RAMOS GALLARDO ÁNGEL (ES)
NOVADEP SCIENT SL (ES)
| JP2848494B2 | 1999-01-20 | |||
| CN110108730A | 2019-08-09 | |||
| CN214408759U | 2021-10-15 | |||
| JP2011043474A | 2011-03-03 |
| 7 REIVINDICACIONES 1. Sistema de inspección radiográfica de alta resolución para barras de combustible nuclear que comprende un tubo generador de rayos X (1) y un sistema detector de rayos X(2), caracterizado por que el sistema detector de rayos X (2) comprende un centelleador (4) con un espesor entre 0.5 y 3mm y una densidad de al menos 4,5g/cm3, un espejo con una reflectividad de al menos el 95% (5), un sistema óptico (6) y una cámara S-CMOS de alta eficiencia cuántica (7), colocados de manera que el eje del sistema óptico (6) y la cámara (7) es perpendicular a la dirección de transmisión de los rayos X y al eje del centelleador (4). 2. Sistema de inspección radiográfica según la reivindicación 1 caracterizado por que el centelleador (4) es de un material monocristalino no estructurado. 3. Sistema de inspección radiográfica según la reivindicación 1 , caracterizado por que el tubo generador de rayos X (1) y el sistema detector (2) están rodeados de un blindaje de plomo y acero. |
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención pertenece al sector de la energía nuclear, en concreto al de la fabricación e inspección de barras de combustible nuclear.
Más en particular, la presente invención se refiere a un sistema de inspección por radiografía digital de barras de combustible. El sistema está orientado a la inspección de la soldadura de sellado y las soldaduras circulares de barras de combustible nuclear tipo PWR y BWR, pero no se limita a estos tipos de barras y puede ser utilizado para la inspección de la barra completa.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Los sistemas de inspección de barras de combustible conocidos son sistemas que tradicionalmente utilizan película radiográfica. Los pocos sistemas digitales que se conocen presentan una resolución espacial limitada. Además, el detector digital que utilizan sufre una degradación significativa con el paso del tiempo, lo que implica costes adicionales en el mantenimiento de la instalación.
De forma general, cualquier sistema digital de rayos X (RX) que permita una alta resolución al contraste (como la necesaria en el caso del sector de la energía nuclear) a energías de más de 200kV tiene intrínsecamente asociada una limitada resolución espacial. El origen de esta limitación es la necesidad de utilizar un centellador que sea capaz de absorber esas altas energías para lo cual es necesario utilizar centelleadores de alta densidad y con espesores en el rango 0,7mm-1 mm. La dispersión de la luz generada en estos centelladores tan gruesos (generalmente en polvo o policristalinos) limita la resolución espacial de los sistemas digitales RX a una resolución de 150micras o superior. En la actualidad la mayoría de los sistemas digitales de inspección RX (genéricos) tienen integrados paneles centelleadores sobre sistemas digitalizadores de gran tamaño conformando los denominados DR (radiografía digital, por sus siglas en inglés) o paneles planos. Con estos sistemas digitales de rayos X, es posible generar imágenes radiográficas de alta resolución, pero para ello es necesaria una magnificación óptica. Por ejemplo, un tubo microfoco (tamaño de foco menor que 25micras) en combinación con un detector de 200micras de tamaño de pixel puede generar imágenes a energías mayores que 200kV con una resolución espacial superior a las 5 mieras, pero para ello es necesario utilizar una alta magnificación óptica, que se consigue colocando el objeto muy cerca del tubo RX.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
El sistema de radiografía digital de la invención permite la realización de radiografías de alta resolución con un tamaño de pixel nativo inferior a 25 mieras haciendo uso de tubos de rayos X convencionales sin necesidad de magnificación óptica, gracias al uso de materiales centelleadores de dimensiones y grosores adecuados y una configuración óptica a 90°. Además, garantiza la durabilidad del sistema digitalizador a lo largo del tiempo debido su especial configuración interna. Otro aspecto innovador del sistema ¡dea es su capacidad para generar imágenes de resolución y contraste suficientes para esta aplicación en tiempos inferiores a cinco segundos. El sistema de la invención comprende pues un tubo generador de rayos X y un sistema detector de rayos X, formado a su vez por un centelleador (4) con un espesor entre 0.5 y 3mm y una densidad de al menos 4,5g/cm 3 , un espejo de alta reflectividad, de al menos el 95%, un sistema óptico (6) y una cámara S-CMOS de alta eficiencia cuántica, colocados de manera que los ejes del sistema óptico (6) y la cámara (7) son perpendicular a la dirección de transmisión de los rayos X y al eje del centelleador (es decir, el centelleador es el primer elemento del sistema de detección en la dirección de propagación de los rayos, seguido del espejo que permite colocar el sistema óptico de lentes y la cámara en una configuración a 90° de la dirección de propagación de los rayos). Preferente, pero no necesariamente, el centelleador comprende un material monolítico no estructurado. El tubo generador de rayos X y el sistema detector están rodeados preferentemente de un blindaje de plomo y acero. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención y para complementar esta descripción, se acompañan como parte integrante de la misma las siguientes figuras, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo:
La figura 1 muestra los elementos esenciales de la invención y su configuración espacial.
La figura 2 muestra un detalle de los elementos fundamentales en el sistema detector.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En referencia a la figura 1 , la invención comprende un tubo generador de rayos X (1) y un sistema detector de rayos X (2) que están separados una distancia X2
La barra de combustible nuclear (3) está a una distancia X1 del tubo generador rayos (1). Denominaremos magnificación M a la relación de estas distancias (X2/X1).
A su vez el sistema detector de rayos X (2) está compuesto por un centelleador (4), un espejo con una reflectividad de al menos el 95% (5), un sistema óptico (6), una cámara SCMOS de alta eficiencia cuántica (7).
El tubo generador de rayos X es un tubo convencional milifoco de tamaño focal entre 0.4mm y 1 mm. Su energía máxima de emisión ha de estar entre los 225kV y los 320kV. El sistema operará típicamente entre los 215kV y los 270kV. Alternativamente es posible utilizar un tubo microfoco de hasta 240kV o 300kV. La distancia tubo- detector (X2) varía entre los 200 y los 600mm en función de la corriente disponible según el tipo de tubo utilizado.
El conjunto detector de rayos X es un sistema propio fabricado a tal fin. Este conjunto permite la obtención de imágenes con resoluciones espaciales entre los 7 y 15 micrómetros/píxel a resolución matricial de 2048x2048 píxeles o resoluciones espaciales entre las 14 y los 30 micrómetros/píxel a una resolución matricial de 1024x1024. El sistema detector de rayos X ofrece una resolución espacial y al contraste superior a 2-2T según los parámetros calidad radiográfica indicados en ASTM E 1025-98 para un espesor total de 11mm de Zr (Zircalloy 500) o superior. Es posible así ofrecer una resolución espacial y de contraste suficiente para observar calidades 2-T.
El centelleador (4) debe tener un espesor entre 0.5 y 3mm y una densidad de al menos 4,5g/cm 3 . Está constituido por materiales monocristalinos no estructurados tales como, BGO, PWO, LYSO:Ce, LuAg:Ce, YAG:Ce, etc. Estos materiales son preferibles en base a su alta densidad, alto rendimiento fotónico, su rango de emisión espectral y los bajos tiempos de decaimiento de estos materiales.
El sistema óptico (6) consta de una serie de lentes de alta resolución que permiten enfocar la superficie del centelleador a la resolución requerida. La configuración a 90° del sistema óptico (6) con respecto al centelleador (4) mediante el uso del espejo (5) aumenta la vida útil del sistema detector ya que los elementos ópticos y electrónicos se encuentran fuera del haz RX generado.
La cámara (7) de alta eficiencia cuántica (mayor del 80%) es una cámara S-CMOS y, preferentemente, refrigerada por peltier.
El sistema logra generar imágenes de las resoluciones y calidades mencionadas en tiempos de exposición equivalentes o inferiores a cinco segundos. La exposición puede consistir en una única exposición prolongada ese tiempo o exposiciones repetidas a un tiempo inferior.
En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos (resolución) para distintos tipos de centelleador (compuesto, espesor) y configuración (magnificación, tiempo de exposición). Resolución
Tipo de . Densidad Espesor Diámetro Tiempo de obtenida
„ ,, , Formula química
Centelleador (g/cm3) (mm) (mm) exposición(s) lxl
(pm)
LuAG:Ce Lu3AI5O12:Ce 6,73 1,5 25 1,1 14
GAGG:Ce Gd3AI2Ga3O12:Ce 6,63 0,9 20 1,08 4 10
Y3AI5O12:Ce(0.2-
YAG:Ce 0.4) 4,57 1,2 25 1,06 5 11
LuAG:Ce Lu3AI5O12:Ce 6,73 1 25 1,1 3,5 10
BGO Bil2GeO20 7,13 0,5 25 1,05 5 6
PWO PbW0 4 8,24 0,5 25 1,1 5 8
LYSO:Ce (LuY)2SiO5:Ce 7,4 0,75 25 1,15 4 9
El centelleador utilizado en la toma de datos experimentales tiene un diámetro entre 20 y 25mm pero las dimensiones del mismo no están limitadas a esta puesta en práctica particular.
El sistema detector ofrece una extraordinaria durabilidad de todos sus componentes, no siendo apreciable una degradación por radiación de ninguno de ellos. En particular el centelleador presenta una pérdida de eficiencia de conversión lumínica menor del 3% a dosis equivalentes a 5000h de inspección. Así mismo la configuración de componentes ópticos no alineada y el blindaje del sistema detector permiten una gran durabilidad de los componentes digitales del sistema no viéndose afectados por la radiación en las horas de trabajo indicadas.
El tubo generador de rayos x y el sistema de detección están rodeados de un blindaje. El blindaje tiene la función fundamental de evitar la salida de radiación al exterior y proteger a los trabajadores del entorno. Está fabricado en plomo y acero como materiales fundamentales y tiene un espesor suficiente tal que evita que las dosis a 0.1m de cualquier punto de su superficie sean superiores a 1 microSv/h. Dicho blindaje tiene unas cavidades en entrada y salida muy estrechas para permitir la entrada y salida de las barras en su interior.
Un sistema de posicionamiento y giro de barras permite desplazar las barras longitudinalmente permitiendo su carga y descarga en la zona de irradiación. De forma preferente, permite además el giro de las barras sobre su eje para poder llevar a cabo la irradiación de los tapones superiores e inferiores bajo distintos ángulos.
La invención dispone de un sistema de control compuesto de un procesador (preferentemente un PC) y una interfaz que permiten la toma de imágenes y su almacenamiento, la comunicación entre la parte mecánica y la óptica, y la actuación en el movimiento de las barras.
A la vista de esta descripción y figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin exceder el objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.