Studsvik Nuclear AB
Ett nytt, snabbt och flexibelt kamerabaserat inspektionssystem för Studsvik
Studsvik Nuclear AB är verksamt inom kärnteknik och arbetar för att förbättra reaktorers prestanda samt minska risker och kostnader kopplade till kärntekniska och radioaktiva material. Ett av Studsviks viktigaste fokusområden är bränsle- och materialprovning, där företaget är världsledande. Prevas är en av Studsviks utvecklingspartner och levererar kundanpassad utrustning för materialprovning och inspektion.
Mätsystem för visuell inspektion
År 2020 beslutade Studsvik att uppgradera och ersätta delar av den periskoputrustning som användes för visuell inspektion av kärnbränslestavar och andra högaktiva material. Utrustningen är en av de mest använda och centrala delarna i laboratoriet.
Resultaten från inspektionerna utgör en viktig del av dokumentationen av de undersökta komponenternas status. De används också för att identifiera vilka egenskaper som behöver studeras närmare med andra tekniker. Syftet med uppgraderingen var att öka kapaciteten och flexibiliteten i den visuella inspektionen.
Inspektionerna utförs i en så kallad hot cell, ett kraftigt avskärmat utrymme med tjocka väggar av betong och blyglas. Föremål inne i cellen manövreras utifrån med hjälp av manipulatorer.
Med den tidigare periskoputrustningen kunde inspektionen av en enda bränslestav ta flera timmar eftersom operatören behövde flytta och inspektera proverna manuellt. Den manuella hanteringen gjorde också inspektionsresultaten beroende av operatören. Ett modernt system kunde istället möjliggöra en hög grad av automatiserad bildinsamling samt förbättrad kalibrering av färg och kontrast.
På bilden – Projektteamet på Studsvik
Anpassning till förändrade projektkrav
Projektet var från början tänkt som en uppgradering av det befintliga inspektionssystemet. När en mekanisk funktion i det gamla periskopet började krångla utvecklades projektet istället till ett fullständigt systembyte.
Det beslutades också att positioneringssystemet skulle bytas ut för att möjliggöra en helautomatisk inspektion av bränslestavar och ytterligare öka systemets flexibilitet.
Eftersom den exakta funktionaliteten utvecklades under projektets gång och flera avancerade funktioner tillkom i ett sent skede, var det nära samarbetet mellan Studsvik och Prevas team inom Test & Measurement (tidigare DVel) av stor betydelse.
Funktioner i hårdvara och mjukvara
Periskoputrustningen ersattes med en enklare optisk lösning. En kamera och ett zoomobjektiv placerades inne i hot cell-väggen. En spegel placerad i 45 graders vinkel gör det möjligt att betrakta bränslestaven ovanifrån.
Bränslestaven kan roteras och förflyttas längs tre vinkelräta axlar, vilket gör att varje del av staven kan inspekteras och fotograferas. Operatören kan antingen flytta staven manuellt och ta bilder eller välja att genomföra en automatisk inspektion.
Kamera- och ljusinställningar kan justeras för att uppnå bästa möjliga bildkvalitet. Detta är ofta en utmaning i hot cell-miljön på grund av det starka gula ljuset från natriumlamporna.
Bilderna kalibreras för att ange varje pixels verkliga position. Kalibreringsinformationen lagras tillsammans med bilderna och kan användas vid framtida inspektioner.
Med hjälp av tillhörande analysprogramvara kan avstånd och storlek på defekter i kärnbränslet mätas i de insamlade bilderna. Programvaran gör det också möjligt att ändra bildernas färgbalans och jämföra två efterföljande bilder.
Det finns även funktioner för att spara om bilder samt enkelt lagra information om en defekts position tillsammans med tillhörande kommentarer. En stor del av den visuella inspektionen kan därmed genomföras utanför hot cell-miljön, vilket avsevärt minskar flaskhalseffekten vid inspektion inne i cellen.
På bilden – Inspektionssystemet inne i Studsviks hot cell
Betydande förbättringar med det nya mätsystemet
Det nya inspektionssystemet säkerställer inte bara fortsatt drift. Studsviks mätkapacitet har också ökat avsevärt eftersom många av det nya systemets funktioner är automatiserade.
En viktig förbättring är att inspektionen av ett bränslesegment går betydligt snabbare än tidigare, vilket ökar nyttjandegraden av hot cell-anläggningen. Tiden för att noggrant fotografera ett en meterlångt bränslesegment har exempelvis minskat från flera timmar till cirka 30 minuter.
Inspektionssystemet kan även fjärrstyras, vilket förbättrar ergonomin för operatören. Dessutom kan både inspektionssystemet och positioneringssystemet nu servas utan att någon behöver gå in i hot cell-miljön. Det är en betydande förbättring eftersom anläggningen inte behöver stängas ner vid systemunderhåll.
Det nya systemet möjliggör:
- Snabb och automatisk inspektion av hela bränslestaven.
- Automatisk mätning av stavens diameter.
- Automatisk sammanfogning av bilder längs bränslestaven.
- Manuell inspektion av defekter.
- Fjärrövervakning och fjärrstyrning.
- Lagring av bildinformation, såsom upplösning, position och diameterprofil.
- Analys och inspektion av lagrade bilder offline.
Ett långsiktigt samarbete för fortsatt utveckling
Det nära samarbetet mellan Studsvik och Prevas fortsätter med målet att hjälpa Studsvik att ligga steget före sina konkurrenter.
Prevas breda kunskap om Studsviks många kundanpassade hot cell-system skapar goda förutsättningar för ett proaktivt samarbete. Nya smarta funktioner kan utvecklas kontinuerligt i takt med att nya idéer och behov uppstår.
På så sätt kan Studsvik fortsätta att utveckla sina metoder och tekniker på ett innovativt sätt och erbjuda världsledande tjänster till kärnkraftsindustrin. I förlängningen bidrar det till den globala omställningen mot en koldioxidneutral energiförsörjning.