[发明专利]用于测量含有至少一种易裂变材料的基体中的各向异性的方法和相应设备

说明书

本申请要求此处其全部内容作为参考而被引用的、于2005年6月3日提交的美国临时专利申请60/687068以及于2005年5月25日提交的法国专利申请05/05276的优先权。

本发明涉及一种用于测量含有至少一种易裂变材料的基体(element)表面的区域的各向异性的方法，该方法包括步骤：

-传送光束到所述表面之上，以及

-将所述表面反射回的该光束传递到具有可修改分析方向的极化分析器中。

本发明尤其但并非排它地被用于控制高温核反应堆(HTR)或极高温核反应堆(VHTR)的核燃料的粒子。

此类粒子通常为球形，并且包括一个被密集并且多孔的高温炭和碳化硅的层包围的裂变芯。

这些粒子被用来嵌入石墨基体，以便能被反应堆采用。这些基体例如为卵形或圆柱形，有时被称作压坯(compacts)。

这些密集高温炭层的质量决定了反应堆中在其辐射期间粒子的寿命。在辐射时，高温炭往往变得各向异性，其产生由于碳化硅的层的破裂而导致的可破坏粒子的完整和均匀的应激状态。

因此，在生产粒子的操作结束时，其高温炭层必须尽可能各向同性，并且期望能够利用适于快速控制工业类型的工具控制其各向异性的程度。

US-3972619描述了一种允许测量此类粒子的高温炭层的各向异性的方法。在粒子的赤道面中的金相部分执行该测量。

一束单色极化光被传送到粒子的被分成多个部分的表面上。如果被该光束照亮的表面的区域不是各向同性，则当其被反射时，其会引起光束的轻微极化。引起入射光束的极化方向的转动，使得反射光束的极化方向振荡。

在反射光束已被传递到极化分析器中之后，通过测量由光度计检测的强度的振荡幅度确定振荡的幅度。修改极化分析器的分析方向，并且利用不同的分析方向执行振荡的幅度的测量。

基于这些不同的测量，计算表征由入射光束照亮的区域中的各向异性的参数。

这种方法需要相对复杂并且昂贵的设备，尤其由于存在大量光学设备和光度计。还发现该方法执行起来需要很长时间。

还考虑多种用于测量各向异性的方法，它们为非光学方法，而相反地基于一种涉及X光的衍射的技术。然而，这种方法对于本申请来说被认为是不可靠的，尤其由于所研究的粒子的球形缘故。

近年来，US-3956147提出了一种基于椭圆对称的方法。极化光束被成椭圆形地传送到粒子的金相部分上。然后，反射光束传入石英晶体中，接着在被引导到光电倍增管之前传入到起偏振器中，所述光电倍增管的输出信号被处理，以便从其中提取与各向异性有关的衰减系数。这种方法执行起来也是昂贵和复杂的。

由本发明提出的问题将通过提供一种用于测量各向异性的方法来克服，该方法执行起来可靠、快速并且需要一种价格比较低廉的设备。

为此，本发明涉及一种上述类型的测量方法，其特征在于，包括步骤：

-从极化分析器中传送光束到用于获得数字图像的设备，

-获得基体表面的区域的至少一种数字图像，以及

-处理所获得的数字图像以便测量各向异性。

根据特定实施例，考虑到隔离或根据所有技术上可能的组合，所述方法可包括一个或多个下列特征：

-所述方法包括步骤：

利用极化分析器的第一分析方向获得所述区域的第一图像，

利用极化分析器的第二分析方向获得所述区域的第二图像，以及

逐个像素地用第二图像除第一图像，以便形成测量区域的各向异性的制图图像；

-第一分析方向和第二分析方向基本上垂直；

-由于沿沉积方向通过材料的沉积至少部分地产生基体，第一方向基本垂直于接近于区域的沉积方向；

-在制图图像的至少一个窗口中计算像素值的均值；

-窗口对应于具有表面区域大于30μm²的表面的区域；

-所述方法包括步骤：

围绕反射的光束的传播方向，旋转极化分析器的分析方向360°，同时获得区域的数字图像，

针对每个像素，建立在转动分析方向期间所获得的最大和最小值，以及

利用作为每个像素的值的、所建立的最大值相对最小值的比，形成测量各向异性的制图图像；

-所传送的光束是一束非极化光；以及

-基体是高温反应堆的少量核燃料。

本发明还涉及用于执行上面定义的方法的设备，其特征在于，其包括：

用于将光束传送到含有至少一种易裂变材料的基体的表面上的光源，

具有可修改分析方向的、并且用于被所述表面反射的光束通过的极化分析器，