📄Работа №200976

Тема: РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ

Характеристики работы

Тип работы Диссертация
Физика
Предмет Физика
📄
Объем: 125 листов
📅
Год: 2019
👁️
Просмотров: 83
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
ℹ️ Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.

📋 Содержание

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 расчёта 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

📖 Аннотация

В данной диссертационной работе представлена разработка системы комплексного контроля параметров тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов на основе метода рентгеновской компьютерной томографии (КТ). Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения безопасности и продления срока эксплуатации атомных электростанций, что требует перехода от выборочного радиографического контроля, обладающего низкой чувствительностью и производительностью, к высокоточным методам неразрушающего контроля, обеспечивающим сплошной анализ. Основные результаты работы включают доказательство принципиальной применимости КТ для измерения геометрических параметров и обнаружения дефектов в ТВЭЛ, исследование чувствительности и достоверности данного метода, а также разработку методик расчета параметров сканирования протяженных объектов и выбора характеристик томографических систем. Научная значимость заключается в развитии методического аппарата индустриальной томографии для задач ядерной энергетики, а практическая – в создании основ для внедрения автоматизированных систем сплошного контроля, повышающих надежность и безопасность топливных сборок. Теоретической основой исследования послужили фундаментальные работы Хансфилда, заложившего основы КТ, исследования Денниса в области индустриальных применений, а также современные труды Крута и Карминьято, посвященные метрологическим возможностям томографии.

📖 Введение

Актуальность работы.
В настоящее время задача увеличения срока безопасной эксплуатации тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) на атомных электростанциях (АЭС) относится к числу важнейших проблем современности. Безопасность и надёжность объектов ответственного назначения, к которым относятся АЭС и базовые её элементы, обеспечивается выполнением их сплошного неразрушающего контроля при производстве. Радиография продолжает оставаться одним из основных методов оценки параметров и контроля качества ТВЭЛ, причём контроль осуществляется, как правило, выборочно. К основным недостаткам радиографии относятся; невысокая чувствительность; низкая производительность; невозможность или затруднённость локализации дефектов и их распознавание; влияние субъективного фактора на качество формирования радиографических изображений и интерпретации результатов радиографического контроля.
Одним из наиболее эффективных методов неразрушающего контроля является компьютерная томография (КТ), сфера приложений которой продолжает существенно расширяться в различных отраслях науки, медицины и техники. Изделия, контролируемые методом КТ становятся всё более сложными по форме и структуре. Компьютерная томография становится, несмотря на высокие материальные затраты, основным способом контроля на стадии отладки технологий производства перспективных технических изделий и материалов. В последние десятилетия наметилась тенденция превращения систем КТ из систем визуализации с обязательным участием человека-оператора для анализа изображений и принятия решений в полноценные измерительные системы.
Техническая реализуемость задач контроля ТВЭЛ и измерения информационных параметров зависит от ряда физических, технических и технологических факторов. В качестве наиболее важного технического фактора следует отметить высокую плотность и значительный уровень эффективного атомного номера материала солей урана, используемых в качестве активного материала. Указанный фактор обуславливает высокий уровень линейного коэффициента ослабления для активного материала и, следовательно, высокую кратность ослабления рентгеновского излучения. В техническом задании на проектирование систем КТ перечислены дефекты ТВЭЛ, подлежащие обнаружению. Среди таких дефектов выделяют: поры с максимальным размером от 30 до 50 мкм; сгущения активных частиц (свыше 1 мм3); появление активных частиц вне активной зоны ТВЭЛ; отклонение от номинальной толщины оболочек (более 30 мкм); отклонение от номинальной длины активной зоны (более 1 мм).
Расширение класса измерительных задач и задач контроля применительно к испытаниям ТВЭЛ и ужесточение потребительских требований к качеству измерений и контроля обуславливают актуальность исследований, связанных с оценкой параметров анализируемых объектов контроля методом компьютерной томографии.
Степень разработанности темы исследования
Моделированию сигналов и функциональных узлов компьютерных томографов для контроля ТВЭЛ посвящены работы Кузелева Н.Р., Обидина Ю.В., Пикалова В.В., Ylonen A.T., Saxena A. и других.
Исследованию применения методов и аппаратуры компьютерной томографии для контроля качества в технологии изготовления топливных элементов АЭС посвящены работы Косарева Л.И., Кузелева Н.Р., Штань А.С., Helen .M, Malcolm .J
Исследованию промышленной компьютерной томографии сложных технических систем посвящены статьи Воронина К.П., Попова Н.Н., Равина А.А.
Исследованию высокопроизводительного промышленного томографа для контроля ТВЭЛ посвящены работы Обидина Ю.В., Петухова К.В., Поташникова А.К., Сартакова В.Ю.
Исследованию применения нейтронных методов компьютерной томографии для ТВЭЛ посвящены статьи Yasudaio. R, Matsubayashi. M, Nakata. M, Harada. K, Amano. H, Sasajima. F, Nishi. M, Horiguchi. Y.
Исследованию контроля ТВЭЛ методом компьютерной томографии в сухих хранилищах посвящены работы D. Poulson, J. M. Durham, E. Guardincerri, C. L. Morris и др.
В связи с тем, что компьютерная томография позволяет получить информацию о внутреннем строении объектов, она является эффективным средством контроля изделий АЭС для отработки технологий изготовления ТВЭЛ. Результаты хорошо согласуются с данными других методов исследования и качественно дополняют их, позволяя получить полную информацию о контролируемом объекте. Дальнейшие развития компьютерной томографии применительно к контролю анализируемых объектов заключаются в совершенствовании методов и алгоритмов формирования, трансформации и реконструкциипроекций и в разработкесистем с улучшенными потребительскими свойствами на основе современных источников и регистраторов рентгеновского излучения.
Цель диссертационной работы:
Разработка систем компьютерной томографии для контроля геометрических параметров и оценки неоднородности распределения солей урана в среднем слое тепловыделяющих элементов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
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.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечена использованием математического аппарата и основных положений получения и обработки томографических проекций, использованием сертифицированного оборудования, а также достаточным объёмом проведенных экспериментальных исследований.
Научная новизна работы:
1. Разработка методики расчета параметров, производительности и рекомендаций по выбору схем томографического сканирования протяженных объектов с симметрий;
2. Разработка методики расчета и оценки параметров и характеристики систем компьютерной томографии;
3. Доказательство и разработка методики точной оценки пространственного распределения эффективного атомного номера способом компьютерной томографии в комплексе с псевдо-монохроматическим методом дуальных энергий;
4. Доказательство возможности чувствительного и достоверного контроля параметров ТВЭЛ и обнаружения их дефектов методом компьютерной томографии.
Личный вклад автора: Основные научные теоретические и
экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно либо при его непосредственном участии.
Основные положения, вносимые на защиту:
1. Методика расчета параметров и производительности и рекомендации по выбору схем томографического сканирования протяженных объектов с симметрий;
2. Методика расчета и оценки параметров и характеристики систем компьютерной томографии;
3. Упрощенная реализация метода дуальных энергий в компьютерной томографии;
4. Доказательство повышения чувствительности, достоверности и производительности контроля параметров и вероятности обнаружения дефектов ТВЭЛ методом компьютерной томографии.
Апробация работы:
Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
• V Международная конференция школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее». 3 - 8 октября 2016 г.
• IV Международная конференция по инновациям в неразрушающем контроле SIBTEST 2017. 26 - 30 июня 2017 г.
• V Международная конференция школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее». 9 - 14 октября 2017 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе: 5 - в зарубежных изданиях, рецензируемых базой цитирования SCOPUSU 5- тезисы докладов.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Общий объем 123 страниц, в т.ч. рисунков - 27,таблиц - 8,приложение - 1, библиография содержит 132наименования
Автор выражает благодарность научному руководителю - д.ф.-м.н.
Суржикову Анатолию Петровичу, профессору, руководителю Отделения контроля и диагностики ИШНКБ НИ ТПУ. А также выражает благодарностьза помощь в подготовке диссертационной работы ведущему научному сотруднику,к.т.н. Осипову Сергею Павловичу, заведующему лабораторией Российско-китайской научной лаборатории радиационного контроля и досмотра (РКНЛРКД) к.ф.-м.н. Чахлову Сергею Владимировичу и младшему научному сотруднику РКНЛРКД, к.т.н.Батранину Андрею Викторовичу.

Возникли сложности?

Нужна качественная помощь преподавателя?

👨‍🎓 Помощь в написании

✅ Заключение

В диссертационной работе представлен анализ состояния развития компьютерной томографии, её 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
Нужна своя уникальная работа?
Срочная разработка под ваши требования
Рассчитать стоимость
ИЛИ

📕 Список литературы

1. HounsfieldG.N. Computerizedtransverseaxialscanning (tomography): Part 1. Description of system // The British journal of radiology. - 1973. - Vol. 46. -№. 552. - P. 1016-1022.
2. Dennis M.J. Industrial computed tomography // ASM Handbook. - 1989. - V. 17. - P. 358-386.
3. KruthJ.-P., BartscherM., CarmignatoS., SchmittR., DeChiffreL.,
WeckenmannA.Computedtomography for dimensional metrology // CIRP Annals. - Vol. 60(2) .-P. 821-842.
4. Muller P. (2013) Coordinate metrology by traceable computed tomography // PhD thesis, Department of Mechanical Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark. - 2013. - 194 p.
5.Schillinger B., Lehmann E.,VontobelP. 3D neutron computed tomography: requirements and applications // Physic B: Condensed Matter. - 2000. - V. 276. - P. 5962.
6. Casali F. X-ray and neutron digital radiography and computed tomography for cultural heritage //Physical techniques in the study of art, archaeology and cultural heritage. - 2006. - Vol. 1. - P. 411-423.
7. De Chiffre L., Carmignato S., Kruth J.P., Schmitt R., Weckenmann A. Industrial applications of computed tomography// CIRP Annals-Manufacturing Technology. - 2014. - Vol. 63. - P. 655-677.
8. Carmignato S. Accuracy of industrial computed tomography measurements: experimental results from an international comparison //CIRP Annals-Manufacturing Technology. - 2012. - Vol. 61. - P. 491-494.
9. New P.F., Scott W.R., Schnur J.A., Davis K.R., Taveras J.M. Computerized Axial Tomography with the EMI Scanner 1 // Radiology. - 1974. - V. 110. - P. 109-123.
10. Global Industrial X-Ray Inspection Systems Магке^Электронныйресурс]. - Режимдоступа: www. prweb. com/releases/industrial_x_ray/inspection_systems/prweb88499 62.html
11. Frost & Sullivan [Электронныйресурс]. -
Режимдостуnа:www.frost.com/srch/catalog-seaгch.do?queryText=computed+tomograp hy
12. Marketreseacrch.com / computedtomographymarket[Электронныйресурс]. - Режимдоступа:www.ndt.net/exhibit/list.php3?globalSearch=1&searchmode=AND&Fm d=computed+tomography+market
13. Marketreseacrch.com / computedtomography [Электронный ресурс]. -Режим доступа: www.marketresearch.com/search/results.asp?categoryid=0&qtype=2&titl=&pub lisher=Global+Industry+Analysts&query=computed+tomography&lprice=&uprice=&dat epub=®ionid=&submit2= Search
14. Sun W., Brown S.B., Leach R.K. An Overview of Industrial X-ray Computed Tomography // NPL Report. - 2012. - 64 p.
15. Kalender W.A. Computed tomography: fundamentals, system technology, image quality, applications. - John Wiley & Sons, 2011.
..132

🖼 Скриншоты

🛒 Оформить заказ

Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.
Предоставляемые услуги, в том числе данные, файлы и прочие материалы, подготовленные в результате оказания услуги, помогают разобраться в теме и собрать нужную информацию, но не заменяют готовое решение.
Укажите ник или номер. После оформления заказа откройте бота @workspayservice_bot для подтверждения. Это нужно для отправки вам уведомлений.

©2026 Cервис помощи студентам в выполнении работ