专利名称：燃料颗粒表面多孔包覆层密度的测量方法
技术领域：
本发明涉及高温气冷堆燃料元件制造技术领域，特别涉及ー种燃料颗粒表面多孔包覆层密度的測量方法。
背景技术：
�？槭礁呶缕涠讯研局凶坝兄本段�6cm的球形燃料元件，每个球形燃料元件内有8000-16000多个包覆燃料颗粒弥散在石墨基体材料中，包覆燃料颗粒是由多层热解炭和SiC等材料包覆在UO2微球上制成的，其中直接包覆在ニ氧化铀(UO2)核芯外侧的ー层是疏松(多孔)热解炭层。疏松热解炭层的密度是重要的设计指标，对最終球形燃料元件的性能有重要影响。在包覆燃料颗粒的生产中，要求快速准确地测量疏松热解炭层的密度，根据 測量结果及时调整エ艺參数，确保制备出高性能的高温气冷堆包覆燃料颗粒。測量疏松热解炭层密度的方法有V型槽法、金相法、压汞仪法、颗粒尺寸分析仪法。I、V型槽法该方法采用比长仪测出在V形槽中的疏松层沉积前后平均直径。采用该方法吋，颗粒必须紧密排列，理论上要求所有颗粒的圆心在一条直线上，否则会引入人为误差。2、金相法该方法使得包覆颗粒相互紧密相连，通过树脂等粘结剂镶嵌成为整体，经过研磨和抛光到包覆颗粒的赤道面，在金相显微镜下通过测量软件测量核芯和包覆颗粒直径。此方法制样时间长，效率较低，每个样品的测试周期约为2天，特别是难以找准測量面，会引入人为误差。3、压汞仪法压汞仪法是采用压汞仪測量包覆颗�：秃诵镜谋砉勖芏龋⒁来纬屏堪部帕：秃诵镜闹柿浚佣扑愕玫绞杷刹愕拿芏�。采用压汞仪法測量多孔疏松物质密度，測量速度快(Ih即可同时完成两个样品的測量)，对样品形状无特殊要求，而且所取样品数目较大。但是压汞试验中，如果对样品安装、加压的过程中加压速度及充汞压力的高低等人为操作因素控制不当，都会明显影响到測量結果。此外汞有毒，对人体有害，测试过程中需要严格控制每个步骤，防止样品管掉落打碎，防止汞洒落，从而导致操作复杂度大幅増加。由于待测包覆颗粒UO2核芯的密度超过10g/cm3,而包覆涂层密度只有约lg/cm3,且包覆涂层为多孔疏松物质，无法用常规的排液法測量其密度；又因为颗粒的尺寸很�。枰锰厥獾木芤瞧鞑饬科涑叽纾豢帕３叽绱嬖诓钜欤瑴y量过程中包覆颗�：秃诵救绻皇且灰欢杂嵋胛蟛�。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何准确测量疏松多孔包覆层的密度，并简化操作、提高测量效率。(ニ)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了ー种燃料颗粒表面多孔包覆层密度的測量方法，所述方法包括SI :測量待测燃料颗粒的质量和直径；S2 :剥去所述待测燃料颗粒的包覆层，并测量剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质
量和直径；S3:利用所述待测燃料颗粒的质量和直径以及所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径计算所述待测燃料颗粒的包覆层密度。 优选地,步骤SI之前还包括S0:选择当前球形燃料元件上的预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒，所述预设个数为大于等于I的整数。优选地，步骤S3之后还包括S4:将所述待测燃料颗粒的包覆层密度取平均值作为所述当前燃料元件上的燃料颗粒的包覆层密度。优选地,步骤SO具体包括SOO :将当前球形燃料元件上的燃料颗粒呈单层分布置于容器中；SOl :将所述容器置于所述显微镜载物台上；S02 :通过在所述显微镜观察，并选择所述预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒。优选地,步骤SI具体包括Sll :对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的质量均測量预设次数，并对预设次数获得的质量取平均值作为对应燃料颗粒的质量；S12 :对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的直径均測量预设方向，并对测量获得的预设方向的直径取平均值作为对应燃料颗粒的直径。优选地，步骤S12包括S121 :将当前燃料颗粒放置于精密測量投影仪的工作台上；S122 :调节所述工作台的位置使所述当前燃料颗粒显示在投影屏幕上；S123 :将所述当前燃料颗粒进行旋转，以测量所述预设方向的直径，并对测量获得的所述预设方向的直径取平均值作为所述当前燃料颗粒的直径；S124:判断所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被测量过，若是，则执行后续步骤，否则将所述待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S121。优选地,步骤S2具体包括S21 :剥去所述待测燃料颗粒的包覆层；S22:对所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的质量均測量预设次数，并对预设次数获得的质量取平均值作为对应燃料颗粒的质量；S23:对所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的直径均測量预设方向，并对测量获得的预设方向的直径取平均值作为对应燃料颗粒的直径。优选地，步骤S23具体包括
S231 :将当前燃料颗粒放置于精密測量投影仪的工作台上；S232 :调节所述工作台的位置使所述当前燃料颗粒显示在投影屏幕上；S233 :将所述当前燃料颗粒进行旋转，以测量所述预设方向的直径，并对测量获得的所述预设方向的直径取平均值作为所述当前燃料颗粒的直径；S234:判断所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被測量过，若是，则执行后续步骤，否则将所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S231。优选地,步骤S3具体包括S31 :当前燃料颗粒的质量减去剥去包覆层后的当前燃料颗粒的质量，以获得当前 燃料颗粒的包覆层的质量；S32:利用所述待测燃料颗粒中的当前燃料颗粒的直径计算所述当前燃料颗粒的体积；S33:利用所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的直径计算所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的体积；S34 :所述当前燃料颗粒的体积减去所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的体积，以获得所述当前燃料颗粒的包覆层的体积；S35:利用所述当前燃料颗粒的包覆层的质量和体积计算所述当前燃料颗粒的包覆层的密度；S36:判断所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被选择过，若是，则结束流程，否则将所述待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S31。(三)有益效果本发明利用待测燃料颗粒的质量和直径以及剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径计算待测燃料颗粒的包覆层密度，实现了准确测量疏松多孔包覆层的密度，并简化了操作、提高了测量效率。
图I是按照本发明ー种实施方式的燃料颗粒表面多孔包覆层密度的測量方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图I是按照本发明ー种实施方式的燃料颗粒表面多孔包覆层密度的測量方法的流程图；參照图1，所述方法包括SI :測量待测燃料颗粒的质量和直径；S2 :剥去所述待测燃料颗粒的包覆层，并测量剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质
量和直径；S3:利用所述待测燃料颗粒的质量和直径以及所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径计算所述待测燃料颗粒的包覆层(疏松热解炭层)密度。
优选地,步骤SI之前还包括S0:选择当前球形燃料元件上的预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒，所述预设个数为大于等于I的整数。优选地，步骤S3之后还包括S4:将所述待测燃料颗粒的包覆层密度取平均值作为所述当前燃料元件上的燃料颗粒的包覆层密度。优选地,步骤SO具体包括S00:将当前球形燃料元件上的燃料颗粒呈单层分布置于容 器中，所述容器可以为培养皿、称量瓶等容器；SOl :将所述容器置于所述显微镜载物台上；S02 :通过在所述显微镜观察，并选择所述预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒，本实施方式中，所述显微镜为体视显微镜，通过镊子夹取预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒，所述预设个数为1(Γ12个。优选地,步骤SI具体包括Sll :对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的质量(本实施方式中，所述燃料颗粒的质量采用精密电子天平进行称量，所述精密电子天平的感量应小于等于iyg)均測量预设次数，并对预设次数(本实施方式中，预设次数为6次，一般需要进行至少3次測量)获得的质量取平均值作为对应燃料颗粒的质量，本实施方式中，步骤Sll之前还包括将所述待测燃料颗粒进行编号，并依次放入对应编号的样品托中，所述样品托盘为小坩埚或其他容器；S12 :对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的直径均測量预设方向，并对测量获得的预设方向的直径取平均值作为对应燃料颗粒的直径。优选地，步骤S12包括S121 :将当前燃料颗粒放置于精密測量投影仪(本实施方式中，所述精密測量投影仪为最小刻度小于等于I μ m的投影仪，还可以为最小刻度小于等于I μ m的金相显微镜或測量显微镜等測量尺寸的仪器设备)的工作台上；S122 :调节所述工作台的位置使所述当前燃料颗粒显示在投影屏幕上；S123 :将所述当前燃料颗粒进行旋转，以测量所述预设方向(本实施方式中，所述预设方向为与水平方向呈0°、30°、60°、90°、120°及150° )的直径，并对测量获得的所述预设方向的直径取平均值作为所述当前燃料颗粒的直径；S124:判断所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被测量过，若是，则执行后续步骤，否则将所述待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S121。优选地,步骤S2具体包括S21 :剥去所述待测燃料颗粒的包覆层；S22:对所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的质量均測量预设次数，并对预设次数获得的质量取平均值作为对应燃料颗粒的质量；S23:对所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的直径均測量预设方向，并对测量获得的预设方向的直径取平均值作为对应燃料颗粒的直径。优选地，步骤S23具体包括
S231 :将当前燃料颗粒放置于精密測量投影仪的工作台上；S232:调节所述工作台的位置使所述当前燃料颗粒显示在投影屏幕上，本实施方式中，还可对所述精密測量投影仪进行调焦，使所述投影屏上的颗粒成像清晰；S233 :将所述当前燃料颗粒进行旋转，以测量所述预设方向的直径，并对测量获得的所述预设方向的直径取平均值作为所述当前燃料颗粒的直径；S234:判断所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被測量过，若是，则执行后续步骤，否则将所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S231。优选地,步骤S3具体包括S31 :当前燃料颗粒的质量减去剥去包覆层后的当前燃料颗粒的质量，以获得当前燃料颗粒的包覆层的质量；
S32:利用所述待测燃料颗粒中的当前燃料颗粒的直径计算所述当前燃料颗粒的体积；S33:利用所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的直径计算所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的体积；S34 :所述当前燃料颗粒的体积减去所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的体积，以获得所述当前燃料颗粒的包覆层的体积；S35:利用所述当前燃料颗粒的包覆层的质量和体积计算所述当前燃料颗粒的包覆层的密度；S36:判断所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被选择过，若是，则结束流程，否则将所述待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S31。所述燃料颗粒是多孔疏松物质包覆的陶瓷颗粒、铁颗粒、锆球及UO2核芯等，所述燃料颗粒为圆形、方形或者其它具有特定形状。采用本发明的方法測量包覆层密度，其显著效果是用于测量多孔疏松包覆层的密度，该方法操作简单、測量速度快，可以直接測量得到某个燃料颗粒的包覆层(疏松热解炭层)密度。直接測量某个颗粒的疏松热解炭层密度时测量过程中测量的燃料颗�：秃诵臼且灰欢杂Φ模苊饬擞捎谘犯鎏逯涞牟钜於氩饬课蟛睢Ｒ陨鲜凳┓绞浇鲇糜谒得鞅痉⒚鳎⒎嵌员痉⒚鞯南拗疲泄丶际趿煊虻钠胀际跞嗽保诓煌牙氡痉⒚鞯木窈头段У那榭鱿拢箍梢宰龀龈髦直浠捅湫停虼怂械韧募际醴桨敢彩粲诒痉⒚鞯姆冻耄痉⒚鞯淖ɡ；し段вτ扇ɡ笙薅�。
权利要求
1.一种燃料颗粒表面多孔包覆层密度的测量方法，其特征在于，所述方法包括 Si:测量待测燃料颗粒的质量和直径；52:剥去所述待测燃料颗粒的包覆层，并测量剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径； 53:利用所述待测燃料颗粒的质量和直径以及所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径计算所述待测燃料颗粒的包覆层密度。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤SI之前还包括 SO :选择当前球形燃料元件上的预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒，所述预设个数为大于等于I的整数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3之后还包括 S4:将所述待测燃料颗粒的包覆层密度取平均值作为所述当前燃料元件上的燃料颗粒的包覆层密度。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤SO具体包括 500:将当前球形燃料元件上的燃料颗粒呈单层分布置于容器中； 501:将所述容器置于所述显微镜载物台上；502:通过在所述显微镜观察，并选择所述预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤SI具体包括 511:对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的质量均测量预设次数，并对预设次数获得的质量取平均值作为对应燃料颗粒的质量； 512:对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的直径均测量预设方向，并对测量获得的预设方向的直径取平均值作为对应燃料颗粒的直径。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S12包括 5121:将当前燃料颗粒放置于精密测量投影仪的工作台上； 5122:调节所述工作台的位置使所述当前燃料颗粒显示在投影屏幕上； 5123:将所述当前燃料颗粒进行旋转，以测量所述预设方向的直径，并对测量获得的所述预设方向的直径取平均值作为所述当前燃料颗粒的直径； S124:判断所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被测量过，若是，则执行后续步骤，否则将所述待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S121。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括 521:剥去所述待测燃料颗粒的包覆层； 522:对所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的质量均测量预设次数，并对预设次数获得的质量取平均值作为对应燃料颗粒的质量； S23:对所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的直径均测量预设方向，并对测量获得的预设方向的直径取平均值作为对应燃料颗粒的直径。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S23具体包括 5231:将当前燃料颗粒放置于精密测量投影仪的工作台上； 5232:调节所述工作台的位置使所述当前燃料颗粒显示在投影屏幕上；5233:将所述当前燃料颗粒进行旋转，以测量所述预设方向的直径，并对测量获得的所述预设方向的直径取平均值作为所述当前燃料颗粒的直径； S234:判断所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被测量过，若是，则执行后续步骤，否则将所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S231。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括 S31 :当前燃料颗粒的质量减去剥去包覆层后的当前燃料颗粒的质量，以获得当前燃料颗粒的包覆层的质量； S32:利用所述待测燃料颗粒中的当前燃料颗粒的直径计算所述当前燃料颗粒的体 积； S33:利用所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的直径计算所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的体积； S34 :所述当前燃料颗粒的体积减去所述剥去包覆层后的当前燃料颗粒的体积，以获得所述当前燃料颗粒的包覆层的体积； S35:利用所述当前燃料颗粒的包覆层的质量和体积计算所述当前燃料颗粒的包覆层的密度； S36 :判断所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒是否均被选择过，若是，则结束流程，否则将所述待测燃料颗粒中的其它燃料颗粒作为当前燃料颗粒，返回步骤S31。
全文摘要
本发明公开了一种燃料颗粒表面多孔包覆层密度的测量方法，涉及高温气冷堆燃料元件制造技术领域。所述方法包括S1测量待测燃料颗粒的质量和直径；S2剥去所述待测燃料颗粒的包覆层，并测量剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径；S3利用所述待测燃料颗粒的质量和直径以及所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径计算所述待测燃料颗粒的包覆层密度。本发明利用待测燃料颗粒的质量和直径以及剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径计算待测燃料颗粒的包覆层密度，实现了准确测量疏松多孔包覆层的密度，并简化了操作、提高了测量效率。
文档编号G01N9/02GK102680358SQ20121017750
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者刘小雪, 唐春和, 张凯红, 李自强, 赵宏生 申请人:清华大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
