CN109791115A - 中子射线照相方法以及用于实现其的装置 - Google Patents

中子射线照相方法以及用于实现其的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及中子射线照相并且可以用于细长放射性物品、主要是核燃料元件的检查，并且还可用于被照射对象和未被照射对象的无损测试以便确定其内部结构和材料组成。本方法在于：将所检查对象放置到保护容器(3)中；通过安装座(5)将容器放置在机座(4)上并且使对象牢固地紧固在其中；将第一探测器(11)安装在分度盘(7)中的凹槽(8)中；设置辐射方向与探测器之间的角度(+α)；供应中子束(1)；将第二探测器(12)安装在凹槽中；设置辐射方向与探测器之间的角度(‑α)；执行照射；以及处理曝光胶片以获得在角度±α处的图像。一种用于实现用于测试物品的方法的装置，其包括中子源、保护容器(3)和探测系统，其另外包括机座(4)，机座(4)上布置有呈可旋转分度盘(7)形式的探测系统，该探测系统带有用于紧固中子探测器(11、12)的呈沿直径的凹槽(8)形式的安装座(5)，分度盘被安装成使得可围绕平行于所检查对象的轴线的轴线旋转所设置角度，并且在其中具有当分度盘相对于中子束(1)的方向旋转角度±αi时用于细长对象的通过的半圆形凹口(13)。

Description

中子射线照相方法以及用于实现其的装置
技术领域
本发明涉及中子射线照相并且可以用于细长放射性物品、主要是核燃料元件的检查，并且还可用于被照射对象和未被照射对象的无损测试以便确定其内部结构和材料组成。
背景技术
已知用于通过直接曝光进行中子成像的方法在于计算背景Y-辐射曝光剂量和曝光时间，安装探测器以及将中子-射线照相图像记录在照相材料上。（N.D. Tyufyakov,A.S. Shtan，中子射线照相原理，M., Atomizdat，1975年，第250页）。
已知用于中子-射线照相观察的装置，其中使用来自池式核反应堆的中子束，并且可以通过改变准直器端口尺寸来平滑地改变光束准直（辐射技术，修订版16.M.,Atomizdat，1978年）。
该装置包括用于将物品和探测器输送到控制位置的输送驱动器、用于紧固活化探测器以将其从托架传送到光容器的器件、用于供应将活化屏下压到X射线胶片所需的压缩空气的气动系统。
物品在单个方面在等于90°的准直中子束相对于物品平面和探测器平面的入射角度下在150×1200 mm2的射线照相盒内部暴露至辐射。当发现缺陷时，为确定此缺陷的原因，需要以一个或多个其他角度对其进行检查。为此目的，辐射物品必须多次从射线照相盒运输到保护盒，物品必须在保护容器中旋转并且返回到辐射位置。
已知用于中子射线照相的方法（N.G. Kocherygin, V.D. Kozmenko，用于高活性样品的探伤检验的装置，А.С. No.199476, cl.42k, 46/07, PC G01n，1967年）在于将所检查样品放置在直立保护容器的可移动横梁中，然后将直立保护容器水平定位在反应堆中子束的垂直通道上方，以及设置横梁速度和给定孔径值的减小率。根据经验选择横梁通过的速度和孔径变化率，并且在照射结束时，为在胶片上获得清晰图像，提供活化屏的均匀背景及其足够活性（activity）。
用于实现该方法的装置包括中子源、操作容器、用于在其中接纳所检查样品的操作容器内部的可移动横梁、用于使横梁垂直于中子流方向通过的通过机构、孔径变化机构、光容器、用于将未活化屏从操作容器移动到光容器的处理机构。
此设备被设计成检查小长度的样品和物品。对于长物品，需要使用为物品自身高度两倍的容器。庞大容器难以处理，因为当输送到测量现场时，需要将此类庞大容器从垂直（运输）位置移动到水平（“射线照相观察”）位置。
在细长垂直通道的出口处，中子束的尺寸被最小化（不超过50-100 mm）。因此，需要多次逐步地移动在从垂直位置重新定向到水平位置的容器中具有物品的横梁，这极耗时。
为了可视化具有沿着所检查物品的长度和半径传播的缺陷的区域的空间变化和参数，需要捕获围绕这些物品的轴线旋转并且穿过输入光束的物品的图像。这需要若干中子“射线照相观察”和多个额外操作，其尤其包括使其中具有物品的容器返回到保护盒，在该保护盒处高活性物品远程地经受相应机械操纵。
借助如此多的重新定位和位移，高活性物品可能因任何意外原因而受损，这可能导致任何严重的辐射事故。此外，包含核燃料的受检查物品的每一新射线照相观察（采用中子束照射）增加额外活性的累积。因此，对于服务此装置的人员来说，在中央大厅内存在此物品变得每次更加具有辐射危险。
在中央大厅环境中将隐藏图像从屏传印到光容器中的胶片并不是最佳想法，因为其他辐射源可以提供额外背景。
发明内容
本发明的目的是提高射线照相检查结果的信息价值、准确性和清晰度。
所述目的可以通过一种中子射线照相的方法实现，所述方法在于：将所检查对象放置到保护容器中，通过安装座将所述容器放置在机座（bed）上并且使所述对象牢固地紧固在其中，将第一探测器安装在被整合到所述机座中并且以带有半圆形凹口的可旋转盘的形式制成的分度盘（limb）中的凹槽中，设置辐射方向与所述探测器之间的角度(+α)，供应中子束，在照射之后将所述第一探测器从盒移动到专用容器以使其与照相胶片接触，将第二探测器安装在所述凹槽中，设置辐射方向与所述探测器之间的角度(-α)，执行照射，在照射之后，从盒移除第二探测器并且将其放置到专用容器以便与照相胶片结束，处理曝光胶片以获得在角度±α(|+α|=|-α|)处的图像，改变该角度可以产生立体图像。
根据经验已经证实，角度(±α)选自40°至80°的范围。
为获得高质量图像，应该监测中子束的密度，并且用与第一次曝光相同的中子流密度执行第二次曝光。
一种用于实现用于通过中子射线照相测试物品的方法的装置，其包括中子源、用于所检查对象的保护容器、具有平坦的活化探测器的探测系统，其另外包括机座，该机座上布置有呈可旋转分度盘形式的探测系统，该探测系统带有用于紧固中子探测器的呈沿直径的凹槽形式的安装座，所述分度盘被安装成使得可围绕平行于所检查对象的轴线的轴线旋转所设置角度，并且在其中具有当分度盘相对于中子束的方向旋转角度αi时用于细长对象的通过的半圆形凹口。
将具有受检查物品的容器放置到安装座中，并且用锁定件牢固地紧固。分度盘的旋转中心安装在整合到机座中的滚珠轴承中，并且分度盘搁置在安装在分度盘的圆形轨道中的辊上。
在分度盘直径上制成矩形狭槽，其具有适于在其中待安装的探测器的宽度和长度。
分度盘安装在相对于中子束的轴线以角度αi取向的选定位置中的一者中，其中针对一对测量结果，i可以具有不同、但严格限定和固定的值。
通过改变待活化的板的角向放置的取向角度(αi)并且分别获得若干对X射线图像，可以在两个或三个步骤中完全描述所检查对象中的可用缺陷图案、外壳的状态、在制造过程期间或由于因反应堆辐射和高温的强烈冲击所致的修改产生的焊缝。
必须在相同（就功率和组成而言）中子束上获得两个活化图像，而不改变机座上所检查产品的位置。
通过串联地安装两个探测器，其中一个探测器在角度+α处，并且另一个探测器在角度-α处在颠倒位置中（相对于光束轴线旋转180度），变得可以获得两个产品图像，这两个产品图像形成具有等于1/sinαi的预定图像放大率的立体对。
与产生具有缺陷的射线照相图像的常见方法相比，使用三维中子射线照相显著地扩大对所检查产品中缺陷的视觉分析的边界。
分度盘允许以不同角度产生对象图像并且获得对象三维图像的立体对，该分度盘以可旋转方式安装在机座上并且设置有用于活化探测器的凹槽和具有180°的角向长度和等于内部具有所检查对象的容器的直径的宽度的圆形凹口。
分度盘通过旋转和固定机构自动旋转所设置角度。
附图说明
图1显示装置的整体视图，图2(a)显示安装在分度盘上的装置的顶视图，并且图2(b)显示安装在凹槽中的探测器。
在附图中：
1-准直中子束；2-所检查对象；3-保护容器；4-机座；5-安装座（插座）；6-锁定件；7-可旋转分度盘；8-凹槽；9-分度盘旋转轴线；10-滚珠轴承；11、12-活化探测器；13-分度盘上的半圆形凹口；14–用于分度盘以预定角度的旋转和固定的机构。
具体实施方式
所检查对象（样品、物品）2放置在保护容器3中。容器3通过安装座5布置在机座4上并且借助锁定件6牢固地紧固。机座4设置有呈带有圆形凹口8的可旋转盘形式的可旋转分度盘7，圆形凹口8的角向长度为180°并且宽度等于内部具有所检查对象2的容器3的直径。
分度盘7的旋转轴线9安装在整合到机座4中的滚珠轴承10中，并且分度盘搁置在辊（未显示）上并且具有凹口13。成对的活化探测器11和12（其高度必须等于射线照相观察的对象2的高度）交替地安装在凹槽8中。安装在所检查对象2下游的中子探测器11和12中的每一者可以是单一件或者由数个部件组成。出于统计目的（在一定程度上消除由在成像过程的后续阶段使用的低质量光材料引起的事故），可以通过此方法多次检查相同物品2。中子探测器相对于光束轴线的选定旋转角度通过使用已知的旋转和固定机构14来限定，例如，同步对（同步发生器和同步接收器）、离散齿轮传动机构、固定支撑件上的分度盘的下方的孔系统以及分度盘7上的弹簧加载的锁定件等等。所应用方法必须确保活化探测器11和12将旋转到中子束的选定入射角度，该选定入射角度在数值上彼此相等(|+αi|=|-αi|)，其中在所检查对象的“射线照相观察”的第一阶段期间、并且然后在第二阶段期间实现中子束。
在第一“射线照相观察”之后，为了捕获在具有低半衰期的活化探测器上产生的活性的良好（无损失）图像，将在板11上获得的活性分布传印到X射线胶片，而不等待第二照射。在已经照射第二活化探测器12（具有相同的低半衰期）之后，重复图像捕获程序，并且在第二X射线胶片上传印此图像。接下来，又以通常方式在两个影印本上传印X射线胶片上的负像。在被构造成将这些方面组合在一个三维视觉对象中的对应立体装备上同时观察两个X射线胶片（或影印本）。使用此装备和两个X射线胶片使得可以产生所检查物品2的3D图像。
通过以射线(αi)改变活化探测器11、12的取向角度和分别所获得的一对X射线图像，可以在两个或三个步骤中完全描述所检查对象中的可用缺陷图案、外壳的状态、在制造过程期间或由于因反应堆辐射和高温的强烈冲击所致的修改产生的焊缝。

Claims (6)

1.一种中子射线照相的方法，其在于：将所检查对象放置到保护容器中，通过安装座将所述容器放置在机座上并且牢固地紧固在机座中，将第一探测器安装在被整合到所述机座中并且以带有半圆形凹口的可旋转盘的形式制成的分度盘中的凹槽中，设置辐射方向与所述探测器之间的角度(+α)，供应中子束，在照射之后将所述第一探测器从盒移动到专用容器以使所述第一探测器与照相胶片接触，将第二探测器安装在所述凹槽中，设置所述辐射方向与所述第二探测器之间的角度(-α)，执行照射，在照射之后将所述第二探测器从所述盒移动到所述专用容器以便与照相胶片接触，处理曝光胶片以获得在角度±α(|+α|=|-α|)处的图像，改变所述角度能产生立体图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度±α选自40°至80°的范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一曝光和第二曝光期间采用相同的中子流密度照射所述物品。
4.一种用于实现用于通过中子射线照相测试物品的方法的装置，其包括中子源、用于所检查对象的保护容器、具有平坦的活化探测器的探测系统，其另外包括机座，所述机座上布置有呈可旋转分度盘形式的探测系统，所述探测系统带有用于紧固中子探测器的呈沿直径的凹槽形式的安装座，所述分度盘被安装成使得能围绕平行于所检查对象的轴线的轴线旋转所设置角度，并且在其中具有当所述分度盘相对于中子束的方向旋转角度±αi时用于细长对象的通过的半圆形凹口。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述分度盘的旋转中心安装在整合到所述机座中的滚珠轴承中，并且所述分度盘搁置在布置在所述分度盘的圆形轨道中的辊上。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述分度盘通过旋转和固定机构自动地旋转所设置角度。
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