[發明專利]核燃料棒富集度無源檢測系統及富集度重構方法

有效

• 申請號: 201910264940.4
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109949953B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李春苗;劉雙全;俞東寶;魏存峰;魏龍;湯慧;孫校麗;劉彥韜;朱永利;王培林;王曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所;中核北方核燃料元件有限公司
• 主分類號: G21C17/10
• 分類號: G21C17/10;G21C17/00
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 袁禮君;闞梓瑄

本發明提供一種核燃料棒富集度無源檢測系統及富集度重構方法。系統包括多個依次串行等間距排列的中間有孔洞的探測器。方法包括獲取探測器對核燃料棒中所有芯塊的響應分布；將各探測器所探測到的目標芯塊全能峰計數率的平均值作為迭代初始值；通過EM迭代算法的正投影，依據響應分布、迭代的初始值以及所有探測器在核燃料棒運動時間t處對所有芯塊的測量值得到估計值；將目標芯塊經過各個探測器時各個探測器相應的測量值疊加得到真實值；通過EM迭代算法的反投影，依據估計值與真實值的比值對全能峰計數率進行修正；以及將進行修正后的全能峰計數率作為新的迭代的初始值重復依次進行EM迭代算法的正投影和反投影直至得到達到預期標準的全能峰計數率。

技術領域

本發明涉及核安全領域和核探測數據處理領域，具體涉及一種核燃料棒富集度無源檢測系統及富集度重構方法。

背景技術

壓水堆是我國核電站常用的反應堆。核燃料棒作為反應堆的關鍵組成，由多個二氧化鈾(UO₂)芯塊組成。在燃料芯塊中，將核燃料中²³⁵U(鈾235)的質量分數稱為核燃料芯塊的富集度，壓水堆核燃料芯塊的富集度一般為2％～5％。在反應堆運行時，燃料棒中芯塊富集度的不均勻(非設計的整體偏高/偏低)或存在異常單個芯塊(不同富集度的燃料芯塊混入燃料棒)，均會導致燃料棒發熱不均勻，產生熱應力，進而導致燃料棒破裂，停堆，引發安全事故和重大損失。因此，對每根燃料棒的芯塊富集度都要進行100％檢測。

核燃料富集度的檢測方法常見的為有源檢測法。有源檢測法是將慢化后的²⁵²Cf中子照射燃料棒，熱中子與²³⁸U發生反應²³⁸U(n，γ)→²³⁹Np→²³⁹Pu生成²³⁹Pu，與²³⁵U發生反應²³⁵U(n，f)→裂變產物+中子，產生的裂變產物不穩定，伴隨一系列β衰變，釋放出大量緩發伽馬射線，計算某種裂變產物核素和²³⁹Pu的特征伽馬射線全能峰凈面積可以推算出²³⁵U與²³⁸U的比值。這種方法需要使用中子源對核燃料棒進行活化，因而檢測成本高，同時也給核燃料棒的存儲、運輸、操作帶來了安全隱患。

因此，需要一種新的核燃料棒富集度檢測系統及方法。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本發明的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種核燃料棒富集度無源檢測系統及富集度重構方法，進而至少在一定程度上克服由于相關技術的限制和缺陷而導致的一個或者多個問題。

本發明的其他特性和優點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本發明的實踐而習得。

根據本發明的第一方面，公開一種核燃料棒富集度無源檢測的系統，其特征在于，包括：

多個依次串行等間距排列的探測器，其中探測器為多邊形伽馬射線探測器，且探測器的中間具有允許核燃料棒通過的孔洞；以及

處理單元，用于接收和處理探測器的測量結果；

其中核燃料棒由多個大小相同且沿核燃料棒的軸向分布的芯塊構成，測量時核燃料棒勻速經由孔洞依次經過多個探測器，在一個單位時間內核燃料棒移動與探測器的間距相同的距離且探測器進行一次測量。

根據本發明的一實施方式，其中多邊形伽馬射線探測器為八邊形；以及多邊形伽馬射線探測器的數量為128個。

根據本發明的第二方面，公開一種基于EM迭代算法以及如任一前述的系統的核燃料棒富集度重構方法，其特征在于，包括：

獲取探測器對核燃料棒中所有芯塊的響應分布；