一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，包括：缓发中子探测单元，实时监测并获取缓发中子注量率数据；特征裂变核素探测单元，实时监测并获取特征裂变核素放射性活度数据；后端数据集中处理单元具有自动报警功能和输出评价结论报告的功能，接收缓发中子注量率数据和特征裂变核素放射性活度数据，将其与预设的对应阀值进行比较并给出比较结论。该在线监测系统实现了铅铋堆燃料完整性评价的自动化与实时化；通过缓发中子探测单元和特征裂变核素探测单元同时监测获取数据，并经数据集中处理单元校验，大大提升了铅铋堆燃料在线完整性评价的可靠性；还可用于指导停堆后的啜漏试验。

Online monitoring system and method for shell integrity of fuel element of lead bismuth reactor

The invention provides an on-line monitoring system for cladding integrity of lead-bismuth reactor fuel element, which comprises a delayed neutron detection unit for real-time monitoring and acquisition of delayed neutron fluence rate data, a characteristic fission nuclide detection unit for real-time monitoring and acquisition of characteristic fission nuclide radioactivity data, and a back-end data centralized processing unit for acquiring characteristic fission nuclide radioactivity data. The automatic alarm function and the output evaluation conclusion report function receive the delayed neutron fluence rate data and the characteristic fission nuclide radioactivity data, and compare them with the preset corresponding threshold and give the comparison conclusion. The on-line monitoring system realizes the automation and real-time evaluation of lead-bismuth reactor fuel integrity; the reliability of on-line evaluation of lead-bismuth reactor fuel integrity is greatly improved by simultaneous monitoring and acquisition of data by delayed neutron detection unit and characteristic fission nuclide detection unit, and checked by data centralized processing unit. Sipping test after pilot shutdown.

【技术实现步骤摘要】
一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统及方法
本专利技术涉及反应堆泄漏监测
，尤其涉及一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统及方法。
技术介绍
燃料元件包壳是核电站四道安全屏障中的第二道，承担包容燃料芯块裂变产物的任务。如果燃料元件包壳破损，裂变产物将通过破口释放到一回路冷却剂中，对核电厂的安全运行产生潜在影响。在运行中及时准确地判断出燃料元件包壳是否破损，破口尺寸以及破损位置对核电厂的安全运行与经济运行具有重大贡献。燃料元件包壳发生破损并停堆后，必须对燃料棒包壳进行啜漏实验，找到包壳破损的燃料组件并更换。如果在啜漏实验前能确定出燃料元件包壳破损情况及其所处的位置，就能够为啜漏实验给出指导性的建议，可以为啜漏实验节省时间，从而缩短停堆时间。这对核电机组的安全经济运行有着重要的意义。目前国内在役核电站均为压水堆堆型，对燃料元件包壳破损监测的办法有总γ放射性活度在线监测法、定期取样法、停堆啜漏试验：1、总γ放射性活度在线监测法：这是一种对一回路水中的多种核素的总放射性进行在线连续监测的方法，如果燃料元件包壳发生破损，所监测到的总γ活度会有明显升高。这种方法的优点是可以对一回路冷却剂的放射性活度连续地进行监测。2、定期取样法（人工化学取样）：这是一种定期对一回路冷却剂进行取样并对样品进行放射性分析的方法，是目前我国核电厂最常用的方法。3、停堆啜漏试验：这种方法是在停堆卸料期间，分为在线定性分析和离线定量分析两种。在线定性啜漏试验是对辐照后的燃料组件进行破损泄露探测，当燃料组件升至可伸缩套筒后，通过γ探测器测量Xe-133活度以判断燃料元件包壳是否存在破损。离线定量啜漏试验针对在线定性检测确定为有破损的燃料组件才用这种方法进行定量分析，这种方法利用提高燃料组件周围流体的温度使燃料棒内裂变气体压力升高，裂变气体（如Xe-133）将加速向外逸出以便于探测。该方法可以定量的判断出燃料元件包壳破口的大小。以上三种方法分别存在以下的技术缺陷：总γ放射性活度在线监测法的诊断原理受限较大，诊断结果准确性差，而且容易出现误诊断的现象；该方法以半经验公式进行结果判断而非机理性计算给出诊断结果，无法准确判断出破口的尺寸和燃料消耗量。定期取样法需要人工到现场亲自取样，增加了人员意外受照风险，而且加入了人为判断因素大大增加了诊断结果的不确定性；其次该方法无法实现连续监测，不能及时发现破损，易导致隐患存留时间过长。停堆啜漏试验需要停堆开盖以后才能进行，且极为耗时，易延长停堆时间。为此，急需寻求一种方法既可连接监测燃料元件包壳完整性又可客观分析给出诊断结果。然而燃料元件包壳在出现破损后，由于包壳破口的大小、尺寸不同，各特征核素（87Br、137I、惰性气体和铯等）的物理化学性质不同，从破口释放出的特征核素的量也不同；同时与压水堆不同的是，各特征核素与铅铋冷却剂还会发生各自的化学反应，其迁移规律与压水堆截然不同。我们的研究方向即可基于特征裂变核素和特征缓发中子放射性来分析燃料元件包壳的完整性，实现在线监测功能和机理性计算给出诊断结果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统及方法，改善现有监测系统或方法无法实现连续监测且诊断结论非机理性的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，其可包括：缓发中子探测单元，实时监测并获取缓发中子注量率数据；特征裂变核素探测单元，实时监测并获取特征裂变核素放射性活度数据；后端数据集中处理单元，接收所述获取到缓发中子注量率数据和特征裂变核素放射性活度数据，将其与预设的对应阀值进行比较并给出比较结论；所述后端数据集中处理单元具有自动报警功能和输出评价结论报告的功能。在可选的实施例中，所述铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统用于监测加速器驱动次临界快中子反应堆。在可选的实施例中，所述缓发中子探测单元根据铅铋堆特点安装于铅铋堆的堆坑外侧。在可选的实施例中，所述缓发中子探测单元内配置有带准直器的3He探头。在可选的实施例中，所述带准直器的3He探头对准于铅铋工艺系统的垂直向管段。在可选的实施例中，所述缓发中子探测单元的数据处理模块对所述缓发中子注量率数据进行中子场本底干扰去除。在可选的实施例中，所述特征裂变核素探测单元安装于铅铋堆堆顶的防护罩排风管线处。在可选的实施例中，所述特征裂变核素探测单元内配置有高纯锗伽马谱仪探测器。在可选的实施例中，所述特征裂变核素包括惰性气体、碘以及铯元素。在可选的实施例中，所述后端数据集中处理单元，具有数据处理、分析和对比功能。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测方法，其步骤包括：步骤1、所述缓发中子探测单元实时获取所述缓发中子注量率数据；所述特征裂变核素探测单元实时获取所述特征裂变核素的放射性活度数据；步骤2、所述缓发中子探测单元对获取到的所述缓发中子注量率数据进行中子场本底干扰去除；步骤3、所述后端数据集中处理单元根据实时获取到的所述缓发中子注量率数据与预设的阀值进行对比，判定所述铅铋堆燃料元件包壳是否破损并给出结论一；所述后端数据集中处理单元根据实时获取到的所述特征裂变核素的放射性活度数据与预设的阀值进行对比，判定所述铅铋堆燃料元件包壳是否破损并给出结论二；步骤4、所述结论一与所述结论二均为破损时，所述后端数据集中处理单元自动报警并向主控室输出带有各项具体数据的评价结论报告；所述结论一与所述结论二中只有一个为破损时，所述后端数据集中处理单元返回信息至人工接入入口要求进行人工验证工作；所述结论一与所述结论二均为不破损时，所述在线监测系统无报告输出并继续监测工作。综上可知，本专利技术实施例的有益效果在于：在对核反应堆泄漏监测方面，实现了铅铋堆燃料完整性评价的自动化与实时化；通过缓发中子探测单元和特征裂变核素探测单元同时监测获取数据，并经数据集中处理单元校验，大大提升了铅铋堆燃料在线完整性评价的可靠性；还可用于指导停堆后的啜漏试验。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术应用于铅铋冷却反应堆的一些实施例，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是本专利技术一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统的一个实施例的功能结构示意图。图2是本专利技术一种铅铋堆燃料元件包壳完整性监测方法的一个实施例的流程图。具体实施方式以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本专利技术可以用以实施的特定实施例。本专利技术的实施例提供一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，用于监测加速器驱动次临界快中子反应堆。本实施例以使用该在线监测系统监测加速器驱动次临界快中子反应堆为例，进一步阐述该系统的功能和工作方式。加速器驱动次临界快中子反应堆以铅铋合金为冷却剂，一回路冷却剂系统主要由主容器、堆内构件、主泵、主换热器及主管组成。燃料组件采用4.95%235U富集度正六边形组件，包壳材料类型为15-15Ti，燃料芯块与包壳间隙填充氦气。监测该反应堆的在线监测系统如图1所示，包括以下功能单元：缓发中子探测单元1，根据铅铋堆特点安装于铅铋堆的堆坑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，用于铅铋冷却反应堆的燃料元件破损与泄漏监控，其特征在于，包括：缓发中子探测单元，实时监测并获取缓发中子注量率数据；特征裂变核素探测单元，实时监测并获取特征裂变核素放射性活度数据；后端数据集中处理单元，接收所述获取到缓发中子注量率数据和特征裂变核素放射性活度数据，将其与预设的对应阀值进行比较并给出比较结论；所述后端数据集中处理单元具有自动报警功能和输出评价结论报告的功能。

【技术特征摘要】
1.一种铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，用于铅铋冷却反应堆的燃料元件破损与泄漏监控，其特征在于，包括：缓发中子探测单元，实时监测并获取缓发中子注量率数据；特征裂变核素探测单元，实时监测并获取特征裂变核素放射性活度数据；后端数据集中处理单元，接收所述获取到缓发中子注量率数据和特征裂变核素放射性活度数据，将其与预设的对应阀值进行比较并给出比较结论；所述后端数据集中处理单元具有自动报警功能和输出评价结论报告的功能。2.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，其特征在于，所述铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统用于监测加速器驱动次临界快中子反应堆。3.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，其特征在于，所述缓发中子探测单元根据铅铋堆特点安装于铅铋堆的堆坑外侧。4.根据权利要求3所述的铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，其特征在于，所述缓发中子探测单元内配置有带准直器的3He探头。5.根据权利要求4所述的铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，其特征在于，所述带准直器的3He探头对准于铅铋工艺系统的垂直向管段。6.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，其特征在于，所述缓发中子探测单元的数据处理模块对所述缓发中子注量率数据进行中子场本底干扰去除。7.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料元件包壳完整性在线监测系统，其特征在于，所述特征裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，刘春雨，单陈瑜，刘夏杰，吕永红，谢文章，蒋丹枫，林有奇，周志伟，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，岭东核电有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44