[发明专利]一种核燃料元件生坯强度检测装置和检测方法

说明书

本发明公开了一种核燃料元件生坯强度检测装置，包括底座、竖向滑动机构、夹持机构和测力机构；竖向滑动机构沿竖直方向固定安装在底座上，夹持机构沿水平方向横向布置，夹持机构设有安装部和用于夹持生坯的夹持部，夹持机构的安装部与竖向滑动机构滑动连接，使夹持机构能够沿竖直方向上下滑动，竖向滑动机构能够控制夹持机构竖向滑动的高度；测力机构包括测力传感器和沿水平横向布置的撞击板，撞击板安装于底座上且处于夹持机构夹持部的正下方，测力传感器安装在撞击板上用于检测生坯的撞击力。还提供了一种使用该装置检测芯块强度的方法，能够有效检测燃料芯块所受外部撞击力，具有测量误差小、数据稳定准确和大幅提升检测效率等优点。

技术领域

本发明涉及一种核燃料生坯强度检测技术，尤其涉及一种核燃料元件生坯强度检测装置和检测方法。

背景技术

燃料元件生坯，也称为燃料芯块，是一种构建燃料元件而堆叠在包壳内的燃料小块，通常为圆柱形。燃料生坯是燃料元件的核心部分，在核燃料领域中，氧化铀、氧化钍、氧化钚、二氧化铀芯块(UO2)和其它氧化物的应用较为广泛，其中，二氧化铀芯块(UO2)是所有轻水堆、重水堆的主要燃料。目前，国内外核电站广泛采用二氧化铀芯块作为核燃料元件，为了保证反应堆安全运行，对核燃料元件制定了非常严格的质量指标，在诸多质量指标中，燃料生坯的密度和强度占有非常重要的地位。

在对核燃料生坯密度检测方面，目前，大多是采用接触式测量的方式对芯块进行测量，由于机械测量存在机械变形，在绝对测量时会产生较大的误差，甚至可能会划伤被测对象表面，且对操作者要求较高，人为测量时易出现较大的误差；同时，核燃料生坯的几何密度也是影响热导率、反应性和抗震性至关重要的因素。为此，发明人曾申请了“一种核燃料芯块几何密度测量方法及其系统”，公开号为CN105571983A，通过较快地、高精度测量核燃料芯块的外形尺寸和质量来计算核燃料芯块的密度，减小了芯块密度测量的误差，提高了测量精度。

在对核燃料生坯强度检测方面，由于核燃料二氧化铀芯块中铀的密度较低，芯块的导热系数仅为金属铀的十几分之一，易引起芯块局部过热或影响芯块向冷却剂传热，且芯块是由燃料粉末捏制而成，因此燃料芯块具有质硬且脆的特性，跌落或碰撞时易产生碎屑，非常不利于加工和运输。因此，在对芯块进行加工或运输前对芯块的强度进行检测是十分必要的。目前，国内对核燃料元件生坯强度的检测采取抽样检测的方式，以手工检测为主，手工检测的流程为：第一步、对燃料芯块称重获取其初始重量，第二步、对燃料芯块施加外部冲击力使之产生碎裂，第三步、称重获取经冲击后的芯块质量，第四步、经过计算公式换算出芯块强度，其计算公式为：燃料芯块强度＝(试验前质量-试验后质量)/试验前质量。如此测量芯块强度的原理是，燃料芯块受到外部冲击力产生碎裂后，其碎裂部的粉粒掉落，使得受冲击后的芯块质量减少，通常芯块强度越差则受冲击后碎裂掉落的粉粒量越大、芯块质量减少越多，因此可以通过计算(试验前质量-试验后质量)/试验前质量的值，来表征芯块强度。然而，手工检测芯块强度存在以下不足：1、前述对燃料芯块施加外部冲击力的过程一般是将芯块竖直夹持于某机构中，确认芯块锁死后，操作压板从上往下施加冲击力，但不能对冲击力大小进行检测，由于每次外部提供的冲击力不一定，冲击力较大时可能导致碎裂掉落的粉粒量较多，冲击力较小时可能导致碎裂掉落的粉粒量较少，从而使得芯块强度检测的误差大，可靠性不高。2、由于手工检测无法精确控制外部冲击力，因此，对于同一燃料芯块多次检测时，手工检测结果的重复性误差会比较大。3、用手工检测只能检测芯块竖直方向的强度，即只能测量芯块单一方向受冲击力的情况，若芯块的某部位强度较高，其他部位强度较低，此时芯块强度的测量数据就十分不准确、稳定性差，不能反映芯块的整体强度。4、燃料芯块强度计算不合理，计算时未考虑到燃料芯块受到的冲击力，导致芯块强度检测结果准确性差。5、手工测量单一芯块，往往耗时2分钟以上，检测效率低，已经不能满足现代化生产线的效率要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够有效检测燃料芯块所受外部撞击力的装置，同时，本发明还提供了使用该装置测量芯块强度的检测方法，具有测量误差小、数据稳定准确和大幅提升检测效率等优点。