Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ПРЕССПОРОШКА ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА ПРИ ЕГО ЗАСЫПКЕ В УСТРОЙСТВО ПРЕССОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ ТАБЛЕТОК

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано при изготовлении таблеток ядерного топлива.

Известна установка контроля плотности таблеток ядерного топлива, содержащая измерительный узел, включающий источник гамма-излучения и блок детектирования, транспортный механизм для перемещения таблеток и поджимное устройство, а также блок управления и обработки результатов измерения, предназначенный для управления работой транспортного механизма, для обработки результатов измерения и разбраковки таблеток, при этом блок управления обработки результатов измерения выполнен на базе компьютера с установленными в нем платой коммуникационного процессора и платой спектрометра (RU 2458416 С2, опубл. 10.08.2012). Установка позволяет контролировать плотность уже готовых таблеток ядерного топлива.

Известно устройство для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих высокорадиоактивных материалов для производства твэлов ядерных реакторов, которое включает мерную воронку с шибером, размещенную в корпусе, весовую платформу, соединенную с компьютером, приемную емкость, размещенную под воронкой на весовой платформе (RU 2494371 C1, опубл. 27.09.2013). Установка предназначена для определения плотности порошка для изготовления таблеток ядерного топлива, но она не позволяет контролировать плотность пресс-порошка непосредственно перед подачей на прессование.

Процесс производства топливных таблеток заключается в их прессовании на прессе из пресс-порошка двуокиси урана. Данный пресс-порошок под действием силы тяжести свободно сыпется из контейнера по вертикальной трубе в пресс. При свободном движении порошка по трубе периодически возникают ситуации, когда плотность двигающегося порошка по трубе может резко или постепенно уменьшиться. Это связано с разной текучестью пресс-порошка, которая зависит от многих причин, таких как влажность пресс-порошка, плотность пресс-порошка в контейнере, однородность пресс-порошка и др. Из-за различной текучести пресс-порошка оператор вручную регулирует устройство дозирования его подачи в пресс-формы, следя за величиной усилия и величиной хода пуансонов пресса. Однако если усилие и величина хода пуансонов выходит за рамки выставленных уставок, то прессование останавливается и может быть продолжено только тогда, когда при запуске пресса в работу все параметры будут в норме.

Этот процесс уменьшения плотности пресс-порошка может быть резким, тогда оператор быстро реагирует и останавливает пресс. Однако при постепенном уменьшении подачи пресс-порошка (данный процесс является неконтролируемым, так как все это происходит внутри системы, которая является полностью закрытой), т.е. при постепенном забивании трубы выше пресса пресс-порошком происходит уменьшение его плотности, что может сказаться на плотности «сырых» таблеток (так как процесс реагирования автоматики на усилие и ход пуансонов является инерционным). При этом количество таких таблеток может быть совсем небольшим, и они могут быть не выявлены при выборочном контроле их плотности и уйдут в годную продукцию, что является неприемлемым.

Поэтому является очень насущным непрерывный контроль плотности пресс-порошка на входе в пресс.

Существуют следующие методы контроля плотности сыпучих сред в закрытых бункерах и трубах:

- ультразвуковой метод;

- гамма-автоэмиссионный метод (если среда гамма-активна);

- гамма-абсорбционный метод.

Ультразвуковой метод заключается в измерении затухания ультразвуковых волн в измеряемой среде. Однако данный метод достаточно хорошо применим только для контроля границ сред и не может быть достаточно чувствительным к отклонениям плотности в сыпучих средах в небольших пределах.

Гамма-автоэмиссионный метод основан на измерении количества гамма квантов испускаемых самой средой, где необходимо измерять плотность. Данные измерения достаточно точно коррелируют с плотностью измеряемой среды. Однако низкая активность собственного гамма-излучения среды приводит к большим погрешностям измерения.

Гамма-абсорбционный метод основан на измерении прошедшего через измеряемую среду гамма излучения от внешнего гамма источника. Данный метод является наиболее приемлемым и используемым для измерения плотности среды (В.А. Арцыбашев. Гамма метод измерения плотности. Атомиздат, 1965).

При данном методе производят облучение образца внешним потоком гамма излучения и по его поглощению судят о плотности облучаемого объекта. Данный метод не зависит от формы объекта и его массы. Данный метод широко применяется в промышленности.

Задачей изобретения является создание устройства для контроля плотности пресс-порошка, подаваемого на прессование топливных таблеток.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении непрерывного контроля плотности пресс-порошка ядерного топлива при его подаче на прессование топливных таблеток и в обеспечении таким образом необходимой плотности, геометрии и сплошности получаемых таблеток ядерного топлива.

Технический результат достигается устройством непрерывного контроля плотности пресс-порошка ядерного топлива, содержащим бункер, соединенный засыпной трубой с устройством прессования таблеток, расположенный со стороны засыпной трубы детектор гамма-излучения, соединенный с блоком регистрации, выполненным с возможностью передачи сигнала в систему управления работой устройства прессования для регулировки подачи пресс-порошка или его остановки.

При использовании гамма-абсорбционного метода детектор гамма-излучения регистрирует гамма-излучение самого пресс-порошка ядерного топлива.

При использовании гамма-автоэмиссионного метода с противоположной стороны трубы расположен источник гамма-излучения.

На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства.

На фиг. 2 представлена запись сигнала блока регистрации при засыпке пресс-порошка и при прекращении засыпки.

На фиг. 3 представлена запись сигнала блока регистрации при временном уменьшении плотности пресс-порошка.

Предложенное устройство содержит бункер 1 с пресс-порошком, который соединен вертикальной засыпной трубой 2 с устройством 3 прессования таблеток. Вблизи устройства 3 прессования с противоположных сторон трубы 2 установлены источник 4 гамма-излучения, например, типа Cs137 активностью 4.0*10⁹ ГБк (при использовании гамма-адсорбционного метода) и детектор гамма-излучения - блок 5 детектирования. Как показал опыт, масса пресс-порошка в анализируемом участке вполне достаточна, чтобы в качестве регистрируемого гамма-излучения использовать гамма-излучение самого пресс-порошка ядерного топлива. В этом случае источник гамма-излучения не используется. Блок 5 детектирования, например, типа БОИ-4 соединен с блоком регистрации, включающим преобразователь 6 сигнала, например, типа РРП-3 и электронный графический регистратор 7, например, типа ЭЛМЕРО-ВИЭР-104К, последовательно соединенные линиями 8 связи.

Предложенное устройство предназначено для анализа однородности (плотности) пресс-порошка при его свободной засыпке в устройство прессования. Метод измерения - гамма-абсорбционный (широкий пучок излучения) либо гамма-автоэммисионный. Просвечивание внешним источником происходит параллельным пучком гамма-излучения, перпендикулярным оси трубы 2 засыпки. Регистрация собственного излучения пресс-порошка происходит в геометрии 2-пи.

Устройство позволяет проводить непрерывный контроль плотности засыпаемого пресс-порошка в устройство прессования и выявлять аномалии в этом процессе (случаи резкого или плавного изменения плотности пресс-порошка на входе устройства прессования) и выдавать эти данные на регистрирующий прибор.

Данный метод измерения некритичен к типам пресс-порошков и не требует особой точности настройки пучка ионизирующего излучения.

Устройство работает следующим образом.

Пресс-порошок поступает из бункера 1 в устройство 3 прессования таблеток по вертикальной засыпной трубе 2.

Осуществляют измерение распределения плотности пресс-порошка в засыпной трубе 2 засыпки гамма-абсорбционным методом измерения γ-излучения, исходящего от источника гамма излучения типа Cs137 и проходящего через трубу 2 по энергетической линии 667КэВ, либо гамма-автоэмиссионным методом по всему спектру гамма-излучения самого пресс-порошка.

Прошедшее через измеряемую среду (или испущенное пресс-порошком) гамма-излучение регистрируется блоком 5 детектирования типа БОИ-4.

Далее сигнал от блока детектирования через блок 6 преобразования подается на электронный регистратор 7 типа ЭЛМЕРО-ВИЭР-104К, где записывается в его внутреннюю память.

Типичная картина изменения сигнала показана на временном графике на фиг. 2

Если засыпная труба 2 без порошка, то это соответствует показаниям регистратора 1B.

Если труба 2 заполнена порошком в процессе засыпки, то это соответствует показаниям регистратора 0.48-0.5 В.

Из рассмотренных диаграмм изменения сигнала за несколько дней наблюдения можно сделать вывод о том, что его изменение не превышает 0.05 В, что составляет не более 10% от его установившегося значения.

Данные колебания связаны со случайными процессами при регистрации гамма-излучения и ими можно пренебречь.

Однако бывают единичные случаи, когда плотность пресс-порошка кратковременно (не более чем на 20 сек) резко или постепенно уменьшается, а затем возвращается к нормальному значению.

Пример такого случая изображен на временном графике, показанном на фиг. 3.

При этом если пропустить момент изменения плотности пресс-порошка, то на выходе пресса можно получить топливные таблетки либо неправильной геометрии, либо пониженной плотности.

При получении информации об изменении сигнала более чем на 10% блок регистрации может выдавать звуковой сигнал, который указывает на изменение плотности пресс-порошка.

Данный сигнал может быть заведен в систему управления работы пресса для мгновенной регулировки величины подачи порошка в пресс или его остановки.

Контроль плотности пресс-порошка двуокиси урана на входе в устройство прессования и его реализация позволяет вовремя отслеживать снижение качества его текучести (снижение плотности) и останавливать прессование с целью недопущения производства топливных таблеток с неправильной геометрией и пониженной плотностью.