Способ радиационного контроля плотности тепловыделяющих элементов Советский патент 1991 года по МПК G01N23/06 

Изобретение относится к радиационному контролю и может применяться для контроля стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов).

Известен способ радиационного контроля твэлов методом вычислительной томографии, -заключающийся в том, что просвечивают твэлы узкими пучками проникающего излучения при движении твзлов относительно пучков и их вращении вокруг собственных осей, измеряют интенсивности прошедшего по наборам траекторий пучков излучения и восстанавливают с помощью ЭВМ картины распределения материала по слоям твэлов.

Недостатком .известного технического решения является его малое быстродействие, которое делает способ практически непригодным для скольконибудь оперативного контроля длинномерного изделия-твэла.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ радиационного контроля плотности твэлов, основанный на сканировании твэла широким пучком ионизирующего излучения с шириной не менее диаметра твэла в его осевом направлении, регистрации интенсивности прошедшего излучения и последующим определении плотности 2J.

Плотность материала в каждом слое вычисляют по измеренной интенсивности и калибровочным данным,полученным для образцов с известной плотностью в предположении гомогенности распределения материала в слое.

Недостатком известного способа является высокая погрешность измерений, вызываемая нарушениями гомогенности распределения материала в слое, которое приводит к изменению измененной интегральной интенсивности излучения, прошедшего через слой, и искажает получаемое значение плотности. Все многообразие видов распределе ния материала может быть приведено к следующим типам: 1)кольцевая гетерогенность - по периферии твэла плотность выше или ниже, чем в центральной области.Яона разноплотности сплошная, в виде кЬльца; 2)локальная гетерогенность (круговая) - в гомогенном твэле имеется уплотнение или воздушная пора шарово или цилиндрической формы; 3)равномерное или близкое к нему распределение материала. Множественные разноплотности приводят к выравниванию сигнала по сечению пучка и так же могут рассматриваться, как сл чай равномерного распределения. Первые два типа неравномерного распределения приводят к неправильным результатам при контроле плотное ти (усредненной по измеряемому объему) в случае использования способапрототипа . Например, 10% кольцевое уплотнение при контроле способом-прототипом приводит к искажению истинного значе ния на 3-4%. Это недопустимо,посколь ку суммарная погрешность контроля установлена 1-2%. Целью изобретения является повыш ние точности определения плотности путем учета гетерогенности при сохр нении времени измерений. Цель достигается тем, что в способе радиационного контроля тепловы деляющих элементов (твэлов), основанном на сканировании твэла широки пучком ионизирующего излучения, с шириной не менее диаметра твэла в его осевом направлении, регистрации интенсивности прошедшего излучения и последующем определении плотности твэла дополнительно сканируют узким пучком в направлении, перпендикуляр ном осевому, с шагом, равным его ши рине h , которую выбирают из услови h d, где d - диаметр гетерогеннос ти. Способ реализуют следующим образом. Проводят калибровочные измерения при просвечивании твэла с извес ной средней плотностью О широким пучком, размер которого не менее диаметра твэла. По данным калибровки определяют коэффициенты калибровки К ;| и Krt, так как зависимость между плотностью и логарифмом регистрируемой интенсивностью носит линейный характер К In -i- + К.. (I) АО Дополнительно проводят калибровочные измерения при сканировании твэлов в направлении, перпендикулярном осевому, с заданными типами гетерогенного распределения материала, а именно: 1)гомогенное распределение; 2)кольцевое уплотнение; 3)кольцевое разряжение; 4)локальное уплотнение; 5)воздушная полость. Для этого просвечивают твэлы узким пучком с шириной h, меньшей или равной диаметру гетерогенности (практически не более 1/10 широкого), и шагом между измерениями, равным ширине узкого пучка. Измеренные наборы интенсивностей прошедшего через твэлы излучения запоминают. Измерения контролируемого твэла проводят при просвечивании широким пучком, регистрируя излучение,прошедшее через твэл. Используя зависимость (1) с полученными при. калибровке К и К, получают значение плотности в предположении гомогенного распределения материала. Дополнительно проводят измерения каждого слоя твэла, облучаемого широким пучком, и при просвечивании узким пучком. Полученный набор сигналов при сканировании узким пучком последовательно вычитают из наборов, соответствующим пяти калибровочным измерениям. По наименьшей разности находят тип гетерогенности (один из пяти). При гомогенном распределении (1-й тип) печатают полученное значение р В случае негомогенного распределения определяют величину поправки. В случае кольцевой или локальной гетерогенности поправка может определяться в несколько этапов (шагов программы) в следующем порядке: 1. Определяют число и координаты точек нулевых значений разности набО ров, измеренных при сканировании узким пучком li, i l,...,n, контроля51руемого твэла и при калибровке и вычисляют коэффициенты С( и С. Коэф(1)ициент С служит для размера гетерогенности 5 nn - диаметр гетерогенности; Рп К,1п( - плотность вне гетерогенности, f- плотность внутри гетерогенности. Вычисляют величины поправок А и В: (,-с, ).( С , Ч 3. Вычисляют уточненное значение плотности П, используя значение вычисленное в предположении гомогенного распределения, следующим образом:р Ар В. Печатают уточненное значение пл(1т ности. На чертеже представлена схема уст ройства, реализующего способ. Устройство для контроля плотности твэлов 1 содержит источник 2 излучения, непрдвижный коллиматор 3,подвиж ный коллиматор 4, привод 5 подвижного коллиматора, детектор 6,счетчик 7 таймер 8, блок 9 управления приводом коллиматора, блок памяти 10, блок I разрешения счета (по сигналу края твэла), сумматор 12, вычислительный блок 13, блок вычитания 14, анализатор 15 типа и вычислитель поправки, блок внесения поправки 16, печатающее устройство 17. Устройство для реализации способа работает следующим образом. Измеряемый твэл 1, ось которого перпендикулярна, плоскости чертежа, просвечивается излучением источника 2, которое регистрируется детектором 6. Первоначально просвечиваются калибровочные твэлы. Используя твэл с известной средней плотностью и убрав подвижный коллиматор 4 приводом 5, и - диаметр твэла (размер широкого пучка); h - шаг сканирования узким пучком, m,n - число точек сканирования, соответствующих d и D. Учет величины гетерогенности (уплотнения или воздушной полости) происходит в коэффициенте Сз(1-С,) 1п(о(1-С,) измеряют интенсивность при сформированном неподвижным коллиматором 3 широком пучке, сканируя его вдоль оси. Сигнал с детектора 6 поступает на счетчик 7 за время регистрации, задаваемое таймером 3. Затем сосчитанное число из счетчика 7 передается в вычислительна блок I 3 через сумматор 12. В блоке 13 находятся коэффициенты калибровки К и .„, Затем поочередно помешают р пучок твэлы 1 с заданным гетерогенным распределением материала. Сигналы со счетчика 7 регистрируют при шаговом сканировании подвижным (с узкой щелью) коллиматором А. Наборы формируют в блоке памяти Ю для каждого твэла и запоминают их. Измерения контролируемого твэла 1 проводят при просвечивании аналогично кaJlибpoвкe. Сигнал при просвечивании широким пучком поступает со счетчика 7 в вычислитель, где определяется р . Набор сигналов при сканировании узким пучком поступает в блок вычитания 14, где последовательно вычитается данный набор из наборов калибровки, которые хранятся в блоке памяти 10. Результаты вычитания поступают из блока 14 в вычислитель 15, где вычисляются коэффициенты С и Cj и величины поправок А и В. Величины А и В передаются в блок внесения поправок, куда передается и определенное в блоке 13 значение Д для вычисления уточненного значения плотности р. Блок управления 9 обеспечивает последовательность измерений. Блок 17 служит для печати результатов. Пример. При контроле плотности стержневого твэла диаметром

6 мм и длиной 1000 мм необходимо измерить 100 слоев. Время измерений каяодого слоя в широком пучке составляет 30-40 с. Таким образом,время контроля твэла 40-60 мин,

В данном случае погрешность измерений за счет гетерогенного распределения топлива по измеренному слою достигает 1-1,5% (при кольцевой гетерогенности 10%), А суммарная погрешность измерения, которая может быть достигнута при использовании способапрототипа, будет 3-4,5 %. При исйользовании способа сканирования с шагом 0,5 мм узкой щелью слоев за время 6 с определяют поправки С и С2 уточР

снижая

ненное значение плотности

суммарную погрешность контроля до

2,5 - 3%, т.е. точность измерения повьшается на 20-30% при незначительном увеличении времени контроля (на 5-7%). Если же статистику (число отсчетов) при измерениях с узким пучком присуммировать к статистике при измерениях с широким пучком,то время контроля вообще не увеличится. Альтернативно, при использовании способа вычислительной томографии время контроля каяодого слоя/ 10 мин т,е. для контроля твзла требуется 3-4 ч, что неприемлемо для технологического контроля, хотя точность может быть получена высокая. Таким образом, использование способа обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение точности на 20-30%,

СПОСОБ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ (твэлов), основаиньй на сканировании твэла в осевом направлении пучком ионизирующего излучения, ширина которого не менее диаметра твзла, регистрации интенсивности прошедшего излучения и последующем определении плотности, отличающийс я тем,что, с целью повышения точности путем учета гетерогенности при (сохранениивремени измерений, твзл дополнительно сканируют узким пучком в направлении, перпендикулярном осевому, с шагом, равным его ширине h, которую выбирают из условия , где d - диаметр гетерогенности.