CN113916918B - 用于放射性样品的中子照相的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种用于放射性样品的中子照相的检测系统，包括：样品控制装置，所述放射性样品连接于所述样品控制装置，样品控制装置用于控制所述放射性样品的姿态以使所述放射性样品的不同位置位于所述中子束的入射路径上；成像装置，所述成像装置包括多个成像屏组件和成像屏控制机构。其中，所述成像屏组件具有成像位置，所述成像位置与所述放射性样品的安装位置相对应，各所述成像屏组件在所述成像位置接收穿透各不同姿态下的所述放射性样品后的中子束，用于检测所述放射性样品的不同位置；所述成像屏控制机构用于控制所述成像屏组件运动至所述成像位置或者远离所述成像位置。

Description

用于放射性样品的中子照相的检测系统

技术领域

本发明的实施例涉及无损检测技术领域，具体涉及一种用于放射性样品的中子照相的检测系统。

背景技术

由燃料棒组成的核燃料元件是反应堆的核心，能直接影响核电厂的安全性、经济性和可靠性。核燃料元件从加工、生产到服役后的不同阶段必须通过多种手段进行检测，以确保质量、保证安全。特别是服役后的乏燃料元件往往会出现燃料芯块肿胀、破裂、变形、包壳吸氢与蠕变、坍塌等问题，都会影响核电站的安全。目前，对核燃料元件的检测可以采用无损检测技术，无损检测技术可以在不破坏样品的情况下原位测量元件的结构和成分变化信息。然而，对于具有放射性的样品，例如乏燃料元件，常规的无损检测技术无法获取检测程序，为了检测乏燃料元件等放射性样品，需要设计一种适用于放射性样品的无损检测装置。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于放射性样品的中子照相的检测系统，包括：样品控制装置，所述放射性样品连接于所述样品控制装置，样品控制装置用于控制所述放射性样品的姿态以使所述放射性样品的不同位置位于所述中子束的入射路径上；成像装置，所述成像装置包括多个成像屏组件和成像屏控制机构；其中，所述成像屏组件具有成像位置，所述成像位置与所述放射性样品的安装位置相对应，各所述成像屏组件在所述成像位置接收穿透各不同姿态下的所述放射性样品后的中子束，用于检测所述放射性样品的不同位置；所述成像屏控制机构用于控制所述成像屏组件运动至所述成像位置或者远离所述成像位置。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的中子照相系统的结构示意图。

图2A是根据本发明一个实施例的检测系统的结构示意图。

图2B是图2A中的检测系统去除中子束限制装置后的结构示意图。

图3是根据本发明一个实施例的成像屏组件的结构示意图。

图4A是根据本发明一个实施例的成像装置的结构示意图。

图4B是图4A中成像装置去除中子束限制装置后的结构示意图。

图5是图4B中成像装置的另一视角的结构示意图。

图6是图5中成像装置中第一储存容器的结构示意图。

图7是根据本发明一个实施例的样品控制装置的结构示意图。

图8是图7中样品控制装置去除壳体后的结构示意图。

图9是根据本发明一个实施例的限束部和阻挡部的结构示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

100、样品控制装置；200、成像装置；

310、中子束限制装置；311、限制部；320、限束部；330、阻挡部；

400、支承组件；410、支承平台；420、通孔；

10、成像屏组件；11、支撑框架；12、成像屏；13、滑动部；

20、成像屏控制机构；21、成像屏推动机构；211、推动部；212、第一驱动部；22、成像屏平移机构；221、支撑座；222、滑动臂；223、滑动件；224、接收件；2241、连接部；2242、接收部；

31、第一储存容器；32、第二储存容器；33、滑动配合部；

40、固定机构；41、固定部；42、第三驱动件；

50、升降机构；51、连接板；52、导向件；53、安装板；54、传动件；55、第一驱动件；

61、固定板；62、调节件；

70、旋转机构；71、固定件；72、旋转件；73、第二驱动件；

80、限位传感器；

90、壳体；

1、放射性样品；2、成像位置。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

本发明的实施例提供了一种用于放射性样品的中子照相的检测系统。该检测系统可以安装于中子照相设备端口处，放射性样品可以安装于所述检测系统上，所述中子照相设备可以向所述放射性样品发射中子束，所述检测系统中的成像屏吸收穿过所述放射性样品的中子束后被活化，以使所述成像屏曝光形成放射性潜像。之后将已曝光的成像屏转移至暗室中对胶片进行曝光，即可形成图像，从而实现通过中子间接照相法对放射性样品的内部结构进行检测。

图1示出了根据本发明一个实施例的放射性样品的中子照相系统的结构示意图。图2A示出了根据本发明一个实施例的检测系统的结构示意图。图2B示出了图2A中的检测系统去除中子束限制装置后的结构示意图。

如图1、图2A和图2B所示，本发明的实施例中，所述检测系统包括样品控制装置100和成像装置200。

其中，所述放射性样品1连接于所述样品控制装置100，样品控制装置100用于控制所述放射性样品1的姿态以使所述放射性样品1的不同位置位于所述中子束的入射路径上，从而对所述放射性样品1的不同位置进行检测。

所述成像装置200包括成像屏组件10和成像屏控制机构20。所述成像屏组件10具有成像位置2，所述成像位置2与所述放射性样品1的安装位置相对应，各所述成像屏组件10可以在成像位置接收穿透各不同姿态下的所述放射性样品1后的中子束，用于检测所述放射性样品1的不同位置。即，所述中子束穿过所述放射性样品1后能够作用于位于所述成像位置2上的成像屏组件10，以使该成像屏组件10曝光形成潜像。所述成像屏控制机构20用于控制所述成像屏组件10运动，以使所述成像屏组件10运动至所述成像位置2或者远离所述成像位置2。

具体地，所述成像位置2位于所述中子束的入射路径上。在一些实施例中，所述中子束可以由中子照相设备的中子源发射，所述成像位置2、所述放射性样品1和所述中子源可以位于同一直线上，并且所述样品控制装置100可以将所述放射性样品1固定于所述成像位置2和所述中子源之间，从而使得穿透所述放射性样品后的中子束在位于所述成像位置的成像屏组件上形成潜像，防止所述中子束偏离所述成像屏组件。

本发明的实施例采用样品控制装置100控制样品的姿态，从而可以改变所述放射性样品的检测位置，使放射性样品的不同位置接受中子束的照射。同时采用成像屏控制机构20控制成像屏组件10运动，从而可以更换不同的成像屏组件10，使不同的成像屏组件10在成像位置处接收中子束，以对放射性样品的不同位置进行无损检测，可以对乏燃料等放射性样品的表面和/或内部缺陷等进行无损检测，有效解决了放射性样品检测难或非无损检测带来的破坏等的问题。并且，本发明的实施例无需人工改变放射性样品的检测位置，也无需人工更换成像屏组件，从而保证了放射性样品的检测过程中检测人员的安全。

图3示出了根据本发明一个实施例的成像屏组件的结构示意图。如图3所示，所述成像屏组件10包括支撑框架11和成像屏12。其中，所述支撑框架11用于支撑所述成像屏12，所述支撑框架11可以为矩形框架。例如，所述支撑框架11采用铝合金制成，从而在保证支撑性能的作用下减轻重量。可选的，所述支撑框架11为分体式结构，多条支撑杆可拆卸地连接形成所述支撑框架。所述成像屏12安装于所述支撑框架11中。可选的，所述成像屏12可以为中子成像板，例如，由铟或镝等材料制成的转换屏。

在一些实施例中，所述成像屏组件10还包括密封板，两个所述密封板位于所述成像屏12的两侧，使成像屏12位于所述两个密封板之间，用于记录成像数据，所述密封板用于密封所述成像屏12以防止露光。可选的，所述密封板可以为铝箔或者薄铝板等。可选的，可以利用螺栓将密封板固定在支撑框架上，例如，使用螺栓固定所述密封板的四个角。

图4A示出了图1的检测系统中成像装置的结构示意图。图4B是图4A中成像装置去除中子束限制装置后的结构示意图。图5示出了图4B中成像装置的另一视角的结构示意图。图6示出了图5的成像装置中第一储存容器的结构示意图。

如图4A、图4B和5所示，所述成像装置200还包括第一储存容器31和第二储存容器32。其中，未曝光的多个成像屏组件10储存于所述第一储存容器31中，已曝光的多个成像屏组件10储存于所述第二储存容器32。所述成像屏控制机构20用于控制所述成像屏组件10从所述第一储存容器31内移动至所述成像位置2以及从所述成像位置2移动至所述第二储存容器32内。具体地，所述成像屏控制机构20可以将第一储存容器31内未曝光的成像屏组件10移动至成像位置2，以使所述成像屏组件10在所述成像位置2吸收中子束从而曝光。所述成像屏控制机构20还可以将位于所述成像位置2的已曝光的成像屏组件10移动至第二储存容器32内进行暂存。第一储存容器和第二储存容器可以保证所述成像屏组件10不被中子束所干扰。

在一些实施例中，所述第一储存容器31和第二储存容器32可以一次性存放15～40个成像屏组件10，从而可以在一次检测实验中，对所述放射性样品1的不同位置进行检测，使多个不同的成像屏组件对所述放射性样品的不同位置进行曝光成像，实现了检测系统的连续检测。

如图6所示，所述成像屏组件10上设置有滑动部13。所述第一储存容器31和所述第二储存容器32内壁设置有与所述滑动部13相配合的滑动配合部33，所述成像屏组件10可滑动地连接于所述第一储存容器31或所述第二储存容器32的内壁，从而使所述成像屏组件10可以在所述第一储存容器31或者所述第二储存容器32中滑动以到达指定位置，或者从所述第一储存容器31的出口滑动出所述第一储存容器31，或者从所述第二储存容器32的入口处滑动至所述第二储存容器32内。

在一些实施例中，所述滑动部13设置于所述成像屏组件10的支撑框架11上，所述成像屏组件10的两侧均设置有所述滑动部13。可选的，所述滑动部13位于所述成像屏组件10的上部。所述第一储存容器31和第二储存容器32相对的两侧内壁上设置有所述滑动配合部33。可选的，所述滑动部13可以为滑轮，所述滑动配合部33可以为导轨，从而通过滑轮与导轨的配合使成像屏组件滑动到指定位置。

如图4A、图4B和图5所示，所述成像屏控制机构20包括两个成像屏推动机构21，其中一个所述成像屏推动机构21设置于所述第一储存容器31与所述第一储存容器31的出口相对的一侧，用于将未曝光的所述成像屏组件10推出所述第一储存容器31，从而使未曝光的成像屏组件从所述第一储存容器中移出。另一个所述成像屏推动机构21设置于所述第二储存容器32的入口处，用于将已曝光的所述成像屏组件10推入所述第二储存容器32，从而使以曝光的成像屏组件移动至第二储存容器内以暂存所述成像屏组件。

具体地，所述成像屏推动机构21包括推动部211和第一驱动部212。其中，所述推动部211设置于所述第一储存容器31与所述第一储存容器出口相对的一侧，或者设置于所述第二储存容器32的入口处，用于推动所述成像屏组件10滑出所述第一储存容器31或滑进所述第二储存容器32。第一驱动部212与所述推动部211驱动连接，用于驱动所述推动部211运动以推动所述成像屏组件10滑动。

本实施例通过滑动部和滑动配合部之间的配合，利用成像屏推动机构为所述成像屏组件的移动提供驱动力，以推动所述成像屏组件在第一储存容器或者第二储存容器中滑动，从而使得成像屏组件可以滑动至指定位置，使成像屏组件的移动更加顺畅。

可选的，所述第一驱动部212包括缸座和电动缸，电动缸固定于所述缸座上，所述缸座承载所述电动缸，以使所述推动部211的高度对应于所述成像屏组件10的上部，从而使推动部211推动所述成像屏组件的上部即可推动整个成像屏组件运动。所述推动部211包括推手，所述推动部211与所述电动缸驱动连接。例如，所述推动部211连接于所述电动缸的输出轴，所述电动缸可以控制所述推动部211做往复直线运动，从而推动所述成像屏组件10。

如图4A、图4B和图5所示，所述成像屏控制机构20还包括成像屏平移机构22。所述成像屏平移机构22设置于所述第一储存容器31与所述第二储存容器32之间，用于将从所述第一储存容器31推出的成像屏组件10平移至所述成像位置2以及所述第二储存容器32的入口处。

本实施例中的成像屏平移机构22和所述成像屏推动机构21配合，可以实现成像屏组件10在第一储存容器31、成像位置2和所述第二储存容器32之间的移动。所述成像屏推动机构21可以将未曝光的成像屏组件10从所述第一储存容器31中推出，成像屏平移机构22再将该成像屏组件10平移至成像位置2。当该成像屏组件10在成像位置2处吸收中子束而曝光后，成像屏平移机构22可以将该成像屏组件10平移至所述第二储存容器32的入口处，另一成像屏推动机构21可以将该成像屏组件10推入所述第二储存容器32中进行储存。

如图4A至图6所示，本实施例中的成像屏平移机构22包括支撑座221、滑动臂222、滑动件223和接收件224。其中，支撑座221固定于所述第一储存容器31和第二储存容器32之间。滑动臂222连接于所述支撑座221，并与位于所述成像位置2的所述成像屏组件10平行设置。滑动件223可滑动地连接于所述滑动臂222，所述滑动臂222在所述第一储存容器31出口处、所述成像位置2以及所述第二储存容器32入口处之间滑动。接收件224，连接于所述滑动件223，所述成像屏组件10可拆卸地连接于所述接收件224。

本发明的实施例通过设置与所述成像屏组件平行的滑动臂，使滑动件在滑动臂上滑动，进而使得连接在所述滑动件上的成像屏组件可以在第一储存容器出口、成像位置以及第二储存容器入口之间平移。

具体地，所述滑动臂222的长度与所述第一储存容器31和所述第二储存容器32相背的两侧面之间的距离对应设置，以使的所述滑动件223可以滑动至第一储存容器31和第二储存容器32处。

在一些实施例中，所述滑动臂222包括滑轨，所述滑动件223包括电动滑台，所述电动滑台可以在所述滑轨上滑动。所述接收件224连接于所述电动滑台上，从而使所述电动滑台带动所述接收件224滑动。

在本实施例中，当所述接收件224滑动至所述第一储存容器31的出口处时，所述成像屏组件10被推出所述第一储存容器31，所述接收件224可以接收推出的成像屏组件10。

如图5和图6所示，所述接收件224包括连接部2241和接收部2242。所述连接部2241连接于所述滑动件223，并与所述滑动臂222平行设置。所述接收部2242固定于所述连接部2241的两端，并与所述滑动部13相匹配，以使所述滑动部13卡置于所述接收部2242，所述接收部2242用于接收从所述第一储存容器31推出的成像屏组件10，防止所述成像屏组件10脱离所述成像屏控制机构20而造成无法控制所述成像屏组件的问题。

进一步地，所述接收部2242包括呈V形接收部，所述V形接收部的一端与所述连接部2241连接。所述V性接收部的自由端的高度与所述第一储存容器31或所述第二储存容器32中滑动配合部33的高度相对应，从而能够及时接收从第一储存容器31中推出的成像屏组件，使成像屏组件上的滑动部卡置于所述接收件，并且能够将连接于所述接收件224上的成像屏组件推入至第二储存容器32中，使成像屏组件上的滑动部滑动至滑动配合部上。

在一些实施例中，所述V形接收部的一边竖直设置，另一边相对于所述成像屏组件10倾斜设置，从而使得所述成像屏组件上的滑动部13可以落入V形接收部的最低处，防止所述滑动部在所述接收部中滑动甚至滑出所述接收部。另外，V形接收部的一边倾斜设置可以便于所述成像屏推动机构将所述成像屏组件推动至所述第二储存容器中。

本发明的实施例提供设置成像屏推动机构和成像屏平移机构，可以实现成像屏组件自动进入或者离开所述成像位置，实现了成像位置处成像屏组件的自动更换。

图7示出了根据本发明一个实施例的样品控制装置的结构示意图。图8示出了图7中样品控制装置去除壳体后的结构示意图。

如图7和图8所示，本实施例中的样品控制装置100包括固定机构40和升降机构50。其中，所述放射性样品1可拆卸地固定于所述固定机构40，所述升降机构50连接于所述固定机构40，所述升降机构50用于控制所述固定机构40上下移动，从而带动连接在所述固定机构40上的放射性样品上下移动。

本发明的实施例提供升降机构控制所述放射性样品上下移动，从而实现了对放射性样品不同位置的检测。当放射性性样品的长度较长时，可以通过升降机构上下移动放射性样品，从而使放射性样品位于不同的高度，从而使放射性样品的不同位置对准所述中子束，以进行检测。本发明实施例中的检测系统可以实现最长40厘米长度的放射性样品的无损检测。

进一步地，所述升降机构50包括两个连接板51、至少一个导向件52和安装板53。两个所述连接板51平行且间隔设置，两个所述连接板51分别连接于所述导向件52的两端，所述安装板53沿所述导向件52可滑动地设置，所述固定机构40安装于所述安装板53上。本实施例通过所述安装板53沿所述导向件52的上下滑动，带动安装于所述安装板53上的固定机构的上下移动，进而控制放射性样品上下移动。

具体地，所述导向件52包括两个导向杆，所述安装板53与所述导向杆之间安装有直线轴承上，从而使得安装板53能够在所述导向杆上滑动。

在一些实施例中，所述升降机构50还包括传动件54。所述传动件54的两端可转动地连接于两个所述连接板51上，所述安装板53上具有与所述传动件54相配合的传动配合部，转动所述传动件54并通过所述传动件54与所述传动配合部的配合以带动所述安装板53沿所述导向件52上下移动，进而控制所述固定机构以及连接在所述固定机构上的放射性样品上下移动，以对所述放射性样品的不同位置进行检测。

具体地，所述传动件54包括丝杠，例如滚珠丝杠，所述安装板53上设置的传动配合部包括丝杠螺母，所述丝杠穿设于所述丝杠螺母内，转动所述丝杠可以带动安装板53沿导向件的轴向移动，便于对放射性样品的轴向方向上不同位置的检测。

如图7和图8所示，所述升降机构50还包括第一驱动件55，所述第一驱动件55与所述传动件54驱动连接，用于驱动所述传动件54转动。可选的，所述第一驱动件55设置于位于下方的其中一个所述连接板51的下方。可选的，所述第一驱动件55包括电动机(例如，步进电机)和减速机，所述电动机和减速机相配合，驱动所述传动件54转动，实现了自动控制所述放射性样品的升降。

如图7和图8所示，所述样品控制装置100还包括固定板61和调节件62。所述两个连接板51中的一个安装于所述固定板61上，所述调节件62设置于所述固定板61和安装于所述固定板61上的所述连接板51之间，所述调节件用于调整所述连接板51的高度、水平度、倾角中的至少一种。

具体地，所述调节件62包括调节螺栓，所述调节螺栓一端连接所述连接板51，另一端连接所述固定板61。所述调节螺栓上设置有多个螺母，多个螺母分别设置在所述连接板51和所述固定板61的两侧，在调节连接板51的高度、水平度和/或倾角时，可以先调节连接板51两侧的两个螺母中的其中一个螺母，调节好整体的高度、水平度和/或倾角后，再通过另一个螺母来紧固。

可选的，本实施例的样品控制装置100包括多个调节件62，多个调节件62沿所述连接板51的周向方向均匀排布，从而有效地实现所述连接板的调节。在一些实施例中，所述调节件62的数量可以为3个、4个等不同的数量。

进一步地，所述样品控制装置100还包括旋转机构70，所述旋转机构70连接于所述固定机构40与所述升降机构50之间，用于控制所述放射性样品1旋转。本发明的实施例通过旋转机构70控制所述放射性样品1旋转，从而使所述放射性样品旋转一定角度，从而对放射性样品的周向方向上的不同位置进行检测。

如图8所示，所述旋转机构70包括固定件71、旋转件72和第二驱动件73。其中，所述固定件71固定于所述升降机构50，所述旋转件72可旋转地设置于所述固定件71，所述固定机构40连接于所述旋转件72上，第二驱动件73与所述旋转件72驱动连接，用于驱动所述旋转件相对于所述固定件71旋转。

本实施例通过将所述旋转机构的固定件固定在升降机构上，并通过第二驱动件73驱动旋转件72相对于所述固定件71旋转，可以带动连接在旋转件72上的固定机构40旋转，进而控制放射性样品的旋转。并且，还可以通过第二驱动件73控制旋转件72的旋转角度，从而使放射性样品每次旋转一定角度，以使所述放射性样品的周向方向的不同位置对准所述中子束，以进行检测。此外，本实施例中的旋转机构可以实现最小精度0.0025°的旋转。

在一些实施例中，所述固定件71和所述旋转件72包括旋转接头，其中，所述固定件71固定在所述安装板53上，所述旋转件72可以相对于所述固定件71旋转。可选的，所述第二驱动件73设置于所述安装板53的下方。所述第二驱动件73包括电动机(例如，步进电机)和减速机，所述电动机和所述减速机共同配合实现所述旋转接头相对于所述固定件的旋转。

进一步地，所述固定件71固定于所述升降机构50的安装板53上，所述安装板53上下移动可带动所述旋转机构70上下移动，进而带动所述固定机构40上下移动，所述旋转机构70可以带动所述固定机构40旋转，从而实现了固定机构40以及放射性样品的上下移动和旋转。

如图8所示，所述固定机构40包括多个固定部41和第三驱动件42。所述多个固定部41沿所述放射性样品1的周向方向均匀分布，所述第三驱动件42与多个所述固定部41驱动连接，用于驱动多个所述固定部41相互靠近或远离以夹紧或释放所述放射性样品1。

具体地，所述固定部41包括夹爪，所述夹爪可以由铝合金材料制成。所述第三驱动件设置于所述旋转机构70上，所述第三驱动件42包括气动机械夹，所述夹爪连接于所述气动机械夹上。可选的，所述固定部41的数量为3个，3个所述固定部41成品字形排列，所述气动机械夹可以夹紧或释放，从而使固定部41夹紧或释放所述放射性样品1。在其他实施例中，所述固定部41的数量可以根据实际需要进行选择，例如，可以为4个。

在一些实施例中，所述样品控制装置100还包括至少一个限位传感器80，所述限位传感器80用于检测所述放射性样品的升降距离和/或旋转角度，以检测所述放射性样品是否运动至指定位置，和/或检测所述放射性样品是否升降过度或者旋转过度。具体地，其中一个所述限位传感器可以设置于所述安装板53的对应位置处，从而检测所述安装板是否升降过度。另一所述限位传感器可以设置于所述样品控制装置100的顶部，用于检测所述放射性样品是否运动至指定位置。

所述样品控制装置100还包括壳体90，所述壳体90形成有容纳空间，至少一部分所述固定机构40、升降机构50以及旋转机构70容纳于所述容纳空间内，以防止大量部件裸露。具体地，所述壳体90可以由铝合金材料制成。所述壳体90可以呈圆柱形。在一些实施例中，所述壳体90连接于两个连接板51之间，所述壳体90与所述两个连接板51共同围成所述容纳空间，从而保护所述样品控制装置100中的大量部件。

本发明实施例中的样品控制装置可以带动放射性样品完成上下以及旋转运动，实现被检测的放射性样品(例如，长度为0～40厘米)的上下移动及360度转动操作，使得检测系统可按照实验要求完成最长40cm的乏燃料棒等样品、最小精度0.0025°转动的检测能力。在上下移动以及旋转过程中，通过中子照相法对放射性样品内部结构进行全程动态监控，最后对采集的所需数量的数字图像按照一定的算法进行分析及数据重建，可以深入揭示放射性样品内部的缺陷及分布情况，为燃料棒的设计、制造等核电技术的发展提供技术支持。

如图2A和图4A所示，所述检测系统还包括中子束限制装置310。所述中子束限制装置310位于所述中子束的入射路径上，至少用于在所述成像屏组件10运动时阻挡所述中子束入射至所述成像位置2。

可选的，所述中子束限制装置310可以位于所述放射性样品1和所述中子源之间，从而阻挡所述中子束入射至所述放射性样品1。或者，所述中子束限制装置310可以位于所述放射性样品1和所述成像位置2之间，从而阻挡穿过所述放射性样品1后的中子束入射至成像位置2。

本实施例采用中子束限制装置，在更换成像位置处的成像屏组件以及改变所述放射性样品的姿态的过程中，阻挡中子束入射至成像位置，从而使放射性样品的不同位置在成像屏组件上准确地清晰成像，避免中子束入射至运动中的放射性样品以及成像屏组件而造成成像模糊。

在一些实施例中，所述中子束限制装置310包括限制部311和第二驱动部(图中未示出)，所述限制部311可移动地设置于所述中子束的入射路径上，例如，可移动地设置于所述放射性样品1和所述中子源之间。所述第二驱动部与所述限制部311驱动连接，所述第二驱动部用于驱动所述限制部311移动。

其中，当所述成像屏组件10位于所述成像位置2并且所述放射性样品1静止时，所述第二驱动部驱动所述限制部311移动并远离所述中子束的入射路径，以露出所述中子束的入射通道，使所述中子束能够顺利通过并依次入射至放射性样品和成像位置处的所述成像屏组件10上。当所述成像屏组件10运动和/或所述放射性样品1运动时，所述第二驱动部驱动所述限制部311移动至所述中子束的入射路径，以关闭所述中子束的入射通道，阻挡所述中子束通过。

具体地，所述限制部311包括由中子屏蔽材料制成的挡块，所述中子屏蔽材料包括含硼橡胶或者含硼聚乙烯。所述第二驱动部包括气动装置或者电动装置，所述气动装置或者电动装置可以控制所述限制部311左右移动，以在检测所述放射性样品时，自动打开中子束入射通道以使所述中子束顺利通过，并在更换所述成像屏组件时临时关闭中子束入射通道以阻挡所述中子束通过。

如图4A和图9所示，所述检测系统还包括限束部320，所述限束部320设置于所述放射性样品1与所述成像位置2之间，用于限制入射至所述成像位置2的所述中子束的尺寸。在一些实施例中，所述限束部320具有开口，所述中子束可以通过所述开口入射至所述成像位置2。所述限束部320可以为钆窗，采用钆材料制成，所述钆能够吸收中子，从而限制所述中子束的尺寸，使得入射至所述成像位置2处成像屏组件10的中子束的尺寸等于所述开口的尺寸。可选的，所述限束部320上设置有刻度尺和/或十字符，用于对所述放射性样品1进行定位。

在一些实施例中，所述限束部320可以设置于所述限制部311与所述成像位置2之间，在安装所述放射性样品1后，所述放射性样品1位于所述限制部311和所述限束部320之间，例如，所述限束部320设置于所述第一储存容器31和第二储存容器32的前方。

如图4A和图9所示，检测系统还包括阻挡部330。所述阻挡部330可以设置于所述限制部311与所述成像位置2之间，当放射性样品1安装于所述样品控制装置100后，所述阻挡部330位于所述放射性样品1和所述成像位置2之间。

所述限束部320设置于所述阻挡部330的中部，通过所述限束部320限制所述中子束的尺寸，所述阻挡部330可以防止第一储存容器和第二储存容器中的成像屏组件滑落。

在一些实施例中，所述阻挡部330包括挡板。可选的，所述阻挡部330为设置于所述第一储存容器31和第二储存容器32前方的一块挡板，所述挡板的中部对应所述成像位置2的位置设置有开孔，所述限束部320设置于所述开孔处。或者，所述阻挡部330包括间隔设置的两块挡板，所述两个挡板之间的间隙对应于所述成像位置，所述间隙为所述中子束入射至所述成像位置提供通道。所述限束部320连接于两块挡板之间，以限制通过的所述中子束的尺寸。

可选的，所述阻挡部330包括支撑层和中子屏蔽层。其中所述支撑层可以由铝合金材料制成，例如，所述支撑层为薄铝片，可以为所述中子屏蔽层提供支撑作用。至少在所述支撑层的所述中子束入射方向的一侧设置有中子屏蔽层，可选的，所述中子屏蔽层包括含硼橡胶或者含硼聚乙烯层，从而通过所述挡板阻挡杂散的中子以及避免中子对装置中的一些器件可能造成的损伤。在一些实施例中，所述中子屏蔽层连接于所述支撑层朝向所述中子束入射方向的一侧，或者连接于所述支撑层的两侧。其中，所述中子屏蔽层可以采用粘贴的方式连接于所述支撑层上。

进一步地，所述阻挡部330上还设置有避让孔，所述避让孔的位置对应于与所述第二储存容器32配合的所述成像屏推动机构的推动部211，从而在所述推动部211推动所述成像屏组件10进入所述第二储存容器32时，为所述推动部的运动提供空间，避免所述阻挡部阻碍所述推动部211的运动。

如图1和图2A所示，所述检测系统还包括支承组件400，所述支承组件400用于支撑所述样品控制装置100和/或所述成像装置200。在一些实施例中，所述支承组件400包括支承架，可以由铝合金型材组合而成。

在一些实施例中，所述支承组件400包括支承平台410，所述成像装置200设置于所述支承平台410上，所述样品控制装置100位于所述支承平台410下方。所述支承平台410上设置有通孔420，所述放射性样品1连接于所述样品控制装置100，所述通孔420为所述放射性样品1与所述样品控制装置100的连接提供通道。本实施例在支承平台410上设置通孔420，可以使放置于所述支承平台410上的放射性样品1通过所述通孔420连接于所述样品控制装置100的固定机构40上。

可选的，所述支承组件400还包括调节部和/或滑轮。其中，所述调节部可以为安装于所述支承组件400底部的地脚螺栓，可以用于调节所述支承组件的高度和水平性。所述滑轮可以安装于所述支承组件400的底部，便于所述检测装置的移动。

采用本发明实施例中的检测系统对放射性样品进行无损检测时，所述放射性样品的检测方法具体可以包括以下步骤。

步骤S1，将所述放射性样品夹紧于所述样品控制装置的固定机构上。

步骤S2，使用所述成像屏推动机构从所述第一储存容器中推出一个成像屏组件到成像屏平移机构上，所述成像屏平移机构将所述成像屏组件平移至指定的成像位置。

步骤S3，中子束限制装置的限制部移动，从而打开中子束的入射通道以使中子束通过，所述中子束对所述放射性样品的一个位置进行中子照相，得到一张或多张数字图像结果。例如，所述中子束限制装置的第二驱动部驱动所述限制部移动并远离所述中子束的入射路径，以使入射过来的中子束入射至所述放射性样品上，接着通过所述限束部的开口达到成像位置处的成像屏组件上，完成成像。

步骤S4，中子束限制装置的限制部移动，从而关闭中子束的入射通道以阻挡所述中子束，例如，所述第二驱动部驱动所述限制部移动至所述中子束的入射路径上，以阻挡所述中子束入射至所述放射性样品上。同时，所述成像屏平移机构将已曝光的成像屏组件平移至所述第二储存容器的入口处，并通过成像屏推动机构推入所述第二储存容器。

步骤S5，样品控制装置控制所述放射性样品旋转一定角度。具体地，可以根据提前设定的程序自动旋转所述放射性样品并旋转一定角度。同时，所述成像屏推动机构从第一储存容器中推出新的成像屏组件，并通过成像屏平移机构移动至指定的成像位置。中子束限制装置再次打开，从而对旋转一定角度后的放射性样品进行检测，得到第二位置的检测图像。

步骤S6，重复步骤S4至S5，直至放射性样品被依次旋转一周，即旋转360度，采集到所需要的角度的放射性样品检测图像。

步骤S7，中子束限制装置再次自动关闭，同时样品控制装置通过控制所述放射性样品上下移动来调整所述放射性样品的高度，从而对放射性样品的轴向的不同位置进行检测。具体地，可以根据预先设定的程序自动调整所述放射性样品的高度。例如，放射性样品被上升到设定的高度后，继续重复步骤S2至S6，直到再次完成放射性样品周向的全部检测。

同样地，重复步骤S7，直到完成放射性样品指定长度的局部检测或者全部长度的完整检测，则检测结束。

在一些实施例中，放射性样品如燃料棒被放置在检测系统自带的支承平台上后，每测试一张照片，燃料棒会被自动旋转一定角度，成像屏控制机构自动进行更换成像屏组件，以进行中子照相。所述燃料棒每旋转一次，则自动更换一个成像屏组件，直到燃料棒旋转360度完成检测或第一阶段检测。如果还需要进行有第二、三等阶段检测，则样品控制装置控制燃料棒自动上升设定的高度后，再重复上述动作。直至完成第二、三等阶段检测。

例如，可以将燃料棒划分为多个等长的部分。第一阶段检测的是燃料棒的0～3厘米长度的部分，第一阶段检测完成旋转一周的360度检测后，自动进行第二阶段检测，即检测3～6厘米长度的部分，第三阶段检测的是6～9厘米长度的部分，以此类推。当然如果只需要获取0～3厘米或是6～9厘米这段长度的结果，只需要设定好测试程序，直接测试这段长度，并旋转360度进行检测即可。

本发明实施例的检测系统可以实现成像屏组件自动进入成像位置，还可以使成像屏组件自动回收至储存容器中，能够实现对放射性样品的连续检测。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (22)

1.一种用于放射性样品的中子照相的检测系统，其特征在于，包括：

样品控制装置(100)，所述放射性样品(1)连接于所述样品控制装置(100)，所述样品控制装置(100)用于控制所述放射性样品(1)的姿态以使所述放射性样品(1)的不同位置位于中子束的入射路径上；

成像装置(200)，所述成像装置(200)包括多个成像屏组件(10)和成像屏控制机构(20)；

其中，所述成像屏组件(10)具有成像位置(2)，所述成像位置(2)与所述放射性样品(1)的安装位置相对应，各所述成像屏组件(10)在所述成像位置(2)接收穿透各不同姿态下的所述放射性样品(1)后的中子束，用于检测所述放射性样品(1)的不同位置；

所述成像屏组件(10)包括支撑框架(11)，所述支撑框架(11)用于支撑所述成像屏(12)；

所述成像屏组件(10)还包括密封板，两个所述密封板位于所述成像屏(12)两侧，所述密封板固定在所述支撑框架(11)上；

所述成像屏控制机构(20)用于控制所述成像屏组件(10)运动至所述成像位置(2)或者远离所述成像位置(2)；

所述成像装置(200)还包括：

第一储存容器(31)和第二储存容器(32)，未曝光的多个所述成像屏组件(10)储存于所述第一储存容器(31)，已曝光的多个所述成像屏组件(10)储存于所述第二储存容器(32)；

所述成像屏控制机构(20)用于控制所述成像屏组件(10)从所述第一储存容器(31)内移动至所述成像位置(2)以及从所述成像位置(2)移动至所述第二储存容器(32)内；

所述检测系统还包括：

中子束限制装置(310)，所述中子束限制装置(310)位于所述放射性样品(1)和所述成像位置(2)之间，在更换所述成像屏组件(10)以及改变所述放射性样品(1)的姿态的过程中阻挡穿过所述放射性样品(1)后的中子束入射至所述成像位置(2)；

所述中子束限制装置(310)包括：

限制部(311)，可移动地设置于所述中子束的入射路径上；

第二驱动部，与所述限制部(311)驱动连接，所述第二驱动部用于驱动所述限制部(311)移动；

其中，当所述成像屏组件(10)位于所述成像位置(2)时，所述第二驱动部驱动所述限制部(311)移动并远离所述中子束的入射路径；当所述成像屏组件(10)运动时，所述第二驱动部驱动所述限制部(311)移动至所述中子束的入射路径；

阻挡部(330)，所述阻挡部(330)为设置于所述第一储存容器(31)和所述第二储存容器(32)前方的一块挡板，所述挡板的中部对应所述成像位置(2)的位置设置有开孔，或者，所述阻挡部(330)包括间隔设置于所述第一储存容器(31)和所述第二储存容器(32)前方的两块挡板，所述两块挡板之间的间隙对应于所述成像位置(2)，所述间隙为所述中子束入射至所述成像位置(2)提供通道。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述成像屏控制机构(20)包括：

两个成像屏推动机构(21)，其中一个所述成像屏推动机构(21)设置于所述第一储存容器(31)与所述第一储存容器出口相对的一侧，用于将未曝光的所述成像屏组件(10)推出所述第一储存容器(31)；另一个所述成像屏推动机构(21)设置于所述第二储存容器(32)的入口处，用于将已曝光的所述成像屏组件(10)推入所述第二储存容器(32)。

3.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，

所述成像屏组件(10)上设置有滑动部(13)；

所述第一储存容器(31)和所述第二储存容器(32)内壁设置有与所述滑动部(13)相配合的滑动配合部(33)，所述成像屏组件(10)可滑动地连接于所述第一储存容器(31)或所述第二储存容器(32)的内壁。

4.如权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述成像屏控制机构(20)包括成像屏推动机构(21)，所述成像屏推动机构(21)包括：

推动部(211)，设置于所述第一储存容器(31)与所述第一储存容器出口相对的一侧，或者设置于所述第二储存容器(32)的入口处，用于推动所述成像屏组件(10)滑出所述第一储存容器(31)或滑进所述第二储存容器(32)；

第一驱动部(212)，与所述推动部(211)驱动连接，用于驱动所述推动部(211)运动以推动所述成像屏组件(10)滑动。

5.如权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述成像屏控制机构(20)还包括：

成像屏平移机构(22)，设置于所述第一储存容器(31)与所述第二储存容器(32)之间，用于将从所述第一储存容器(31)推出的所述成像屏组件(10)平移至所述成像位置(2)以及所述第二储存容器(32)的入口处。

6.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述成像屏平移机构(22)包括：

支撑座(221)，固定于所述第一储存容器(31)和所述第二储存容器(32)之间；

滑动臂(222)，连接于所述支撑座(221)，并与位于所述成像位置(2)的所述成像屏组件(10)平行设置；

滑动件(223)，可滑动地连接于所述滑动臂(222)，所述滑动臂(222)在所述第一储存容器(31)出口处、所述成像位置(2)以及所述第二储存容器(32)入口处之间滑动；

接收件(224)，连接于所述滑动件(223)，所述成像屏组件(10)可拆卸地连接于所述接收件(224)。

7.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述成像屏组件(10)两侧设置有滑动部(13)；

所述接收件(224)包括：

连接部(2241)，连接于所述滑动件(223)，并与所述滑动臂(222)平行设置；

接收部(2242)，固定于所述连接部(2241)的两端，并与所述滑动部(13)相匹配，以使所述滑动部(13)卡置于所述接收部(2242)，所述接收部(2242)用于接收从所述第一储存容器(31)推出的所述成像屏组件(10)。

8.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述样品控制装置(100)包括：

固定机构(40)，所述放射性样品(1)可拆卸地固定于所述固定机构(40)；

升降机构(50)，连接于所述固定机构，用于控制所述固定机构(40)上下移动。

9.如权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述升降机构(50)包括：

两个连接板(51)，两个所述连接板(51)平行且间隔设置；

至少一个导向件(52)，两个所述连接板(51)分别连接于所述导向件(52)的两端；

安装板(53)，沿所述导向件(52)可滑动地设置，所述固定机构(40)安装于所述安装板(53)上。

10.如权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述升降机构(50)还包括：

传动件(54)，所述传动件(54)的两端可转动地连接于两个所述连接板(51)上，所述安装板(53)上具有与所述传动件(54)相配合的传动配合部，转动所述传动件(54)并通过所述传动件(54)与所述传动配合部的配合以带动所述安装板(53)沿所述导向件(52)上下移动。

11.如权利要求10所述的检测系统，其特征在于，所述升降机构(50)还包括：

第一驱动件(55)，与所述传动件(54)驱动连接，用于驱动所述传动件(54)转动。

12.如权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述样品控制装置(100)还包括：

固定板(61)，所述两个连接板(51)中的一个安装于所述固定板(61)上；

调节件(62)，设置于所述固定板(61)和安装于所述固定板(61)上的所述连接板(51)之间，用于调整所述连接板(51)的高度、水平度、倾角中的至少一种。

13.如权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述样品控制装置(100)还包括：

旋转机构(70)，所述旋转机构(70)连接于所述固定机构(40)与所述升降机构(50)之间，用于控制所述放射性样品(1)旋转。

14.如权利要求13所述的检测系统，其特征在于，所述旋转机构(70)包括：

固定件(71)，固定于所述升降机构(50)；

旋转件(72)，可旋转地设置于所述固定件(71)，所述固定机构(40)连接于所述旋转件(72)上；

第二驱动件(73)，与所述旋转件(72)驱动连接，用于驱动所述旋转件相对于所述固定件(71)旋转。

15.如权利要求14所述的检测系统，其特征在于，

所述固定件(71)固定于所述升降机构(50)的安装板(53)上，所述安装板(53)上下移动可带动所述旋转机构(70)上下移动。

16.如权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述固定机构(40)包括：

多个固定部(41)，所述多个固定部(41)沿所述放射性样品(1)的周向方向均匀分布；

第三驱动件(42)，与多个所述固定部(41)驱动连接，用于驱动多个所述固定部(41)相互靠近或远离以夹紧或释放所述放射性样品(1)。

17.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述样品控制装置(100)还包括：

至少一个限位传感器(80)，用于检测所述放射性样品的升降距离和/或旋转角度。

18.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述样品控制装置(100)包括：

壳体(90)，所述壳体形成有容纳空间，至少一部分固定机构(40)、升降机构(50)以及旋转机构(70)容纳于所述容纳空间内。

19.如权利要求18所述的检测系统，其特征在于，所述壳体(90)连接于两个连接板(51)之间，所述壳体(90)与所述两个连接板(51)共同围成所述容纳空间。

20.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，还包括：

限束部(320)，设置于所述放射性样品(1)与所述成像位置(2)之间，至少用于限制入射至所述成像位置(2)的所述中子束的尺寸。

21.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，还包括：

支承组件(400)，用于支撑所述样品控制装置(100)和/或所述成像装置(200)。

22.如权利要求21所述的检测系统，其特征在于，所述支承组件(400)包括：

支承平台(410)，所述成像装置(200)设置于所述支承平台(410)上，所述样品控制装置(100)位于所述支承平台(410)下方；

所述支承平台(410)上设置有通孔(420)，所述放射性样品(1)连接于所述样品控制装置(100)，所述通孔(420)为所述放射性样品(1)与所述样品控制装置(100)的连接提供通道。

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