強(qiáng)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(jì)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(xué)會分析儀器分會于7日下午，在中國儀器儀表學(xué)會分析儀器分會理事會(擴(kuò)大)會議暨分會成立四十周年紀(jì)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(xué)院高能物理研究所的副研究員劉彥韜榮獲該獎項(xiàng)，化工儀器網(wǎng)記者于次日對劉彥韜進(jìn)行了采訪，就其獲獎產(chǎn)品的介紹，社會效益等問題進(jìn)行了進(jìn)一步了解。
 

 

　　隨著我國社會的飛速發(fā)展，近年來。核電產(chǎn)業(yè)的需求也日益增長，燃料組件作為反應(yīng)堆的核心，其質(zhì)量控制至關(guān)重要。目前我國年產(chǎn)數(shù)百萬根燃料棒，均需要逐根檢測，檢測任務(wù)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(guān)鍵地是252Cf源僅美俄兩國可生產(chǎn)，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(jīng)濟(jì)，但目前檢測速度較慢，西班牙ENUSA無源設(shè)備檢測速度3.2米/分，國內(nèi)無源設(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富集度快速無源檢測裝置。這套快速無源檢測裝置采用最新SiPM技術(shù)，在同等檢測精度下，檢測速度高達(dá)6米/分，不僅顯著優(yōu)于同類無源設(shè)備，甚至超過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。裝置包括128個(gè)探測單元(4個(gè)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(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(jìn)行延時(shí)疊加，可平均探測單元效率差異帶來的影響?；谔綔y響應(yīng)時(shí)間的MLEM迭代重建還有利于降低統(tǒng)計(jì)漲落，提高檢測精度。根據(jù)行標(biāo)EJ/T686-2005要求，對富集度4.45%標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)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(jì)數(shù)偏差可大于5σ。對富集度3.69%標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行多次重復(fù)檢測，總體均勻性均在±2%以內(nèi)，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(biāo)。
 

　　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(shè)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(chǎn)檢測200萬根，則大致需要30臺套檢測設(shè)備。每套按400萬計(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富集度檢測還是核保障和核軍控的共性技術(shù)，對核材料進(jìn)行監(jiān)測與衡算，具有不可簡單估計(jì)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(shù)也是劉彥韜一直以來深度研究的領(lǐng)域。劉彥韜團(tuán)隊(duì)在解決傳統(tǒng)散射成像探測效率低、信噪比差的問題上，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)用于國防安全檢查、工業(yè)無損檢測、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”對自身以及團(tuán)隊(duì)來說無疑是個(gè)巨大的鼓勵，未來，他們還將繼續(xù)堅(jiān)持自我，在研究、開發(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，為我國儀器設(shè)備的自主研發(fā)之路做出更多貢獻(xiàn)！