辐射环境检测技术新进展

1、 乏燃料包壳完整性检测技术研究进展一 乏燃料燃耗检测研究进展二 结论三汇报目录CONTENTS一、乏燃料包壳完整性检测技术研究进展n 乏燃料 又称辐照核燃料。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th，未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U或233U以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素，另外还有裂变元素90Sr、137Cs、99Tc等。一、乏燃料包壳完整性检测技术研究进展n 乏燃料 经过冷却后把有用核素提取出来或把乏燃料直接贮存。现阶段，反应堆反应后的乏燃料一般暂存于专门建设的乏燃料水池中。由于乏燃料中的裂变产物只有极少部分为稳定元素外，大多具有极强的/放射性，还有

2、对安全性较为重要的氚。乏燃料会发出各种极强的射线和中子，并由此伴随着热量释放。此外乏燃料中不少元素还具有相当强的生物毒性。所以，对乏燃料各项参数的检测就显得尤为重要一、乏燃料包壳完整性检测技术研究进展n 乏燃料包壳完整性检测 对于乏燃料组件的破损检测，国际上通用、成熟的方法是通过某手段对乏燃料组件进行取样，再对样品进行定性分析，通过分析样品中是否含有133xe、133mxe、135Xe、 138Xe、85mKr、87Kr、88Kr、13lI、132I、133I、134I、135I、134Cs、137Cs等核素来判断与之对应乏燃料组件的包壳情况。 中国工程物理研究院核物理与化学研究所一、乏燃料包

3、壳完整性检测技术研究进展n 乏燃料包壳完整性检测 中国核动力研究设计院以燃料元件破损后裂变产物向冷却剂释放的理论为基础，开发了一种通过分析反应堆冷却剂放射性活度来估计破损燃料元件的数量、破损尺寸和位置的方法，并用此方法对大亚湾核电站1号机组第2循环燃料性能进行了评价。并根据实验基础，研发了一套本破损诊断程序 南华大学核科学技术学院基于活性炭对 85Kr 吸附特性来检测退役核燃料元件包壳破裂的技术，给出了测量原理及测量系统。方法是通过测量活性炭所吸收的85Kr所放出射线的计数率的大小，来判断退役核燃料元件包壳是否破裂，该测量系统对射线的探测效率大于40%，对射线的本底计数率为0.84 Count

4、s min1。 乏燃料包壳完整性检测技术研究进展一 乏燃料燃耗检测研究进展二 结论三汇报目录CONTENTS二、乏燃料燃耗检测研究进展n乏燃料燃耗是指反应堆运行过程中核燃料的消耗程度，消耗掉的燃料数量。测定乏燃料的燃耗，在核动力的工业应用、核安全和核燃料的转换方面都具有重要意义。n测量燃耗的主要方法破坏检测法无损检测法二、乏燃料燃耗检测研究进展n破坏法是指将乏燃料元件进行切割和化学方法处理，使它完全溶解。再对所得溶解样品中的核燃料和裂变产物进行定量分析和同位素分析，便可计算燃耗。n破坏法测定燃耗常采用的方法共沉淀、溶剂萃取、离子交换、蒸馏等化学分离方法，射线的绝对测量和能谱测量，质谱、分光光度

5、、X射线荧光等物理和物理化学分析方法二、乏燃料燃耗检测研究进展n无损检测法是指不破坏核燃料元件就进行燃耗测定，可以快速地测量大量样品和燃料元件中燃耗的分布情况。n无损检测采用的方法测定易裂变核素或所选定的裂变产物的放射性，测定易裂变核素的自发裂变中子，在中子激活下测定易裂变核素裂变时的瞬发中子和缓发中子，测定辐照核燃料元件的、放射性产生的热量等。随着技术的发展，无损检测法的精度也不断的在提高。二、乏燃料燃耗检测研究进展n美国设计的叉形探测器采用无源中子测量方法和总测量方法。总用于测量冷却时间及燃耗的轴向分布，它的特点是设备简单、稳定可靠、测量迅速。无源中子法用于测量燃耗，其特点是对燃耗的测量非

6、常灵敏和准确，代表的是乏燃料组件整体内的平均燃耗效应。该方法同样具有设备简单、稳定可靠的特点。二、乏燃料燃耗检测研究进展n清华大学HTR-10 燃耗自动测量系统实现了自动燃耗测量。现场运行结果表明，该方法逻辑准确、可靠性高，能够有效避免人为因素造成的误操作。该系统采用量系统的探测器采用高纯锗(H PGe)谱仪。通过测量134Cs、137Cs等核素的的放射性活度，分析计算出乏燃料的燃耗。n大亚湾核电站总 测量了乏燃料组件燃耗的轴向燃耗分布。用无源中子测量获得了乏燃料组件的燃耗、总钚含量和总裂变物质含量，它们的误差分别小于1.6%、1.2%和1.8%。采用高分辨测量获得了乏燃料组件的燃耗和冷却时间

7、，它们的误差均小于 5.0%。二、乏燃料燃耗检测研究进展n中国原子能科学研究院设计并制作一套基于 CdZnTe 探测器的可移动式水下乏燃料燃耗测量装置，用于监测储存水池中乏燃料组件的燃耗和轴向燃耗分布。该装置由室温谱仪系统，超声测距系统和数据无线传输系统 3部分组成。采用CdZnTe探测器代替HPGe在燃耗测量方面具有一定优势，CdZnTe 探测器体积小，不需要液氮冷却，可与较轻便的准直屏蔽器组成便携式测量装置。 乏燃料包壳完整性检测技术研究进展一 乏燃料燃耗检测研究进展二结论三汇报目录CONTENTSn 通过对反应堆乏燃料检测技术进行调研和学习，经过分析总结，结论如下： 现阶段国内外对反应堆

8、乏燃料的测量主要集中在测量其燃耗和破损仪器、设备的研究。对其乏燃料某些参数检测的研究相对较弱，例如释氚、释热、生物毒性等参数的检测等。 对乏燃料的检测目前主要通过远距离无损检测辅助计算机计算等方式进行。新的形式的测量仪器设备和测量原理有待进一步的研究和开发。 国内检测仪器主要依靠进口为主，自主研发具有较大的必要性。三、结论参考文献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苏容波, 夏文友, 吴中义等. 水下干式储存取样的乏燃料破损检测技术 J. 原子核物理评论, 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苏容波, 黄宪果, 涂俊等. 反应堆乏燃料组件的破损检测 J. 辐射防护, 2010, 06): 379-82+96.5李兰, 杨洪润. 压水堆核电厂燃料元件破损诊断方法 J. 核动力工程, 2008, 04): 135-9.6屈国普, 凌球, 郭兰英等. 一种用于退役核燃料元件包壳的破裂检测技术 J. 核技术, 2005, 06): 476-8.7董明理, 卢文广, 刘国良等. 核电站乏燃料组件燃耗测量系统的改

11、进和大亚湾乏燃料组件燃耗测量 J. 中国原子能科学研究院年报, 2005, 00): 205-6.8金惠民，刘大鸣. 动力堆乏燃料组件燃耗的非破坏性分析 J. 原子能科学技术, 1996, 02): 185-92.9朱荣保, 王时举, 杨留成等. 用直接能谱法破坏性测定核反应堆辐照燃料燃耗 J. 核科学与工程, 1983, 04): 330-7+29+8.10郑玉来, 李建华, 赵永刚等. 蒙特卡罗方法在CZT探测器测量乏燃料组件燃耗中的应用 J. 原子能科学技术, 2012, 11): 1368-71.11李桃生, 方栋. 核燃料的燃耗测量方法综述 J. 核电子学与探测技术, 2005, 0

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