[发明专利]一种核燃料棒有源检测系统及方法

说明书

本发明涉及一种核燃料棒有源检测系统，包括中子源、慢化屏蔽体、闪烁体探测器阵列、多路核电子学及数据采集系统、计算机软件系统、上下料架以及自动化控制系统，所述中子源置于慢化屏蔽体内，并设置在闪烁体探测器阵列前端，所述闪烁体探测器阵列位于燃料棒活化后的燃料棒检测通道上，用于探测经中子源活化的燃料棒自身发射的γ射线，每条通道探测器阵列中探测器的个数多于6只，探测器晶体上设置用于燃料棒通过的孔道。本发明可以使用长半衰期的中子源，使有源检测系统在全寿期内不需要更换放射源；或可以延长以往有源设备内装入的²⁵²Cf中子源的使用时间，减少换源次数，节省设备运行成本。

技术领域

本发明属于核燃料棒无损检测技术，具体涉及一种核燃料棒有源检测系统及方法。

背景技术

核燃料棒是反应堆释放热量的单元体,是反应堆的核心部件。核燃料棒在反应堆运行时处于强中子场中，要经受高温、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。核燃料棒中芯块的丰度、表面硼涂覆层厚度或钆含量等制造特征与设计数值不一致将会造成堆芯反应性偏离预期，增加了反应堆的控制难度，影响反应堆运行。因此，必须在燃料棒组装完成后、装入燃料组件前对其内部装入的所有芯块进行100％的丰度、表面硼涂覆层厚度或钆含量等制造特征的检查。

前一代有源燃料棒丰度检查装置一般使用0.3～1.2mg的²⁵²Cf中子源对燃料棒进行活化后，通过2-4只带孔的闪烁体探测器探测燃料棒内²³⁵U或其它易裂变材料活化产物发射的γ射线特征来推算燃料棒内芯块的相关制造特征参数。

由于²⁵²Cf的半衰期为2.7年，装入1.2mg ²⁵²Cf中子源的设备在经过不到两个半衰期的时间(小于5年)后，由于中子产额下降，导致设备对燃料棒检测能力降低，难以满足检测需求，此时就需要新购²⁵²Cf中子源以提高设备的检测能力，而²⁵²Cf中子源国内尚不能生产，需要从俄罗斯、美国进口，价格昂贵，导致燃料棒生产的成本居高不下。

因此，需要一种新的核燃料棒有源检测系统，其所使用的中子源有较长的半衰期或者能充分利用²⁵²Cf中子源，延长其使用周期。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的之一是提供一种核燃料棒有源检测系统，可以使用长半衰期的中子源，使有源检测系统在全寿期内不需要更换放射源；或可以延长以往有源设备内装入的²⁵²Cf中子源的使用时间，减少换源次数，节省设备运行成本。

另外，本发明的另一目的是要针对上述核燃料棒有源检测系统提供检测方法，实现燃料棒丰度、芯块表面硼涂覆层厚度或内部钆含量的检测。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种核燃料棒有源检测系统，包括中子源、慢化屏蔽体、闪烁体探测器阵列、多路核电子学及数据采集系统、计算机软件系统、上下料架以及自动化控制系统，所述中子源置于慢化屏蔽体内，并设置在闪烁体探测器阵列前端，所述闪烁体探测器阵列位于活化后的燃料棒检测通道上，用于探测经中子源活化的燃料棒自身发射的γ射线，每条通道探测器阵列中探测器多于6只，探测器晶体上设置用于燃料棒通过的孔道。

进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的具体实施方案，所述中子源为一枚或多枚中子源按一定空间结构排列，用于提供燃料棒活化用的中子；所述中子源的发射率低于7×10⁸/s，包括但不限于镅铍、钚铍、镭铍、²⁵²Cf等中子源。

进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述探测器阵列中相邻探测器之间用屏蔽材料隔开。

进一步地，根据本发明核燃料棒有源检测系统的一个实施方案，所述探测器阵列可以为高度集成化结构，根据空间大小沿燃料棒检测通道尽可能多地布置探测器。