CN106872493A - 核燃料组件无损探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无损探测领域。为解决现有探测方法无法实现核燃料组件的整体探测并获得清晰三维图像的问题，本发明提供了一种核燃料组件无损探测装置。该装置包括加速器、探测器、旋转工作台、升降工作台和底座，所述加速器和探测器相对放置并固定于所述旋转工作台上，所述旋转工作台底部中央设有齿轮盘，所述齿轮盘与该升降工作台之间设有滚动装置，所述底座位于所述升降工作台下方，所述升降工作台下部两侧各通过一根链条与一个配重相连接。本发明的核燃料组件无损探测装置具有探测精度高，成像清晰的优点，能够有效实现核燃料组件的整体探测，准确获取其断层图像及三维结构，为我国核燃料组件的深入研发提供了装备基础。

Description

核燃料组件无损探测装置
技术领域
本发明属于无损探测领域，特别涉及一种核燃料组件无损探测装置。
背景技术
核燃料组件是反应堆的核心部件，它由若干根燃料棒按照一定规律排列并固定成一束而形成；而组成核燃料组件的燃料棒通常由上百个燃料元件叠加并放置在套管内构成，每个燃料元件包括包壳和内部的核燃料。
燃料元件是反应堆堆芯的基本构件，其主要作用是作为核燃料的基本单元，导出裂变反应产生的热量，阻留强放射性裂变产物并防止其泄露。由于燃料元件在反应堆中需承受很高的内外压力、很强的水利振动机械应力、强中子通量和强伽马射线的辐照，因此对其物理和化学性能提出了极高的要求。
然而，出于提高经济性、满足工艺要求等各方面的考虑，燃料元件包壳不应过厚，核燃料的燃耗应尽量高，加之燃料元件在反应堆中受到长期辐照后会发生“肿胀”并存在开裂的风险，因此在某些条件下需要对核燃料组件进行探测。
与此同时，核燃料组件的探测，特别是辐照后核燃料组件的探测，其对包括核燃料组件堆内行为、核燃料组件优化设计、核燃料组件加工工艺等各方面的研究均具有十分重要的意义。
由于核燃料组件的整体规模较大，其等效钢厚较大，并且辐照后的核燃料组件存在很强的放射性，因此对其进行整体无损探测难度较大。基于这一原因，目前有关探测一般通过对单根燃料棒的探测来实现，因为燃料棒直径较小，可用超声或低能X射线进行探测。然而这种对单根燃料棒进行探测的方式所提供的信息不够全面，难以全面反映核燃料组件研究需要涉及的方方面面，因此在有些情况下需要对核燃料组件进行整体探测。
若要对核燃料组件进行整体探测，可考虑采用穿透力强的高能X射线探测来实现。然而，核燃料组件的高能X射线无损探测技术目前正处于发展之中，例如中国原子能科学研究院正在开展的有关研究，但就目前的发展状况来说，该项技术尚不完善。
实际上，高能X射线探测总体来说是一种传统技术，其通常采用被探测对象旋转，而高能X射线源及探测器做垂直方向的同步运动来获得断层图像。但对于核燃料组件的探测来说，这样的探测模式存在难以解决的问题。这是因为核燃料组件自身长度较长，一般可达数米，而其直径却仅有几厘米，因此令其自转很难获得满意的旋转精度，也就无法获取到清晰的断层图像。基于上述原因，若要实现核燃料组件的整体探测，获得清晰的断层图像及三维图像，就需要设计一种核燃料组件无损探测装置。
发明内容
为解决现有探测方法无法实现核燃料组件的整体探测，并获得清晰断层图像及三维图像的问题，本发明提供了一种核燃料组件无损探测装置。
该核燃料组件无损探测装置包括加速器、探测器、旋转工作台、升降工作台和底座；所述加速器和探测器相对放置并固定于所述旋转工作台上，所述旋转工作台上探测器端设有配重；所述旋转工作台底部中央设有齿轮盘，该齿轮盘中央设有核燃料组件置入孔；所述升降工作台设置于所述齿轮盘下方，所述齿轮盘与该升降工作台之间设有滚动装置，以使所述齿轮盘能够以其盘心为轴水平自转；所述底座位于所述升降工作台下方，所述底座与所述升降工作台之间设有相互配合的竖直导轨；所述升降工作台下部两侧各通过一根链条与一个配重相连接，每条链条均由所述底座上相应位置处设置的支架支承；所述旋转工作台、升降工作台和底座对应于所述齿轮盘中央的核燃料组件置入孔处亦均设有核燃料组件置入孔，形成竖直的探测孔道；所述齿轮盘通过传动齿轮传动并由旋转电机驱动旋转；所述升降工作台通过丝杠传动并由升降电机驱动升降。
进一步地，所述滚动装置优选为轴承组。
进一步地，所述底座上还设有光栅尺为优选，以获取升降工作台的精确位置。
进一步地，所述丝杠优选为滚珠丝杠。
进一步地，所述支架上设有滚轮为优选，以利于链条的滑动。
本发明通过改变探测模式，将被探测对象旋转，射线源及探测器垂直运动的探测模式改变为射线源及探测器旋转并做有限范围内的垂直运动，核燃料组件分段固定探测的探测模式。通过控制旋转工作台带动加速器和探测器的进行精确旋转，以及升降工作台的精确升降，实现了对核燃料组件精确的分段探测，便于重构出核燃料组件的断层图像及三维结构。
另外，为实现核燃料组件的整体探测，本发明的核燃料组件无损探测装置在尺寸及重量上必然很大，因此对有关部件的运动精度、稳定性及可靠性均带来挑战。为此，本发明有针对性的设置了配重，较好的解决了上述问题。
综上所述，本发明的核燃料组件无损探测装置具有探测精度高，成像清晰的优点，能够有效实现核燃料组件的整体探测，准确获取其断层图像及三维结构，为我国核燃料组件的深入研发提供了装备基础。
附图说明
图1本发明的核燃料组件无损探测装置正视图。
图2本发明的核燃料组件无损探测装置侧视图。
图3本发明的核燃料组件无损探测装置剖视图。
图4本发明的核燃料组件无损探测装置立体示意图。
附图标记：1.加速器，2.探测器，3.旋转工作台，4.升降工作台，5.底座，6.齿轮盘，7.滚动装置，8.竖直导轨，9.链条，10.配重，11.支架，12.探测孔道，13.传动齿轮，14.旋转电机，15.丝杠，16.升降电机，17.滚轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1
采用本发明的核燃料组件无损探测装置对某核燃料组件进行无损探测，其步骤如下：
(一)将整个探测装置置于热室中，固定好底座5；
(二)将待探测核燃料组件置于探测孔道12内；
(三)分别通过旋转电机14和升降电机16调整旋转工作台3(进行180度旋转)和升降工作台4，对核燃料组件进行分段成像，最终获得其断层及三维图像。
实际应用表明，本发明的核燃料组件无损探测装置可靠性高，成像效果好，能够有效实现核燃料组件的三维结构分析。

Claims (5)

1.一种核燃料组件无损探测装置，其特征在于：该核燃料组件无损探测装置包括加速器、探测器、旋转工作台、升降工作台和底座；所述加速器和探测器相对放置并固定于所述旋转工作台上，所述旋转工作台上探测器端设有配重；所述旋转工作台底部中央设有齿轮盘，该齿轮盘中央设有核燃料组件置入孔；所述升降工作台设置于所述齿轮盘下方，所述齿轮盘与该升降工作台之间设有滚动装置，以使所述齿轮盘能够以其盘心为轴水平自转；所述底座位于所述升降工作台下方，所述底座与所述升降工作台之间设有相互配合的竖直导轨；所述升降工作台下部两侧各通过一根链条与一个配重相连接，每条链条均由所述底座上相应位置处设置的支架支承；所述旋转工作台、升降工作台和底座对应于所述齿轮盘中央的核燃料组件置入孔处亦均设有核燃料组件置入孔，形成竖直的探测孔道；所述齿轮盘通过传动齿轮传动并由旋转电机驱动旋转；所述升降工作台通过丝杠传动并由升降电机驱动升降。
2.如权利要求1所述的核燃料组件无损探测装置，其特征在于：所述滚动装置为轴承组。
3.如权利要求1所述的核燃料组件无损探测装置，其特征在于：所述底座上还设有光栅尺。
4.如权利要求1所述的核燃料组件无损探测装置，其特征在于：所述丝杠为滚珠丝杠。
5.如权利要求1所述的核燃料组件无损探测装置，其特征在于：所述支架上设有滚轮。
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