Устройство для контроля альфа-загрязнённости твэла и средства для его калибровки Российский патент 2023 года по МПК G21C17/06 

Изобретение относится к области контроля твэлов ядерных реакторов, изготовленных в виде труб, заполненных таблетками ядерного топлива, и может быть применено при создании способов и устройств по оценке работоспособности и точностных характеристик оборудования по производству ядерного топлива.

Известна установка для контроля характеристик топливного столба кольцевого тепловыделяющего элемента, содержащая расположенные в ряд блоки детектирования собственного гамма-излучения топливного столба и блоки детектирования гамма-излучения, прошедшего через топливный столб. Источник гамма-излучения закреплен на конце штанги, предназначенной для ввода в полость твэла. Механизм перемещения твэла выполнен с возможностью обеспечения поступательного перемещения твэла вдоль своей оси и включает механизм захвата и поворота твэла вокруг своей оси на 90 градусов. Два блока детектирования гамма-излучения расположены с противоположных сторон от оси перемещения твэла. Блок управления связан с блоками детектирования и с механизмом перемещения твэла. (Патент РФ на изобретение №2603017, Заявка: 2015125655/07 от 29.06.2015, МПК: G21C 17/06, G01N 9/24).

Известен способ автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов и устройство для его осуществления. Способ автоматического контроля снимаемого радиоактивного загрязнения поверхности (СРЗП) твэлов заключается в том, что твэл подают в узел снятия мазка на позицию контактирования с тканевой лентой, направленной к твэлу поперечно его оси. Производят плотное обжатие поверхности твэла лентой. Твэл протягивают через узел снятия мазка, перемещают ленту с полученным активным пятном контакта на мазке в узел детектирования. Производят регистрацию а-активности пятна контакта на мазке. Устанавливают заданную силу трения F_K. Калибруют коэффициент снятия мазка К_к. Твэл протягивают через зону обжатия, контролируя при этом силу трения скольжения твэла по обжатой ленте F, после снятия обжатия, перемещения ленты с мазком на шаг под радиометр и измерения скорости счета n_сч от α-активности пятна контакта на мазке производят расчет плотности потока α - частиц q, усредненной по протертой поверхности твэла, по формуле где Также известно устройство для осуществления указанного способа автоматического контроля снимаемого радиоактивного загрязнения поверхности твэла. (Патент РФ на изобретение №2687081. Заявка: 2018121235 от 07.06.2018, МПК: G21C17/06, СПК G21C17/06, G21C 21/00).

Известен пост контроля альфа-загрязненности твэла, предназначенный для автоматического контроля суммарной снимаемой и не снимаемой альфа-загрязненности поверхности твэлов, входящий в состав установки контроля альфа-загрязненности, располагаемой на участке контроля топливного столба, выходного контроля твэлов и сборки магазина. (МФР1.12.00.00.00РЭ, Общество с ограниченной ответственностью «Инженерное Бюро Воронежского акционерного самолетостроительного общества», Воронеж, 2017 г.)

Пост позволяет измерять среднюю плотность потока альфа-частиц с поверхности твэла по методике измерений «Определение плотности потока альфа-частиц с поверхности твэла для комплекса производственных линий модуля фабрикации/рефабрикации АО «СХК» МА-01.2016».

Пост контроля альфа-загрязненности твэла вместе с транспортной системой и считывателем штрих-кодовой маркировки входит в состав установки контроля альфа загрязненности.

Блок детекторов представляет собой конструкцию под кубообразным кожухом, которая размещена на подставке и имеет сварной корпус в виде трубы с патрубками для размещения трех блоков детектирования альфа-излучения БДА-60. Блоки детектирования в БД располагаются таким образом, что их оси перпендикулярны оси контролируемого твэла, углы между осями составляют 120°, а расстояние между осями - 120 мм. В состав корпуса входит опорная пластина, на которой корпус устанавливается в системе транспортирования твэла в камере. В торцах сварного корпуса для прохождения твэла установлены полиамидные втулки. Подставки корпуса закреплены на основании в виде плиты. Корпус, опора, плита, крышка и кожух выполнены из нержавеющей стали.

Блок детектирования альфа-излучения БДА-60 предназначен для регистрации альфа-частиц при загрязнении поверхности твэла радионуклидами плутония, урана.

Основными недостатками указанных решений является сложность устройств контроля полной альфа-загрязненности твэла и низкая точность выполняемых с их помощью измерений, что, в конечном итоге, не позволяет определять степень альфа-загрязненности твэла с требуемой точностью.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства контроля полной альфа-загрязненности твэла, в частности, полупроводникового датчика контроля полной альфа-загрязненности твэла и устройства для его калибровки, применение которых позволит определить загрязненность твэла с требуемой точностью.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный полупроводниковый датчик контроля полной альфа-загрязненности твэла, согласно изобретению, содержит корпус, выполненный из анодированного в черный цвет алюминия или его сплавов, и состоящий, как минимум, из двух частей, предпочтительно, зеркально отраженных, соединенных между собой, причем на корпусе датчика размещены низкочастотный разъем питания и выходной высокочастотный разъем, а в самом корпусе выполнено отверстие для прохождения через него контролируемого твэла, при этом по периметру упомянутого отверстия, внутри датчика, на светопрозрачной дистанционирующей проставке размещены экран, металлизированный в сторону объекта контроля и имеющий нанесенный с другой стороны люминофор, и гибкая печатная плата с полупроводниковыми фотоэлектронными умножителями, соединенными между собой параллельно, причем состав люминофора экрана подобран в соответствии с излучаемым спектром, близким к рабочему спектру указанных полупроводниковых фотоэлектронных умножителей.

Для калибровки указанного датчика предложено устройство, которое, согласно изобретению, представляет собой контрольный образец твэла, являющегося носителем источников альфа-излучения, при этом источники излучения выполнены одной интенсивности в виде ленты, нарезанной на отдельные части, и смонтированных на корпус упомянутого твэла, при этом для установки частей ленты в требуемом диапазоне измерения, источники закрыты кольцевыми решетками с заданной степенью перекрытия альфа-потока и, предпочтительно, с равномерным удалением на шкале от соседних точек.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 показан поперечный разрез датчика, на фигуре 2 - внешний вид датчика, на фигуре 3 - устройство для калибровки датчика, на фигуре 4 - схема установки частей ленты, на фигуре 5 - корпус контрольного образца твэла с установленными кольцевыми решетками, где:

1 - корпус;

2 - низкочастотный разъем питания;

3 - выходной высокочастотный разъем;

4 - отверстие;

5 - контролируемый твэл;

6 - светопрозрачная дистанционирующая проставка;

7 - светонепроницаемый приемный экран;

8 - люминофор;

9 - гибкая плата;

10 - полупроводниковые фотоэлектронные умножители;

11 - лента, нарезанная на отдельные части;

12 - втулки;

13 - элементы корпуса;

14 - кольцевые решетки.

Полупроводниковый датчик контроля полной альфа-загрязненности твэла содержит корпус 1, выполненный из анодированного в черный цвет алюминия или его сплавов, и состоящий из двух частей, соединенных между собой. На корпусе 1 датчика размещены низкочастотный разъем питания 2 и выходной высокочастотный разъем 3. В самом корпусе 1 выполнено отверстие 4 для прохождения через него контролируемого твэла 5. По периметру упомянутого отверстия 4, внутри датчика, на светопрозрачной дистанционирующей проставке 6, размещены светонепроницаемый приемный экран 7, металлизированный в сторону объекта контроля и имеющий нанесенный с другой стороны люминофор 8, и гибкая плата 9 с полупроводниковыми фотоэлектронными умножителями 10, соединенными между собой параллельно. Состав люминофора экрана 7 подобран в соответствии с излучаемым спектром, близким к рабочему спектру указанных полупроводниковых фотоэлектронных умножителей 10. Светопрозрачная дистанционирующая проставка 6 размещена между люминофором и приемной матрицей, для обеспечения заданного расстояния при контроле. Данная конструкция обеспечивает требуемое дистанционирование от объекта контроля - твэла - от 3 до 6 мм, и постоянное удаление полупроводниковых фотоэлектронных умножителей от люминофора 8.

Устройство для калибровки полупроводникового датчика представляет собой контрольный образец твэла, являющегося носителем источников альфа-излучения. Источники излучения выполнены одной интенсивности в виде ленты, нарезанной на отдельные части 11, наклеенные на втулки 12, и смонтированные на элементы корпуса 13 упомянутого твэла. Для установки отдельных частей ленты 11 в требуемом диапазоне измерения, источники закрыты кольцевыми решетками 14 с заданной степенью перекрытия альфа-потока F, и, предпочтительно, с равномерным удалением на шкале от соседних точек.

Предложенный полупроводниковый датчик контроля полной альфа-загрязненности твэла может быть использован следующим образом.

Принцип работы упомянутого датчика основан на применении полупроводниковых микроминиатюрных умножителей, например, типа MICROFC-30035-SMT-TR1 ONS, имеющих чувствительный кристалл размером 3×3 мм и габаритные размеры 4×4×3 мм.

Контролируемый твэл 5, устанавливается внутрь корпуса 1, предложенного датчика, через отверстие 4, после чего перемещается с заданной скоростью относительно корпуса 1 датчика.

Для регистрации альфа-частиц контролируемого твэла 5 используется светонепроницаемый приемный экран 7, металлизированный в сторону объекта контроля - твэла и имеющий, нанесенный с другой стороны, люминофор 8, состав которого подобран с излучаемым спектром, близким к рабочему спектру полупроводникового фотоэлектронного умножителя 10. Фотоэлектронные умножители 10 содержат матрицы лавинных диодов, формирующих на выходе счетные импульсы, частота которых пропорциональна количеству фотонов, падающих на кристалл. Между люминофором и приемной матрицей размещена светопрозрачная дистанционирующая проставка, для обеспечения заданного расстояния при контроле. Данная конструкция обеспечивает требуемое дистанционирование от объекта контроля (твэла) - от 3 до 6 мм, и постоянное удаление полупроводниковых фотоумножителей от люминофора.

Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию полупроводникового датчика контроля полной альфа-загрязненности твэла и повысить точность его калибровки, что, в конечном итоге, даст возможность определять степень загрязненности твэла с повышенной точностью.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении

заявки на изобретение

1. Патент РФ №2603017, МПК: G21C 17/06, G01N 9/24, опубл. 20.11.2016 г.

2. Патент РФ №2687081, МПК: G21C 17/06, СПК G21C 17/06, G21C 21/00, опубл. 07.05.2019 г.

3. МФР 1.12.00.00.00 РЭ, Общество с ограниченной ответственностью «Инженерное Бюро Воронежского акционерного самолетостроительного общества», Воронеж, 2017 г.

Изобретение относится к области контроля твэлов ядерных реакторов, и может быть применено при оценке работоспособности и точностных характеристик оборудования по производству ядерного топлива. Полупроводниковый датчик контроля альфа-загрязнённости твэла содержит корпус, выполненный из анодированного в черный цвет алюминия или его сплавов, и состоящий, как минимум, из двух частей, предпочтительно, зеркально отраженных, соединенных между собой. На корпусе датчика размещены низкочастотный разъем питания и выходной высокочастотный разъем, а в самом корпусе выполнено отверстие для прохождения через него контролируемого твэла. По периметру отверстия, внутри датчика, на светопрозрачной дистанционирующей проставке размещены экран, металлизированный в сторону объекта контроля и имеющий нанесенный с другой стороны люминофор, и гибкая печатная плата с полупроводниковыми фотоэлектронными умножителями, соединенными между собой параллельно. Устройство для калибровки представляет собой контрольный образец твэла, являющегося носителем источников альфа-излучения, причем источники выполнены одной интенсивности в виде ленты, нарезанной на отдельные части, и смонтированных на корпус упомянутого твэла. Для установки частей ленты в требуемом диапазоне измерения, источники закрыты кольцевыми решетками с заданной степенью перекрытия альфа-потока и с равномерным удалением на шкале от соседних точек. Техническим результатом является повышение точности контроля полной альфа-загрязненности твэла. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Полупроводниковый датчик контроля полной альфа-загрязненности твэла, характеризуется тем, что содержит корпус, выполненный из анодированного в черный цвет алюминия или его сплавов, и состоящий, как минимум, из двух частей, предпочтительно, зеркально отраженных, соединенных между собой, причем на корпусе датчика размещены низкочастотный разъем питания и выходной высокочастотный разъем, а в самом корпусе выполнено отверстие для прохождения через него контролируемого твэла, при этом по периметру упомянутого отверстия, внутри датчика, на светопрозрачной дистанционирующей проставке размещены экран, металлизированный в сторону объекта контроля и имеющий нанесенный с другой стороны люминофор, и гибкая печатная плата с полупроводниковыми фотоэлектронными умножителями, соединенными между собой параллельно, причем состав люминофора экрана подобран в соответствии с излучаемым спектром, близким к рабочему спектру указанных полупроводниковых фотоэлектронных умножителей.

2. Устройство для калибровки полупроводникового датчика по п. 1, характеризуется тем, что представляет собой контрольный образец твэла, являющегося носителем источников альфа-излучения, при этом источники излучения выполнены одной интенсивности в виде ленты, нарезанной на отдельные части, и смонтированны на корпус упомянутого твэла, при этом для установки частей ленты в требуемом диапазоне измерения, источники закрыты кольцевыми решетками с заданной степенью перекрытия альфа-потока и, предпочтительно, с равномерным удалением на шкале от соседних точек.