基于PGAI技术的板状核燃料可燃毒物元素分布检测方法研究
批准号:
12105143
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
程璨
依托单位:
学科分类:
中子技术及应用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
程璨
中文摘要
板状核燃料在小型核设备中具有重要的应用前景,其内部添加的可燃毒物均匀分布是保证燃料在反应堆内安全运行的前提。目前常规方法难以分析可燃毒物的元素分布,因此相关新型无损检测方法备受关注。瞬发伽马射线活化成像(PGAI)技术由于能对大体积样品内部的元素成分及位置进行分析,近年来成为核分析领域的研究热点。本项目基于PGAI技术对板状燃料中的可燃毒物进行元素分布检测研究。针对测量过程中样品体效应造成的元素定量分析不准确,拟从中子与样品反应的物理过程出发,揭示体效应影响测量结果准确性的机理并建立修正方法。对测量时间长且空间分辨率低等问题,拟通过编码孔成像技术提升测量信号的统计性,降低测量时间,在此基础上利用超分辨图像重构算法,提升测量结果的空间分辨率。该项目的研究及成果,将为PGAI技术在板状核燃料可燃毒物元素分布检测提供物理机制以及分析方法等理论支撑,对该技术的推广应用具有重要的科学价值。
英文摘要
Plate-type nuclear fuel has potential application in small nuclear devices. The uniform distribution of added burnable poisons is important for safe operation of nuclear fuel in reactor. The common methods can not be used to determine the elemental distribution of burnable poisons. Thus, the relative non-destructive technology is highly desirable. Prompt gamma activation imaging (PGAI) can be used for analyzing the elemental compositions and their corresponding positions of bulk sample, which is a research hotpot in the field of nuclear analysis in recent years. In this project, the elemental distributions of burnable poisons inside plate-typed nuclear fuel will be conducted based on PGAI technology. For solving the inaccuracy analysis of element quantitative caused by sample matrix effect, the main physical mechanism and correction method will be studied based on the reactions between neutrons and nuclides. For solving problems about long measuring time and low spatial resolution, the coded-aperture imaging method will be studied to improve the statistics of measurement signal to reduce measuring time. On this basis, the super resolution reconstruction method will be studied to improve the spatial resolution of results. This project will supply theoretical basis for the elemental distributions of burnable poisons inside plate-type nuclear fuel through PGAI, such as principle mechanism and data analysis method, which also has an important research value for promoting the application of PGAI technology.
板状核燃料由于具有独特的性质可以被应用于小型核设备中,其内部添加的可燃毒物均匀分布检测是一项重要的研究内容。瞬发伽马射线活化成像(Prompt Gamma Activation Imaging, PGAI)技术作为一种新型的元素成像方法,可以用于板状核燃料中的中子毒物分布检测。本项目针对PGAI技术测量中子毒物时,面临的影响元素含量分析准确性、分辨率低、测量时间长等制约问题进行了研究,对中子毒物的中子自屏蔽效应的影响机制进行了深入探索,建立了修正模型,同时探索了一种基于编码孔的成像方法用于PGAI二维元素成像。主要开展了以下工作:(1)基于一枚Am-Be中子源和HPGe探测器,设计了搭建了测量平台,对热中子测量中子毒物Er元素面临的中子自屏蔽效应进行了研究;(2)利用DT中子发生器搭建了快中子PGAI测量系统,并对大体积金属样品以及中子毒物进行了测量分析;(3)探索了一种基于编码孔的成像的二维元素分布测量方法,在远低于反应堆等高通量中子束流的条件下,在同样甚至更短时间内达到同级别的空间分辨率。通过这些研究,揭示了PGAI技术测量中子毒物时,中子自屏蔽效应影响测量效果的作用机制,给出了相应的修正方法,同时探索了一种基于编码孔的成像方法。能够为后续的板状核燃料检测提供理论基础和方法支持。本项目实施期间共发表论文15篇,其中SCI论文7篇,EI论文2篇,申请发明专利1项。
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