CN217034267U - 一种mox燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，包括外壳与转换体，所述外壳内部设有闪烁晶体和信号处理模块，所述外壳包括第一外壳与第二外壳，第二外壳为方形，其内部放置闪烁晶体，用于接收γ射线，并且产生荧光，第一外壳为圆筒形，信号处理模块设于第一外壳内，转换体的一端为圆筒形的第一连接头，其外径与所述第一外壳的内径相匹配，所述第一外壳套设于所述第一连接头的外部，转换体另一端为方形的第二连接头，第二连接头为凹坑结构，用于与第二外壳匹配，从而将第一外壳与第二外壳组合为一个整体。所述MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器能够有效探测MOX燃料棒基体γ射线，方便集成和准直，使在线检测设备结构紧凑。

Description

一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器

技术领域

本实用新型属于核工业技术领域，涉及核燃料棒内易裂变物质无损检测领域，具体涉及一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器。

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。快堆用的MOX燃料棒中芯块的二氧化钚含量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％的二氧化钚含量检查。

MOX燃料棒中影响反应堆堆芯反应性的主要为Pu的多种同位素，这些核素大多具有γ放射性，且MOX芯块来料因放置时间较长将会混有若干Am-241等核素，使得燃料棒的γ射线能谱的测量和解析复杂度大大增加，需要多探测器集成联合测量，方能满足生产线检测技术指标要求。

在现有技术中，受限于圆柱形的光电倍增管及其圆形光窗，γ射线的探测器一般做成上下一体的圆柱形结构，直接使用该种外形的探测器，将使MOX燃料棒二氧化钚含量检查装置检测体部分的难以有效集成，体积庞大，同时也造成对γ射线的准直困难。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，所述二氧化钚含量在线检测探测器便于集成和准直，结构紧凑。

为了解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，包括外壳与转换体，所述外壳内部设有闪烁晶体和信号处理模块，所述外壳包括第一外壳与第二外壳，所述第二外壳为方形，其内部放置闪烁晶体，用于接收γ射线，并且产生荧光，所述第一外壳为圆筒形，所述信号处理模块设于第一外壳内，所述信号处理模块用于接收荧光并将其转换电信号并放大；所述转换体的一端为圆筒形的第一连接头，其外径与所述第一外壳的内径相匹配，所述第一外壳套设于所述第一连接头的外部，所述转换体另一端为方形的第二连接头，所述第二连接头为凹坑结构，用于与第二外壳匹配，从而将第一外壳与第二外壳组合为一个整体。

优选的，所述第一连接头与第二连接头之间设有圆形开口，所述圆形开口连通所述第一连接头与第二连接头。

优选的，所述闪烁晶体的顶部设有方形凸台，方形凸台的四个角倒成圆弧形状，所述方形凸台通过所述转换体底部的第二连接头伸入转换体顶部的第一连接头内部。

优选的，所述闪烁晶体的顶部开设有光窗，所述光窗设在所述方形凸台上，所述信号处理模块与所述光窗相对设置。用于与光电转换器件耦合，所述闪烁晶体产生的荧光通过所述光窗入射至信号处理模块。

优选的，所述信号处理模块包括光电转换器件以及处理模块，所述光电转换器件与所述闪烁晶体相对的一侧设有光敏面，所述光敏面用于收集荧光后产生光电子，经光电转换器件放大并输出脉冲信号，所述处理模块的输入端与所述光电转换器件的输出端电连接，用于读取所述脉冲信号并对其进行处理。

优选的，所述闪烁晶体为方形，闪烁晶体除顶面之外的其他侧面上均设置反射层。

优选的，所述闪烁晶体沿其厚度方向开设有通孔，所述通孔的内径与MOX燃料棒外径相匹配，所述通孔的内壁采用铝合金管包裹。

优选的，所述闪烁晶体的厚度与MOX燃料棒的芯块的长度的比值范围为1.0～2.5。

优选的，第二外壳采用不锈钢制成，且第二外壳的底面的厚度薄于第二外壳的其他侧面。

本实用新型中通过转换体连接圆柱形结构的光电转换器件与方形的闪烁晶体，从而可以方便地将多只探测器集成为一个整体，设备布置紧凑，同时方便探测器准直，能够有效探测MOX燃料棒基体γ射线。

附图说明

图1是实施例1中的二氧化钚含量探测器的结构示意图；

图2是实施例1中的闪烁晶体的结构示意图；

图3是实施例1中的转换体的俯视图；

图4是实施例1中的转换体的剖面图；

图5是实施例2中的闪烁晶体的结构示意图。

图中：1-闪烁晶体，2-光电转换器件，3-处理模块，4-第一外壳，5-第二外壳，6-转换体，7-第一连接头，8-第二连接头，9-方形凸台，10-通孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，包括外壳与转换体，所述外壳内部设有信号处理模块，所述外壳包括第一外壳与第二外壳，所述第二外壳为方形，其内部放置闪烁晶体，用于接收γ射线，并且产生荧光，所述第一外壳为圆筒形，所述信号处理模块设于第一外壳内，所述信号处理模块用于接收荧光并将其转换电信号并放大；所述转换体的一端为圆筒形的第一连接头，其外径与所述第一外壳的内径相匹配，所述第一外壳套设于所述第一连接头的外部，所述转换体另一端为方形的第二连接头，所述第二连接头为凹坑结构，用于与第二外壳匹配，从而将第一外壳与第二外壳组合为一个整体。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，包括外壳与转换体6，所述外壳内部设有闪烁晶体和信号处理模块，外壳包括第一外壳4与第二外壳5，第二外壳5为方形，其内部设有闪烁晶体1，用于接收γ射线，闪烁晶体1接收γ射线后会产生荧光，第一外壳4为圆筒形，所述信号处理模块设于第一外壳4内，所述信号处理模块用于接收荧光并将其转换电信号并放大；所述转换体6的一端为圆筒形的第一连接头7，其外径与所述第一外壳4的内径相匹配，所述第一外壳4套设于所述第一连接头7的外部，所述转换体6另一端为方形的第二连接头8，所述第二连接头8为凹坑结构，用于与第二外壳5匹配，从而将第一外壳4与第二外壳5组合为一个整体。

在本实施例中，第一外壳4与第二外壳5用于闪烁晶体1、光电处理模块的支撑、包裹、避光以及接地之用，而转换体6能使圆柱形的信号处理模块与方形的闪烁晶体1顺利地过渡且使得整体避光良好。

如图2所示，闪烁晶体1的顶部设有方形凸台9，方形凸台9设置于闪烁晶体1的顶部，并且位于其中心，方形凸台9的四个角倒成圆弧形状，其形状与圆形开口相匹配，在连接时，闪烁晶体1首先安装在第二外壳5内，且方形凸台9所在的面朝上，方形凸台9继续穿过圆形开口，方形凸台9的顶部伸入转换体6顶部的第一连接头7内。

如图3、4所示，转换体6中部设有圆形开口，圆形开口贯穿连通第一连接头7与第二连接头8，从而连通第一连接头7与第二连接头8，具体来说，圆形开口的直径小于第一连接头7的直径。

在本实施例中，闪烁晶体1的材料可采用溴化镧(LaBr₃)、碘化铯(CsI)、碘化钠(NaI)、碲锌镉(CZT)、CLYC(Cs₂LiYCl₆：Ce)、硅酸镥掺铈(YSO)、硅酸钇镥(LYSO)中的一种或几种，其中优选溴化镧和碘化铯，这两种晶体材料具有较高的能量分辨率，同时也有较大的密度，以利于MOX芯块基体γ射线沉积。

具体的，信号处理模块包括光电转换器件2以及处理模块3，光电转换器件2采用光电倍增管，处理模块3采用信号读出电路，光电转换器件2与闪烁晶体1相对的一侧设有光敏面，光敏面用于收集荧光后产生光电子，再将其转换为脉冲信号，处理模块3的输入端与光电转换器件2的输出端电连接，用于读取脉冲信号并对其进行处理。

具体的，信号读出电路用于读取光电转换器的微弱信号，并且将其滤波放大。

在本实施例中，闪烁晶体1的顶部开设有光窗，光窗设在方形凸台9上，光电转换器件2光敏面与光窗相对，闪烁晶体1产生的荧光通过光窗入射至光电转换器件2。

在本实施例中，闪烁晶体1为方形，具体来说，优选为长方体的形状，闪烁晶体1的大小根据MOX芯块γ射线能谱中所选择探测特征γ射线的能量模拟计算得出，闪烁晶体1顶部所设置的光窗大小同时需考虑MOX燃料芯块的长度以及光电转换器件2光敏面的尺寸。一般情况下，光电转换器件2光敏面为圆形且尺寸较大，所以优先选用小的端窗型光电倍增管，光电倍增管端窗外围有一定的光不敏感区域，所以闪烁晶体1的光窗尺寸要略小于光电倍增管端窗的尺寸。

具体的，闪烁晶体1除顶面设置光窗的之外的其他侧面上均设置有反射层。反射层的材料可采用二氧化钛(TiO₂)、硫酸钡(BaSO₄)、硫化锌(ZnS)、镀铝mylar膜的一种或几种复合而成，其中，根据闪烁晶体1的材料不同，优选的，反射层材料也不同，如当闪烁晶体1采用碘化铯时，发射层优选二氧化钛，而闪烁晶体1采用硅酸镥掺铈时，发射层优选硫酸钡并采用mylar膜作为外层保护。

如图2所示，闪烁晶体1沿其厚度方向开设有通孔10，通孔10的内径与MOX燃料棒的外径适配，并且通孔10的内壁采用铝合金管包裹。通孔10用于供MOX燃料棒穿过，从而检测MOX燃料棒内的芯块所产生的γ射线含量。这种开孔的方式在单位时间内具有较高的探测效率。

在本实施例中，闪烁晶体1的厚度与MOX燃料棒的芯块的长度的比值范围为1.0～2.5，其中，优选比值为2，即闪烁晶体1的厚度为MOX燃料棒长度的两倍，在动态检测过程中，一方面使当前燃料芯块通过晶体附近时探测器能够尽量少接收来自其他芯块发射的γ射线，另一方面又要同时保证当前芯块有一定时间通过闪烁晶体1附近，以使得闪烁晶体1尽可能多的接收当前芯块的γ射线。

具体的，为了减少γ射线被外壳吸收，第一外壳4以及第二外壳5一般采用不锈钢制成，通孔10处包覆有薄的铝合金管。

本实施例中的MOX芯块内的二氧化钚的探测过程如下：

MOX燃料棒匀速通过闪烁晶体1内的通孔10；

闪烁晶体1接收MOX燃料棒芯块内的γ射线，并产生荧光；

荧光被光电倍增管的光敏面收集，并产生光电子，并放大；

信号读出电路用于接收光电倍增管输出的脉冲信号，进行初步的处理并且将其滤波放大；

将探测器与核电子学仪器连接，核电子学仪器对信号读出电路处理后的信号进一步放大处理并数字化，得到MOX燃料棒芯块内的二氧化钚含量。

本实施例中转换体6的第一连接头7为圆筒形，与圆筒形的第一外壳4相匹配，转换体6的第二连接头8为方形凹坑结构，适应于方形的第二外壳5与闪烁晶体1，这种结构有利于将探测器集成一个整体，方便准直，增加设备的紧凑性，从而能够有效探测MOX燃料棒基体γ射线。

实施例2

本实施例公开一种二氧化钚含量探测器，本实施例与实施例1的区别在于：闪烁晶体1没有开设通孔10。

如图5所示，在本实施例中，第二外壳5采用不锈钢制成，且第二外壳5的底面的厚度薄于第二外壳5的其他侧面，以使得MOX燃料棒在从第二外壳5底部通过的时候，闪烁晶体1能接受到MOX燃料棒芯块发射的γ射线。由于闪烁晶体1比较完整，整体的光输出均匀性好，能量分辨率好。

本实施例中的二氧化钚含量探测器工作过程与实施例1类似，本实施例中的其他技术特征与实施例1中的相同，这里不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，包括外壳与转换体(6)，所述外壳内部设有闪烁晶体(1)和信号处理模块，所述外壳包括第一外壳(4)与第二外壳(5)，

所述第二外壳(5)为方形，其内部放置闪烁晶体(1)，用于接收γ射线，并且产生荧光，

所述第一外壳(4)为圆筒形，所述信号处理模块设于第一外壳内，所述信号处理模块用于接收荧光并将其转换电信号并放大；

所述转换体(6)的一端为圆筒形的第一连接头(7)，其外径与所述第一外壳(4)的内径相匹配，所述第一外壳(4)套设于所述第一连接头(7)的外部，所述转换体(6)另一端为方形的第二连接头(8)，所述第二连接头(8)为凹坑结构，用于与第二外壳(5)匹配，从而将第一外壳(4)与第二外壳(5)组合为一个整体。

2.根据权利要求1所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，所述第一连接头(7)与第二连接头(8)之间设有圆形开口，所述圆形开口连通所述第一连接头(7)与第二连接头(8)。

3.根据权利要求2所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，所述闪烁晶体(1)的顶部设有方形凸台(9)，方形凸台(9)的四个角倒成圆弧形状，

所述方形凸台(9)通过所述转换体(6)底部的第二连接头(8)伸入转换体(6)顶部的第一连接头(7)内部。

4.根据权利要求3所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，所述闪烁晶体(1)的顶部开设有光窗，所述光窗设在所述方形凸台(9)上，所述信号处理模块与所述光窗相对设置，用于与光电转换器件耦合，

所述闪烁晶体(1)产生的荧光通过所述光窗入射至信号处理模块。

5.根据权利要求1-4任一项所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，所述信号处理模块包括光电转换器件(2)以及处理模块(3)，所述光电转换器件(2)与所述闪烁晶体(1)相对的一侧设有光敏面，所述光敏面用于收集荧光后产生光电子，经光电转换器件(2)放大并输出脉冲信号，

所述处理模块(3)的输入端与所述光电转换器件(2)的输出端电连接，用于读取所述脉冲信号并对其进行处理。

6.根据权利要求5所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，所述闪烁晶体(1)为方形，闪烁晶体(1)除顶面之外的其他侧面上均设置反射层。

7.根据权利要求6所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，所述闪烁晶体(1)沿其厚度方向开设有通孔(10)，所述通孔(10)的内径与MOX燃料棒外径相匹配，

所述通孔(10)的内壁采用铝合金管包裹。

8.根据权利要求7所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，所述闪烁晶体(1)的厚度与MOX燃料棒的芯块的长度的比值范围为1.0～2.5。

9.根据权利要求1-4任一项所述的MOX燃料棒芯块二氧化钚含量在线检测探测器，其特征在于，第二外壳(5)采用不锈钢制成，且第二外壳(5)的底面的厚度薄于第二外壳(5)的其他侧面。

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