一种核燃料棒PuO2丰度在线检测方法及系统

技术领域

本发明具体涉及一种核燃料棒PuO

背景技术

MOX(metal oxide，金属氧化物)核燃料为UO

典型的MOX核燃料棒1(如图1所示)由密封燃料棒的上端塞2、下端塞8、包壳(45)管4，结构件弹簧3、垫块6，容纳裂变气体的空腔7以及MOX芯块9和贫铀芯块5组成。同一根MOX燃料棒中一般装有三到五种不同PuO

MOX核燃料棒中最关键的质量控制要求是核燃料棒内排列的每个MOX芯块的PuO

为了保证装载完成的MOX燃料棒中每个MOX芯块的排布序列和PuO

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种核燃料棒PuO

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种核燃料棒PuO

PuO

信号采集处理单元接收PuO

可选地，信号采集处理单元还计算所述第一脉冲计数值与待检核燃料棒内待测芯块对应的基体芯块所对应的脉冲计数值的差值，设其为待测脉冲差值，并根据其内存储的脉冲差值与PuO

可选地，还包括：

PuO

信号采集处理单元依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

可选地，还包括：

PuO

信号采集处理单元依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

本发明还提供一种核燃料棒PuO

PuO

信号采集处理单元用于接收PuO

可选地，所述信号采集处理单元还用于计算所述第一脉冲计数值与待检核燃料棒内待测芯块对应的基体芯块所对应的脉冲计数值的差值，设其为待测脉冲差值，并根据其内存储的脉冲差值与PuO

可选地，PuO

信号采集处理单元还用于依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

可选地，PuO

信号采集处理单元还用于依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

可选地，还包括驱动装置，

所述驱动装置用于驱动待检核燃料棒通过PuO

多个基体芯块设于多个第一标准核燃料棒中，驱动装置还用于驱动多个第一标准核燃料棒依次通过PuO

或，多个基体芯块设于同一根第一标准核燃料棒中，且沿第一标准核燃料棒的长度方向依次排列，驱动装置还用于驱动第一标准核燃料棒通过PuO

多个异样芯块设于多个第二标准核燃料棒中，驱动装置还用于驱动多个第二标准核燃料棒依次通过PuO

或，多个异样芯块设于同一根第二标准核燃料棒中，且沿第二标准核燃料棒的长度方向依次排列，驱动装置还用于驱动第二标准核燃料棒通过PuO

可选地，所述PuO

所述准直体上开设有检测通孔和准直缝，所述检测通孔用于供核燃料棒穿过，所述准直缝的一端与检测通孔相通，另一端延伸至准直体与探测器本体的相接处；

所述探测器本体用于探测核燃料棒中MOX芯块内PuO

所述核燃料棒的直径为6mm，所述检测通孔的孔径为7-12mm，所述准直缝的长为8-16mm，宽为5.5-6mm，高为20-40mm。

可选地，所述探测器本体包括闪烁体和光电转换器，

所述闪烁体与准直体相连，用于探测核燃料棒相应MOX芯块内PuO

所述光电转换器与闪烁体远离准直缝的一端相连，用于将γ射线信号转换为电信号输出。

可选地，所述探测器本体还包括包壳，

所述闪烁体和光电转换器均设于包壳中，所述包壳的内壁与闪烁体之间设有反光材料层。

可选地，所述准直体与探测器本体的相接处开设有安装槽，所述安装槽用于安装探测器本体。

可选地，还包括导向机构，所述导向机构设于驱动辊组件和核燃料棒PuO

可选地，还包括读码器，所述读码器设于核燃料棒周边，所述读码器与信号采集处理单元电连接，用于获取核燃料棒的身份信息并传输给信号采集处理单元。

可选地，还包括传感器，所述传感器包括感应器和感应片，

所述感应片设于核燃料棒上，

所述感应器设于核燃料棒周边并靠近核燃料棒PuO

所述驱动装置驱动核燃料棒运行至感应片与感应器对应时触发所述感应器，以使感应器获取核燃料棒的位置信息并传输给信号采集处理单元。

本发明的待测对象的核素组成复杂，芯块中含有Pu、241Am、U等多种放射性元素核素，且各元素含量之间没有关联性。为了保证检测效率，只能采用分辨率较差的闪烁体探测器。但实践表明，经过探测器对能谱的展宽后，241Am、U的特征伽马谱会与Pu同位素的特征γ射线叠加在一起导致无法区分。由此，申请人只能依据MOX芯块的理论成分，通过理论模拟出MOX芯块的射线被闪烁体探测器探测后的能谱图像，以确定合适的能量峰作为探测对象。再通过实践摸索和理论计算，最终确定85keV-129keV和284-464keV区间内的计数只与239Pu的含量有关，与241Am、U完全无关，可以排除掉241Am、U含量变化带来的计数影响。因此，最终85keV-129keV和284-464keV是比较合适的能量峰区间，可以准确的建立Pu含量和计数值之间的关系。实践表明，本发明的单个探测器对MOX核燃料棒(PuO

附图说明

图1为MOX核燃料棒的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的核燃料棒无源在线检测系统除信号采集处理单元的结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的核燃料棒无源在线检测系统中信号采集处理单元的组成及连接关系图；

图4为图2中的A-A剖面图；

图5为图2中的B-B剖面图；

图6为本发明得到的核燃料棒MOX芯块释放γ射线能谱图；

图7为本发明得到的85keV-129keV区间的γ射线强度与PuO

图8为本发明得到的284keV-464keV区间的γ射线强度与PuO

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种核燃料棒PuO

PuO

信号采集处理单元接收PuO

本发明还提供一种核燃料棒PuO

PuO

信号采集处理单元用于接收PuO

实施例1：

本实施例提供一种核燃料棒PuO

PuO

信号采集处理单元接收PuO

本发明的难点在于：本项目的待测对象的核素组成复杂，芯块中含有Pu、241Am、U等多种放射性元素核素，且各元素含量之间没有关联性。为了保证检测效率，本发明只能采用分辨率较差的闪烁体探测器。但实践表明，经过探测器对能谱的展宽后，241Am、U的特征伽马谱会与Pu同位素的特征γ射线叠加在一起导致无法区分。由此，申请人只能依据MOX芯块的理论成分，通过理论模拟出MOX芯块的射线被闪烁体探测器探测后的能谱图像，如图6所示，以确定合适的能量峰作为探测对象。再通过实践摸索和理论计算，最终确定85keV-129keV和284-464keV区间内的计数只与239Pu的含量有关，与241Am、U完全无关，可以排除掉241Am、U含量变化带来的计数影响。因此，最终85keV-129keV和284keV-464keV是比较合适的能量峰区间，可以准确的建立Pu含量和计数值之间的关系。实践表明，本发明的单个探测器对MOX核燃料棒(PuO

本实施例中，信号采集处理单元还计算所述第一脉冲计数值与待检核燃料棒内待测芯块对应的基体芯块所对应的脉冲计数值的差值，设其为待测脉冲差值，并根据其内存储的脉冲差值与PuO

本实施例的检测方法还包括：

PuO

信号采集处理单元依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

本实施例中，能量在85keV-129keV区间内的脉冲计数值与PuO

本实施例的检测方法还包括：

PuO

信号采集处理单元依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

可见，本发明的检测方法完整、实用，可结合MOX核燃料棒生产线的实际情况进行结构设计，并易于实现。

实施例2：

本实施例提供一种核燃料棒PuO

PuO

信号采集处理单元用于接收PuO

本实施例中，信号采集处理单元还用于计算所述第一脉冲计数值与待检核燃料棒内待测芯块对应的基体芯块所对应的脉冲计数值的差值，设其为待测脉冲差值，并根据其内存储的脉冲差值与PuO

本实施例中，PuO

信号采集处理单元还用于依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

本实施例中，PuO

信号采集处理单元还用于依次接收PuO

E

E

C

a

经线性拟合得到a

本实施例中，还包括驱动装置，

驱动装置用于驱动待检核燃料棒通过PuO

多个基体芯块设于多个第一标准核燃料棒中，驱动装置还用于驱动多个第一标准核燃料棒依次通过PuO

或，多个基体芯块设于同一根第一标准核燃料棒中，且沿第一标准核燃料棒的长度方向依次排列，驱动装置还用于驱动第一标准核燃料棒通过PuO

多个异样芯块设于多个第二标准核燃料棒中，驱动装置还用于驱动多个第二标准核燃料棒依次通过PuO

或，多个异样芯块设于同一根第二标准核燃料棒中，且沿第二标准核燃料棒的长度方向依次排列，驱动装置还用于驱动第二标准核燃料棒通过PuO

本实施例中，如图4和图5所示，PuO

准直体44上开设有检测通孔441和准直缝442，检测通孔441用于供核燃料棒穿过，准直缝442的一端与检测通孔441相通，另一端延伸至准直体44与探测器本体的相接处；

探测器本体用于探测核燃料棒中MOX芯块内PuO

准直缝尺寸必须与核燃料芯块尺寸和MOX芯块的PuO

本实施例中，经实践摸索和理论计算，核燃料棒的直径为6mm，检测通孔441的孔径为7-12mm，准直缝的长为8-16mm，宽为5.5-6mm，高为20-40mm。

本实施例的核燃料棒PuO

驱动装置包括至少一组驱动辊组件，驱动辊组件包括两个驱动辊，两个驱动辊均设于PuO

本实施例中，驱动辊组件包括两组，具体为前端驱动组件10和后端驱动组件11，两组驱动辊组件分设于PuO

本实施例中，导向机构15设有两个，两个导向机构15分设于PuO

本实施例中，读码器12设于核燃料棒径向方向的一侧，读码器12与信号采集处理单元电连接，读码器12用于获取进入PuO

本实施例中，传感器包括感应器13和感应片，感应片设于核燃料棒上，感应器13设于核燃料棒周边并靠近PuO

驱动装置驱动核燃料棒运行至感应片与感应器13对应时触发所述感应器13，以使感应器13获取核燃料棒的位置信息并传输给信号采集处理单元。具体地，当感应片与检测通孔441入口处的感应器13触发时，信号采集处理单元获取核燃料棒到达检测开始位置的信息，进而控制PuO

此外，在图1基础上通过增加核燃料棒1的上下料机构、自动分选机构，即可在生产线上配合不同的生产岗位完成自动在线测量。

为了满足生核燃料棒产线上更高检测速度的要求，每组可以采用多个探测器本体串联或并联在一起同时测量，每组探测器本体的多个探测器本体在准直体44上沿检测通孔441的周向方向间隔布置。由此，可实现核燃料棒1中某个MOX芯块不同位置PuO

为实现同一根第一标准核燃料棒上多个基体芯块或同一根第二标准核燃料棒上多个异样芯块(尤其是基体芯块和异样芯块)的快速检测，可以在准直体44上沿核燃料棒长度方向依次设置多组探测器本体。

本实施例中，探测器本体包括包壳45(材料为不锈钢)，以及包裹于包壳45内的闪烁体41和光电转换器42，光电转换器42连接于闪烁体41远离准直缝442的一端，闪烁体41用于探测核燃料棒内Pu元素发射的γ射线，闪烁体材料选自NaI(Tl)闪烁晶体、CsI(Tl)闪烁晶体、LaBr

此外，包壳45的内壁与闪烁体41对应的位置设有反光材料层43，用于提高光信号的收集效率。

本实施例中，准直体44与探测器本体对应的位置朝向准直体44内凹陷形成用于安装探测器本体的安装槽，以使包壳45部分嵌入在准直材料44的内部，以便于包壳45的安装定位。如果选用多个探测器本体串联或并联在一起同时测量，安装槽的槽深大于或等于闪烁体41沿检测通孔441径向方向的高度，从而最大程度屏蔽准直体44上其他探测器本体的闪烁体对该探测器本体的影响。

信号采集处理单元用于将PuO

通过理论计算获得的能谱分为四个峰段：41.1keV-82.0keV、85keV-129keV、134keV-212keV、284keV-464keV，如图6所示。多道脉冲幅度分析器52用于得到核燃料棒MOX芯块释放γ射线能谱图。

单道脉冲幅度分析器53主要用于选定核燃料棒MOX芯块中Pu元素释放γ射线特征峰独立的能量区域。为了避开核燃料棒芯块中放射性杂质和环境本底的辐射干扰影响，将有用数据传输给数据采集卡，能区选择范围定为284keV-464keV或85keV-129keV。单道脉冲幅度分析器53以该能量范围设置上下阈值(上下阈值可以通过脉冲幅度分析仪直接调节得到)。其主要包括上阈值甄别器、下阈值甄别器和异或门逻辑电路组成。

上甄别器将相应电压信号中各脉冲值与预设的上阈值进行比较，高于上阈值输出高电平信号，低于上阈值输出低电平信号；下甄别器将相应电压信号中各脉冲值与预设的下阈值进行比较，高于下阈值输出高电平信号，低于下阈值输出低电平信号；异或门电路对上阈值甄别器输出和下阈值甄别器输出进行异或处理，得到TTL电平输出。

数据采集卡54采集相应甄别后的数字电平信号中的脉冲个数，并将计数值通过计算机接口55发送给计算机56。

计算机56实施在线测量的核心内容是对采集信号进行计算和/或处理，并对结果实施图形显示，以方便生产线了解核燃料棒1内的核燃料芯块装载情况。计算机56是整个在线检测装置非常重要的组成部分，通过将数据采集卡54传输过来的信号进行数据分析、处理，给出核燃料棒1不同MOX芯块段的PuO

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。