強國之路 科技創(chuàng)新：核燃料芯塊235U富集度快速無源檢測裝置

 

　　為紀念朱良漪矢志不渝對我國分析儀器事業(yè)發(fā)展的精神，并激勵企業(yè)和廣大科技工作者積極投身于分析儀器創(chuàng)新工作。中國儀器儀表學會分析儀器分會于7日下午，在中國儀器儀表學會分析儀器分會理事會(擴大)會議暨分會成立四十周年紀念活動上頒發(fā)了2019年“朱良漪分析儀器青年創(chuàng)新獎”。來自中國科學院高能物理研究所的副研究員劉彥韜榮獲該獎項，化工儀器網記者于次日對劉彥韜進行了采訪，就其獲獎產品的介紹，社會效益等問題進行了進一步了解。
 

 

　　隨著我國社會的飛速發(fā)展，近年來。核電產業(yè)的需求也日益增長，燃料組件作為反應堆的核心，其質量控制至關重要。目前我國年產數(shù)百萬根燃料棒，均需要逐根檢測，檢測任務十分艱巨。
 

　　劉彥韜解釋道：“富集度檢測分為有源法與無源法。有源法即先用中子活化燃料棒，再分析緩發(fā)γ能譜，檢測精度高，檢測速度快(4.2米/分)，但屬于有損檢測，更關鍵地是252Cf源僅美俄兩國可生產，數(shù)百萬美元一顆，使用兩年就需替換，廢源處置難，已成為‘掐脖子’問題。無源法即直接分析燃料棒自發(fā)γ能譜，屬于無損檢測，無需額外中子源，簡單經濟，但目前檢測速度較慢，西班牙ENUSA無源設備檢測速度3.2米/分，國內無源設備僅1米/分，難以滿足實際生產需求。”
 

　　為了解決這些棘手的問題，劉彥韜所在的團隊為此付出了多年的努力，最終研究出了核燃料芯塊235U富集度快速無源檢測裝置。這套快速無源檢測裝置采用最新SiPM技術，在同等檢測精度下，檢測速度高達6米/分，不僅顯著優(yōu)于同類無源設備，甚至超過中核北方核燃料元件有限公司實際使用的有源設備，獲得該公司諸多用戶的好評。裝置包括128個探測單元(4個探測模組)，多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，供電系統(tǒng)、專用算法軟件以及上下料控制系統(tǒng)。探測單元基于SiPM技術研制，使用大塊閃爍體雙端讀出，單元細分接近單芯塊大小，鎢片隔斷以排除臨近芯塊干擾，相比PMT技術，檢測能力明顯提升。采用動態(tài)檢測方式，芯塊依次通過全部探測單元，對能譜進行延時疊加，可平均探測單元效率差異帶來的影響。基于探測響應時間的MLEM迭代重建還有利于降低統(tǒng)計漲落，提高檢測精度。根據(jù)行標EJ/T686-2005要求，對富集度4.45%標準棒進行的檢測，在6米/分的檢測速度下，相對偏差9.8%的異常芯塊的計數(shù)偏差可大于5σ。對富集度3.69%標準棒進行多次重復檢測，總體均勻性均在±2%以內，對偏差8.76%的芯塊檢出率70%，對偏差15.62%的芯塊檢出率100%，均明顯優(yōu)于行標。
 

　　在采訪中我們還了解到，核燃料芯塊235U富集度快速無源檢測裝置正在與202廠商談采購與聯(lián)合開發(fā)事宜，假設每套每天檢測300根燃料棒，全年(240天)檢測7.2萬根，目前全國年需生產檢測200萬根，則大致需要30臺套檢測設備。每套按400萬計算，則可產生1.2億元的直接經濟效益和顯著的間接經濟效益。同時， 235U富集度檢測還是核保障和核軍控的共性技術，對核材料進行監(jiān)測與衡算，具有不可簡單估計的社會效益。
 

　　除了核燃料芯塊235U富集度快速無源檢測裝置以外，X射線編碼孔徑推掃散射成像技術也是劉彥韜一直以來深度研究的領域。劉彥韜團隊在解決傳統(tǒng)散射成像探測效率低、信噪比差的問題上，首次將編碼孔徑技術引入推掃散射成像，揭示了一條新的研究思路，并在日前取得了發(fā)明專利。
 

　　透射成像技術和散射成像技術相比，具有散射布局靈活、同側成像、靈敏度高、高亮顯示等優(yōu)點，目前廣泛應用于國防安全檢查、工業(yè)無損檢測、科研考古研究等領域。
 

　　最后，劉彥韜在采訪中表示，此次榮獲“朱良漪分析儀器青年創(chuàng)新獎”對自身以及團隊來說無疑是個巨大的鼓勵，未來，他們還將繼續(xù)堅持自我，在研究、開發(fā)、設計、試驗、工程化、產業(yè)化工作的這條道路上取得更多創(chuàng)新成果，為我國儀器設備的自主研發(fā)之路做出更多貢獻！