专利名称：对盛有放射性液体的容器壁的无损探测的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对盛有放射性液体的容器的壁进行无损探测的方法和装置，尤其适用于用液体钠冷却的快中子核反应堆容器。
整体型快中子核反应堆包括一尺寸较大的称为主容器的容器，其中装有通常为液体钠的核反应堆的初级冷却流体，流体中浸有堆芯和核反应堆的内部装置以及核反应堆的下部组件，该组件包括热交换器和泵，它们穿过用于封闭容器上部的板而伸进容器中。
核反应堆主容器包括一由不锈钢板成型和沿很长的焊缝对头焊接组装而成的壁。
主容器放置在一被称作安全容器的第二容器内，并与安全容器相距一大致恒定的距离。
由于有钠这种一遇氧化性气氛就会自动燃烧的液体的存在，钠的周围被充上了中性气体氛围，这种中性气体氛围通常包括氩气，并充于两容器之间的空间。
尽管对核反应堆容器的制造给予了特别的小心，并在所有工作阶段都进行检测，容器还是可能包括某些缺陷，但这并不危及安全，因为这些缺陷发展的可能性实际上等于零。进一步说，这些缺陷诸如容器壁某部上钢板厚度的缺陷或焊缝的紧密度的缺陷都是已知的，因为它们在制造过程中已经过检测并被接受。
为了在反应堆进行了一段时间后对这些缺陷的几乎不可能的发展进行检测，可在核反应堆停堆期间对壁的相应区域相隔一定间距进行无损检测。
进一步说，由于在核反应堆的运行期间可能在容器壁上出现诸如裂纹的某种缺陷，因而当然需要在它们出现后尽快地检测出来。
为了对诸如核反应堆的工业装置元件的质量状况和整体性进行检测，可使用已知的各种无损检测技术，例如射线探伤，磁粒子检测，液体渗透检测法和超声波或涡流检测法。
然而，这些方法对于快中子核反应堆主容器壁的检测来说被证明即便不是不可能的，也是非常困难的。容器的内部即使是在核反应堆停堆时也难以接近，因为这个容器中包含有放射性非常高的核反应堆堆芯并充满热的和放射性的液体金属。
核反应堆一旦被启用后，对主容器壁就只能从容器外侧进行检测，由于容器周围中性气氛的存在，即使在停堆时也装有热的液体钠的容器的高温，以及强的γ射线等原因，对反应堆的运行只能进行遥控。
有人建议为了在运行中检测快中子核反应堆的主容器壁，可使用一遥控其移动的铰接小车，使其在两容器之间的空间内靠近主容器外表面移动。然而，用来检测核反应堆主容器的一部分或整体的可和可移动小车相连的检测装置是未知的。
使用γ射线，即由某种放射性物质以点能源的方式发出的具有某种能量的光子束的无损检测方法是已知的。
光子可穿过被检测的一定厚度的物质，穿过某种物质的光子通量由于缺陷的存在而改变。通过计数或测量穿过物质的光子流量，可检测出物质中可能存在的某种缺陷。
当对容器壁进行检测时，需在壁的两侧的相应位置一γ射线发射器和一光子探测器。这种方法不能用于检测快中子核反应堆主容器，因为不可能在容器内放置检测装置。
同样地，对于高压水核反应堆容器，由于在核反应堆运行过程中不可能接近容器的里面，因而也不能根据现有技术的方法使用由点辐射源发射的γ射线对运行中的容器壁进行检测。
当核反应堆包括一盛有冷却反应堆的液体并在其中浸有堆芯的容器时，冷却液可在核反应堆的运行过程中被激发，例如在中子的轰击下。
当冷却液为钠时，在来自堆芯的中子轰击下，形成钠的两种放射线同位素，即钠-22和钠-24，这两种分布于整个充满容器的液体钠中的元素就是γ射线发射源。
在用高压水作为冷却液时，核反应堆运行过程中的核反应导致在充满容器中的全部初级水中形成放射性氮-16，在核反应堆运行过程中不断地在容器中形成的氮-16由于其放射性而放射出γ射线。
用于核工业的容器中通常包含有在其中分布有一种或多种能发射γ射线的放射性元素的液体。
容器中所盛液体中所包含和分布的放射性元素至今还未被用于对容器壁进行无损检测。
因而本发明的目的是提供一种对容器壁进行无损检测的方法，该容器中装有至少在其中均匀分布了一种可发射γ射线的放射性元素的液体，该方法在于对靠近被测容器壁区域的外表面的光子数进行计数并和一参照光子数相比较，以推断在被测容器壁区域是否存在缺陷，从而可简单地测出容器壁上是否存在缺陷，而不需在容器内引入检测装置，并且这种方法十分可靠。
为达到本发明的上述目的，需对均匀分布于液体中的放射性元素放射的穿过被测容器壁区域的光子数进行计数，参照光子数是放射性元素放射的穿过容器壁参照区域的光子数。
为了能更好地理解本发明，下面通过举例的方式(这种例子并不限定本发明)来说明一种对用液体钠冷却的快中子核反应堆的主容器壁进行无损检测的方法。附图中
图1是用液体钠冷却的快中子核反应堆的垂直截面图;
图2是一种用于完成本发明的方法，对核反应堆主容器壁进行检测的装置的截面图;
图3是沿图2中用于完成本发明的方法的γ射线检测装置的3-3线的前视图;
图4a、4b、4c和4d和图3中视图相似，显示了γ射线检测装置的四种不同的例子;
图5是核反应堆容器壁的焊接区的展开视图;
图6是和根据现有技术的γ射线探测装置相比较的根据本发明的检测装置的截面示意图;
图7是一种使光子探测器可沿核反应堆两容器间空间移动以完成本发明的检测的装置的垂直截面图。
图1显示了一种整体型的用液体钠冷却的快中子核反应堆。核反应堆包括一总的标号为1的尺寸较大的容器，它从一在其上部将其封闭的板2上悬挂下去，并位于核反应堆的混凝土结构3上。
容器1包括两个不锈钢套4和5，相隔一定间距一个放在另一个里面。
内套4构成核反应堆的主容器，而外套5构成安全容器。
主容器4包含有大量液体钠7，其中浸有由并置的燃料组件构成的堆芯8。
容器4包含有各种支承堆芯的内部结构并将其内部体积分隔成不同的区域以接收不同温度的液体钠。
容器中不同区域的液体钠的循环利用泵10在中间热交换器9内进行。
在中间热交换器9中冷却的液体钠被泵10注入堆芯底部，以冷却堆芯8的燃料组件。从堆芯8上部离开的热钠位于核反应堆的热导管中，穿入中间热交换器9，在其中热钠加热第二液体钠，并在进入核反应堆的冷导管前被冷却。
在中间热交换器9中被加热的第二液体钠被用来在位于容器1外的蒸汽发生器中产生蒸汽。
在核反应堆的主容器4内循环的液体钠在堆芯内受到强烈辐射，尤其受到由堆芯产生的快中子的中子轰击。
在辐射的作用下，在容器内用作冷却液的液体钠中由核反应而形成放射性同位素钠-22(22Na)和钠-24(24Na)。
当核反应堆运行一段时间后，容器内的冷却钠已具有了相当的放射性，特别是因为遍布于液体钠中的放射性元素如22Na和24Na的存在。
22Na和24Na放射出相应于γ射线光谱的具有某种能量的光子。
22Na的半衰期是2.6年，而24Na的半衰期是15个小时。
在核反应堆停堆后，钠的放射性，尤其是放射性元素22Na和24Na的放射性就会衰减。
24Na的放射强度率通常比22Na的放射强度率高。
在本发明的范围内，可考虑利用均匀分布于充满主容器4的液体钠中的放射性元素发出的γ射线来对主容器4的壁进行探测。
在利用γ射线源来对容器壁进行探测时，只有24Na才具有足够的放射性来满足探测的条件。
另一方面，由于其半衰期较短，在探测过程中这种元素的放射性的衰减可被觉察出来。
根据本发明的探测方法将考虑到这种放射性随时间的衰减，这一点将在后面进一步说明。
图2和图3表示一种能完成根据本发明的方法的装置，这种方法是用来对核反应堆主容器4的壁12进行探测。核反应堆经过一段时间运行后，其中充满了带钠-24的放射性液体钠7。
这种探测是在停堆后进行的，也就是说在控制棒被放在最大限度插入堆芯78的位置后，并在停堆后经过约35小时，这期间反应堆的放射性几乎完全衰减。
在这种方式中，应避免将探测装置暴露在其构成材料所不能承受的强的放射线当中。
还应避免直接来自堆芯的放射线和来自冷却钠的放射线的过分相互干扰，这将使得探测结果难于分析。
如图2中所示，在主容器4的壁12和安全容器5之间的空间13中引入探测装置14。
装置14包括一光子探测器15，该探测器包括一敏感表面15a，该敏感表面通过导线与电子程序计量器15b相连，和一由铅或铅基重合金构成的平行光管16，该平行光管上有和光子探测器15的敏感表面15a成一直线的窗口和准直槽17。
如图2和3中所示，平行光管16可包括一由铅或重合金构成的平行六面体的金属底板，某一端有一为安装光子探测器15用的空穴，在其长度方向开有槽17，槽17的横截面为狭缝形，如图3所示，它们构成平行光管的开口17a。
在图2和图3所示的实例中，构成靠近壁12的槽17的入口部分的开口17a布置成相互平行的两列。
从其中分布有γ射线发射源钠-24的放射性钠7中发射出的由光子组成的具有某种能量的γ射线穿过壁12和平行光管16中的槽17直到探测器15的敏感表面。
用这种装置可对其横截面与平行光管入口部分的横截面，即由铅或重合金构成并被槽17穿过的那部分横截面相对应的壁的测量区域进行连续探测。
当和探测装置14相对的壁12的区域是完好无缺的时，由钠7发射的在一定时间内穿过壁的测量区域的光子数只依赖于放射性元素的放射性，即钠7中包含的钠-24的放射性。
另一方面，当壁12中存在例如裂纹这样的缺限18时，钠7中包含的放射性元素所发射的穿过壁12的光子和壁完好时所穿过的光子数量是不一样的。
通过比较穿过参照区域和穿过测量区域的光子数量，就能确定壁中在测量区域是否至少有一个缺陷。
通常，穿过有例如裂纹的缺陷的区域的光子数量要比穿过完好无缺区域的光子数多。
可以设想使用电子计量器来完成的不同类型的处理方式。
在第一类处理中，可对到达探测器15的光子进行计数直到达到一定数量的光子，并测出发射和计数达到预定光子数所需的时间。
当这种测量是在壁12的一块完好无缺的区域前进行时，达到预定数量的光子所需计数时间只依赖于液体钠7中钠-24的放射性，也就是说依赖于从核反应堆停堆后衰减期结束时开始所经过的时间。
应事先定好一标准以确定达到预定数量光子所需计数时间和从放射性衰减期结束开始经过的时间之间的关系。
当探测到限定作为测量期的函数的时间和达到预定数量光子所需的计数时间不一致时，可推导出壁上存在着缺陷。
通常，计数时间比由上述关系定义的时间要短。
当快中子核反应堆停堆并经过35小时的衰减期后，用光子探测器在容器间空间对光子数进行计数，钠-24放射性的半衰期为15小时。
可在测量期开始的一秒钟内对有代数表性的一定数量的光子进行计数，而这种期间在经过15个小时后变成了两秒钟。
在15小时内，正常对预定数量的光子计数的期间，也即计数达到穿过完好无缺的壁区域的预定数量的光子的时间只线性地在一至两秒钟内变化。
因而可在放射性衰减期后15个小时内的任何时刻对完好区域或有缺陷区域进行测量以确定其计数达到预定数量光子所需时间。
根据本发明的方法可用另一种方式完成，即使用两个相同的如装置14的测量装置，其中一个沿可能有缺陷的区域移动，而另一个则沿壁的完好区域移动。
当对构成核反应堆的容器12的一部分的两块不锈钢板21a和21b的焊缝20进行探测时，一个探测装置14沿焊缝20移动以覆盖焊缝的宽度和焊缝每一侧的两个横向窄条，另一个探测装置14在相距焊缝20一定距离的板21a或21b上的一个区域同时移动。
当焊缝20中存在缺陷23或其中一块板上靠近焊缝20的地方存在一裂纹24，两个探测装置14就记录显示出不同的光子数量，缺陷23和24是在焊接板时形成的。
通过使用本发明的方法，可对构成快中子核反应堆容器壁一部分的25mm厚钢板的对头焊点的缺陷12进行探测，缺陷的平均特点如下宽度0.1mm长度20mm深度(在焊缝内或板内)5mm对通过可能存在缺陷区域的光子数进行计数并和参照光子数相比较，还可确定测量区域存在缺陷的相对体积。
使用容器中所装钠中分布的钠-24所发射的γ射线可进行满意的探测，计数时间通常为一到两秒钟。因而可通过在测量区域连续放置探测和计数装置并保持一到两秒钟而对容器需监视的区域进行扫描。
在对容器的一些焊接区或对整个壁进行探测前，可同时在容器的不同区域设置适当数量的探测装置。
根据被测容器区域的形状和大小，可使用不同形状的平行光管，例如平行光管中包含有大的横截面为圆形的由铅或铅合金(例如DENAL合金)构成的圆筒形构件，如图4a、4b、4c和4d中所示。
图4a所示平行光管16a包括沿垂直方向设置的四个狭缝形窗口。
图4b中所示平行光管16b包括沿水平方向设置且一个位于另一个上面的四个狭缝形窗口。
图4c中所示平行光管16c包括一个垂直设置的窗口，而图4d中所示平行光管16d包括一水平设置的窗口。
光子探测器应只对穿过壁12直接来自钠7的放射线敏感，而不对其它辐射源，例如在壁的厚度内散射的放射线敏感。
因而需要用与操作和测量组件相连的γ射线光谱仪来进行过滤，并使用在其出口端放有光子探测器的敏感表面的由铅或重合金构成的平行光管。
图6示意和比较地在其上部显示了根据本发明的γ射线探伤法，在其下部显示了根据现有技术的γ射线探伤法。
对于根据现有技术的装置，γ射线源25或25′尺寸很小(几微米)，可认为是点射线源。射线源25或25′向探测器27的薄片或敏感表面方向发射光子束26或26′。
如图中所示，为了更清楚地探测出壁12中的缺陷28，需要将γ射线源放置在离壁12内表面尽可能远的地方，以减小接受光子发射的敏感表面上的区域的范围(区域29)。
由于当处于较远的射线源25时，相应于缺陷28的区域29的范围扩展出模糊的形状较小，因而最好将γ射线源的位置从25移到25′。
由于γ射线源25或25′和敏感表面27必须放置在壁12的两侧。因而根据现有技术的方法不能用来对快中子核反应堆的主容器壁进行探测。
壁12内包含的钠7中分布的钠-24放出的X射线几乎是均匀地穿过壁的所有区域，在图中用平行的γ射线束30示意地表示。
当用一宽度和射线源25到壁12的距离相等的平行光管31，探测器32的敏感表面上获得的缺陷分辨度和从距壁12一定距离的点射线源(例如25)获得的相当。
这种结果可从只在壁12一侧安置平行光管/探测器组件就可获得。
当盛有放射性液体的容器(例如核反应堆容器)的情况下，可通过在壁的外侧的连续测量区域安置一探测器并同时使用一平行光管就可精确地探测出容器壁上的缺陷。
当然容器中包含的放射性液体中应均匀分布有具有足够的放射性的发射γ射线的放射性元素。
当对用液体钠冷却的快中子核反应堆的主容器进行探测时，可使用如图7中所示已知类型的小车33，小车在包含液体钠7的主容器4和安全容器5之间的空间13中移动。
已知类型的小车33包括一其上安装有测量装置34的支承座35，测量装置随小车33在靠近主容器4的地方特别是焊接区域20和20′移动。
小车33包括一对铰接在支承座35上已知类型的臂，臂的端部安装有滚珠轴承装置37和37′，这种装置和其中一个容器(例如安全容器5)接触。
小车33还包括和第二容器(例如主容器4)接触的滚珠轴承36。
铰接臂的位置可由液压缸控制以保持在滚珠轴承装置和壁之间的接触，小车33在该两壁之间移动。
小车33由电机带动以使其在容器间空间13中移动。
光子探测器34和图2中的装置14结构相似，它包括一对光子敏感的探测表面和一由铅或重合金构成的平行光管，平行光管包括准直窗口和光子引导槽，在其端部放置着敏感探测表面。
小车33和电缆39相连，通过电缆连接电机装置以驱动小车33，同时收集来自探测装置34的测量数据。
当核反应堆用高压水冷却时，它包括一充满高压水的容器，其中浸有反应堆堆芯，这时也可通过在靠近容器外表面的连续测量区域放置光子探测器而对容器壁进行探测。
在这种情况下，可在核反应堆运行期间对其进行测量。
实际上，当容器中充满高压水作为冷却液时，通过核反应将在高压水中形成放射性氮-16，它具有完成本发明的方法所需的足够的放射必。
其具体的完成测量的方式和前面所述的对快中子核反应堆的容器壁进行测量的方式基本上相同。
因而根据本发明的方法可简便地对包含放射性液体的容器壁进行测量，而不需在容器内侧引入放射源或探测器。
此外，根据本发明的方法通过比较可精确地确定壁上限定的测量区域内是否有缺陷。
本发明不受前面所描述的实施例所限制。
因而本发明不限于通过放射性元素24Na对用液体钠冷却的快中子核反应堆容器进行探测，或通过把氮-16作为γ射线源而对高压水核反应堆容器进行探测。而且还可对任何盛有其中均匀分布有放射性元素的液体的容器进行探测。
探测和准直装置或使这些装置沿壁移动的装置可和前面所述的不同。
本发明应用于核工业领域，用以对盛有其中含有作为γ射线发射源的放射性元素的液体的容器壁进行探测。
权利要求
1.一种用于对盛有其中至少均匀分布有一种可放射出γ射线的放射性元素的液体的容器(4)的壁(12)进行无损探测的方法，包括对靠近壁上测量区域外表面的光子数进行计数并将所测光子数与作为参照的光子数进行比较，从而推断壁上测量区域是否存在缺陷，其特征在于这种计数是对均匀分布于液体中的放射性元素发出的穿过壁(12)上测量区域的光子数进行计数，而参照光子数是放射性元素发出的穿过壁(12)上参照区域的光子数。
2.一种根据权利要求1所述的方法，其特征在于对由放射性元素发出的穿过测量区域的光子数达到预定数量的所需时间进行测量，并将这个时间与穿壁(12)上参照区域预定数量光子数所用的参照时间进行比较。
3.一种根据权利要求2所述的方法，其特征在于当放射性元素发出的γ射线随时间衰减时，所述的参照时间随时间的变化由一种关系式定义。
4.一种根据权利要求1所述的方法，其特征在于同时对穿过壁(12)上测量区域和参照区域的光子数进行计数，并在一确定的时间内比较穿过测量区域和穿过壁(12)上参照区域的光子数。
5.一种根据权利要求1至4中任何一项的方法，其特征在于所述的容器(4)中盛的液体为钠，在所述的液体中均匀分布的能发出γ射线的放射性元素是钠-24，所述的容器(4)是用液体钠冷却的快中子核反应堆的主容器(4)。
6.一种根据权利要求1至4中任何一项的方法，其特征在于所述的容器中盛的液体为高压水，在所述的液体中均匀分布的能发出γ射线的放射性元素是氮-16，所述的容器是高压水核反应堆的容器。
7.一种根据权利要求1至6中任何一项的方法，其特征在于放射性元素发出的穿过容器壁(12)的γ射线在到达光子敏感表面前，经平行光管的通道使其平行。
8.一种对盛有其中至少均匀分布有一种可发射γ射线的放射性元素的液体的容器的壁进行无损探测的装置，其特征在于它包括一光子探测器(15)和一由重金属制成的平行光管(16)，所述的光子探测器(15)有一位于穿过平行光管(16)中的槽(17)的出口对光子进行探测的探测表面(15a)和一与光子探测器(15)相连的测量和比较装置(15b)。
9.一种根据权利要求8的装置，其特征在于所述的平行光管(16)包括一大的重金属块，其中穿过一组槽(17)，其构成平行光管窗口的横向开口为相互平行的窄缝形。
10.一种根据权利要求8或9的装置，其特征在于它还包括一使测量组件移动的装置(33)，该测量组件包括位于靠近容器(4)壁(12)附近的连续位置上的探测器(15)和平行光管(16)。
全文摘要
一容器中盛有在其中均匀分布有发出γ射线的放射性元素的液体。一光子探测器(15)位于靠近壁(12)测量区域的外表面处，对穿过壁(12)上测量区域的液体中放射性元素所发出光子数进行测量，并将之与穿过壁(12)上参照区域的光子数进行比较，从而推导出在壁(12)上测量区域是否存在着缺陷(18)，测量装置包括一位于平行光管(16)一端的光子探测器(15)，平行光管由重金属制成，其中穿过有槽或窗口(17)。
文档编号G01T1/164GK1076279SQ9310036
公开日1993年9月15日 申请日期1993年1月15日 优先权日1992年1月16日
发明者麦瑞·丹尼尔, 莫瑞欧·乔治斯, 阿克·雅克思 申请人:法玛通公司