Разработка системы комплексного контроля параметров тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов методом компьютерной томографии

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………….. 4
ГЛАВА 1 РЕНТГЕНОВСКАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТОМОГРАФИЯ: ОТ
ВИЗУАЛИЗАЦИИ К ИЗМЕРЕНИЯМ ……………………………………………………………… 10
1.1 Краткая история развития компьютерной томографии …………………………… 10
1.2 Методы и средства рентгеновской вычислительной томографии ……………. 16
1.3 Технология сканирования в системах компьютерной томографии ………….. 19
1.3.1 Классификация систем рентгеновской вычислительной томографии … 19
1.3.2 Характеристики сканирования ………………………………………………………….. 26
1.3.3 Технический прогресс ……………………………………………………………………. 28
1.4 Индустриальные приложения компьютерной томографии ……………………… 31
1.5. Проблемы…………………………………………………………………………………………….. 35
1.6 Заключение главы 1 …………………………………………………………………………….. 36
ГЛАВА 2 КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТВЭЛ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ ……………………………………………. 38
2.1. Постановка задачи………………………………………………………………………………… 38
2.1.1 Основные сведения о тепловыделяющих элементах …………………………… 38
2.1.2 Задачи измерений и контроля ……………………………………………………………. 40
2.2 Расчет параметров схем томографического сканирования………………………… 40
2.2.1 Схемы сканирования …………………………………………………………………………. 41
2.2.2 Общая методика расчета времени контроля ………………………………………… 45
2.2.3 Дополнительные параметры схемы сканирования ………………………………. 47
2.2.4 Параметры для сравнительного расчета производительности схем
сканирования ……………………………………………………………………………………………. 48
2.2.5 Пример расчета…………………………………………………………………………………. 49
2.3 О выборе и оценке параметров и характеристик систем компьютерной
томографии …………………………………………………………………………………………………. 51
2.3.1 Связь параметров и характеристик систем компьютерной томографии … 51
2.3.2 Пример расчѐта…………………………………………………………………………………. 65
2.4 Заключение главы 2 ……………………………………………………………………………….. 73
ГЛАВА 3 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДУАЛЬНЫХ ЭНЕРГИЙ В
КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ
ТЕПЛОВЫДЕДЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ …………………………………………………………. 75
3.1 Теоретические основы МДЭ в компьютерной томографии ……………………….. 75
3.1.1 Классическая реализация метода дуальных энергий ……………………………. 77
3.1.2 Монохроматическая реализация метода дуальных энергий ………………….. 78
3.1.3 Псевдомонохроматическая реализация метода дуальных энергий………. 81
3.1.4 Критерий выбора толщин фильтров ………………………………………………….. 81
3.2 Исследование влияния толщины предварительного фильтра на точность
оценок распределений плотности и эффективного атомного номера ………………. 85
3.2.1 Однородные цилиндрические объекты ……………………………………………….. 85
3.2.2 Многослойные цилиндрические объекты ……………………………………………. 92
3.3 Заключение главы 3 ……………………………………………………………………………….. 94
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ВОЗМОЖНОСТИ КОНТРОЛЯ
ТВЭЛ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ ………………………………….. 96
4.1 Имитатор с крупными включениями ……………………………………………………….. 96
4.2 Имитатор с мелкими включениями………………………………………………………….. 99
4.3 Имитатор тепловыделяющих элементов круглого сечения……………………… 100
5.4 Заключение главы 4 …………………………………………………………………………… 102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………. 106
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………………….. 108
ПРИЛОЖЕНИЕ. АКТ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТКИ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС ТПУ
……………………………………………………………………………………………………………………. 123

Следует отметить, что задачи связанные с контролем ТВЭЛ в виде плоских
панелей следует выделить в отдельную группу. Подобные объекты традиционно
являются сложными для контроля методом рентгеновской вычислительной
томографии. Эти объекты могут быть проконтролированы с использованием
томографии с ограниченным углом доступа, что обуславливает разработку
специализированных алгоритмов и программ. Альтернативой могут являться и
методы комптоновской рентгеновской томографии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлен анализ состояния развития
компьютерной томографии, еѐ идустральное применеие и проблемы. На данный
момент в неразушающим контроле достаточно большое количество типов КТ и
широкое применение. Условием, необходимым для получения хороших
томографических изображений является правильный выбор параметров и
характеристик систем компьютерной томографии.

Задача контролля параметров и качества ТВЭЛ является важной задаей для
безопасности на АЭС и увеличения срока эксплуатации. В натоящее время часто
примняют рентгенографии для выброчного контроля ТВЭЛ. Низкая
чувсвительность и производительность рентгенографии не дает достоверность и
возможность сплошного контроля. По этому поводу применение КТ яляется
хорошим решением этой задачи.

Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе,
следующие:
1.Доказать возможность применения метода компьютерной томографии для
измерения геометрических параметров и обнаружения дефектов в
тепловыделяющих элементах;

2. Исследовать чувствительность и достоверность контроля параметров
ТВЭЛ методом компьютерной томографии;

3. Разработать методики расчета параметров и производительности схем
томографического сканирования протяженных объектов симметрий;
4. Разработать методики выбора и оценки параметров и характеристик систем
компьютерной томографии;

5. Исследовать методы реализации компьютерной томографии для контроля
ТВЭЛ.

В результате предварительных теоретических и экспериментальных
исследований доказана возможность решение сформулированных задач для
измерения и контроля ТВЭЛ методом компютерной томографии:
1) Измерение толщин внутренней и внешней оболочек ТВЭЛ
исследовательских реакторов.
2) Оценка относительной неравномерности распределения урана в
сердечнике ТВЭЛ исследовательских реакторов.
3) Контроль геометрических параметров сердечника ТВЭЛ.