一種燃料棒微小空腔體積測量系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及核燃料循環技術領域，具體地，涉及一種燃料棒微小空腔體積測量系統及方法。
【背景技術】
[0002]我國正在開展壓水堆燃料元件回收鈾用于重水堆燃料元件的研發和輻照驗證試驗，其中燃料元件內壓是直接影響燃料元件與反應堆安全運行的重要指標，由于內壓無法直接測量，只能通過測量氣體總量和燃料棒內部空腔體積進行計算獲得。由于輻照后燃料元件放射性、燃料芯體輻照變化、燃料元件內部空腔的隨機性，常規方法如計算法和稱重法無法使用，僅能通過氣體狀態平衡原理進行測量。
[0003]由于氣體狀態平衡原理是根據理想氣體建成，對不同的真實氣體在不同的壓力和溫度其分子運動規律存在差異，這種差異導致體積測量存在較大的不確定性。為了正確評價燃料元件的性能，保證反應堆的安全運行，滿足重水堆燃料元件輻照考驗的需要，國內首次開展了棒束型燃料元件輻照后微小空腔體積測量技術研究。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種原理簡單、測量準確的燃料棒微小空腔體積測量系統及方法。
[0005]本發明解決上述問題所采用的技術方案是:
一種燃料棒微小空腔體積測量系統，包括裝夾件、標準容器、抽真空裝置、壓力測量裝置和多個對比密封件，裝夾件具有一個用于安裝燃料棒或對比密封件的容腔，容腔具有開口，燃料棒或對比密封件從該開口裝入容腔，容腔僅可安裝一個燃料棒或一個對比密封件，容腔的側壁上設置有密封構件，密封構件密封安裝于容腔內的待測元件或對比密封件與容腔之間的間隙，從而將位于密封構件內側的待測元件或對比密封件密封于容腔內，優選的，所述的密封構件所處的位置靠近容腔的開口，裝夾件上設置有導氣管，裝夾件內部設置有連通容腔和導氣管的通道A，導氣管通過管道分別連接壓力測量裝置、標準容器和抽真空裝置，導氣管連接標準容器的管道上設置有閥。
[0006]測量工藝包括標定、測量和修正。測量系統采用高精度的壓力測量裝置；多個對比密封件用于標定系統測量修正系數；標準容器采用與系統管道體積對應規格制成的密封件，用于標定與測量系統管道體積；閥用于隔離標準容器與測量系統，閥選用高真空的蝶閥，開啟和關閉引起的系統管道體積的變化不得影響測量準確度要求。本技術工藝流程為首先依次將具有不同體積差的對比密封件插入空腔并進行密封，測量不同負壓條件下的體積差測量值，制作修正系數的標定曲線；其次，采用同樣的測量方法測量待測燃料棒未鉆孔前與鉆孔后的體積差，即待測燃料棒內部空腔體積；最后，根據測量參數和標定曲線對測量結果進行修正。
[0007]所述的標準容器為體積已知的容器。
[0008]不同的對比密封件被密封于容腔內的體積不同，不同對比密封件被密封于容腔內的體積的體積差可通過測量獲得。不同對比密封件被密封于容腔內的體積的體積差的范圍覆蓋預估燃料棒內部空腔體積。
[0009]所述的壓力測量裝置為薄膜真空計。優選的，所述的薄膜真空計由粗真空和低真空兩個測量范圍的真空計組成，兩個范圍疊加為0~1 X 105Pa。
[0010]所述的抽真空裝置為機械栗和分子栗，先以機械栗進行預抽壓，然后再使用分子栗進行深度抽壓，直至真空腔體達到所需的氣壓為止。所述的閥為蝶閥。
[0011]所述的對比密封件包括圓柱型主體和設置于圓柱型主體端面上的凸臺，通過在不同對比密封件的圓柱型主體端面上設置不同體積的凸臺，實現不同的對比密封件被密封于容腔內的體積不同。同時采用圓柱型主體也使得對比密封件與燃料棒的形狀相當，便于密封構件能夠同時實現對燃料棒及對比密封件的密封，優選的圓柱型主體的外徑與燃料棒的外徑相等。
[0012]優選的所述的圓柱型主體的兩端均設置有凸臺，并且位于圓柱型主體兩端的凸臺的體積不同。這就使得，將對比密封件的兩端分別插入空腔內時，其兩端被密封于容腔內的體積不同，也就使得一個對比密封件能夠用作積差一定的兩個體對比密封件，從而便于操作。優選的，所述的凸臺為圓柱型凸臺，通過調整凸臺的直徑和軸向長度實現對凸臺體積的調節，也就實現了對比密封件被密封于容腔內的體積大小的調節。
[0013]優選的，所述的通道A內安裝有用于對燃料棒進行鉆孔的鉆孔裝置。進一步的，導氣管通過管道連接裂變氣體收集裝置。
[0014]采用所述的燃料棒微小空腔體積測量系統的燃料棒微小空腔體積測量方法，包括以下步驟:
51、預估燃料棒內部空腔體積范圍；
52、根據預估體積，選用具有至少3種體積差的多個密封件，體積差的覆蓋待測件的預估體積，所述的體積差是指不同密封件被密封于裝夾件的容腔內的體積的體積差；
53、依次將對比密封件裝入裝夾件的容腔，在不同壓力下分別測量插入密封件時的系統體積，將測量的體積差與體積差的理論計算值比較；其包括以下子步驟；
531、將對比密封件A裝入裝夾件的容腔，保持體積已知的標準容器與測量系統之間的閥打開，通過抽真空裝置對測量系統預抽真空，記錄用于測量測量系統內部壓力的壓力測量裝置測得的壓力P0，并停止抽真空，將閥關閉，從而體積已知的標準容器與測量系統之間由閥密封隔斷，然后通過抽真空裝置繼續對測量系統抽真空，當系統真空度達到一定程度時，記錄壓力測量裝置測得的壓力P1，并停止抽真空，然后打開閥，標準容器內的氣體進入測量系統，記錄壓力測量裝置測得的壓力P2，根據理想氣體狀態方程，計算測量系統體積；
532、將與對比密封件A具有體積差的對比密封件B裝入裝夾件的容腔，打開閥，通過抽真空裝置對測量系統預抽真空，記錄壓力測量裝置測得的壓力P0，并停止抽真空，將閥關閉，然后通過抽真空裝置繼續對測量系統抽真空，當壓力測量裝置測得的壓力為步驟S31記錄的P1時，停止抽真空，然后打開閥，標準容器內的氣體進入測量系統，記錄壓力測量裝置測得的壓力P3，根據理想氣體狀態方程，計算測量系統體積；
優選的，所述的對比密封件A和對比密封件B為一體結構件，對比密封件A和對比密封件B分設在一體構件的兩端，當該一體結構件的一端插入容腔內時，即可視為對比密封件A，將另一端插入容腔內時，即可視為對比密封件B。從而當進行步驟S31時，將一體結構件的一端裝入裝夾件的容腔，然后進行后續操作；當進行步驟S32時，將一體結構件的另一端裝入裝夾件的容腔，然后進行后續操作。進一步的，所述的一體結構件包括圓柱型主體，圓柱型主體的兩端均設置有凸臺，并且位于圓柱型主體兩端的凸臺的體積不同。即每個一體結構件的兩端為具有一個固定體積差的兩個對比密封件，從而通過選用至少三個具有不同固定體積差的一體結構件，并且保證所述不同的固定體積差的差值覆蓋待測件的預估體積值，即可滿足本發明對對比密封件的使用需求；
S33、將S31和S32兩次測量的系統體積差V與體積差的理論計算值比較，并計算測量誤差和修正系數K，修正系數K=兩密封件體積差理論計算值/