УСТАНОВКА КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ТАБЛЕТОК ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к атомной промышленности, а именно, к устройствам контроля структуры таблеток ядерного топлива для тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), и может быть использована для контроля плотности таблеток ядерного топлива.
Известен гамма-адсорбционный метод измерения плотности таблеток ядерного топлива (Владыкина А.Н. и др. Методы и приборы контроля в производстве таблеток ядерного топлива. Обзор. М., 1982, с.37). В качестве источника гамма-излучения используют цезий-137, регистрацию прошедшего через таблетку излучения осуществляют с помощью сцинтилляционного детектора. Система контроля содержит два канала, использующих один источник излучения. Таблетки из вибробункера поступают на измерительную станцию и после измерения сортируются исполнительным механизмом.
Наиболее близким к предложенной является установка контроля плотности таблеток ядерного топлива, содержащая измерительный узел, включающий источник гамма-излучения и блок детектирования, транспортное устройство для перемещения таблеток и поджимную пяту, а также блок управления и обработки результатов измерения, предназначенный для управления работой транспортным устройством, для обработки результатов измерения и разбраковки таблеток (RU 2209477 С2, опуб. 27.07.2003). Транспортный механизм для перемещения таблеток включает механизм вращения, предназначенный для фиксации, вращения и сортировки таблеток. Таблетки из узла загрузки поштучно подаются в зону контроля на валы механизма вращения, таблетка поджимается пятой к измерительной призме, просвечивается потоком гамма-излучения, который регистрируется блоком детектирования. Механизм вращения дважды поворачивает таблетку на 120 градусов и измерение повторяется. За результат измерения принимается среднее значение трех измерений для одной таблетки.
Недостатками известных установок является их низкая производительность, обусловленная поштучной подачей таблеток в зону контроля. Они непригодны для сплошного контроля и применяются только для выборочного контроля плотности таблеток ядерного топлива.
Задачей полезной модели является создание высокопроизводительной установки контроля плотности каждой изготовленной таблетки ядерного топлива.
Техническим результатом полезной модели является повышение производительности контроля за счет подачи в зону контроля таблеток ядерного топлива в виде столбиков и осуществления измерения при продвижении столбиков через зону контроля.
Технический результат достигается тем, что в установке контроля плотности таблеток ядерного топлива, содержащей измерительный узел, включающий источник гамма-излучения и блок детектирования, транспортный механизм для перемещения таблеток и поджимное устройство, а также блок управления и обработки результатов измерения, предназначенный для управления работой транспортного механизма, для обработки результатов измерения и разбраковки таблеток, согласно предложению транспортный механизм включает транспортный узел для продвижения столбика таблеток через измерительный узел с исходной на выходную паллету, а поджимное устройство выполнено с возможностью поджатия таблеток при продвижении столбика таблеток через измерительный узел.
Кроме того, установка включает второй транспортный узел для перемещения исходной и выходной паллет для столбиков таблеток в поперечном направлении.
При этом блок управления обработки результатов измерения выполнен на базе компьютера с установленными в нем платой коммуникационного процессора и платой спектрометра.
На фиг.1 изображена схема предложенной установки.
На фиг.2 изображен график, иллюстрирующий пример зависимости числа N измеренных импульсов за единицу времени в зависимости от координаты L участка столбика таблеток.
Установка контроля плотности таблеток ядерного топлива содержит измерительный узел, который включает источник 1 гамма-излучения и сцинтилляционный блок 2 детектирования, который соединен с блоком управления и обработки результатов измерения, включающим компьютер 3 с процессором импульсных сигналов (спектрометра типа SBS-67), a также систему управления транспортным механизмом (не показана).
Блок 2 детектирования предназначен для регистрации гамма-излучения, проходящего через топливный столбик. Процессор импульсных сигналов типа SBS-67 (спектрометр) предназначен для получения спектрометрической информации о проходящем сквозь столбик гамма-излучении. Данный спектрометр установлен в компьютер 3, предназначенный для обработки получаемой информации о распределении плотности таблеток по топливному столбику на монитор компьютера 3.
Механизм перемещения таблеток ядерного топлива включает первый транспортный узел 4 (ТУ 4) и второй транспортный узел 5 (ТУ 5). ТУ 4 предназначен для перемещения посредством толкателя 6 столбиков 7 таблеток в продольном направлении из исходной паллеты 8 через измерительный узел в выходную паллету 9. ТУ 5 предназначен для перемещения исходной паллеты 8 и выходной паллеты 9 в поперечном направлении. Поджимная штанга 10 установлена соосно столбикам 7 с возможностью перемещения навстречу движению столбика 7 и поджатия таблеток в процессе продвижения столбика 7 через измерительный узел.
Сформированные в процессе производства столбики топливных таблеток укладываются на транспортные паллеты (обычно 15-20 таблеток в одном столбике).
Предложенная установка предназначена для анализа плотности топливных таблеток в потоке столбиков топливных таблеток, расположенных на транспортных паллетах. Метод измерения - гамма-абсорбционный (широкий пучок излучения). Просвечивание происходит параллельным пучком перпендикулярным оси таблетки.
При измерении распределения плотности таблеток по топливному столбику используется гамма-абсорбционный метод измерения γ-излучения проходящего через топливный столбик по энергетической линии 667 КэВ исходящего от источника 1 гамма излучения типа Cs 137.
Для измерения γ-излучения, проходящего через топливный столбик ТВЭЛ, используется спектрометрическая система, состоящая из одного спектрометра типа SBS, установленного в компьютер 3 и подключенного к блоку 2 детектирования. Сцинтиллятор блока 2 детектирования представляет из себя кристалл NaI(TI), либо (CsI(TI)).
Данная измерительная схема позволяет регистрировать только полезный сигнал от источника 1 гамма излучения, убирая при регистрации все паразитные излучения, что позволяет при высокой скорости движения столбика топливных таблеток получить достоверный результат.
Принцип действия установки при измерении плотности единичных таблеток в столбике заключается в регистрации плотности потока γ-квантов от внешнего источника излучения, прошедшего через ограниченный коллиматорами участок контролируемого столбика при перемещении его вдоль своей продольной оси с известной скоростью.
При движении столбика в процессе контроля плотность потока γ-квантов, прошедшего через изделие, с помощью сцинтилляционного блока 2 детектирования преобразуется в статистически распределенную последовательность электрических импульсов, поступающих на плату спектрометрического анализатора (см. фиг.2), где происходит соответствующее усиление и амплитудная дискриминация, а далее запись в файл временной последовательности чисел зависимости N(L), где:
N - количество импульсов за единицу времени;
L - координата участка столбика.
ПФОН - значение скорости счета без столбика (используется для перестройки ниже перечисленных пороговых значений при изменении источника излучения, блока детектирования, конструкции измерительного блока).
ПТС - пороговое значение скорости счета для столбика.
ПП - пороговое значение скорости счета для порогового значения плотности единичной таблетки, расположенной в топливном столбике.
Пороговые значения выбираются в процессе предварительных исследований.
В алгоритме поиска в топливных столбиках аномальных по плотности таблеток участвуют следующие характеристики:
- пороговое значение скорости счета для столбика (ПТС)
- пороговое значение скорости счета для порогового значения плотности единичной таблетки, расположенной в топливном столбике (ПП).
При анализе файла данных с помощью программы его обработки находится начало топливного столба, (ПТС), далее программа начинает перебирать подряд все точки сканирования от начала топливного столба до точки его конца.
После получения сигнала, который больше или равен ПП, находится координата его окончания (величина сигнала < ПП). Этот участок столбика определяется как таблетка с пониженной плотностью.
После того как первый столбик таблеток был перемещен с транспортной исходной паллеты 8 на выходную (пустую) паллету 9, ТУ 5 одновременно перемещает исходную паллету 8 и выходную паллету 9 относительно измерительного узла на шаг необходимый для того, чтобы следующий топливный столбик расположился напротив измерительного узла.
Далее ТУ 4 перемещает посредством толкателя 6 второй столбик через измерительный узел на выходную паллету 9.
Этот процесс повторяется до тех пор, пока все столбики не будут перемещены с транспортной исходной паллеты 8 на выходную паллету 9.
Если при контроле были обнаружены подозрительные таблетки, то их местоположение (порядковый номер столбика и номер таблетки в столбике) запоминается и выводится на экран компьютера.
По окончании контроля паллеты оператор может легко идетифицировать бракованные таблетки и удалить их из соответствующего столбика.
Установка позволяет с высокой производительностью выявлять топливные таблетки с пониженной плотностью, определять их местоположение в столбике, формировать базу данных по проконтролированным столбикам и выдавать полученные данные либо на экран компьютера, либо на печатающее устройство.
Данный метод некритичен к типу измеряемой таблетки, к дефектам ее поверхности, и не требует особой точности настройки пучка ионизирующего излучения. При этом ширина пучка подбирается, как половина длины облучаемой таблетки. Скорость контроля составляет 4 сек на 1 таблетку.