СПОСОБ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ ТОПЛИВНОГО СТОЛБА, КОМПЛЕКТУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ В ТВЭЛЕ ГАММА-АБСОРБЦИОННЫМ И РЕНТГЕНОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ Российский патент 2023 года по МПК G21C17/06 

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов), в частности, в условиях конвейерного производства твэлов.

Известен способ контроля топливного столба гамма-абсорбционным методом, заключающийся в перемещении, с известной постоянной скоростью, твэла через два ортогональных измерительных канала, содержащих источники гамма-излучения, коллиматоры и датчики мощности гамма-излучения.

По скорости счета импульсов на выходе датчиков, после проведения соответствующей градуировки, судят о величине зазоров и идентифицируют комплектующие и их положение в координатах твэла.

Данный метод имеет следующие недостатки:

- сложность идентификации комплектующих твэла;

- сложность обнаружения сколов топливных таблеток, которые воспринимаются как увеличенный зазор;

- сложность работы с высокофоновым топливом, так как фоновое излучение имеет ту же природу, что и источники гамма-абсорбционного канала контроля, что приводит к существенному увеличению порога чувствительности по минимальному зазору.

Для неактивного топлива разрешающая способность по зазору составляет 0,05 - 0,1 мм.

Широко известен метод рентгеноскопического контроля, заключающийся в перемещении объекта контроля между рентгеновской трубкой и приемной матрицей рентгеновского излучения. Данный метод при контроле твэлов имеет следующие преимущества:

- высокая надежность идентификации комплектующих;

- возможность определения сколов топливных таблеток;

- нечувствительность к фоновому излучению топливного столба;

- высокая достоверность определения предельных единичных зазоров (≥0,3 мм).

К недостаткам рентгеноскопического метода при контроле твэлов следует отнести достаточно большой порог чувствительности при контроле единичных зазоров (≥0,25 мм), (см. например, Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2, под ред. Ф.Г. Решетникова. - М.: Энергоатомиздат, 1995).

Целесообразным является объединение (комплексирование) двух методов контроля для высокофонового топлива с целью максимальной реализации преимуществ каждого из них и получения при этом синергетического эффекта при контроле твэлов.

Известно устройство для радиационного контроля плотности стержневых твэлов со спиралью, содержащее источник излучения, детектор, средство перемещения с держателем твэла, блок управления, электрически связанный с детектором и средством перемещения, при этом оно дополнительно содержит датчик положения спирали твэла и двигатель поворота держателя твэла, подключенные к блоку управления, а средство ориентации твэла выполнено в виде двух соосных втулок, установленных с противоположных сторон от оси источник - детектор, причем ось втулок перпендикулярна оси источник -детектор» (А.с. СССР №SU 1163747 А1-Заявка№3712842 от 22.03.1984, МПК: G21C 17/06-прототип).

Твэл закрепляется в поворотном держателе за торцевую часть и, при помощи устройства линейного перемещения, вводится в зазор между источником гамма - излучения и детектором. Перед каждым измерением ориентации при помощи датчика определяется положение проволоки и поворотным держателем твэл доворачивается.

Недостатком данного устройства является сложность встраивания в существующую транспортную систему горизонтального типа с ведущими и прижимными роликами, а также прерывистый «покадровый» режим работы.

Задачей предложенного технического решения является упрощение проведения методов контроля и создание способа комплексирования результатов гамма-абсорбционного и рентгеноскопического методов контроля топливного столба.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе комплексирования результатов контроля твэла гамма-абсорбционным и рентгеноскопическим методами, заключающийся в управляемом перемещении твэла перпендикулярно осям контрольных каналов, регистрации скорости счета импульсов с выходов гамма-абсорбционных каналов, регистрации изображения с матрицы контроля рентгеновского излучения, согласно изобретению, между осями каналов гамма-абсорбционного и рентгеноскопического контроля устанавливают неизменное известное расстояние, затем, по каналам гамма-абсорбционного контроля определяют координаты и величины зазоров между топливными таблетками и отдельно координаты зазоров, близких к предельным, после чего, упомянутые координаты выводят на ось канала рентгеноскопического контроля, затем твэл останавливают в механизме перемещения и далее выполняют его поворот вокруг продольной оси с регистрацией изображения с выхода матрицы рентгеновского контроля, после чего по результатам гамма-абсорбционного контроля определяют суммарный зазор в топливном столбе, а по результатам рентгеноскопического контроля определяют наличие сколов топливных таблеток и их размер, предельные зазоры, наличие комплектующих твэла и их положение в связанной системе координат.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации способа комплексирования. На схеме обозначено:

1 - контролируемый твэл;

2 - блок продольного перемещения твэла;

3 - блок поворота твэла вокруг оси;

4 - источники гамма-излучения;

5 - коллиматоры излучения;

6 - датчики мощности гамма-излучения;

7 - трубка рентгеновская;

8 - коллиматор рентгеновской трубки;

9 - матрица приемная рентгеновского излучения;

10 - формирователи счетных импульсов;

11 - блок обработки информации (БО);

12 - блок управления (БУ);

13 - промышленный компьютер (ПК).

Предложенный способ может быть реализован на установке, имеющей следующую конструкцию.

Продольное перемещение твэла 1, с заданной скоростью и контролем текущей координаты твэла, обеспечивается блоками продольного перемещения твэла 2. Поворот твэла при необходимости осуществляется блоком поворота 3 твэла вокруг оси.

Каналы гамма-абсорбционного контроля устанавливаются в плоскости, перпендикулярной продольной оси твэла, под углом 90° друг к другу и содержат источники гамма-излучения 4, коллиматоры излучения 5, датчики мощности гамма-излучения 6.

Канал рентгеноскопического контроля содержит рентгеновскую трубку 7 с коллиматором 8 и матрицу приемную рентгеновского излучения 9. Ось измерения рентгеновской трубки перпендикулярна продольной оси контролируемого твэла 1.

Между плоскостью каналов гамма-абсорбционного контроля и осью рентгеновской трубки устанавливается неизменное известное расстояние, что позволяет, совместно с информацией от блоков перемещения, обеспечивать знание координаты твэла, в связанной с ним системе координат, в зоне как гамма-абсорбционного, так и рентгеноскопического контроля.

Калибровка выполняется путем управляемого перемещения через каналы контрольного образца твэла, содержащего модели топливных таблеток нормированного размера, выполненные из вольфрама, модели зазоров разного размера, выполненные из алюминия, при этом положение всех моделей комплектующих в связанной системе координат заранее известно. В процессе калибровки для гамма-абсорбционных каналов устанавливается функциональная зависимость скорости счета выходных импульсов измерителей мощности дозы гамма-излучения от толщины моделей зазоров, для рентгеноскопического канала - зависимость размеров изображения с приемной матрицы от размеров моделей зазоров.

Измерения параметров топливного столба твэла при помощи указанной установки могут быть выполнены следующим образом.

Твэл перемещают при помощи блоков продольного перемещения слева-направо, с постоянной известной заданной скоростью. По значению скорости счета с выходов датчиков гамма-излучения определяют координаты зазоров в топливных таблетках и их размеры, отдельно выделяют координаты зазоров вблизи или больше предельных размеров. При достижении координаты отмеченных зазоров оси рентгеноскопического канала, твэл останавливают, и выполняют поворот твэла вокруг продольной оси, с регистрацией изображения с приемной матрицы рентгеновского излучения. Определяют возможное наличие сколов топливных таблеток и их размеры и/или определяют предельное значение зазора между таблетками в данных координатах. После полного прохода твэла через канал рентгеноскопического контроля, по полученному изображению топливного столба, производят автоматическую идентификацию всех комплектующих и их положения в связанной системе координат.

Таким образом, при помощи гамма-абсорбционных каналов определяют единичные зазоры в топливном столбе и рассчитывают суммарный зазор, а при помощи рентгеноскопического канала выполняют контроль предельных зазоров, определяют наличие сколов топливных таблеток, проводят контроль наличия комплектующих и их положения в твэле.

Использование предложенного технического решения позволит упростить методы контроля твэла и создать способ комплексирования результатов гамма-абсорбционного и рентгеноскопического методов контроля топливного столба твэла, что даст возможность повысить эффективность контроля в целом.

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов). Способ комплексирования результатов контроля твэла гамма-абсорбционным и рентгеноскопическим методами заключается в управляемом перемещении твэла перпендикулярно осям контрольных каналов, регистрации скорости счета с выходов гамма-абсорбционных каналов, регистрации изображения с матрицы контроля рентгеновского излучения. Между осями каналов гамма-абсорбционного и рентгеноскопического контроля устанавливают неизменное известное расстояние, затем по каналам гамма-абсорбционного контроля определяют координаты и величины зазоров между топливными таблетками и отдельно координаты зазоров, близких к предельным. Твэл останавливают в механизме перемещения и далее выполняют его поворот вокруг продольной оси с регистрацией изображения с выхода матрицы рентгеновского контроля. По результатам гамма-абсорбционного контроля определяют суммарный зазор в топливном столбе. По результатам рентгеноскопического контроля определяют наличие сколов топливных таблеток и их размер. Изобретение позволяет повысить эффективность контроля твэла. 1 ил.

Способ комплексирования результатов контроля твэла гамма-абсорбционным и рентгеноскопическим методами, заключающийся в управляемом перемещении твэла перпендикулярно осям контрольных каналов, регистрации скорости счета с выходов гамма-абсорбционных каналов, регистрации изображения с матрицы контроля рентгеновского излучения, отличающийся тем, что между осями каналов гамма-абсорбционного и рентгеноскопического контроля устанавливают неизменное известное расстояние, затем по каналам гамма-абсорбционного контроля определяют координаты и величины зазоров между топливными таблетками и отдельно координаты зазоров, близких к предельным, после чего упомянутые координаты выводят на ось канала рентгеноскопического контроля, затем твэл останавливают в механизме перемещения и далее выполняют его поворот вокруг продольной оси с регистрацией изображения с выхода матрицы рентгеновского контроля, после чего по результатам гамма-абсорбционного контроля определяют суммарный зазор в топливном столбе, а по результатам рентгеноскопического контроля определяют наличие сколов топливных таблеток и их размер, предельные зазоры, наличие комплектующих твэла и их положение в связанной системе координат.