CN219245775U - 一种探测器及燃料棒芯块间隙检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种探测器以及包含该探测器的燃料棒芯块间隙检测装置。所述探测器用于探测燃料棒芯块间隙，包括探测器外壳、闪烁晶体、晶体外壳，信号接收单元，所述晶体外壳的中心设有沿其轴向的安装孔，所述闪烁晶体设于所述安装孔内，用于接收从闪烁晶体的底面进入的γ射线，安装孔底部是封闭的，所述晶体外壳采用侧面厚、安装孔底部薄的结构，所述探测器外壳与所述晶体外壳的一端固定连接，晶体外壳的该端为容纳闪烁晶体的顶面的一端，所述信号接收单元设于所述探测器外壳内部，并与所述闪烁晶体耦合，用于接收闪烁晶体传递的光信号，并将光信号转换成电信号。所述探测器有效地提高了对γ射线的探测效率与芯块间隙的检测精度。

Description

一种探测器及燃料棒芯块间隙检测装置

技术领域

本实用新型属于核工业技术领域，具体涉及一种探测器以及包含该探测器的燃料棒芯块间隙检测装置。

背景技术

核燃料棒是反应堆释放热量的单元体，也是反应堆的核心部件。核燃料棒在反应堆里处于强中子场中，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，要求核燃料棒有高度的可靠性和安全性。核燃料棒中芯块之间若存在较大的间隙会造成反应堆中中子通量或热量分布不均匀，降低了燃料棒的使用可靠性，影响反应堆运行效率。因此，必须对所生产的核燃料棒进行100％的间隙检查。

目前核燃料元件厂在用间隙检测设备均以γ射线穿透法为原理，燃料棒从放射源和探测器之间的准直体穿过。间隙设备使用的放射源分为两种：²⁴¹Am和¹³⁷Cs。两种间隙检测设备最小可检出间隙均为0.5mm，²⁴¹Am源间隙设备检测速度最大为10m/min，但其原理决定了其不具备检测芯块掉边掉角和检测芯块端部碟形的能力，¹³⁷Cs源间隙设备检测速度最大为6m/min，可以检测芯块掉边掉角，但目前尚不能检测芯块端部碟形。近年来随着国内核电的日益发展，对间隙检测设备的检测技术指标和检测速度要求日益提高，要求的最小可检出间隙小至0.3mm，同时要求能分辨出燃料棒内芯块端部碟形，以达到使用间隙检测设备快速核算燃料棒内装入芯块数的目的。

而现有技术中的探测器通常采用薄壁的晶体外壳，其对非准直孔方向的无用γ射线的屏蔽效果差，从而导致其对芯块间隙的间隙精度不高、并且检测速度慢。

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，提供一种探测器以及包含该探测器的燃料棒芯块间隙检测装置，所述探测器有效地提高了有用γ射线的探测效率与芯块间隙的检测精度。

为了解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种探测器，用于探测燃料棒芯块间隙，包括探测器外壳、闪烁晶体、晶体外壳，信号接收单元，所述晶体外壳的中心设有沿其轴向的安装孔，所述闪烁晶体设于所述安装孔内，用于接收从闪烁晶体的底面进入的γ射线，安装孔底部是封闭的，所述晶体外壳采用侧面厚、安装孔底部薄的结构，所述探测器外壳与所述晶体外壳的一端固定连接，晶体外壳与探测器外壳连接的该端为容纳闪烁晶体的顶面的一端，所述信号接收单元设于所述探测器外壳内部，并与所述闪烁晶体耦合，用于接收闪烁晶体传递的光信号，并将光信号转换成电信号。

优选的，所述晶体外壳的侧面厚度不小于5mm，安装孔底部的厚度范围为0.2～0.5mm。

优选的，所述闪烁晶体的底面与安装孔底部贴合，闪烁晶体的顶面或顶面的一部分作为光窗，用于与光电转换器件耦合，闪烁晶体的其他外表面上涂覆反射层。

优选的，反射层的材料采用二氧化钛、硫酸钡、硫化锌、镀铝mylar膜中的一种。

优选的，所述信号处理单元包括光电转换器件与信号读出电路，所述光电转换器件的输入端与所述闪烁晶体相耦合，用于将闪烁晶体发出的光信号转换成电信号，所述信号读出电路与光电转换器件的输出端连接，用于将光电转换器件输出的电信号滤波放大。

优选的，所述光电转换器件采用光电倍增管或SiPM。

优选的，所述闪烁晶体的材料采用碘化钠、溴化镧、硅酸镥掺铈、硅酸钇镥中的一种。

优选的，所述闪烁晶体为圆柱体形或长方体形。

本实用新型还提供一种燃料棒芯块间隙检测装置，包括屏蔽体、贮源体、准直体、信号处理设备以及上述的探测器，所述贮源体、准直体、探测器均设置在所述屏蔽体内部，且所述贮源体与所述探测器分别位于所述准直体的两侧，所述准直体上设有准直孔与燃料棒通道，所述准直孔沿着闪烁晶体的轴向方向设置，且其位置与闪烁晶体对准，所述燃料棒通道的设置方向与所述准直孔垂直，并且贯穿所述准直孔，用于燃料棒检测时通过，所述贮源体内设有放射源，所述放射源发射的γ射线从准直孔的一端进入所述燃料棒通道，并穿过燃料棒通道内的燃料棒，再从准直孔的另一端入射探测器，所述信号处理设备用于接收并处理信号接收单元输出的电信号。

本实用新型的探测器中，闪烁晶体设于晶体外壳内部的安装孔内，晶体外壳采用四周厚、对应安装孔底部的部分薄的结构，能有效地减少非准直孔方向射线对探测器的影响，使探测器具有从特定方向(底部)收集射线的能力，从而提高设备检测速度和间隙检测灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中一种探测器的结构示意图(光电转换器件采用光电倍增管)；

图2是本实用新型实施例1中另一种探测器的结构示意图(光电转换器件采用SiPM)；

图3是本实用新型实施例2中的燃料棒芯块间隙检测装置的结构示意图。

图中：1-闪烁晶体，2-晶体外壳，3-光电转换器件，4-信号读出电路，5-探测器外壳，6-贮源体，7-准直体，8-探测器，9-屏蔽体，10-准直孔，11-燃料棒通道。

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，术语“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探测器，用于探测燃料棒芯块间隙，包括探测器外壳、闪烁晶体、晶体外壳，信号接收单元，所述晶体外壳的中心设有沿其轴向的安装孔，所述闪烁晶体设于所述安装孔内，用于接收从闪烁晶体的底面进入的γ射线，安装孔底部是封闭的，所述晶体外壳采用侧面厚、安装孔底部薄的结构，所述探测器外壳与所述晶体外壳的一端固定连接，晶体外壳与探测器外壳连接的该端为容纳闪烁晶体的顶面的一端，所述信号接收单元设于所述探测器外壳内部，并与所述闪烁晶体耦合，用于接收闪烁晶体传递的光信号，并将光信号转换成电信号。

本实用新型还提供一种燃料棒芯块间隙检测装置，包括屏蔽体、贮源体、准直体、信号处理设备以及上述的探测器，所述贮源体、准直体、探测器均设置在所述屏蔽体内部，且所述贮源体与所述探测器分别位于所述准直体的两侧，所述准直体上设有准直孔与燃料棒通道，所述准直孔沿着闪烁晶体的轴向方向设置，且其位置与闪烁晶体对准，所述燃料棒通道的设置方向与所述准直孔垂直，并且贯穿所述准直孔，用于检测时燃料棒通过，所述贮源体内设有放射源，所述放射源发射的γ射线从准直孔的一端进入所述燃料棒通道，并穿过燃料棒通道内的燃料棒，再从准直孔的另一端入射探测器，所述信号处理设备用于接收并处理信号接收单元输出的电信号。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种探测器，该探测器用于探测燃料棒芯块间隙，其包括探测器外壳5、闪烁晶体1、晶体外壳2，信号接收单元，晶体外壳2的中心设有沿其轴向的安装孔，闪烁晶体1设于安装孔内，用于接收从闪烁晶体1的底面进入的γ射线，安装孔底部是封闭的，晶体外壳2采用侧面厚、安装孔底部薄的结构，探测器外壳5与晶体外壳2的一端固定连接，晶体外壳2与探测器外壳5连接的该端为容纳闪烁晶体1的顶面的一端，信号接收单元设于探测器外壳5内部，并与闪烁晶体1电连接，用于接收闪烁晶体1传递的光信号，并将光信号转换成电信号。

在本实施例中，晶体外壳2的侧面厚度(即晶体外壳侧面的外表面到中心孔的距离)应不小于5mm，安装孔底部的厚度(即安装孔底部到晶体外壳底面的外表面的距离)范围为0.2～0.5mm，优选为0.3mm，在保证不透光的前提下，安装孔底部尽可能薄。晶体外壳2的底面为完整的底面，安装孔为盲孔，安装孔底部采用封闭的结构有利于晶体密封封装，由于安装孔底部对有用的γ射线具有一定的吸收作用，其吸收的射线量与安装孔底部的厚度呈正相关，所以，减小安装孔底部的厚度可以减少其对有用的γ射线的吸收。

在本实施例中，闪烁晶体1的底面处于晶体外壳2的内部，并与安装孔底部贴合，闪烁晶体1的顶面或顶面的一部分作为光窗，闪烁晶体1的其他外表面上涂覆反射层，以减少晶体γ射线沉积时发射的荧光损失。具体的，闪烁晶体1的材料采用碘化钠、溴化镧、硅酸镥掺铈、硅酸钇镥中的一种，反射层的材料采用二氧化钛、硫酸钡、硫化锌、镀铝mylar膜中的一种，或者其中几种材料复合而成。

在本实施例中，晶体外壳2的材料采用钨、不锈钢、铅等高密度材料中的一种，或者由上述几种材料复合而成，从而增加晶体外壳2的射线屏蔽性能。晶体外壳2上的安装孔的尺寸与闪烁晶体1的外壳的尺寸相匹配，具体的，闪烁晶体1为圆柱体形或长方体形，于是，安装孔为与其相对应的形状。

在本实施例中，信号接收单元包括光电转换器件3与信号读出电路4，光电转换器件3的输入端与闪烁晶体1相耦合，用于将闪烁晶体1发出的光信号转换成电信号，信号读出电路4与光电转换器件3的输出端连接，用于将光电转换器件3输出的电信号滤波放大。

具体的，光电转换器件3采用光电倍增管或SiPM。当光电转换器件3采用光电倍增管相比采用SiPM具有较好的温度稳定性，不需要额外增加抑制温度漂移的措施就可使用，并且其具有良好的耐辐照性能，能长时间经受γ射线照射。但其缺点是体积较大，会导致设备体积变大，同时增加了辐射防护的要求。

相较于光电倍增管，SiPM的优点是体积小，容易集成，做成的探测器高度不到光电倍增管探测器高度的一半，可以使设备体积较小，便于进行放射源的屏蔽防护。但其缺点是温度漂移较大，需要温度补偿才可以用，同时耐辐照性能较差，长时间使用后性能变差，需要经常更换。

如图1、2所示(图1中的光电转换器件3采用光电倍增管，图2中的光电转换器件3采用SiPM)，闪烁晶体1放入安装孔内，其顶部高出晶体外壳2顶面0.1～1mm，从而便于闪烁晶体1与光电转换器件3的连接。光电转换器件3的底部与闪烁晶体1的顶部耦合，并且闪烁晶体1顶部的光窗形状与光电转换器件3的入射窗的形状相匹配，如图1所示，当光电转换器件3采用光电倍增管时，光窗优选为圆形，且应小于光电倍增管的入射窗并位于其中心；当光电转换器件3采用SiPM时，光窗优选为方形，其尺寸应与SiPM的光敏面相当。

在本实施例中，光电转换器件3与闪烁晶体1耦合时，根据闪烁晶体1和光电转换器件3入射窗材料材质，选择与二者折射率较为接近的耦合剂，可用光学胶水、硅油、高透明光学双面胶等，其中优选光学胶水与硅油。

在本实施例中，探测器外壳5采用不锈钢、铝合金的一种，或者两者的结合。探测器外壳5由多部分组成，包括光电转换器件3外壳、信号读出电路4外壳、顶盖。

本实施例中的探测器8，晶体外壳2四周厚度较厚、底部厚度较薄，能有效地较少非准直孔入射γ射线对探测器8的影响，具有从特定方向(底部)收集有用γ射线的能力，可提高间隙设备的检测速度与检测灵敏度。

实施例2

如图3所示，本实施例公开一种燃料棒芯块间隙检测装置，包括屏蔽体9、贮源体6、准直体7以及实施例1中的探测器8，屏蔽体9中心沿其轴向开设有定位孔，并且定位孔的直径大小略大于贮源体6、准直体7、探测器8的直径(贮源体6、准直体7、探测器8的直径相同)，贮源体6、准直体7、探测器8自下而上依次设置在屏蔽体9的定位孔内，且贮源体6与探测器8分别位于准直体7的上下两侧。

准直体7上设有准直孔10与燃料棒通道11，准直孔10沿着闪烁晶体1的轴向方向设置，且其位置与闪烁晶体1的底部对准，其直径小于闪烁晶体1的直径。燃料棒通道11的设置方向与准直孔10垂直，并且贯穿准直孔10以及屏蔽体9的两侧，用于放置燃料棒，放射源发射的γ射线从准直孔10的一端经燃料棒通道11，从准直孔10的另一端进入探测器8。

在本实施例中，所述燃料棒芯块间隙检测装置还包括信号处理设备，信号处理设备包括核电子仪器与计算机，核电子仪器用于接收放大探测器信号并将其数字化后发送至计算机，计算机通过相应软件完成数字化信号处理并给出检测结果。

在本实施例中，燃料棒从燃料棒通道11的一端进入，并以固定速度通过，最后再燃料棒通道11的另一端出来，在燃料棒通过燃料棒通道11的过程中，贮源体6不断地发射γ射线，γ射线通过燃料棒内部芯块以及之间的间隙，再沿着准直孔10进入闪烁晶体1中。

可选的，晶体外壳2的边缘设置螺纹，可为内螺纹或外螺纹，探测器外壳5的内缘设有相对应的外螺纹或内螺纹。

本实施例中的燃料棒芯块间隙检测装置间隙检测速度高，并且间隙检测的灵敏度高，在采用同样活度的放射源的情况下，可使得间隙检测速度提高到原来的两倍以上，能使得设备检测出芯块间的最小间隙达到0.2mm，同时检测出芯块端部的碟形，使设备具备快速核算燃料棒内装入芯块数目的功能。

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)

1.一种探测器，用于探测燃料棒芯块间隙，其特征在于，包括探测器外壳(5)、闪烁晶体(1)、晶体外壳(2)，信号接收单元，

所述晶体外壳(2)的中心设有沿其轴向的安装孔，所述闪烁晶体(1)设于所述安装孔内，用于接收从闪烁晶体(1)的底面进入的γ射线，安装孔底部是封闭的，所述晶体外壳(2)采用侧面厚、安装孔底部薄的结构，

所述探测器外壳(5)与所述晶体外壳(2)的一端固定连接，晶体外壳(2)与探测器外壳连接的该端为容纳闪烁晶体(1)的顶面的一端，

所述信号接收单元设于所述探测器外壳(5)内部，并与所述闪烁晶体(1)耦合，用于接收闪烁晶体(1)传递的光信号，并将光信号转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述晶体外壳(2)的侧面厚度不小于5mm，安装孔底部的厚度范围为0.2～0.5mm。

3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述闪烁晶体的底面与安装孔底部贴合，

闪烁晶体(1)的顶面或顶面的一部分作为光窗，闪烁晶体(1)的其他外表面上涂覆反射层。

4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述反射层的材料采用二氧化钛、硫酸钡、硫化锌、镀铝mylar膜中的一种。

5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述信号接收单元包括光电转换器件(3)与信号读出电路(4)，

所述光电转换器件(3)的输入端与所述闪烁晶体(1)相耦合，用于将闪烁晶体(1)发出的光信号转换成电信号，

所述信号读出电路(4)与光电转换器件(3)的输出端连接，用于将光电转换器件(3)输出的电信号滤波放大。

6.根据权利要求5所述的探测器，其特征在于，所述光电转换器件(3)采用光电倍增管或SiPM。

7.根据权利要求1-6任一项所述的探测器，其特征在于，所述闪烁晶体(1)的材料采用碘化钠、溴化镧、硅酸镥掺铈、硅酸钇镥中的一种。

8.根据权利要求1-6任一项所述的探测器，其特征在于，所述闪烁晶体(1)为圆柱体形或长方体形。

9.一种燃料棒芯块间隙检测装置，其特征在于，包括屏蔽体(9)、贮源体(6)、准直体(7)、信号处理设备以及权利要求1-8任一项所述的探测器，

所述贮源体(6)、准直体(7)、探测器(8)均设置在所述屏蔽体(9)内部，且所述贮源体(6)与所述探测器(8)分别位于所述准直体(7)的两侧，

所述准直体(7)上设有准直孔(10)与燃料棒通道(11)，所述准直孔(10)沿着闪烁晶体(1)的轴向方向设置，且其位置与闪烁晶体(1)对准，所述燃料棒通道(11)的设置方向与所述准直孔(10)垂直，并且贯穿所述准直孔(10)，用于检测时燃料棒通过，

所述贮源体内设有放射源，所述放射源发射的γ射线从准直孔的一端进入所述燃料棒通道，并穿过燃料棒通道内的燃料棒，再从准直孔的另一端入射探测器，所述信号处理设备用于接收并处理信号接收单元输出的电信号。

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