being introduced between the casings, which probe acoustically irradiates the casings from the side, determines the transit time as well as the intensity of the ultrasonic signals on their path through the casing wall and transmits the determined signals to the analyser station, characterized in that a carrier (9) is equipped with a plurality of probes (1), that the probes are disposed parallel to one another and extend in the same direction, and that they project with different lengths from the carrier (9) and are connected with a digitally indicating analyser.

Description: Einrichtung zum Auffinden defekter Brennstabhüllrohre mittels Ultraschall, Verfahren zur Auswertung der Ultraschallsignale und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Auffinden defekter BrennstabhUllrohre aus innerhalb zu kompletten Brennelementen zusammengefassten Brennstabbiindeln wassergekühlter Kernreaktoren, wobei die Hüllrohre in senkrecht zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind und wobei zwischen den Hüllrohren eine Ultraschall-Sonde einführbar ist, die die Hüllrohre von der Seite her beschallt, die Laufzeit sowie die Intensität der Ultraschallsignale auf ihrem Weg durch die Rohrwandung ermittelt und die ermittelten Signale an eine Auswertestation weiterleitet. Eine derartige Einrichtung ist aus dem Buch "Reaktortagung März 1980" Seite 827-831 bekannt. Darin werden erste Versuchsergebnisse mit einer Ultraschallsonde beschrieben, die aus einem Sender- und Empfängerteil besteht. Die Sonde wird dabei derart durch die Räume zwischen den Rohren geführt, dass das jeweilig zu überprtifende Hüllrohr zwischen dem Sender- und dem Empfängerteil zu liegen kommt. Die von dem Empfängerteil registrierte Laufzeit des Ultraschallsignals und dessen Intensität wird von einem Schreiber aufgezeichnet. Die Auswertung der Schreiberaufzeichnungen erfordert einen nicht unerheblichen Aufwand, der durch hochqualifiziertes Personal aufgebracht werden muss. Ausserdem erweist es sich als zeitraubend das Detektieren mit nur einer Sonde vorzunehmen. Es stellt sich daher die Aufgabe das Detektieren zu beschleunigen und die Auswertung zu vereinfachen. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass ein Träger mit mehreren Sonden bestückt ist, dass die Sonden parallel zueinander angeordnet sind und sich in gleicher Richtung erstrecken, dass sie in unterschiedlicher Länge vom Träger auskragen und mit einer digital anzeigenden Auswerteeinheit verbunden sind. Durch den Einsatz mehrerer Sonden wird der Prüfvorgang eines Brennelements beschleunigt. Die in verschiedener Länge auskragenden Sonden machen den Einsatz mehrerer Sonden erst möglich, da bei den engen Zwischenräumen von ca. 2 mm das direkte Nebeneinanderanordnen des Empfängerteils der einen Sonde und des Senderteils der anderen Sonde aus Platzgründen kaum zu verwirk lichen wäre. Mit der digital anzeigenden Auswerteeinheit kann die Position eines defekten Brennstabes unmittelbar abgelesen werden, so dass zeitaufwendige Auswertearbeiten nicht mehr erforderlich sind. Weiterhin wird durch die versetzte Anordnung die Auswertetechnik vereinfacht. Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Einrichtung ist der Längenunterschied der Sonden zueinander gleich dem Mittenabstand zwischen zwei nebeneinander angeordneten Hüllrohren. Das Verfahren zur Auswertung der von der Einrichtung nach Anspruch 1 ermittelten Ultraschallsignale zeichnet sich dadurch aus, dass die ermittelten Signale der Hüllrohre einer senkrecht zur Sonden-Fahrrichtung verlaufenden Hüllrohrreihe nacheinander ausgewertet, die Werte einer Hüllrohrreihe zwischengespeichert, mit den Mustersignalen einer unbeschädigten Hüllrohrreihe verglichen, die Vergleichswerte gespeichert und nach abgeschlossener Prüfung eines Brennelements digital dargestellt werden. Durch diese Massnahmen läuft die Auswertung automatisch ab. Bei der Zwischenspeicherung der Werte einer Hüllrohrreihe und dem nachfolgenden Vergleich mit den Mustersignalen dieser Reihe werden Fehlsignale wie z.B. durch Führungs- oder Instrumentierungsrohre sicher als solche erkannt, da sie auch in den Mustersignalen als Fehlsignale enthalten sind. Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Verstärker mit Impulshöhendiskriminator auf, dem ein Mikroprozessor mit dem gespeicherten Mustersignal nachgeschaltet ist, der seinerseits mit einem Drucker verbunden ist. Eine andere Schaltungsahordnung sieht vor, dass dem Verstärker ein Schieberegister nachgeschaltet ist,-dass dem Schieberegister das Mustersignal beige stellt ist, das über einen Clock-Generator der entsprechenden Hüllrohrreihe zugeordnet ist und dass ein nachgeschalteter Drucker der digitalen Ergebnisdarstellung dient. Durch die Verwendung eines Schieberegisters und eines Clock Generators ist der Einsatz eines Mikroprozessors nicht erforderlich. Anhand eines Ausführungsbeispiels und derFiguren 1 bis 3 wird die Einrichtung zum Auffinden defekter Brennstäbe, das Verfahren zum Auswerten der von der Einrichtung ermittelten Ultraschallsignale und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Gemäss Fig. 1 besteht eine Sonde 1 aus zwei Fingern 2, 3, wobei der Finger 2 an seinem freien Ende 4 den# Ultraschallsignale aussendenden Senderteil 5 und der Finger 3 an seinem freien Ende 6 den Empfängerteil 7 trägt. Die Ultaschallsignale durchlau#fen einen Wandbereich eines Hüllrohres 8 und gelangen dann zlm Empfängerteil 7. Zeitdauer des Signalumlaufs und die Grösse der Intensitätsabschwächung geben Aufschluss darüber, ob Wasser in das Innere des Hüllrohres eingedrungen ist. Aus Gründen der besseren uebersicht sind nur fünf Hüllrohrreihen "A" bis "Es' mit jeweils fünf Hüllrohren 8 aufgeführt obwohl eine Brennelement in der Regel aus 1vx15 oder mehr Brennstäben besteht. Die Finger 2, 3 sind mit einem Träger 9 verbunden. Entlang der Finger laufen Leitungsverbindungen 10 zu einer mit 11 symbolisierten Auswertestation. Der Träger 9 ist in Pfeilrichtung 12 bewegbar, so dass die Sonden 1 in die Räume 13 zwischen den Hüllrohren einführbar sind. Die Sonden kragen in unterschiedlichen Längen von dem Träger 9 aus. Der Längenunterschied zur nebengeordneten Sonde ist in den Beispielen nach Fig. 1 und 2 gleich dem Mittenabstand zwischen zwei Hüllrohren 8. Es wird dadurch, wie die verschiedenen Sondenstellungen der Fig. 1 und 2 zeigen jeweils nur ein Stab einer Reihe beschallt und ausgewertet. Gemäss Fig. 3 besteht die Sonde 1 aus einem einzigen Finger 14. Die Sender- und Empfängereinheiten sind Kristalle, die die Fingerdicke nicht überragen. Schallrichtung und Aufnahmerichtung verlaufen in entgegengesetzter Richtung. Durch die versetzt angeordneten Ultraschallsonden werden die Ultraschallempfangssignale, nachdem sie den halben Rohrumfang des jeweiligen Hüllrohres durchlaufen haben, nacheinander ausge wertet. Entsprechend ihrem zeitlichen Versatz können zwei oder mehrere Umlaufechos nacheinander auf einen gemeinsamen Verstärker mit Impulshöhendiskriminator geschaltet werden. Die Zuschaltung erfolgt nur während des Auftretens der Umlaufechos. Zur Parallelauswertung einer Hüllrohrreihe werden die Umlaufechos auf den Paralleleingang eines Mikroprozessors geführt. Der Mikroprozessor vergleicht die eingetroffenen Signale der Umlaufechos mit einem abgespeicherten Signalmuster. Hierfür wird eine logische Operation mit einem mathe#atischen ttExclusir- Odern herangezogen. Das Signalmuster berücksichtigt, ob sich in der Rohrreihe eine planmässige Fehlstelle z.B. bei Brennelementen für einen Leichtwasserreaktor ein Führungsrohr, Instrumentierungs- rohr, Exoerimentierkanal oder ein Vollstab befindet. Der Mikroprozessor speichert die Ergebnisse der Vergleichs operation jeder Rohrreihe. Am Ende der Auswertung aller Hüllrohre werden die Positionen der wasserbeinhältenden Rohre von einem Drucker dokumentiert. Bei Nichtverwendung eines Mikroprozessors erfolgt die zeitliche Steuerung der Messwerterfassung und der Auswertung durch einen Clock-Generator. Die Umlaufechos werden auf einen Paralleleingang eines Schieberegisters gegeben, das die Signale der Umlaufechos beim Umschalten der Verstärker jeweils um eine Speicherzelle verschiebt. Nach vollständiger Erfassung einer Rohrreihe wird das Signalmuster des Schieberegisters mit dem von einem Mustergenerator erzeugten Signalmuster verglichen. Der Vergleich erfolgt in einem Exclusiv-Oder Gatter, das an seinem Ausgang unmittelbar die Fehlpositionen ausweist. Der Clock-Generator steuert den Mustergenerator auf die nächste Rohrreihe. Die Nachschaltung eines Druckers dient der Dokumentation. Die vorgeschlagene Einrichtung ist nicht nur für die Hüllrohre eines Brennelements zu verwenden, sondern für alle metallischen Rohre, die an ihren Enden gasdicht verschlossen sind und auf das Eindringen des sie umgebenden flüssigen Medium' wie z.B. Wasser, überprüft werden sollen.

Claims: Patentansprüche 1. Einrichtung zum Auffinden defekter Brennstabhüllrohre aus innerhalb zu kompletten Brennelementen zusammengefassten Brennstabbündeln wassergekühler Kernreaktoren, wobei die Hüllrohre in senkrecht zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind und wobei zwischen den Hüllrohren eine Ultraschall-Sonde einführbar ist, die die Hüllrohre von der Seite her beschallt, die Laufzeit sowie die Intensität der Ultraschallsignale auf ihrem Weg durch die Rohrwandung ermittelt und die ermittelten Signale an eine Auswertestation weiterleitet, dadurch#gekennzeichnet, dass ein Träger (9) mit mehreren Sonden (1) bestückt ist, dass die Sonden parallel zueinander angeordnet sind und sich in gleicher Richtung erstrecken, dass sie in unterschiedlicher Länge vom Träger (9) auskragen und mit einer digital anzeigenden Auswerteeinheit verbunden sind. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenunterschied der Sonden (1) zueinander gleich dem Mittenabstand zwischen zwei nebeneinanderangeordneten Hüll rohren ist. 3. Verfahren zur Auswertung der von der Einrichtung nach An spruch 1 ermittelten Werte, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Ultraschallsignale der Hüllrohre einer senkrecht zur Sonden-Fahrrichtung verlaufenden Hüllrohrreihe (A-E) nacheinander ausgewertet, die Werte einer Hüllrohrreihe zwischengespeichert,mit den Mustersignalen einer unbeschädigten Rohrreihe verglichen, die Vergleichswerte gespeichert und nach abgeschlossener Prüfung eines Brennelements digital dargestellt werden. 4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker mit Impulshöhendiskriminator vorgesehen ist, dass dem Verstärker ein Mikroprozessor mit dem Mustersignal nachgeschaltet ist, der seinerseits mit einem Drucker verbunden ist. 5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstärker ein Schieberegister nachgeschaltet ist, dass dem Schieberegister das Mustersignal beigestellt ist, das über einen Clock generator der entsprechenden Hüllrohrreihe zugeordnet ist und dass ein nachgeschalteter Drucker der digitalen Ergebnis darstellung dient. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (1) aus einem einzigen Finger (14) besteht und dass in einem vorgebbaren Abstand (15) mehrere Sender (5) und Empfängereinheiten (7) vorgesehen sind wobei die Schall richtung (16) der Sendereinheiten (5) und die Aufnahme richtung (17) der Empfängereinheiten (7) in entgegengesetzter Richtung verlaufen.

Inventors: BROWN BOVERI REAKTOR GMBH
Applicants: BROWN BOVERI REAKTOR GMBH
Application year: 1982
Main classification: G21C17
IPC codes: G21C17, G01N29