CN103728324B - 一种核燃料组件高能x射线无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核燃料组件高能X射线无损检测装置，其包括一加速器系统、一探测采集系统、一图像处理重构系统和一远程控制系统，其中，所述加速度系统包括一射线机头和一前准直器单元，所述探测采集系统包括一采集输出单元和一采集系统屏蔽机构，所述图像处理重构系统，其采用分水岭算法和水平集相结合的算法对接收的图像信息进行处理；所述远程控制系统，其控制所述加速度系统、探测采集系统和图像处理重构系统，并且利用蒙塔卡罗方法设定加速器系统对于不同X射线脉冲时序，以及探测采集系统的输出时序。本发明核燃料组件高能X射线无损探测装置能够在高放射性的环境下对核燃烧组件进行X射线探测，得到高空间分辨率的三维图像。

Description

一种核燃料组件高能X射线无损检测装置

技术领域

本发明涉及一种无损检测装置，尤其涉及一种应用于核燃料组件的高能X射线无损检测装置。

背景技术

现有技术中利用X射线对物体内部结构进行透射检测并获取扫图像的技术已有广泛应用。但是一般情况下探测对象本身没有任何辐射，针对核燃料组件的高能X射线探测，探测对象本身发出强辐射，采用普通的X射线技术很难得到好的探测结果，甚至探测系统很难运转正。

原因如下：（1）核设施中反应堆的核心部件是核燃料组件，本身具有高放射性，高放射性燃料组件的检测系统，核燃料组件的高放射性首先要求探测装置置放在符合要求的屏蔽室内，另外探测系统中的每一个部分或设备都要进行放射性屏蔽设计，否则设备或元器件将被破坏而不能正常工作，因而普通X射线装置不能用于探测核燃料组件的。（2）辐照后的核燃料组件的高放射性将会给探测环境带来很大干扰，也就是说噪声干扰本底很大，如果采用普通探测方法不会得到高空间分辨率的图像，甚至无法得到核燃料组件的三维成像。

中国专利《对盛有放射性液体的容器壁的无损探测的方法和装置》，公开号：CN1076279A，公开了一种盛有放射性液体的容器壁的无损探测的方法和装置，具体为：容器中盛有在其中均匀分布有发出γ射线的放射性元素的液体，一光子探测器位于靠近壁测量区域的外表面处,对穿过壁上测量区域的液体中放射性元素所发出光子数进行测量,并将之与穿过壁上参照区域的光子数进行比较,从而推导出在壁上测量区域是否存在着缺陷,测量装置包括一位于平行光管一端的光子探测器,平行光管由重金属制成,其中穿过有槽或窗口。

上述专利采用光子探测器对放射性的液体进行探测，但该放射性液体的容器壁与核燃料组件相比，其放射性不可比拟，核燃料组件除了产生伽马射线、也产生部分中子，会带来一些干扰本底，并且存在上述两项原因，不能得到上述的三维成像。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核燃料组件高能X射线无损检测装置，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种核燃料组件高能X射线无损检测装置，其包括一加速器系统、一探测采集系统、一图像处理重构系统和一远程控制系统，其中，

所述加速度系统包括一射线机头和一前准直器单元，所述射线机头在所述远程控制系统的控制下，按照预设的高、低能X射线探测脉冲时序向核燃料组件发射高、低能X射线；所述前准直器单元，置放在所述射线机头的出束端，用以对X射线流进行准直；

所述探测采集系统包括一采集输出单元和一采集系统屏蔽机构，所述采集输出单元接收经过所述核燃料组件的高、低能X射线的电信号，并处理得出被探测物质的密度分布；所述采集系统屏蔽机构，其将所述探测采集系统的元件屏蔽在其内，其采用铅屏蔽材料，所述铅屏蔽材料的厚度通过蒙特卡洛方法将辐照后核燃料组件不同时期发射的γ射线的强度与高能X射线的强度进行比较计算而得出；

所述图像处理重构系统，其采用分水岭算法和水平集相结合的算法对接收的图像信息进行处理；

所述远程控制系统，其控制所述加速度系统、探测采集系统和图像处理重构系统，并且利用蒙塔卡罗方法设定加速器系统对于不同X射线脉冲时序，以及探测采集系统的输出时序。

较佳的，所述探测采集系统还包括一中子慢化单元、一探测器阵列模块和一后准直器单元，其中，

所述后准直器单元与所述前准直器单元的开关控制状态同步，分别受所述远程控制单元的控制，按照预先设置的准直缝隙尺寸打开两个准直器；

所述中子慢化单元至于所述后准直器前方，以屏蔽和吸收来自所述核燃料组件裂变产生的中子；

所述探测器阵列模块置于所述后所述准直器单元后方，其将射入的光子信号转换为电信号；

所述采集系统屏蔽机构设置在所述后准直器单元的后方。

较佳的，所述采集系统屏蔽机构的铅屏蔽材料的厚度的确定过程为：确定卸料后核燃料组件的特定时期的放射性强度及高能X射线强度；根据上述确定的射线强度，查找辐射防护标准体系表，找出不同能量X射线及γ射线的半减弱层厚度值d₀，近似算出所需铅屏蔽厚度d；利用蒙特卡洛方法模拟计算高能X射线及核燃料组件的强γ射线穿过该近似计算的铅屏蔽厚度之后的射线强度，分析透过铅屏蔽层后的射线对探测采集系统中模块及元件的影响，确定最终的铅屏蔽层厚度。

较佳的，利用蒙特卡洛方法确定衰减后的X射线强度的计算公式为（1）、（2）；

$\mathrm{\μ}={\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\γ}}N=\frac{N_A\mathrm{\ρ}}{A}---\left(1\right)$

I(x)=I₀e^-μx （2）

式中，μ为线性衰减系数，σ_γ为微观截面，N_A为阿伏伽德罗常数，N为原子密度，ρ和A为吸收物质的密度和材料元素的原子量，I₀为X射线初始强度，I(x)为衰减后的X射线的强度。

最终确定的铅屏蔽厚度为：

$\mathrm{HLV}=\frac{0.693}{\mathrm{\μ}}---\left(3\right)$

式中，μ为线性衰减系数，HLV为半价层。

较佳的，所述采集输出单元去除采集信息的强辐射干扰本底的过程为：所述采集输出单元得到高、低能X射线穿过核燃料组件的投影值，标定出被探测物质的双能曲线图；所述采集输出单元通过反向查找方法确定被探测物质的厚度；所述采集输出单元利用滤波反投影重建算法重建出物质密度的分布。

较佳的，所述远程控制系统设定高、低能X射线脉冲持续时间和脉冲间隔时间，特定时期的核燃料组件γ射线强度以及高、低能X射线穿过核燃料组件后探测采集系统接收的X射线强度；

之后，所述远程控制系统循环调整高、低能X射线脉冲持续时间和脉冲间隔时间的数值，比较不同时期核燃料组件的γ射线和高、低能X射线穿过核燃料组件后探测采集系统接收的X射线强度值；找出高、低能X射线情况下，γ射线影响最小时的状态；确定高、低能X射线脉冲持续时间、间隔和周期；

最终确定高、低能X射线探测脉冲和探测同步时序，即X射线源脉冲式输出、探测器系统的探测输入时序。

较佳的，所述加速度系统还包括一加速器屏蔽机构、一调制器、一控制器和一恒温水冷机组，其中，

所述恒温水冷机组通过其内部冷却水的不断循环，将加速器内部发热元件产生的热量带走，使加速器的关键部件保持恒定的工作温度；

所述加速器屏蔽机构设置在所述射线机头的外部；

所述控制器控制所述调制器和恒温水冷机组动作。

较佳的，还包括一三维运动控制系统，在所述三维运动控制系统的控制下，所述核燃料组件以一定的速度旋转和上升；

所述探测采集系统、加速控制器和三维运动控制系统以及核燃料组件均放置在一屏蔽热室中；

所述图像处理重构系统和远程控制系统放置在一控制室中。

较佳的，所述探测器阵列模块为一多通道探测器阵列，其输出端为一差分接收与发送接口，所述差分接收与发送接口的输出端与一光电隔离电路连接，所述光电隔离电路输出端分别与一配置电路和一现场可编程门阵列连接，用以采集电信号。

较佳的，所述图像处理重构系统获取核燃料组件的三维图像后，查看缺陷细节，读取需要查看细节的局部图像，对核燃料组件局部缺陷图像中的灰度级别进行从低到高的排序，得到核燃料组件局部缺陷图像的梯度图像；对得到的核燃料组件局部缺陷的阈值图像进行阈值处理；对经过阈值处理的组件局部缺陷图像的前景和背景标记；显示组件局部缺陷图像的边界并突出前景；将局部缺陷图像转化为伪彩色图像；将组件局部缺陷得到的边界进行迭代;将n维曲面的问题转化为n+1维空间的水平集函数；得到组件局部缺陷的更细致缺陷边界;利用图像重构算法得到组件缺陷的更加细致的三维图像；观察核燃料组件的具体缺陷并进行判断。

与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明核燃料组件高能X射线无损探测装置能够在高放射性的环境下对核燃烧组件进行X射线探测，得到高空间分辨率的三维图像。

本发明在探测采集系统中设置探测采集屏蔽机构，采用蒙卡方法模拟计算不同放射性强度的核燃料组件对入射X射线强度和能谱的影响，优化设计探测系统中屏蔽系统的厚度、准直系统的宽度和高度，能够有效屏蔽核燃料组件强辐射干扰场对探测系统产生的影响。

本发明采用高、低能的X射线进行探测，通过设计脉冲式的X射线源，获取高、低能X射线探测脉冲和探测同步时序，通过同步地产生和探测采集穿过辐照后核燃料组件的X射线，可以有效地将γ射线的影响降至最低。

采集传输单元对采集的信号进行处理，获取被探测物质的密度分布，从而使得到的物质密度的精确度较高。

本发明采用数学形态的图像分割及水平集相结合的算法对图像信息进行处理，既可以快速分割初始缺陷，又能够使缺陷边缘高精度逼近真实边缘，最终获取高空间分辨率的三维图像。

附图说明

图1为本发明核燃料组件高能X射线无损检测装置的功能框图；

图2为本发明核燃料组件高能X射线无损检测装置的加速度系统的功能框图；

图3为本发明核燃料组件高能X射线无损检测装置的探测采集系统的功能框图；

图4为本发明铅屏蔽材料的厚度的确定过程；

图5为本发明采集输出单元去除强辐射干扰的流程图；

图6为本发明脉冲X射线的产生和相应的探测时序示意图；

图7为本发明远程控制系统确定高、低能X射线探测脉冲和探测同步时序的过程；

图8为本发明图像处理重构系统组件局部缺陷快速边缘分割及重构的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明核燃料组件高能X射线无损检测装置，能够对核反应堆的核燃料组件进行无损探测，能够保护探测环境中设备、模块的正常工作，实现高放环境中的有效屏蔽，在特殊的探测环境下去除高放射性本底，经过三维重构算法处理后形成核燃料组件的三维图像，在此基础上可以观察核燃料组件的具体缺陷和细节。

请参阅图1所示，其为本发明核燃料组件高能X射线无损检测装置的功能框图，本发明的无损检测装置包括一加速器系统1、一探测采集系统2、一图像处理重构系统3、一三维运动控制系统4和一远程控制系统5，其中，所述加速器系统1在所述远程控制系统5的控制下向核燃料组件6发射高、低能双能X射线；在所述三维运动控制系统4的控制下，所述核燃料组件6以一定的速度旋转和上升，双能X射线经过核燃料组件6衰减，与核燃料组件6的强γ射线一起进入所述探测采集系统2；所述探测采集系统2将接收的各种干扰信号去除后传输至所述图像处理重构系统3，所述图像处理重构系统3将二维界面图经过三维重构算法处理后形成所述核燃料组件6的三维图像。

在本发明中，所述加速器系统1、探测采集系统2、图像处理重构系统3、三维运动控制系统4由同一远程控制系统5进行控制。在本发明中，由于探测核燃料组件需要对探测环境和探测装置有特殊要求，因而为了防范对操作人员及探测装备造成损害，所述探测采集系统2、加速控制器1和三维运动控制系统4以及核燃料组件6均放置在一屏蔽热室10中。而所述图像处理重构系统3和一远程控制系统5放置在一控制室100中。

请结合图2所示，其为在本发明核燃料组件高能X射线无损检测装置的加速度系统的功能框图中，所述加速度系统1包括一加速器屏蔽机构11、一射线机头12、一前准直器单元13、一调制器14、一控制器15和一恒温水冷机组16，其中，所述射线机头12中，在加速管内高功率微波对电子束进行加速，被加速的电子打在靶上产生高低能X射线；所述前准直器单元13，置放在射线机头12的出束端，用以对X射线流进行准直；所述恒温水冷机组16通过其内部冷却水的不断循环，将加速器内部发热元件产生的热量带走，使加速器的关键部件保持恒定的工作温度，从而保持加速器正常运行；所述控制器15上提供加速器控制界面，实现加速器的状态监控、操作运行和参数设定，显示并处理加速器整机的各种故障；所述控制器15控制所述调制器14和恒温水冷机组16动作。

为了防止核燃料组件强辐射造成破坏，所述射线机头12外设置有所述加速器屏蔽机构11，为了方便射线机头12内的部件维护和维修，同时在射线机头12的出束端留出X射线束的出口。所述调制器14、恒温水冷机组16、控制器15部分放入所述控制室100中，因而不需要屏蔽核燃料组件的强辐射。

请结合图1所示，所述探测采集系统2包括一采集系统屏蔽机构25、一中子慢化单元21、一后准直器单元22、一探测器阵列模块23和一采集输出单元24，其中，所述后准直器单元22与所述前准直器单元13的开关控制状态同步，其受所述远程控制系统5控制，按照预先设置的准直缝隙尺寸打开两个准直器；所述中子慢化单元21置于所述后准直器单元22前方，以屏蔽和吸收来自核燃料组件6裂变产生的中子，减少干扰本底；所述探测器阵列模块23置于后所述准直器单元22后方，其将射入的光子信号转换为电信号；所述采集输出单元24置于所述探测器阵列模块23的后方，将转换后的电信号去除干扰后，传输至一远程服务器中。

所述采集系统屏蔽机构25设置在所述后准直器单元22的后方，其将所述探测器阵列模块23和采集输出单元24屏蔽在其内，用以屏蔽来自核燃料组件6的强放射射线，保护并维护探测器阵列模块23及采集输出单元24及相关模块和元器件的正常工作，从而保障整个系统的正常运转。

请参阅图3所示，其为本发明核燃料组件高能X射线无损检测装置的探测采集系统的功能框图，在本实施例中，所述探测器阵列模块23为一多通道探测器阵列231，其输出端为一差分接收与发送接口241，所述差分接收与发送接口241的输出端与一光电隔离电路242连接，所述光电隔离电路242输出端分别与一配置电路243和一现场可编程门阵列（FGPA）连接，用以采集电信号；所述FGPA输出端连接一ARM，用以缓存电信号；所述ARM分别与一程序存储器244和一大容量缓存模块245连接，所述程序存储器244中存储有对采集的电信号进行去除干扰的算法；所述ARM输出端连接一RS-232串口和一以太网电路，其将处理的信号传输至一远程服务器中或通过无线通信方式传输至远程接收端。

在本发明中，所述采集系统屏蔽机构25采用蒙特卡洛方法进行设计，模拟计算不同放射性强度的核燃料组件6对入射X射线强度和能谱的影响，从而优化设计探测系统中采集系统屏蔽机构25的厚度、前后准直器单元的宽度和高度。

该采集系统屏蔽机构25的屏蔽材料厚度计算的基本思路为：

本发明的探测对象为辐照后的核燃料组件，由于卸料后核燃料组件6的放射性活度随着存放时间成衰减的趋势，利用蒙特卡洛方法将辐照后核燃料组件6不同时期发射的γ射线的强度与高能X射线的强度进行比较计算，依据计算结果分析辐照后核燃料组件6的放射性强度对入射X射线的影响程度，进而确定屏蔽材料的厚度。

本实施例中，选择铅作为屏蔽材料，请参阅图4所示，其为本发明铅屏蔽材料的厚度的确定过程，其具体过程为：

步骤a1,确定卸料后核燃料组件的特定时期的放射性强度及高能X射线强度；

步骤a2,根据上述步骤a1确定的射线强度，查找辐射防护标准体系表找出不同能量X射线及γ射线的半减弱层厚度值d₀，近似算出所需铅屏蔽厚度d；请参见表1所示，其为铅对X射线和γ射线的半减弱层厚度d₀；

表1.铅对X射线和γ射线的半减弱层厚度

步骤a3,利用蒙特卡洛方法模拟计算高能X射线及核燃料组件的强γ射线穿过该近似计算的铅屏蔽厚度之后的射线强度，分析透过铅屏蔽层后的射线对探测采集系统2中模块及元件的影响，确定最终的铅屏蔽层厚度。

其中，利用蒙特卡洛方法确定衰减后的X射线强度的计算公式为（1）、（2）；

$\mathrm{\μ}={\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\γ}}N=\frac{N_A\mathrm{\ρ}}{A}---\left(1\right)$

I(x)=I₀e^-μx （2）

式中，μ为线性衰减系数，σ_γ为微观截面，N_A为阿伏伽德罗常数，N为原子密度，ρ和A为吸收物质的密度和材料元素的原子量，I₀为X射线初始强度，I(x)为衰减后的X射线的强度。

最终确定的铅屏蔽厚度为：

$\mathrm{HLV}=\frac{0.693}{\mathrm{\μ}}---\left(3\right)$

式中，μ为线性衰减系数，HLV为半价层。

上述利用蒙特卡洛方法计算铅屏蔽层厚度，既能够排除探测采集系统中的核燃料组件的γ射线以及中子的影响，排除干扰本底，又能节约铅屏蔽材料。

同时，由于核燃料组件的强辐射干扰，严重影响核燃料组件三维成像的质量，故所述采集输出单元24接收X射线的电信号后，需去除其中的强辐射干扰本底，得出物质密度的精确分布。请参阅图5所示，其为本发明采集输出单元去除强辐射干扰的流程图；具体过程为：

步骤b1，所述采集输出单元24得到高、低能X射线穿过核燃料组件6的投影值，标定出被探测物质的双能曲线图；

步骤b2，所述采集输出单元24通过反向查找方法确定被探测物质的厚度；

步骤b3,所述采集输出单元24利用滤波反投影重建算法重建出物质密度的分布。

通过上述步骤，得出物质密度的精确度较高。

为了更有效地减少辐照后核燃料组件发射的γ射线的影响，需要设计脉冲式的X射线源和不同的探测时序，通过同步地产生和探测采集穿过辐照后核燃料组件的X射线，可以将γ射线的影响降至最低。

所述远程控制系统5利用蒙塔卡罗方法设定加速器对于不同X射线脉冲时序，以及探测采集系统2的输出时序，其中，X射线脉冲时序包括持续时间、脉冲间隔及周期，请参阅图6所示，其为本发明脉冲X射线的产生和相应的探测时序示意图；其中，加速器产生的脉冲X射线持续数个微秒级，脉冲的间隔和周期为毫秒级，同时，所述探测采集系统进行探测。所述远程控制系统5比较不同时期核燃料组件的放射性强度和双能脉冲式加速器穿过该核燃料组件被探测器测量的X射线的强度，如果脉冲X射线的产生和探测采集系统2可以将辐照后核燃料组件发射的γ射线的影响降至忽略的水平，即认为在这个情况下的脉冲时序的相关参数为最佳参数。

请参阅图7所示，其为本发明远程控制系统确定高、低能X射线探测脉冲和探测同步时序的过程该具体过程为：

步骤c1,所述远程控制系统5设定高、低能X射线脉冲持续时间和脉冲间隔时间；

步骤c2,所述远程控制系统5确定特定时期的核燃料组件γ射线强度；

步骤c3,所述远程控制系统5确定高、低能X射线穿过核燃料组件后探测采集系统2接收的X射线强度；

步骤c4,所述远程控制系统5循环调整高、低能X射线脉冲持续时间和脉冲间隔时间的数值；

步骤c5,所述远程控制系统5比较不同时期核燃料组件的γ射线和高、低能X射线穿过核燃料组件后探测采集系统2接收的X射线强度值；

步骤c6,找出高、低能X射线情况下，γ射线影响最小时的状态；

步骤c7,确定高、低能X射线脉冲持续时间、间隔和周期；

步骤c8，确定高、低能X射线探测脉冲和探测同步时序，即X射线源脉冲式输出、探测器系统的探测输入时序。

上述对不同探测时序的设定，能够有效地减少辐照后核燃料组件发射的γ射线的影响。

进一步，本发明为了高精度显示模拟核燃料组建的额三维结构和缺陷的空间分布，在前、后准直器尺寸和图像处理重构系统3的算法上进行改进。

由于来自核燃料组件6的强辐射干扰及高能X射线的散射线的干扰将直接通过探测采集系统2的准直器部分对探测器采集的数据造成干扰，准直器的宽度和高度越大，探测系统的光敏面越大，则探测采集系统的动态范围就越大。准直器宽度决定了探测采集系统2的像素点尺寸，像素点尺寸将直接影响三维成像的空间分辨率，准直器的高度影响密度分辨率。

空间分辨率与探测采集系统的探测器的像素尺寸之间的关系满足下式（4），

f_N=1/2Δd （4）

式中，f_N为空间分辨率，Δd为探测器像素点尺寸。

通过上式的关系确定准直器的宽度和高度。

所述图像处理重构系统3在接收到所述探测采集系统2的信息后，采用数学形态的图像分割及水平集相结合的算法对图像信息进行处理。

其中，数学形态的图像分割采用分水岭算法的基本算法为：在核燃料组件三维成像中利用分水岭算法分割具体的缺陷图像时，把具体的缺陷图像的梯度图像作为分割的参考图像，将梯度值较底的区域内部点看成一个集水盆地，而将梯度值较高的目标边界当作山脊，当水淹没盆地时，山脊下的较低的梯度点逐渐形成一片。当水到达两个盆地相遇之处保留山脊线，梯度的极大值点也保留。这样，保留点就把图像分割成了一个个的盆地，也就是核燃料组件具体缺陷图像的目标区域。

上述图像分割、梯度图像的提取依据下述公式（5）计算，

Grad(f(x,y))={[f(x,y)-f(x-1,y)]²*[f(x,y)-f(x,y-1)]²}*0.5 （5）

式中，f(x,y)表示原始图像，grad{}表示梯度运算。

水平集来解决图像分割问题的实质就是与活动轮廓模型结合，求解这些模型得到的偏微分方程，属于边缘检测的分割方法。针对核燃料组件三维成像中利用水平集方法具体实现是将n维曲面的问题转化为n+1维空间的水平集函数曲面演化的隐含方式来求解。

该结合算法的过程请参阅图8所示，其为本发明图像处理重构系统组件局部缺陷快速边缘分割及重构的流程图，该过程为：

步骤d1,所述图像处理重构系统获取核燃料组件的三维图像；

步骤d2,查看缺陷细节；

步骤d3，读取需要查看细节的局部图像；

步骤d4,对核燃料组件局部缺陷图像中的灰度级别进行从低到高的排序；

步骤d5,得到核燃料组件局部缺陷图像的梯度图像；

步骤d6,对得到的核燃料组件局部缺陷的阈值图像进行阈值处理；

步骤d7,对经过阈值处理的组件局部缺陷图像的前景和背景标记；

步骤d8,显示组件局部缺陷图像的边界并突出前景；

步骤d9,将局部缺陷图像转化为伪彩色图像；

上述步骤d4-d9，即为数学形态学中的分水岭算法。

步骤d10,将组件局部缺陷得到的边界进行迭代;将n维曲面的问题转化为n+1维空间的水平集函数；

步骤d11,得到组件局部缺陷的更细致缺陷边界;

步骤d12,利用图像重构算法得到组件缺陷的更加细致的三维图像；

步骤d13，观察核燃料组件的具体缺陷并进行判断。

上述步骤d10-d11即为水平集分割算法。

在辐照后核燃料组件的三维成像中将数学形态学与水平集方法相结合，既可以应用分水岭算法快速分割初始缺陷，又能够应用水平集算法使缺陷边缘高精度逼近真实边缘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种核燃料组件高能X射线无损检测装置，其特征在于，其包括一加速器系统、一探测采集系统、一图像处理重构系统和一远程控制系统，其中，

所述加速器系统包括一射线机头和一前准直器单元，所述射线机头在所述远程控制系统的控制下，按照预设的高、低能X射线探测脉冲时序向核燃料组件发射高、低能X射线；所述前准直器单元，置放在所述射线机头的出束端，用以对X射线流进行准直；

所述探测采集系统包括一采集输出单元和一采集系统屏蔽机构，所述采集输出单元接收经过所述核燃料组件的高、低能X射线的电信号，并处理得出被探测物质的密度分布；所述采集系统屏蔽机构，其将所述探测采集系统的元件屏蔽在其内，其采用铅屏蔽材料，所述铅屏蔽材料的厚度通过蒙特卡洛方法将辐照后核燃料组件不同时期发射的γ射线的强度与高能X射线的强度进行比较计算而得出；

所述图像处理重构系统，其采用分水岭算法和水平集相结合的算法对接收的图像信息进行处理；

所述远程控制系统，其控制所述加速器系统、探测采集系统和图像处理重构系统，并且利用蒙特卡洛方法设定加速器系统对于不同X射线脉冲时序，以及探测采集系统的输出时序；所述探测采集系统还包括一中子慢化单元、一探测器阵列模块和一后准直器单元，其中，

所述后准直器单元与所述前准直器单元的开关控制状态同步，分别受所述远程控制系统的控制，按照预先设置的准直缝隙尺寸打开两个准直器；

所述中子慢化单元置于所述后准直器单元前方，以屏蔽和吸收来自所述核燃料组件裂变产生的中子；

所述探测器阵列模块置于所述后准直器单元后方，其将射入的光子信号转换为电信号；

所述采集系统屏蔽机构设置在所述后准直器单元的后方。

2.根据权利要求1所述的核燃料组件高能X射线无损检测装置，其特征在于，所述采集系统屏蔽机构的铅屏蔽材料的厚度的确定过程为：确定卸料后核燃料组件的特定时期的放射性强度及高能X射线强度；根据上述确定的射线强度，查找辐射防护标准体系表，找出不同能量X射线及γ射线的半减弱层厚度值d₀，近似算出所需铅屏蔽厚度d；利用蒙特卡洛方法模拟计算高能X射线及核燃料组件的强γ射线穿过该近似计算的铅屏蔽厚度之后的射线强度，分析透过铅屏蔽层后的射线对探测采集系统中模块及元件的影响，确定最终的铅屏蔽层厚度。

3.根据权利要求1所述的核燃料组件高能X射线无损检测装置，其特征在于，所述采集输出单元去除采集信息的强辐射干扰本底的过程为：所述采集输出单元得到高、低能X射线穿过核燃料组件的投影值，标定出被探测物质的双能曲线图；所述采集输出单元通过反向查找方法确定被探测物质的厚度；所述采集输出单元利用滤波反投影重建算法重建出物质密度的分布。

4.根据权利要求3所述的核燃料组件高能X射线无损检测装置，其特征在于，所述远程控制系统设定高、低能X射线脉冲持续时间和脉冲间隔时间，确定特定时期的核燃料组件γ射线强度以及高、低能X射线穿过核燃料组件后探测采集系统接收的X射线强度；

之后，所述远程控制系统循环调整高、低能X射线脉冲持续时间和脉冲间隔时间的数值，比较不同时期核燃料组件的γ射线和高、低能X射线穿过核燃料组件后探测采集系统接收的X射线强度值；找出高、低能X射线情况下，γ射线影响最小时的状态；确定高、低能X射线脉冲持续时间、间隔和周期；

最终确定高、低能X射线探测脉冲和探测同步时序，即X射线源脉冲式输出、探测器系统的探测输入时序。

5.根据权利要求1所述的核燃料组件高能X射线无损检测装置，其特征在于，所述加速器系统还包括一加速器屏蔽机构、一调制器、一控制器和一恒温水冷机组，其中，

所述恒温水冷机组通过其内部冷却水的不断循环，将加速器内部发热元件产生的热量带走，使加速器的关键部件保持恒定的工作温度；

所述加速器屏蔽机构设置在所述射线机头的外部；

所述控制器控制所述调制器和恒温水冷机组动作。

6.根据权利要求1所述的核燃料组件高能X射线无损检测装置，其特征在于，还包括一三维运动控制系统，在所述三维运动控制系统的控制下，所述核燃料组件以一定的速度旋转和上升；

所述探测采集系统、加速器系统和三维运动控制系统以及核燃料组件均放置在一屏蔽热室中；

所述图像处理重构系统和远程控制系统放置在一控制室中。

7.根据权利要求1所述的核燃料组件高能X射线无损检测装置，其特征在于，所述探测器阵列模块为一多通道探测器阵列，其输出端为一差分接收与发送接口，所述差分接收与发送接口的输出端与一光电隔离电路连接，所述光电隔离电路输出端分别与一配置电路和一现场可编程门阵列连接，用以采集电信号。