《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》是中國原子能科學研究院於2013年12月18日申請的發明專利，該專利申請號為2013106989732，公布號為CN103728324A，公布日為2014年4月16日，發明人是張向陽、王國寶、何高魁、曾自強。
《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》包括一加速器系統、一探測採集系統、一圖像處理重構系統和一遠程控制系統，其中，所述加速度系統包括一射線機頭和一前準直器單元，所述探測採集系統包括一採集輸出單元和一採集系統禁止機構，所述圖像處理重構系統，其採用分水嶺算法和水平集相結合的算法對接收的圖像信息進行處理；所述遠程控制系統，其控制所述加速度系統、探測採集系統和圖像處理重構系統，並且利用蒙塔卡羅方法設定加速器系統對於不同X射線脈衝時序，以及探測採集系統的輸出時序。該發明核燃料組件高能X射線無損探測裝置能夠在高放射性的環境下對核燃燒組件進行X射線探測，得到高空間解析度的三維圖像。
2021年6月24日，《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》摘要附圖 ）
基本介紹
- 中文名：一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置
- 申請人：中國原子能科學研究院
- 發明人：張向陽、王國寶、何高魁、曾自強
- 申請號：2013106989732
- 申請日：2013年12月18日
- 公布號：CN103728324A
- 公布日：2014年4月16日
- 地址：北京市房山區北京市275信箱65分箱
- Int. Cl.：G01N23/18
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,發明目的,實驗裝置,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2013年12月，已有技術中利用X射線對物體內部結構進行透射檢測並獲取掃圖像的技術已有廣泛套用。但是一般情況下探測對象本身沒有任何輻射，針對核燃料組件的高能X射線探測，探測對象本身發出強輻射，採用普通的X射線技術很難得到好的探測結果，甚至探測系統很難運轉正。
原因如下：（1）核設施中反應堆的核心部件是核燃料組件，本身具有高放射性，高放射性燃料組件的檢測系統，核燃料組件的高放射性首先要求探測裝置置放在符合要求的禁止室內，另外探測系統中的每一個部分或設備都要進行放射性禁止設計，否則設備或元器件將被破壞而不能正常工作，因而普通X射線裝置不能用於探測核燃料組件的。（2）輻照後的核燃料組件的高放射性將會給探測環境帶來很大幹擾，也就是說噪聲干擾本底很大，如果採用普通探測方法不會得到高空間解析度的圖像，甚至無法得到核燃料組件的三維成像。
中國專利《對盛有放射性液體的容器壁的無損探測的方法和裝置》，公開號：CN1076279A，公開了一種盛有放射性液體的容器壁的無損探測的方法和裝置，具體為：容器中盛有在其中均勻分布有發出γ射線的放射性元素的液體，一光子探測器位於靠近壁測量區域的外表面處，對穿過壁上測量區域的液體中放射性元素所發出光子數進行測量，並將之與穿過壁上參照區域的光子數進行比較，從而推導出在壁上測量區域是否存在著缺陷，測量裝置包括一位於平行光管一端的光子探測器，平行光管由重金屬製成，其中穿過有槽或視窗。
上述專利採用光子探測器對放射性的液體進行探測，但該放射性液體的容器壁與核燃料組件相比，其放射性不可比擬，核燃料組件除了產生伽馬射線、也產生部分中子，會帶來一些干擾本底，並且存在上述兩項原因，不能得到上述的三維成像。
發明內容
發明目的
《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》的目的在於提供一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，用以克服上述技術缺陷。
實驗裝置
《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》包括一加速器系統、一探測採集系統、一圖像處理重構系統和一遠程控制系統，其中，所述加速度系統包括一射線機頭和一前準直器單元，所述射線機頭在所述遠程控制系統的控制下，按照預設的高、低能X射線探測脈衝時序向核燃料組件發射高、低能X射線；所述前準直器單元，置放在所述射線機頭的出束端，用以對X射線流進行準直；所述探測採集系統包括一採集輸出單元和一採集系統禁止機構，所述採集輸出單元接收經過所述核燃料組件的高、低能X射線的電信號，並處理得出被探測物質的密度分布；所述採集系統禁止機構，其將所述探測採集系統的元件禁止在其內，其採用鉛禁止材料，所述鉛禁止材料的厚度通過蒙特卡洛方法將輻照後核燃料組件不同時期發射的γ射線的強度與高能X射線的強度進行比較計算而得出；所述圖像處理重構系統，其採用分水嶺算法和水平集相結合的算法對接收的圖像信息進行處理；所述遠程控制系統，其控制所述加速度系統、探測採集系統和圖像處理重構系統，並且利用蒙塔卡羅方法設定加速器系統對於不同X射線脈衝時序，以及探測採集系統的輸出時序。
較佳的，所述探測採集系統還包括一中子慢化單元、一探測器陣列模組和一後準直器單元，其中，所述後準直器單元與所述前準直器單元的開關控制狀態同步，分別受所述遠程控制單元的控制，按照預先設定的準直縫隙尺寸打開兩個準直器；所述中子慢化單元至於所述後準直器前方，以禁止和吸收來自所述核燃料組件裂變產生的中子；所述探測器陣列模組置於所述後所述準直器單元後方，其將射入的光子信號轉換為電信號；所述採集系統禁止機構設定在所述後準直器單元的後方。
較佳的，所述採集系統禁止機構的鉛禁止材料的厚度的確定過程為：確定卸料後核燃料組件的特定時期的放射性強度及高能X射線強度；根據上述確定的射線強度，查找輻射防護標準體系表，找出不同能量X射線及γ射線的半減弱層厚度值d0，近似算出所需鉛禁止厚度d；利用蒙特卡洛方法模擬計算高能X射線及核燃料組件的強γ射線穿過該近似計算的鉛禁止厚度之後的射線強度，分析透過鉛禁止層後的射線對探測採集系統中模組及元件的影響，確定最終的鉛禁止層厚度。
較佳的，利用蒙特卡洛方法確定衰減後的X射線強度的計算公式為（1）、（2）；
式中，μ為線性衰減係數，σγ為微觀截面，NA為阿伏伽德羅常數，N為原子密度，ρ和A為吸收物質的密度和材料元素的原子量，I0為X射線初始強度，I（x）為衰減後的X射線的強度。
最終確定的鉛禁止厚度為：
式中，μ為線性衰減係數，HLV為半價層。
較佳的，所述採集輸出單元去除採集信息的強輻射干擾本底的過程為：所述採集輸出單元得到高、低能X射線穿過核燃料組件的投影值，標定出被探測物質的雙能曲線圖；所述採集輸出單元通過反向查找方法確定被探測物質的厚度；所述採集輸出單元利用濾波反投影重建算法重建出物質密度的分布。
較佳的，所述遠程控制系統設定高、低能X射線脈衝持續時間和脈衝間隔時間，特定時期的核燃料組件γ射線強度以及高、低能X射線穿過核燃料組件後探測採集系統接收的X射線強度；之後，所述遠程控制系統循環調整高、低能X射線脈衝持續時間和脈衝間隔時間的數值，比較不同時期核燃料組件的γ射線和高、低能X射線穿過核燃料組件後探測採集系統接收的X射線強度值；找出高、低能X射線情況下，γ射線影響最小時的狀態；確定高、低能X射線脈衝持續時間、間隔和周期；最終確定高、低能X射線探測脈衝和探測同步時序，即X射線源脈衝式輸出、探測器系統的探測輸入時序。
較佳的，所述加速度系統還包括一加速器禁止機構、一調製器、一控制器和一恆溫水冷機組，其中，所述恆溫水冷機組通過其內部冷卻水的不斷循環，將加速器內部發熱元件產生的熱量帶走，使加速器的關鍵部件保持恆定的工作溫度；所述加速器禁止機構設定在所述射線機頭的外部；所述控制器控制所述調製器和恆溫水冷機組動作。
較佳的，還包括一三維運動控制系統，在所述三維運動控制系統的控制下，所述核燃料組件以一定的速度旋轉和上升；所述探測採集系統、加速控制器和三維運動控制系統以及核燃料組件均放置在一禁止熱室中；所述圖像處理重構系統和遠程控制系統放置在一控制室中。
較佳的，所述探測器陣列模組為一多通道探測器陣列，其輸出端為一差分接收與傳送接口，所述差分接收與傳送接口的輸出端與一光電隔離電路連線，所述光電隔離電路輸出端分別與一配置電路和一現場可程式門陣列連線，用以採集電信號。
較佳的，所述圖像處理重構系統獲取核燃料組件的三維圖像後，查看缺陷細節，讀取需要查看細節的局部圖像，對核燃料組件局部缺陷圖像中的灰度級別進行從低到高的排序，得到核燃料組件局部缺陷圖像的梯度圖像；對得到的核燃料組件局部缺陷的閾值圖像進行閾值處理；對經過閾值處理的組件局部缺陷圖像的前景和背景標記；顯示組件局部缺陷圖像的邊界並突出前景；將局部缺陷圖像轉化為偽彩色圖像；將組件局部缺陷得到的邊界進行疊代;將n維曲面的問題轉化為n+1維空間的水平集函式；得到組件局部缺陷的更細緻缺陷邊界;利用圖像重構算法得到組件缺陷的更加細緻的三維圖像；觀察核燃料組件的具體缺陷並進行判斷。
改善效果
《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》能夠在高放射性的環境下對核燃燒組件進行X射線探測，得到高空間解析度的三維圖像。
該發明在探測採集系統中設定探測採集禁止機構，採用蒙卡方法模擬計算不同放射性強度的核燃料組件對入射X射線強度和能譜的影響，最佳化設計探測系統中禁止系統的厚度、準直系統的寬度和高度，能夠有效禁止核燃料組件強輻射干擾場對探測系統產生的影響。
該發明採用高、低能的X射線進行探測，通過設計脈衝式的X射線源，獲取高、低能X射線探測脈衝和探測同步時序，通過同步地產生和探測採集穿過輻照後核燃料組件的X射線，可以有效地將γ射線的影響降至最低。
採集傳輸單元對採集的信號進行處理，獲取被探測物質的密度分布，從而使得到的物質密度的精確度較高。
該發明採用數學形態的圖像分割及水平集相結合的算法對圖像信息進行處理，既可以快速分割初始缺陷，又能夠使缺陷邊緣高精度逼近真實邊緣，最終獲取高空間解析度的三維圖像。
附圖說明
圖1為《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》的功能框圖；
圖2為該發明核燃料組件高能X射線無損檢測裝置的加速度系統的功能框圖；
圖3為該發明核燃料組件高能X射線無損檢測裝置的探測採集系統的功能框圖；
圖4為該發明鉛禁止材料的厚度的確定過程；
圖5為該發明採集輸出單元去除強輻射干擾的流程圖；
圖6為該發明脈衝X射線的產生和相應的探測時序示意圖；
圖7為該發明遠程控制系統確定高、低能X射線探測脈衝和探測同步時序的過程；
圖8為該發明圖像處理重構系統組件局部缺陷快速邊緣分割及重構的流程圖。
權利要求
1.《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》特徵在於，其包括一加速器系統、一探測採集系統、一圖像處理重構系統和一遠程控制系統，其中，所述加速器系統包括一射線機頭和一前準直器單元，所述射線機頭在所述遠程控制系統的控制下，按照預設的高、低能X射線探測脈衝時序向核燃料組件發射高、低能X射線；所述前準直器單元，置放在所述射線機頭的出束端，用以對X射線流進行準直；所述探測採集系統包括一採集輸出單元和一採集系統禁止機構，所述採集輸出單元接收經過所述核燃料組件的高、低能X射線的電信號，並處理得出被探測物質的密度分布；所述採集系統禁止機構，其將所述探測採集系統的元件禁止在其內，其採用鉛禁止材料，所述鉛禁止材料的厚度通過蒙特卡洛方法將輻照後核燃料組件不同時期發射的γ射線的強度與高能X射線的強度進行比較計算而得出；所述圖像處理重構系統，其採用分水嶺算法和水平集相結合的算法對接收的圖像信息進行處理；所述遠程控制系統，其控制所述加速器系統、探測採集系統和圖像處理重構系統，並且利用蒙特卡洛方法設定加速器系統對於不同X射線脈衝時序，以及探測採集系統的輸出時序；所述探測採集系統還包括一中子慢化單元、一探測器陣列模組和一後準直器單元，其中，所述後準直器單元與所述前準直器單元的開關控制狀態同步，分別受所述遠程控制系統的控制，按照預先設定的準直縫隙尺寸打開兩個準直器；所述中子慢化單元置於所述後準直器單元前方，以禁止和吸收來自所述核燃料組件裂變產生的中子；所述探測器陣列模組置於所述後準直器單元後方，其將射入的光子信號轉換為電信號；所述採集系統禁止機構設定在所述後準直器單元的後方。
2.根據權利要求1所述的核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，其特徵在於，所述採集系統禁止機構的鉛禁止材料的厚度的確定過程為：確定卸料後核燃料組件的特定時期的放射性強度及高能X射線強度；根據上述確定的射線強度，查找輻射防護標準體系表，找出不同能量X射線及γ射線的半減弱層厚度值d0，近似算出所需鉛禁止厚度d；利用蒙特卡洛方法模擬計算高能X射線及核燃料組件的強γ射線穿過該近似計算的鉛禁止厚度之後的射線強度，分析透過鉛禁止層後的射線對探測採集系統中模組及元件的影響，確定最終的鉛禁止層厚度。
3.根據權利要求1所述的核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，其特徵在於，所述採集輸出單元去除採集信息的強輻射干擾本底的過程為：所述採集輸出單元得到高、低能X射線穿過核燃料組件的投影值，標定出被探測物質的雙能曲線圖；所述採集輸出單元通過反向查找方法確定被探測物質的厚度；所述採集輸出單元利用濾波反投影重建算法重建出物質密度的分布。
4.根據權利要求3所述的核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，其特徵在於，所述遠程控制系統設定高、低能X射線脈衝持續時間和脈衝間隔時間，確定特定時期的核燃料組件γ射線強度以及高、低能X射線穿過核燃料組件後探測採集系統接收的X射線強度；之後，所述遠程控制系統循環調整高、低能X射線脈衝持續時間和脈衝間隔時間的數值，比較不同時期核燃料組件的γ射線和高、低能X射線穿過核燃料組件後探測採集系統接收的X射線強度值；找出高、低能X射線情況下，γ射線影響最小時的狀態；確定高、低能X射線脈衝持續時間、間隔和周期；最終確定高、低能X射線探測脈衝和探測同步時序，即X射線源脈衝式輸出、探測器系統的探測輸入時序。
5.根據權利要求1所述的核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，其特徵在於，所述加速器系統還包括一加速器禁止機構、一調製器、一控制器和一恆溫水冷機組，其中，所述恆溫水冷機組通過其內部冷卻水的不斷循環，將加速器內部發熱元件產生的熱量帶走，使加速器的關鍵部件保持恆定的工作溫度；所述加速器禁止機構設定在所述射線機頭的外部；所述控制器控制所述調製器和恆溫水冷機組動作。
6.根據權利要求1所述的核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，其特徵在於，還包括一三維運動控制系統，在所述三維運動控制系統的控制下，所述核燃料組件以一定的速度旋轉和上升；所述探測採集系統、加速器系統和三維運動控制系統以及核燃料組件均放置在一禁止熱室中；所述圖像處理重構系統和遠程控制系統放置在一控制室中。
7.根據權利要求1所述的核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，其特徵在於，所述探測器陣列模組為一多通道探測器陣列，其輸出端為一差分接收與傳送接口，所述差分接收與傳送接口的輸出端與一光電隔離電路連線，所述光電隔離電路輸出端分別與一配置電路和一現場可程式門陣列連線，用以採集電信號。
實施方式
以下結合附圖，對《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》上述的和另外的技術特徵和優點作更詳細的說明。
該發明核燃料組件高能X射線無損檢測裝置，能夠對核反應堆的核燃料組件進行無損探測，能夠保護探測環境中設備、模組的正常工作，實現高放環境中的有效禁止，在特殊的探測環境下去除高放射性本底，經過三維重構算法處理後形成核燃料組件的三維圖像，在此基礎上可以觀察核燃料組件的具體缺陷和細節。
參閱圖1所示，其為該發明核燃料組件高能X射線無損檢測裝置的功能框圖，該發明的無損檢測裝置包括一加速器系統1、一探測採集系統2、一圖像處理重構系統3、一三維運動控制系統4和一遠程控制系統5，其中，所述加速器系統1在所述遠程控制系統5的控制下向核燃料組件6發射高、低能雙能X射線；在所述三維運動控制系統4的控制下，所述核燃料組件6以一定的速度旋轉和上升，雙能X射線經過核燃料組件6衰減，與核燃料組件6的強γ射線一起進入所述探測採集系統2；所述探測採集系統2將接收的各種干擾信號去除後傳輸至所述圖像處理重構系統3，所述圖像處理重構系統3將二維界面圖經過三維重構算法處理後形成所述核燃料組件6的三維圖像。
在該發明中，所述加速器系統1、探測採集系統2、圖像處理重構系統3、三維運動控制系統4由同一遠程控制系統5進行控制。在該發明中，由於探測核燃料組件需要對探測環境和探測裝置有特殊要求，因而為了防範對操作人員及探測裝備造成損害，所述探測採集系統2、加速控制器1和三維運動控制系統4以及核燃料組件6均放置在一禁止熱室10中。而所述圖像處理重構系統3和一遠程控制系統5放置在一控制室100中。
結合圖2所示，其為在該發明核燃料組件高能X射線無損檢測裝置的加速度系統的功能框圖中，所述加速度系統1包括一加速器禁止機構11、一射線機頭12、一前準直器單元13、一調製器14、一控制器15和一恆溫水冷機組16，其中，所述射線機頭12中，在加速管內高功率微波對電子束進行加速，被加速的電子打在靶上產生高低能X射線；所述前準直器單元13，置放在射線機頭12的出束端，用以對X射線流進行準直；所述恆溫水冷機組16通過其內部冷卻水的不斷循環，將加速器內部發熱元件產生的熱量帶走，使加速器的關鍵部件保持恆定的工作溫度，從而保持加速器正常運行；所述控制器15上提供加速器控制界面，實現加速器的狀態監控、操作運行和參數設定，顯示並處理加速器整機的各種故障；所述控制器15控制所述調製器14和恆溫水冷機組16動作。
為了防止核燃料組件強輻射造成破壞，所述射線機頭12外設定有所述加速器禁止機構11，為了方便射線機頭12內的部件維護和維修，同時在射線機頭12的出束端留出X射線束的出口。所述調製器14、恆溫水冷機組16、控制器15部分放入所述控制室100中，因而不需要禁止核燃料組件的強輻射。
結合圖1所示，所述探測採集系統2包括一採集系統禁止機構25、一中子慢化單元21、一後準直器單元22、一探測器陣列模組23和一採集輸出單元24，其中，所述後準直器單元22與所述前準直器單元13的開關控制狀態同步，其受所述遠程控制系統5控制，按照預先設定的準直縫隙尺寸打開兩個準直器；所述中子慢化單元21置於所述後準直器單元22前方，以禁止和吸收來自核燃料組件6裂變產生的中子，減少干擾本底；所述探測器陣列模組23置於後所述準直器單元22後方，其將射入的光子信號轉換為電信號；所述採集輸出單元24置於所述探測器陣列模組23的後方，將轉換後的電信號去除干擾後，傳輸至一遠程伺服器中。
所述採集系統禁止機構25設定在所述後準直器單元22的後方，其將所述探測器陣列模組23和採集輸出單元24禁止在其內，用以禁止來自核燃料組件6的強放射射線，保護並維護探測器陣列模組23及採集輸出單元24及相關模組和元器件的正常工作，從而保障整個系統的正常運轉。
參閱圖3所示，其為該發明核燃料組件高能X射線無損檢測裝置的探測採集系統的功能框圖，在本實施例中，所述探測器陣列模組23為一多通道探測器陣列231，其輸出端為一差分接收與傳送接口241，所述差分接收與傳送接口241的輸出端與一光電隔離電路242連線，所述光電隔離電路242輸出端分別與一配置電路243和一現場可程式門陣列（FGPA）連線，用以採集電信號；所述FGPA輸出端連線一ARM，用以快取電信號；所述ARM分別與一程式存儲器244和一大容量快取模組245連線，所述程式存儲器244中存儲有對採集的電信號進行去除干擾的算法；所述ARM輸出端連線一RS-232串口和一乙太網電路，其將處理的信號傳輸至一遠程伺服器中或通過無線通信方式傳輸至遠程接收端。
在該發明中，所述採集系統禁止機構25採用蒙特卡洛方法進行設計，模擬計算不同放射性強度的核燃料組件6對入射X射線強度和能譜的影響，從而最佳化設計探測系統中採集系統禁止機構25的厚度、前後準直器單元的寬度和高度。
該採集系統禁止機構25的禁止材料厚度計算的基本思路為：
該發明的探測對象為輻照後的核燃料組件，由於卸料後核燃料組件6的放射性活度隨著存放時間成衰減的趨勢，利用蒙特卡洛方法將輻照後核燃料組件6不同時期發射的γ射線的強度與高能X射線的強度進行比較計算，依據計算結果分析輻照後核燃料組件6的放射性強度對入射X射線的影響程度，進而確定禁止材料的厚度。
該實施例中，選擇鉛作為禁止材料，參閱圖4所示，其為該發明鉛禁止材料的厚度的確定過程，其具體過程為：
步驟a1，確定卸料後核燃料組件的特定時期的放射性強度及高能X射線強度；
步驟a2，根據上述步驟a1確定的射線強度，查找輻射防護標準體系表找出不同能量X射線及γ射線的半減弱層厚度值d0，近似算出所需鉛禁止厚度d；參見表1所示，其為鉛對X射線和γ射線的半減弱層厚度d0；
表1.鉛對X射線和γ射線的半減弱層厚度
步驟a3，利用蒙特卡洛方法模擬計算高能X射線及核燃料組件的強γ射線穿過該近似計算的鉛禁止厚度之後的射線強度，分析透過鉛禁止層後的射線對探測採集系統2中模組及元件的影響，確定最終的鉛禁止層厚度。
其中，利用蒙特卡洛方法確定衰減後的X射線強度的計算公式為（1）、（2）；
式中，μ為線性衰減係數，σγ為微觀截面，NA為阿伏伽德羅常數，N為原子密度，ρ和A為吸收物質的密度和材料元素的原子量，I0為X射線初始強度，I（x）為衰減後的X射線的強度。
最終確定的鉛禁止厚度為：
式中，μ為線性衰減係數，HLV為半價層。
上述利用蒙特卡洛方法計算鉛禁止層厚度，既能夠排除探測採集系統中的核燃料組件的γ射線以及中子的影響，排除干擾本底，又能節約鉛禁止材料。
同時，由於核燃料組件的強輻射干擾，嚴重影響核燃料組件三維成像的質量，故所述採集輸出單元24接收X射線的電信號後，需去除其中的強輻射干擾本底，得出物質密度的精確分布。參閱圖5所示，其為該發明採集輸出單元去除強輻射干擾的流程圖；具體過程為：
步驟b1，所述採集輸出單元24得到高、低能X射線穿過核燃料組件6的投影值，標定出被探測物質的雙能曲線圖；
步驟b2，所述採集輸出單元24通過反向查找方法確定被探測物質的厚度；
步驟b3，所述採集輸出單元24利用濾波反投影重建算法重建出物質密度的分布。
通過上述步驟，得出物質密度的精確度較高。
為了更有效地減少輻照後核燃料組件發射的γ射線的影響，需要設計脈衝式的X射線源和不同的探測時序，通過同步地產生和探測採集穿過輻照後核燃料組件的X射線，可以將γ射線的影響降至最低。
所述遠程控制系統5利用蒙塔卡羅方法設定加速器對於不同X射線脈衝時序，以及探測採集系統2的輸出時序，其中，X射線脈衝時序包括持續時間、脈衝間隔及周期，參閱圖6所示，其為該發明脈衝X射線的產生和相應的探測時序示意圖；其中，加速器產生的脈衝X射線持續數個微秒級，脈衝的間隔和周期為毫秒級，同時，所述探測採集系統進行探測。所述遠程控制系統5比較不同時期核燃料組件的放射性強度和雙能脈衝式加速器穿過該核燃料組件被探測器測量的X射線的強度，如果脈衝X射線的產生和探測採集系統2可以將輻照後核燃料組件發射的γ射線的影響降至忽略的水平，即認為在這個情況下的脈衝時序的相關參數為最佳參數。
參閱圖7所示，其為該發明遠程控制系統確定高、低能X射線探測脈衝和探測同步時序的過程該具體過程為：
步驟c1，所述遠程控制系統5設定高、低能X射線脈衝持續時間和脈衝間隔時間；
步驟c2，所述遠程控制系統5確定特定時期的核燃料組件γ射線強度；
步驟c3，所述遠程控制系統5確定高、低能X射線穿過核燃料組件後探測採集系統2接收的X射線強度；
步驟c4，所述遠程控制系統5循環調整高、低能X射線脈衝持續時間和脈衝間隔時間的數值；
步驟c5，所述遠程控制系統5比較不同時期核燃料組件的γ射線和高、低能X射線穿過核燃料組件後探測採集系統2接收的X射線強度值；
步驟c6，找出高、低能X射線情況下，γ射線影響最小時的狀態；
步驟c7，確定高、低能X射線脈衝持續時間、間隔和周期；
步驟c8，確定高、低能X射線探測脈衝和探測同步時序，即X射線源脈衝式輸出、探測器系統的探測輸入時序。
上述對不同探測時序的設定，能夠有效地減少輻照後核燃料組件發射的γ射線的影響。
進一步，該發明為了高精度顯示模擬核燃料組建的額三維結構和缺陷的空間分布，在前、後準直器尺寸和圖像處理重構系統3的算法上進行改進。
由於來自核燃料組件6的強輻射干擾及高能X射線的散射線的干擾將直接通過探測採集系統2的準直器部分對探測器採集的數據造成干擾，準直器的寬度和高度越大，探測系統的光敏面越大，則探測採集系統的動態範圍就越大。準直器寬度決定了探測採集系統2的像素點尺寸，像素點尺寸將直接影響三維成像的空間解析度，準直器的高度影響密度解析度。
空間解析度與探測採集系統的探測器的像素尺寸之間的關係滿足下式（4），
式中，fN為空間解析度，Δd為探測器像素點尺寸。
通過上式的關係確定準直器的寬度和高度。
所述圖像處理重構系統3在接收到所述探測採集系統2的信息後，採用數學形態的圖像分割及水平集相結合的算法對圖像信息進行處理。
其中，數學形態的圖像分割採用分水嶺算法的基本算法為：在核燃料組件三維成像中利用分水嶺算法分割具體的缺陷圖像時，把具體的缺陷圖像的梯度圖像作為分割的參考圖像，將梯度值較底的區域內部點看成一個集水盆地，而將梯度值較高的目標邊界當作山脊，當水淹沒盆地時，山脊下的較低的梯度點逐漸形成一片。當水到達兩個盆地相遇之處保留山脊線，梯度的極大值點也保留。這樣，保留點就把圖像分割成了一個個的盆地，也就是核燃料組件具體缺陷圖像的目標區域。
上述圖像分割、梯度圖像的提取依據下述公式（5）計算，
式中，f（x，y）表示原始圖像，grad{}表示梯度運算。
水平集來解決圖像分割問題的實質就是與活動輪廓模型結合，求解這些模型得到的偏微分方程，屬於邊緣檢測的分割方法。針對核燃料組件三維成像中利用水平集方法具體實現是將n維曲面的問題轉化為n+1維空間的水平集函式曲面演化的隱含方式來求解。
該結合算法的過程參閱圖8所示，其為該發明圖像處理重構系統組件局部缺陷快速邊緣分割及重構的流程圖，該過程為：
步驟d1，所述圖像處理重構系統獲取核燃料組件的三維圖像；
步驟d2，查看缺陷細節；
步驟d3，讀取需要查看細節的局部圖像；
步驟d4，對核燃料組件局部缺陷圖像中的灰度級別進行從低到高的排序；
步驟d5，得到核燃料組件局部缺陷圖像的梯度圖像；
步驟d6，對得到的核燃料組件局部缺陷的閾值圖像進行閾值處理；
步驟d7，對經過閾值處理的組件局部缺陷圖像的前景和背景標記；
步驟d8，顯示組件局部缺陷圖像的邊界並突出前景；
步驟d9，將局部缺陷圖像轉化為偽彩色圖像；
上述步驟d4-d9，即為數學形態學中的分水嶺算法。
步驟d10，將組件局部缺陷得到的邊界進行疊代;將n維曲面的問題轉化為n+1維空間的水平集函式；
步驟d11，得到組件局部缺陷的更細緻缺陷邊界;
步驟d12，利用圖像重構算法得到組件缺陷的更加細緻的三維圖像；
步驟d13，觀察核燃料組件的具體缺陷並進行判斷。
上述步驟d10-d11即為水平集分割算法。
在輻照後核燃料組件的三維成像中將數學形態學與水平集方法相結合，既可以套用分水嶺算法快速分割初始缺陷，又能夠套用水平集算法使缺陷邊緣高精度逼近真實邊緣。
榮譽表彰
2021年6月24日，《一種核燃料組件高能X射線無損檢測裝置》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
