一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法及系统与流程

1.本发明具体涉及一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法及系统。


背景技术：

2.乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测装置是保证乏燃料溶解器正常运行过程中的关键设备。在乏燃料后处理流程中，燃料棒被剪切成若干长度约20-50mm的燃料短段，通过溜槽进入溶解器内的14个戽斗之一。随后，溶解器逆时针旋转，使戽斗内的燃料短段内的燃料在硝酸溶解液内充分溶解后，通过卸料溜槽移出溶解器。
3.由于乏燃料溶解器内含有大量的放射性物质，为了保证溶解过程的安全，需开展溶解器进料斗堵塞监测，用于检查溜槽是否堵塞，以保证进料安全，为后续工艺提供保障。由于溶解器整体封闭，且放射性水平极高，人员无法靠近采用常规方法进行监测。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种自动、精确的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，还相应提供一种实现该方法的系统。
5.解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
6.本发明提供一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，包括：
7.s1：在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部的位置设置第一探测系统，在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽底部的位置设置第二探测系统，
8.s2：乏燃料溶解器进料时，第一探测系统探测经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1；第二探测系统探测经过进料斗溜槽底部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2；
9.s3：根据所述脉冲计数率n1计算经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，根据所述脉冲计数率n2计算经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，当n1和n2的差值大于设定值时，判断乏燃料溶解器进料斗堵塞。
10.可选地，采用式(1)分别计算n1和n2：
11.n＝n/(a
·m·
k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
12.n—表示燃料短棒的数量；
13.n—表示探测系统获得的脉冲计数率；
14.k—表示探测系统探测γ射线的探测效率；
15.a—表示燃料短棒比活度；
16.m—表示每根燃料棒的质量。
17.可选地，采用数据处理器实现步骤s3，所述数据处理器包括计算模块和比较模块，
18.所述计算模块根据其内存储的式(1)，计算与脉冲计数率n1对应的经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并计算与脉冲计数率n2对应的经过进料斗溜槽底部的燃料短
棒的数量n2，
19.所述比较模块判断n1和n2的差值是否大于设定值，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。
20.可选地，第一探测系统包括第一探测器和第一信号分析处理系统，所述第一信号分析处理系统与第一探测器电连接，
21.所述第一探测器接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，
22.所述第一信号分析处理系统接收第一探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第一探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1。
23.可选地，第二探测系统包括第二探测器和第二信号分析处理系统，所述第二信号分析处理系统与第二探测器电连接，
24.所述第二探测器接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，
25.所述第二信号分析处理系统接收第二探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第二探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2。
26.本发明还提供一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测系统，包括：第一探测系统、第二探测系统和数据处理器，第一探测系统和第二探测系统均与数据处理器电连接，
27.第一探测系统设置在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部的位置，第二探测系统设置在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽底部的位置，
28.第一探测系统用于在乏燃料溶解器进料时，探测经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1；第二探测系统用于在乏燃料溶解器进料时，探测经过进料斗溜槽底部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2；
29.所述数据处理器用于根据所述脉冲计数率n1计算经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并根据所述脉冲计数率n2计算经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，且还用于判断n1和n2的差值是否大于设定值时，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。
30.可选地，第一探测系统包括第一探测器和第一信号分析处理系统，
31.所述第一探测器用于接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，
32.所述第一信号分析处理系统与第一探测器电连接，用于接收第一探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第一探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1。
33.可选地，第二探测系统包括第二探测器和第二信号分析处理系统，
34.所述第二探测器用于接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，
35.所述第二信号分析处理系统与第二探测器电连接，用于接收第二探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第二探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2。
36.可选地，所述数据处理器包括计算模块和比较模块，
37.所述计算模块用于根据其内存储的脉冲计数率n与燃料短棒数量n的关系式，计算与脉冲计数率n1对应的经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并计算与脉冲计数率n2对应的经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，
38.所述比较模块用于判断n1和n2的差值是否大于设定值，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。
39.可选地，所述脉冲计数率n与燃料短棒数量n的关系式如式(1)所示：
40.n＝n/(a
·m·
k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
41.n—表示燃料短棒的数量；
42.n—表示探测系统获得的脉冲计数率；
43.k—表示探测系统探测γ射线的探测效率；
44.a—表示燃料短棒比活度；
45.m—表示每根燃料棒的质量。
46.本发明中，通过在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部和底部的位置分别设置探测系统，在乏燃料溶解器进料时，通过两个探测系统分别探测经过进料斗溜槽顶部和底部的燃料短棒发射的γ射线，并通过处理获得进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率，由于脉冲计数率检测精度有限，难以通过直接比较顶部和底部对应的脉冲计数率的大小判断乏燃料溶解器进料斗是否堵塞，本发明根据该脉冲计数率n计算经过进料斗溜槽顶部和底部的燃料短棒的数量，通过比较顶部和底部燃料短棒的数量，经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量，从而可以准确判断乏燃料溶解器进料斗是否堵塞。
附图说明
47.图1为乏燃料溶解器进料斗的侧视图；
48.图2为乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测探测器的布置图；
49.图3为乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测的方法流程图；
50.图4为探测系统与数据处理器的连接示意图。
具体实施方式
51.下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
54.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.本发明提供一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，包括：
56.s1：在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部的位置设置第一探测系统，在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽底部的位置设置第二探测系统，
57.s2：乏燃料溶解器进料时，第一探测系统探测经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1；第二探测系统探测经过进料斗溜槽底部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2；
58.s3：根据所述脉冲计数率n1计算经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，根据所述脉冲计数率n2计算经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，当n1和n2的差值大于设定值时，判断乏燃料溶解器进料斗堵塞。
59.本发明还提供一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测系统，包括：第一探测系统、第二探测系统和数据处理器，第一探测系统和第二探测系统均与数据处理器电连接，
60.第一探测系统设置在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部的位置，第二探测系统设置在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽底部的位置，
61.第一探测系统用于在乏燃料溶解器进料时，探测经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1；第二探测系统用于在乏燃料溶解器进料时，探测经过进料斗溜槽底部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2；
62.所述数据处理器用于根据所述脉冲计数率n1计算经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并根据所述脉冲计数率n2计算经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，且还用于判断n1和n2的差值是否大于设定值时，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。
63.实施例1：
64.在溶解器进料过程中，燃料棒被剪切机切成若干长度约20-50mm的燃料短段，如图1和图3所示，燃料短段沿溜槽落入溶解器的戽斗中。
65.本实施例提供一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，包括：
66.s1：在靠近乏燃料溶解器4的进料斗溜槽41顶部的位置设置第一探测系统1，在靠近乏燃料溶解器4的进料斗溜槽41底部的位置设置第二探测系统2，
67.s2：乏燃料溶解器4进料时，第一探测系统1探测经过进料斗溜槽41顶部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1；第二探测系统2探测经过进料斗溜槽41底部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2；
68.s3：根据脉冲计数率n1计算经过进料斗溜槽41顶部的燃料短棒的数量n1，根据脉冲计数率n2计算经过进料斗溜槽41底部的燃料短棒的数量n2，当n1和n2的差值大于设定值时，判断乏燃料溶解器进料斗堵塞。
69.乏燃料的放射活度中最高的是
137
cs，理论上，通过测量
137
cs的662kevγ峰的净计数即可以测出
137
cs活度。由此，本实施例中，设定能量区间选取60kev～3mev。
70.具体地，在溜槽的一侧设置测量点a和测量点b，分别对应溜槽顶部和底部。测量点a设置第一探测系统1，测量点b设置第二探测系统2(见图2)。通过探测位于溜槽顶部和底部的探测系统测量的γ辐射水平，并通过处理获得进入其内的γ射线在设定能量区间对应的
脉冲计数率，通过比较溜槽顶部和底部对应的脉冲计数率，以监测燃料短段的下滑状态，从而监测燃料短段传输的连贯性，确保切断的燃料短段不会被堵塞且顺利到达溶解器中。
71.由于脉冲计数率检测精度有限，难以通过直接比较顶部和底部对应的脉冲计数率的大小判断乏燃料溶解器进料斗是否堵塞，本发明根据该脉冲计数率n计算经过进料斗溜槽顶部和底部的燃料短棒的数量，通过比较顶部和底部燃料短棒的数量，经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量，从而可以准确判断乏燃料溶解器进料斗是否堵塞。
72.本实施例中，采用式(1)分别计算n1和n2：
73.n＝n/(a
·m·
k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
74.n—表示燃料短棒的数量；
75.n—表示探测系统获得的脉冲计数率；
76.k—表示探测系统探测γ射线的探测效率；
77.a—表示燃料短棒比活度；
78.m—表示每根燃料棒的质量。
79.本实施例中，一根燃料棒剪切成100根燃料短棒。
80.在计算过程中，可通过半值层法查出经过屏蔽体前燃料短段的放射性活度，k、a为被测物体和探测器选定后的已知常数，m在乏燃料棒运输进入前的已知量，因此可以准确计算出进入溜槽燃料短段的数量。
81.本实施例中，采用数据处理器3实现步骤s3，该数据处理器3包括计算模块31和比较模块32，
82.计算模块31根据其内存储的式(1)，计算与脉冲计数率n1对应的经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并计算与脉冲计数率n2对应的经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，
83.比较模块32判断n1和n2的差值是否大于设定值，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。
84.本实施例中，第一探测系统1包括第一探测器11和第一信号分析处理系统12，第一信号分析处理系统12与第一探测器11电连接，
85.第一探测器11接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，
86.第一信号分析处理系统12接收第一探测器11输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第一探测器11内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1。
87.参见图4，第一信号分析处理系统12包括第一信号处理电路121和第一脉冲计数电路122，第一信号处理电路121接收第一探测器11输出的脉冲信号，并对其进行放大、模数转换、甄别等处理，第一脉冲计数电路122对第一信号处理电路121处理后的脉冲信号进行计数，以获取周期内的脉冲个数，并将脉冲个数发送给数据处理器3。
88.本实施例中，第二探测系统2包括第二探测器21和第二信号分析处理系统22，所述第二信号分析处理系统22与第二探测器21电连接，
89.第二探测器21接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，
90.第二信号分析处理系统22接收第二探测器21输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第二探测器21内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2。
91.参见图4，第二信号分析处理系统22包括第二信号处理电路221和第二脉冲计数电
路222，第二信号处理电路221接收第二探测器21输出的脉冲信号，并对其进行放大、模数转换、甄别等处理，第二脉冲计数电路222对第二信号处理电路221处理后的脉冲信号进行计数，以获取周期内的脉冲个数，并将脉冲个数发送给数据处理器3。
92.剪切机每切割一下，上述的进料斗堵塞无源监测系统将进行如下操作：
93.(a)第一探测器11接收进入其内的γ射线，第二探测器21延时接收进入其内的γ射线。
94.(b)第一信号分析处理系统12分析溜槽顶部燃料短棒触发的辐射测量信号。
95.(c)第二信号分析处理系统22分析溜槽底部燃料短棒触发的处辐射测量信号。
96.(d)数据处理器3(计算机)分别计算溜槽顶部和底部燃料短棒数量，并对比两个信号的测量值是否相等，从而判断燃料短棒是否顺利下滑，实现溜槽中的阻塞监测。
97.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，其特征在于，包括：s1：在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部的位置设置第一探测系统，在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽底部的位置设置第二探测系统，s2：乏燃料溶解器进料时，第一探测系统探测经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1；第二探测系统探测经过进料斗溜槽底部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2；s3：根据所述脉冲计数率n1计算经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，根据所述脉冲计数率n2计算经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，当n1和n2的差值大于设定值时，判断乏燃料溶解器进料斗堵塞。2.根据权利要求1所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，其特征在于，采用式(1)分别计算n1和n2：n＝n/(a
·
m
·
k)
ꢀꢀꢀ
(1)n—表示燃料短棒的数量；n—表示探测系统获得的脉冲计数率；k—表示探测系统探测γ射线的探测效率；a—表示燃料短棒比活度；m—表示每根燃料棒的质量。3.根据权利要求2所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，其特征在于，采用数据处理器实现步骤s3，所述数据处理器包括计算模块和比较模块，所述计算模块根据其内存储的式(1)，计算与脉冲计数率n1对应的经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并计算与脉冲计数率n2对应的经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，所述比较模块判断n1和n2的差值是否大于设定值，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。4.根据权利要求1-3任一项所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，其特征在于，第一探测系统包括第一探测器和第一信号分析处理系统，所述第一信号分析处理系统与第一探测器电连接，所述第一探测器接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，所述第一信号分析处理系统接收第一探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第一探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1。5.根据权利要求1-3任一项所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法，其特征在于，第二探测系统包括第二探测器和第二信号分析处理系统，所述第二信号分析处理系统与第二探测器电连接，所述第二探测器接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，所述第二信号分析处理系统接收第二探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第二探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2。6.一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测系统，其特征在于，包括：第一探测系统、第
二探测系统和数据处理器，第一探测系统和第二探测系统均与数据处理器电连接，第一探测系统设置在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部的位置，第二探测系统设置在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽底部的位置，第一探测系统用于在乏燃料溶解器进料时，探测经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1；第二探测系统用于在乏燃料溶解器进料时，探测经过进料斗溜槽底部的燃料短棒发射的γ射线，并获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2；所述数据处理器用于根据所述脉冲计数率n1计算经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并根据所述脉冲计数率n2计算经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，且还用于判断n1和n2的差值是否大于设定值时，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。7.根据权利要求6所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测系统，其特征在于，第一探测系统包括第一探测器和第一信号分析处理系统，所述第一探测器用于接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，所述第一信号分析处理系统与第一探测器电连接，用于接收第一探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第一探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n1。8.根据权利要求6所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测系统，其特征在于，第二探测系统包括第二探测器和第二信号分析处理系统，所述第二探测器用于接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，所述第二信号分析处理系统与第二探测器电连接，用于接收第二探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与第二探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率n2。9.根据权利要求6-8任一项所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测系统，其特征在于，所述数据处理器包括计算模块和比较模块，所述计算模块用于根据其内存储的脉冲计数率n与燃料短棒数量n的关系式，计算与脉冲计数率n1对应的经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，并计算与脉冲计数率n2对应的经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，所述比较模块用于判断n1和n2的差值是否大于设定值，当判断结果为“是”时，输出乏燃料溶解器进料斗堵塞的报警信号。10.根据权利要求9所述的乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测系统，其特征在于，所述脉冲计数率n与燃料短棒数量n的关系式如式(1)所示：n＝n/(a
·
m
·
k)
ꢀꢀꢀ
(1)n—表示燃料短棒的数量；n—表示探测系统获得的脉冲计数率；k—表示探测系统探测γ射线的探测效率；a—表示燃料短棒比活度；m—表示每根燃料棒的质量。

技术总结
本发明提供一种乏燃料溶解器进料斗堵塞无源监测方法及系统，方法包括：在靠近乏燃料溶解器的进料斗溜槽顶部和底部的位置设置探测系统，乏燃料溶解器进料时，两个探测系统分别探测经过进料斗溜槽顶部和底部的燃料短棒发射的γ射线，并分别获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N1和N2；根据脉冲计数率N1计算经过进料斗溜槽顶部的燃料短棒的数量n1，根据脉冲计数率N2计算经过进料斗溜槽底部的燃料短棒的数量n2，当n1和n2的差值大于设定值时，即可准确判断出乏燃料溶解器进料斗堵塞。料斗堵塞。料斗堵塞。


技术研发人员：齐宇虹 刘伟容 苏家豪 王欣 张伟 贺施政 王平 赵庆彬 胡锡文 阚琛 宋晓鹏 李光俊 刘忠亮
受保护的技术使用者：中国核电工程有限公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/3/8