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乏燃料运输容器内破损组件检测方法

更新时间:2009-03-28

在乏燃料卸出堆芯时,需进行在线啜吸,对于“疑似”破损的组件,还要通过离线啜吸进行确认和分析。将检测完好的乏燃料组件装入乏燃料运输容器内进行转运,由于乏燃料组件已在乏燃料水池贮存多年,经过装卸和运输,腐蚀、冲击、擦挂、振动等可能会导致燃料破损;且乏燃料组件由水下贮存变为干态运输,热应力和氧化作用会降低包壳包容性能,也可能导致组件破损。乏燃料运输容器内若存在破损燃料组件,解除密封后,就会释放大量的放射性裂变产物,因此在乏燃料运输容器运抵目的地后,需要检测运输容器内是否存在破损的燃料组件。若存在破损燃料组件,需进行相应的后处理。

燃料破损检测通常利用温度效益和压力效应,如加热抽气检查法、真空抽气检查法。苏容波等设计的采样系统采用排除法进行检测,利用真空抽气对85Kr进行捕集,然后通过γ能谱分析判断样品中是否有85Kr[1]

2013年,为大亚湾核电站乏燃料组件厂内转运制定破损组件检测工艺并研制相关检测设备,本文结合设备研制经验和使用反馈,对运输容器内组件破损检测工艺、原理、设计和应用进行了系统介绍。

1 破损检测工艺方案

根据多年的乏燃料运输经验可知,运输容器内组件破损概率并不高,因此采用从整体到个体、从疑似到确定的判别方法和“有则处理、无则通过”的快速处理思路,以提高破损检测效率。

破损检测主要步骤是:(1)疑似破损筛选;(2)破损确认;(3)逐组组件排查。工艺框图如图1所示。

对应的,具体操作分为以下几个阶段:

第一阶段:在线监测。循环采样运输容器内的气体,如若监测到标志核素比活度远大于本底数值,则定性认为运输容器内存在“疑似”破损燃料组件;与此同时,取样设备对破损标志核素进行捕集,以备下一阶段离线检测。

计算得出,假设工况下释放的85Kr比活度是燃料厂房内本底的数万倍。

第二阶段:离线检测。若第一阶段发现容器内存在“疑似”破损组件,则将采样的放射性气体送实验室进行进一步分析,根据标志核素检测结果确定是否存在破损组件。

  

图1 破损检测工艺框图Fig.1 Process Flow Diagram for Failed Fuel Detecting

第三阶段:离线啜吸。在乏燃料水池,对运输容器中卸出的乏燃料组件逐组进行离线啜吸,找出破损组件并将其存放到破损组件贮存格架中。本阶段工作利用乏燃料水池内的离线啜吸装置检测。

中国古典艺术追求的理想是主体的精神自由,而意境是主体为自由心灵而创设的独特(即审美的)而又广阔的精神性空间,这就是意境的本质论。即我们可以理解为“远”是独特而又广阔的精神空间,是为自由心灵而设立的场所。我们在“远”中追寻自由。“如果以主体的精神自由论意境,中国古典艺术意境就包括了三种类型、三个层次:曰言志缘情,曰气韵生动,曰自然山水”[1]。在徐上瀛先生对“远”的定义来看,其实就会发现,在这之中已经体现出了意境的三种层次。

235U裂变释放的惰性气体中,85Kr(产额1.3%)和133Xe产额最高,其半衰期分别为10.73年和5.25天。由于转运的乏燃料组件已经贮存了8到10年,133Xe几乎已经完全衰变。因此,以85Kr作为破损标志核素最为合适[2]

第一种方案,将交换机(IP矩阵)作为整个传输系统的核心。由于还存在大量的基带信号,因此还需大量配置IP和SDI的转换设备来实现两种信号之间的转换。但是随着IP信号越来越多,需要转换的情况就会越来越少,直至所有IP信号接入交换机。此方案初期投资高,但后续工作较简单。

2 破损标志核素确定

惰性气体化学性质稳定,不易损耗,随气体扩散而迁移,迁移速度与温度正相关。与其他裂变产物相比,裂变气体85Kr、133Xe最容易释放到充满氦气的运输容器内。

由于厂内转运的乏燃料组件无需入堆复用,不再进行破损燃料棒甄别及修复工作。

85Kr衰变纲图如图2所示,可以看出85Kr是一种以β衰变为主的放射性核素,其衰变可产生2个β粒子和一个光子,因此采用β测量更为有效,此外,因燃料厂房内存在较强的γ辐射,β测量法可以减小γ辐射的影响。

3 破损检测可行性分析

3.1 标志核素可检测性分析

能否有效地检测出破损燃料组件,其前提条件是取样气体中组件释放的标志核素浓度满足仪表探测的要求,标志核素释放的越充分则越容易检测。否则,有可能由于标志核素释放不充分导致破损燃料组件漏判。

通常,标志核素释放效率与温度、压力和时间等因素有关,所以工程上通常采用加热法(使燃料组件包壳内压升高,介质溶解量增加)、真空法(使包壳内外压差增大)或者交变压力等加速标志核素释放。另外,标志核素还需要充分的释放时间。

标志核素可检测性判断采用对比法分析,以核电站离线啜吸为对比对象,相关参数对比结果如表1所示。

  

图2 85Kr衰变图Fig.2 85Kr Disintegration Figure

 

表1 参数对比表Table 1 Comparison of parameters

 

经比较认为,若燃料出现包壳破裂,组件内裂变气体可以得到有效释放。

3.2 破损判据分析

理论上,装有破损组件运输容器内部惰性气体放射性活度远高于不含破损组件运输容器。但是目前国内缺少参照数据,因此在初次检验中,以惰性气体本底放射性活度为参考进行比较。

转运的乏燃料组件已经在水池中存放10年左右,其裂变产物133Xe已充分衰变,剩余裂变惰性气体主要为85Kr。经计算,一根燃料棒中85Kr的活度是A=4.034×1011Bq;装满乏燃料组件的运输容器剩余容积约为V=6 m3

破损判据分析采用了最小概率方法,假设如下:

破损检测装置是一个闭式循环采集系统(见图3),主要由冷却器、减压阀、压力表、温度表、流量计、过滤器、惰性气体检测仪、取样瓶、微型泵等构成。

(2)考虑到部分85Kr在乏燃料水池可能已经释放或滞留包壳内,再假设只有1%85Kr释放出来,释放概率fo=0.01。

侦查决策一旦处于压力环境之中,决策主体的心理将不可避免会受到各种影响,因而在决策过程中可能会为了满足被害人及其家属的要求、满足新闻媒体、迎合社会大众及上级领导等,而忽略决策的客观条件和现实情况,导致决策的准确度降低甚至决策出现失误。

(3)因检测仪表有过滤功能、γ差分功能,不考虑干扰源的影响。

释放的85Kr放射性比活度可按如下公式计算:

 

N:燃料棒总数量;

C:比活度,Bq/m3

式中:

V:包容空间体积,m3

式中:e3表示调节虚拟力的变速因子,r3是[0,1]区间内的随机数,表示粒子k的位置向量第z,z=1,2,3,…,2N维元素受到虚拟力移动的距离。式中的为:

由此可见,以本底放射性活度为参考判断运输容器内是否存在破损组件,有明显区分度。

由于航空模型朝着微小智能化的方向发展,相反,其承载能力也会相对薄弱,而图形图像传输设备也必须向微型和智能化的方向发展。另外,现代科学技术中,各种科学设备之间的信息传递通常是通过数字实现的,因此,图像处理设备的图形与数字转化技术也是一个重要方向。图像采集完成后,需要采用传输器上的图形图像处理设备将其转化成数字信息传到地面计算机系统。

检测出容器内部气体放射性活度数据,可为后续气体排放提供依据。

4 燃料破损检测装置设计

在乏燃料组件厂内转运工艺和设备设计中,可利用核电站离线啜吸设备确定具体破损组件(即第三阶段),故只研制了检测运输容器内有无燃料破损的装置。

4.1 装置原理

(1)容器内26组乏燃料组件(6 864根燃料棒)中,只有一根燃料棒破损,破损概率fd=1.457×10-4

试验采用碱性蛋白酶水解玉米醇溶蛋白,以锌离子螯合能力为评价指标优化酶解条件,并评价了酶解物对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH) 自由基、羟自由基和ABTS+·清除能力,以期为今后锌补充剂和锌强化功能性食品在商业化生产及推广方面提供一定的理论依据。

冯可儿扫了一眼桌上的材料,嘴撇了撇,说,啥鸡巴大事啊,看你急吼吼的屌样子,就像多少天没有偷过腥味的馋猫。

  

图3 燃料破损检测装置工作原理图Fig.3 Elementary Diagram of Failed Fuel Detecting Facility

由于运输容器内气体状态不满足检测仪表的使用要求,因此回路中设置了温度、压力和流量调节装置。为了保护惰性气体检测仪,设置了旁路回路,避免因不适当的温度、压力和流量造成惰性气体检测仪损伤。

4.2 惰性气体检测仪原理

惰性气体放射性活度监测采用PIPS(离子注入型钝化硅半导体探测器)监测仪,从运输容器内抽出的气体经过过滤(去除放射性气溶胶、包壳碎屑等干扰源)后进入取样室内,正对取样室的PIPS型β灵敏探测器探测气体内的β放射性活度,并根据取样空间的探测效果和气流速度进行换算,得出取样气体中惰性气体放射性活度,从而判断气体放射性水平。

其次,著为令。有时又称为定著为令或议著为令。是皇帝敕令上升为法律的第二个阶段。 沈家本先生曰:“凡新定之令必先具而后著之,必明书而附于旧令之内”[7] 按照沈家本先生的理解,汉代皇帝的敕令要想上升为法律,“必先具而后著之”,必须先通过立法批准程序,然后正式立法,上升为永久生效的法律,仅仅上升为永久生效的法律还不行。还必须用书面形式加以表达,也即著令。可见,汉代和今天一样,要想使皇帝的敕令上升为法律,不但要有立法的程序,而且要通过书面的方式加以表达,这一看法是很有见地的。当然,沈家本先生只是概括地阐述了皇帝敕令上升为法律的程序。

监测仪设置有两级探测器,前一级检测β和γ活度,后一级只能监测γ活度,经过差分即可消除γ辐射影响。

4.3 结构设计

燃料破损检测装置主要由小车、冷却器、减压阀、微型泵以及惰性气体检测仪、压力表、温度表、流量计等组成(见图4)。所有部件安装在一台可移动的小车上面,通过耐高温高压软管与乏燃料运输容器连接。

云南、贵州、四川共同设立赤水河流域横向生态保护补偿基金,江西、湖南、湖北合力抓好湖泊湿地管理保护,上海、江苏、浙江、安徽在交通、能源、环保、信息化、公共服务等领域开展合作……

  

图4 燃料破损检测装置结构图Fig.4 StructureDrawing of FailedFuelDetectingFacility

5 应用

截止目前,共实施了多罐次破损检测,只有1罐次被判断为“疑似”存在破损组件,这是国内核电厂开展乏燃料运输工作以来,首次检测出运输容器内存在破损组件的情况。

(五)从率先基本实现现代化的视角看,要求社会治理先行先试、加速转型。率先基本实现现代化,是实现“中国梦”的内在要求。社会现代化作为社会发展、社会转型和区域社会竞赛的交集,具有长期性、曲折性、复杂性等特征。当前,社会治理创新总体上滞后于经济社会发展,特别是经济社会转型的叠加效应以及“先成长先烦恼”的现实境遇,使社会治理压力表现得更为突出。所以,要以追求整个社会治理系统运行成本的最小化和运行效率的最大化为根本目标,以治理功能的均衡发展和政策与民众行为的有效衔接为基本要求,以先进的科技信息技术为重要手段,积极稳妥推进社会治理的现代化。

图5是对无破损和有破损的运输容器比活度检测对比曲线。

  

图5 比活度曲线图Fig.5 Graph of Radioactive Activity

6 结论

破损检测方法具有以下特点:

(1)在线、离线分级检测,提高了工作效率和检测结果的可信度。

(2)不同于其他检测方法,采用气相环境下循环采样,无需加热部件和水回路等,具有回路简单,检测效率高的特点。乏燃料组件运入燃料厂房后即可立即实施破损检测,减少了整个厂内转运的周期。

该方法成功应用于大亚湾核电站乏燃料厂内转运工作中,在国内首次检测到核电厂乏燃料运输后破损。

这组的灵感是来自于韩国音乐人吴赫在海边的一组照片,拍摄的想法主要是将一些感悟与不同的服装搭配结合在一起,以此来展现人物放松、纯粹与沉静的状态。

参考文献:

[1] 苏容波,黄宪果,涂俊,等.反应堆乏燃料组件破损检测[J].辐射防护,2010,30(6):379-382.

[2] 刘予宇,杨海兰.空气中85Kr的分离和监测技术[J].辐射防护通讯,2001,21(1):28-32.

在白家湾,敢与宝玉爹叫板的男人是二狗伢,敢与香娭毑叫板的女人呢?在我和塌鼻子、牛伢这帮晚辈看来,自然非喜姑莫属了。

 
任荷,瓮松峰,董岱林,罗英
《核科学与工程》 2018年第02期
《核科学与工程》2018年第02期文献

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