基于X射线断层扫描的高温气冷堆燃料球完整性检测装置的制作方法

基于x射线断层扫描的高温气冷堆燃料球完整性检测装置
技术领域
1.本实用新型属于核反应堆燃料检测的领域，涉及一种基于x射线断层扫描的高温气冷堆燃料球完整性检测装置。


背景技术：

2.核燃料元件是为核反应堆提供裂变能量的核心部件，裂变过程中产生大量的裂变核素和感生放射性核素，其中存在大量的放射性核素都被包络在反应堆核燃料元件内部，这一层包容壳层就是燃料元件包壳层，通常称为核电厂的第一道屏障，其完整性是核电站安全的重要保证。压水堆的核燃料元件完整性检测通过在线的放射性核素监测和卸料状态下的核燃料组件的完整性检测，具有成熟的经验和方法。高温气冷堆作为全球首台具备四代技术特征的核能发电机组，采用不停堆换料模式，使用60mm直径的球型燃料元件，核燃料在反应堆、装卸料系统、新燃料系统、乏燃料系统等系统的设备和管道间流动，燃料元件会存在一定的破损，设计破损率为小于2
×
10-4。目前高温气冷堆设计的系统，只能识别燃料元件大体积的破碎，不能识别小体积的破损(因为缺失的部分较少，不影响燃料球的流动)，这种带有缺陷的燃料球如果在堆芯和系统中继续流动，将增加燃料球卡涩在管道(即卡球)的风险，破损的燃料球继续参加核裂变反应，放射性物质将会穿透破损的包壳层，增加一回路的放射性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于x射线断层扫描的高温气冷堆燃料球完整性检测装置，该装置实现高温气冷堆球形燃料元件的表面缺陷及体积缺陷进行检测，完成对破损的球形燃料元件的甄别筛选。
4.为达到上述目的，本实用新型所述的基于x射线断层扫描的高温气冷堆燃料球完整性检测装置包括进料系统、出料系统、气力提升系统、负压通风系统、球路清洗系统、斜坡管道、第一球路计数器、第二球路计数器、第三球路计数器、第四球路计数器、输送单一器、发射器、入口分配器、出口分配器、x射线检测装置、发射控制阀及控制及数据处理系统；
5.进料系统的出口经第一球路计数器、第二球路计数器及输送单一器与发射器的入口相连通，发射器的出口经斜坡管道与入口分配器的第二个开口相连通，入口分配器的第一个开口经测量管道与出口分配器的第一个开口相连通，出口分配器的第二个开口经第三球路计数器及第四球路计数器与出料系统相连通，气力提升系统经发射控制阀与发射器相连通；x射线检测装置套接于测量管道上，斜坡管道的出口处设置有入球定位器；
6.控制及数据处理系统与入球定位器、x射线检测装置、发射控制阀、出口分配器、入口分配器、第三球路计数器、第四球路计数器、第一球路计数器及第二球路计数器相连接。
7.斜坡管道与水平面之间的夹角为5
°‑
10
°
。
8.x射线检测装置包括x射线机、x射线接收板、固定支撑、屏蔽外壳、固定环、滑环、旋转控制器、电气贯穿件及支撑柱；
9.固定环通过固定支撑与屏蔽外壳的内壁上，滑环内嵌于固定环内，x射线机及x射线接收板通过支撑柱安装于滑环的内壁上，且x射线机及x射线接收板相对于测量管道的轴线对称分布，旋转控制器与滑环的控制端相连接，控制及数据处理系统经电气贯穿件与x射线机、x射线接收板及旋转控制器相连接，图像呈现装置与控制及数据处理系统相连接。
10.测量管道采用超声波高穿透性材料。
11.还包括球路清洗系统；出口分配器的第三个开口及入口分配器的第三个开口均与球路清洗系统相连通。
12.屏蔽外壳连通有负压通风系统。
13.本实用新型具有以下有益效果：
14.本实用新型所述的基于x射线断层扫描的高温气冷堆燃料球完整性检测装置在具体操作时，通过x射线检测装置实现高温气冷堆球形燃料元件的完整性检测，以适应高温气冷堆不停堆换料的快速球流状态，其中，x射线检测信号具有穿透性强，采用可旋转设计实现多角度测量，以提高燃料球的检测效率及准确率。需要说明的是，本实用新型既可以检测出燃料元件的表面缺陷，又可以对破损燃料元件的体积缺陷进行深度检查，实现数据的自动分析、判断控制和储存的功能。
附图说明
15.图1为本实用新型的结构示意图；
16.图2为x射线检测装置9的轴向结构图；
17.图3为x射线检测装置9的径向结构图。
18.其中，1-1为进料系统、1-2为出料系统、2为气力提升系统、3为负压通风系统、4为球路清洗系统、5-1为第一球路计数器、5-2为第二球路计数器、5-3为第三球路计数器、5-4为第四球路计数器、6为输送单一器、7为发射器、8-1为入口分配器、8-2为出口分配器、9为x射线检测装置、10为发射控制阀、11为斜坡管道、12为入球定位器、13为燃料球、14为电气贯穿件、15为控制及数据处理系统、16为图像呈现装置、17为固定支撑、18为屏蔽外壳、19为滑环、20为支撑柱、21为高穿透性材料、22为固定环、23为x射线机、24为x射线接收板、25为旋转控制器。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本实用新型公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本实用新型公开的概念。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
20.在附图中示出了根据本实用新型公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不
同形状、大小、相对位置的区域/层。
21.参考图1、图2及图3，本实用新型所述的基于x射线断层扫描的高温气冷堆燃料球完整性检测装置包括进料系统1-1、出料系统1-2、气力提升系统2、负压通风系统3、球路清洗系统4、第一球路计数器5-1、第二球路计数器5-2、第三球路计数器5-3、第四球路计数器5-4、输送单一器6、发射器7、入口分配器8-1、出口分配器8-2、x射线检测装置9、发射控制阀10、斜坡管道11及控制及数据处理系统15；
22.进料系统1-1的出口经第一球路计数器5-1、第二球路计数器5-2及输送单一器6与发射器7的入口相连通，发射器7的出口经斜坡管道11与入口分配器8-1的第二个开口相连通，入口分配器8-1的第一个开口经测量管道与出口分配器8-2的第一个开口相连通，出口分配器8-2的第二个开口经第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4与出料系统1-2相连通，出口分配器8-2的第三个开口及入口分配器8-1的第三个开口均与球路清洗系统4相连通，气力提升系统2经发射控制阀10与发射器7相连通；x射线检测装置9套接于测量管道上；
23.控制及数据处理系统15与x射线检测装置9、发射控制阀10、出口分配器8-2、入口分配器8-1、第三球路计数器5-3、第四球路计数器5-4、第一球路计数器5-1及第二球路计数器5-2相连接。
24.斜坡管道11的作用是使得燃料球13从输送单一器6出来后能够通过重力作用缓慢进入测量管道，该斜坡管道11与水平面之间的夹角为5
°‑
10
°
，该角度可以保证燃料球13能够有足够的动力克服摩擦力，又不至于使燃料球13在管道中卡住而停止不前，还可以防止燃料球13流动速度过快而无法被x射线检测装置9截停，防止入球定位器12被高速燃料球13撞击损坏。
25.斜坡管道11的出口处设置有入球定位器12，入球定位器12的作用是截停燃料球13并将其置于x射线探头的位置，入球定位器12共有三个位置，即截球、球入位、排球，入球定位器12的初始状态为截球状态，当燃料球13进入x射线检测装置9后，入球定位器12发出燃料球13入位信号，x射线检测装置9启动，开始对燃料球13进行x射线检测。在收到控制及数据处理系统15发出的检测结束指令后，入球定位器12将燃料球13放走，此时入球定位器12打开处于排球位置；当第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4检测到燃料球13通过时，控制及数据处理系统15发出指令使入球定位器12恢复到初始的截球位置。
26.x射线检测装置9包括x射线机23、x射线接收板24、固定支撑17、屏蔽外壳18、固定环22、滑环19、旋转控制器25、电气贯穿件14及支撑柱20，固定环22通过固定支撑17与屏蔽外壳18的内壁上，滑环19内嵌于固定环22内，滑环19能够作旋转运动，其中，滑环19的转动最大角度为360
°
。旋转控制器25接收实际测量的旋转角度信号及控制指令信号，使滑环19旋转，以达到全周覆盖被检测燃料的目的，x射线机23及x射线接收板24通过支撑柱20安装于滑环19的内壁上，且x射线机23及x射线接收板24相对于测量管道的轴线对称分布，以保证x射线机23与x射线接收板24在滑环19旋转期间始终呈180
°
对称，x射线的发射及接收能够覆盖整个燃料球13区域，控制及数据处理系统15对x射线接收板24接收到的信号进行成像处理，再在图像呈现装置16上显示完整燃料球13的3d显示图像，为降低测量管道对x射线的影响，测量管道采用高穿透性材料21，以降低x射线的能量衰减，提高测量的精确度。
27.入球定位器12在收到检测结束的信号后，控制及数据处理系统15发出放行信号允许燃料球13通过，此时燃料球13传输所需的动力来自于气力提升系统2的高压氦气，发射控
制阀10打开，将高压氦气输送至管道，高压氦气的动能转换为燃料球13的动能，燃料球13被导入出料系统1-2。在正常运行期间，第一球路计数器5-1、第二球路计数器5-2、第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4的计数相同，当第一球路计数器5-1及第二球路计数器5-2的计数比第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4多1时，则说明x射线检测装置9内有1个燃料球13正在检测，当检测结束后，燃料球13被排出，第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4加1，控制及数据处理系统15发出关闭发射控制阀10的信号，并允许x射线检测装置9进行下一个燃料球13测量。
28.经过一轮检测的控制和检测流程，各设备的状态变化情况如下：
29.初态
30.第一球路计数器5-1、第二球路计数器5-2、第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4为0，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第二个开口导通，x射线检测装置9待机，发射控制阀10关闭，输送单一器6复位，入球定位器12截球状态；
31.输送单一器6进球
32.第一球路计数器5-1及第二球路计数器5-2计数加1，第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4计数为0，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第二个开口导通，x射线检测装置9待机，发射控制阀10关闭，输送单一器6启动一次进球一次，入球定位器12截球状态；
33.球入位
34.第一球路计数器5-1及第二球路计数器5-2计数为1，第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4计数为0，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第二个开口导通，x射线检测装置9待机，发射控制阀10关闭，输送单一器6复位，入球定位器12球入位；
35.启动检测
36.第一球路计数器5-1及第二球路计数器5-2计数为1，第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4计数为0，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第二个开口导通，x射线检测装置9启动，发射控制阀10关闭，输送单一器6复位，入球定位器12球入位；
37.检测结束排球
38.第一球路计数器5-1及第二球路计数器5-2计数为1，第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4计数加1，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第二个开口导通，x射线检测装置9待机，发射控制阀10开启，输送单一器6复位，入球定位器12打开放球；
39.排球结束
40.第一球路计数器5-1及第二球路计数器5-2计数为1，第三球路计数器5-3及第四球路计数器5-4计数为1，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第二个开口导通，x射线检测装置9待机，发射控制阀10关闭，输送单一器6复位，入球定位器12截球；
41.由于测量管道内可能存在石墨粉尘及燃料球13的碎屑，石墨粉尘及燃料球13的碎屑可能影响x射线检测装置9的准确性，本实用新型还设置有球路清洗系统4，在非清洗阶段，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第二个开口导通、第三个开口关闭，当需要清洗时，入口分配器8-1及出口分配器8-2的第一个开口及第三个开口导通、第二个开口关闭，从球路清洗系统4引入吹扫气流及清洗胶球，再经出口分配器8-2导出，吹扫气流可将测量管道内的粉尘及燃料球13的碎屑带出，清洗胶球在吹扫气流的作用下也可对测量管
道的内壁进行清扫，清洗胶球具有可压缩性，球路清洗系统4对回收的杂质及清洗胶球进行计数和处理。
42.屏蔽外壳18连通有负压通风系统3，保证连续的换气通风及冷却，相对于环境为微负压状态，能够防止放射性物质外泄。