轻水堆核电站燃料棒破损性状分析程序的开发

论文摘要

轻水堆核电站燃料棒一旦发生破损，燃料中的放射性裂变产物就会释放到一回路的冷却剂中，会给核电站的安全性和经济性以及公众健康造成不良影响，所以燃料包壳的破损问题是国际上一个重要的研究课题。传统的燃料棒破损探测采用人工化学取样的分析方法，即定期抽取一回路的冷却水并测量冷却水中放射性裂变产物的γ活度来判断堆内燃料包壳是否破损。由于取样时间间隔大，不能及时发现堆内元件的破损和连续检测破损的发展状况，因此，发展燃料棒破损在线探测系统则能够克服传统化学取样方法的不足，实现对堆内燃料元件的连续监测，尽早为运行人员提供堆内元件的破损情况以及破损的严重程度，从而采取必要的措施，将经济损失降低到最低限度。上个世纪80—90年代，国际上对核电站燃料元件破损问题展开了广泛的研究，特别是90年代以来，研制成功燃料元件破损在线探测系统及相应的燃料棒破损性状分析程序，并在核电站进行了试用，证明了其相对于传统取样测试方法的优越性。本工作在汲取国内外近年研究经验的基础上，研制出核电站燃料棒破损在线探测系统FDDS-1（Fuel Damage Detecting System—version 1）。该系统在国内属首次研制。FDDS-1由两部分组成，其一为硬件部分，即由γ探头、γ谱仪、γ探头冷却器和微机组成的探测仪器，第二部分即破损燃料元件性状分析程序。这两部分由接口软件MONITOR连接起来。本文的工作重点是开发燃料棒破损性状分析程序。燃料棒破损性状分析程序是燃料元件破损在线探测系统的关键环节，本文所开发的FUDAC-1程序，汲取了国际上的经验和最新发展成果，其热工水力模型可考虑堆内瞬态过程，整体模型考虑了破损燃料棒的特点。该程序既可在线分析，也可离线使用，具有一定的灵活性。由于国内燃料元件破损数据较少，仅有的几次破损情况能给出的数据不够完整，国外发表的数据也较少，难以对程序进行全面的校验。本文利用大亚湾和法国CHINON核电站的两组数据对FUDAC—1进行校验的结果表明：（1）FUDAC—1中利用的裂变气体Kr和Xe的同位素分别计算破损燃料棒的根数差别很大。FUDAC—1对用大亚湾核电厂和法国CHNION的破损燃料元件数据的计算中，采用裂变气体中Kr和Xe的5种同位素计算出的破损燃料棒根数作简单平均得出的破损燃料棒的根数与实际破损根数符合得很好，表明这种平均的方法是可行的。（2）计算的破口尺寸与实际情况也符合较好。（3）FUDAC—1可以通过Cs的同位素之间的关系，与燃耗和功率联系起来，判断破损燃料棒在堆芯中的位置。由于两组数据缺乏这几种核素的泄漏系数和活度，未能对程序这一功能进行校验。FDDS-1的使用独立于反应堆一回路系统，无需破损一回路压力边界，在核电站使用不会影响反应堆的安全。FDDS-1占地面积较小，仅为一平方米。这个两个特点为其在核电站使用提供了方便和可能。开发核电站燃料元件破损在线探测系统只是一个初步的成果，为进一步研究FDDS-1系统以及相应的FUDAC-1程序，必须尽快在核电站实际应用，因此，下一步研究重点是：（1）尽快将FDDS-1在核电站进行考验，以便依据试验情况不断对该设备及分析程序进行改进和完善。进一步改进燃料棒破损性状分析程序，以分析破损燃料棒继续使用或复用的性能变化。（2）加强对破损燃料棒的检验工作，如池边检查和热室检验，研究破损原因、破损情况，这些数据不仅是分析程序改进的依据，也是燃料元件设计改进的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 目的和意义
• 1.2 轻水堆运行经验
• 1.3 破损原因分析
• 1.4 高然耗带来的问题和对策
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 本文的工作
• 第二章 国际燃料棒破损分析方法评述
• 2.1 概述
• 2.2 裂变气体释放原理
• 2.3 裂变产物的质量平衡
• 2.4 加拿大FRM燃料棒破损分析程序模型
• 2.5 CEA分析模型
• 2.6 小结
• 第三章 燃料棒破损性状分析程序FUDAC-1
• 3.1 FUDAC-1中的计算模型
• 3.1.1 裂变气体释放模型
• 3.1.2 燃料元件温度场计算模型
• 3.1.3 破损燃料棒根数计算模型
• 3.1.4 破口泄漏系数模型
• 3.1.5 破损燃料棒然耗计算模型
• 3.2 计算程序
• 3.3 程序校验
• 3.3.1 大亚湾核电站燃料破损的计算
• 3.3.2 法国EDF的CHINON核电站B1堆芯的燃料破损计算
• 3.4 小结
• 第四章 核电站燃料破损在线探测系统FDDS-1
• 4.1 核电站燃料破损在线探测系统FDDS-1简介
• 4.2 课题执行情况
• 4.2.1 样机的采购、安装、调试和开发
• 4.2.2 燃料元件破损性状分析程序FUDAC-1
• 4.2.3 接口程序模块MONITOR
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录