本技術(shù)屬于輻照后核燃料性能測(cè)試，具體涉及一種輻照后燃料芯體厚度測(cè)量方法、裝置及其應(yīng)用方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、燃料組件服役過(guò)程中，需通過(guò)冷卻水不斷從燃料組件導(dǎo)出輻照過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，因此燃料芯體的導(dǎo)熱性能隨輻照過(guò)程的變化勢(shì)必會(huì)影響燃料芯體內(nèi)部熱量的導(dǎo)出。衡量燃料導(dǎo)熱性能的物理量是熱導(dǎo)率，掌握燃料芯體的熱導(dǎo)率在反應(yīng)堆中的變化規(guī)律對(duì)燃料組件的使用、反應(yīng)堆的安全運(yùn)行具有重要意義。通過(guò)研究不同的輻照條件、不同類(lèi)型的燃料芯體的熱導(dǎo)率，掌握熱導(dǎo)率隨輻照條件、燃料類(lèi)型的變化規(guī)律，獲得輻照對(duì)燃料芯體的影響機(jī)理，其結(jié)果對(duì)保障反應(yīng)堆的安全運(yùn)行具有重要的實(shí)踐意義，同時(shí)對(duì)新型燃料組件的設(shè)計(jì)改進(jìn)具有重要的指導(dǎo)意義。

2、輻照后燃料芯體的熱導(dǎo)率測(cè)試方法通常為激光閃射法，其原理是在一定的設(shè)定溫度t(恒溫條件)下，由激光源在瞬間發(fā)射一束光脈沖，均勻照射在試樣下表面，使其下表層吸收光能后溫度瞬時(shí)升高，并作為熱端將能量以一維熱傳導(dǎo)方式向冷端(上表面)傳播，使用紅外檢測(cè)器連續(xù)測(cè)量上表面中心部位的相應(yīng)溫升過(guò)程，得到溫度(檢測(cè)器信號(hào))升高對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線，再通過(guò)下列方程獲得材料在溫度t下的熱擴(kuò)散系數(shù)α。

3、α＝0.1388*d2/t50

4、其中，d為試樣的厚度，厚度精確到0.01mm；t50為半升溫時(shí)間，又稱(chēng)t1/2，為在接收光脈沖照射后試樣上表面溫度(檢測(cè)器信號(hào))升高到最大值的一半所需的時(shí)間。

5、之后，根據(jù)在已知溫度t下的熱擴(kuò)散系數(shù)、比熱容與密度的情況下便可計(jì)算得到溫度t下的導(dǎo)熱系數(shù)。

6、由上可知，試樣厚度的準(zhǔn)確性與試樣的熱導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果密切相關(guān)；輻照后的燃料芯體的放射性很強(qiáng)，其厚度測(cè)量必須借助機(jī)械手的輔助操作在熱室內(nèi)完成。常用的非放試樣可采用接觸式的測(cè)微螺旋尺進(jìn)行測(cè)量，精確的優(yōu)于10μm，但是測(cè)量過(guò)程中人員需接觸被測(cè)量物品，并且操作過(guò)程復(fù)雜，無(wú)法滿足輻照后的燃料芯體熱導(dǎo)率試樣的熱室內(nèi)操作要求。因此有必要研究一種適用于輻照后燃料芯體的厚度測(cè)量技術(shù)，既要保證測(cè)量的精確度，又要確保試驗(yàn)過(guò)程中操作人員的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決常規(guī)非放試樣的厚度測(cè)量方式無(wú)法滿足輻照后的燃料芯體熱導(dǎo)率試樣的熱室內(nèi)操作要求的問(wèn)題，本技術(shù)提出了一種輻照后燃料芯體厚度測(cè)量方法、裝置及其應(yīng)用方法和系統(tǒng)，本技術(shù)針對(duì)輻照后試樣具有放射性這一特殊性，在確保熱導(dǎo)率試樣厚度測(cè)量的準(zhǔn)確性和操作安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輻照后燃料芯體的熱導(dǎo)率試樣厚度測(cè)量。

2、本技術(shù)通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種輻照后燃料芯體厚度測(cè)量方法，所述厚度測(cè)量方法包括：

4、將熱導(dǎo)率測(cè)量完成后的熱導(dǎo)率試樣取出，轉(zhuǎn)運(yùn)至試樣制備室進(jìn)行金相試樣制備；

5、將制備好的所述金相試樣轉(zhuǎn)運(yùn)至金相檢查熱室進(jìn)行金相檢測(cè)，并提取得到熱導(dǎo)率試樣的厚度測(cè)量值；其中，所述金相檢測(cè)過(guò)程包括：視場(chǎng)調(diào)整、標(biāo)尺校正以及多視場(chǎng)金相圖像采集；

6、判斷金相圖像中熱導(dǎo)率試樣的輪廓特性是否存在偏差，如果是則利用偏差角度并結(jié)合三角函數(shù)關(guān)系對(duì)所述厚度測(cè)量值進(jìn)行修正，否則繼續(xù)后續(xù)步驟；

7、根據(jù)所述厚度測(cè)量值，計(jì)算得到單視場(chǎng)下多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的厚度平均值，并根據(jù)多個(gè)視場(chǎng)下的厚度平均值，計(jì)算得到熱導(dǎo)率試樣的厚度。

8、在一些實(shí)施方式中，所述的金相試樣制備過(guò)程具體包括：

9、將熱導(dǎo)率試樣的厚度方向作為觀察面，將熱導(dǎo)率試樣按照垂直于觀察面的放置方向放入金相模套中，倒入鑲嵌樹(shù)脂，待樹(shù)脂固化后將放置有熱導(dǎo)率試樣的金相模套整體轉(zhuǎn)運(yùn)至試樣磨拋熱室；

10、將鑲嵌好的熱導(dǎo)率試樣采用熱室磨拋機(jī)，依次進(jìn)行金剛石磨盤(pán)磨制和金剛石拋光液拋光，直到能夠清晰且完整地看到熱導(dǎo)率試樣圖像為止；

11、對(duì)磨拋后的熱導(dǎo)率試樣進(jìn)行清洗和干燥，完成金相試樣的制備。

12、在一些實(shí)施方式中，在對(duì)熱導(dǎo)率試樣進(jìn)行鑲嵌操作之前還包括：

13、在熱導(dǎo)率試樣的金相模套內(nèi)側(cè)制作試樣標(biāo)記。

14、在一些實(shí)施方式中，所述的將制備好的所述金相試樣轉(zhuǎn)運(yùn)至金相檢查熱室進(jìn)行金相檢測(cè)，并提取得到熱導(dǎo)率試樣的厚度測(cè)量值，具體包括：

15、將制備好的金相試樣放置于倒置的金相顯微鏡載物臺(tái)，調(diào)整視場(chǎng)，使其能夠覆蓋試樣的完整形貌，且邊界清晰；

16、采集金相圖像，并對(duì)采集的圖像進(jìn)行標(biāo)尺校正；

17、采集多個(gè)視場(chǎng)下的金相圖像；

18、從每個(gè)視場(chǎng)下的金相圖像中提取多個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的厚度測(cè)量值。

19、在一些實(shí)施方式中，采集不少于三個(gè)視場(chǎng)下的金相圖像；

20、從單個(gè)視場(chǎng)下的金相圖像中提取不少于十個(gè)測(cè)量點(diǎn)的厚度測(cè)量值。

21、第二方面，本技術(shù)提出了一種輻照后燃料芯體厚度測(cè)量裝置，所述厚度測(cè)量裝置包括：

22、試樣制備模塊，所述試樣制備模塊將熱導(dǎo)率測(cè)量完成后的熱導(dǎo)率試樣取出，轉(zhuǎn)運(yùn)至試樣制備室進(jìn)行金相試樣制備；

23、金相檢測(cè)模塊，所述金相檢測(cè)模塊將制備好的所述金相試樣轉(zhuǎn)運(yùn)至金相檢查熱室進(jìn)行金相檢測(cè)，并提取得到熱導(dǎo)率試樣的厚度測(cè)量值；其中，所述金相檢測(cè)過(guò)程包括：視場(chǎng)調(diào)整、標(biāo)尺校正以及多視場(chǎng)金相圖像采集；

24、修正模塊，所述修正模塊判斷金相圖像中熱導(dǎo)率試樣的輪廓特性是否存在偏差，如果是則利用偏差角度并結(jié)合三角函數(shù)關(guān)系對(duì)厚度測(cè)量值進(jìn)行修正；

25、以及，計(jì)算模塊，所述計(jì)算模塊根據(jù)厚度測(cè)量值，計(jì)算得到單視場(chǎng)下多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的厚度平均值，并根據(jù)多個(gè)視場(chǎng)下的厚度平均值，計(jì)算得到熱導(dǎo)率試樣的厚度。

26、在一些實(shí)施方式中，所述試樣制備模塊還包括：

27、鑲嵌單元，所述鑲嵌單元將熱導(dǎo)率試樣的厚度方向作為觀察面，將熱導(dǎo)率試樣按照垂直于所述觀察面的放置方向放入金相模套中，并在所述金相模套內(nèi)側(cè)制作試樣標(biāo)記，倒入鑲嵌樹(shù)脂，待樹(shù)脂固化后將放置有熱導(dǎo)率試樣的金相模套整體轉(zhuǎn)運(yùn)至試樣磨拋熱室；

28、磨拋單元，所述磨拋單元將鑲嵌好的熱導(dǎo)率試樣采用熱室磨拋機(jī)，依次進(jìn)行金剛石磨盤(pán)磨制和金剛石拋光液拋光，直到能夠傾斜且完整地看到熱導(dǎo)率試樣圖像為止；

29、以及，清洗干燥單元，所述清洗干燥單元對(duì)磨拋后的熱導(dǎo)率試樣進(jìn)行清洗和干燥。

30、在一些實(shí)施方式中，所述金相檢測(cè)模塊還包括：

31、視場(chǎng)調(diào)整單元，所述視場(chǎng)調(diào)整單元將制備好的金相試樣放置于倒置的金相顯微鏡載物臺(tái)，調(diào)整視場(chǎng)，使其能夠覆蓋熱導(dǎo)率試樣的完整形貌，且邊界清晰；

32、校正單元，所述校正單元采集金相圖像，并對(duì)采集到的金相圖像進(jìn)行標(biāo)尺校正；

33、采集單元，所述采集單元采集多個(gè)視場(chǎng)下的金相圖像；

34、以及，提取單元，所述提取單元從每個(gè)視場(chǎng)下的金相圖像中提取多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的厚度測(cè)量值。

35、第三方面，本技術(shù)提出了一種輻照后燃料芯體熱導(dǎo)率測(cè)量方法，所述熱導(dǎo)率測(cè)量方法包括：

36、將輻照后的燃料芯體熱導(dǎo)率試樣轉(zhuǎn)運(yùn)至熱導(dǎo)率檢查熱室進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)量，得到半升溫時(shí)間；

37、采用上述厚度測(cè)量方法測(cè)量得到熱導(dǎo)率試樣的厚度；

38、根據(jù)所述半升溫時(shí)間和熱導(dǎo)率試樣的厚度，計(jì)算得到熱擴(kuò)散系數(shù)；

39、根據(jù)所述熱擴(kuò)散系數(shù)，計(jì)算得到輻照后燃料芯體的導(dǎo)熱系數(shù)。

40、第四方面，本技術(shù)提出了一種輻照后燃料芯體熱導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)，所述熱導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)包括：

41、時(shí)間測(cè)量裝置，所述時(shí)間測(cè)量裝置將輻照后的燃料芯體熱導(dǎo)率試樣轉(zhuǎn)運(yùn)至熱導(dǎo)率檢查熱室進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)量，得到半升溫時(shí)間；

42、上述厚度測(cè)量裝置，所述厚度測(cè)量裝置測(cè)量得到熱導(dǎo)率試樣的厚度；

43、第一計(jì)算裝置，所述第一計(jì)算裝置根據(jù)半升溫時(shí)間和熱導(dǎo)率試樣的厚度，計(jì)算得到熱擴(kuò)散系數(shù)；

44、以及，第二計(jì)算裝置，所述第二計(jì)算裝置根據(jù)所述熱擴(kuò)散系數(shù)，計(jì)算得到輻照后燃料芯體的導(dǎo)熱系數(shù)。

45、本技術(shù)提出的一種輻照后燃料芯體厚度測(cè)量方法、裝置及其應(yīng)用方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了熱室內(nèi)的輻照燃料芯體熱導(dǎo)率試樣的厚度測(cè)量，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠滿足輻照后燃料芯體的熱導(dǎo)率測(cè)量實(shí)驗(yàn)需求，從而為研究燃料芯體試樣輻照前后的熱導(dǎo)率變化規(guī)律提供技術(shù)支撐；

46、本技術(shù)提出的一種輻照后燃料芯體厚度測(cè)量方法、裝置及其應(yīng)用方法和系統(tǒng)，熱室外部的操作人員可通過(guò)機(jī)械手操縱熱室內(nèi)的相關(guān)設(shè)備完成輻照后燃料熱導(dǎo)率試樣的厚度測(cè)量，無(wú)需人工接觸操作，極大地降低了高放射性試樣對(duì)人員造成的不利影響；

47、本技術(shù)提出的一種輻照后燃料芯體厚度測(cè)量方法、裝置及其應(yīng)用方法和系統(tǒng)，還能夠推廣至其他高放射性實(shí)驗(yàn)材料的尺寸測(cè)量。