一種壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核材料檢測方法，具體涉及一種壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在核工業(yè)領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)壓水堆核燃料元件的質(zhì)量控制，需要對相應(yīng)的乏燃料元件進(jìn)行檢測。然而，由于壓水堆乏燃料元件具有強(qiáng)放射性，因此一般的檢測技術(shù)無法應(yīng)用于其檢測。
[0003]中子照相技術(shù)作為一種先進(jìn)的無損檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，具有檢測速度快、結(jié)果準(zhǔn)確、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而壓水堆乏燃料元件本身的強(qiáng)放射性會(huì)對中子照相產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致根本無法獲取檢測成像，因此傳統(tǒng)的中子照相技術(shù)無法直接應(yīng)用于乏燃料元件的檢測。
[0004]為此，當(dāng)前的壓水堆乏燃料元件中子照相技術(shù)采用間接成像方法，以中子轉(zhuǎn)換屏將成像信息轉(zhuǎn)換出來，從而實(shí)現(xiàn)乏燃料元件的定性檢測，能夠獲得乏燃料元件芯塊開裂、包殼破損、包殼氫聚等缺陷信息。然而，該方法目前僅能完成乏燃料元件的二維檢測成像，因此無法獲得乏燃料元件芯塊碎片形貌、芯塊內(nèi)部顆粒分布、包殼破損狀態(tài)等缺陷的三維信息。
[0005]由于上述缺陷三維信息的獲取依賴于乏燃料元件的三維檢測成像，但由于目前尚沒有成熟的壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法可供使用，現(xiàn)有的CT技術(shù)也由于種種問題而完全無法適用于乏燃料元件的三維檢測成像，因此若要實(shí)現(xiàn)壓水堆乏燃料元件的三維無損檢測，就需要開發(fā)一種新的三維中子照相無損檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決壓水堆乏燃料元件的無損檢測領(lǐng)域中尚沒有成熟的三維中子照相方法可供使用的問題，本發(fā)明提供了一種壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法。
[0007]該方法包括以下步驟:
[0008](一 )將中子轉(zhuǎn)換屏置于待檢測乏燃料元件后方；
[0009]( 二 )在乏燃料元件前方引入中子束流，中子束流經(jīng)過乏燃料元件后使中子轉(zhuǎn)換屏曝光，獲得一幅乏燃料元件二維成像，曝光一段時(shí)間后，移去中子束流；
[0010](三)平移中子轉(zhuǎn)換屏以改變中子束流經(jīng)過乏燃料元件后在中子轉(zhuǎn)換屏上的投影位置，或者換一張中子轉(zhuǎn)換屏；同時(shí)保持乏燃料元件與中子轉(zhuǎn)換屏的距離不變；然后沿乏燃料元件軸心將乏燃料元件旋轉(zhuǎn)一定的角度；
[0011](四)不斷重復(fù)步驟(二)和步驟(三)，直至旋轉(zhuǎn)到180度，獲得多幅乏燃料元件二維成像；其間，每次引入的中子束流的參數(shù)以及曝光時(shí)間均相同，乏燃料元件每次旋轉(zhuǎn)的角度也相同；
[0012](五)在每一幅乏燃料元件二維成像附近的相同位置選取尺寸相同的曝光區(qū)域作為該二維成像的數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域；
[0013](六)將所得的各幅乏燃料元件二維成像由中子轉(zhuǎn)換屏轉(zhuǎn)移至數(shù)字成像板，然后通過讀取裝置對數(shù)字成像板進(jìn)行掃描，獲取各幅乏燃料元件二維成像的檢測信息；
[0014](七)通過對比各數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域的檢測信息對各幅乏燃料元件二維成像檢測信息進(jìn)行校正；
[0015](八)對校正后的各幅乏燃料元件二維成像檢測信息的暗場和明場進(jìn)行扣除，然后采用CT重建技術(shù)進(jìn)行乏燃料元件成像的三維重建，獲得乏燃料元件的三維成像；
[0016](九)通過對三維成像的分析完成乏燃料元件的無損檢測。
[0017]所述沿乏燃料元件軸心將乏燃料元件旋轉(zhuǎn)一定的角度優(yōu)選為I度。
[0018]所述中子轉(zhuǎn)換屏優(yōu)選為鏑屏。
[0019]在三維重建之前，可以對各幅乏燃料元件二維成像進(jìn)行截取，僅保留乏燃料元件二維成像區(qū)域，以節(jié)省三維重建的時(shí)間和成本。
[0020]本發(fā)明的壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法通過中子轉(zhuǎn)換屏將乏燃料元件180度范圍內(nèi)的多幅二維成像轉(zhuǎn)移至數(shù)字成像板(即IP板)上，然后采用CT重建技術(shù)進(jìn)行乏燃料元件成像的三維重建，從而實(shí)現(xiàn)乏燃料元件的無損檢測。
[0021]在乏燃料元件二維成像的采集過程中，由于各幅二維成像在獲取時(shí)間上存在先后關(guān)系，因此當(dāng)后面的二維成像形成時(shí)，之前獲取的二維成像的強(qiáng)度已經(jīng)由于中子轉(zhuǎn)換屏活化水平的衰減而降低，成為三維重建的障礙。為此，本發(fā)明通過采用在每幅二維成像附近曝光區(qū)域內(nèi)選取數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域的方式對二維成像強(qiáng)度進(jìn)行校正，從而解決了由于中子轉(zhuǎn)換屏活化水平衰減而無法進(jìn)行三維重建的問題。
[0022]綜上所述，本發(fā)明的壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法克服了三維成像中所遇到的困難，解決了壓水堆乏燃料元件的無損檢測領(lǐng)域中沒有成熟的三維中子照相方法可供使用的問題。實(shí)際應(yīng)用表明，采用本發(fā)明的檢測方法能夠獲得清晰的壓水堆乏燃料元件三維成像，能夠獲得較為精確的乏燃料元件芯塊碎片形貌、芯塊內(nèi)部顆粒分布、包殼破損狀態(tài)等缺陷的完整檢測信息，極大的擴(kuò)展了壓水堆乏燃料元件的無損檢測信息量，為我國壓水堆核燃料元件的質(zhì)量檢測與性能提升提供了有力保障。
【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明的中子轉(zhuǎn)換屏曝光成像過程示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記:1.中子轉(zhuǎn)換屏，2.第一幅二維成像，3.第一幅二維成像數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域，4.第五幅二維成像，5.第五幅二維成像數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0026]實(shí)施例
[0027]采用本發(fā)明的壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法對某壓水堆核燃料元件進(jìn)行無損檢測，其步驟如下:
[0028](一 )將中子轉(zhuǎn)換屏置于該乏燃料元件后方；乏燃料元件長度為15cm ;
[0029]( 二 )在乏燃料元件前方引入中子束流，中子束流經(jīng)過乏燃料元件后使中子轉(zhuǎn)換屏曝光，獲得一幅乏燃料元件二維成像，曝光一段時(shí)間后，移去中子束流；中子轉(zhuǎn)換屏尺寸為 20cmX20cmX0.0lcm ；
[0030](三)平移中子轉(zhuǎn)換屏以改變中子束流經(jīng)過乏燃料元件后在中子轉(zhuǎn)換屏上的投影位置，根據(jù)所選用的中子轉(zhuǎn)換屏尺寸，每張中子轉(zhuǎn)換屏可以獲取5幅乏燃料元件二維成像(如附圖1所示)，然后換一張中子轉(zhuǎn)換屏；同時(shí)保持乏燃料元件與中子轉(zhuǎn)換屏的距離不變；然后沿乏燃料元件軸心將乏燃料元件旋轉(zhuǎn)I度；
[0031](四)不斷重復(fù)步驟(二)和步驟(三)，直至旋轉(zhuǎn)到180度，獲得180幅乏燃料元件二維成像；其間，每次引入的中子束流的參數(shù)以及曝光時(shí)間均相同；
[0032](五)在每一幅乏燃料元件二維成像附近的相同位置選取尺寸相同的曝光區(qū)域作為該二維成像的數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域；
[0033](六)將所得的各幅乏燃料元件二維成像由中子轉(zhuǎn)換屏轉(zhuǎn)移至數(shù)字成像板，然后通過讀取裝置對數(shù)字成像板進(jìn)行掃描，獲取各幅乏燃料元件二維成像的檢測信息；數(shù)字成像板采用通用公司產(chǎn)品，尺寸為20cmX40cm，型號(hào)為BAS IP MS 2040E ;讀取裝置采用通用公司產(chǎn)品，型號(hào)為FLA 7000 ；
[0034](七)通過對比各數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域的檢測信息對各幅乏燃料元件二維成像檢測信息進(jìn)行校正；
[0035](八)對校正后的各幅乏燃料元件二維成像檢測信息的暗場和明場進(jìn)行扣除，然后采用CT重建技術(shù)進(jìn)行乏燃料元件成像的三維重建，獲得乏燃料元件的三維成像；
[0036](九)通過對三維成像的分析完成乏燃料元件的無損檢測，具體分析步驟為:旋轉(zhuǎn)乏燃料元件的三維成像，觀察乏燃料元件芯塊碎片形貌、包殼破損狀態(tài)；提取乏燃料元件芯塊的三維成像，觀察芯塊內(nèi)部顆粒分布；提取乏燃料元件包殼存在氫聚部分的三維成像，分析包殼氫聚形態(tài)，并測量氫聚體積。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: (一)將中子轉(zhuǎn)換屏置于待檢測乏燃料元件后方； (二)在乏燃料元件前方引入中子束流，中子束流經(jīng)過乏燃料元件后使中子轉(zhuǎn)換屏曝光，獲得一幅乏燃料元件二維成像，曝光一段時(shí)間后，移去中子束流； (三)平移中子轉(zhuǎn)換屏以改變中子束流經(jīng)過乏燃料元件后在中子轉(zhuǎn)換屏上的投影位置，或者換一張中子轉(zhuǎn)換屏；同時(shí)保持乏燃料元件與中子轉(zhuǎn)換屏的距離不變；然后沿乏燃料元件軸心將乏燃料元件旋轉(zhuǎn)一定的角度； (四)不斷重復(fù)步驟(二)和步驟(三)，直至旋轉(zhuǎn)到180度，獲得多幅乏燃料元件二維成像；其間，每次引入的中子束流的參數(shù)以及曝光時(shí)間均相同，乏燃料元件每次旋轉(zhuǎn)的角度也相同； (五)在每一幅乏燃料元件二維成像附近的相同位置選取尺寸相同的曝光區(qū)域作為該二維成像的數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域； (六)將所得的各幅乏燃料元件二維成像由中子轉(zhuǎn)換屏轉(zhuǎn)移至數(shù)字成像板，然后通過讀取裝置對數(shù)字成像板進(jìn)行掃描，獲取各幅乏燃料元件二維成像的檢測信息； (七)通過對比各數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域的檢測信息對各幅乏燃料元件二維成像檢測信息進(jìn)行校正； (八)對校正后的各幅乏燃料元件二維成像檢測信息的暗場和明場進(jìn)行扣除，然后采用CT重建技術(shù)進(jìn)行乏燃料元件成像的三維重建，獲得乏燃料元件的三維成像； (九)通過對三維成像的分析完成乏燃料元件的無損檢測。2.如權(quán)利要求1所述的壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法，其特征在于:所述沿乏燃料元件軸心將乏燃料元件旋轉(zhuǎn)一定的角度為I度。3.如權(quán)利要求1所述的壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法，其特征在于:所述中子轉(zhuǎn)換屏為鏑屏。4.如權(quán)利要求1所述的壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法，其特征在于:在三維重建之前，對各幅乏燃料元件二維成像進(jìn)行截取，僅保留乏燃料元件二維成像區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種核材料檢測方法。為解決壓水堆乏燃料元件的無損檢測領(lǐng)域中尚沒有成熟的三維中子照相方法可供使用的問題，本發(fā)明提供了一種壓水堆乏燃料元件三維中子照相無損檢測方法。該方法包括以下步驟：一、放置中子轉(zhuǎn)換屏置；二、引入中子束流進(jìn)行二維成像；三、將乏燃料元件旋轉(zhuǎn)一定的角度；四、不斷重復(fù)步驟二、三，直至旋轉(zhuǎn)到180度，獲得多幅二維成像；五、選取數(shù)據(jù)校正參考區(qū)域；六、通過數(shù)字成像板獲取二維成像的檢測信息；七、校正二維成像檢測信息；八、扣除暗場和明場后進(jìn)行三維重建；九、完成無損檢測。本發(fā)明的檢測方法能夠獲得清晰的壓水堆乏燃料元件三維成像，為我國壓水堆核燃料元件的質(zhì)量檢測與性能提升提供了有力保障。
【IPC分類】G21C17/10
【公開號(hào)】CN105161147
【申請?zhí)枴緾N201510431792
【發(fā)明人】陳東風(fēng), 劉蘊(yùn)韜, 魏國海, 韓松柏, 賀林峰, 武梅梅, 王洪立, 王雨, 孫凱
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月21日