[發明專利]乏燃料組件燃耗精密測量裝置

有效

• 申請號: 201410259619.4
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104036836B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 劉國榮;周冬梅;趙永剛;李井懷;張繼龍;李建華;梁慶雷;呂學升;周浩
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G21C17/10
• 分類號: G21C17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用了γ譜測量技術的測量裝置，特別涉及一種乏燃料組件燃耗精密測量裝置。

背景技術

燃耗定義為對裝入堆芯核燃料消耗程度的度量。測定反應堆燃料元件的燃耗深度，在核電站、燃耗信任制、核保障等領域中具有十分重要的意義。

燃耗分析從測量方法看可分兩類，一類是破壞性分析(DA)，把乏燃料組件進行化學溶解，對溶解液中的某些裂變核素進行放射化學分析或質譜分析來確定燃耗。雖然該分析方法具有直接性的特點，但其測量時間周期長，對測量的環境要求高，測量程序復雜，無法滿足現場測量的需求；另一類是非破壞性分析(NDA)，基于同位素的γ放射性相關性，直接測量乏燃料組件中裂變產物的γ放射性強度或測量自發裂變中子數來確定燃耗。NDA技術具有簡單快速，適合現場監測，不破壞元件等優點，被廣泛用于乏燃料組件貯存設施和后處理廠首端的乏燃料燃耗及燃耗分布分析中，能夠提供乏燃料組件的冷卻時間、可裂變物質(²³⁵U、²³⁹Pu)含量等數據。

核燃料在輻照過程和冷卻期間，由于發生裂變，中子俘獲，(n,2n)反應和α、β衰變，會引起其核素成分的改變。非破壞性燃耗測量分析方法大多數是基于對乏燃料的中子、γ輻射的測量，因此燃耗測定主要有中子測量技術、γ測量技術及兩者的結合。

燃耗中子測量技術包含了無源中子測量技術及有源中子測量技術。由于中子俘獲反應的存在，輻照過的燃料能夠產生新的重同位素，它們中的一些可以通過自發裂變或(α，n)反應發射中子。無源中子測量通常采用²³⁵U裂變室，通過測量乏燃料組件的中子計數率，并經過一系列數據分析和處理得出最終的平均燃耗，這種方法測量的燃耗值比較精確，但是中子探測器和組件相對位置的變化對測量結果的影響要比γ測量靈敏的多，因此必須保證測量位置的精度。另外，含硼水介質會對中子測量產生影響，必須進行修正。有源中子測量采用外加的中子源照射乏燃料組件，通過測量組件中可裂變物質誘發裂變產生的瞬發或緩發中子數來確定組件的燃耗和其中U、Pu的含量。該方法因技術復雜，造價昂貴，其應用受到限制。

γ測量技術包含了總γ測量技術和γ譜測量技術。總γ測量技術通常用電流電離室進行總γ測量，設備簡單、操作方便、性能穩定可靠、便于制作成手提式儀器用于現場測量，但其冷卻時間和燃耗的測定值較差，不能區分不同輻照史的乏燃料組件，只能作為輔助測量手段。γ譜測量技術通常指包含了高純鍺(HPGe)或碲鋅化鎘(CdZnTe)探測器組成的譜儀系統。通過測量兩種核素的γ放射性之比可以消除幾何因子、探測效率等的影響，從而將測量精度提高，該方法現已廣泛用來測量組件的燃耗和冷卻時間。

截至2001年底，ＩＡＥＡ各成員國運行的燃耗測量系統達260套，這些測量系統包括移動設備和固定裝置。法國曾研制了三種NDA燃耗分析系統，分別是PYTHON、SMOPY和NAJA，現已廣泛應用于乏燃料運輸、貯存和后處理廠中。美國Los?Alamos采用無源中子測量技術和總γ測量技術開發了FORK探測器用于測量燃耗。德國、日本、英國、俄羅斯、瑞典、巴基斯坦等國家分別開發了一系列燃耗測量設備。

中國在燃耗測量方面也開展了研究工作。上個世紀70年代，原子能研究所(中國原子能科學研究院前身)核譜組采用平面Ge(Li)γ譜儀，測量了在熱中子堆中照射8個月出現燒熔現象的鈾棒的燃耗縱向分布。1998年，董明理等采用總γ測量技術和無源中子測量技術建立了叉形探測器，用于后處理和貯存工廠中PWR和BWR型乏燃料組件的燃耗、冷卻時間、總钚和總裂變物質含量的測定。清華大學采用HPGe探測器在1OMW高溫氣冷試驗堆上建立了一套在線的NDA的燃耗測量系統。