Устройство неразрушающего активационного анализа длинномерных образцов Советский патент 1987 года по МПК G01N23/222 

1103

Изобретение относится к области активационного анализа и может применяться для определения включений стабильных элементов (кислорода,азота, фтора и др,) в снаряженных протяженных твэлах широкого класса на основе окисного, смешанного и карбидного топлива.

Известно устройство для активациоиного определения стабильных элементов в общем объеме образца,состоящее из источника активации, например нейтронного генератора, транспортной системы с препаратопроводом для перемещения исследуемого образца, регистрирующей аппаратуры наведенного излучения и блока обработки полученной информации, которые управляются с пульта с определенной временной последовательностью.

Однако из-за ограниченных размеров камер облучения и регистрации и, главным образом-, постоянного положения камер облучения и регистрации относительно источника активации и детектора наведенной активности, а также наличия изгибов препаратопровода невозможен анализ протяженного снаряженного твэла длиною 0,5 м и более. Можно проводить анализ только отдельных частей расчлененной сборки твэла, которые нужно помещать в специальные транспортные контейнеры, размеры которых определяются конструкцией камер облучения и регистрации.

Такой анализ отдельных участков . твэла связан с разрушением и расходованием ценных изделий твэла и может привести к загрязнению оборудования, персонала и окружающей среды высокотоксичными и радиоактивными веществами.. Анализ является непрямым,малодостоверным, поскольку не исключается возможность внесения дополнительных включений в фактическое содержание определяемых элементов в изготовляемом твэле, а малая производительность известных решений связана с необходимостью герметизации высокотоксичного ядерного топлива в специальных транспортных контейнерах.

Известно устройство для неразрушающего активационного анализа длинномерных образцов, содержащее изотопный источник нейтронов на основе С-252, окруженньш замедлителем нейтронов, камеру облучения, блок детектирования с радиационным экраном, механическуютранспортную систему.

22

Недостатком его является невозможность проведения анализа на содержание легких стабильных элементов (кислород, азот, фтор и т.д.), так как используется источник С-252 и транспортная система не обеспечивает необходимого быстродействия при перемещении твэла.

Наиболее близким по технической

сущности к предлагаемому является устройство для неразрушающего активационного анализа длинномерных образцов, содержащее источник .облучения, камеру облучения и камеру измерения, транспортную систему с препаратопроводом, радиатщонную защиту, блоки управления и обработки информации.

Устройство в качестве источника нейтронов содержит нейтронный генератор, а транспортная система выполнена в виде пневмопочты.с гибкими препаратопроводами из полиэтилена.

В этой системе, ввиду ограниченных размеров камер облучения и регистрации, невозможности их продольного перемещения, а также из-за гибкой и изогнутой конструкции препаратопровода, протяженный твэл для анализа следует расчленять на отдельные части и упаковывать в герметичные транспортные контейнеры.

Все эти операции проводят в специальных камерах в среде инертного газа для устранения окисления ядерного топлива.

Затем упакованные образцы расчлененного твэла анализируют традиционным способом: облучают, посылают по препаратопроводу из ,камер облучения

0 в камеру регистрации, детектируют наведенную активность и по ее величи- не определяют количественное содержание данного элемента в исследуемой части твэла.

Очевидно, что выбранный для анализа из готовой партии твзл лишь косвенно отражает действительное содержание определяемых элементов во

0 всей партии и, следовательно, такой косвенный анализ не является достоверным. При этом общее время анализа одного твэла составляет непропорционально большую величину с учетом

5 операций, связанных только с упаковкой образца в герметичный контейнер.

Целью изобретения является повышение точности анализа, в том числе при определении содержания легких

стабильных элементов путем сокращения временного интервала между облучением и измерением, а также повышение производительности анализа.

Это достигается тем, что в устройстве для неразрушающего активационного анализа длинномерных образцов, содержащем источник облучения, камеру облучения ккамеру измерения, транспортную систему с препаратопроводом, радиационную защиту, блоки управления и обработки информации, препаратопровод вьшолнен в виде жесткой прямой конструкции с возможностью перемещения вдоль оси на заданный шаг, а камера облучения и камера измерения смонтированы в единое целое с препаратопроводом.

Для проведения анализа твэлов различного диаметра или сечения на твэл надевают соответствующие транспортные втулки.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства неразрушающего активацуонного анализа длинномерных образцов; на фиг. 2 - функционально-конструктивная схема транспортной системы устройства.

Устройство неразрушающего активационного анализа длинномерных образцов содержит источник 1 облучения, например нейтронный генератор, транспортную систему 2 с препаратопроводом, вьшолненным в виде жесткой прямой конструкции, на концах которой смонтированы в виде единого целого камера облучения 3 и камера регистрации 4, детектор 5, окруженный радиационной защитой 6, воздухораспределительное устройство 7 и блок 8 управления и обработки информации.

Транспортная система устройства содержит анализируемый образец 9 с транспортными втулками 10, амортизаторы - первый 11 и второй 12, подпружиненные защелки - первую 13 и вторую 14, пневмоцилиндры - первый 15 и второй 16, направляющие 17 шаговый механизм 18, препаратопровод 19.

Устройство работает следующим образом.

До начала анализа на концы анализируемого образца 9 надевают соответствующие транспортные втулки 10 и загружают образец в камеру облучения 3, вьтолняющую дополнительно роль приемной камеры, где образец фиксируют в определенном положении между

штоком первого амортизатора 11 и первой защелкой 13.

После облучения в течение времени, которое задается на блоке управления

с и обработки информации, по команде срабатывает электроклапан воздухораспределительного устройства 7 и ежа- . тый воздух подается в первый пневмо- цилиндр 15, что способствует срабаты-

ванию первой защелки 13, закрытой ранее при помощи пружины.

Анализируемый образец под действием сжатого воздуха, перемещаясь по препаратопроводу 19, отжимает вторую

5 защепку 14, проскакивает в камеру регистрации 4 до упора в шток второго амортизатора 12, пружина которого гасит кинематическую.энергию -образца, и возвращает его до упора во вторую

0 защелку 14. Образец фиксируется междУ второй защелкой 14 и штоком второго амортизатора 12 в камере регистрации.

По окончании измерения по команде с блока управления срабатьшает соответствующий электроклапан воздухораспределительного устройства 7, и сжатый воздух приводит в действие второй пневмоцилиндр 16, шток которого отжимает . вторую защелку 14. Освобожденный твэл под действием сжатого воздуха возвращается в исходное положение Для повторного облучения.

. Таким образом обеспечивается воспроизводимость положения твэла при

5 циклическом перемещении его из позиции облучения в позицию измерения и обратно.

Для исследования очередного участка образца препаратопровод 19 переме-

0 щашт по направляющим 17 на заданный шаг при помощи шагового механизма 18, и процесс измерения повторяют.

Таким образом осуществляется последовательное обследование по всей

5 длине протяженного твэла.

П р и м е р. На макетной установке осуществляют анализ имитатора протяженного твэла длиной 1100 мм и диа.метром 7,3 мм на содержание в нем

0 включений кислорода в шести выбранных участках протяженностью по 25 мм. Имитатор твэла снаряжен таблетками из урана-238 длиной 25 и 50 мм и диаметром 6 мм с различным содержанием

5 кислорода в них. На концы имитатора надевают полиэтиленовые транспортные втулки. Масса имитатора 500 г,что соответствует массе твэла одного из типов. Активацию выбранных участков имитатора проводят в течение 30 с нейтронами энергией 14,5 МэВ, полученны.ми по реакции T(d,n) на нейтронном генераторе типа НГ-150 И. Транспортировку имитатора из зоны облучения в зону регистрации на расстояние 5 м осуществляют при помощи сжатого воздуха при давлении 0,5 атм по препаратопроводу, выполненнЬму из стальной трубы внутренним диаметром 15 мм. Наведенное излучение регистрируют в течение 30 с при помощи детектора на основе кристалла Nal(Tl) диаметром 63x63 мм. Для подавления высокоинтенсивного низкоэнергетического из лучения от продуктов деления помещают между камерой регистрации и детек тором свинцовый фильтр толщиной 7 мм. Детектор окружают свинцовой защитой толщиной 100.ММ с коллиматором, выполненным такимобразом, чтобы одновременно осуществлялась запщта детек тора от периферийных участков имитатора. Дополнительно детектор защищен от прямого нейтронного излучения теневой защитой из бетона толщиной 20 см и слоем воды толщиною 80 см. После детектирования исследуемого участки имитатор по команде с пульта возвращают при помощи сжатого воздз а обратно в камеру облучения к мишени нейтронного генератора, и повторягот очередной цикл анализа участка. Исследование очередного участка имитатора осуществляют путем перемещения всего препаратопровода шаговым механизмом по команде с пульта управления. Детектирование гамма-излучения нуклида Ы - продукта активации кислорода - провбдят в энергетической области 5,1-7,4 МэВ. При нейтронном потоке 2 -10 за время анализа 4 мин предел обнаружения массового содержания кислорода на уровне 0,09%. При массовом содержании кислорода 0,2% погрешность анализа не превышаВТ 10 отн.%. Измерение концентрации кислорода в исследуемых участках имитатора твэла в пределах погрешности измерения совпадают с введенными количествами. Применение изобретения позволяет проводить неразрушающий анализ включений стабильных элементов в снаряженном и протяженном твэле, предназначенном для последующей эксплуатации в ядерном реакторе, и отбраковку некондиционных твэлов перед- их загрузкой в реактор, для предупреждения .преждевременного выхода из строя пакета твэлов при эксплуатации. Не менее чем в 10 раз повышается про-« изводительность аналитических операций, связанных с контролем качества тэвла по составу лимитируемых примесей. Возрастает достоверность результатов анализа поскольку устраняются источники дополнительных погрешностей за счет загрязнения отдельных частей твэла (например окисление) в процессе его расчленения. Исключается разрушение дорогостоящих компонентов твэла и устраняется возможность загрязнения оборудования, персонала и окружающей среды высокотоксичными радиоактивными веществами.

УСТРОЙСТВО НЕРАЗРУШАНЩЕГО АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА ДЛИННОМЕРНЫХ ОБРАЗЦОВ, содержащее источник облучения, камеру облучения и камеру измерения, транспортную систему с препаратопроводом, радиационную защиту, блоки управления и обработки информации, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности анализа, в том числе при определении содержания легких стабильных элементов путем сокращения временного интервала между облучением и измерением, a также повышения производительности анализа, препаратопровод выполнен в виде жесткой прямой конструкции с возможностью перемещения вдоль оси на заданньй шаг, a камера, облучения и камера измерения смонти(П рованы в единое целое с препаратопро- водом. л г I INc т . i