[發明專利]在高溫氣冷堆初裝堆芯和過渡堆芯中鑒別燃料元件的方法

有效

• 申請號: 201110098049.1
• 申請日: 2011-04-19
• 公開（公告）號: CN102208220A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 張立國;薛大知;張作義;吳宗鑫;李富
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21C19/00
• 分類號: G21C19/00;G21C19/33;G21C17/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及反應堆在堆核燃料循環領域，尤其涉及一種在高溫氣冷堆初裝堆芯和過渡堆芯中鑒別燃料元件的方法。

背景技術

高溫氣冷堆是以石墨為慢化劑、氦氣為冷卻劑的高溫反應堆，是一種固有安全性好、發電效率高、用途廣泛的先進核反應堆。高溫氣冷堆采用球形燃料元件，依賴燃料元件的連續流動實現連續裝填新燃料與卸出乏燃料，可以提高電廠負荷因子，提高電廠經濟性。

出于安全要求，在高溫氣冷堆從初裝堆芯向平衡堆芯過渡過程中，反應堆中將裝入加載有不同初始富集度燃料的燃料元件。反應堆運行要求將這些裝有不同初始富集度燃料的燃料元件區分揀(分揀是在反應堆運行中同時進行的)開來，并執行不同的卸出策略。此處所謂的卸出，就是將燃料元件作為乏燃料卸出燃料在堆循環。

分揀加載不同初始富集度核燃料的燃料元件是高溫氣冷堆運行過程中的獨特問題，也是高溫氣冷堆運行中必須解決的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何較好地區分裝載有不同初始富集度燃料的燃料元件。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種在高溫氣冷堆初裝堆芯和過渡堆芯中鑒別燃料元件的方法，所述燃料元件為多種，分別裝載有不同初始富集度的燃料，且在該方法中，通過在其中一種或者多種燃料元件中添加核素，然后測量所添加的核素經活化后的產物中是否存在特征γ射線來分揀燃料元件。

優選地，所述燃料元件為兩種時，所述添加的核素為鉻、鈧和鈷中的一種。

優選地，所述燃料元件為兩種以上時，在其中一些種類的燃料元件中添加的核素為鉻、鈧和鈷中的一種、兩種的組合或兩種以上的組合，以實現區別各類燃料元件。

其中，利用高純鍺γ譜儀測量所添加的核素經活化后的產物中是否存在特征γ射線。

其中，所述燃料元件為燃料球。

優選地，所添加的核素經包覆后以顆粒的形式添加到燃料元件中。

(三)有益效果

本發明通過在燃料元件中添加額外的材料，可以較好地將裝載不同初始富集度燃料的燃料元件(尤其是燃料球，燃料球也可稱為球形燃料元件)分開，區分過程誤判的可能性比較小。和現有技術一樣都使用了放射性測量(利用高純鍺γ譜儀測量γ射線)的方法，但是本發明不需要定量分析核素的活度，因此降低了實現難度。本發明也是一種非破壞性測量，可以實現在線分揀。

附圖說明

圖1是依本發明在燃料元件中添加⁵⁹Co后，經輻照過的燃料元件的γ譜；

圖2中(a)、(b)是依本發明在燃料元件中添加⁴⁵Sc后，經輻照過的燃料元件的γ譜；

圖3是依本發明在燃料元件中添加⁵⁰Cr后，經輻照過的燃料元件的γ譜；

圖4是本發明的一個應用實例的示意圖。

其中，1計算機；2燃料裝卸系統；3混凝土墻；4高純鍺γ譜儀；5高純鍺探頭；6探頭冷卻器；7數字化譜儀；8輸送單一器；9-1組合轉換器；9-2前置放大器；10主控制器；11定位球。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細說明。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

本發明首先給出兩個定義：添加在燃料元件中的核素被稱為標識元素。活化后可以發出易于測量的特征γ射線的核素稱為標識核素。中子與重金屬反應誘發裂變，生成質量較小的裂變產物核素，同時這些裂變產物核素也將吸收中子，生成活化產物。裂變產物和活化產物核素質量數通常在65～170之間。如果想利用標識核素的方法鑒別不同燃料元件就要求其質量數在上述范圍之外，所以標識元素應該為輕元素，且其生成的標識核素只在添加了標識元素的燃料元件中才存在。由于高溫堆中燃料元件流動的隨機性，燃料元件中到達檢測位之前經過的時間不同，元件中的放射性核素衰變時間也不同，為保證能夠探測到燃料元件中標識核素的特征γ射線，要求標識核素的半衰期不能太短。再者，燃料元件中因裂變和活化生成的核素有數百種，其發射的γ射線有上千條，為使用于鑒別燃料類別的γ射線具有唯一性和可探測性，要求標識核素有具有較高發射強度的γ射線，而且該射線與其他核素發射的射線明顯區別開來。最后，添加進去的標識元素必須具有較高的中子吸收截面，能夠吸收中子生成標識核素，且能夠吸收中子生成標識核素的標識元素應該具有較高的自然豐度，這樣才能保證添加的雜質的量比較少，不顯著增加燃料元件的質量(重量)和相關物性。

實施例一