一种无源高速核燃料棒富集度检测设备及其检测方法

技术领域

本发明属于富集度检测领域，具体涉及一种无源高速核燃料棒富集度检测设备及其检测方法。

背景技术

目前核电事业处于快速发展阶段，对燃料元件的需求不断增加，随之需要燃料元件生产厂生产更多的燃料棒。同时根据核电厂反应堆堆型的不同，所需要的燃料棒规格也就不同。燃料棒生产厂为了保证各种型号的燃料棒均达到相应的技术标准，确保核电厂反应堆运行安全，必须对每一根燃料棒进行检测。

核燃料棒中的芯块U

目前使用的有源(中子源)检测设备，因为使用较强的中子源，对生产环境提出更高的特殊要求。同时中子源一般是使用Cf-252裂变中子源，其半衰期只有2.5年，需要两三年就要更换，给生产带来很大的不便，也需要花费更多的更换维护资金。

即现有技术中的有源检测方法造价昂贵且存在较大的安全隐患，而传统的无源检测方法虽然安全可靠，但其检测速度极慢，无法满足当下核燃料棒生产企业检测需求，因此，尽快发展一种无需中子源的无源燃料棒高速伽马扫描设备是目前急需的。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无源高速核燃料棒富集度检测设备及其检测方法，能够直观快捷地显示出测量棒的富集度分布情况，并据此锁定异常芯块位置，能够大幅度提升核燃料棒富集度检测速度与精度，降低设备成本和维护成本，提高燃料棒的安全性。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，一种无源高速核燃料棒富集度检测设备，所述设备包括多组串接的探测器阵列与数据处理单元，多组探测器阵列均设置于固定架上，并且多组探测器阵列的中心对齐；

每组探测器阵列包括屏蔽体及若干个异形伽马射线探测器，若干个异形伽马射线探测器呈环形均匀排列布置在屏蔽体四周，屏蔽体中心中空形成中空通道，以用于待测燃料棒平稳穿过每组探测器阵列中心，所述屏蔽体用于对异形伽马射线探测器进行固定屏蔽外界；

干扰所述数据处理单元用于接收和处理各组探测器阵列输出的测量结果。

进一步，在所述屏蔽体的四周均设置若干固定孔，固定孔的数量和形状均与异形伽马射线探测器的数量和形状相匹配。

进一步，所述异形伽马射线探测器包括异形体和圆柱体，异形体与圆柱体的底面相连，异形体上设置了两个倾角，两个倾角的设置使异形体的中部形成了突出于异形体的凸起，在所述屏蔽体的固定孔中设置与所述异形伽马射线探测器形状相匹配的定位槽及凸台，以对异形伽马射线探测器进行前向限位和后向限位。

进一步，在所述异形体纵轴方向上设置由两个倾角形成的凸起。

进一步，在所述异形体横轴方向上设置由两个倾角形成的凸起。

进一步，由两个倾角形成的凸起的高度高于圆柱体的半径。

进一步，所述异形伽马射线探测器包括异形NaI闪烁体探测器。

第二方面，一种无源高速核燃料棒富集度检测方法，所述方法采用如本发明第一方面及其任一可选实施方式所述的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备进行富集度检测，所述方法包括以下步骤：

S1、通过多组串连探测器阵列扫描高速移动的核燃料棒，分别记录核燃料棒穿过各组阵列所花时间内各时刻的目标能量信号计数率；

S2、将燃料棒穿过各组阵列探测器的时间归算于同一时间域，叠加所有阵列各时刻计数率；

S3、统计叠加后各时刻计数率的分布，并对其采用高斯拟合，将拟合均值参数作为燃料棒相对平均富集度大小，根据拟合均值与富集度的函数关系，确定燃料棒实际平均富集度大小；

S4、通过将处理后的各组探测器阵列探测结果分别与标准时频图阈值进行比较以识别异常芯块。

进一步，步骤S4包括以下子步骤：

S41、将各组探测器阵列分成各检测单元，各检测单元之间的检测结果相互独立；

S42、对各检测单元的叠加计数率进行小波变换，得到小波基系数矩阵，并过滤其高频部分，得到相应的时频图，对过滤后的小波基系数矩阵进行小波逆变换，得到相应时间域信息；

S43、将得到的各检测单元的时频图与标准时频图阈值进行比较，以识别异常芯块所在位置，并根据小波逆变换得到的时间域信息确定异常芯块富集度偏差。

进一步，步骤S43中在所有检测单元中，若时频图中存在大于标准时频图阈值的时频信息，即对应检测单元中存在异常芯块，根据燃料棒的长度与移动速度，将异常时间信息转换为位置信息，以识别异常芯块所在位置。

本发明的有益技术效果在于：在γ能谱检测方法的基础上，对其进行优化，在满足检测指标前提下，大幅度提高检测速度，其思想是通过特殊结构探测器阵列扫描高速移动燃料棒，记录

附图说明

图1为本发明实施例一示出的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备的结构示意图；

图2为本发明实施例一示出的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备中单组探测器阵列的爆炸图；

图3为本发明实施例一示出的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备中探测器的立体图；

图4为本发明实施例一示出的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备中探测器的纵向剖面图；

图5为本发明实施例一示出的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备中探测器的俯视图；

图6为本发明实施例一示出的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备中探测器的左视图；

图7为采用本发明实施例二示出的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备进行燃料棒富集度检测的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供一种无源高速核燃料棒富集度检测设备，包括多组串接的探测器阵列与数据处理单元，多组探测器阵列均设置于固定架上，并且多组探测器阵列的中心对齐。如图2所示，其中每组探测器阵列包括屏蔽体及若干个异形伽马射线探测器，若干个异形伽马射线探测器呈环形均匀排列布置在屏蔽体四周，屏蔽体中心中空形成中空通道，以用于燃料棒平稳穿过每组探测器阵列中心。屏蔽体的设置能够提高探测器的探测性能，并且对探测器进行固定。异形伽马射线探测器包括异形NaI闪烁体探测器。

为了确保若干个异形伽马射线探测器稳定的固定在屏蔽体上，在屏蔽体的四周均设置了若干固定孔，固定孔的数量和形状均与异形伽马射线探测器的数量和形状相匹配。

如图3-6所示，异形伽马射线探测器包括异形体和圆柱体，异形体与圆柱体的底面相连，异形体上设置了两个倾角，两个倾角的设置使异形体的中部形成了突出于异形体的凸起。相应的，在屏蔽体的固定孔中设置与异形伽马射线探测器形状相匹配的定位槽及凸台，以对异形伽马射线探测器进行前向限位和后向限位，防止异形伽马射线探测器延伸至屏蔽体中心的中空通道或者脱离屏蔽体的固定孔。上述结构确保了异形伽马射线探测器与屏蔽体的稳固连接，进而确保了异形伽马射线探测器采集信号的稳定性。

探测器阵列中探测器的数量可根据检测精度需求进行匹配，在本实施例中以每组探测器阵列包括6个探测器为例进行举例说明，事实上对此不作限定，可以通过增加各探测器阵列中探测器数目来提高检测效率。

数据处理单元用于接收和处理各探测器阵列输出的测量结果，核燃料棒包括多个大小相同且沿着核燃料棒轴向方向均匀布置的圆柱形芯块，测量时核燃料棒在移动轨道的辅助下以2m/min～8m/min连续可调的速度匀速经过每组探测器阵列的中空通道，燃料棒穿过所有探测器阵列的时间即为燃料棒的检测时间。

实施例二

图7所示，本发明实施例提供一种无源高速核燃料棒富集度检测方法，所述方法采用如本发明实施一及其任一可选实施方式所述的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备进行富集度检测，所述方法包括以下步骤：

S1、通过多组串连探测器阵列扫描高速移动的核燃料棒，分别记录燃料棒穿过各组阵列所花时间内各时刻的目标能量信号计数率。

不同于有源检测方法，该检测设备只需测量

S2、将燃料棒穿过各组阵列探测器的时间归算于同一时间域，叠加所有阵列各时刻计数率。

S3、统计叠加后计数率的分布，并对其采用高斯拟合，将拟合均值参数作为燃料棒相对平均富集度大小，根据拟合均值与富集度的函数关系，确定燃料棒实际平均富集度大小。

拟合均值与富集度的函数关系为事先通过实验标定得到。

S4、通过将处理后的各组探测器阵列探测结果与标准时频图阈值进行比较以识别异常芯块。

步骤S4包括以下子步骤：

S41、将各组探测器阵列分成各检测单元，各检测单元之间的检测结果相互独立。

S42、对各检测单元的叠加计数率进行小波变换，得到小波基系数矩阵，并过滤其高频部分，得到相应的时频图，对过滤后的小波基系数矩阵进行小波逆变换，得到相应时间域信息。

S43、将得到的时频图与标准时频图阈值进行比较，以识别异常芯块所在位置，并根据小波逆变换得到的时间域信息确定异常芯块富集度偏差。

在所有检测单元中，若时频图中存在大于标准时频图阈值，即可说明存在异常芯块，根据燃料棒的长度与移动速度，可将异常时间信息转换为位置信息，并根据小波逆变换得到的时间域信息确定异常芯块富集度偏差。

通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种无源高速核燃料棒富集度检测设备及其检测方法，基于发现计数率与富集度存在一一对应的函数关系，根据计数率信息计算核燃料棒的富集度，基于燃料棒移动测量时，不同时刻的测量量与位置信息的对应关系，通过将各检测单元检测结果与标准时频图阈值进行对比，以非常直观、快捷的方式显示出测量棒的富集度分布情况，并据此锁定异常芯块位置。

本发明所述的设备及方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。