高温气冷反应堆中燃耗测量方法研究和原型研制

发布时间：2025-06-24 06:10

　　作为球床模块式反应堆中燃料元件循环的重要组成部分，燃耗测量系统必须对连续排出堆芯的燃料球进行非破坏性在线测量，以确定是作为乏燃料球退出循环，还是将其返回堆芯。 ¹³⁷Cs的活度和燃耗值存在很好的单调对应关系，因此高温气冷堆核电站示范工程将利用高纯锗探测器测量燃料球中¹³⁷Cs的活度，进而根据燃耗计算曲线确定其燃耗值。在10兆瓦高温气冷试验堆等以前的高温气冷堆上也曾运行过类似的系统，但是在高温气冷堆核电站示范工程中由于冷却时间和测量时间更短，情况更为复杂，具体表现在能谱成分非常复杂，且本底活度很大，必须重新审视其可行性。本文取得的研究结果如下：首先优化了高纯锗谱仪的工作参数，使之能在强本底下仍能有很好的能量分辨率，从而能将¹³⁷Cs的全能峰从其周围的干扰峰中分辨出来，同时也确定了准直器及屏蔽体等的设计。接着，用⁶⁰Co和¹³⁷Cs源分别模拟反应堆运行时真实情况下的本底和全能峰计数率，利用实验谱优化了谱分析的算法和参数，最终对具有典型深燃耗值的燃料球中¹³⁷

【文章页数】：100 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1四代核能系统发展路线图

可将其分为四代[1,2]，如图1.1所示。第一代是19世纪50年代至60年代开发的原型堆，现在已都不再运转。第二代是1970年左右开始建设的大型商用核电站，目前绝大多数仍属于这一代。较新的第三代（三代+）正在兴建中，包括国内在建的AP1000机组。图1.1....

图1.3137Cs裂变核素的同位素链图

下面先给出一个简化的计算方法。137Cs裂变核素的同位素链图见图1.3[32,33]。由图1.3可以看出，137Cs的来源图1.3137Cs裂变核素的同位素链图包括直接裂变、其它核素的衰变和同位素的中子吸收，由于137Xe的产额相对较大，并且其半衰期比较短，而136Cs....

图1.4不同燃耗和不同冷却时间下燃料球的总γ射线发射率，冷却时间增加会降低总发射率

设计了一套类似的系统，燃料球衰变冷却100小时，测量时间平均每球29秒。与此相比HTR-PM中冷却时间更短，只有50小时，单球平均测量时间只有20秒。由图1.4可看出，冷却时间缩短会造成很强的本底干扰。国内也较早开始了通过测量燃料元件中裂变产物浓度来确定燃料燃....

图1.5不同冷却时间下137Cs峰附近的能谱（模拟结果），随着冷却时间的增加，干扰峰的影响越来越小

137Cs峰周围的短寿命裂变产物的干扰峰已经不存在了，给解谱带来了很大的便利，图1.5显示了不同冷却时间下137Cs的662keV能区的谱分布，可以看到随着冷却时间的增加，干扰峰的影响越来越小。其次，HTR-10满功率运行时，每天排出球125个，使得系统可获得相当长....

本文编号：4052604