一种燃料管相对燃耗测量系统及其测量方法

摘要

本发明公开了一种燃料管相对燃耗测量系统，包括三维传动机构，所述三维传动机构上设置有安装座，安装座能够进行三维方向移动，安装座中安装有夹具，在三维传动机构外部设置有准直器，准直器连接有γ谱仪，准直器的准直孔正对夹具，且准直器的准直孔的中心线与夹具的中心线垂直。本发明建立了燃料管燃耗径向测量技术，为燃料管阴阳面的快速判断提供了重要依据；本发明建立了燃料管相对燃耗测量技术，为判定燃料管燃耗大小提供了数据支持；解决了燃料管相对燃耗测量以及燃料管阴阳面判定的难题，为不同类型燃料元件的相对燃耗测量提供了一种新思路。

说明书

技术领域

本发明属于核燃料循环领域，具体涉及一种燃料管相对燃耗测量系统及其测量方法。

背景技术

燃耗测量是提高燃料利用率，经济合理的利用燃料元件的关键环节，目前常用的燃耗测量技术有2种：1）破坏性分析，把乏燃料组件进行化学溶解，对溶解液中的某些裂变核素进行放射化学分析或质谱仪分析来确定燃耗；2）非破坏性分析，直接用γ谱仪测量裂变核素中的某种核素与燃耗量相关的γ射线或测量自发或诱发裂变中子来确定燃耗。破坏性测量具有直接性的特点，但测量周期长，对测量环境要求高或测量的程序比较复杂等因素，通常用作乏燃料燃耗测量的一种补充测量手段。非破坏性分析具有方法简单和测量周期短等优点，已被广泛应用，完成了各种类型燃料棒相对燃耗测量。

目前，国内外开展了各种类型燃料元件的相对燃耗测量，但尚无燃料管相对燃耗测量的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术无法对燃料管相对燃耗进行测量，目的在于提供一种燃料管相对燃耗测量系统及其测量方法，建立了一种燃料管相对燃耗测量技术，实现燃料管相对燃耗测量和燃料管燃耗比较。

本发明通过下述技术方案实现：

一种燃料管相对燃耗测量系统，包括三维传动机构，所述三维传动机构上设置有安装座，安装座能够进行三维方向移动，安装座中安装有夹具，在三维传动机构外部设置有准直器，准直器连接有γ谱仪，准直器的准直孔正对夹具，且准直器的准直孔的中心线与夹具的中心线垂直；三维传动机构包括底板，在底板上设置有X轴导轨，X轴导轨的端头安装有X轴电机，且X轴导轨能够进行X轴方向移动，在X轴导轨的上方设置有Y轴导轨，Y轴导轨的端头安装有Y轴电机，且Y轴导轨能够进行Y轴方向移动，在Y轴导轨上方设置有Z轴导轨，Z轴导轨的端头安装有Z轴电机，且Z轴导轨能够进行Z轴方向移动，安装座设置在Z轴导轨上。传统测量方法仅能完成燃料管轴向相对燃耗测量，无法确定燃料管阴阳面，造成燃料管相对测量结果不准确。而本方案则是在热室强放环境中通过机械手旋转夹具手柄实现了燃料管径向燃耗测量，建立了燃料管径向测量技术，为燃料管阴阳面区域快速判断提供了数据支持；建立了燃料管轴向相对燃耗测量方法，实现了燃料管轴向燃耗测量，为判定燃料管燃耗大小提供了数据支持，避免叠加效应对燃料管相对燃耗测量的影响。

夹具包括夹具体座，夹具体座固定在安装座上，夹具体座中设置有动端夹具体和定端夹具体，并且动端夹具体和定端夹具体均与夹具体座连接，且动端夹具体能够在夹具体座中进行水平滑动和沿着其自身轴线转动，在动端夹具体和定端夹具体之间设置有支撑装置，支撑装置安装在夹具体座上，支撑装置的中心、动端夹具体的中心和定端夹具体的中心设置在同一条直线上；夹具体座的外部设置有夹紧手轮，夹紧手轮一端设置在夹具体座中，在夹具体座中设置有联接机构，且联接机构同时与夹紧手轮和动端夹具体连接，联接机构能够在夹具体座中进行水平滑动；动端夹具体上安装有分度棘轮，分度棘轮上设置有连接轴，连接轴同时穿过分度棘轮和动端夹具体且与联接机构连接。分度棘轮和动端夹具体同轴，而该连接轴能够绕着其自身轴线转动，这样在拨动分度棘轮时，能够带动动端夹具体运动，将燃料管也进行转动，而在夹紧手轮转动时燃料管不会转动，只是由联接机构推动进行水平移动，从而使得动端夹具体和定端夹具体相互靠近或者远离，实现对燃料管的夹紧或者松动，联接机构是现有结构，能够直接购买得到。分度棘轮具备实现自锁和定角度转动功能，防止燃料管反转造成测量不准确。

支撑装置的顶面内凹形成V型凹槽，并且V型凹槽与支撑装置的对称侧壁连通。由于燃料管为圆柱体外形，所以在支撑装置的顶面内凹形成V型凹槽，在燃料管卡入后能够使得接触面大，定位更加精确，并且能够适应不同管径的燃料管。

一种燃料管相对燃耗测量方法，包括以下步骤：

（1）将燃料管安装在动端夹具体和定端夹具体之间并且两端分别与动端夹具体和定端夹具体固定，燃料管γ扫描测量时，通过三维传动机构上下移动燃料管至燃料管下边缘正对准直孔，上下移动燃料管，观察γ谱仪计数率变化，当γ谱仪计数率高于本底10%时，确定燃料管径向原点。根据燃料管直径，移动燃料管使得燃料管中间位置正对准直孔，X轴方向移动燃料管，使得燃料管一端正对准直孔，左右移动，观察γ谱仪计数率变化，当计数率高于本底10%时，确定燃料轴向原点；

（2）将燃料管逆时针或顺时针旋转，每次旋转0~30°的角度，顺时针或逆时针方向测量燃料管一周，根据燃料管径向区域Cs-137核素γ计数率的大小判定燃料管阴阳面，计数率大的面为阳面区域，计数率小的面为阴面区域；

（3）确定燃料管阳面区域并标记，移动燃料管至将燃料管轴向中线正对准直孔，旋转燃料管阳面正对准直孔，以5°~10°的角度进行旋转，记录每个角度计数率，确定阳面区域计数率最大位置并标记，规划测量测量点进行燃料管轴向扫描测量，获得燃料管相对燃耗分布曲线。

本方案建立了燃料管相对燃耗测量方法，为减少燃料管燃耗叠加效应，将燃料管下边缘近似为测量点，通过旋转燃料管夹具测量同一测量点不同径向位置计数率，实现燃料管径向燃耗测量，为燃料管阴阳面区域快速判断提供了重要的数据支持；通过规划测量点，在燃料管阳面区域最大燃耗位置进行轴向γ扫描，建立燃料管燃耗测量技术，实现了燃料管燃耗测量，为燃料管燃耗燃料管燃耗大小比较提供数据支持；有利于提高燃料利用率、经济合理地利用燃料元件。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明建立了燃料管燃耗径向测量技术，为燃料管阴阳面的快速判断提供了重要依据；

2、本发明建立了燃料管相对燃耗测量技术，为判定燃料管燃耗大小提供了数据支持；

3、解决了燃料管相对燃耗测量以及燃料管阴阳面判定的难题，为不同类型燃料元件的相对燃耗测量提供了一种新思路。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为夹具的结构示意图；

图3为燃料管扫描底部的示意图；

图4为燃料管扫描中部的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-定端夹具体，2-支撑装置，3-夹具体座，4-燃料管，5-动端夹具体，6-分度棘轮，7-夹紧手轮，8-联接机构，9-安装板，10-Z轴电机，11- Z轴导轨，12-安装座，13-准直器，14-X轴电机，15-底板，16-准直孔，17-Y轴导轨，18-X轴导轨，19-Y轴电机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1所示，一种燃料管相对燃耗测量系统，包括三维传动机构，所述三维传动机构上设置有安装座12，安装座12能够进行三维方向移动，安装座12中安装有夹具，在三维传动机构外部设置有准直器13，准直器13连接有γ谱仪，准直器13的准直孔16正对夹具，且准直器13的准直孔16的中心线与夹具的中心线垂直；三维传动机构包括底板15，在底板15上设置有X轴导轨18，X轴导轨18的端头安装有X轴电机14，且X轴导轨18能够进行X轴方向移动，在X轴导轨18的上方设置有Y轴导轨17，Y轴导轨17的端头安装有Y轴电机19，且Y轴导轨17能够进行Y轴方向移动，在Y轴导轨17上方设置有Z轴导轨11，Z轴导轨11的端头安装有Z轴电机10，且Z轴导轨11能够进行Z轴方向移动，安装座12设置在Z轴导轨11上。将燃料管4安装在三维传动机构上，使得其在电机作用下能够进行大幅度三维运动，从而将燃料管4与准直器13的距离和位置进行调整，达到合适角度后，再通过旋转夹具来调整其角度位置，从而对不同角度和位置进行测量，能够快速实现套管型燃料管阴阳面判定和燃料管相对燃耗测量以及比较各层燃料燃耗大小。

如图2所示，在夹具体座3中设置有动端夹具体5和定端夹具体1，夹具体座3端头凸出形成安装板9，定端夹具体1与安装板9连接，并且定端夹具体1能够绕着连接处转动，这样有足够的高度来夹紧燃料管4，避免燃料管的管径太大时与夹具体座3造成干涉，在动端夹具体5和定端夹具体1之间设置有若干块顶面设置有V型凹槽的支撑装置2，夹具体座3中设置有安装槽来卡紧支撑装置2，并且支撑装置2的中心、动端夹具体5的中心和定端夹具体1的中心要设置在同一条直线上；夹具体座3的外部设置有夹紧手轮7，夹紧手轮7一端设置在夹具体座3中，在夹具体座3中设置有联接机构8，且联接机构8同时与夹紧手轮7和动端夹具体5设置在夹具体座3中的一端连接，通过转动夹紧手轮7，实现与夹紧手轮7连接的螺杆转动，从而带动联接机构8在夹具体座3中进行水平移动，动端夹具体5上安装有分度棘轮6，分度棘轮6上设置有连接轴，连接轴同时穿过分度棘轮6和动端夹具体5且与联接机构8连接，γ扫描测量时，根据燃料管4的管径，选择对应尺寸的V型支撑装置2，采用机械手将燃料管4快速安装在V型支撑装置2，燃料管的端头自动与定端夹具体1预留槽匹配，通过旋转夹紧手轮7来移动动端夹具体5与定端夹具体1的距离，实现燃料管4夹持和固定，通过翻转气缸将燃料管中线正对γ谱仪探头，规划轴向测量点，进行燃料管4轴向γ扫描；通过机械手拨动分度棘轮6，实现燃料管角度旋转，进行燃料管4径向γ扫描，根据燃料管4径向相对燃耗分布，判断燃料管4阴阳面，规划轴向测量点，对燃料管4阳面燃耗最大位置进行轴向γ扫描，γ扫描完成后，对燃耗最大点进行长度和角度定位，为后续金相检查和绝对燃耗测量取样工作提供了重要数据支持。

本发明根据燃料管管径不同的特点，设计了定端和动端夹具体，既保证了不同长度不同管径燃料管测量原点完全相同，又实现了7层不同长度不同直径燃料管的夹持和固定，根据燃料管径向燃耗测量要求，设计了分度棘轮结构，实现了燃料管定角度旋转和径向γ扫描，为燃料管阴阳面判定提供了数据支持；根据燃料管管径不同的特点，首次设计了V型支撑块，实现了热室强放环境燃料管的快速安装，提高了工作效率。

如图1、图2、图4所示，一种燃料管相对燃耗测量方法，包括以下步骤：

（1）将燃料管安装在动端夹具体5和定端夹具体1之间并且两端分别与动端夹具体5和定端夹具体1固定，燃料管γ扫描测量时，通过三维传动机构上下移动燃料管至燃料管下边缘正对准直孔，上下移动燃料管，观察γ谱仪计数率变化，当γ谱仪计数率高于本底10%时，确定燃料管径向原点，根据燃料管直径，移动燃料管使得燃料管中间位置正对准直孔，X轴方向移动燃料管，使得燃料管一端正对准直孔，左右小幅度移动，观察γ谱仪计数率变化，当计数率高于本底10%时，确定燃料轴向原点，γ谱仪计数率低于本底10%，其数值变化太大，将影响判断；

（2）将燃料管中间位置正对准直孔，通过转动夹具上的分度棘轮6使得燃料管逆时针或顺时针旋转，每次旋转0~30°的角度，顺时针或逆时针方向测量燃料管一周，其旋转的角度不宜过大，否则将导致测量点太少，无法准确判断燃料管阴阳面，测量点越密集越能反应阴阳面，根据燃料管径向区域Cs-137核素γ计数率的大小判定燃料管阴阳面，计数率大的面为阳面区域，计数率小的面为阴面区域；

（3）确定燃料管阳面区域并标记，移动燃料管至将燃料管轴向中线正对准直孔，旋转燃料管阳面正对准直孔，以5°~10°的角度进行旋转，旋转角度不宜过大，在阳面区域内寻找最大区域，记录每个角度计数率，确定阳面区域计数率最大位置并标记，规划测量测量点进行燃料管轴向扫描测量，获得燃料管燃耗分布曲线。

为减少燃料管燃耗叠加效应，将燃料管下边缘近似为测量点，通过旋转燃料管夹具测量同一测量点不同径向位置计数率，实现燃料管径向燃耗测量，建立燃料管阴阳面区域快速判断方法；阴阳面判定时，燃料管旋转一周进行逐点测量，测量点越密集越能反应阴阳面分布，通过规划测量点，在燃料管阳面最大燃耗位置进行轴向γ扫描，实现燃料管燃耗测量，建立燃料管燃耗测量技术，为燃料管燃耗燃料管燃耗大小比较提供数据支持，有利于提高燃料利用率、经济合理地利用燃料元件。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。