CN102169735A - 核电站燃料棒破损在线探测系统 - Google Patents

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张应超
陈彭
季松涛
高永光
韩传斌
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Abstract

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种核电站燃料棒破损在线探测系统，包括硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括γ射线探测仪器、γ谱仪，所述软件单元包括接口软件模块和破损分析软件模块，由γ谱仪对γ射线探测仪器所探测到的信号进行分析，并将分析结果通过接口软件模块传输到破损分析软件模块。所述硬件单元还包括用于冷却γ射线探测仪器的冷却器。所述破损分析软件模块包括：数据获取模块，核电站燃料棒破损性状分析模块和接口控制模块。本发明提供的核电站燃料棒破损在线探测系统克服了现有技术的不足，能够实时、连续地监测核电站一回路冷却水中各种放射性裂变产物核素γ剂量。

Description

核电站燃料棒破损在线探测系统
技术领域
本发明属于核电技术领域，具体涉及一种核电站燃料棒破损在线探测系统。
背景技术
核电站中少量燃料棒会发生破损，如果破损量较少，破口较小，一回路水中总γ剂量没有超标，破损燃料棒还可继续带伤运行，直到燃料元件寿期末。否则，如果总γ剂量超标，则要停堆处理。因此，对核电站一回路水中的总γ剂量的监测至关重要。传统的核电站燃料元件破损探测多采用化学取样分析的办法，由于取样时间间隔较大而且不能快速连续取样，因此不能及时、准确发现燃料棒破损，也不能及时分析破损情况，如破损燃料棒根数、破口大小及破损发生的堆芯位置(与破损燃料棒的燃耗深度有关)，也就不能及时为运行人员运行决策提供参考。
发明内容
(一)发明目的
本发明目的在于解决现有技术中核电站燃料元件破损无法实时、准确地监测的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种核电站燃料棒破损在线探测系统，包括硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括γ射线探测仪器、γ谱仪，所述软件单元包括接口软件模块和破损分析软件模块，由γ谱仪对γ射线探测仪器所探测到的信号进行分析，并将分析结果通过接口软件模块传输到破损分析软件模块。
所述硬件单元还包括用于冷却γ射线探测仪器的冷却器。
所述γ射线探测仪器是高纯锗γ探头。
所述破损分析软件模块包括：
数据获取模块，用于获取硬件单元所探测到的放射性核素γ活度数据；
核电站燃料棒破损性状分析模块，利用放射性活度的数值，以及反应堆的运行参数，分析计算燃料元件的破损数据，具体方法是：由接口控制模块控制数据获取模块将反应堆有关信息和硬件单元所探测的核素的γ活度数据输入，然后依次进行温度场计算和判断裂变气体释放是否收敛，如果收敛则进一步计算燃料棒破损的根数、破口大小以及燃耗，并将计算结果输出信息到接口控制模块；
接口控制模块，用于控制探测、数据传输和分析、数据显示和打印、破损报警等操作。
(三)有益效果
本发明提供的核电站燃料棒破损在线探测系统克服了现有技术的不足，能够实时、连续地监测核电站一回路冷却水中各种放射性裂变产物核素γ剂量，如发现异常，及时分析燃料棒破损性状，给出破损根数、破口大小和破损发生的位置，供运行人员参考。
附图说明
图1是本发明核电站燃料棒破损在线探测系统的示意图；
图2是破损分析软件模块的示意图；
图3是核电站燃料棒破损性状分析模块的示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
一种核电站燃料棒破损在线探测系统，如图1所示，包括硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括γ射线探测仪器、γ谱仪和用于冷却γ射线探测仪器的冷却器，所述软件单元包括接口软件模块和破损分析软件模块，由γ谱仪对γ射线探测仪器所探测到的信号进行分析，并将分析结果通过接口软件模块传输到破损分析软件模块。
所述γ射线探测仪器是高纯锗γ探头。
所述破损分析软件模块包括：数据获取模块，核电站燃料棒破损性状分析模块，接口控制模块。
数据获取模块，通过高纯锗γ探头获取放射性核素γ活度数据。
接口控制模块，不仅为用户提供了接口界面，并且它可以自动的从数据获取模块获取探测的同位素的γ活度数据；并自动调用核电站燃料棒破损性状分析模块，对获取的数据进行分析。接口控制模块可以根据分析的结果，在燃料元件发生破损时，采用窗口显示和播放报警声音的方式进行报警。同时，接口控制模块还设置数据显示和打印的功能。
核电站燃料棒破损性状分析模块，利用放射性活度的数值，以及反应堆的运行参数，分析计算燃料元件的破损数据，具体计算方法如图3所示，首先由接口控制模块控制数据获取模块将反应堆有关信息和硬件单元所探测的核素的γ活度数据输入，然后依次进行温度场计算和判断裂变气体释放是否收敛，如果收敛则进一步计算燃料棒破损的根数、破口大小以及燃耗，并将计算结果输出信息到接口控制模块。其中，燃料棒破损的根数、破口大小以及燃耗的具体计算方法如下：
①破损元件根数计算：对于处于不同换料周期、即不同燃耗深度的燃料元件进行燃料温度计算，并根据燃料温度计算裂变气体产量和释放到芯块-包壳间隙中份额。如果一个燃料棒确定破损，计算造成一回路冷却水中各种气体核素的γ活度，γ探测器测量出实际一回路冷却水中各种气体核素的γ活度，后者除以前者，即得到破损燃料棒的根数。
②破口尺寸的计算：泄漏系数与燃料棒破口大小有关，设主回路水中的核素活度比值为135Xe/138Xe，并利用两种核素的衰变常数和释放率可以计算出泄漏系数，根据泄漏系数确定破口尺寸。
③破损燃料棒燃耗(破损燃料棒在堆芯中位置)计算模型：利用134Cs和137Cs泄漏率系数特点，测量计算一回路水中134Cs/137Cs核素活度比值和计算各个换料批次泄漏燃料棒中134Cs/137Cs核素储量活度比值，通过这两个比值分析破损燃料棒的燃耗，根据燃耗确定破损燃料棒所处的大致位置。
所述核电站燃料棒破损在线探测系统工作时，由接口控制模块控制硬件单元中的γ射线探测仪器进行探测、由γ谱仪将探测到的信号进行分析处理，数据获取模块将该处理后的活度数据获取并传输给核电站燃料棒破损性状分析模块进行核燃料棒破损性状分析，最后将分析结果传输给接口控制模块，如果该结果表明核燃料棒已经破损，则由接口控制模块采用窗口显示和播放声音进行报警，及时提醒操作者进行处理。
经过实验室调试和试验，表明该燃料棒破损在线探测系统测量精度、燃料棒破损性状分析可靠性，已经达到了核电站试用水平。
以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种核电站燃料棒破损在线探测系统，包括硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括γ射线探测仪器、γ谱仪，所述软件单元包括接口软件模块和破损分析软件模块，由γ谱仪对γ射线探测仪器所探测到的信号进行分析，并将分析结果通过接口软件模块传输到破损分析软件模块。
2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述硬件单元还包括用于冷却γ射线探测仪器的冷却器。
3.根据权利要求2所述的探测系统，其特征在于，所述γ射线探测仪器是高纯锗γ探头。
4.根据权利要求1至3之任一项所述的探测系统，其特征在于，所述破损分析软件模块包括：
数据获取模块，用于获取硬件单元所探测到的放射性核素γ活度数据；
核电站燃料棒破损性状分析模块，利用放射性活度的数值，以及反应堆的运行参数，分析计算燃料元件的破损数据；
接口控制模块，用于控制探测、数据传输和分析、数据显示和打印、破损报警等操作；
由接口控制模块控制数据获取模块将反应堆有关信息和硬件单元所探测的核素的γ活度数据输入，然后依次进行温度场计算和判断裂变气体释放是否收敛，如果收敛则进一步计算燃料棒破损的根数、破口大小以及燃耗，并将计算结果输出信息到接口控制模块。
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