CN104841640A - 一种辐照后颗粒自动分选装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核技术领域，具体涉及了辐照后颗粒自动分选装置，包括底座，以及颗粒自动拾取装置、颗粒收集装置和颗粒测量装置；颗粒收集装置包括样品瓶和放样瓶，样品瓶和放样瓶设置于底座上；测量装置包括屏蔽腔和测量仪器，测量仪器相对于所述屏蔽腔设置；颗粒拾取装置包括真空吸笔和真空泵，真空吸笔可移动的固定于底座上，真空吸笔竖直设置，且吸口向下；真空泵与抽气口通过管道连接，真空泵通过抽气口对真空吸笔内部的空气进行抽取，控制所述吸口对待测样品的吸取；还设有控制装置。本发明提供的自动分选装置，可实现辐照后包覆燃料颗粒的自动抓取、自动检测、自动分类以及自动放置，使其适用于高放射性辐照后的包覆燃料颗粒的破损检测分析。

Description

一种辐照后颗粒自动分选装置

技术领域

本发明涉及核技术领域，尤其涉及一种辐照后颗粒自动分选装置，更具体地涉及一种带有对辐照后核燃料包覆颗粒进行自动吸取和非接触式的自动检测功能的自动分选装置。

背景技术

球形燃料元件是高温气冷堆核电站的固有安全性的重要保障，其所使用的TRISO(英文名称：Tri-structural iso-tropic，英文缩写：TRISO)型包覆燃料颗粒是正常运行乃至事故状态下阻挡裂变产物对外释放的首道屏障。我国球床式高温气冷堆所使用的球形燃料元件，结构为球形的陶瓷包覆颗粒弥散在燃料区的石墨基体中，由球形核燃料二氧化铀(分子式：UO₂)核芯、疏松热解碳层、内致密热解炭层、碳化硅层和外致密热解炭层组成。

辐照后的包覆燃料颗粒检测的一项重要内容就是判断每一个包覆颗粒有没有发生破损现象，可以通过检测其中某些裂变核素的伽马谱值来实现。由于辐照后包覆燃料颗粒具有较强的放射性，需要放在热室内操作，人员无法靠近，同时由于辐照后包覆燃料颗粒直径较小，一般为0.8-1mm，因此需要专门的拾取设备，另外每次测试量必须很大才能满足破损率测试要求，因此需要设计一套颗粒自动获取，自动检测，自动分选的全自动化装置。

但目前，国内在这方面的装置研究还属于空白。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种辐照后颗粒自动分选装置，可实现无人值守时包覆燃料颗粒的自动抓取、自动检测、自动分类以及自动放置，使其适用于高放射性辐照后的包覆燃料颗粒的破损检测分析。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种辐照后颗粒自动分选装置，包括底座，以及设置于所述底座上的颗粒拾取装置、颗粒收集装置和颗粒测量装置；

所述颗粒收集装置包括用于存放待测样品的样品瓶和用于分类存放检测后样品的放样瓶，所述样品瓶和放样瓶设置于所述底座上；所述测量装置包括用于屏蔽干扰的屏蔽腔和用于检测待测样品的测量仪器，所述屏蔽腔固定于所述底座上，所述测量仪器正对于所述屏蔽腔设置；所述颗粒拾取装置包括真空吸笔和真空泵，所述真空吸笔设有通孔，所述通孔的一端为抽气口，另一端为吸口，所述真空吸笔可移动的设于所述底座上，所述真空吸笔竖直设置，且所述吸口向下；所述真空泵与所述抽气口通过管道连接，所述真空泵通过所述抽气口对真空吸笔内部的空气进行抽取，控制所述吸口对所述待测样品的吸取；

还设有控制装置，所述控制装置对所述测量仪器和真空泵进行控制。

进一步的，还包括圆盘，所述圆盘可绕其中心旋转的固定于所述底座上，所述圆盘通过转动轴控制旋转，所述圆盘的中心设有样品槽，所述圆盘的边缘沿周向设有若干放样槽，所述样品槽内插有所述样品瓶，每个所述放样槽内分别插有所述放样瓶。

进一步的，前述真空吸笔通过移动装置固定于所述底座上，所述移动装置包括固定于底座上的水平移动轴和固定于所述水平移动轴上的竖直移动轴，所述真空吸笔固定于所述竖直移动轴上，所述水平移动轴带动所述真空吸笔在所述圆盘和所述屏蔽腔之间运动，所述竖直移动轴带动所述真空吸笔沿竖直方向运动。

进一步的，前述水平移动轴和竖直移动轴均采用光轴导向轴和丝杠传动轴的双轴模式，所述水平移动轴、竖直移动轴和旋转轴均采用齿轮机械传动。

进一步的，前述水平移动轴、竖直移动轴和转动轴的主齿轮分别由伺服电机控制，各个所述伺服电机分别通过限位条和肘夹设置于该轴的一端。

进一步的，前述真空吸笔的吸口上设有弹性空心笔头，所述真空吸笔的抽气口的外缘设有固定凸起，所述真空吸笔的颈部设有定位环，所述真空吸笔的外壁上套设有弹簧，所述弹簧固定于所述固定凸起和定位环之间。

优选的，前述弹性空心笔头为软橡胶材料。

优选的，前述屏蔽腔为三面屏蔽结构，其开口处于所述测量仪器相对。

优选的，前述测量仪器为非接触式光谱仪。

进一步的，各个前述伺服电机通过所述控制装置进行控制。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的辐照后颗粒自动分选装置，可以自动拾取颗粒、自动检测、自动分类，能实现强放射性条件的无人值守的全自动操作。

本发明提供的辐照后颗粒自动分选装置，充分考虑单颗粒自动检测过程涉及的各种因素，例如通过真空吸笔吸收样品瓶内的颗粒对颗粒进行单一化拾取，通过将真空吸笔移动到屏蔽腔检测实现定位检测，通过真空吸笔将检测后的样品放入不同的放样瓶中实现分类收集等。

本发明提供的辐照后颗粒自动分选装置，易于安装、拆卸、更换和操控，可以实现热室内全部机械手操作，同时测量精度高，速度快，能够适应辐照后包覆燃料颗粒大批量检测的需要。

附图说明

图1为本发明辐照后颗粒自动分选装置的具体结构示意图；

图2为本发明颗粒拾取装置的具体结构示意图。

其中，1：屏蔽腔；2：伺服电机；3：肘夹；4：颗粒拾取装置；41：弹性空心笔头；42：真空吸笔；43：定位环；44：弹簧；45：管道；46：真空泵；47：固定凸起；5：竖直移动轴；6：样品槽；7：放样槽；8:圆盘；9：水平移动轴；10：防撒落外沿；11：旋转轴；12：底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种辐照后颗粒自动分选装置，包括底座12，以及设置于底座12上的颗粒拾取装置4、颗粒收集装置和颗粒测量装置，底座四周设有防散落外沿10，防止颗粒散落到装置外部。

颗粒收集装置包括用于存放待测样品的样品瓶和用于分类存放检测后样品的放样瓶，样品瓶和放样瓶设置于底座12上；测量装置包括用于屏蔽干扰的屏蔽腔1和用于检测待测样品的测量仪器，屏蔽腔1固定于底座12上，测量仪器正对于屏蔽腔1设置；屏蔽腔1为三面屏蔽结构，其开口处于测量仪器相对，测量仪器为非接触式光谱仪，用于非接触式伽玛射线检测。

颗粒拾取装置4包括真空吸笔42和真空泵46，真空吸笔42设有通孔，通孔的一端为抽气口，另一端为吸口，真空吸笔42可移动的固定于底座12上，真空吸笔42竖直设置，且吸口向下；真空泵46与所述抽气口通过管道45连接，真空泵46通过抽气口对真空吸笔42内部的空气进行抽取，控制吸口对所述待测样品的吸取。

还包括圆盘8，,圆盘8可绕其中心旋转的固定于底座12上，圆盘8通过转动轴控制旋转，圆盘8的中心设有样品槽6，圆盘8的边缘沿周向设有若干放样槽7，样品槽6内插有样品瓶，放样瓶的数量为多个，每个放样槽7内分别插有一个放样瓶，用于收集不同标准下的检测完的颗粒。

真空吸笔42通过移动装置固定于底座12上，移动装置包括固定于底座12上的水平移动轴9和固定于水平移动轴9上的竖直移动轴5，真空吸笔42固定于竖直移动轴5上，水平移动轴9带动真空吸笔42在圆盘8和屏蔽腔1之间运动，可将真空吸笔42移动至样品瓶、放样瓶或者屏蔽腔1上方，竖直移动轴5带动真空吸笔42沿竖直方向运动。

其中，水平移动轴9和竖直移动轴5均采用光轴导向轴和丝杠传动轴的双轴模式，以增强稳定性；水平移动轴9、竖直移动轴5和旋转轴11均采用齿轮机械传动。水平移动轴9、竖直移动轴5和转动轴的主齿轮分别由伺服电机控制，各个伺服电机分别通过限位条和肘夹3设置于该轴的一端，有充分空间利于拆卸，并且方便使用机械手拆卸、安装电机，确保拆卸时，不用拆卸螺钉。

如图2所示，真空吸笔42的吸口上设有弹性空心笔头41，弹性空心笔头41为软橡胶材料，用于直接和颗粒接触。真空吸笔42的抽气口的外缘设有固定凸起47，真空吸笔42的颈部设有定位环43，，用于吸取颗粒至检测工位时的定位。真空吸笔42的外壁上套设有弹簧44，弹簧44固定于固定凸起47和定位环43之间，通过弹簧44进行减压，避免吸取颗粒时损伤颗粒。

还设有控制装置，控制装置对所述测量仪器和真空泵46进行控制，各个伺服电机也通过控制装置进行控制。控制装置通过编程控制各伺服电机、测量装置及真空泵46，以实现全自动操作，无需人工干预，并能在长时间的运行过程中，稳定高效地完成颗粒特别是辐照后球形包覆核燃料颗粒的伽玛谱检测分析，且根据编程控制进行颗粒分类。

本发明实施例提供的辐照后颗粒自动分选装置，是通过如下的操作步骤完成颗粒拾取、检测及分选的：

将样品瓶放在样品槽6，首先移动水平移动轴9，使得真空吸笔42在样品槽6正上方，启动真空泵46，然后移动竖直移动轴5，使得真空吸笔42插入样品瓶，通过真空泵46检测真空吸笔42压力，待吸取一个颗粒后，移动竖直移动轴5，提升真空吸笔42至恰当位置，移动水平移动轴9，将真空吸笔42水平移动至测量工位，即屏蔽腔1上方，然后移动竖直移动轴5，下降真空吸笔42至定位环43与屏蔽腔1的上壁接触，开始测量。测量完毕，移动竖直移动轴5，提升真空吸笔42，根据检测结果，控制装置控制旋转轴11旋转，将与检测结果相符的放样瓶旋转到位，移动水平移动轴9，将检测后的包覆燃料颗粒运送到放样瓶上方，使得真空吸笔42恰好处于放样瓶垂直上方，关闭真空泵46，将包覆燃料颗粒放入放样瓶，完成一件包覆燃料颗粒的测量，然后将真空吸笔42运行到样品瓶上方开始下一次测量根据测量结果，处理完毕后将各检测后放样瓶的颗粒分类管理并做好记录。如果需要可以将检测后颗粒重新进行检测确认。

为了更明确颗粒拾取、检测、分拣效果，将之用于辐照后包覆核燃料颗粒的真实检测过程。

加入待检测辐照后包覆燃料颗粒颗粒9750个，设定水平移动轴9、竖直移动轴5移动速度1000mm/min，以及旋转轴11的速度10rad/min，约1min测量一个颗粒。过程颗粒吸取、移动等工作正常，没有发现颗粒撒落、检测失常现象。根据检测结果将颗粒分为20类，旋转轴11和水平移动轴9配合正常，满足设计要求。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，包括底座，以及设置于所述底座上的颗粒拾取装置、颗粒收集装置和颗粒测量装置；

所述颗粒收集装置包括用于存放待测样品的样品瓶和用于分类存放检测后样品的放样瓶，所述样品瓶和放样瓶设置于所述底座上；所述测量装置包括用于屏蔽干扰的屏蔽腔和用于检测待测样品的测量仪器，所述屏蔽腔固定于所述底座上，所述测量仪器正对于所述屏蔽腔设置；所述颗粒拾取装置包括真空吸笔和真空泵，所述真空吸笔设有通孔，所述通孔的一端为抽气口，另一端为吸口，所述真空吸笔可移动的设于所述底座上，所述真空吸笔竖直设置，且所述吸口向下；所述真空泵与所述抽气口连接，所述真空泵通过所述抽气口对真空吸笔内部的空气进行抽取，控制所述吸口对所述待测样品的吸取；

还设有控制装置，所述控制装置对所述测量仪器和真空泵进行控制。

2.根据权利要求1所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，还包括圆盘，所述圆盘可绕其中心旋转的固定于所述底座上，所述圆盘通过转动轴控制旋转，所述圆盘的中心设有样品槽，所述圆盘的边缘沿周向设有若干放样槽，所述样品槽内插有所述样品瓶，每个所述放样槽内分别插有所述放样瓶。

3.根据权利要求2所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，所述真空吸笔通过移动装置固定于所述底座上，所述移动装置包括固定于底座上的水平移动轴和固定于所述水平移动轴上的竖直移动轴，所述真空吸笔固定于所述竖直移动轴上，所述水平移动轴带动所述真空吸笔在所述圆盘和所述屏蔽腔之间运动，所述竖直移动轴带动所述真空吸笔沿竖直方向运动。

4.根据权利要求3所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，所述水平移动轴和竖直移动轴均采用光轴导向轴和丝杠传动轴的双轴模式，所述水平移动轴、竖直移动轴和旋转轴均采用齿轮机械传动。

5.根据权利要求4所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，所述水平移动轴、竖直移动轴和转动轴的主齿轮分别由伺服电机控制，各个所述伺服电机分别通过限位条和肘夹设置于该轴的一端。

6.根据权利要求1所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，所述真空吸笔的吸口上设有弹性空心笔头，所述真空吸笔的抽气口的外缘设有固定凸起，所述真空吸笔的颈部设有定位环，所述真空吸笔的外壁上套设有弹簧，所述弹簧固定于所述固定凸起和定位环之间。

7.根据权利要求6所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，所述弹性空心笔头为软橡胶材料。

8.根据权利要求1所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，所述屏蔽腔为三面屏蔽结构，其开口处于所述测量仪器相对。

9.根据权利要求1所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，所述测量仪器为非接触式光谱仪。

10.根据权利要求5所述的辐照后颗粒自动分选装置，其特征在于，各个所述伺服电机通过所述控制装置进行控制。