近日,中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术所研究团队基于强流氘氚中子源科学装置HINEG,与哈尔滨工业大学联合开展了航空发动机涡轮叶片残芯中子照相试验研究,成功检测出了叶片内部的微量残芯,为航空发动机涡轮叶片的制造检测工艺提供了重要支撑。
涡轮叶片是航空发动机产生推力的关键部件,叶片熔模铸造过程中残留的陶瓷型芯会降低其冷却性能,甚至阻塞冷却通道,导致叶片过热损坏,从而严重影响发动机安全。因此,发动机叶片内部残芯的检测极为重要。此次,对航空发动机叶片内部的残芯的检测就是利用基于强流氘氚中子源装置HINEG的中子照相技术。
在这里大家肯定会问强流氘氚中子源装置HINEG是什么,中子照相技术是什么?简单来说,中子照相是一门利用中子穿透物质从而检测物质结构性质的技术。而要实现这门技术就必须提供稳定的中子,这里强流氘氚中子源装置HINEG就是提供中子的中子源。
实现中子照相需要中子源装置提供中子。强流氘氚中子源装置HINEG可以提供稳定高密度的快中子流。但快中子穿透能力强,在照相过程中难以探测,而热中子与物质的作用截面大、不同材料之间截面相差大,更容易探测。所以需要在源的周边围以适当的慢化物质,使快中子慢化为热中子,慢化的同时利用直准器使源发射的中子形成平行的或发散的中子束,提高照片的分辨率。
中子照相监测技术是利用发射散角很小的均匀的准直中子束垂直穿透需要检测的物体来进行检测的方法。由于中子不带电荷,中子可以轻易的穿过电子层,直接击中原子核发生核反应。这种反应越强烈,中子强度减弱得越多,使得穿透的中子束的强度发生相应的减弱。这种减弱强度大小与物体内部单位体积内的核素性质、核素种类、原子核的密度和被穿透物体的厚度有关。因此,用图像检测器记录和显示穿透中子束的强度变化,可以反映物质内部核素,密度和厚度的变化,即实现中子照相。
本次中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术所研究团队将HINEG产生的强而稳定的中子源,慢化准直以后实现高灵敏度且快速的热中子源的热中子照相检测,利用HINEG热中子照相终端,可清晰地检测出叶片内部质量为mg量级的残芯,显示出了HINEG优良的中子照相分辨特性,实验结果为该型号涡轮叶片的制造检测工艺提供了重要数据参考。