CN107271463B - 一种辐射态下核燃料元件的ct检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辐射态下核燃料元件的CT检测装置，属于无损检测技术领域。该装置是在CT检测系统基础上，通过增加一种射线离散脉冲化可旋转栅格盘及其控制系统，配合辐射态下核燃料元件的同步旋转和同步数据探测采集，从而交替探测叠加态下和自辐射态下的射线信号数据，进而通过数据校正处理消除核燃料元件自身γ射线辐射对于CT成像的影响。本装置的优点在于：解决了采用CT系统对辐射态下核燃料元件进行检测时核燃料元件自身γ射线辐射对CT成像造成的干扰，从而获得良好信噪比的辐射态下核燃料元件内部结构CT图像。

Description

一种辐射态下核燃料元件的CT检测装置
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，涉及一种CT检测技术，特别涉及一种辐射态下核燃料元件的CT检测装置。
背景技术
自上世纪60年代末第一台CT(计算机层析成像)系统诞生以来，CT系统广泛应用于医学和工业领域，即医学CT和工业CT。
工业CT是一种先进的无损检测手段，它能在不破坏物体的前提下，通过数字化图像形式直观、清晰、准确的呈现被测物体的内部特征，具有影像不重叠、不受工件结构和材质影响、检测对象范围广、空间和密度分辨率高等特点，已被广泛应用于航天、航空、铁路、兵器、汽车、石油、电力、考古等领域。
近年来，民用核电技术高速发展。在核工业领域，核燃料元件是反应堆中一种非常重要的部件。在科研和生产中，通过无损检测手段研究和分析辐射态下的核燃料元件内部的结构状况及其变化，对于保障核安全具有重要意义。众所周知，利用CT技术对物体进行无损检测时，利用了射线穿透物体后按比尔定律所述规律衰减的特性，因此探测器所探测的射线信号是被物体衰减后的射线信号。利用CT对辐射态下的核燃料元件进行检测，CT探测器所探测到的除了射线源发出的经核燃料元件衰减后的X射线或γ射线，也有核燃料元件自身辐射的γ射线(且该γ射线强度较大)，因此核燃料元件自辐射射线对CT成像造成极强的干扰影响，以至于无法获取到核燃料元件内部结构的清晰CT图像，这也在很大程度上限制了CT技术在辐射态下核燃料元件无损检测方面的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种辐射态下核燃料元件的CT检测装置，该装置能够消除辐射态下核燃料元件自身辐射γ射线对CT成像无损检测的干扰影响。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种辐射态下核燃料元件的CT检测装置，包括CT系统机械装置、射线源、可旋转栅格盘、辐射态下核燃料元件、旋转工作台、射线探测器、控制器、数据处理与重建系统等。
所述可旋转栅格盘是一个由高密度金属制作而成的圆盘，具有一定的厚度可以完全遮挡射线，在圆盘上加工有等宽度、均匀分布的栅格(数量不定，以多于8个以上为最好)，在控制器及驱动装置作用下，可绕轴高速作匀速旋转运动；所述辐射态下核燃料元件被安装在旋转工作台上，在控制器的控制下停止或旋转；所述射线源可以产生连续、高频或脉冲式X射线或γ射线；所述探测器可在控制器控制下，同步采集数据并传输到数据处理与重建系统中。可旋转栅格盘将射线源所产生的连续或高频X射线或γ射线离散化，形成一定宽度的脉冲式X射线或γ射线，当X射线或γ射线穿透栅格时，辐射态下核燃料元件随旋转工作台旋转到某一投影角度，此时射线探测器采集到叠加态下(X射线或γ射线)的射线信号数据；而当X射线或γ射线被栅格盘遮挡时，辐射态下核燃料元件随旋转工作台在前述同一投影角度下，此时射线探测器采集到自辐射态下(γ射线)的射线信号数据，这组交替数据被传输到数据处理与重建系统，由叠加态下(X射线或γ射线)射线信号数据与自辐射态下(γ射线)射线信号数据进行减运算，即可得到消除了辐射态下核燃料元件自身γ射线辐射影响的数据，利用若干组该类校正数据进行CT重建，即可获得消除了辐射态下核燃料元件自身γ射线辐射干扰影响的CT图像。若所述射线源为低频脉冲式X射线源，则无须可旋转栅格盘，而只需用控制器实现X射线源出束频率与旋转工作台旋转、射线探测器数据采集匹配同步。
进一步，所述的可旋转栅格盘是一个高密度金属圆盘，具有一定的厚度可以完全遮挡射线，圆盘上加工有等宽度、均匀分布的栅格(数量不定，以多于8个以上为最好)，可绕轴高速作匀速旋转运动。
进一步，所述控制器实现可旋转栅格盘旋转速度与旋转工作台旋转、射线探测器数据采集同步和匹配。
进一步，所述数据处理与重建系统可实现交替的叠加态下(X射线或γ射线)射线信号数据与自辐射态下(γ射线)射线信号数据进行减运算。
进一步，所述的射线源采用脉冲式电子直线加速器、连续或高频X射线机或者放射性同位素γ射线源。
进一步，所述的探测器采用的形式为线阵列或者面阵列。
进一步，所述的探测器采用固体探测器、液体探测器、气体探测器或者是半导体探测器。
进一步，所述的探测器工作于积分方式或者计数方式。
进一步，所述探测器的数据传输可采用无线方式，也可采用有线方式。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的辐射态下核燃料元件的CT检测装置通过可旋转栅格盘、控制器等软硬件，交替获取叠加态下(X射线或γ射线)射线信号数据与自辐射态下(γ射线)射线信号数据，并对其进行减运算，从而消除了辐射态下核燃料元件自身γ射线辐射的干扰影响，实现了对辐射态下核燃料元件的清晰CT成像无损检测。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为检测装置的结构示意图；
图2为控制结构示意图；
图3为检测方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1、2所示，本发明所述的一种辐射态下核燃料元件的CT检测装置，包括CT系统机械装置1、射线源2、可旋转栅格盘3、辐射态下核燃料元件4、旋转工作台5、射线探测器6、控制器7、数据处理与重建系统8等。
CT系统机械装置1用于安装和支撑射线源2、可旋转栅格盘3、旋转工作台5、射线探测器6等，旋转工作台5上安装辐射态下核燃料元件4，控制器7控制可旋转栅格盘3旋转速度与旋转工作台5旋转、射线探测器6数据采集同步和匹配，当X射线或γ射线穿透栅格时，辐射态下核燃料元件4放置在旋转工作台5上并旋转到某一投影角度，此时射线探测器6采集到叠加态下(X射线或γ射线)的射线信号数据10，而当X射线或γ射线被栅格盘遮挡时，辐射态下核燃料元件4放置在旋转工作台5上的同一投影角度下，此时射线探测器6采集到自辐射态下(γ射线)的射线信号数据9，数据处理与重建系统8对交替采集到的叠加态下射线信号数据10和自辐射态下的射线信号数据9进行减运算11和图像重建。所述射线源2用以产生CT扫描所需的X射线或γ射线；所述可旋转栅格盘3将射线源2所产生的连续或高频X射线或γ射线离散化，形成一定宽度的脉冲式X射线或γ射线；所述控制器7控制可旋转栅格盘3旋转速度与旋转工作台5旋转、射线探测器6数据采集同步和匹配；所述数据处理与重建系统8对交替采集到的叠加态下(X射线或γ射线)射线信号数据10和自辐射态下(γ射线)的射线信号数据9进行减运算11和图像重建。
如图3所示，启动CT扫面后，如果射线刚好穿过可旋转栅格盘3的栅格，则射线探测器6采集到叠加态下射线信号数据10，该数据传输到数据处理与重建系统8中保存；可旋转栅格盘3继续旋转γ角，此时射线刚好被可旋转栅格盘遮挡，此时射线探测器6采集到自辐射态下射线信号数据9，该数据传输到数据处理与重建系统8中保存，数据处理与重建系统8对叠加态下射线信号数据10和自辐射态下射线信号数据9进行减运算11，然后旋转工作台5带动辐射态下核燃料元件4旋转α角，同时可旋转栅格盘3旋转β角，进行下一个投影角度的数据采集，如此反复，直至CT扫描技术为止，然后由各个投影角度下的校正值(减运算值)重建CT图像。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种辐射态下核燃料元件的CT检测装置，其特征在于：包括CT系统机械装置(1)、射线源(2)、可旋转栅格盘(3)、辐射态下核燃料元件(4)、旋转工作台(5)、射线探测器(6)、控制器(7)、数据处理与重建系统(8)；
所述CT系统机械装置(1)用于安装和支撑射线源(2)、可旋转栅格盘(3)、旋转工作台(5)、射线探测器(6)，旋转工作台(5)上安装辐射态下核燃料元件(4)；
所述射线源(2)用于产生CT扫描所需的X射线或γ射线；
所述可旋转栅格盘(3)以旋转轴作高速旋转，等宽度栅格均匀分布在圆盘上，在控制器(7)的控制下其旋转速度与旋转工作台(5)旋转速度、射线探测器(6)数据采集同步匹配；
所述射线探测器(6)采集到的数据传输到数据处理与重建系统(8)进行处理，射线探测器(6)交替采集到叠加态下X射线或γ射线的射线信号数据(10)和自辐射态下γ射线的射线信号数据(9)，数据处理与重建系统(8)对交替采集的数据进行校正处理及图像重建，从而消除辐射态下核燃料元件(4)自身γ射线辐射对CT成像的干扰影响；
所述可旋转栅格盘(3)将射线源(2)所产生的连续或高频X射线或γ射线离散化，当X射线或γ射线穿透栅格时，辐射态下核燃料元件(4)放置在旋转工作台(5)上并旋转到某一投影角度，此时射线探测器(6)采集到叠加态下X射线或γ射线的射线信号数据(10)，而当X射线或γ射线被栅格盘遮挡时，辐射态下核燃料元件(4)放置在旋转工作台(5)上的同一投影角度下，此时射线探测器(6)采集到自辐射态下γ射线的射线信号数据(9)，这组交替数据被传输到数据处理与重建系统(8)，由叠加态下X射线或γ射线的射线信号数据(10)减去自辐射态下γ射线的射线信号数据(9)，即为消除了辐射态下核燃料元件(4)自身γ射线辐射影响的数据，利用若干组该类校正数据进行CT重建，即获得消除了辐射态下核燃料元件(4)自身γ射线辐射干扰影响的CT图像；
所述的射线探测器(6)采用的形式为线阵列或面阵列；
所述的射线探测器(6)采用固体探测器、液体探测器或气体探测器；
所述的射线探测器(6)工作方式为积分方式或计数方式；所述射线探测器(6)的数据传输方式采用无线方式或有线方式。
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