CN105427906A - 重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，包括用于对重水堆燃料元件（7）进行钻孔并将裂变气体完全释放出来的钻孔装置（1）、用于测量所述重水堆燃料元件（7）内部空腔体积的标定机构（2）、用于对钻孔装置（1）释放出来的裂变气体进行加压收集的收集装置（3）、以及用于对钻孔装置（1）、标定机构（2）或收集装置（3）进行抽真空的真空机组（4），还公开了裂变气体释放和测量工艺。本发明的有益效果是：建立了重水堆燃料元件裂变气体释放和收集技术，完成了重水堆燃料元件裂变气体释放、收集和测量。

Description

重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统及工艺

技术领域

本发明涉及核燃料循环技术领域，具体地，涉及重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统及工艺。

背景技术

为缓减我国核电站快速发展带来的铀资源压力、压水堆乏燃料元件处置压力和解决重水堆未来的发展方向，我国开展了压水堆回收铀应用于重水堆燃料元件试验验证，以评价燃料元件的辐照性能，其中裂变气体释放率是评价燃料元件的辐照性能的一个关键技术指标。这是因为裂变产物Kr和Xe从燃料芯块释放到包壳和燃料芯块间的空腔中，一方面会引起燃料芯块的辐照肿胀，导致燃料芯块与包壳的相互作用加剧；另一方面增加了燃料元件的内压，造成燃料元件内压升高和热导率降低，导热能力的降低会造成芯块温度的增加，促进裂变气体从燃料芯块的释放，导致元件内压进一步升高，形成恶性循环，严重时导致燃料元件失效，甚至影响反应堆的安全运行。只有辐照后燃料元件的裂变气体释放率准确测量，才能为新型燃料元件的设计、制造和性能改进提供依据，才能确反应堆的安全运行。重水堆燃料棒气腔很小，近似于实芯棒，几何间隙累积体积较小，约0.5ml，对燃料棒裂变气体释放和测量提出更高的要求。为了准确测量重水堆燃料元件裂变气体释放率，为压水堆燃料元件回收铀用于重水堆燃料元件的设计、制造和性能改进提供依据，开展了重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统的研制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种完成了重水堆燃料元件裂变气体释放、测量与收集的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统及工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，包括用于对重水堆燃料元件进行钻孔并将裂变气体完全释放出来的钻孔装置、用于测量所述重水堆燃料元件内部空腔体积的标定机构、用于对钻孔装置释放出来的裂变气体进行加压收集的收集装置、以及用于对钻孔装置、标定机构和收集装置进行抽真空的真空机组，钻孔装置的裂变气体导出管通过管路连接收集装置，钻孔装置与收集装置构成封闭的管路系统，标定机构和真空机组均连通由钻孔装置与收集装置构成的封闭管路系统，从而真空机组能够对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统进行抽真空。

还包括电气控制系统，电气控制系统与由钻孔装置、标定机构、收集装置、真空机组构成的管路系统内的阀门和仪表电连接，对钻孔装置、标定机构、收集装置、真空机组及各连接管道上的阀门进行集中控制，并采集、表征钻孔装置、标定机构、收集装置、真空机组、各连接管道上的阀门及各设备上仪表的工作状态或参数。

钻孔装置包括机架，机架上设置有密封座A，密封座A内设置有用于安装重水堆燃料元件的孔A，所述的密封座A上还设置有用于密封重水堆燃料元件与密封座A的孔A之间间隙的密封件，密封座A连接有气体收集座，气体收集座具有贯穿气体收集座且垂直于孔A的通孔B，气体收集座设置有连通孔B的裂变气体导出管，密封座A上设置有连通孔A和通孔B的一端的孔C，气体收集座通过可轴向伸缩的管件连接密封座B，管件的一端连通通孔B的另一端，密封座B具有贯穿密封座B的轴孔，管件的另一端连通轴孔，孔C、通孔B、管件和轴孔均同轴设置，密封座A与气体收集座之间、气体收集座与管件之间、管件与密封座B之间均为密封连接结构；密封座B上安装有电钻，电钻的电机轴连接有轴，轴可转动地安装于密封座B的轴孔内，轴与轴孔之间设置有密封轴与轴孔之间间隙的动密封结构，轴的下部位于由管件、通孔B和孔C构成的通道内，钻头固定安装于轴的下端，机架上固定安装有驱动电钻沿轴的轴向往复运动的驱动装置。

使用时，将重水堆燃料元件插入密封座A的孔A，通过密封件密封重水堆燃料元件，开启真空系统，对系统抽真空，当系统真空度达到技术要求时，开启电钻电源，启动电钻，驱动装置驱动电钻，电钻的电机轴通过轴带动钻头旋转，高速旋转的钻头随电钻轴向运动到重水堆燃料元件包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件包壳，裂变气体开始释放，当钻头达到一定深度，驱动装置限制钻头移动，关闭电钻电源，驱动装置轴向撤出电钻，钻头离开重水堆燃料元件，裂变气体完全释放出来，进入气体收集座的通孔B进行收集，钻孔完成。动态密封结构实现钻孔过程中的动密封。

该钻孔装置能够在强放环境中将重水堆燃料元件的包壳刺穿，针对空腔体积小、类似实芯棒的重水堆燃料元件，实现定点和定位刺孔。

所述的机架上还安装有将密封座A的孔A内安装的重水堆燃料元件从孔A内顶出的卸料装置。当钻孔完成后，燃料元件无法取出时，可以使用卸料装置将燃料元件推出密封座A。

所述的驱动装置为驱动气缸A，驱动气缸A沿与轴的轴线平行的方向设置，电钻与驱动气缸A的活塞杆固定连接。

所述的孔A为贯穿密封座A的通孔，重水堆燃料元件从孔A的一端安装于密封座A内，所述的卸料装置包括驱动气缸B和推杆，驱动气缸B沿平行于孔A轴线的方向设置，驱动气缸B的活塞杆固定连接推杆，推杆位于密封座A的孔A内，并位于与重水堆燃料元件插入侧相对的一侧。使用驱动气缸B推动推杆，将重水堆燃料元件推出密封座A的孔A。

所述的密封座B为磁流体密封座，所述的轴为配合安装于磁流体密封座内的磁流体密封轴，磁流体密封轴与磁流体密封座间为密封轴与轴孔之间间隙的磁流体密封结构。磁流体密封轴采用金属软管密封，实现钻孔过程中的动态密封。在强放射性热室环境中首次采用磁流体密封技术，实现了刺孔过程中的动态密封。

所述的密封件为密封重水堆燃料元件与密封座A的孔A之间间隙的密封圈。密封圈设置于孔A与重水堆燃料元件之间，并通过形变密封重水堆燃料元件与密封座A的孔A之间的间隙。

所述的密封圈采用O型密封圈，将重水堆燃料元件插入密封座A的孔A后，密封圈密封重水堆燃料元件。在强放射性热室环境中，采用重水堆燃料元件局部密封，实现了对重水堆燃料元件的静态密封。所述的密封座A上还设置有用于将密封圈进行挤压实现密封的旋转手柄。从而，通过旋转手柄挤压密封圈密封重水堆燃料元件。

所述的机架具有用于支撑重水堆燃料元件的水平支架。

所述的可轴向伸缩的管件为波纹管。

所述的气体收集座设置有连通孔B的裂变气体导出管，并将裂变气体导出管连接系统管道。通过裂变气体导出管将进入气体收集座的通孔B的裂变气体导出钻孔装置，并且，裂变气体经裂变气体导出管进入系统管道。

所述的标定机构包括多个对比密封件、以及连通裂变裂变气体导出管的标准容器和压力测量装置，标准容器为体积已知的容器，对比密封件用于依次密封安装于钻孔装置内，对比密封件密封安装于钻孔装置用于密封安装重水堆燃料元件的安装孔内，标准容器连通裂变气体导出管的管道上设置有阀。

不同的对比密封件被密封于钻孔装置内的体积不同，不同对比密封件被密封于钻孔装置内的体积的体积差可通过测量获得。不同对比密封件被密封于钻孔装置内的体积的体积差的范围覆盖预估重水堆燃料元件内部空腔体积。

所述的压力测量装置为薄膜真空计。优选的，所述的薄膜真空计由粗真空和低真空两个测量范围的真空计组成，两个范围叠加为0~1×10⁵Pa。

所述的真空机组为机械泵和分子泵，分子泵为主泵，前级泵为机械泵，先以机械泵进行预抽压，然后再使用分子泵进行深度抽压，直至真空腔体达到所需的气压为止。所述的阀为蝶阀。

所述的对比密封件包括圆柱型主体和设置于圆柱型主体端面上的凸台，通过在不同对比密封件的圆柱型主体端面上设置不同体积的凸台，实现不同的对比密封件被密封于钻孔装置内的体积不同。同时采用圆柱型主体也使得对比密封件与重水堆燃料元件的形状相当，便于密封构件能够同时实现对重水堆燃料元件及对比密封件的密封，优选的圆柱型主体的外径与重水堆燃料元件的外径相等。

优选的所述的圆柱型主体的两端均设置有凸台，并且位于圆柱型主体两端的凸台的体积不同。这就使得，将对比密封件的两端分别插入空腔内时，其两端被密封于钻孔装置内的体积不同，也就使得一个对比密封件能够用作积差一定的两个体对比密封件，从而便于操作。优选的，所述的凸台为圆柱型凸台，通过调整凸台的直径和轴向长度实现对凸台体积的调节，也就实现了对比密封件被密封于钻孔装置内的体积大小的调节。

测量工艺包括标定、测量和修正。测量系统采用高精度的压力测量装置；多个对比密封件用于标定系统测量修正系数；标准容器采用与系统管道体积对应规格制成的密封件，用于标定与测量系统管道体积；阀用于隔离标准容器与测量系统，阀选用高真空的蝶阀，开启和关闭引起的系统管道体积的变化不得影响测量准确度要求。本技术工艺流程为首先依次将具有不同体积差的对比密封件插入空腔并进行密封，测量不同负压条件下的体积差测量值，制作修正系数的标定曲线；其次，采用同样的测量方法测量待测重水堆燃料元件未钻孔前与钻孔后的体积差，即待测重水堆燃料元件内部空腔体积；最后，根据测量参数和标定曲线对测量结果进行修正。

所述的收集装置包括U型水银计、取样瓶、收集瓶、水银瓶和缓冲瓶，收集瓶具有密闭的收集腔，水银瓶具有密闭的水银腔，水银腔内盛装有水银，收集瓶分别连接有管路A、管路B、管路C、管路D、管路E和管路F，收集腔的底部通过管路A连接U型水银计的开口端A，U型水银计的另一开口端B连通大气，收集腔通过管路B连接钻孔装置的裂变气导出管，收集腔通过管路C连接水银腔的底端，收集腔的顶部通过管路D连接U型水银计的开口端A，收集腔通过管路E连接缓冲瓶，收集腔通过管路F连接取样瓶，管路E还通过管路H连接水银腔的顶部，管路E靠近收集腔的部分上设置有阀A，管路F上设置有阀B，所述的缓冲瓶通过管路G连接大气或真空机组。

该收集装置解决了在不改变裂变气体成份比的基础上，实现微量裂变气体的收集、测量、转运和分析技术要求。

取样瓶用于存放待分析的气体样品；收集腔是临时存放从系统管道出来的裂变气体；水银腔用于存放水银，一般体积大于收集腔；单开口U型真空计用测量取样瓶中的气体压力；阀B是用于保证收集系统初抽真空时和事故状态时水银的安全，防止进入系统其它空间。

优选的，管路G连接三通管的一端，该三通管的另外两端分别通过管路连接大气和抽真空装置，且三通管连接大气和抽真空装置的管路上均设置有针阀，利用针阀对真空系统的气体流量进行微量和连续调节，配置了大容积的缓冲瓶，保证液位上下平稳移动，使收集操作安全可控，实现微量流量调节技术。调节针阀和缓冲瓶是减小真空系统和放气气体流量，保证操作的安全性和平稳性。

优选的，管路A、管路B和管路C连接于收集瓶的底部，管路A和管路B与收集瓶的连接部为与收集瓶底相平行的水平管，从而利于水银腔内的水银从收集瓶底部进入收集瓶，并且进入的水银能尽快密封管路B和管路C，管路D、管路E和管路F连接于收集瓶的顶部，利于气体的收集或排放，U型水银计的开口端A连接三通管的一端，该三通管的另外两端分别通过管路连接管路A和管路D。

采用单开口U型水银真空计，实现了收集后气体样品压力的准确测量，增大气体收集率。

采用内抛光的不锈钢自密封结构设计和微小流量调节结构，实现了辐照后重水堆燃料元件裂变气体增压收集，确保了安全性。

采用所述重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量工艺，包括以下步骤：

S1、采用标定机构计算重水堆燃料元件钻孔前由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统的体积；

S2、对重水堆燃料元件进行钻孔并将裂变气体完全释放出来，收集装置对释放出来的气体进行加压收集；

S3、采用标定机构计算重水堆燃料元件内部空腔体积和由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统的体积之和，从而得到重水堆燃料元件内部空腔体积。

所述的步骤S1的操作方法为：将重水堆燃料元件放入钻孔装置内，标定机构包括连通裂变裂变气体导出管的标准容器和压力测量装置，标准容器为体积已知的容器，标准容器连通裂变气体导出管的管道上设置有阀，打开阀，然后由真空机组对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置测得的压力P0，并停止抽真空，将阀关闭，然后继续由真空机组对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统抽真空，当由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统的真空度达到一定程度时，记录压力测量装置测得的压力P1，并停止抽真空，打开阀，标准容器内气体进入由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统，记录压力测量装置测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统的空腔体积。

所述的步骤S2包括以下子步骤：

S21、将重水堆燃料元件插入密封座A的孔A，然后由真空机组对钻孔装置内部及通过管道F连接的收集腔和取样瓶内部抽真空，排除收集腔、取样瓶及与收集腔连通的管道内的气体和内壁吸附的气体；

S22、当系统真空度达到技术要求时，开启电钻电源，驱动装置下压电钻，电钻的电机轴通过轴带动钻头旋转，高速旋转的钻头随电钻轴向运动到重水堆燃料元件包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件包壳，裂变气体开始释放，裂变气体经气体收集座连接的裂变气体导出管导出；

S23、当钻头达到一定深度，驱动装置限制钻头移动，关闭电钻电源，驱动装置轴向撤出电钻，钻头离开重水堆燃料元件，裂变气体完全释放出来，裂变气体继续经气体收集座连接的裂变气体导出管导出，钻孔完成；

S24、将步骤S22和步骤S23中由裂变气体导出管导出的裂变气体通过管道B引入收集腔，通过调节阀门，将水银腔内的水银通过管道C注入收集腔内，并使收集腔内的水银将收集腔与其它管道密封隔离，仅使收集腔连通取样瓶和U型水银计，继续提升收集腔内水银的液位，将收集腔内的裂变气体压入取样瓶，然后关闭管道F上的阀B；

S25、调节阀门，使收集腔内的水银回流至水银腔，使收集腔内水银液位下降，直到收集腔与管道B连通，管道B内的裂变气又进入收集腔，再次执行步骤S24；

S26、重复步骤S24～S25，在取样瓶内得到具有一定压力的裂变气体。

实际操作时，根据燃料元件铀装量和燃耗估算裂变气体的释放量，计算收集系统释放后的压力范围，根据压力范围选择满足量程的单开口U型水银真空计。

本发明在裂变气体从刺孔腔引入前将收集系统抽真空，排除管道内气体和部份内壁吸附气体，减少杂质气体对气体成分分析的影响；然后将裂变气体引入收集系统，调节水银槽的液面，使裂变气体收集腔自动与其它管道密封隔离，随后将裂变气体压入样品收集瓶；关闭样品收集瓶，使水银液面下降，自动打开管道系统与裂变气体收集腔连通，管道系统内的裂变气体又进入收集腔，调节水银液面升高，开展再一次的收集。通过3次收集，至少可将90%的裂变气体收入取样瓶中，取样瓶内的裂变气体的压力取决于裂变气体的释放量和取样瓶的大小，增压比为系统管道体积与取样瓶体积（5ml~80ml）的比值，增压比范围一般在6~100之间；管道内的残余气体由真空系统送回热室壳体进入排风系统。取出裂变气体取样瓶，送入气体分析试验室开展气体分析。

该增压收集工艺不仅适用于棒束型燃料元件，如重水堆、压水堆燃料元件，也适用于其它类型的燃料元件裂变气体的增压收集。

该增压收集工艺已成功应用于放射性环境下压水堆回收铀应用于重水堆燃料元件辐照后裂变气体增压收集。

所述的S3的操作方法为：裂变气体收集完毕后，更换取样瓶，同时打开阀，密封由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统，由真空机组对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置测得的压力P0，并停止抽真空，将阀关闭，然后继续由真空机组对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统抽真空，当压力测量装置测得的压力为步骤S1记录的P1时，停止抽真空，打开阀，标准容器内气体进入由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统，记录压力测量装置测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算重水堆燃料元件内部空腔体积和由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统的体积之和，从而得到重水堆燃料元件内部空腔体积。

所述的S3的操作方法为：还包括对步骤S3得到的重水堆燃料元件内部空腔体积进行修正的步骤，具体包括：

A1、通过重水堆燃料元件的设计图册和重水堆燃料元件辐照考验参考资料，预估重水堆燃料元件内部空腔体积范围；

A2、根据预估体积，选用具有至少3种体积差的多个对比密封件，体积差覆盖待测件的预估体积，所述的体积差是指不同对比密封件被密封于钻孔装置内的体积的体积差；

A3、依次将对比密封件密封安装于钻孔装置用于密封安装重水堆燃料元件的安装孔内，在不同压力下分别测量插入密封件时的系统体积，将测量的体积差与体积差的理论计算值比较；其包括以下子步骤；

A31、将对比密封件A装入钻孔装置用于密封安装重水堆燃料元件的安装孔内，保持阀打开，通过真空机组对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统预抽真空，记录用于测量由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统内部压力的压力测量装置测得的压力P0，并停止抽真空，将阀关闭，然后通过真空机组继续对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统抽真空，记录压力测量装置测得的压力P1，并停止抽真空，然后打开阀，标准容器内的气体进入由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统，记录压力测量装置测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统的体积；

A32、将与对比密封件A具有体积差的对比密封件B装入钻孔装置，打开阀，通过真空机组对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置测得的压力P0，并停止抽真空，将阀关闭，然后通过真空机组继续对由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统抽真空，当压力测量装置测得的压力为步骤A31记录的P1时，停止抽真空，然后打开阀，标准容器内的气体进入由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统，记录压力测量装置测得的压力P3，根据理想气体状态方程，计算由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统的体积；

A33、将S31和S32两次测量的由收集装置、钻孔装置和标定机构构成的封闭管路系统体积差V与体积差的理论计算值比较，并计算测量误差和修正系数K，修正系数K=两密封件体积差理论计算值/测量的系统体积差V，完成一次测量，该修正系数即为与该测量系统体积差V和压力P1相对应的修正系数；然后对各具有不同体积差的两个密封件在多个压力P1下分别进行上述测量，并记录每次测量系统体积差V、压力P1及修正系数K，构成测量数据库；

A4、依据所述测量数据库制作各测量封闭管路系统体积差V相对应的修正系数K-压力P1修正曲线和各压力P1相对应的修正系数K-标定体积V修正曲线；

A5、根据步骤S1记录的压力P1和步骤S3测得的重水堆燃料元件内部空腔体积，在K-P修正曲线或K-V修正曲线上查询修正系数；

A6、计算待测重水堆燃料元件辐照后实际空腔体积，待测重水堆燃料元件辐照后实际空腔体积=K*步骤S3得到的重水堆燃料元件内部空腔体积。

通过研究采用理想气体状态平衡方程用于实际气体进行体积测量误差修正方法，建立微小体积测量修正系数标定方法，建立辐照后重水堆燃料元件内部空腔体积测量技术，实现棒束型燃料元件内部空腔体积测量，已成功用于压水堆回收铀用于重水堆燃料元件的辐照考验试验，在放射性环境下对辐照后重水堆燃料棒的内部空腔体积进行测量，测量结果准确可靠。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明设计了重水堆燃料裂变气体释放和测量系统，建立了重水堆燃料元件裂变气体释放和收集技术，完成了重水堆燃料元件裂变气体释放、测量与收集，将磁流体密封的机械钻孔技术用于重水堆燃料元件裂变气体释放，实现重水堆燃料元件的密封、钻孔和裂变气体释放。

2、使用方便快捷，体积测量精度高，即可用于重水堆燃料元件也可用于其它类型燃料元件的裂变气体收集，为重水堆燃料元件以及同类燃料元件的设计、制造和性能改进提供依据。

3、将裂变气体释放装置与标定系统进行有效集成，采用内抛光的不锈钢管道，减小内壁放气面积，降低气体平衡时间，实现了辐照后重水堆燃料棒裂变气体体积准确测量。

4、建立了理想气体状态方程进行体积测量的修正系数标定方法，实现了辐照后燃料棒内腔微小体积测量，提高了测量准确度。

5、采用直接加压法，不改变裂变气体间分压比，建立了裂变气体加压收集技术，实现了重水堆燃料棒辐照后裂变气体的收集和测量，降低了对气体分析系统灵敏度的技术要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的钻孔装置结构示意图；

图3是本发明的钻孔装置的剖视结构示意图；

图4是本发明的钻孔装置设置有水平支架时的结构示意图；

图5是本发明的对比密封件的结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-钻孔装置，2-标定机构，3-收集装置，4-真空机组，5-钻头，6-轴，7-重水堆燃料元件，8-密封座A，9-气体收集座，10-管件，11-密封座B，12-电钻，13-驱动装置，14-推杆，15-旋转手柄，16-水平支架，17-驱动气缸B，18-U型水银计，19-取样瓶，20-收集瓶，21-水银瓶，22-缓冲瓶，23-管路A，24-管路B，25-管路C，26-管路D，27-管路E，28-管路F，29-阀A，30-阀B，31-管路G，32-阀，33-压力测量装置，34-对比密封件，35-标准容器，36-圆柱型主体，37-凸台。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，包括用于对重水堆燃料元件7进行钻孔并将裂变气体完全释放出来的钻孔装置1、用于测量所述重水堆燃料元件7内部空腔体积的标定机构2、用于对钻孔装置1释放出来的裂变气体进行加压收集的收集装置3、以及用于对钻孔装置1、标定机构2和收集装置3进行抽真空的真空机组4，钻孔装置1的裂变气体导出管通过管路连接收集装置3，钻孔装置1与收集装置3构成封闭的管路系统，标定机构2和真空机组4均连通由钻孔装置1与收集装置3构成的封闭管路系统，从而真空机组4能够对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统进行抽真空。

还包括电气控制系统，电气控制系统与由钻孔装置1、标定机构2、收集装置3、真空机组4构成的管路系统内的阀门和仪表电连接，对钻孔装置1、标定机构2、收集装置3、真空机组4及各连接管道上的阀门进行集中控制，并采集、表征钻孔装置1、标定机构2、收集装置3、真空机组4、各连接管道上的阀门及各设备上仪表的工作状态或参数。

如图2、图3、图4所示，钻孔装置1包括机架，机架上设置有密封座A8，密封座A8内设置有用于安装重水堆燃料元件7的孔A，所述的密封座A8上还设置有用于密封重水堆燃料元件7与密封座A8的孔A之间间隙的密封件，密封座A8连接有气体收集座9，气体收集座9具有贯穿气体收集座9且垂直于孔A的通孔B，气体收集座9设置有连通孔B的裂变气体导出管，密封座A8上设置有连通孔A和通孔B的一端的孔C，气体收集座9通过可轴向伸缩的管件10连接密封座B11，管件10的一端连通通孔B的另一端，密封座B11具有贯穿密封座B11的轴孔，管件10的另一端连通轴孔，孔C、通孔B、管件10和轴孔均同轴设置，密封座A8与气体收集座9之间、气体收集座9与管件10之间、管件10与密封座B11之间均为密封连接结构；密封座B11上安装有电钻12，电钻12的电机轴连接有轴6，轴6可转动地安装于密封座B11的轴孔内，轴6与轴孔之间设置有密封轴6与轴孔之间间隙的动密封结构，轴6的下部位于由管件10、通孔B和孔C构成的通道内，钻头5固定安装于轴6的下端，机架上固定安装有驱动电钻12沿轴6的轴向往复运动的驱动装置13。

使用时，将重水堆燃料元件7插入密封座A8的孔A，通过密封件密封重水堆燃料元件7，开启真空系统，对系统抽真空，当系统真空度达到技术要求时，开启电钻12电源，启动电钻12，驱动装置13驱动电钻12，电钻12的电机轴通过轴6带动钻头5旋转，高速旋转的钻头5随电钻12轴向运动到重水堆燃料元件7包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件7包壳，裂变气体开始释放，当钻头5达到一定深度，驱动装置13限制钻头5移动，关闭电钻12电源，驱动装置13轴向撤出电钻12，钻头5离开重水堆燃料元件7，裂变气体完全释放出来，进入气体收集座9的通孔B进行收集，钻孔完成。动态密封结构实现钻孔过程中的动密封。

该钻孔装置1能够在强放环境中将重水堆燃料元件7的包壳刺穿，针对空腔体积小、类似实芯棒的重水堆燃料元件7，实现定点和定位刺孔。

所述的机架上还安装有将密封座A8的孔A内安装的重水堆燃料元件7从孔A内顶出的卸料装置。当钻孔完成后，燃料元件无法取出时，可以使用卸料装置将燃料元件推出密封座A8。

所述的驱动装置13为驱动气缸A，驱动气缸A沿与轴6的轴线平行的方向设置，电钻12与驱动气缸A的活塞杆固定连接。

所述的孔A为贯穿密封座A8的通孔，重水堆燃料元件7从孔A的一端安装于密封座A8内，所述的卸料装置包括驱动气缸B17和推杆14，驱动气缸B17沿平行于孔A轴线的方向设置，驱动气缸B17的活塞杆固定连接推杆14，推杆14位于密封座A8的孔A内，并位于与重水堆燃料元件7插入侧相对的一侧。使用驱动气缸B17推动推杆14，将重水堆燃料元件7推出密封座A8的孔A。

所述的密封座B11为磁流体密封座，所述的轴6为配合安装于磁流体密封座内的磁流体密封轴，磁流体密封轴与磁流体密封座间为密封轴6与轴孔之间间隙的磁流体密封结构。磁流体密封轴采用金属软管密封，实现钻孔过程中的动态密封。在强放射性热室环境中首次采用磁流体密封技术，实现了刺孔过程中的动态密封。

所述的密封件为密封重水堆燃料元件7与密封座A8的孔A之间间隙的密封圈。密封圈设置于孔A与重水堆燃料元件7之间，并通过形变密封重水堆燃料元件7与密封座A8的孔A之间的间隙。

所述的密封圈采用O型密封圈，将重水堆燃料元件7插入密封座A8的孔A后，密封圈密封重水堆燃料元件7。在强放射性热室环境中，采用重水堆燃料元件7局部密封，实现了对重水堆燃料元件7的静态密封。所述的密封座A8上还设置有用于将密封圈进行挤压实现密封的旋转手柄15。从而，通过旋转手柄15挤压密封圈密封重水堆燃料元件7。

所述的机架具有用于支撑重水堆燃料元件7的水平支架16。

所述的可轴向伸缩的管件10为波纹管。

所述的气体收集座9设置有连通孔B的裂变气体导出管，并将裂变气体导出管连接系统管道。通过裂变气体导出管将进入气体收集座9的通孔B的裂变气体导出钻孔装置1，并且，裂变气体经裂变气体导出管进入系统管道。

如图1、图5所示，所述的标定机构2包括多个对比密封件34、以及连通裂变裂变气体导出管的标准容器35和压力测量装置33，标准容器35为体积已知的容器，对比密封件34用于依次密封安装于钻孔装置1内，对比密封件34密封安装于钻孔装置1用于密封安装重水堆燃料元件7的安装孔内，标准容器35连通裂变气体导出管的管道上设置有阀32。

不同的对比密封件34被密封于钻孔装置1内的体积不同，不同对比密封件34被密封于钻孔装置1内的体积的体积差可通过测量获得。不同对比密封件34被密封于钻孔装置1内的体积的体积差的范围覆盖预估重水堆燃料元件7内部空腔体积。

所述的压力测量装置33为薄膜真空计。优选的，所述的薄膜真空计由粗真空和低真空两个测量范围的真空计组成，两个范围叠加为0~1×10⁵Pa。

所述的真空机组4为机械泵和分子泵，分子泵为主泵，前级泵为机械泵，先以机械泵进行预抽压，然后再使用分子泵进行深度抽压，直至真空腔体达到所需的气压为止。所述的阀32为蝶阀。

所述的对比密封件34包括圆柱型主体36和设置于圆柱型主体36端面上的凸台37，通过在不同对比密封件34的圆柱型主体36端面上设置不同体积的凸台37，实现不同的对比密封件34被密封于钻孔装置1内的体积不同。同时采用圆柱型主体36也使得对比密封件34与重水堆燃料元件7的形状相当，便于密封构件能够同时实现对重水堆燃料元件7及对比密封件34的密封，优选的圆柱型主体36的外径与重水堆燃料元件7的外径相等。

优选的所述的圆柱型主体36的两端均设置有凸台37，并且位于圆柱型主体36两端的凸台37的体积不同。这就使得，将对比密封件34的两端分别插入空腔内时，其两端被密封于钻孔装置1内的体积不同，也就使得一个对比密封件34能够用作积差一定的两个体对比密封件34，从而便于操作。优选的，所述的凸台37为圆柱型凸台37，通过调整凸台37的直径和轴向长度实现对凸台37体积的调节，也就实现了对比密封件34被密封于钻孔装置1内的体积大小的调节。

测量工艺包括标定、测量和修正。测量系统采用高精度的压力测量装置33；多个对比密封件34用于标定系统测量修正系数；标准容器35采用与系统管道体积对应规格制成的密封件，用于标定与测量系统管道体积；阀32用于隔离标准容器35与测量系统，阀32选用高真空的蝶阀，开启和关闭引起的系统管道体积的变化不得影响测量准确度要求。本技术工艺流程为首先依次将具有不同体积差的对比密封件34插入空腔并进行密封，测量不同负压条件下的体积差测量值，制作修正系数的标定曲线；其次，采用同样的测量方法测量待测重水堆燃料元件7未钻孔前与钻孔后的体积差，即待测重水堆燃料元件7内部空腔体积；最后，根据测量参数和标定曲线对测量结果进行修正。

如图1所示，所述的收集装置3包括U型水银计18、取样瓶19、收集瓶20、水银瓶21和缓冲瓶22，收集瓶20具有密闭的收集腔，水银瓶21具有密闭的水银腔，水银腔内盛装有水银，收集瓶20分别连接有管路A23、管路B24、管路C25、管路D26、管路E27和管路F28，收集腔的底部通过管路A23连接U型水银计18的开口端A，U型水银计18的另一开口端B连通大气，收集腔通过管路B24连接钻孔装置1的裂变气导出管，收集腔通过管路C25连接水银腔的底端，收集腔的顶部通过管路D26连接U型水银计18的开口端A，收集腔通过管路E27连接缓冲瓶22，收集腔通过管路F28连接取样瓶19，管路E27还通过管路H连接水银腔的顶部，管路E27靠近收集腔的部分上设置有阀A29，管路F28上设置有阀B30，所述的缓冲瓶22通过管路G31连接大气或真空机组4。

该收集装置3解决了在不改变裂变气体成份比的基础上，实现微量裂变气体的收集、测量、转运和分析技术要求。

取样瓶19用于存放待分析的气体样品；收集腔是临时存放从系统管道出来的裂变气体；水银腔用于存放水银，一般体积大于收集腔；单开口U型真空计用测量取样瓶19中的气体压力；阀B30是用于保证收集系统初抽真空时和事故状态时水银的安全，防止进入系统其它空间。

优选的，管路G31连接三通管的一端，该三通管的另外两端分别通过管路连接大气和抽真空装置，且三通管连接大气和抽真空装置的管路上均设置有针阀，利用针阀对真空系统的气体流量进行微量和连续调节，配置了大容积的缓冲瓶22，保证液位上下平稳移动，使收集操作安全可控，实现微量流量调节技术。调节针阀和缓冲瓶22是减小真空系统和放气气体流量，保证操作的安全性和平稳性。

优选的，管路A23、管路B24和管路C25连接于收集瓶20的底部，管路A23和管路B24与收集瓶20的连接部为与收集瓶20底相平行的水平管，从而利于水银腔内的水银从收集瓶20底部进入收集瓶20，并且进入的水银能尽快密封管路B24和管路C25，管路D26、管路E27和管路F28连接于收集瓶20的顶部，利于气体的收集或排放，U型水银计18的开口端A连接三通管的一端，该三通管的另外两端分别通过管路连接管路A23和管路D26。

采用单开口U型水银真空计，实现了收集后气体样品压力的准确测量，增大气体收集率。

采用内抛光的不锈钢自密封结构设计和微小流量调节结构，实现了辐照后重水堆燃料元件7裂变气体增压收集，确保了安全性。

采用所述重水堆燃料元件7裂变气体释放和测量系统的重水堆燃料元件7裂变气体释放和测量工艺，包括以下步骤：

S1、采用标定机构2计算重水堆燃料元件7钻孔前由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统的体积；

S2、对重水堆燃料元件7进行钻孔并将裂变气体完全释放出来，收集装置3对释放出来的气体进行加压收集；

S3、采用标定机构2计算重水堆燃料元件7内部空腔体积和由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统的体积之和，从而得到重水堆燃料元件7内部空腔体积。

所述的步骤S1的操作方法为：将重水堆燃料元件7放入钻孔装置1内，标定机构2包括连通裂变裂变气体导出管的标准容器35和压力测量装置33，标准容器35为体积已知的容器，标准容器35连通裂变气体导出管的管道上设置有阀32，打开阀32，然后由真空机组4对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置33测得的压力P0，并停止抽真空，将阀32关闭，然后继续由真空机组4对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统抽真空，当由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统的真空度达到一定程度时，记录压力测量装置33测得的压力P1，并停止抽真空，打开阀32，标准容器35内气体进入由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统，记录压力测量装置33测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统的空腔体积。

所述的步骤S2包括以下子步骤：

S21、将重水堆燃料元件7插入密封座A8的孔A，然后由真空机组4对钻孔装置1内部及通过管道F连接的收集腔和取样瓶19内部抽真空，排除收集腔、取样瓶19及与收集腔连通的管道内的气体和内壁吸附的气体；

S22、当系统真空度达到技术要求时，开启电钻12电源，驱动装置13下压电钻12，电钻12的电机轴通过轴带动钻头6旋转，高速旋转的钻头6随电钻12轴向运动到重水堆燃料元件7包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件7包壳，裂变气体开始释放，裂变气体经气体收集座9连接的裂变气体导出管导出；

S23、当钻头6达到一定深度，驱动装置13限制钻头6移动，关闭电钻12电源，驱动装置13轴向撤出电钻12，钻头6离开重水堆燃料元件7，裂变气体完全释放出来，裂变气体继续经气体收集座9连接的裂变气体导出管导出，钻孔完成；

S24、将步骤S22和步骤S23中由裂变气体导出管导出的裂变气体通过管道B引入收集腔，通过调节阀门，将水银腔内的水银通过管道C注入收集腔内，并使收集腔内的水银将收集腔与其它管道密封隔离，仅使收集腔连通取样瓶19和U型水银计1818，继续提升收集腔内水银的液位，将收集腔内的裂变气体压入取样瓶19，然后关闭管道F上的阀B30；

S25、调节阀门，使收集腔内的水银回流至水银腔，使收集腔内水银液位下降，直到收集腔与管道B连通，管道B内的裂变气又进入收集腔，再次执行步骤S24；

S26、重复步骤S24～S25，在取样瓶19内得到具有一定压力的裂变气体。

实际操作时，根据燃料元件铀装量和燃耗估算裂变气体的释放量，计算收集系统释放后的压力范围，根据压力范围选择满足量程的单开口U型水银真空计。

本发明在裂变气体从刺孔腔引入前将收集系统抽真空，排除管道内气体和部份内壁吸附气体，减少杂质气体对气体成分分析的影响；然后将裂变气体引入收集系统，调节水银槽的液面，使裂变气体收集腔自动与其它管道密封隔离，随后将裂变气体压入样品收集瓶20；关闭样品收集瓶20，调节阀门，使水银液面下降，自动打开管道系统与裂变气体收集腔连通，管道系统内的裂变气体又进入收集腔，调节水银液面升高，进行再次的收集。通过3次收集，至少可将90%的裂变气体收入取样瓶19中，取样瓶19内的裂变气体的压力取决于裂变气体的释放量和取样瓶19的大小，增压比为系统管道体积与取样瓶19体积（5ml~80ml）的比值，增压比范围一般在6~100之间；管道内的残余气体由真空系统送回热室壳体进入排风系统。取出裂变气体取样瓶19，送入气体分析试验室开展气体分析。

该增压收集工艺不仅适用于棒束型燃料元件，如重水堆、压水堆燃料元件，也适用于其它类型的燃料元件裂变气体的增压收集。

该增压收集工艺已成功应用于放射性环境下压水堆回收铀应用于重水堆燃料元件7辐照后裂变气体增压收集。

所述的S3的操作方法为：裂变气体收集完毕后，更换取样瓶19，同时打开阀32，密封由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统，由真空机组4对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置33测得的压力P0，并停止抽真空，将阀32关闭，然后继续由真空机组4对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统抽真空，当压力测量装置33测得的压力为步骤S1记录的P1时，停止抽真空，打开阀32，标准容器35内气体进入由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统，记录压力测量装置33测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算重水堆燃料元件7内部空腔体积和由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统的体积之和，从而得到重水堆燃料元件7内部空腔体积。

所述的S3的操作方法为：还包括对步骤S3得到的重水堆燃料元件7内部空腔体积进行修正的步骤，具体包括：

A1、通过重水堆燃料元件7的设计图册和重水堆燃料元件7辐照考验参考资料，预估重水堆燃料元件7内部空腔体积范围；

A2、根据预估体积，选用具有至少3种体积差的多个对比密封件34，体积差覆盖待测件的预估体积，所述的体积差是指不同对比密封件34被密封于钻孔装置内的体积的体积差；

A3、依次将对比密封件34密封安装于钻孔装置1用于密封安装重水堆燃料元件7的安装孔内，在不同压力下分别测量插入密封件时的系统体积，将测量的体积差与体积差的理论计算值比较；其包括以下子步骤；

A31、将对比密封件A装入钻孔装置1用于密封安装重水堆燃料元件7的安装孔内，保持阀32打开，通过真空机组4对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统预抽真空，记录用于测量由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统内部压力的压力测量装置33测得的压力P0，并停止抽真空，将阀32关闭，然后通过真空机组4继续对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统抽真空，记录压力测量装置33测得的压力P1，并停止抽真空，然后打开阀32，标准容器35内的气体进入由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统，记录压力测量装置33测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统的体积；

A32、将与对比密封件A具有体积差的对比密封件B装入钻孔装置，打开阀32，通过真空机组4对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置33测得的压力P0，并停止抽真空，将阀32关闭，然后通过真空机组4继续对由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统抽真空，当压力测量装置33测得的压力为步骤A31记录的P1时，停止抽真空，然后打开阀32，标准容器35内的气体进入由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统，记录压力测量装置33测得的压力P3，根据理想气体状态方程，计算由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统的体积；

A33、将S31和S32两次测量的由收集装置3、钻孔装置1和标定机构2构成的封闭管路系统体积差V与体积差的理论计算值比较，并计算测量误差和修正系数K，修正系数K=两密封件体积差理论计算值/测量的系统体积差V，完成一次测量，该修正系数即为与该测量系统体积差V和压力P1相对应的修正系数；然后对各具有不同体积差的两个密封件在多个压力P1下分别进行上述测量，并记录每次测量系统体积差V、压力P1及修正系数K，构成测量数据库；

A4、依据所述测量数据库制作各测量封闭管路系统体积差V相对应的修正系数K-压力P1修正曲线和各压力P1相对应的修正系数K-标定体积V修正曲线；

A5、根据步骤S1记录的压力P1和步骤S3测得的重水堆燃料元件7内部空腔体积，在K-P修正曲线或K-V修正曲线上查询修正系数；

A6、计算待测重水堆燃料元件7辐照后实际空腔体积，待测重水堆燃料元件7辐照后实际空腔体积=K*步骤S3得到的重水堆燃料元件7内部空腔体积。

通过研究采用理想气体状态平衡方程用于实际气体进行体积测量误差修正方法，建立微小体积测量修正系数标定方法，建立辐照后重水堆燃料元件7内部空腔体积测量技术，实现棒束型燃料元件内部空腔体积测量，已成功用于压水堆回收铀用于重水堆燃料元件7的辐照考验试验，在放射性环境下对辐照后重水堆燃料棒的内部空腔体积进行测量，测量结果准确可靠。

如上所述，可较好的实现本发明。

Claims (10)

1.重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，其特征在于，包括用于对重水堆燃料元件（7）进行钻孔并将裂变气体完全释放出来的钻孔装置（1）、用于测量所述重水堆燃料元件（7）内部空腔体积的标定机构（2）、用于对钻孔装置（1）释放出来的裂变气体进行加压收集的收集装置（3）、以及用于对钻孔装置（1）、标定机构（2）和收集装置（3）进行抽真空的真空机组（4），钻孔装置（1）的裂变气体导出管通过管路连接收集装置（3），钻孔装置（1）与收集装置（3）构成封闭的管路系统，标定机构（2）和真空机组（4）均连通由钻孔装置（1）与收集装置（3）构成的封闭管路系统，从而真空机组（4）能够对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统进行抽真空。

2.根据权利要求1所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，其特征在于，还包括电气控制系统，电气控制系统与由钻孔装置（1）、标定机构（2）、收集装置（3）、真空机组（4）构成的管路系统内的阀门和仪表电连接，对钻孔装置（1）、标定机构（2）、收集装置（3）、真空机组（4）及各连接管道上的阀门进行集中控制，并表征钻孔装置（1）、标定机构（2）、收集装置（3）、真空机组（4）、各连接管道上的阀门及各设备上仪表的工作状态或参数。

3.根据权利要求1所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，其特征在于，所述的钻孔装置（1）包括机架，机架上设置有密封座A（8），密封座A（8）内设置有用于安装重水堆燃料元件（7）的孔A，所述的密封座A（8）上还设置有用于密封重水堆燃料元件（7）与密封座A（8）的孔A之间间隙的密封件，密封座A（8）连接有气体收集座（9），气体收集座（9）具有贯穿气体收集座（9）且垂直于孔A的通孔B，气体收集座（9）设置有连通孔B的裂变气体导出管，密封座A（8）上设置有连通孔A和通孔B的一端的孔C，气体收集座（9）通过可轴向伸缩的管件（10）连接密封座B（11），管件（10）的一端连通通孔B的另一端，密封座B（11）具有贯穿密封座B（11）的轴孔，管件（10）的另一端连通轴孔，孔C、通孔B、管件（10）和轴孔均同轴设置，密封座A（8）与气体收集座（9）之间、气体收集座（9）与管件（10）之间、管件（10）与密封座B（11）之间均为密封连接结构；密封座B（11）上安装有电钻（12），电钻（12）的电机轴连接有轴（6），轴（6）可转动地安装于密封座B（11）的轴孔内，轴（6）与轴孔之间设置有密封轴（6）与轴孔之间间隙的动密封结构，轴（6）的下部位于由管件（10）、通孔B和孔C构成的通道内，钻头（5）固定安装于轴（6）的下端，机架上固定安装有驱动电钻（12）沿轴（6）的轴向往复运动的驱动装置（13）。

4.根据权利要求1所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，其特征在于，所述的标定机构（2）包括多个对比密封件（34）、以及连通裂变裂变气体导出管的标准容器（35）和压力测量装置（33），标准容器（35）为体积已知的容器，对比密封件（34）用于依次密封安装于钻孔装置（1）内，对比密封件（34）密封安装于钻孔装置（1）用于密封安装重水堆燃料元件（7）的安装孔内，标准容器（35）连通裂变气体导出管的管道上设置有阀（32）。

5.根据权利要求1或3所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统，其特征在于，所述的收集装置（3）包括U型水银计（18）、取样瓶（19）、收集瓶（20）、水银瓶（21）和缓冲瓶（22），收集瓶（20）具有密闭的收集腔，水银瓶（21）具有密闭的水银腔，水银腔内盛装有水银，收集瓶（20）分别连接有管路A（23）、管路B（24）、管路C（25）、管路D（26）、管路E（27）和管路F（28），收集腔的底部通过管路A（23）连接U型水银计（18）的开口端A，U型水银计（18）的另一开口端B连通大气，收集腔通过管路B（24）连接钻孔装置（1）的裂变气导出管，收集腔通过管路C（25）连接水银腔的底端，收集腔的顶部通过管路D（26）连接U型水银计（18）的开口端A，收集腔通过管路E（27）连接缓冲瓶（22），收集腔通过管路F（28）连接取样瓶（19），管路E（27）还通过管路H连接水银腔的顶部，管路E（27）靠近收集腔的部分上设置有阀A（29），管路F（28）上设置有阀B（30），所述的缓冲瓶（22）通过管路G（31）连接大气或真空机组（4）。

6.采用权利要求1所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量系统的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用标定机构（2）计算重水堆燃料元件（7）钻孔前由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统的体积；

S2、对重水堆燃料元件（7）进行钻孔并将裂变气体完全释放出来，收集装置（3）对释放出来的气体进行加压收集；

S3、采用标定机构（2）计算重水堆燃料元件（7）内部空腔体积和由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统的体积之和，从而得到重水堆燃料元件（7）内部空腔体积。

7.根据权利要求6所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量工艺，其特征在于，所述的步骤S1的操作方法为：将重水堆燃料元件（7）放入钻孔装置（1）内，标定机构（2）包括连通裂变裂变气体导出管的标准容器（35）和压力测量装置（33），标准容器（35）为体积已知的容器，标准容器（35）连通裂变气体导出管的管道上设置有阀（32），打开阀（32），然后由真空机组（4）对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置（33）测得的压力P0，并停止抽真空，将阀（32）关闭，然后继续由真空机组（4）对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统抽真空，当由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统的真空度达到一定程度时，记录压力测量装置（33）测得的压力P1，并停止抽真空，打开阀（32），标准容器（35）内气体进入由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统，记录压力测量装置（33）测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统的空腔体积。

8.根据权利要求7所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量工艺，其特征在于，所述的步骤S2包括以下子步骤：

S21、将重水堆燃料元件（7）插入密封座A（8）的孔A，然后由真空机组（4）对钻孔装置（1）内部及通过管道F连接的收集腔和取样瓶（19）内部抽真空，排除收集腔、取样瓶（19）及与收集腔连通的管道内的气体和内壁吸附的气体；

S22、当系统真空度达到技术要求时，开启电钻（12）电源，驱动装置（13）下压电钻（12），电钻（12）的电机轴通过轴（6）带动钻头（5）旋转，高速旋转的钻头（5）随电钻（12）轴向运动到重水堆燃料元件（7）包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件（7）包壳，裂变气体开始释放，裂变气体经气体收集座（9）连接的裂变气体导出管导出；

S23、当钻头（5）达到一定深度，驱动装置（13）限制钻头（5）移动，关闭电钻（12）电源，驱动装置（13）轴向撤出电钻（12），钻头（5）离开重水堆燃料元件（7），裂变气体完全释放出来，裂变气体继续经气体收集座（9）连接的裂变气体导出管导出，钻孔完成；

S24、将步骤S22和步骤S23中由裂变气体导出管导出的裂变气体通过管道B引入收集腔，通过调节阀门，将水银腔内的水银通过管道C注入收集腔内，并使收集腔内的水银将收集腔与其它管道密封隔离，仅使收集腔连通取样瓶（19）和U型水银计（18），继续提升收集腔内水银的液位，将收集腔内的裂变气体压入取样瓶（19），然后关闭管道F上的阀B（30）；

S25、调节阀门，使收集腔内的水银回流至水银腔，使收集腔内水银液位下降，直到收集腔与管道B连通，管道B内的裂变气又进入收集腔，再次执行步骤S24；

S26、重复步骤S24～S25，在取样瓶（19）内得到具有一定压力的裂变气体。

9.根据权利要求8所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量工艺，其特征在于，所述的S3的操作方法为：裂变气体收集完毕后，更换取样瓶（19），同时打开阀（32），密封由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统，由真空机组（4）对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置（33）测得的压力P0，并停止抽真空，将阀（32）关闭，然后继续由真空机组（4）对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统抽真空，当压力测量装置（33）测得的压力为步骤S1记录的P1时，停止抽真空，打开阀（32），标准容器（35）内气体进入由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统，记录压力测量装置（33）测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算重水堆燃料元件（7）内部空腔体积和由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统的体积之和，从而得到重水堆燃料元件（7）内部空腔体积。

10.根据权利要求9所述的重水堆燃料元件裂变气体释放和测量工艺，其特征在于，所述的S3的操作方法为：还包括对步骤S3得到的重水堆燃料元件（7）内部空腔体积进行修正的步骤，具体包括：

A1、通过重水堆燃料元件（7）的设计图册和重水堆燃料元件（7）辐照考验参考资料，预估重水堆燃料元件（7）内部空腔体积范围；

A2、根据预估体积，选用具有至少3种体积差的多个对比密封件，体积差覆盖待测件的预估体积，所述的体积差是指不同对比密封件被密封于钻孔装置（1）内的体积的体积差；

A3、依次将对比密封件（34）密封安装于钻孔装置（1）用于密封安装重水堆燃料元件（7）的安装孔内，在不同压力下分别测量插入密封件时的系统体积，将测量的体积差与体积差的理论计算值比较；其包括以下子步骤；

A31、将对比密封件A装入钻孔装置（1）用于密封安装重水堆燃料元件（7）的安装孔内，保持阀（32）打开，通过真空机组（4）对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统预抽真空，记录用于测量由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统内部压力的压力测量装置（33）测得的压力P0，并停止抽真空，将阀（32）关闭，然后通过真空机组（4）继续对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统抽真空，记录压力测量装置（33）测得的压力P1，并停止抽真空，然后打开阀（32），标准容器（35）内的气体进入由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统，记录压力测量装置（33）测得的压力P2，根据理想气体状态方程，计算由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统的体积；

A32、将与对比密封件A具有体积差的对比密封件B装入钻孔装置（1），打开阀（32），通过真空机组（4）对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统预抽真空，记录压力测量装置（33）测得的压力P0，并停止抽真空，将阀（32）关闭，然后通过真空机组（4）继续对由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统抽真空，当压力测量装置（33）测得的压力为步骤A31记录的P1时，停止抽真空，然后打开阀（32），标准容器（35）内的气体进入由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统，记录压力测量装置（33）测得的压力P3，根据理想气体状态方程，计算由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统的体积；

A33、将S31和S32两次测量的由收集装置（3）、钻孔装置（1）和标定机构（2）构成的封闭管路系统体积差V与体积差的理论计算值比较，并计算测量误差和修正系数K，修正系数K=两密封件体积差理论计算值/测量的系统体积差V，完成一次测量，该修正系数即为与该测量系统体积差V和压力P1相对应的修正系数；然后对各具有不同体积差的两个密封件在多个压力P1下分别进行上述测量，并记录每次测量系统体积差V、压力P1及修正系数K，构成测量数据库；

A4、依据所述测量数据库制作各测量封闭管路系统体积差V相对应的修正系数K-压力P1修正曲线和各压力P1相对应的修正系数K-标定体积V修正曲线；

A5、根据步骤S1记录的压力P1和步骤S3测得的重水堆燃料元件（7）内部空腔体积，在K-P修正曲线或K-V修正曲线上查询修正系数；

A6、计算待测重水堆燃料元件（7）辐照后实际空腔体积，待测重水堆燃料元件（7）辐照后实际空腔体积=K*步骤S3得到的重水堆燃料元件（7）内部空腔体积。