輻射環(huán)境檢測技術新進展

1、 乏燃料包殼完整性檢測技術研究進展一 乏燃料燃耗檢測研究進展二 結(jié)論三匯報目錄CONTENTS一、乏燃料包殼完整性檢測技術研究進展n 乏燃料 又稱輻照核燃料。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th，未燒完的和新生成的易裂變材料239Pu、235U或233U以及核燃料在輻照過程中產(chǎn)生的镎、镅、鋦等超鈾元素，另外還有裂變元素90Sr、137Cs、99Tc等。一、乏燃料包殼完整性檢測技術研究進展n 乏燃料 經(jīng)過冷卻后把有用核素提取出來或把乏燃料直接貯存?，F(xiàn)階段，反應堆反應后的乏燃料一般暫存于專門建設的乏燃料水池中。由于乏燃料中的裂變產(chǎn)物只有極少部分為穩(wěn)定元素外，大多具有極強的/放射性，還有

2、對安全性較為重要的氚。乏燃料會發(fā)出各種極強的射線和中子，并由此伴隨著熱量釋放。此外乏燃料中不少元素還具有相當強的生物毒性。所以，對乏燃料各項參數(shù)的檢測就顯得尤為重要一、乏燃料包殼完整性檢測技術研究進展n 乏燃料包殼完整性檢測 對于乏燃料組件的破損檢測，國際上通用、成熟的方法是通過某手段對乏燃料組件進行取樣，再對樣品進行定性分析，通過分析樣品中是否含有133xe、133mxe、135Xe、 138Xe、85mKr、87Kr、88Kr、13lI、132I、133I、134I、135I、134Cs、137Cs等核素來判斷與之對應乏燃料組件的包殼情況。 中國工程物理研究院核物理與化學研究所一、乏燃料包

3、殼完整性檢測技術研究進展n 乏燃料包殼完整性檢測 中國核動力研究設計院以燃料元件破損后裂變產(chǎn)物向冷卻劑釋放的理論為基礎，開發(fā)了一種通過分析反應堆冷卻劑放射性活度來估計破損燃料元件的數(shù)量、破損尺寸和位置的方法，并用此方法對大亞灣核電站1號機組第2循環(huán)燃料性能進行了評價。并根據(jù)實驗基礎，研發(fā)了一套本破損診斷程序 南華大學核科學技術學院基于活性炭對 85Kr 吸附特性來檢測退役核燃料元件包殼破裂的技術，給出了測量原理及測量系統(tǒng)。方法是通過測量活性炭所吸收的85Kr所放出射線的計數(shù)率的大小，來判斷退役核燃料元件包殼是否破裂，該測量系統(tǒng)對射線的探測效率大于40%，對射線的本底計數(shù)率為0.84 Count

4、s min1。 乏燃料包殼完整性檢測技術研究進展一 乏燃料燃耗檢測研究進展二 結(jié)論三匯報目錄CONTENTS二、乏燃料燃耗檢測研究進展n乏燃料燃耗是指反應堆運行過程中核燃料的消耗程度，消耗掉的燃料數(shù)量。測定乏燃料的燃耗，在核動力的工業(yè)應用、核安全和核燃料的轉(zhuǎn)換方面都具有重要意義。n測量燃耗的主要方法破壞檢測法無損檢測法二、乏燃料燃耗檢測研究進展n破壞法是指將乏燃料元件進行切割和化學方法處理，使它完全溶解。再對所得溶解樣品中的核燃料和裂變產(chǎn)物進行定量分析和同位素分析，便可計算燃耗。n破壞法測定燃耗常采用的方法共沉淀、溶劑萃取、離子交換、蒸餾等化學分離方法，射線的絕對測量和能譜測量，質(zhì)譜、分光光度

5、、X射線熒光等物理和物理化學分析方法二、乏燃料燃耗檢測研究進展n無損檢測法是指不破壞核燃料元件就進行燃耗測定，可以快速地測量大量樣品和燃料元件中燃耗的分布情況。n無損檢測采用的方法測定易裂變核素或所選定的裂變產(chǎn)物的放射性，測定易裂變核素的自發(fā)裂變中子，在中子激活下測定易裂變核素裂變時的瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子，測定輻照核燃料元件的、放射性產(chǎn)生的熱量等。隨著技術的發(fā)展，無損檢測法的精度也不斷的在提高。二、乏燃料燃耗檢測研究進展n美國設計的叉形探測器采用無源中子測量方法和總測量方法?？傆糜跍y量冷卻時間及燃耗的軸向分布，它的特點是設備簡單、穩(wěn)定可靠、測量迅速。無源中子法用于測量燃耗，其特點是對燃耗的測量非

6、常靈敏和準確，代表的是乏燃料組件整體內(nèi)的平均燃耗效應。該方法同樣具有設備簡單、穩(wěn)定可靠的特點。二、乏燃料燃耗檢測研究進展n清華大學HTR-10 燃耗自動測量系統(tǒng)實現(xiàn)了自動燃耗測量?，F(xiàn)場運行結(jié)果表明，該方法邏輯準確、可靠性高，能夠有效避免人為因素造成的誤操作。該系統(tǒng)采用量系統(tǒng)的探測器采用高純鍺(H PGe)譜儀。通過測量134Cs、137Cs等核素的的放射性活度，分析計算出乏燃料的燃耗。n大亞灣核電站總 測量了乏燃料組件燃耗的軸向燃耗分布。用無源中子測量獲得了乏燃料組件的燃耗、總钚含量和總裂變物質(zhì)含量，它們的誤差分別小于1.6%、1.2%和1.8%。采用高分辨測量獲得了乏燃料組件的燃耗和冷卻時間

7、，它們的誤差均小于 5.0%。二、乏燃料燃耗檢測研究進展n中國原子能科學研究院設計并制作一套基于 CdZnTe 探測器的可移動式水下乏燃料燃耗測量裝置，用于監(jiān)測儲存水池中乏燃料組件的燃耗和軸向燃耗分布。該裝置由室溫譜儀系統(tǒng)，超聲測距系統(tǒng)和數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng) 3部分組成。采用CdZnTe探測器代替HPGe在燃耗測量方面具有一定優(yōu)勢，CdZnTe 探測器體積小，不需要液氮冷卻，可與較輕便的準直屏蔽器組成便攜式測量裝置。 乏燃料包殼完整性檢測技術研究進展一 乏燃料燃耗檢測研究進展二結(jié)論三匯報目錄CONTENTSn 通過對反應堆乏燃料檢測技術進行調(diào)研和學習，經(jīng)過分析總結(jié)，結(jié)論如下： 現(xiàn)階段國內(nèi)外對反應堆

8、乏燃料的測量主要集中在測量其燃耗和破損儀器、設備的研究。對其乏燃料某些參數(shù)檢測的研究相對較弱，例如釋氚、釋熱、生物毒性等參數(shù)的檢測等。 對乏燃料的檢測目前主要通過遠距離無損檢測輔助計算機計算等方式進行。新的形式的測量儀器設備和測量原理有待進一步的研究和開發(fā)。 國內(nèi)檢測儀器主要依靠進口為主，自主研發(fā)具有較大的必要性。三、結(jié)論參考文獻1BENDER S, HEIDRICH B, NL K. Compton suppressed LaBr3 detection system for use in nondestructive spent fuel assay J. Nuclear Instrumen

9、ts and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 0): 2蘇容波, 夏文友, 吳中義等. 水下干式儲存取樣的乏燃料破損檢測技術 J. 原子核物理評論, 2012, 29(4): 384-7.3ROSSA R, BORELLA A, VAN DER MEER K. Investigation of the Self-Interrogation Neutron Resonance Densitometry applied to

10、 spent fuel using Monte Carlo simulations J. Annals of Nuclear Energy, 2015, 75(0): 176-83.4蘇容波, 黃憲果, 涂俊等. 反應堆乏燃料組件的破損檢測 J. 輻射防護, 2010, 06): 379-82+96.5李蘭, 楊洪潤. 壓水堆核電廠燃料元件破損診斷方法 J. 核動力工程, 2008, 04): 135-9.6屈國普, 凌球, 郭蘭英等. 一種用于退役核燃料元件包殼的破裂檢測技術 J. 核技術, 2005, 06): 476-8.7董明理, 盧文廣, 劉國良等. 核電站乏燃料組件燃耗測量系統(tǒng)的改

11、進和大亞灣乏燃料組件燃耗測量 J. 中國原子能科學研究院年報, 2005, 00): 205-6.8金惠民，劉大鳴. 動力堆乏燃料組件燃耗的非破壞性分析 J. 原子能科學技術, 1996, 02): 185-92.9朱榮保, 王時舉, 楊留成等. 用直接能譜法破壞性測定核反應堆輻照燃料燃耗 J. 核科學與工程, 1983, 04): 330-7+29+8.10鄭玉來, 李建華, 趙永剛等. 蒙特卡羅方法在CZT探測器測量乏燃料組件燃耗中的應用 J. 原子能科學技術, 2012, 11): 1368-71.11李桃生, 方棟. 核燃料的燃耗測量方法綜述 J. 核電子學與探測技術, 2005, 0

12、6): 286-91.12MING-LI D, WEN-GUANG L, GUO-LIANG1 L, et al. Improvements on Nuclear Power Plant Burnup Measurement System and Burnup Measurements of Daya Bay Spent Fuel Assemblies J. Annual Report for China Institute of Atomic Energy, 2005, 00): 13董明理, 劉大鳴, 佟伯庭. 燃耗信用的應用及核實燃耗的測量技術 J. 原子能科學技術, 1999, 01): 92-7.14李桃生, 方棟, 李紅等. 10MW高溫氣冷堆的燃耗測量研究 J. 核電子學與探測技術, 2006, 02): 129-31+36.15馬濤, 胡守印, 梁錫華, et al. HTR-10燃耗自動測量系統(tǒng) J. 核動力工程, 2007, 03): 56-60.16唐春和