球床反应堆中燃料球的高速成像及计数装置、方法

本公开涉及成像，尤其涉及一种球床反应堆中燃料球的高速成像及计数装置、方法。

背景技术：

1、球床反应堆(简称球床堆)例如高温气冷堆，运行时不停堆装卸料，燃料球在管道内高速运动。因核材料监管需求，燃料球统计计数须准确可靠。目前，相关技术在燃料球技术上存在准确性不足的问题。

技术实现思路

1、根据本公开的一方面，提供了一种球床反应堆中燃料球的高速成像及计数装置，所述装置包括至少一个成像模块及一控制模块，所述成像模块设置在球床反应堆中球流管道的外侧壁，所述成像模块包括屏蔽腔室、真空腔室、阵列针孔准直器、闪烁体转换器、光阴极、微通道板图像增强器、成像器，其中，

2、所述阵列针孔准直器，设置在所述屏蔽腔室的一侧，用于准直燃料球发射的γ射线，所述屏蔽腔室用于进行γ射线屏蔽；

3、所述闪烁体转换器，设置在所述真空腔室的一侧，所述闪烁体转换器的入口侧用于接收所述γ射线，所述闪烁体转换器的出口侧用于输出可见光，其中，所述真空腔室设置在所述屏蔽腔室之中，所述真空腔室用于提供真空环境；

4、所述光阴极设置在所述闪烁体转换器及所述微通道板图像增强器之间，所述光阴极用于根据可见光出射光电子信号；

5、所述微通道板图像增强器，设置在所述真空腔室中，用于对所述光电子信号进行信号放大处理；

6、所述成像器，设置在所述真空腔室的另一侧，用于将信号放大处理后的光电子信号转换为图像信号；

7、所述控制模块，连接于所述成像器，用于：根据所述图像信号对所述球流管道中的燃料球进行计数。

8、在一种可能的实施方式中，根据所述图像信号对所述球流管道中的燃料球进行计数，包括：

9、根据所述图像信号确定各个燃料球的运动轨迹；

10、根据各个燃料球的运动轨迹对各个燃料球进行计数。

11、在一种可能的实施方式中，所述控制模块还用于：

12、根据所述图像信号确定各个燃料球的形状特征。

13、在一种可能的实施方式中，所述装置包括第一成像模块、第二成像模块，所述第一成像模块及所述第二成像模块正交放置，其中，

14、根据所述图像信号确定各个燃料球的形状特征，包括以下至少一种：

15、若所述第一成像模块和/或所述第二成像模块得到的图像信号的形状参数偏离圆形的形状参数，则确定该燃料球的形状特征为碎球形状特征；

16、若所述第一成像模块和所述第二成像模块得到的图像信号的形状参数均为圆形的形状参数，则确定该燃料球的形状特征为完整球形状特征。

17、在一种可能的实施方式中，所述成像模块还包括：

18、供电电源，被配置为以预设时长为间隔对所述微通道板图像增强器供电，以周期性开关所述微通道板图像增强器。

19、在一种可能的实施方式中，所述预设时长与燃料球的γ射线强度反相关。

20、在一种可能的实施方式中，所述成像器包括科学级互补金属氧化物半导体。

21、在一种可能的实施方式中，当用于探测弱光信号源时，所述微通道板图像增强器被配置为工作在单光子探测模式。

22、在一种可能的实施方式中，所述阵列针孔准直器外形是圆柱体，所述阵列针孔准直器靠近所述球流管道的一侧端面是弧形面，所述阵列针孔准直器靠近所述闪烁体转换器的一侧端面是平面；

23、在一种可能的实施方式中，所述圆柱体设置有阵列针孔，所述阵列针孔不对称排列，针孔间隔预设距离；

24、在一种可能的实施方式中，所述圆柱体外径大于燃料球直径，所述圆柱体的长度为预设长度以保证有效阻挡燃料球γ射线。

25、根据本公开实施例的另一方面，提供了一种球床反应堆中燃料球的高速成像及计数方法，所述方法应用于球床反应堆中燃料球的高速成像及计数装置，所述装置包括至少一个成像模块及一控制模块，所述成像模块设置在球床反应堆中球流管道的外侧壁，所述成像模块包括屏蔽腔室、真空腔室、阵列针孔准直器、闪烁体转换器、光阴极、微通道板图像增强器、成像器，所述方法包括：

26、利用所述阵列针孔准直器准直燃料球发射的γ射线，利用所述屏蔽腔室进行γ射线屏蔽；

27、利用所述闪烁体转换器接收所述γ射线，并输出可见光，其中，所述真空腔室设置在所述屏蔽腔室之中，所述真空腔室用于提供真空环境；

28、利用所述光阴极根据可见光出射光电子信号；

29、利用所述微通道板图像增强器对所述光电子信号进行信号放大处理；

30、利用所述成像器将信号放大处理后的光电子信号转换为图像信号；

31、利用所述控制模块根据所述图像信号对所述球流管道中的燃料球进行计数。

32、本公开实施例通过阵列针孔准直器、闪烁体转换器、光阴极、微通道板图像增强器、成像器，将γ射线依次转换为可见光、光电子信号，并对光电子信号进行倍增放大后得到管球流管道中燃料球的图像信号，利用图像信号进行燃料球计数，能够避免电磁场干扰，提高计数的准确性。

33、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

技术特征：

1.一种球床反应堆中燃料球的高速成像及计数装置，其特征在于，所述装置包括至少一个成像模块及一控制模块，所述成像模块设置在球床反应堆中球流管道的外侧壁，所述成像模块包括屏蔽腔室、真空腔室、阵列针孔准直器、闪烁体转换器、光阴极、微通道板图像增强器、成像器，其中，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据所述图像信号对所述球流管道中的燃料球进行计数，包括：

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一成像模块、第二成像模块，所述第一成像模块及所述第二成像模块正交放置，其中，

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述成像模块还包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设时长与燃料球的γ射线强度反相关。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述成像器包括科学级互补金属氧化物半导体。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当用于探测弱光信号源时，所述微通道板图像增强器被配置为工作在单光子探测模式。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

10.一种球床反应堆中燃料球的高速成像及计数方法，其特征在于，应用于球床反应堆中燃料球的高速成像及计数装置，所述装置包括至少一个成像模块及一控制模块，所述成像模块设置在球床反应堆中球流管道的外侧壁，所述成像模块包括屏蔽腔室、真空腔室、阵列针孔准直器、闪烁体转换器、光阴极、微通道板图像增强器、成像器，所述方法包括：

技术总结本公开涉及一种球床反应堆中燃料球的高速成像及计数装置、方法，所述装置包括至少一个成像模块及一控制模块，成像模块设置在球床反应堆中球流管道的外侧壁，成像模块中：阵列针孔准直器用于准直燃料球发射的γ射线，屏蔽腔室用于进行γ射线屏蔽；闪烁体转换器，用于接收γ射线、输出可见光；光阴极用于根据可见光出射光电子信号；微通道板图像增强器用于对光电子信号进行信号放大处理；成像器用于将信号放大处理后的光电子信号转换为图像信号；控制模块，用于根据图像信号对球流管道中的燃料球进行计数。本公开实施例利用图像信号进行燃料球计数，能够避免电磁场干扰，提高计数的准确性。技术研发人员：张伟华,曹建主,张立国,谢锋受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29