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0CNIC-01465 NFE-0014 UO2芯块气孔分布测定方法研究 THE MEASUREMENT OF THE PORE DISTRIBUTION IN UO2 PELLETS （In Chinese） 中 国 核 情 报 中 心 China Nuclear Information Centre 1CNIC-01465 NFE-0014 UO2芯块气孔分布测定方法研究 张 柯 彭海清 （宜宾核燃料元件厂，644000） 摘 要 通过大量的实验论证，确立了运用图像分析仪进行 UO2芯块气 孔分布的自动测量方法，建立了完善的 UO2芯块金相样品制备方 法。对于 UO2芯块气孔分布测量，采用了多个物镜的组合测量法， 使方法的有效测量范围达到 0～100 μm。重点论证了图像仪测量过 程中各条件参数的设置方法，分析了各主要误差来源及误差计算方 法。得出 UO2芯块气孔分布测量总相对误差优于 10％。 2The Measurement of the Pore Distribution in UO2 Pellets （In Chinese） ZHANG Ke PENG Haiqing （Yibin Nuclear Fuel Element Plant, 644000） ABSTRACT In accordance with the results of this experimental study, the measuring method of the pore distribution in UO2 pellets is established by using Image Analyser. The metallography sample preparation method of UO2 pellets is also suggested. For the pore distribution measurement, the technique of several objectives combined is used, which makes the measuring range of this method reach to 0～100 μm. It is mainly discussed how to set the measuring condition parameters and the main sources of the error and how to calculate the errors. It is concluded that the total relative error of the method is better than 10%. 3前 言 UO2芯块的微观结构直接影响它在堆内的运行性能，燃料芯块中气孔大小及其分布状 态描述了 UO2芯块微观结构最基本的特征。UO2芯块中孔隙度的大小及其分布状态决定了 它在堆内的密实化程度。因此，建立一个准确的 UO2芯块气孔分布测定方法，对于保证 UO2芯块在堆内的正常运行，具有十分重要的意义。 研究证明, UO2芯块辐照密实化主要由尺寸小于 5 μm的气孔所贡献，因此在建立 UO2 芯块气孔分布测量方法时，将优先保证小气孔（1～10 μm）测量的准确性。 UO2芯块气孔分布最初是用手工方法测定或借助一些计数装置进行半定量测定的， 如图片重量法、ZPSA法（Zeiss Particle Size Analyser）等 [1]。随着数字图像技术的不断发 展，图像分析仪测量具有速度快、工作量小、测量精度高等优点。事实上，对于小气孔 数量极多的 UO2芯块来说，图像分析仪法是气孔分布定量测定的唯一方法。 70 年代初，国外一些学者运用小型图像分析仪测定 UO2芯块的气孔分布，目前也有 大量有关文献报道[1～4]，但从研究成果看，目前还没有形成一个较为完善的气孔分布测定 方法，这主要是由于尚存在以下几个方面的问题： (1) 准确测量范围小，这主要是测量倍数单一决定的。 (2) 测量误差较大，20%～30%。 (3) 测量条件、参数多依赖人眼判断，无法实现方法标准化。 针对以上问题，试验中采用了不同的放大倍数测量不同尺寸范围的气孔，准确地确 定了测量参数及制样条件，使气孔分布测量总相对误差小于 10％，保证了气孔分布测量 结果的准确性和再现性。 1 UO2芯块气孔分布测量原理[5, 6] 根据体视学原理，当被测组元在空间均匀分布且被测组元在空间上的取向也是等概 率分布时，则有德莱塞（Delesse）定律： VV = AA