一种燃料棒微小空腔体积测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核燃料循环技术领域，具体地，涉及一种燃料棒微小空腔体积测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国正在开展压水堆燃料元件回收铀用于重水堆燃料元件的研发和辐照验证试验，其中燃料元件内压是直接影响燃料元件与反应堆安全运行的重要指标，由于内压无法直接测量，只能通过测量气体总量和燃料棒内部空腔体积进行计算获得。由于辐照后燃料元件放射性、燃料芯体辐照变化、燃料元件内部空腔的随机性，常规方法如计算法和称重法无法使用，仅能通过气体状态平衡原理进行测量。
[0003]由于气体状态平衡原理是根据理想气体建成，对不同的真实气体在不同的压力和温度其分子运动规律存在差异，这种差异导致体积测量存在较大的不确定性。为了正确评价燃料元件的性能，保证反应堆的安全运行，满足重水堆燃料元件辐照考验的需要，国内首次开展了棒束型燃料元件辐照后微小空腔体积测量技术研究。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种原理简单、测量准确的燃料棒微小空腔体积测量系统及方法。
[0005]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:
一种燃料棒微小空腔体积测量系统，包括装夹件、标准容器、抽真空装置、压力测量装置和多个对比密封件，装夹件具有一个用于安装燃料棒或对比密封件的容腔，容腔具有开口，燃料棒或对比密封件从该开口装入容腔，容腔仅可安装一个燃料棒或一个对比密封件，容腔的侧壁上设置有密封构件，密封构件密封安装于容腔内的待测元件或对比密封件与容腔之间的间隙，从而将位于密封构件内侧的待测元件或对比密封件密封于容腔内，优选的，所述的密封构件所处的位置靠近容腔的开口，装夹件上设置有导气管，装夹件内部设置有连通容腔和导气管的通道A，导气管通过管道分别连接压力测量装置、标准容器和抽真空装置，导气管连接标准容器的管道上设置有阀。
[0006]测量工艺包括标定、测量和修正。测量系统采用高精度的压力测量装置；多个对比密封件用于标定系统测量修正系数；标准容器采用与系统管道体积对应规格制成的密封件，用于标定与测量系统管道体积；阀用于隔离标准容器与测量系统，阀选用高真空的蝶阀，开启和关闭引起的系统管道体积的变化不得影响测量准确度要求。本技术工艺流程为首先依次将具有不同体积差的对比密封件插入空腔并进行密封，测量不同负压条件下的体积差测量值，制作修正系数的标定曲线；其次，采用同样的测量方法测量待测燃料棒未钻孔前与钻孔后的体积差，即待测燃料棒内部空腔体积；最后，根据测量参数和标定曲线对测量结果进行修正。
[0007]所述的标准容器为体积已知的容器。
[0008]不同的对比密封件被密封于容腔内的体积不同，不同对比密封件被密封于容腔内的体积的体积差可通过测量获得。不同对比密封件被密封于容腔内的体积的体积差的范围覆盖预估燃料棒内部空腔体积。
[0009]所述的压力测量装置为薄膜真空计。优选的，所述的薄膜真空计由粗真空和低真空两个测量范围的真空计组成，两个范围叠加为0~1 X 105Pa。
[0010]所述的抽真空装置为机械栗和分子栗，先以机械栗进行预抽压，然后再使用分子栗进行深度抽压，直至真空腔体达到所需的气压为止。所述的阀为蝶阀。
[0011]所述的对比密封件包括圆柱型主体和设置于圆柱型主体端面上的凸台，通过在不同对比密封件的圆柱型主体端面上设置不同体积的凸台，实现不同的对比密封件被密封于容腔内的体积不同。同时采用圆柱型主体也使得对比密封件与燃料棒的形状相当，便于密封构件能够同时实现对燃料棒及对比密封件的密封，优选的圆柱型主体的外径与燃料棒的外径相等。
[0012]优选的所述的圆柱型主体的两端均设置有凸台，并且位于圆柱型主体两端的凸台的体积不同。这就使得，将对比密封件的两端分别插入空腔内时，其两端被密封于容腔内的体积不同，也就使得一个对比密封件能够用作积差一定的两个体对比密封件，从而便于操作。优选的，所述的凸台为圆柱型凸台，通过调整凸台的直径和轴向长度实现对凸台体积的调节，也就实现了对比密封件被密封于容腔内的体积大小的调节。
[0013]优选的，所述的通道A内安装有用于对燃料棒进行钻孔的钻孔装置。进一步的，导气管通过管道连接裂变气体收集装置。
[0014]采用所述的燃料棒微小空腔体积测量系统的燃料棒微小空腔体积测量方法，包括以下步骤:
51、预估燃料棒内部空腔体积范围；
52、根据预估体积，选用具有至少3种体积差的多个密封件，体积差的覆盖待测件的预估体积，所述的体积差是指不同密封件被密封于装夹件的容腔内的体积的体积差；
53、依次将对比密封件装入装夹件的容腔，在不同压力下分别测量插入密封件时的系统体积，将测量的体积差与体积差的理论计算值比较；其包括以下子步骤；
531、将对比密封件A装入装夹件的容腔，保持体积已知的标准容器与测量系统之间的阀打开，通过抽真空装置对测量系统预抽真空，记录用于测量测量系统内部压力的压力测量装置测得的压力P0，并停止抽真空，将阀关闭，从而体积已知的标准容器与测量系统之间由阀密封隔断，然后通过抽真空装置继续对测量系统抽真空，当系统真空度达到一定程度时，记录压力测量装置测得的压力P1，并停止抽真空，然后打开阀，标准容器内的气体进入测量系统，记录压力测量装置测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算测量系统体积；
532、将与对比密封件A具有体积差的对比密封件B装入装夹件的容腔，打开阀，通过抽真空装置对测量系统预抽真空，记录压力测量装置测得的压力P0，并停止抽真空，将阀关闭，然后通过抽真空装置继续对测量系统抽真空，当压力测量装置测得的压力为步骤S31记录的P1时，停止抽真空，然后打开阀，标准容器内的气体进入测量系统，记录压力测量装置测得的压力P3，根据理想气体状态方程，计算测量系统体积；
优选的，所述的对比密封件A和对比密封件B为一体结构件，对比密封件A和对比密封件B分设在一体构件的两端，当该一体结构件的一端插入容腔内时，即可视为对比密封件A，将另一端插入容腔内时，即可视为对比密封件B。从而当进行步骤S31时，将一体结构件的一端装入装夹件的容腔，然后进行后续操作；当进行步骤S32时，将一体结构件的另一端装入装夹件的容腔，然后进行后续操作。进一步的，所述的一体结构件包括圆柱型主体，圆柱型主体的两端均设置有凸台，并且位于圆柱型主体两端的凸台的体积不同。即每个一体结构件的两端为具有一个固定体积差的两个对比密封件，从而通过选用至少三个具有不同固定体积差的一体结构件，并且保证所述不同的固定体积差的差值覆盖待测件的预估体积值，即可满足本发明对对比密封件的使用需求；
S33、将S31和S32两次测量的系统体积差V与体积差的理论计算值比较，并计算测量误差和修正系数K，修正系数K=两密封件体积差理论计算值/