一種核電站燃料元件包殼破損監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核電站燃料元件包殼完整性監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核電站燃料 元件包殼破損監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃料元件包殼擔(dān)負(fù)著包容燃料芯塊裂變產(chǎn)物的任務(wù)。如果燃料元件包殼破損，裂 變產(chǎn)物將通過(guò)破口釋放到一回路冷卻劑中，對(duì)核電廠的安全運(yùn)行產(chǎn)生潛在影響。在運(yùn)行中 及時(shí)準(zhǔn)確地判斷出燃料元件包殼是否破損，破口尺寸以及破損位置對(duì)核電廠的安全運(yùn)行與 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大貢獻(xiàn)。
[0003] 現(xiàn)有的核電廠對(duì)燃料元件包殼破損監(jiān)測(cè)的辦法主要包括：總Y (射線）在線監(jiān)測(cè) 法、核取樣系統(tǒng)定期取樣法和啜漏試驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法。這些方法既有可取之處，也存在一定的 弊端，具體說(shuō)明如下：
[0004] 1)對(duì)于現(xiàn)有的"總y (射線）在線監(jiān)測(cè)法"，其在一回路水中進(jìn)行y總放射性活 度測(cè)量，這是一種對(duì)一回路水中的多種核素的總放射性進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的方法，如果燃 料元件包殼發(fā)生破損，所監(jiān)測(cè)到的總Y活度會(huì)有明顯升高。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)一回 路冷卻劑的放射性活度連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是，這種方法并不能對(duì)燃料元件包殼破損進(jìn)行 較為詳細(xì)的在線分析，無(wú)法判斷燃料元件破損的大小及燃耗情況，且容易受到活化及腐蝕 產(chǎn)物的干擾而發(fā)生誤報(bào)。
[0005] 2)對(duì)于現(xiàn)有的"核取樣系統(tǒng)定期取樣法"，這是一種定期對(duì)一回路冷卻劑進(jìn)行取樣 并對(duì)樣品進(jìn)行放射性分析的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)樣品的分析較為細(xì)致、準(zhǔn)確。這種方法的缺 點(diǎn)是無(wú)法連續(xù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，由于取樣和對(duì)樣品的實(shí)驗(yàn)分析需要一定的時(shí)間，受到樣品中 核素衰變的影響，這種方法容易造成對(duì)破口的判斷不夠及時(shí)；同時(shí)增加了人為因素的介入， 增加結(jié)果的不確定性，并且增加了核電廠集體劑量和人員意外受照風(fēng)險(xiǎn)。
[0006] 3)對(duì)于現(xiàn)有的"啜漏試驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法"，這種方法是在停堆卸料期間，分為在線定 性分析和離線定量分析兩種。在線定性啜漏試驗(yàn)是對(duì)輻照后的燃料組件進(jìn)行破損泄露探 測(cè)，當(dāng)燃料組件升至可伸縮套筒后，通過(guò)Y探測(cè)器測(cè)量Xe-133活度以判斷燃料元件包殼是 否存在破損。離線定量啜漏試驗(yàn)針對(duì)在線定性檢測(cè)確定為有破損的燃料組件時(shí)進(jìn)行定量分 析，這種方法利用提高燃料組件周圍流體的溫度使燃料棒內(nèi)裂變氣體壓力升高，裂變氣體 (如Xe-133)將加速向外逸出以便于探測(cè)。該方法可以定量的判斷出燃料元件包殼破口的 大小。但是，這種方法并非真正的在線監(jiān)測(cè)，必須要停堆開蓋以后才能進(jìn)行，且極為耗時(shí)，可 能會(huì)延長(zhǎng)停堆時(shí)間，對(duì)核電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是非常不利。
[0007] 可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中存在不能在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，或不能準(zhǔn)確診斷燃料元件包殼破損形 狀等缺陷的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的，不能在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，或不能準(zhǔn)確診斷燃料元件包 殼破損形狀等缺陷的技術(shù)問(wèn)題，提供一種核電站燃料元件包殼破損監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 了在核電站運(yùn)行期間，在線連續(xù)監(jiān)測(cè)和診斷燃料元件包殼是否破損及其破損的性狀、燃耗 區(qū)域位置等，能夠顯著提高核電站運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
[0009] -方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種核電站燃料元件包殼破損監(jiān)測(cè)方法，用于在核 電站燃料元件包殼發(fā)生破損時(shí)，監(jiān)測(cè)并診斷燃料元件包殼破損根數(shù)、破損尺寸和破損組件 燃耗區(qū)域，所述監(jiān)測(cè)方法包括步驟：
[0010] S1、在線監(jiān)測(cè)獲取堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和一回路冷卻劑中特征核素的放射性活度濃 度數(shù)據(jù)；
[0011] S2、基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)， 以及所述包殼破損的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行N次循環(huán)迭代計(jì)算獲得所述包殼破損的第N組實(shí)際診 斷數(shù)據(jù)；
[0012] S3、在所述第N組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)與第N-1次循環(huán)迭代計(jì)算獲得的第N-1組實(shí)際診 斷數(shù)據(jù)趨于收斂且收斂系數(shù)小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定所述第N組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)為最終監(jiān)測(cè) 診斷結(jié)果；
[0013] 其中，N為大于等于1的整數(shù)，所述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體為在對(duì)所述包殼破損進(jìn)行停堆檢 查時(shí)獲得的包殼破損根數(shù)和破損尺寸的經(jīng)驗(yàn)值。
[0014] 可選的，所述步驟S2中第一次循環(huán)迭代包括子步驟：
[0015] S21、基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)， 以及所述包殼破損的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的包殼破損根數(shù)和破損尺寸的經(jīng)驗(yàn)值，進(jìn)行第一次循環(huán)迭 代計(jì)算獲取包殼破損組件燃耗區(qū)域的第一值；
[0016] S22、基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)， 以及所述包殼破損的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的包殼破損尺寸的經(jīng)驗(yàn)值和所述包殼破損組件燃耗區(qū)域 的第一值，進(jìn)行第一次循環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼破損根數(shù)的第一值；
[0017] S23、基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)， 以及所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第一值和所述包殼破損根數(shù)的第一值，進(jìn)行第一次循環(huán) 迭代計(jì)算獲取包殼破損尺寸的第一值；
[0018] 其中，所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第一值、所述包殼破損根數(shù)的第一值和所述 包殼破損尺寸的第一值構(gòu)成第一組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)。
[0019] 可選的，在進(jìn)行第N-1次所述循環(huán)迭代計(jì)算后獲得的第N-1組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)，包括 所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第N-1值、所述包殼破損根數(shù)的第N-1值和所述包殼破損尺 寸的第N-1值；所述步驟S2中第N次循環(huán)迭代包括子步驟：
[0020] S24、基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)， 以及所述第N-1組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)中的包殼破損根數(shù)和破損尺寸的第N-1值，進(jìn)行第N次循 環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼破損組件燃耗區(qū)域的第N值；
[0021] S25、基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)， 以及所述第N-1組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)中的包殼破損尺寸的第N-1值和所述包殼破損組件燃耗區(qū) 域的第N值，進(jìn)行第N次循環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼破損根數(shù)的第N值；
[0022] S26、基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)， 以及所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第N值和所述包殼破損根數(shù)的第N值，進(jìn)行第N次循環(huán) 迭代計(jì)算獲取包殼破損尺寸的第N值；
[0023] 其中，所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第N值、所述包殼破損根數(shù)的第N值和所述包 殼破損尺寸的第N值構(gòu)成所述第N組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)。
[0024] 可選的，所述特征核素包含第一銫的同位素和第二銫的同位素，所述步驟S24具 體為：
[0025] 基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和堆芯運(yùn)行時(shí)所述第一銫的同位素和所 述第二銫的同位素分別在一回路冷卻劑中的放射性活度濃度的比值，以及所述第N-1組實(shí) 際診斷數(shù)據(jù)中的包殼破損根數(shù)和破損尺寸的第N-1值，進(jìn)行第N次循環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼 破損組件燃耗區(qū)域的第N值。
[0026] 可選的，所述特征核素包含第一惰性氣體和第一碘的同位素，所述步驟S25具體 為：
[0027] 基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，第一惰性氣體和第一碘的同位素的物理 化學(xué)性質(zhì)和在堆芯中的積存量，以及所述第N-1組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)中的包殼破損尺寸的第 N-1值和所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第N值，進(jìn)行第N次循環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼破損根數(shù) 的第N值。
[0028] 可選的，所述特征核素包含第二惰性氣體和第二碘的同位素，所述步驟S26具體 為：
[0029] 基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，第二惰性氣體和第二碘的同位素在堆芯 的泄露系數(shù)，第二碘的同位素的半衰期，以及所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第N值和所述 包殼破損根數(shù)的第N值，進(jìn)行第N次循環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼破損尺寸的第N值。
[0030]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種核電站燃料元件包殼破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于 在核電站燃料元件包殼發(fā)生破損時(shí)，監(jiān)測(cè)并診斷燃料元件包殼破損根數(shù)、破損尺寸和破損 組件燃耗區(qū)域，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：
[0031] 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于在線監(jiān)測(cè)獲取堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和一回路冷卻劑中特征核素 的放射性活度濃度數(shù)據(jù)；
[0032] 實(shí)際診斷數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，用于基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素 的放射性活度濃度數(shù)據(jù)，以及所述包殼破損的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行N次循環(huán)迭代計(jì)算獲得所述 包殼破損的第N組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)；
[0033] 監(jiān)測(cè)診斷結(jié)果確定模塊，用于在所述第N組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)與第N-1次循環(huán)迭代計(jì) 算獲得的第N-1組實(shí)際診斷數(shù)據(jù)趨于收斂且收斂系數(shù)小于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，確定所述第N組 實(shí)際診斷數(shù)據(jù)為最終監(jiān)測(cè)診斷結(jié)果；
[0034] 其中，N為大于等于1的整數(shù)，所述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體為在對(duì)所述包殼破損進(jìn)行停堆檢 查時(shí)獲得的包殼破損根數(shù)和破損尺寸的經(jīng)驗(yàn)值。
[0035] 可選的，所述實(shí)際診斷數(shù)據(jù)計(jì)算模塊包括：
[0036] 第一包殼破損組件燃耗區(qū)域?qū)嶋H值計(jì)算單元，用于基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行 狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)，以及所述包殼破損的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的包殼破損 根數(shù)和破損尺寸的經(jīng)驗(yàn)值，進(jìn)行第一次循環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼破損組件燃耗區(qū)域的第一 值；
[0037] 第一包殼破損根數(shù)實(shí)際值計(jì)算單元，用于基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù) 和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)，以及所述包殼破損的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的包殼破損尺寸的經(jīng) 驗(yàn)值和所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第一值，進(jìn)行第一次循環(huán)迭代計(jì)算獲取包殼破損根數(shù) 的第一值；
[0038] 第一包殼破損尺寸實(shí)際值計(jì)算單元，用于基于在線監(jiān)測(cè)獲取的堆芯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù) 和特征核素的放射性活度濃度數(shù)據(jù)，以及所述包殼破損組件燃耗區(qū)域的第一值和所述包殼 破損