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强国之路 科技创新:核燃料芯块235U富集度快速无源检测装置

——访中国科学院高能物理研究所的副研究员刘彦韬
2019年08月13日 08:46:37来源:化工仪器网点击:3361


  【化工仪器网 行业动态】为了总结分析仪器领域新成果及技术进展,展望新技术及其新的应用,促进分析仪器界政、产、学、研、用交流,“第六届中国分析仪器学术年会”(ACAIC)于2019年8月7日—9日在上海新桥绿地铂俪酒店隆重召开。
 
  为纪念朱良漪矢志不渝对我国分析仪器事业发展的精神,并激励企业和广大科技工作者积极投身于分析仪器创新工作。中国仪器仪表学会分析仪器分会于7日下午,在中国仪器仪表学会分析仪器分会理事会(扩大)会议暨分会成立四十周年纪念活动上颁发了2019年“朱良漪分析仪器青年创新奖”。来自中国科学院高能物理研究所的副研究员刘彦韬荣获该奖项,化工仪器网记者于次日对刘彦韬进行了采访,就其获奖产品的介绍,社会效益等问题进行了进一步了解。
 

 
  随着我国社会的飞速发展,近年来。核电产业的需求也日益增长,燃料组件作为反应堆的核心,其质量控制至关重要。目前我国年产数百万根燃料棒,均需要逐根检测,检测任务十分艰巨。
 
  刘彦韬解释道:“富集度检测分为有源法与无源法。有源法即先用中子活化燃料棒,再分析缓发γ能谱,检测精度高,检测速度快(4.2米/分),但属于有损检测,更关键地是252Cf源仅美俄两国可生产,数百万美元一颗,使用两年就需替换,废源处置难,已成为‘掐脖子’问题。无源法即直接分析燃料棒自发γ能谱,属于无损检测,无需额外中子源,简单经济,但目前检测速度较慢,西班牙ENUSA无源设备检测速度3.2米/分,国内无源设备仅1米/分,难以满足实际生产需求。”
 
  为了解决这些棘手的问题,刘彦韬所在的团队为此付出了多年的努力,最终研究出了核燃料芯块235U富集度快速无源检测装置。这套快速无源检测装置采用最新SiPM技术,在同等检测精度下,检测速度高达6米/分,不仅显著优于同类无源设备,甚至超过中核北方核燃料元件有限公司实际使用的有源设备,获得该公司诸多用户的好评。装置包括128个探测单元(4个探测模组),多通道高速数据采集系统,供电系统、专用算法软件以及上下料控制系统。探测单元基于SiPM技术研制,使用大块闪烁体双端读出,单元细分接近单芯块大小,钨片隔断以排除临近芯块干扰,相比PMT技术,检测能力明显提升。采用动态检测方式,芯块依次通过全部探测单元,对能谱进行延时叠加,可平均探测单元效率差异带来的影响。基于探测响应时间的MLEM迭代重建还有利于降低统计涨落,提高检测精度。根据行标EJ/T686-2005要求,对富集度4.45%标准棒进行的检测,在6米/分的检测速度下,相对偏差9.8%的异常芯块的计数偏差可大于5σ。对富集度3.69%标准棒进行多次重复检测,总体均匀性均在±2%以内,对偏差8.76%的芯块检出率70%,对偏差15.62%的芯块检出率100%,均明显优于行标。
 
  在采访中我们还了解到,核燃料芯块235U富集度快速无源检测装置正在与202厂商谈采购与联合开发事宜,假设每套每天检测300根燃料棒,全年(240天)检测7.2万根,目前全国年需生产检测200万根,则大致需要30台套检测设备。每套按400万计算,则可产生1.2亿元的直接经济效益和显著的间接经济效益。同时, 235U富集度检测还是核保障和核军控的共性技术,对核材料进行监测与衡算,具有不可简单估计的社会效益。
 
  除了核燃料芯块235U富集度快速无源检测装置以外,X射线编码孔径推扫散射成像技术也是刘彦韬一直以来深度研究的领域。刘彦韬团队在解决传统散射成像探测效率低、信噪比差的问题上,首次将编码孔径技术引入推扫散射成像,揭示了一条新的研究思路,并在日前取得了发明专利。
 
  透射成像技术和散射成像技术相比,具有散射布局灵活、同侧成像、灵敏度高、高亮显示等优点,目前广泛应用于国防安全检查、工业无损检测、科研考古研究等领域。
 
  最后,刘彦韬在采访中表示,此次荣获“朱良漪分析仪器青年创新奖”对自身以及团队来说无疑是个巨大的鼓励,未来,他们还将继续坚持自我,在研究、开发、设计、试验、工程化、产业化工作的这条道路上取得更多创新成果,为我国仪器设备的自主研发之路做出更多贡献!
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