[發明專利]一種用于核電站主管道內的光纖LIBS探測裝置及方法

有效

• 申請號: 201811377546.3
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109557057B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 吳堅;張智;邱巖;劉韜;薛飛;李興文
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;蘇州熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01J3/443;G01J3/02;G21C17/017
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種用于核電站主管道內的光纖LIBS探測裝置及方法，包括光纖LIBS探測器和主控檢測系統兩個部分；主控檢測系統安裝于核電站主控室內，光纖LIBS探測器進入管道內進行探測作業，兩者之間通過傳輸光纖和控制信號線相連。本發明主控檢測系統和光纖LIBS探測器通過耐高溫的高功率傳輸光纖和控制信號線相連，在核電站主控室內即可實現對核電站主管道內壁指定區域進行定位定點的遠程在線檢測，無須對待測管道進行預處理，管道內壁微損甚至無損，可實現多種元素的同時快速定量分析，整個檢測過程操作安全可靠效率高。

【技術領域】

本發明屬于激光診斷技術領域，涉及一種用于核電站主管道內的光纖LIBS探測裝置及方法。

【背景技術】

反應堆關鍵結構的狀態監測、維修及評價技術是核電安全性和經濟性的重要支撐，為保障核電設備在制造后和運行中結構不存在危害性缺陷和損傷，核電相關法規要求對核電設備關鍵部件進行在役和役前無損檢測。由于核電站的高放射性、高溫、高壓等惡劣運行環境，常規的檢測手段，如X射線照相技術、超聲技術、渦流技術，難以實現遠距離的在線測量。新近發展的遠程在線檢測技術如聲發射技術和電化學技術也都有著各自的局限性：如聲發射技術只能檢測正在遭受破壞的材料所發出的壓力波信號，不能對其壽命進行評估和預測；電化學技術則需要對核電系統加入小振幅的電信號擾動，可能會對系統造成不利影響。

激光誘導擊穿光譜技術(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,以下簡稱LIBS技術)是利用激光誘導待測材料表面產生的等離子體的發射光譜定量測量樣品元素組分、力學參數等的測量技術。與其他檢測手段相比，LIBS技術具有明顯的優勢：遠程在線原位檢測，樣本微損甚至無損，無須樣本預處理，可實現多種元素同時分析等。

光纖傳輸激光誘導擊穿光譜技術(以下簡稱光纖LIBS技術)是對前有的傳統誘導擊穿光譜技術的改進與創新，更加適應極端場合的檢測任務：利用光纖傳輸激光聚焦樣品表面形成等離子體，同時對等離子體發射光譜進行收集，并采用光譜后處理算法分析以確定待測樣品的物質成分及含量。該技術在核電廠、核電站檢修維護企業、核燃料制造廠、乏燃料處理廠等場所具有巨大的潛在應用價值，可以通過光纖LIBS技術檢測高溫、高壓、高輻射的生產線中主管道或蒸汽過熱彎管道等人工難以到達的地方。

然而，現在已開發的光纖LIBS裝置也存在以下不足之處。一方面，傳統的便攜式光纖LIBS探測系統無法適應核電站主管道內的工作環境，也無法深入核電站主管道內對管道內壁指定區域進行遠程控制檢測(例如，華中科技大學，曾曉雁等，基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀,[P]，中國，2013107403189.20151104)；另一方面，由于光纖LIBS技術傳輸激光轟擊靶材料的能量密度一般低于傳統LIBS，造成了較差元素靈敏度和元素檢測限，導致某些關鍵元素的檢測能力不夠，甚至失效。為解決這一問題，需要針對特定元素的檢測需求制造相應的特殊氣體介質環境，改善光譜信號信背比，提高關鍵元素的檢測靈敏度。目前我國還尚未建立針對核電站鋼材的激光誘導光譜數據庫及其元素組分的定量測量方法。此外，在檢測儀器設備方面，針對復雜輻射場、高溫高濕度等嚴苛的工作環境，可實現遠程控制可靠運行的LIBS系統仍有待于進一步發展。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種用于核電站主管道內的光纖LIBS探測裝置及方法，將探測器車載控制系統同光纖LIBS技術相結合，基于成像方式聚焦激光擊穿表面收集光譜，主要用于定性與定量分析測定主管道內壁材料的元素成分，實現在核電站停堆檢修的環境下對主管道材料化學成分、力學性能變化的檢測。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種用于核電站主管道內的光纖LIBS探測裝置，包括光纖LIBS探測器和主控檢測系統；主控檢測系統安裝于核電站主控室內，光纖LIBS探測器進入管道內進行探測作業，兩者之間通過傳輸光纖和控制信號線相連。

本發明進一步的改進在于：