激光测径技术在核反应堆燃料棒辐照后检验中的应用研究
激光测量仪器在能源及环境领域中的应用与前景
激光测量仪器在能源及环境领域中的应用与前景激光测量仪器作为一种精密而高效的测量工具，近年来在能源及环境领域得到了广泛的应用。
其高精度、高稳定性、非接触性以及实时性等特点，使得它在能源开发、环境监测、光伏发电等方面具有巨大的潜力和发展空间。
本文将从能源及环境两个方面来探讨激光测量仪器的应用与前景。
首先，从能源领域来看，激光测量仪器在能源开发与利用中发挥着重要的作用。
以核能行业为例，激光测量仪器被广泛应用于核能反应堆的监测与检测。
通过激光测量仪器，可以对核能反应堆的温度、压力、流速等参数进行精确测量，从而保障核能安全运行。
同时，在火力发电领域，激光测量仪器可以用于测量燃烧过程中的温度分布、燃气流速等关键参数，帮助优化燃烧效率，提高能源利用率。
其次，从环境监测的角度来看，激光测量仪器在大气、水体和土壤等环境中的应用也十分广泛。
比如，在大气污染监测方面，激光测量仪器可以用于测量大气中各种污染物的浓度和分布情况，如PM2.5、臭氧等，为环境保护部门提供重要的监测数据。
在水体监测方面，激光测量仪器可以用于测量河流、湖泊、海洋中的水质参数，如水深、浊度、溶解氧等，从而实现对水环境的实时监测和预警。
此外，激光测量仪器在土壤污染监测中也发挥着重要作用，可以测量土壤中重金属、有机物等污染物的浓度和空间分布情况，为土壤修复提供科学依据。
除了能源与环境领域，激光测量仪器在光伏发电领域的应用也备受关注。
光伏发电作为一种清洁能源，具有广阔的发展前景。
而激光测量仪器可以在光伏电池制造和安装过程中发挥重要的作用。
在光伏电池制造方面，激光测量仪器可以用于测量光伏电池片的光电转换效率、电流-电压特性等关键参数，帮助优化光伏电池的制造工艺。
在光伏电池安装方面，激光测量仪器可以用于光伏发电场地的平面勘测和辐照度测量，为光伏电池的布局和摆放提供科学依据，进而提高光伏发电的效率。
虽然激光测量仪器在能源及环境领域中已经取得了一定的应用成果，但仍存在一些挑战和发展需求。
用激光扫描投影法检测核燃料模拟组件变形
Ｋｅ ｒｓｌｓｒ ｃｎａｄｐｏ ｃ ｏ ；ｉｎ ｄｕｔ ｎ；ｏ ｐ ａｖ ａｕｅ ｅｔｐｌ ｓｃｕｔｒ ｇ ｙｗｏｄ ： ｅ ａ ｎ ｒ ｅｔ ｎ ｓ ａ ａｊｓ ａ ｓ ｊ ｉ ｇｌ ｍｅｔｃｍ ａ ｔ ｅｍｅ ｒｍ ｎ；ｕｓ ｏｎｅｉ ｒ ｉ ｓ ｅ ｎ
１ 引 言
在核电站 ， 核燃料 以组件形式放入反应堆 中， 燃 料组件是 由若干根燃料棒及控制棒导向管通过上下 管座组装而成。燃料组件工作在高温、 高压 、 高辐射 循环水中， 由于装配应力及热应力等因素 的影响 ， 燃 料棒会产生局部变形 ， 整个组件 的外形也会发生变 化， 严重时将会影响控制棒正常插入 ， 危及反应堆安 全运行。为此 ， 在一定时间间隔内， 必须对组件进行 定期检测 ， 提醒工作人员 及时地更换 燃料组件。由 于燃料组件 的高热、 高辐射 ， 因此检测一般都是在水 下进行 ， 主要是检测组件的整体变形（ 局部的变粗 、 变细、 弯曲以及整体的扭曲、 弯曲、 倾斜等等） 。 对物体外形轮廓及变形量的测量 ， 常采用位 通 移传感器逐点测出物体相对于某几个基准平面或基 准曲面的相对位移。但该测量方法所需要的测试时 间较长 ， 不适合对大尺寸物体 的变形 测量。而使 用
用 激 光 扫 描 投 影 法 检 测 核 燃 料 模 拟 组 件 变形
先登飞 ， 韩震宇 ， 陈万 良 ， 李绍卓
（． １四川大学制造科 学与工程学院 ， 四川 成都 ６０６ ；． １０５２第二炮兵装备研究 院， 北京 １ ０５ ０ ８） ０
摘 要： 鉴于核燃料组件变形水下检测的需求， 本文提 出了一种基于激光扫描投影的模拟组件 整体轮廓变形检测系统的原理和实现方法 ： 首先在光路部分分析 了组件 的变形情况及其各 自 的评价标准， 以及位移测量法和 Ｃ Ｄ成像法的局限性； Ｃ 在数据采集和软件算法上， 着重对信号 调理部分采用的特殊整形方法和引入相对测量以提高 系统精度作 了介绍； 最后给 出了一批静 态 尺寸 测量数 据 ， 对测量 精度 作 了验证 。 关键词 ： 激光扫描投影； 信号调理 ； 相对测量 ； 脉冲计数 中 图分类 号 ：Ｎ ０ Ｔ ２６ 文 献标识 码 ： Ａ
激光测径技术在核反应堆燃料棒辐照后检验中的应用研究
科技资讯2017 NO.13SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION学 术 论 坛燃料棒在反应堆内运行期间,在辐照、高温等因素作用下,燃料棒会发生诸如燃料辐照肿胀、过多裂变气体释放、包壳蠕变以及包壳-芯块机械相互作用等方面的变化[1],而这些变化都可以直观地通过直径的变化反映出来。
因此,燃料棒直径的测量对于评价燃料棒在堆内的性能非常重要。
从核反应堆内卸车的燃料棒带有很强的放射性,会给直径的测量带来诸多困难,差动变压器接触法和激光测径法是目前测量燃料棒直径比较广泛使用的两种方法[1]。
而相对于前者,激光测径技术的优点在于在不降低测量准确度的前提下,可以实现燃料棒与装置非接触而达到测量的目的,这就可以在测量过程中减少设备对于燃料棒的损伤。
1 检验原理燃料棒直径测量所使用的激光测径技术的原理非常简单,如图1所示,一般的激光测径仪带有高速旋转的激光发射器和激光接收器,激光发射器发出的激光束通过一组透镜处理变成平行光,物件只要挡住光束,在接收器上就有信号产生,通过光电传感器将此信号传到专用计算机处理器上,可读出所测量位置的直径值。
2 检验装置2.1 激光测径仪的改造市场上采购的原始激光测径仪如图2所示,其拥有众多电子器件,因此抗辐照能力有限,不适于测量辐照比较强的燃料棒,因此必须在现有条件下做设备的屏蔽改造以适应热室的工作环境,做到既能保护设备又不影响直径测量的准确性。
首先,将图2所示的激光测径仪进行分解,将其激光发射端和接收端拿出分别安置于燃料棒的两侧,使用平均厚度40mm厚的钨合金作为屏蔽材料将发射端和接收端分别屏蔽,同时留有线路和激光光路的通道;然后,将两个平面镜也在燃料棒两侧布置,且两者位于激光光路通道之前并呈一定角度,目的是使得发射端发出的激光光束经过两次反射后能被接收端接收,完成在不阻挡燃料棒正常运动情况下的直径测量。
改造之后的实物如图2所示。
2.2 检验装置激光测径仪经过屏蔽改造后能够更好地适应燃料棒检验中强DOI:10.16661/ki.1672-3791.2017.13.210激光测径技术在核反应堆燃料棒辐照后检验中的应用研究附程 汤琪(中国原子能科学研究院 北京 102413)摘 要:直径测量是燃料棒辐照后检验的一项重要项目,使用激光测径技术可以实现设备与燃料棒非接触测量的目的。
核反应堆燃料组件的无损检测和修复
除此之外，国内正在开展燃料组件检查新技术的研究，如 板弹簧压紧力测量，燃料组件变形测量等。
谢 谢！
倒置
燃料组件准备
拆除下管座
安装下管座
拔出燃料棒
目录
1. 研究背景 2. 燃料组件结构 3. 燃料组件典型缺陷分析 4. 燃料组件的无损检测与修复 5. 结论及展望
结论及展望
借助于啜吸技术、超声技术、涡流技术可对燃料组件进行 破损检查，找出破损的燃料棒并进行分析；
燃料组件的结构特点可以实现燃料棒、燃料骨架的更换； 进一步，借助于涡流技术可以进行燃料棒氧化膜厚度测量
精度 ±1mm ±5μm ±10μm ±10%
燃料组件的无损检测和修复—涡流检查
燃料组件的无损检测和修复—组件修复
轻水堆燃料组件 正常及预设工况情况下保持燃料棒的定位； 辐照后的可操作能力；
更换燃料组件骨架流程
下管座
上管座
坏损燃 料组件
下管座
新骨架
燃料棒
下管座
继续 使用
后处理
燃料组件的无损检测和修复—组件修复
研究背景
• 燃料组件发生核裂变反应产生能量的核心部件; • 核燃料堆内行为分析、性能提升、破损分析提供数据; • 燃料组件研发、测试的重要步骤。
核燃料设计 堆芯设计
加工制造
燃料组件的无损检查
分析 评定
数据反馈
目录
1. 研究背景 2. 燃料组件结构 3. 燃料组件典型缺陷分析 4. 燃料组件的无损检测与修复 5. 结论及展望
燃料组件结构
• 目前世界上在运核电站多属于轻水反应堆，包括 压水堆和沸水堆，约85%。
• 燃料组件产品主要是压水堆燃料组件和沸水堆燃 料组件。
2024年注册工程师-注册核安全工程师-核安全综合知识考试历年真题常考点试题3带答案
2024年注册工程师-注册核安全工程师-核安全综合知识考试历年真题常考点试题带答案（图片大小可任意调节）第1卷一.单选题(共20题)1.研究用反应堆，用来研究（）特性，进而对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究。
A.中子B.裂变C.易裂变原子核D.辐射2.235U 吸收一个热中子每次裂变平均放出的中子数约为（）个。
A. 0.40B.1.405C.2.405D.4.4053.设备的防触电保护依靠安全特低电压(SE1V)供电，且设备内可能出现的电压不会高于安全电压限值的是( )设备。
A.0I类B.Ⅲ类C.Ⅱ类D.0类4.卧式的水平压力管式重水堆，不易采用（）冷却。
A.加压重水B.沸腾轻水C.气体5.锅炉检修中应注意用电安全，在锅筒和潮湿的烟道内检验而用电灯照明时，照明电压不应超过( )V。
A.24B.36C.45D.1106.下列属于研究堆的辐射屏蔽系统的是（）。
A.生物屏蔽B.监测仪器屏蔽C.辐照孔道屏蔽D.以上三者均包含7.在无法实现对危险区域进行隔离的情况下，可以使用部分( )安全装置。
A.自动调节B.可调C.跳闸D.双手控制8.防护与安全最优化的过程，可以从直观的定性分析一直到使用辅助决策技术的定量分析，以便实现：根据最优化的结果制定相应的（），据此采取预防事故和减轻事故后果的（），从而限制照射的大小及受照的可能性。
A.规定措施B.规定行动C.准则措施D.准则行动9.煤气站的生产、输送系统均应按规定设置( )，并且其至少应高出厂房顶4m以上，同时应具备防雨和可靠的防倾倒措施。
A.双联竖管B.控制阀C.放散管D.汇集器10.在典型火灾的发展规律中，建筑火灾的发展分为初起期、发展期、最盛期、减弱期和熄灭期。
其中( )的火灾燃烧方式是通风控制火灾，火势的大小由建筑物的通风情况决定。
A.初起期B.发展期C.减弱期D.最盛期A.小于B.等于C.大于D.A 或 B12.在辐射实践中所使用的辐射源( 包括辐射装置 ) 所致( )和( )分别低于剂量约束和潜在照射危险约束的前提下，在充分考虑了经济和社会因素之后，个人受照剂量的大小、受照射的人数以及受照射的可能性保持在可合理达到的尽量低的水平，这有时被称为ALARA原则。
基于激光轮廓扫描的核电站管道管径测量方法
基于激光轮廓扫描的核电站管道管径测量方法
王巍超;张震
【期刊名称】《计量与测试技术》
【年(卷),期】2018(45)12
【摘要】核电站停堆检修维护中,需进行管道检测,管道检测机器人实现核电站管道检测自动化作业的时候需对管道管径进行测量,确定使用对应的产品工具.本文研究了一种基于激光轮廓扫描的核电站管道管径检测方法.该方法采用高精度激光轮廓扫描仪,对检测管道进行扫描,通过RANSAC优化算法,对扫描得到的点云进行圆拟合,得到管道的精确管径.实验表明,该方法能去除数据点云中的干扰和采样误差,能精确测量管道的管径,绝对误差小于±0.1mm,满足核电站自动化检测的需要.
【总页数】3页(P88-90)
【作者】王巍超;张震
【作者单位】国核电站运行服务有限公司,上海 200234;上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.基于激光三角法的管状物内轮廓测量方法 [J], 朱建杰;郑雨昊;曹营修;甘霖;于杨
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测量方法 [J], 段发阶;吴冰颖;梁春疆;傅骁;蒋佳佳
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4.基于激光线扫描三维重构的扩径管道直径及圆度测量方法 [J], 臧春华;王海舰;高兴宇;纪红刚;王琨;赵立新;邱南聪
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高能x射线ct技术在辐照后核燃料组件检测中的发展及应用
Abstract: Regular examination of irradiated nuclear fuel assembly is of great significance tothesafeoperationofreactorsandtheperformancestudyofnuclearfuelassembliesat highburnup.Inordertoobservethedefectsandthechangesoftheinternalstructureof irradiatedfuelassembly withoutdisassemblingordestroyingthefuelassembly"highenergy X-ray computed tomography (X-ray CT)technology can be applied to the examinationofirradiatedfuelassembly.Japanhasbeendevotingitselftotheresearchof high-energy X-ray non-destructive detection technology for nuclear fuel assembly for manyyears.Itistheonlycountryinthe worldtodevelopahighresolution X-rayCT deviceforthedetectionofirradiatedfuelassemblyandtoapplyittothefieldexamina-
第33 卷 第2 期 2020年4月
同位素
JournalofIsotopes
Vol33 No2 Apr32020
211183743_高燃耗M5锆合金燃料棒辐照后氧化膜厚度测量技术研究
DOI：10.16661/ki.1672-3791.2209-5042-0949高燃耗M5锆合金燃料棒辐照后氧化膜厚度测量技术研究刘歆粤 钱进 王鑫 王星雨(中国原子能科学研究院 北京 102413)摘要：燃料棒包壳管在堆内高温、高辐照环境中会发生氧化，在表面形成氧化膜。
氧化膜会降低燃料组件的热交换能力，加快燃料棒腐蚀速度，使燃料性能恶化，是影响反应堆安全运行的重要因素。
针对高燃耗M5锆合金燃料棒辐照后检验在国内罕见相关报道的现状，开展国产商用压水堆燃料棒辐照性能研究，对改善和提高国产燃料元件的自主化水平具有重要意义。
该文用涡流检测和金相检查两种方法对M5锆合金包壳的燃料棒进行了氧化膜厚度测量，并对测量结果进行比较，涡流检测方法结果准确。
利用涡流的方法测量氧化膜能方便、准确地获取燃料棒全长范围的氧化膜厚度分布情况，该方法操作简单，测量效率高，为金相检查氧化膜的测量提供依据。
适于燃料棒氧化膜轴向厚度分布的测量。
关键词：氧化膜测厚 涡流技术 金相分析 热室 辐照后检验 高燃耗中图分类号：TL352;TL421.1文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)07-0056-05 Research on Measuring Technology of Oxide Film Thickness ofthe High Burn-up M5 Zirconium Alloy Fuel Rod after IrradiationLIU Xinyue QIAN Jin WANG Xin WANG Xingyu(China Institute of Atomic Energy, Beijing, 102413 China)Abstract: The fuel rod cladding tube will oxidize in the high-temperature and high-radiation environment in the reactor and form an oxide film on the surface. The oxide film will reduce the heat exchange capacity of the fuel as‐sembly, accelerate the corrosion rate of fuel rods, and worsen the fuel performance, which is an important factor affecting the safe operation of the reactor. In view of the rare reports of post-irradiation examination of the high burn-up M5 zirconium alloy fuel rod in China, the research on the irradiation performance of the domestic com‐mercial pressurized water reactor fuel rod is carried out, which is of great significance to improve and enhance the autonomy level of domestic fuel elements. This paper uses the two methods of the eddy-current testing and the metallographic examination to measure the oxide film thickness of the M5 zirconium alloy fuel rod, compares the measurement results, and the result of the eddy-current testing is accurate. The eddy-current method is used to measure the oxide film, which can conveniently and accurately to obtain the thickness distribution of the oxide film in the full length range of the fuel rod. This method is simple to operate and has high measurement efficiency, and provides a basis for the measurement of the oxide film in metallographic examination, which is suitable for measur‐ing the axial thickness distribution of the oxide film of the fuel rod.Key Words: Oxide film thickness; Eddy-current technique; Metallographic analysis; Hot cell; Post-irradiation ex‐amination; High burn-up作者简介：刘歆粤（1977—），女，硕士，副研究员，研究方向为材料检验。
激光指向仪在核能与辐射监测中的应用与技术需求
激光指向仪在核能与辐射监测中的应用与技术需求激光指向仪是一种常见的激光测量仪器，广泛应用于各个领域。
在核能与辐射监测中，激光指向仪的应用具有重要的意义。
本文将重点探讨激光指向仪在核能与辐射监测中的应用，并阐述相关的技术需求。
激光指向仪的应用范围十分广泛，可以应用于核能与辐射监测领域的很多方面。
首先，激光指向仪可以用于核能设施的安全监测。
核能设施的运行需要严格的安全控制，激光指向仪可以通过实时监测设施周围的辐射水平来确保设施运行的安全性。
其次，激光指向仪还可以用于核辐射治疗中的精确定位。
核辐射治疗需要精确的瞄准，激光指向仪通过发射激光束来指示目标位置，从而确保治疗的准确性。
此外，激光指向仪还可以应用于核事故后的辐射检测与净化工作中，帮助人们迅速、准确地找到辐射源，采取相应的措施进行紧急处理。
在核能与辐射监测中，激光指向仪需要满足一些特定的技术需求。
首先，激光指向仪需要具备高精度的测量能力。
核能与辐射监测工作对测量结果的准确性要求很高，激光指向仪需要通过精确的光束对准来实现高精度的测量。
其次，激光指向仪需要具备较大的测量范围。
不同的核能与辐射监测场景对测量范围的需求各不相同，激光指向仪需要具备灵活的调节能力以适应不同场景的监测要求。
此外，激光指向仪还需要具备良好的抗干扰能力。
核能与辐射监测现场存在各种干扰因素，如电磁辐射、尘埃等，激光指向仪需要具备抗干扰能力，确保测量结果的准确性和稳定性。
激光指向仪的技术需求还包括实时监测和快速响应能力。
核能与辐射监测工作需要实时得到辐射水平的数据，并能在发现异常情况时迅速响应。
因此，激光指向仪需要具备实时性强的特点，在监测过程中能够快速采集数据，并迅速反馈结果，以便及时采取相应的措施。
同时，激光指向仪还需要具备自动化和智能化的特点。
核能与辐射监测工作需要长时间连续进行，传统的人工操作方式显然不够高效。
激光指向仪应具备自动化控制和智能算法支持，能够实现自主的监测和分析，提高监测的效率和准确性。
大口径光学元件测量技术在激光核聚变点火工程中的应用
大口径光学元件测量技术在激光核聚变点火工程中的应用在谈到激光核聚变点火工程的时候，大家可能会有点懵。
这个话题听上去挺复杂的，仿佛能让人一头雾水。
简而言之，就是利用强大的激光束来实现核聚变反应，而这个过程的目标是模仿太阳内部的反应，把氢原子融合成更重的元素，从而释放出巨大的能量，最后实现清洁、高效的能源。
不过，这一切的基础，就是那些大口径的光学元件。
它们看似简单，但作用却举足轻重，关键时刻能决定成败。
没错，没它们可不行。
你说激光怎么能精准打到目标上？光学元件负责的事儿可大着呢，得保证激光束的质量和准确性。
现在想象一下，激光就像一把精准的刀，必须得打得又准又稳，不然哪有点火的可能？问题来了，激光的这把“刀”就得通过那些大口径的光学元件来切割、聚焦、引导，而这些元件的精度要求简直是苛刻到了极点。
你看，光学元件的表面平整度误差如果超过一定值，激光就会散射，结果那点光能都打偏了，可能就啥也做不成。
所以，不仅要光学元件自身的质量过硬，测量技术也得高精尖，保证每一寸光学元件都在精准的范围内。
说到测量技术，别小看了它。
这可是为了保证光学元件的质量，确保激光能有最佳表现的关键。
举个简单的例子，想象你做一个精细的工艺品，如果你的工具不合适，怎么可能做出细致的雕刻？同样，光学元件测量技术也相当重要，它要检测出光学表面微小的瑕疵，哪怕是一点点的偏差都得抓得住。
它不是简单的“量量尺寸”那么轻松，得看它的光滑度、形状、甚至是材料的质量。
每一个光学元件的检测，都像是给这些元件做了个“体检”，是不是健康，能不能胜任任务，靠的就是这些先进的测量技术。
这些测量技术的应用，能帮助科学家们确保光学元件不仅具备优异的性能，而且在实际应用中不容易出现问题。
比如，激光光束通过光学元件时，如果有任何微小的误差，都会导致激光能量分布不均匀，最后导致激光点火失败。
这样一来，再高科技的激光系统，也无法完成它的任务。
所以，在激光核聚变实验中，光学元件的精度和测量技术的先进性，直接决定了整个项目的成败。
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科技资讯2017 NO.13SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION学 术 论 坛燃料棒在反应堆内运行期间,在辐照、高温等因素作用下,燃料棒会发生诸如燃料辐照肿胀、过多裂变气体释放、包壳蠕变以及包壳-芯块机械相互作用等方面的变化[1],而这些变化都可以直观地通过直径的变化反映出来。
因此,燃料棒直径的测量对于评价燃料棒在堆内的性能非常重要。
从核反应堆内卸车的燃料棒带有很强的放射性,会给直径的测量带来诸多困难,差动变压器接触法和激光测径法是目前测量燃料棒直径比较广泛使用的两种方法[1]。
而相对于前者,激光测径技术的优点在于在不降低测量准确度的前提下,可以实现燃料棒与装置非接触而达到测量的目的,这就可以在测量过程中减少设备对于燃料棒的损伤。
1 检验原理燃料棒直径测量所使用的激光测径技术的原理非常简单,如图1所示,一般的激光测径仪带有高速旋转的激光发射器和激光接收器,激光发射器发出的激光束通过一组透镜处理变成平行光,物件只要挡住光束,在接收器上就有信号产生,通过光电传感器将此信号传到专用计算机处理器上,可读出所测量位置的直径值。
2 检验装置2.1 激光测径仪的改造市场上采购的原始激光测径仪如图2所示,其拥有众多电子器件,因此抗辐照能力有限,不适于测量辐照比较强的燃料棒,因此必须在现有条件下做设备的屏蔽改造以适应热室的工作环境,做到既能保护设备又不影响直径测量的准确性。
首先,将图2所示的激光测径仪进行分解,将其激光发射端和接收端拿出分别安置于燃料棒的两侧,使用平均厚度40mm厚的钨合金作为屏蔽材料将发射端和接收端分别屏蔽,同时留有线路和激光光路的通道;然后,将两个平面镜也在燃料棒两侧布置,且两者位于激光光路通道之前并呈一定角度,目的是使得发射端发出的激光光束经过两次反射后能被接收端接收,完成在不阻挡燃料棒正常运动情况下的直径测量。
改造之后的实物如图2所示。
2.2 检验装置激光测径仪经过屏蔽改造后能够更好地适应燃料棒检验中强DOI:10.16661/ki.1672-3791.2017.13.210激光测径技术在核反应堆燃料棒辐照后检验中的应用研究附程 汤琪(中国原子能科学研究院 北京 102413)摘 要:直径测量是燃料棒辐照后检验的一项重要项目,使用激光测径技术可以实现设备与燃料棒非接触测量的目的。
针对燃料棒会对设备电子器件造成辐照损伤的问题,激光测径仪经过屏蔽改造后被放置于热室用于反应堆燃料棒直径的测量。
经过标准直径棒进行校验,系统测量精度为±3μm,满足检验的要求。
关键词:燃料棒 辐照后检验 激光测径中图分类号:TL421文献标识码:A文章编号:1672-3791(2017)05(a)-0210-04 Application of DiameterMeasurement Technique Using Laser Device Tothe Post LrradiationExamination of Lrradiated Fuel RodsFu Cheng Tang Qi(China Institute of Atomic Energy, Beijing, 102413, China)Abstract: Diameter measurement is an important itemin the post irradiation examination (PIE) of irradiated fuel rods, and measurement using laser device technology can realize the goal of noncontact with the fuel rod. In order to solve the irradiation damage from fuel rods, the instrument was put into the hotcell after modification.The accuracy is about ±3μm, which can meet the requirement of the examination.Key Words: Fuel rod; Diameter measurement; Laser device科技资讯2017 NO.13SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION学 术 论 坛辐射的工作环境,将其放入热室多功能测量台架上,并配合装卡燃料棒的移动小车、防止燃料棒抖动的托架等辅助部件组成整个反应堆燃料棒的直径测量系统(如图3所示)。
燃料棒直径测量时,热室中的移动小车带动燃料棒在台架上左右移动,并在所设定的固定间隔位置停留一定时间,激光发射端发出的激光扫描燃料棒,接收端将获得的直径信息传输到计算机上,同时移动小车具有带动燃料棒旋转的功能,可以进行多角度直径测量,从而可以得到燃料棒椭圆度方面的信息。
3 应用结果及分析3.1 直径测量装置校验使用激光测径技术测量燃料棒直径的误差主要来源有燃料棒的抖动、激光束的稳定性等。
为了验证改造之后的激光测量装置直径测量的准确性,设计加工如图4所示的标准棒对装置进行校验。
标准棒共有7个不同直径的台阶,经计量部门测试后的尺寸分别为9.502 mm、9.403mm、9.452mm、9.502 mm、9.552 mm、9.601mm和9.498mm。
使用激光测径装置对标准棒测量的结果如图4所示,排出台阶过渡处加工的误差,结果显示系统测量偏差图1 激光测径的原理示意图图2 改造前后的激光测径仪图3 反应堆燃料棒直径测量系统图4 燃料棒直径测量标准棒测量结果值基本在3μm以内,达到国外所报道的水平[2]。
为保证燃料棒直径测量的准确度,减小实验误差,在每次燃料棒进行测量前后均使用该标准棒对测量装置进行校正。
3.2 燃料棒检验作为一种无损测量手段,反应堆燃料棒直径测量能够反映芯块肿胀、包壳蠕变等重要的尺寸变化信息;同时,由氢化或者是“环脊”所引起的包壳径向的变化也能通过实验所获得的直径数据进行初步判断。
利用热室内的激光测径装置进行燃料棒直径测量时,为获得完整的数据,多采用母线法分别在0°、45°、90°、135°四个相对角图5 燃料棒直径典型的测量结果度方向上对燃料棒进行直径测量;一般选择测量间隔为1mm,每到一个位置时,燃料棒停顿,激光测径装置进行采集数据,直到完成整根燃料棒的测量。
某核电站反应堆完整燃料棒单个角度方向直径的测量结果如图5所示。
从图5中可以看出:对于完整的燃料棒,燃耗在不超过一定程度时,所测直径值呈现中间小,两头大的趋势;由于受到堆内高温蠕变和辐照生长的共同影响,中间大部区域的直径值均小于燃料棒设计值。
燃料棒在堆内长时间辐照期间,由于燃料芯块与包壳的热膨胀系数以及所受温度的差异,芯块和包壳会经历如图6所示的变化过程,芯块与包壳之间的间隙逐渐较小,最终芯块与包壳相互接触发生相互作用,并形成“环脊”[3-4]。
“环脊”形成最直接的反映是燃料棒直径会发生有规律的变化,对应图5中虚线框内更细节的图如图7所示,可以看出每一个峰值相互之间的距离就是一个芯块的长度,从而证明该燃料棒“环脊”的存在,“环脊”的高度约在10μm左右。
4 结语激光测径仪经过改造后被放入热室进行反应堆燃料棒直径的测量,既能够适应热室强辐照的工作环境,同时其±3μm测量精度能够满足检验的要求,其测量结果已经被用于燃料棒性能的评价。
图6 反应堆燃料棒“环脊”的形成过程图7 燃料棒“环脊”处直径测量结果(下转214页)参考文献[1]Guidebook on non-destructive examination of waterreactor fuel[J].Vienna:IAEA,1991.[2] D PAPAIOANNOU,R NASYROW,W DE WEERD,etal,Non-destructive examinations of irradiated fuel rods at the ITU hot cells,Hotlab 48th annual meeting:Hot cell post-irradiation examination and pool-side in-spection of nuclear fuel[J].Slovakia,2011.[3]Tanweer Alam,Mohd. Kaleem Khan,Manabendra Pathak,et al.A review on the clad failure studies.Nuclear En-gineering and Design,2011(241):3658-3677.[4]Steinar.Mechanical interaction between fuel and cladding[J]．Nuclear Engineering and Design,1972(21):237-253.韧带的伸展性练习;避免在疲劳情况下练习跳起扣杀及大幅度地快速救球等动作,不做力所不能及的运动。
这些肌肉力量和伸展性的增强,可避免本身的损伤,还可保护脊柱,避免脊柱及韧带的损伤。
平时可以进行一些腰腹部肌肉的练习,比如1米间隔置2个辅助椅,根据需要采用仰卧或俯卧姿势,将肩部和小腿支撑在辅助椅上,腹、背部悬空与肩腿部呈水平线绷直,根据需要将重物放于腹或腰部,静力支撑3～5min为一组,每次练习3～6组,间歇时进行腰部绕环、放松等伸展性练习。
必要时可用腰带,加强保护与自我保护,经常进行腰部自我按摩和功能锻炼等。
6 膝关节损伤跳起扣杀,前后场步法移动等涉及到小腿突然外展或外旋,大腿突然内收或内旋的羽毛球技术都容易造成膝关节损伤,预防不仅要提高关节的灵活性和协调性,而且要注意加强下肢肌肉的力量练习,加强膝关节周围肌肉的锻炼,提高膝关节的稳定性和灵活性,同时,练习内容要多样化,不使膝关节过度疲劳,身体疲劳时,不宜进行剧烈运动,避免场地因素致伤和局部负担过重。
此外,运动中注意佩戴护膝以避免和减少膝关节损伤,锻炼后注意自我按摩以充分放松。
关于加强膝关节周围肌肉的锻炼可以采用静力或负重半蹲来增加该部位的力量,练习时膝关节弯曲的角度可由受伤部位出现疼痛开始,慢慢加大到接近90°为止,练习时间可由每次5min开始慢慢延长至数分钟,以股四头肌出现轻微抖动为好,练习时可佩戴护膝。
7 肌肉拉伤羽毛球运动中要避免肌肉拉伤,除正确地掌握打球姿势和技巧外,还应在平时加强肌肉锻炼,因为身体素质差是造成运动损伤的内在因素,所以应特别加强易伤部位的肌肉力量和柔韧性练习。