[发明专利]一种压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种核材料检测设备，具体涉及一种压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置。

背景技术

在核工业领域，为实现压水堆核燃料元件的质量控制，需要对相应的乏燃料元件进行检测。然而，由于压水堆乏燃料元件具有强放射性，因此一般的检测技术无法应用于其检测。

中子照相技术作为一种先进的无损检测技术被广泛应用于工业领域，具有检测速度快、结果准确、可靠性高等诸多优点。然而压水堆乏燃料元件本身的强放射性会对中子照相产生严重干扰，导致根本无法获取检测成像，因此传统的中子照相技术无法直接应用于乏燃料元件的检测。

为此，当前的压水堆乏燃料元件中子照相技术采用间接成像方法，以中子转换屏将成像信息转换出来，从而实现乏燃料元件的定性检测，能够获得乏燃料元件芯块开裂、包壳破损、包壳氢聚等缺陷信息。然而，该方法目前仅能完成乏燃料元件的二维检测成像，因此无法获得乏燃料元件芯块碎片形貌、芯块内部颗粒分布、包壳破损状态等缺陷的三维信息。

由于上述缺陷三维信息的获取依赖于乏燃料元件的三维检测成像，但由于目前尚没有成熟的三维检测成像装置可供使用，现有的CT装置也由于种种问题而完全无法适用于乏燃料元件的三维检测成像，因此若要实现压水堆乏燃料元件的三维无损检测，就需要开发一种新的成像装置。

发明内容

为实现压水堆乏燃料元件的三维无损检测，本发明提供了一种压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置。

该装置包括乏燃料元件运动控制装置和转换屏曝光装置；所述乏燃料元件运动控制装置包括乏燃料元件运动控制器和屏蔽外壳，所述乏燃料元件运动控制器包括乏燃料元件转动电机和乏燃料元件垂直移动电机；所述转换屏曝光装置包括中子转换屏、中子转换屏通道、中子束流通道和中子转换屏运动控制器；所述中子转换屏运动控制器包括中子转换屏运动电机，中子转换屏运动电机通过连杆与中子转换屏相连接，在中子转换屏运动控制器的控制下实现中子转换屏在中子转换屏通道中的移动；所述中子束流通道用于中子束流的引入，中子束流通道与中子转换屏通道相连通；中子束流通道上还开有乏燃料元件入口；中子转换屏通道和中子束流通道内壁表面敷设有金属钆。

所述乏燃料元件转动电机和乏燃料元件垂直移动电机均采用伺服电机为优选。

所述中子转换屏运动电机采用伺服电机为优选。

本发明的压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置的设计采用了CT重建技术和中子照相间接成像方法，可以通过自动操作获取的连续多张二维检测成像进行压水堆乏燃料元件的三维数据重建，避免了乏燃料元件本身的放射性对检测成像的影响。

对于CT重建技术来说，其三维数据重建的主要难点之一在于应确保每个乏燃料元件二维检测成像精确同轴，否则根本无法重建出清晰的三维检测成像。为确保二维检测成像同轴，本发明采用了燃料元件运动控制器和中子转换屏运动控制器分别对燃料元件的旋转和中子转换屏的移动进行精确控制，确保了运动控制方面的精确性。

然而实际应用中发现，仅实现运动方面的精确控制尚不足以重建出清晰的三维检测成像。经研究，在中子照相间接成像过程中，中子束流中的中子会发生较为明显的散射，散射的中子会导致二维检测成像的成像区边缘模糊，因此在成像区截取的过程中会影响到截取位置的准确性，进而影响二维检测成像的精确同轴。为此，本发明创造性的采用了在中子转换屏通道和中子束流通道内壁表面敷设金属钆的方法，利用金属钆对中子的强吸收性能吸收掉散射的中子，从而解决了二维检测成像的成像区边缘模糊的问题，确保了每个乏燃料元件二维检测成像的精确同轴。

综上所述，本发明的压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置实现了压水堆乏燃料元件的三维无损检测，通过对获取的乏燃料元件三维检测成像进行分析可获得乏燃料元件芯块碎片形貌、芯块内部颗粒分布、包壳破损状态等缺陷的完整检测信息，极大的扩展了压水堆乏燃料元件的无损检测信息量，为我国压水堆核燃料元件的质量检测与性能提升提供了有力保障。

附图说明

图1本发明的压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置结构示意图。

图2转换屏曝光装置内部结构示意图(俯视)。

附图标记：1.乏燃料元件运动控制装置，2.转换屏曝光装置，3.屏蔽外壳，4.乏燃料元件运动控制器，5.乏燃料元件，6.中子转换屏，7.中子束流通道，8.金属钆，9.乏燃料元件入口位置投影，10.中子转换屏通道，11.中子转换屏运动控制器，12.金属钆。

具体实施方式