李陣德 宋磊 楊森 李梓晗

摘? ?要：根據(jù)歷年來對300MW燃料棒γ掃描檢測發(fā)現(xiàn)，在燃料棒γ掃描檢測中存在隔熱塊檢查結(jié)果的誤判現(xiàn)象，主要存在隔熱塊測量計(jì)數(shù)值超限或位置錯(cuò)誤等的誤判。本文通過對隔熱塊數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)，解決了隔熱塊上述類型的誤判現(xiàn)象，結(jié)果表明改進(jìn)后的數(shù)據(jù)處理與判定方法可以進(jìn)一步提高300MW燃料棒對隔熱塊檢測的可靠性。

關(guān)鍵詞：300MW燃料棒? 隔熱塊? γ掃描

中圖分類號：TL364? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0081-02

1? 燃料棒γ掃描檢測裝置

241Am γ射線檢測裝置實(shí)現(xiàn)300MW燃料棒內(nèi)UO2芯塊間隙、彈簧空腔和上下端隔熱塊的檢測，檢測裝置由241Am放射源、NaI探測器、傳動(dòng)裝置、上下料機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、核電子儀器和計(jì)算機(jī)測量與數(shù)據(jù)處理軟件組成。燃料棒γ掃描檢測裝置示意圖見圖1。

2? 燃料棒內(nèi)零部件排列狀態(tài)γ掃描測量原理

300MW燃料棒內(nèi)UO2芯塊間隙、彈簧空腔和上下端隔熱塊采用γ射線吸收法檢查。利用241Am γ放射源所放出的能量為59.5KeV特征γ射線，對燃料棒掃描[1]。當(dāng)燃料棒勻速通過放射源時(shí)穿過燃料棒的γ射線被探測器獲得，由于γ射線對不同材料的吸收系數(shù)有差異，則穿過不同材料后的γ射線強(qiáng)度有一定變化，根據(jù)測得的γ射線計(jì)數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)棒的對應(yīng)位置計(jì)數(shù)值比較后來判定燃料棒內(nèi)UO2芯塊、隔熱塊和彈簧空腔是否滿足燃料棒技術(shù)要求[2]。

3? 300MW燃料棒γ掃描

3.1 300MW燃料棒γ掃描

圖2為300MW燃料棒內(nèi)填裝的彈簧和隔熱塊實(shí)物圖像，被測燃料棒通過檢測裝置掃描后可獲得圖3的燃料棒內(nèi)部γ計(jì)數(shù)分布圖譜，從中可看到，燃料棒內(nèi)不同材料其測得的γ計(jì)數(shù)值不完全相同，從Y軸可以看到UO2芯塊的γ計(jì)數(shù)值很低，其γ射線大部分被它吸收，彈簧區(qū)域由于存在一定的空腔它吸收的γ射線較少，其測得的計(jì)數(shù)值比UO2芯塊要高，隔熱塊與芯塊大小一致但密度比芯塊要小，因此它測得的γ計(jì)數(shù)值也比較高，這樣根據(jù)不同零部件測量得到計(jì)數(shù)值差異來判定隔熱塊等零部件在燃料棒中的位置和大小是否與標(biāo)準(zhǔn)棒一致。

3.2 300MW燃料棒下端隔熱塊γ掃描測量

從圖3中掃描數(shù)據(jù)可看出，下端隔熱塊填裝于芯塊端部與下端塞之間，其兩端材料的密度很高，很容易判斷找到其起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，其下端隔熱塊局部掃描數(shù)據(jù)見圖4，從圖4中可以很容易分辨出隔熱塊的掃描數(shù)據(jù)。

3.3 300MW燃料棒上端隔熱塊γ掃描測量

300MW燃料棒上端隔熱塊填裝于上端芯塊柱的端部與壓緊彈簧之間，為了調(diào)整空腔長度，可以用10mm或者5mm隔熱塊填裝，由于彈簧和隔熱塊的吸收γ射線的能力相當(dāng)，因此它們的掃描數(shù)據(jù)相差不大，僅僅依靠彈簧端部幾圈密實(shí)區(qū)的掃描數(shù)據(jù)差異來分辨。當(dāng)填裝5mm的隔熱塊時(shí)其數(shù)據(jù)的分辨會(huì)更難，甚至不能分辨出來，這給300MW燃料棒隔熱塊γ掃描帶來了誤判。

4? 300MW燃料棒隔熱塊測量結(jié)果分析

4.1 300MW燃料棒隔熱塊γ掃描結(jié)果誤判現(xiàn)象

較早對300MW燃料棒隔熱塊采用與標(biāo)準(zhǔn)棒隔熱塊所對應(yīng)的γ計(jì)數(shù)累計(jì)值進(jìn)行判定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)棒測量數(shù)據(jù)計(jì)算出10mm和5mm隔熱塊所對應(yīng)的判廢限來判定被測燃料棒隔熱塊大小是否一致，這一判定方法對于相同密度隔熱塊來說可以適用，當(dāng)隔熱塊產(chǎn)品出現(xiàn)其密度波動(dòng)時(shí)，其γ掃描獲得隔熱塊的γ計(jì)數(shù)累計(jì)值也會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致被測得的隔熱塊計(jì)數(shù)累計(jì)值超出判廢上限或低于判廢下限。

另外在上端隔熱塊數(shù)據(jù)處理上單純尋找彈簧計(jì)數(shù)值與隔熱塊計(jì)數(shù)值臨界點(diǎn)的最低點(diǎn)時(shí)容易出錯(cuò)，因?yàn)樽畹忘c(diǎn)不一定是真正要找的臨界點(diǎn)，導(dǎo)致隔熱塊的位置找錯(cuò)會(huì)產(chǎn)生一定誤判。

4.2 隔熱塊密度差異γ掃描結(jié)果分析

熱塊的測量要求是要檢查它的位置及塊數(shù)是否符合技術(shù)要求，隔熱塊的判定是以測量隔熱塊的累計(jì)計(jì)數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)棒計(jì)算出判廢限進(jìn)行比較來判定，從歷年測量情況看這種判定方法存在誤判的缺陷，在隔熱塊其密度不一致時(shí)，其γ掃描得到的計(jì)數(shù)累計(jì)值也不一樣，這樣與標(biāo)準(zhǔn)棒隔熱塊判廢限比較會(huì)導(dǎo)致超限而誤判。以10mm隔熱塊為例，找到了兩種密度與標(biāo)準(zhǔn)棒不一致隔熱塊的產(chǎn)品各一支重復(fù)測試20次。

分析測試結(jié)果表明，對于低密度隔熱塊重復(fù)測量數(shù)據(jù)中存在超出隔熱塊判廢上限現(xiàn)象。高密度隔熱塊測量中也存在低于判廢下限的現(xiàn)象。因此，用計(jì)數(shù)法來判定隔熱塊就存在這一誤判缺陷。

4.3 隔熱塊與彈簧位置定位錯(cuò)誤結(jié)果分析

300MW燃料棒的上端隔熱塊填裝于上端芯塊柱與壓緊彈簧之間，為了調(diào)整空腔長度，這個(gè)位置允許填裝1塊10mm或5mm的隔熱塊，當(dāng)填裝5mm隔熱塊時(shí)由于其測量計(jì)數(shù)值與彈簧計(jì)數(shù)值差異不大，而且難以區(qū)別其準(zhǔn)確位置，出現(xiàn)誤判的幾率就增大。由于原有判定上端隔熱塊主要是找出彈簧計(jì)數(shù)值與隔熱塊計(jì)數(shù)值最低點(diǎn)來定位隔熱塊的起始點(diǎn)，而γ掃描測量計(jì)數(shù)值統(tǒng)計(jì)漲落較大，往往找到的臨界點(diǎn)不是隔熱塊的起始點(diǎn)，這樣有可能把10mm隔熱塊由于起始點(diǎn)定位錯(cuò)誤判定2塊或者1塊5mm，也有把5mm為判定為1塊10mm誤判現(xiàn)象。

因此，要測量出上端隔熱塊就必須準(zhǔn)確定位隔熱塊與彈簧臨界點(diǎn)，才能準(zhǔn)確測量出隔熱塊。從圖4的上端隔熱塊掃描圖譜可看到，10mm隔熱塊計(jì)數(shù)值比彈簧計(jì)數(shù)值高，而5mm隔熱塊的計(jì)數(shù)值與彈簧計(jì)數(shù)值相對一個(gè)水平，給上端隔熱塊的測量帶來了困難。

5? 改進(jìn)隔熱塊γ掃描的數(shù)據(jù)處理

5.1 采用計(jì)數(shù)點(diǎn)處理隔熱塊數(shù)據(jù)

用計(jì)數(shù)值判定法改為計(jì)數(shù)點(diǎn)判定法，即原來對隔熱塊起始點(diǎn)與終止點(diǎn)之間所有點(diǎn)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行累計(jì)后判定，現(xiàn)在采用隔熱塊起始點(diǎn)與終止點(diǎn)之間所有點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累計(jì)后判定。用計(jì)數(shù)點(diǎn)的方法可以完全消除因隔熱塊密度變化的影響，而且用計(jì)數(shù)點(diǎn)方法處理后可以直接計(jì)算其隔熱塊長度。通過與標(biāo)準(zhǔn)棒計(jì)算隔熱塊長度的判廢限來判定被測燃料棒，用密度與標(biāo)準(zhǔn)棒不一致產(chǎn)品重復(fù)測試20次。

5.2 優(yōu)化隔熱塊定位

雖然分辨彈簧與上端隔熱塊臨界點(diǎn)存在困難，但從掃描數(shù)據(jù)分析可看出，在彈簧與上端隔熱塊結(jié)合處其掃描數(shù)據(jù)有一定趨勢，由于上端隔熱塊與彈簧端部接觸處其彈簧端部幾圈比較緊密，給區(qū)分它們之間的臨界點(diǎn)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，雖然γ射線統(tǒng)計(jì)漲落較大，但通過蒙特卡羅規(guī)律和數(shù)據(jù)平滑處理原理可以準(zhǔn)確定位它們的臨界點(diǎn)，保證上端隔熱塊精準(zhǔn)測量[3]。

6? 結(jié)語

通過改進(jìn)300MW燃料棒隔熱塊γ掃描數(shù)據(jù)處理方法以及對掃描數(shù)據(jù)精準(zhǔn)定位，可以準(zhǔn)確確定下端和上端隔熱塊長度和位置，解決了對隔熱塊測量的誤判。

采用點(diǎn)數(shù)法判定隔熱塊可以完全消除受隔熱塊密度不一致的影響。采用蒙特卡羅規(guī)律和掃描數(shù)據(jù)平滑原理進(jìn)行優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，能精準(zhǔn)判定出隔熱塊位置及計(jì)算其長度值。通過以上改進(jìn)可進(jìn)一步提高對隔熱塊測量可靠性，減少隔熱塊測量的誤判產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉蘭華，劉南陔.無損檢測技術(shù)在核工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京：原子能出版社，1999.

[2] 鄧景珊，朱國勝，周呈方，等.新一代核燃料棒UO2芯塊間隙檢測設(shè)備研制[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2004（2）：121-125.

[3] 肖剛，李天柁.系統(tǒng)可靠性分析中的蒙特卡羅方法[M].北京：科學(xué)出版社，2003.