強(qiáng)國(guó)之路 科技創(chuàng)新：核燃料芯塊235U富集度快速無(wú)源檢測(cè)裝置

 

　　為紀(jì)念朱良漪矢志不渝對(duì)我國(guó)分析儀器事業(yè)發(fā)展的精神，并激勵(lì)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(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)于7日下午，在中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)理事會(huì)(擴(kuò)大)會(huì)議暨分會(huì)成立四十周年紀(jì)念活動(dòng)上頒發(fā)了2019年“朱良漪分析儀器青年創(chuàng)新獎(jiǎng)”。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的副研究員劉彥韜榮獲該獎(jiǎng)項(xiàng)，化工儀器網(wǎng)記者于次日對(duì)劉彥韜進(jìn)行了采訪，就其獲獎(jiǎng)產(chǎn)品的介紹，社會(huì)效益等問(wèn)題進(jìn)行了進(jìn)一步了解。
 

 

　　隨著我國(guó)社會(huì)的飛速發(fā)展，近年來(lái)。核電產(chǎn)業(yè)的需求也日益增長(zhǎng)，燃料組件作為反應(yīng)堆的核心，其質(zhì)量控制至關(guān)重要。目前我國(guó)年產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)根燃料棒，均需要逐根檢測(cè)，檢測(cè)任務(wù)十分艱巨。
 

　　劉彥韜解釋道：“富集度檢測(cè)分為有源法與無(wú)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(cè)精度高，檢測(cè)速度快(4.2米/分)，但屬于有損檢測(cè)，更關(guān)鍵地是252Cf源僅美俄兩國(guó)可生產(chǎn)，數(shù)百萬(wàn)美元一顆，使用兩年就需替換，廢源處置難，已成為‘掐脖子’問(wèn)題。無(wú)源法即直接分析燃料棒自發(fā)γ能譜，屬于無(wú)損檢測(cè)，無(wú)需額外中子源，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但目前檢測(cè)速度較慢，西班牙ENUSA無(wú)源設(shè)備檢測(cè)速度3.2米/分，國(guó)內(nèi)無(wú)源設(shè)備僅1米/分，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。”
 

　　為了解決這些棘手的問(wèn)題，劉彥韜所在的團(tuán)隊(duì)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(wú)源檢測(cè)裝置。這套快速無(wú)源檢測(cè)裝置采用最新SiPM技術(shù)，在同等檢測(cè)精度下，檢測(cè)速度高達(dá)6米/分，不僅顯著優(yōu)于同類無(wú)源設(shè)備，甚至超過(guò)中核北方核燃料元件有限公司實(shí)際使用的有源設(shè)備，獲得該公司諸多用戶的好評(píng)。裝置包括128個(gè)探測(cè)單元(4個(gè)探測(cè)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(cè)單元基于SiPM技術(shù)研制，使用大塊閃爍體雙端讀出，單元細(xì)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(shù)，檢測(cè)能力明顯提升。采用動(dòng)態(tài)檢測(cè)方式，芯塊依次通過(guò)全部探測(cè)單元，對(duì)能譜進(jìn)行延時(shí)疊加，可平均探測(cè)單元效率差異帶來(lái)的影響?；谔綔y(cè)響應(yīng)時(shí)間的MLEM迭代重建還有利于降低統(tǒng)計(jì)漲落，提高檢測(cè)精度。根據(jù)行標(biāo)EJ/T686-2005要求，對(duì)富集度4.45%標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行的檢測(cè)，在6米/分的檢測(cè)速度下，相對(duì)偏差9.8%的異常芯塊的計(jì)數(shù)偏差可大于5σ。對(duì)富集度3.69%標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行多次重復(fù)檢測(cè)，總體均勻性均在±2%以內(nèi)，對(duì)偏差8.76%的芯塊檢出率70%，對(duì)偏差15.62%的芯塊檢出率100%，均明顯優(yōu)于行標(biāo)。
 

　　在采訪中我們還了解到，核燃料芯塊235U富集度快速無(wú)源檢測(cè)裝置正在與202廠商談采購(gòu)與聯(lián)合開(kāi)發(fā)事宜，假設(shè)每套每天檢測(cè)300根燃料棒，全年(240天)檢測(cè)7.2萬(wàn)根，目前全國(guó)年需生產(chǎn)檢測(cè)200萬(wàn)根，則大致需要30臺(tái)套檢測(cè)設(shè)備。每套按400萬(wàn)計(jì)算，則可產(chǎn)生1.2億元的直接經(jīng)濟(jì)效益和顯著的間接經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)， 235U富集度檢測(cè)還是核保障和核軍控的共性技術(shù)，對(duì)核材料進(jìn)行監(jiān)測(cè)與衡算，具有不可簡(jiǎn)單估計(jì)的社會(huì)效益。
 

　　除了核燃料芯塊235U富集度快速無(wú)源檢測(cè)裝置以外，X射線編碼孔徑推掃散射成像技術(shù)也是劉彥韜一直以來(lái)深度研究的領(lǐng)域。劉彥韜團(tuán)隊(duì)在解決傳統(tǒng)散射成像探測(cè)效率低、信噪比差的問(wèn)題上，首次將編碼孔徑技術(shù)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(shù)和散射成像技術(shù)相比，具有散射布局靈活、同側(cè)成像、靈敏度高、高亮顯示等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于國(guó)防安全檢查、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)、科研考古研究等領(lǐng)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(jiǎng)”對(duì)自身以及團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)巨大的鼓勵(lì)，未來(lái)，他們還將繼續(xù)堅(jiān)持自我，在研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、工程化、產(chǎn)業(yè)化工作的這條道路上取得更多創(chuàng)新成果，為我國(guó)儀器設(shè)備的自主研發(fā)之路做出更多貢獻(xiàn)！