CN103730173A - 一种判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法，包括以下步骤：通过伽玛射线探测器对反应堆下泄管道进行实时检测，获取反应堆下泄管道中裂变核素特征伽玛射线谱；信号放大处理单元接收伽玛射线探测器探测的裂变核素特征伽玛射线谱信号，进行放大处理后传输至监控计算机；监控计算机根据反应堆一回路水的压力、温度和流速以及反应堆功率对所接收的裂变核素特征伽玛射线谱进行解谱分析，根据解谱得到的各特征伽玛射线确定反应堆下泄管道中的各核素；根据所确定的反应堆下泄管道中的各核素是否具有寿命大于第一设定值的长寿命核素、寿命小于第二设定值的短寿命核素或不挥发核素，判断出反应堆下泄管道中裂变产物的来源。

Description

一种判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法

技术领域

本发明涉及判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法，特别是可以在核电站反应堆从开机到正常运行过程中进行实时检测。 

背景技术

核电站反应堆在运行过程中，经常在其化溶系统中发现裂变产物。对这些裂变产物的来源进行分析判断，一直是一个十分困难的问题。 

目前判断核电站反应堆化溶系统内裂变核素的来源，主要是通过化学取样测量其中Xe-133的活度进行的。这种方法很难准确判断。 

发明内容

本发明提供一种判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法，用以快速准确的判断裂变产物的来源，为反应堆的安全运行提供依据。 

为达到上述目的，本发明提供了一种判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法，包括以下步骤： 

通过伽玛射线探测器对反应堆下泄管道进行实时检测，获取反应堆下泄管道中裂变核素特征伽玛射线谱； 

信号放大处理单元接收伽玛射线探测器探测的裂变核素特征伽玛射线谱信号，进行放大处理后传输至监控计算机； 

监控计算机根据反应堆一回路水的压力、温度和流速以及反应堆功率对所接收的裂变核素特征伽玛射线谱进行解谱分析，根据解谱得到的各特征伽玛射线确定反应堆下泄管道中的各核素； 

根据所确定的反应堆下泄管道中的各核素是否具有寿命大于第一设定值的长寿命核素、寿命小于第二设定值的短寿命核素或不挥发核素，判断出反应堆下泄管道中裂变产物的来源。 

进一步地，伽玛射线探测器包括但不限于闪烁固体探测器和半导体探测器。 

进一步地，伽玛射线探测器设置有一个或多个。 

进一步地，长寿命核素包括但不限于I-131，I-133，I-135，Xe-133，Xe-133m，Xe-135，Kr-85m；短寿命核素包括但不限于Kr-87，Kr-88，Rb-88，I-132，Xe-138，Cs-138；不挥发核素包括但不限于以Rb-90，Sr-92，Mo-101为代表的特征核素。 

进一步地，根据所确定的反应堆下泄管道中的各核素是否具有寿命大于第一设定值的长寿命核素、寿命小于第二设定值的短寿命核素或不挥发核素，判断出反应堆下泄管道中裂变产物的来源步骤具体包括： 

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素只有长寿命核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为上次装料运行遗留造成的； 

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素同时有长寿命核素中的一个或多个特征核素以及短寿命核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为运行中燃料元件发生破损造成的； 

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素同时有长寿命核素中的一个或多个特征核素、短寿命核素中的一个或多个特征核素以及不挥发核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为燃料元件外部沾污造成的。 

进一步地，在检测之前，还包括以下步骤：对伽玛射线探测器进行效率刻度，采用单能γ射线全能峰面积方法，得到不同几何条件下的全能峰效率 曲线，其中γ射线刻度源采用已知活度的溶有152Eu的液态体源，152Eu发射多条不同能量的γ射线，液态体源放置在与反应堆下泄管道的同样材料和尺寸的密封钢管内，外包有与反应堆下泄管道现场同样厚度的同种保温材料。 

进一步地，伽玛射线探测器设置在探测器屏蔽环内，伽玛射线探测器一侧设置有探测器准直器。 

本发明提供了一套可以通过测量下泄管道内裂变产物发射的特征伽玛射线的设备和方法来准确判断裂变产物来源，如是上次装料运行遗留造成的，还是运行中燃料元件发生破损造成的，或是燃料元件外部沾污造成的。为核电站反应堆的安全运行提供技术支持。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

（1）可以实时连续检测核电站反应堆下泄管道中的裂变产物并判断其来源，解决了目前无法判断的问题，同时也减少人力放化取样的次数，降低操作人员所接受的放射性剂量。 

（2）可以实时连续检测核电站反应堆燃料元件的破损时间和破损数量，为核电站反应堆安全运行提供支持。 

（3）由于探测器系统置于压力容器外的常温常压环境中，便于随时进行维护和维修而不影响反应堆的正常运行。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明一个实施例的判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的探测分析系统示意图； 

图2为本发明一个实施例的判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法流程图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

图1为本发明一个实施例的判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的探测分析系统示意图；如图所示，1为压力容器溶液入口，2为反应堆压力容器，3为堆芯含硼酸水溶液及其杂质（包括加入的特征核素），4为燃料元件组件，5为化容系统下泄管道，6为探测器准直器，7为γ射线探测器，8为探测器屏蔽环，9为探测器移动平台，10为支架，11为高低压电源及信号放大处理单元，12为信号传输电缆，13为安装有监测分析软件的监控计算机。 

在检测前，将伽玛射线探测器7放入探测器屏蔽环8内，和探测器准直器6一起固定在探测器移动平台9上（采取屏蔽准直措施，以减小周围环境本底的影响），再固定在探测系统支架10上，并对准化容系统下泄管道5。连接探测分析系统的各个部分，包括伽玛射线探测器、高低压电源及信号放大处理单元11、信号传输电缆12和监控计算机13等。确定各个部分工作正常，把包括一回路水的压力、温度和流速已及反应堆功率等所需要的输入参数输入计算机13，准备检测测量。 

其中，伽玛射线探测器的数量可以为一个或多个，对于安装多个伽玛射线探测器，用几个相同或不同类型伽玛射线探测器的组合，在增加计数率和减小统计误差的同时，还可以相互比较并提高检测的可信度，保证检测结果准确可靠。 

伽玛射线探测器包括但不限于闪烁固体探测器和半导体探测器（例如高纯锗探测器、溴化镧探测器和碘化钠探测器）等，要求对所想要测量的特征核素发射的特征γ射线有足够好的能量分辨率以排除其它伽玛射线的干扰，同时也要求有足够高的探测效率以便在较短的时间内（几秒或几分钟内）探测到足够好统计的特征伽玛射线数量。 

其中，在安装之前，还可以先在实验室对伽玛射线探测器进行效率刻度，采用单能γ射线全能峰面积方法，得到不同几何条件下的全能峰效率曲线。γ射线刻度源采用已知活度的溶有152Eu的液态体源，152Eu发射多条不同能量的γ射线。液态体源放置在与核电厂反应堆下泄管道的同样材料和尺寸的密封钢管内，外包与现场同样厚度的同种保温材料。 

根据现场测量的γ射线谱确定适当的测量几何条件和测量系统参数，以及设定合适的测量时间周期。然后系统进行正常测量工作，所获得的谱数据自动存盘及传输至远端计算机进行分析处理。 

以下结合具体实施例对本发明进行详细阐述。 

图2为本发明一个实施例的判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法流程图；如图所示，该方法包括以下步骤： 

S110，通过伽玛射线探测器对反应堆下泄管道进行实时检测，获取反应堆下泄管道中裂变核素特征伽玛射线谱； 

其中，需要选择作为检测对象的适合的特征核素：选择气体和易挥发短寿命和易挥发长寿命分别作为第一组和第二组裂变产物核素，以及选择不挥发的核素作为第三组裂变产物核素。这里长、短寿命是相对于本发明所针对的核反应堆技术特点而言的，例如，可以根据核反应堆的核素特点，将寿命大于第一设定值的核素作为长寿命核素，将将寿命小于第二设定值的核素作为短寿命核素，这里的第一设定值大于第二设定值。 

在本实施例中，第一组（长寿命组核素）：包括但不限于I-131，I-133，I-135，Xe-133，Xe-133m，Xe-135，Kr-85m；第二组（短寿命组核素）：包括但不限于Kr-87，Kr-88，Rb-88，I-132，Xe-138，Cs-138；第三组（不挥发组核素）：包括但不限于以Rb-90，Sr-92，Mo-101为代表的特征核素。 

S120，信号放大处理单元接收伽玛射线探测器探测的裂变核素特征伽玛射线谱信号，进行放大处理后传输至监控计算机； 

S130，监控计算机根据反应堆一回路水的压力、温度和流速以及反应堆功率对所接收的裂变核素特征伽玛射线谱进行解谱分析，根据解谱得到的各特征伽玛射线确定反应堆下泄管道中的各核素； 

在对伽玛射线谱解谱分析时，因为每一个核素都有与之唯一对应的特征伽玛射线，因此可以得到前面所述的三组核素中某些或全部核素以及对应的放射性活度。为下面的判断裂变产物核素来源做好准备。 

S140，根据所确定的反应堆下泄管道中的各核素是否具有寿命大于第一设定值的长寿命核素、寿命小于第二设定值的短寿命核素或不挥发核素，判断出反应堆下泄管道中裂变产物的来源。 

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素只有长寿命核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为上次装料运行遗留造成的，这是因为长寿命核素经过较长时仍然可以测到，而短寿命特征核素因寿命短已经衰变没了，所以测量不到； 

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素同时有长寿命核素中的一个或多个特征核素以及短寿命核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为运行中燃料元件发生破损造成的，这是因为第一组和第二组都是气体和易挥发核素。而不易挥发的第三组由于燃料元件包壳的阻挡无法进入一回路水中，所以测量不到； 

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素同时有长寿命核素中的一个或多个特征核素、短寿命核素中的一个或多个特征核素以及不挥发核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为燃料元件外部沾污造成的，这是因为外部沾污的燃料在裂变后，所有裂变产物都会进入一回路水中而被测量到。 

上述三种情况的总结如表1所示。 

表1 

上述实施例采用伽玛射线探测器对下泄管道中的裂变产物发射的伽玛射线进行连续实时检测，在发现有裂变产物时，可以快速准确的判断其来源，这种检测下泄管道中的裂变产物发射的伽玛射线进行裂变产物来源判断方法的优点是直接、快速和准确，并可以实时连续检测。比利用化学采样方法测量有很大的优越性，为反应堆的安全运行提供依据。 

下面结合附图1和一个实际案例对本发明进一步说明。 

第一步，选择前面所述的三组特征核素作为检测对象。 

第二步，在实验室对使用的高纯锗探测器（图1中标号7）进行效率刻度，采用单能γ射线全能峰面积方法，得到不同准直器（图1中标号6）和探测器移动平台（图1中标号9）不同位置条件下的全能峰效率曲线。γ射线刻度源采用已知活度的溶有152Eu的液态体源，152Eu发射多条不同能量的γ射线。液态体源放置在与电厂下泄管道的同样材料和尺寸的密封钢管内， 外包与现场同样厚度的同种保温材料。改变几何条件进行效率刻度，包括探测器到液态体源的距离和准直器的尺寸大小等条件，得到对应不同几何条件的效率刻度曲线，输入计算机软件系统。 

第三步，现场γ射线探测器安装和系统安装调试。 

高纯锗探测器（图1中标号7）放入屏蔽环（图1中标号8）内，和探测器准直器一起固定在探测器移动平台（图1中标号9）上，再固定在探测系统支架（图1中标号10）上，并对准化容系统下泄管道（图1中标号5）。连接探测系统的各个部分，包括探测器、高低压电源及信号放大处理单元（图1中标号11）、信号传输电缆（图1中标号12）和计算机系统（图1中标号13）等。确定各个部分工作正常，把包括一回路水的压力、温度和流速已及反应堆功率等分析软件所需要的输入参数输入计算机（图1中标号13），准备实验测量。 

根据现场伽玛射线本底情况，设定一段时间间隔记录一次谱数据，然后软件自动对每个时间间隔所记录的谱数据进行解谱分析，得到前面所述的三组核素中某些或全部核素以及对应的放射性活度。 

第四步，反应堆下泄管道中裂变核素来源判断 

根据表1出现情况快速、准确判断裂变产物来源：上次装料运行遗留造成的；运行中燃料元件发生破损造成的；或燃料元件外部沾污造成的。 

本发明提供了一套可以通过测量下泄管道内裂变产物发射的特征伽玛射线的设备和方法来准确判断裂变产物来源，如是上次装料运行遗留造成的，还是运行中燃料元件发生破损造成的，或是燃料元件外部沾污造成的。为核电站反应堆的安全运行提供技术支持。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

（1）可以实时连续检测核电站反应堆下泄管道中的裂变产物并判断其来源，解决了目前无法判断的问题，同时也减少人力放化取样的次数，降低操 作人员所受的放射性剂量。 

（2）可以实时连续检测核电站反应堆燃料元件的破损时间和破损数量，为核电站反应堆安全运行提供支持。 

（3）由于探测器系统置于压力容器外的常温常压环境中，便于随时进行维护和维修而不影响反应堆的正常运行。 

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。 

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (7)

1.一种判断核电站反应堆下泄管道中裂变产物来源的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过伽玛射线探测器对反应堆下泄管道进行实时检测，获取反应堆下泄管道中裂变核素特征伽玛射线谱；

信号放大处理单元接收所述伽玛射线探测器探测的裂变核素特征伽玛射线谱信号，进行放大处理后传输至监控计算机；

所述监控计算机根据反应堆一回路水的压力、温度和流速以及反应堆功率对所接收的裂变核素特征伽玛射线谱进行解谱分析，根据解谱得到的各特征伽玛射线确定反应堆下泄管道中的各核素；

根据所确定的反应堆下泄管道中的各核素是否具有寿命大于第一设定值的长寿命核素、寿命小于第二设定值的短寿命核素或不挥发核素，判断出反应堆下泄管道中裂变产物的来源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述伽玛射线探测器包括但不限于闪烁固体探测器和半导体探测器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述伽玛射线探测器设置有一个或多个。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长寿命核素包括但不限于I-131，I-133，I-135，Xe-133，Xe-133m，Xe-135，Kr-85m；所述短寿命核素包括但不限于Kr-87，Kr-88，Rb-88，I-132，Xe-138，Cs-138；所述不挥发核素包括但不限于以Rb-90，Sr-92，Mo-101为代表的特征核素。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所确定的反应堆下泄管道中的各核素是否具有寿命大于第一设定值的长寿命核素、寿命小于第二设定值的短寿命核素或不挥发核素，判断出反应堆下泄管道中裂变产物的来源步骤具体包括：

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素只有所述长寿命核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为上次装料运行遗留造成的；

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素同时有所述长寿命核素中的一个或多个特征核素以及所述短寿命核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为运行中燃料元件发生破损引起的；

如果所确定的反应堆下泄管道中的各核素同时有所述长寿命核素中的一个或多个特征核素、所述短寿命核素中的一个或多个特征核素以及所述不挥发核素中的一个或多个特征核素，则反应堆下泄管道中的裂变产物为燃料元件外部沾污造成的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测之前，还包括以下步骤：

对伽玛射线探测器进行效率刻度，采用单能γ射线全能峰面积方法，得到不同几何条件下的全能峰效率曲线，其中γ射线刻度源采用已知活度的溶有152Eu的液态体源，152Eu发射多条不同能量的γ射线，液态体源放置在与反应堆下泄管道的同样材料和尺寸的密封钢管内，外包有与反应堆下泄管道现场同样厚度的同种保温材料。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述伽玛射线探测器设置在探测器屏蔽环内，所述伽玛射线探测器一侧设置有探测器准直器。

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