CN111736201B - 一种核燃料棒有源检测系统及方法 - Google Patents
一种核燃料棒有源检测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111736201B CN111736201B CN202010449149.3A CN202010449149A CN111736201B CN 111736201 B CN111736201 B CN 111736201B CN 202010449149 A CN202010449149 A CN 202010449149A CN 111736201 B CN111736201 B CN 111736201B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel rod
- nuclear
- detection
- detection system
- neutron source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 120
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 103
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 27
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 14
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052695 Americium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N americium atom Chemical compound [Am] LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims description 4
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052705 radium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N radium atom Chemical compound [Ra] HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000011002 quantification Methods 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QWUZMTJBRUASOW-UHFFFAOYSA-N cadmium tellanylidenezinc Chemical compound [Zn].[Cd].[Te] QWUZMTJBRUASOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Chemical compound [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- ANDNPYOOQLLLIU-UHFFFAOYSA-N [Y].[Lu] Chemical compound [Y].[Lu] ANDNPYOOQLLLIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- BEZBEMZKLAZARX-UHFFFAOYSA-N alumane;gadolinium Chemical compound [AlH3].[Gd] BEZBEMZKLAZARX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RCEDACFKCNENSO-UHFFFAOYSA-N cerium lutetium Chemical compound [Ce][Lu] RCEDACFKCNENSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical group [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
- G01T1/362—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry with scintillation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
- G01T7/005—Details of radiation-measuring instruments calibration techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
本发明涉及一种核燃料棒有源检测系统，包括中子源、慢化屏蔽体、闪烁体探测器阵列、多路核电子学及数据采集系统、计算机软件系统、上下料架以及自动化控制系统，所述中子源置于慢化屏蔽体内，并设置在闪烁体探测器阵列前端，所述闪烁体探测器阵列位于燃料棒活化后的燃料棒检测通道上，用于探测经中子源活化的燃料棒自身发射的γ射线，每条通道探测器阵列中探测器的个数多于6只，探测器晶体上设置用于燃料棒通过的孔道。本发明可以使用长半衰期的中子源，使有源检测系统在全寿期内不需要更换放射源；或可以延长以往有源设备内装入的252Cf中子源的使用时间，减少换源次数，节省设备运行成本。
Description
技术领域
本发明属于核燃料棒无损检测技术，具体涉及一种核燃料棒有源检测系统及方法。
背景技术
核燃料棒是反应堆释放热量的单元体,是反应堆的核心部件。核燃料棒在反应堆运行时处于强中子场中，要经受高温、高压、高流速冷却剂的冲刷，同时承受裂变物质化学作用和复杂的机械载荷，蒸汽腐蚀，工作条件十分苛刻。核燃料棒中芯块的丰度、表面硼涂覆层厚度或钆含量等制造特征与设计数值不一致将会造成堆芯反应性偏离预期，增加了反应堆的控制难度，影响反应堆运行。因此，必须在燃料棒组装完成后、装入燃料组件前对其内部装入的所有芯块进行100％的丰度、表面硼涂覆层厚度或钆含量等制造特征的检查。
前一代有源燃料棒丰度检查装置一般使用0.3～1.2mg的252Cf中子源对燃料棒进行活化后，通过2-4只带孔的闪烁体探测器探测燃料棒内235U或其它易裂变材料活化产物发射的γ射线特征来推算燃料棒内芯块的相关制造特征参数。
由于252Cf的半衰期为2.7年，装入1.2mg 252Cf中子源的设备在经过不到两个半衰期的时间(小于5年)后，由于中子产额下降，导致设备对燃料棒检测能力降低，难以满足检测需求，此时就需要新购252Cf中子源以提高设备的检测能力，而252Cf中子源国内尚不能生产，需要从俄罗斯、美国进口，价格昂贵，导致燃料棒生产的成本居高不下。
因此，需要一种新的核燃料棒有源检测系统，其所使用的中子源有较长的半衰期或者能充分利用252Cf中子源，延长其使用周期。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的之一是提供一种核燃料棒有源检测系统，可以使用长半衰期的中子源，使有源检测系统在全寿期内不需要更换放射源；或可以延长以往有源设备内装入的252Cf中子源的使用时间，减少换源次数，节省设备运行成本。
另外，本发明的另一目的是要针对上述核燃料棒有源检测系统提供检测方法，实现燃料棒丰度、芯块表面硼涂覆层厚度或内部钆含量的检测。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种核燃料棒有源检测系统，包括中子源、慢化屏蔽体、闪烁体探测器阵列、多路核电子学及数据采集系统、计算机软件系统、上下料架以及自动化控制系统，所述中子源置于慢化屏蔽体内，并设置在闪烁体探测器阵列前端，所述闪烁体探测器阵列位于活化后的燃料棒检测通道上，用于探测经中子源活化的燃料棒自身发射的γ射线，每条通道探测器阵列中探测器多于6只，探测器晶体上设置用于燃料棒通过的孔道。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的具体实施方案，所述中子源为一枚或多枚中子源按一定空间结构排列，用于提供燃料棒活化用的中子；所述中子源的发射率低于7×108/s，包括但不限于镅铍、钚铍、镭铍、252Cf等中子源。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述探测器阵列中相邻探测器之间用屏蔽材料隔开。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述探测器阵列可以为高度集成化结构，根据空间大小沿燃料棒检测通道尽可能多地布置探测器。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述探测器阵列尽可能靠近所述慢化屏蔽体布置。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，中子源和探测器之间设置一定厚度铅和钢组成的组合屏蔽层，作为所述慢化屏蔽体的一部分。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述多路核电子学及数据采集系统采用FPGA作为计数处理模块、ARM处理器作为控制模块，用于完成探测器输出信号的采集、放大、A/D转换和数据打包发送等。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述多路核电子学及数据采集系统中，对同一只探测器脉冲甄别使用能够由计算机控制随时可切换的下阈单道单能窗模式或上下阈单道双能窗模式。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述多路核电子学及数据采集系统通过网络通信模块完成数据的读取及与计算机软件系统的实时或非实时通讯。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的实施方案，该系统用于燃料棒内芯块区域丰度均匀性及异常芯块的检测，或燃料棒内芯块硼涂覆层厚度的检测，或燃料棒内芯块钆含量的检测。
上述核燃料棒有源检测系统的检测方法，采用相对测量法，根据检测目标的不同制作不同种类的标准燃料棒，标准燃料棒内芯块各项特征参数通过化学分析确定；在检测正式开展前使用标准燃料棒对设备进行标定，同时判断检测系统是否正常运行。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测方法的一种实施方案，系统标定时，计算机软件系统同时检测探测器和多路核电子学及数据采集系统的核电子仪器是否性能异常，对性能异常的探测器及核电子仪器，计算机软件在数据处理时自动剔除性能异常探测器数据；同时，计算机软件根据检测系统性能异常探测器的数量调整检测参数。少量探测器及核电子仪器性能异常不影响系统整体正常工作。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测方法的一种实施方案，核燃料棒有源检测系统检测燃料棒丰度时，多路核电子学及数据采集系统中单道首先使用下阈单道单能窗模式，使用该模式可以完成燃料棒内是否装入年龄芯块的判别及非年龄芯块燃料棒合格与否的判定，若检测到年龄芯块燃料棒，则系统自动将该燃料棒传输至分选料架，静置预定时间后，系统将该燃料棒从分选料架取出，开启逆向检测模式，该模式下系统变换检测方向和速度，多路核电子学和数据采集系统中单道使用上下阈单道双能窗模式，装入年龄芯块的燃料棒在此模式下完成检测后，由专用传输线完成传输和好坏料分选。
进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测方法的一种实施方案，核燃料棒有源检测系统检测燃料棒内非年龄芯块表面硼涂覆层厚度或内部钆含量的检测流程与检测燃料棒丰度一致；检测装入年龄芯块燃料棒表面硼涂覆层厚度或内部钆含量两类特征时，计算机软件系统根据正、逆向检测的数据比对及正向检测数据补偿完成燃料棒特征的定量及好坏料分选。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明提供的核燃料棒有源检测系统，使用的探测器阵列包括数量较多的探测器和高度集成化结构，从而能够使用低活度长半衰期中子源，使有源检测系统在全寿期内不需要更换放射源；或可延长以往有源设备内装入的252Cf中子源的使用时间8年以上，用源成本缩减为原来的1/3以下，有效降低检测系统运行成本。
2.本发明对装入非年龄芯块燃料棒丰度的单通道检测速度可达10m/min，在此速度下，对燃料棒内非天然铀区域，平均丰度的检测偏差不大于名义丰度5％(置信度95％)；对基体丰度为3％的燃料棒，能以95％概率检出丰度偏差在12％的异常芯块(置信度95％)；对装入年龄芯块燃料棒的丰度单通道检测速度可达4m/min，检测性能指标与非年龄芯块燃料棒相同。
3.本发明对燃料棒内芯块硼涂覆层厚度的单通道检测速度可达6m/min，在此速度下，对于235U丰度大于4.5％的燃料棒，可检出硼涂层厚度可达1μm量级。
4.本发明对燃料棒内芯块钆含量的单通道检测速度可达6m/min，在此速度下，对于235U丰度为3.2％的燃料棒，料棒芯块Gd2O3含量检测分辨率优于1％，测量精度优于10％。
附图说明
以下附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
图1为本发明实施例的核燃料棒有源检测系统结构示意图；
图2为本发明实施例的闪烁体探测器阵列结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种核燃料棒有源检测系统，包括中子源1、慢化屏蔽体2、闪烁体探测器阵列3、多路核电子学及数据采集系统4、计算机软件系统5和上下料架及自动化控制系统6。本发明提供的一种核燃料棒有源检测系统，具有检测速度快，集成度高等特点。
中子源可以是一枚或多枚中子源按一定空间结构排列，用于提供燃料棒活化用的中子。中子源的发射率低于7×108/s，包括但不限于镅铍、钚铍、镭铍、252Cf等中子源。
根据本发明的一种实施方式，其中中子源1可以由单枚活度在20-300Ci的镅铍中子源经过特殊定制而成；根据本发明的另一种实施方式，其中中子源1也可由多枚活度为20Ci的镅铍中子源组成。
中子源的数量可以是2以上任意枚数，种类可以是镅铍、钚铍、镭铍等中子源，根据设备具体要求的性能指标而定。
根据本发明的又一种实施方式，其中中子源1可以由一枚或多枚总有效质量在0.03～0.3mg的252Cf中子源组成。
根据本发明的一种实施方式，所用中子源1的体积应尽量小，其中，双层不锈钢外壳、高度直径比大于2的圆柱体中子源是优选的。
中子慢化屏蔽体的内部结构、材质和整体尺寸等由中子源的种类、活度、尺寸、数量和位置及检测要求决定。根据本发明的一种实施方式，其中中子慢化屏蔽体2的组成材料从内到外可以依次为高密度聚乙烯、石墨、钢板、屏蔽层等组成，各层的厚度可以根据设备具体性能指标确定。其中聚乙烯和石墨同时起到慢化及屏蔽中子的作用，钢板为慢化屏蔽体提供支撑的同时也起到一定屏蔽作用，而屏蔽层由含硼聚乙烯和铅组合而成，分别主要用于屏蔽中子和γ辐射。
根据本发明的一种实施方式，慢化层中由石墨包裹聚乙烯、聚乙烯内部放置中子源、并在中子源旁边设置检测通道的结构是优选的。
根据本发明的一种实施方式，慢化屏蔽体内部中子源附近设置两条燃料棒活化(检测)通道。但也可以根据需要设置其它任意条。通道间设置若干厚度的铅或其他高密度材料屏蔽层。
根据本发明的一种实施方式，慢化屏蔽体内部两条燃料棒活化通道中间嵌套聚乙烯管。但套管也可以是其它不含卤的软性低密度材料，如有机玻璃、铝等。
根据本发明的一种实施方式，其中闪烁体探测器阵列3单通道的探测器为64只。根据对设备性能要求(如检测速度、检测灵敏度)的不同，单通道探测器也可以是6以上的任意只(如图2所示)。
根据本发明的一种实施方式，闪烁体探测器由光电转换器件、后端读出电路8和晶体9组成，全部置于用金属或其他材料做成的外壳内，探测器晶体9中心打孔，以最大可能的空间探测器效率接收活化燃料棒发射的γ射线。探测器晶体的形状大小根据活化产物的缓发γ射线强度及能谱决定。
根据本发明的一种实施方式，探测器晶体9的材料为锗酸铋(BGO)。但晶体的类型也可以是可探测γ射线或中子的任意类型的材料，如碘化铯(CsI)、碘化钠(NaI)、硅酸镥掺铈(YSO)、硅酸钇镥(LYSO)、钆铝镓基石榴石(GAGG)、钨酸镉(CdWO4)、CLYC(Cs2LiYCl6:Ce)、碲锌镉(CZT)等。
根据本发明的一种实施方式，探测器晶体中心打孔。所打孔径的尺寸根据燃料棒的外径、套管外径及探测器外壳封装厚度决定。
根据本发明的一种实施方式，闪烁体探测器阵列3可以做成一组或多组，根据对设备的预留空间可做适当调整。闪烁体探测器阵列可以做成高度集成化的形式，在燃料棒检测通道上尽可能多地布置γ射线探测器。
根据本发明的一种实施方式，探测器间使用屏蔽板隔开，屏蔽板材料为钨或铅或其他无放射性高密度材料，中心打孔。屏蔽板用于有效屏蔽燃料棒其它部位发射γ射线对当前探测器的影响，屏蔽板的厚度一方面要足够屏蔽燃料棒发射的γ射线不致使探测器间相互影响，另一方面厚度要尽量小，以缩减检测体长度，基于此目的，屏蔽板以钨作为材料是优选的；屏蔽板可以做成单块放置在探测器之间，也可做成整体框架形式如图2中7所示。
根据本发明的一种实施方式，探测器阵列3可以紧贴慢化屏蔽体上所设置的燃料棒出口，或在出口设置传动电机，将探测器阵列布置在传动电机之后。
根据本发明的一种实施方式，多路核电子学及数据采集系统4为集成设计的一体结构，单台设备可接入为64路探测器信号。探测器输出信号通过线缆接入该系统后，通过对信号的采集、放大、A/D转换、幅度甄别，由FPGA、ARM等器件完成信号的采集、存储、处理等，然后打包输出。多路核电子学及数据采集系统的路数也可以是适合于设备数据集成传输的任何数，特别地，如16、32、128，根据应用方便而定。
根据本发明的一种实施方式，多路核电子学及数据采集系统4的阈值设置模式、下阈值、上下阈值、采集间隔、数据发送模式等参数均由计算机通过网线完成设置。多路核电子学及数据采集系统中，对同一只探测器脉冲甄别使用能够由计算机控制随时可切换的下阈单道单能窗模式及上下阈单道双能窗模式。
根据本发明的一种实施方式，多路核电子学及数据采集系统信号采集的定时精度为ns量级，采集间隔设置为10ms。
根据本发明的一种实施方式，计算机软件系统5通过网线连接多路核电子学及数据采集系统4，通过实时或非实时接收数据并处理，然后对燃料棒目标检测信息进行显示和存储。同时，计算机软件系统还负责与上下料架及自动控制系统6通讯，对不同的控制程序进行调用从而实现不同的检测/校准模式，如手动、自动、标定、好坏料分选等。
根据本发明的一种实施方式，计算机通过对采集数据的接收、平滑、检测曲线形状识别、移位累加、微分积分处理等过程实现燃料棒目标检测信息的定量和合格与否的判别。
根据本发明的一种实施方式，在屏蔽检测体前端和探测器阵列后端或中间合适位置设置燃料棒传动装置，传动装置电机数量为3台。但也可根据需要设置2台或4台。
根据本发明的一种实施方式，进料传动电机前端和出料传动电机后端设置上下料架，上下料架设置由气缸、开关、铝型材等组成的好坏料分选机构。
根据本发明的一种实施方式，该核燃料棒有源检测系统的通道数为2个。但这只是作为一种具体实例，通道数也可设置方便检测的任意个。
本发明的核燃料棒有源检测系统可以用于燃料棒内芯块区域丰度均匀性及异常芯块的检测，或燃料棒内芯块硼涂覆层厚度的检测，或燃料棒内芯块钆含量的检测等。
根据本发明的一种实施方式，核燃料棒有源检测系统采用相对测量法，根据检测目标的不同制作不同种类的标准燃料棒，标准燃料棒内芯块各项特征参数通过化学分析等方式确定。正式生产前对设备进行标定，同时判断检测系统是否正常运行。核燃料棒有源检测系统设置系统控制图，检测时可以随时通过对标准棒的检测确认系统的检测能力是否满足要求。
系统标定时，计算机软件同时检测探测器及核电子仪器是否性能异常，对性能异常探测器及核电子仪器，软件在数据处理时自动剔除性能异常探测器数据。同时，计算机软件根据检测系统性能异常探测器的数量调整检测速度。系统内正常探测器的数量与检测速度成正比。通常检测速度设置为略低于系统检测最高速度，少量探测器及核电子仪器性能异常不影响系统整体正常工作。
根据本发明的一种实施方式，核燃料棒有源检测系统检测燃料棒丰度时，多路核电子学及数据采集系统中单道首先使用下阈单道单能窗模式，使用该模式可以完成燃料棒内是否装入年龄芯块的判别及非年龄芯块燃料棒合格与否的判定，若检测到年龄芯块燃料棒，则系统自动将该燃料棒传输至分选料架，静置预定时间后，系统将该燃料棒从分选料架取出，开启逆向检测模式，该模式下系统变换检测方向和速度，多路核电子学及数据采集系统中单道使用上下阈单道双能窗模式。装入年龄芯块的燃料棒在此模式下完成检测后，由专用传输线完成传输和好坏料分选。
年龄芯块指燃料棒进行丰度检测时，棒内芯块原料最后一次化工转化时间与燃料棒丰度检测时间间隔小于200天的芯块，是丰度检测领域里工作人员的通用叫法。对年龄芯块的判别以及非年龄芯块燃料棒合格与否的判定都是本领域的公知技术。
下阈单道单能窗模式和上下阈单道双能窗模式在现有的一些核燃料棒检测设备上都有应用。本发明通过计算机控制可对这两种模式随时切换，既具备了检测速度快、可检测参数多的特点，又具备了“年龄芯块校正”的功能。
根据本发明的一种实施方式，核燃料棒有源检测系统检测燃料棒内非年龄芯块表面硼涂覆层厚度或内部钆含量的检测流程与上述检测燃料棒丰度流程一致；检测装入年龄芯块燃料棒的上述两类特征时，计算机系统根据正、逆向检测的数据比对及正向检测数据补偿完成燃料棒特征的定量及好坏料分选。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。这样，倘若对本发明的这些变型、用途适应性变化属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改变型和用途适应性变化在内。
上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (13)
1.一种核燃料棒有源检测系统，其特征在于，包括中子源、慢化屏蔽体、闪烁体探测器阵列、多路核电子学及数据采集系统、计算机软件系统、上下料架以及自动化控制系统，所述中子源置于慢化屏蔽体内，并设置在闪烁体探测器阵列前端，所述闪烁体探测器阵列位于活化后的燃料棒检测通道上，用于探测经中子源活化的燃料棒自身发射的γ射线，每条通道探测器阵列中探测器多于6只，探测器晶体上设置用于燃料棒通过的孔道。
2.根据权利要求1所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，所述中子源为一枚或多枚中子源按一定空间结构排列，用于提供燃料棒活化用的中子；所述中子源的发射率低于7×108/s，包括但不限于镅铍、钚铍、镭铍、252Cf中子源。
3.根据权利要求1所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，所述探测器阵列中相邻探测器之间用屏蔽材料隔开。
4.根据权利要求1所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，所述探测器阵列为高度集成化结构，根据空间大小沿燃料棒检测通道尽可能多地布置探测器。
5.根据权利要求3或4所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，所述探测器阵列尽可能靠近所述慢化屏蔽体布置。
6.根据权利要求1所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，中子源和探测器之间设置一定厚度铅和钢组成的组合屏蔽层。
7.根据权利要求1所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，所述多路核电子学及数据采集系统采用FPGA作为计数处理模块、ARM处理器作为控制模块，用于完成探测器输出信号的采集、放大、A/D转换和数据打包发送。
8.根据权利要求7所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，所述多路核电子学及数据采集系统中，对同一只探测器脉冲甄别使用能够由计算机控制随时可切换的下阈单道单能窗模式或上下阈单道双能窗模式。
9.根据权利要求8所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，所述多路核电子学及数据采集系统通过网络通信模块完成数据的读取及与计算机软件系统的实时或非实时通讯。
10.根据权利要求1所述的核燃料棒有源检测系统，其特征在于，该系统用于燃料棒内芯块区域丰度均匀性及异常芯块的检测，或燃料棒内芯块硼涂覆层厚度的检测，或燃料棒内芯块钆含量的检测。
11.一种权利要求1-10中任意一项所述核燃料棒有源检测系统的检测方法，其特征在于，采用相对测量法，根据检测目标的不同制作不同种类的标准燃料棒，标准燃料棒内芯块各项特征参数通过化学分析确定；在检测正式开展前使用标准燃料棒对设备进行标定，同时判断检测系统是否正常运行；核燃料棒有源检测系统检测燃料棒丰度时，多路核电子学及数据采集系统中单道首先使用下阈单道单能窗模式，使用该模式可以完成燃料棒内是否装入年龄芯块的判别及非年龄芯块燃料棒合格与否的判定，若检测到年龄芯块燃料棒，则系统自动将该燃料棒传输至分选料架，静置预定时间后，系统将该燃料棒从分选料架取出，开启逆向检测模式，该模式下系统变换检测方向和速度，多路核电子学和数据采集系统中单道使用上下阈单道双能窗模式，装入年龄芯块的燃料棒在此模式下完成检测后，由专用传输线完成传输和好坏料分选。
12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，系统标定时，计算机软件系统同时检测探测器和多路核电子学及数据采集系统的核电子仪器是否性能异常，对性能异常的探测器及核电子仪器，计算机软件在数据处理时自动剔除性能异常探测器数据；同时，计算机软件根据检测系统性能异常探测器的数量调整检测参数，少量探测器及核电子仪器性能异常不影响系统整体正常工作。
13.根据权利要求11或12所述的检测方法，其特征在于，核燃料棒有源检测系统检测燃料棒内非年龄芯块表面硼涂覆层厚度或内部钆含量的检测流程与检测燃料棒丰度一致；检测装入年龄芯块燃料棒表面硼涂覆层厚度或内部钆含量两类特征时，计算机软件系统根据正、逆向检测的数据比对及正向检测数据补偿完成燃料棒特征的定量及好坏料分选。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010449149.3A CN111736201B (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种核燃料棒有源检测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010449149.3A CN111736201B (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种核燃料棒有源检测系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111736201A CN111736201A (zh) | 2020-10-02 |
| CN111736201B true CN111736201B (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=72647716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010449149.3A Active CN111736201B (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种核燃料棒有源检测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111736201B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112750546A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-05-04 | 上海核工程研究设计院有限公司 | 一种核反应堆长寿期中子源装置及使用方法 |
| CN113921150A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-11 | 中国核电工程有限公司 | 用于固体钆中子毒物棒泄漏的检测方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE8404511D0 (sv) * | 1983-09-09 | 1984-09-07 | Combustion Eng | Nondestructive determination of nuclear fuel burnup |
| CN1090647A (zh) * | 1993-02-05 | 1994-08-10 | 河南菲尼科技实业公司 | 克服核燃料二氧化铀年龄对其铀-235丰度在线检查影响的方法 |
| CN201378438Y (zh) * | 2009-03-04 | 2010-01-06 | 中国核电工程有限公司 | 一种252Cf中子活化核燃料棒232U富集度及均匀性的γ射线测量探测器 |
| CN109949953A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-28 | 中国科学院高能物理研究所 | 核燃料棒富集度无源检测系统及富集度重构方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2945373B1 (fr) * | 2009-05-05 | 2014-06-06 | Realisations Nucleaires Sa D Et | Dispositif et appareil pour la mesure du profil d'enrichissement d'un crayon de combustible nucleaire |
| BR112018075461B1 (pt) * | 2016-06-09 | 2023-01-17 | Phoenix Llc. | Sistema e método para realizar varredura ativa de uma vareta de combustível nuclear |
-
2020
- 2020-05-25 CN CN202010449149.3A patent/CN111736201B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE8404511D0 (sv) * | 1983-09-09 | 1984-09-07 | Combustion Eng | Nondestructive determination of nuclear fuel burnup |
| CN1090647A (zh) * | 1993-02-05 | 1994-08-10 | 河南菲尼科技实业公司 | 克服核燃料二氧化铀年龄对其铀-235丰度在线检查影响的方法 |
| CN201378438Y (zh) * | 2009-03-04 | 2010-01-06 | 中国核电工程有限公司 | 一种252Cf中子活化核燃料棒232U富集度及均匀性的γ射线测量探测器 |
| CN109949953A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-28 | 中国科学院高能物理研究所 | 核燃料棒富集度无源检测系统及富集度重构方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ~(252)Cf中子活化核燃料棒~(235)U富集度检测设备的软件设计;张雷;刘明;马金波;;核电子学与探测技术(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111736201A (zh) | 2020-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4229654A (en) | Determining fissile content of nuclear fuel elements | |
| US3786256A (en) | Method and apparatus for nuclear fuel assay with a neutron source and coincident fission neutron detectors | |
| US8946645B2 (en) | Radiation-monitoring diagnostic hodoscope system for nuclear-power reactors | |
| CN102928867B (zh) | 补偿型中子剂量仪 | |
| CN111736201B (zh) | 一种核燃料棒有源检测系统及方法 | |
| CN112526584A (zh) | 一种中子能谱测量装置及其测量方法 | |
| US4617169A (en) | Measurement of radionuclides in waste packages | |
| US4804514A (en) | Method and apparatus for neutron dosimetry | |
| CN109557120B (zh) | 伽马能谱与主动式x荧光联合同时测铀钍镭钾的方法 | |
| CN111045073A (zh) | 一种可同时测量低能和高能中子的探测器 | |
| CN106324655B (zh) | 掺杂中子灵敏物质铀的塑料闪烁体及其测量热中子的方法 | |
| US3728544A (en) | Method and apparatus for measurement of concentration of thermal neutron absorber contained in nuclear fuel | |
| CN203965630U (zh) | 一种测氡仪 | |
| CN203037861U (zh) | 补偿型中子剂量仪 | |
| RU2189057C2 (ru) | Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения | |
| JP4601838B2 (ja) | 燃焼度評価方法および装置 | |
| JP2526392B2 (ja) | 原子炉用燃料棒の非破壊検査装置 | |
| CN214151077U (zh) | 一种多伽马射线能谱探测器 | |
| CN115236720A (zh) | 一种多种类射线探测装置 | |
| CN212460062U (zh) | 基于d-d中子源的核燃料棒235u富集度及均匀性检测装置 | |
| US20180137945A1 (en) | Systems and methods for assaying nuclear fuel | |
| RU2361238C1 (ru) | Способ регистрации антинейтрино от атомных реакторов | |
| CN113851237B (zh) | 一种核燃料棒PuO2丰度在线检测方法及系统 | |
| RU2143711C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
| CN219777953U (zh) | 一种伽玛探针及其探测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |