別業(yè)旺，張東輝，陳曉亮，范振東，楊 勇

（1.中國原子能科學(xué)研究院，北京102413；2.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京 100082）

反應(yīng)堆燃料破損是指燃料棒包殼破損，以致不能完整地包容燃料。燃料破損后，燃料及裂變碎片可以從破口進(jìn)入冷卻劑，使燃料棒包殼喪失安全屏障的作用。反應(yīng)堆安全運(yùn)行和操作規(guī)程［1］要求，必須及時探測到破損信號，并確定出現(xiàn)破損的組件位置，以便進(jìn)一步處理。堆芯任何位置的組件都有可能出現(xiàn)破損，而燃料破損是多種機(jī)理共同作用的結(jié)果［2］，具有復(fù)雜性、偶然性的特點(diǎn)，無法事先預(yù)測破損發(fā)生的位置。燃料破損定位的研究，主要集中于破損發(fā)生后的搜索和檢測。

輻照考驗(yàn)和堆內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明［3］，在大型商用堆中，從多達(dá)數(shù)百盒組件中找出發(fā)生破損的一盒或幾盒組件，是一個非常困難和費(fèi)時的過程。與水堆相比，鈉冷快堆的燃料破損定位更加復(fù)雜。主要在于兩個方面：一方面鈉冷快堆燃料中235U富集度更高，中子通量密度更高，燃耗更深，溫度更高，堆芯燃料組件破損情況更加復(fù)雜，另一方面，冷卻劑鈉的化學(xué)活性高，以及活化產(chǎn)物24Na的放射性活度大，給定位操作增加了困難。在鈉冷快堆中如何高效準(zhǔn)確地定位破損燃料，是一項非常有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題［4］。

從1963年EBR－2首次臨界至今，從事快堆研究的國家都對燃料破損定位方法進(jìn)行了深入而持久的探索。借鑒水堆相對成熟的經(jīng)驗(yàn)，通過堆上運(yùn)行的嚴(yán)苛考驗(yàn)，并融合交叉學(xué)科領(lǐng)域中的新技術(shù)，形成了六種用于鈉冷快堆的燃料破損定位方法。

（1）多道閥法。

（2）啜吸法。

（3）標(biāo)記氣體法。

（4）年齡法。

（5）中子通量斜變法。

（6）緩發(fā)中子三角法。

本文系統(tǒng)地調(diào)研國內(nèi)外在這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況，分別介紹以上六種定位方法，綜合考慮各個方法的優(yōu)缺點(diǎn)和存在的問題，提出了我國在鈉冷快堆中發(fā)展燃料破損定位技術(shù)的建議。

1 燃料破損定位的方法

1.1 多道閥法

燃料破損定位最理想和最直接的方法是為每一盒組件設(shè)置一根取樣管線，分別對每根管線的取樣連續(xù)監(jiān)測，根據(jù)管線中取樣流出現(xiàn)的破損信號，確定破損組件位置。但是由于客觀原因（主要在于成本巨大和堆芯上方空間有限），這種方法不可能直接應(yīng)用于工程上，借用這一思想，發(fā)展出了多道閥破損定位方法。該方法的核心在于：設(shè)置少數(shù)取樣管，一端與堆芯燃料組件出口的鈉流接觸（取樣管的功能類似于“探針”），另一端連接多道閥門裝置，由與閥門連接的提升泵抽取組件出口的鈉流送至探測器。通過轉(zhuǎn)動閥門位置和切換閥門通道，可實(shí)現(xiàn)全堆芯掃描取樣。

圖1為多道閥定位系統(tǒng)的示意圖，基本流程是：在驅(qū)動桿的帶動下，多道閥門轉(zhuǎn)到指定的位置，按照設(shè)定好的編碼規(guī)則轉(zhuǎn)動下端取樣管的位置，使其對準(zhǔn)待測燃料組件或組件簇上部的鈉流出口，并同時切換閥門通道，將取樣流用電磁泵送入后端的中子探測器，探測樣品中的緩發(fā)中子，從而判斷所測組件或組件簇中是否含有失效元件。

法國對多道閥定位技術(shù)［5］研究投入了非常多的資源，并且在狂想曲堆（Rapsodie），鳳凰堆（Phenix），超鳳凰堆（SPX），均設(shè)置了多道閥破損定位系統(tǒng)。SPX的破損定位系統(tǒng)中共設(shè)置了8個取樣閥單元。這8套取樣閥單元分別負(fù)責(zé)一定的堆芯區(qū)域，按照預(yù)先設(shè)定的閥門開關(guān)順序抽取組件出口的鈉流，再通過潛式電磁泵將鈉樣品送入緩發(fā)中子探測器，通過比較緩發(fā)中子信號來確定破損燃料的位置。

在Phenix堆中，除了探測鈉樣品中緩發(fā)中子，還嵌裝了一套氣體定位設(shè)備。如圖2所示，多道閥對堆芯燃料組件出口的鈉取樣，并通過電磁泵將鈉送入DND的鈉容器中，3He計數(shù)管監(jiān)測鈉中的緩發(fā)中子。鈉容器充滿時鈉樣品溢出，流經(jīng)滌氣器，在滌氣器中鈉與逆向流動的載氣（氬氣）大面積接觸，裂變氣體被滌取，并送出堆外進(jìn)行靜電沉降，再檢測其中裂變產(chǎn)物的含量。載氣由氣泵送回滌氣器的下端，鈉流最后回到鈉池中。這一套系統(tǒng)基于多道閥方法，除了探測緩發(fā)中子，還增加了對裂變氣體的探測，提高了定位的準(zhǔn)確度。

印度在實(shí)驗(yàn)快堆FBTR和示范快堆PDFR中參考法國鳳凰堆的設(shè)計，也采用了這一破損定位技術(shù)［6，7］。

通過多道閥定位系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該方法可以成功精確定位到組件。多道閥定位主要優(yōu)點(diǎn)在于：通過轉(zhuǎn)動取樣閥門，可以遍歷所有燃料組件實(shí)現(xiàn)精確定位；中子探測器響應(yīng)迅速，數(shù)據(jù)采集和處理簡便易行。

圖1 多道閥定位系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic of multiple valve location system

圖2 Phenix燃料破損定位系統(tǒng)Fig.2 Fuel failure location system in Phenix

多道閥方法的不足之處在于閥門和與之相連的取樣管占用堆容器空間，特別是對于回路式快堆，堆芯上方的空間很小，不適宜閥門和取樣管的安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)，可能造成取樣管線的纏繞和閥門運(yùn)轉(zhuǎn)的卡頓。此外，閥門和電磁泵的結(jié)構(gòu)材料在高溫和輻照環(huán)境下，設(shè)備穩(wěn)定性不佳，受鈉的腐蝕比較嚴(yán)重，耐用性差，且不便檢修。目前，對該方法的研究主要集中于硬件設(shè)備的改進(jìn)，如優(yōu)化取樣閥門，采用氣體提升泵代替潛式電磁泵［8］。

1.2 啜吸法

啜吸定位法源于壓水堆［3，9］，目前已成功應(yīng)用于鈉冷快堆中。啜吸定位方法的基本原理是：把燃料組件隔離在一個封閉的啜吸室內(nèi)，靠燃料自身的衰變熱或者用加熱器加熱（當(dāng)燃料的燃耗較低或者存放時間太久，即衰變熱不足時采用后者），使裂變產(chǎn)物從燃料棒破口逸出進(jìn)入啜吸室內(nèi)的介質(zhì)中，然后提取介質(zhì)樣品，用γ或者β探測器進(jìn)行探測和分析，以確定破損燃料組件所釋放的裂變產(chǎn)物是否存在，這樣就能鑒別破損的燃料組件。

按照啜吸室內(nèi)的介質(zhì)特性可以分為干式啜吸和濕式啜吸。干式啜吸是指啜吸室內(nèi)燃料組件處于氣體或真空環(huán)境中，濕式啜吸是指啜吸室內(nèi)待測燃料組件浸泡在液體環(huán)境中。

中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）的燃料破損堆內(nèi)定位探測系統(tǒng)采用干式啜吸方法［10］。如圖3，它由裝卸料機(jī)、充氣支路、測量支路、保護(hù)支路組成。進(jìn)行檢測時將堆內(nèi)覆蓋氣體降壓。操縱反應(yīng)堆的大、小旋塞并將待測燃料組件吊入裝卸料機(jī)內(nèi)腔，經(jīng)過下列5個步驟進(jìn)行測量：1）清洗各支路；2）排鈉；3）升溫；4）測量；5）排氣。升溫過程中啟用定時保護(hù)控制器，到達(dá)指定時間后，保護(hù)電磁閥開啟使鈉重新淹沒燃料組件，避免燃料組件過熱造成人為破損。系統(tǒng)探測的核素主要是85Kr、135Xe和133Xe，探測限值由清洗后系統(tǒng)的本底值所限定。測量數(shù)據(jù)記入燃料檔案。

圖3 CEFR燃料破損堆內(nèi)定位系統(tǒng)Fig.3 In－core fuel failure location system in CEFR

上述CEFR中啜吸定位系統(tǒng)以裝卸料機(jī)作為啜吸室，需將燃料組件從堆芯位置轉(zhuǎn)移，這是傳統(tǒng)的裝卸料機(jī)啜吸法，還有一種方法是以燃料組件盒作為啜吸室，燃料組件留在堆芯原位，即堆芯啜吸法，日本Joyo堆中采用了這種方法［11］。其定位原理如圖4所示。

該系統(tǒng)中關(guān)鍵的鈉取樣環(huán)節(jié)采用鈉吸允技術(shù)，通過吸允探頭與燃料組件出口的吸合，降低探頭中的氣壓將燃料組件中的鈉壓進(jìn)吸管，然后充入氬氣，將樣品鈉中的裂變產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到氬氣測量回路中進(jìn)行γ譜測量。測量后將鈉和循環(huán)氬氣送回反應(yīng)堆容器，對于一盒燃料組件，上述整套過程大約耗時30min。

圖4 Joyo燃料破損定位原理示意圖Fig.4 Schematic of fuel failure location in Joyo

啜吸法定位準(zhǔn)確，通過將單盒組件與外部的鈉隔離，避免了外界對組件內(nèi)裂變產(chǎn)物核素的干擾，精確度高。該方法主要缺點(diǎn)在于必須在停堆后進(jìn)行，而且，在啜吸室內(nèi)裂變產(chǎn)物的釋放需對燃料組件升溫，這也延長了停堆的時間。

1.3 標(biāo)記氣體法

標(biāo)記氣體法［12］是鈉冷快堆中獨(dú)有的燃料破損定位技術(shù)。在同一盒組件中的每一根燃料棒中充入少量具有特定同位素組成的惰性穩(wěn)定核素氣體（主要是Kr和Xe），不同組件充入的氣體具有不同的同位素濃度比，這樣，每一盒燃料組件具備了獨(dú)特的同位素氣體標(biāo)記。

定位原理如下：如圖5所示，燃料破損后，部分Kr和Xe標(biāo)記氣體從包殼破口中逸出，經(jīng)冷卻劑鈉進(jìn)入堆芯上方覆蓋氣體。通過對覆蓋氣體取樣收集Kr和Xe，使用質(zhì)譜儀分析其同位素比例，將測得的標(biāo)記同位素濃度比值與裝入燃料棒的比值比對，就能確定哪一盒組件發(fā)生了破損。

圖5 標(biāo)記氣體定位系統(tǒng)示意圖Fig.5 Schematic of tag gas location system

標(biāo)記氣體定位法于1969年首次試用于美國EBR2反應(yīng)堆，為了驗(yàn)證能否測到標(biāo)記氣體，將0.7ml Xe的穩(wěn)定核素標(biāo)記氣體注入10m3的覆蓋氣體Ar中，擴(kuò)散24h和48h后取樣，通過質(zhì)譜儀分析的成分比例與初始注入的標(biāo)記氣體濃度比相同，證明了標(biāo)記氣體法是可行的。隨后，標(biāo)記氣體法大規(guī)模應(yīng)用在EBR2的燃料組件中。在快通量實(shí)驗(yàn)裝置（FFTF）中，由于組件數(shù)量更多，需要制作更多的濃度比值標(biāo)簽，增加了Kr的穩(wěn)定同位素78Kr、80Kr和82Kr作為標(biāo)記核素［13］。

日本的兩座快中子堆中，除了采用啜吸方法定位破損組件，也進(jìn)行了標(biāo)記氣體定位的研究。在JOYO堆中設(shè)置了一套附加的標(biāo)記氣體定位系統(tǒng)［14］。其主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 Joyo堆標(biāo)記氣體參數(shù)表Table 1Main parameters of tag gas in fuel failure location system of Joyo

日本研究了一套系統(tǒng)的標(biāo)記氣體工藝流程，包括標(biāo)記氣體充入到單根燃料棒的裝填方法，取樣設(shè)備中分離提純標(biāo)記氣體的設(shè)備?；谠陂L陽堆的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，日本將這一套方法引入到文殊堆［15，16］中，并采用了先進(jìn)的激光共振離化質(zhì)譜儀，使分析檢測水平達(dá)到微痕量級。

標(biāo)記氣體定位系統(tǒng)從覆蓋氣體中取樣，因此可以在反應(yīng)堆運(yùn)行時定位燃料破損。由于不同組件添加不同比例的標(biāo)記，所以依據(jù)測量的標(biāo)記濃度值可以精確定位到組件。標(biāo)記氣體核素本身的活化，裂變產(chǎn)物中生成的標(biāo)記核素的影響，都會造成初始標(biāo)記比值的偏移，這是標(biāo)記比的前端設(shè)計和后端的分析過程中，都是必須面臨的問題。此外，燃料棒發(fā)生氣密性破損后，從包殼內(nèi)釋放的標(biāo)記氣體份額很難預(yù)知，可能釋放量太小，擴(kuò)散到覆蓋氣體中的濃度可能達(dá)不到質(zhì)譜儀的最低探測限。

1.4 年齡法

年齡定位方法（Age Method）也叫氣體裂變產(chǎn)物放射性活度比方法，其定位原理是依據(jù)裂變產(chǎn)物中長半衰期核素與燃耗的對應(yīng)關(guān)系，通過燃耗計算來推斷破損組件所在的區(qū)域。美國在EBR－2中利用Xe的放射性核素活度比定位法作了不同的嘗試，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)［17］，見表2。

表2 EBR－2中采用的裂變氣體活度比定位法Table 2 Fission gas relative activity method used in EBR－2

印度在FBTR和DFBR中設(shè)計的燃料破損監(jiān)測和定位系統(tǒng)運(yùn)用了年齡法定位，年齡方法的概念就是由印度提出的。主要采用了Kr和Xe兩種元素。以Kr為例，年齡法定位流程如下：從取樣氣體中捕集Kr（Xe）的同位素氣體，通過高分辨率γ譜儀，得到87Kr和88Kr的活度。短半衰期的Kr核素通過延遲而衰變掉，再測量85Kr的活度。87Kr／88Kr的比值用于修正Kr的擴(kuò)散時間，而85Kr／88Kr的比值用于獲取破損組件的平均燃耗，從而確定發(fā)生破損的燃耗所在區(qū)域。Xe年齡定位則是根據(jù)132Xe／133Xe或134Xe／133Xe的比值與破損燃料的燃耗相對應(yīng)關(guān)系，與不同位置燃料組件的燃耗計算比對，從而確定破損組件位置。

該方法采用的系統(tǒng)設(shè)備簡單，只需在覆蓋氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置支路即可，可以在線定位，對反應(yīng)堆其他熱工參數(shù)無影響。主要缺陷在于定位精確度不高，只能定位一定燃耗范圍內(nèi)的組件，不能定位到單個組件，測量過程易受干擾核素影響，依賴于精細(xì)燃耗計算。

1.5 中子通量傾斜法

反應(yīng)堆運(yùn)行時，將可疑的破損組件附近的控制棒抽出，使此組件受到較高的，畸變的中子流照射。與此同時，將其他控制棒插入，以保持反應(yīng)堆功率不變，然后觀察覆蓋氣體中放射性活度的變化，如果放射水平不斷上升，那么破損燃料組件就位于被抽出的那根控制棒周圍。這種粗定位方法的可靠程度取決于控制棒、燃料組件的相對位置和相對數(shù)量。該方法適用于小型堆，可以推算到組件所在的大致區(qū)域。

日本在Joyo堆上進(jìn)行的一系列FPS（裂變產(chǎn)物源）試驗(yàn)［18］，結(jié)果證明：通過移動FPS附近的控制棒引起的局部中子通量變化，發(fā)現(xiàn)覆蓋氣體中短壽命裂變產(chǎn)物的活度隨控制棒的插入模式而變化，因此在長陽堆上，通量傾斜法可作為一種輔助破損定位系統(tǒng)使用。

德國KNK－2堆中，在15%功率下，進(jìn)行了通量傾斜法來定位的試驗(yàn)［19］。所不同的是，通過觀測緩發(fā)中子信號而非覆蓋氣體放射性活度的響應(yīng)（如圖6，圖7所示）。5個控制棒將堆芯分成4個象限，通過改變控制棒位，來改變功率分布，根據(jù)東西兩個回路上布置的DND探測器信號的變化，可以判斷燃料破損出現(xiàn)在哪個控制棒附近。此次試驗(yàn)的結(jié)果在停堆后由干式啜吸法證實(shí)。

圖6 KNK－2堆芯控制棒和DND探測器布置ig.6 Location of DND monitors and control rod

圖7 核功率15%下通量斜變法定位結(jié)果Fig.7 Result of flux tilting operation at 15%nuclear power

該方法原理簡單，無需停堆，無需單獨(dú)設(shè)置定位設(shè)備。主要缺點(diǎn)在于調(diào)節(jié)控制棒位置對反應(yīng)堆其他操作產(chǎn)生影響，需要對運(yùn)行計劃有通盤考慮，只能粗定位到控制棒附近的區(qū)域。因此，該方法僅僅作為一種輔助性的定位手段。

1.6 緩發(fā)中子信號回路比方法

堆芯一回路鈉的流體特性，部分地反映在緩發(fā)中子信號上。對于回路式快堆，緩發(fā)中子信號包含著先驅(qū)核從燃料棒破口經(jīng)一回路管道到達(dá)緩發(fā)中子探測器（DND）的遷移行為特征。理論上，緩發(fā)中子信號能對破損燃料棒周圍冷卻劑的局部異常作出快速響應(yīng)。更進(jìn)一步地，通過DND系統(tǒng)不同測點(diǎn)的信號強(qiáng)弱，可以判斷初步破損組件所在的堆芯區(qū)域。

日本JOYO堆上在1MW恒定功率下進(jìn)行裂變產(chǎn)物源輻照試驗(yàn)，驗(yàn)證了緩發(fā)中子回路比方法用于局部定位破損組件的可行性［18］。一般而言，布置緩發(fā)中子探測器的測點(diǎn)越多，獲取的破損位置信息越具體。

緩發(fā)中子回路比方法用在上述反應(yīng)堆內(nèi)是作為破損探測設(shè)備，同時是一種輔助的定位手段，有助于縮小破損組件搜索范圍。而值得注意的是，美國在FFTF中基于三個一回路出口的緩發(fā)中子信號強(qiáng)度比值，進(jìn)行了組件破損精確定位的實(shí)驗(yàn)研究［20］。用緩發(fā)中子回路比實(shí)現(xiàn)精確定位的核心在于，建立燃料組件位置與三個一回路緩發(fā)中子探測器信號比之間的函數(shù)關(guān)系。在FFTF中，采用了基于HCM（HCM是熱工水力堆芯模型，由0.285倍FFTF大小的堆芯和冷卻劑池組成）穩(wěn)定狀態(tài)下的測試數(shù)據(jù)得出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。在較低的核功率下，使其中一個回路的泵停止工作，獲取其他兩個運(yùn)行中的回路DNM信號。依次切換不同回路上的泵，得到三個獨(dú)立的回路比網(wǎng)格圖。該方法正確地定位了FFTF堆芯DE－9位置的破損，但是未能定位CAN－1位置的破損。

緩發(fā)中子回路比方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，采用DND燃料破損探測系統(tǒng)，無需專門設(shè)置機(jī)械的定位裝置。該方法實(shí)現(xiàn)精確定位的難點(diǎn)在于緩發(fā)中子先驅(qū)核隨鈉流從堆芯上部區(qū)域到一回路入口的混合情況和統(tǒng)計特征，而解決這個問題尚缺乏系統(tǒng)的理論支撐，因此距離工程應(yīng)用為時尚早。

2 各種破損定位方法小結(jié)

以上六種方法，它們有各自優(yōu)缺點(diǎn)，究竟采用哪些定位方法需要綜合考慮后再做選擇。

從可行性和可靠性的角度考慮，啜吸法和多道閥方法是最為準(zhǔn)確的，最為成熟，使用的最為廣泛。標(biāo)記氣體法定位可以實(shí)現(xiàn)精確定位，但亟須解決燃耗導(dǎo)致的標(biāo)記值漂移的問題。年齡方法的準(zhǔn)確性取決于燃耗的精確計算。通量傾斜法定位的區(qū)域僅限于控制棒附近。緩發(fā)中子回路比方法目前只能實(shí)現(xiàn)粗略定位，其向精確定位的發(fā)展任重道遠(yuǎn)。

從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，啜吸法和多道閥方法要求反應(yīng)堆必須停堆，以便操作多道閥門或啜吸套筒，由此帶來巨大的停堆經(jīng)濟(jì)性損失，也降低了反應(yīng)堆的負(fù)荷因子。通量傾斜法和緩發(fā)中子回路比方法需要反應(yīng)堆降低功率，對反應(yīng)堆運(yùn)行計劃造成沖擊，也影響反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性。年齡方法，標(biāo)記氣體方法可以通過從覆蓋氣體取樣系統(tǒng)引出支路進(jìn)行監(jiān)測，重點(diǎn)在于后端監(jiān)測結(jié)果的計算分析上，對堆的運(yùn)行不施加任何干擾，因此經(jīng)濟(jì)性最佳。

3 國際上鈉冷快堆中燃料破損定位技術(shù)的研究歷程和發(fā)展趨勢

在實(shí)驗(yàn)快堆和早期試驗(yàn)堆發(fā)展階段，有大量的燃料和材料輻照考驗(yàn)試驗(yàn)，燃料破損定位用于運(yùn)行至包殼破損試驗(yàn)（Run－to－Cladding－Breach Test，RTCB）的換料期間，采用水堆中的啜吸和多道閥門法。燃料破損定位只是作為燃料破損監(jiān)測的一個附加流程，對于定位方法的研究多是沿用水堆的做法加以改進(jìn)。這一點(diǎn)在前蘇聯(lián)的快堆發(fā)展體系中尤為明顯。

在原型快堆和示范快堆發(fā)展階段，鈉冷快堆必須要展現(xiàn)出足夠的經(jīng)濟(jì)性，這就要求破損定位足夠快而準(zhǔn)確，將停堆帶來的經(jīng)濟(jì)損失降到最低限度。燃料破損定位技術(shù)研究得到了越來越多的重視。美國對上述六種定位方法做了大量實(shí)驗(yàn)，積累了非常豐富的經(jīng)驗(yàn)。法國在鳳凰堆和超鳳凰堆中重點(diǎn)對多道閥門法進(jìn)行了深度優(yōu)化，并初步嘗試了標(biāo)記氣體法。

這一階段的燃料破損定位研究的特點(diǎn)是：反應(yīng)堆中通常配置至少兩套燃料破損定位系統(tǒng)，其中啜吸法作為最后驗(yàn)證另外幾種方法定位結(jié)果手段；燃料破損定位不再限于早期的停堆后檢查，而是以反應(yīng)堆運(yùn)行時的在線定位為目標(biāo)。在歐美傳統(tǒng)核電大國的快堆研究陷入低谷之時，日本重點(diǎn)研究和設(shè)計了標(biāo)記氣體法，并通過長陽堆上的輻照試驗(yàn)，然后大規(guī)模用于全堆芯燃料組件，并推廣到文殊堆。印度在FBTR中將氣體裂變產(chǎn)物放射性活度作為其粗定位的手段，在PFBR中明確了采用多道閥法與年齡法相配合作為其燃料破損定位策略。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，國際上推出第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的概念，其標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在更嚴(yán)格的安全性和更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)競爭力。尤其是在福島核事故之后，核電安全成為核能研究中的重中之重。而反應(yīng)堆燃料破損定位系統(tǒng)作為一套反應(yīng)堆的安全檢測設(shè)施，理應(yīng)受到更多的關(guān)注。鈉冷快堆作為第四代核能系統(tǒng)的主力堆型，其商業(yè)化進(jìn)程，也對燃料破損定位技術(shù)提出了更高的要求：實(shí)現(xiàn)在線定位和精確定位相結(jié)合，提供實(shí)時的準(zhǔn)確的燃料破損位置信息。在線精確定位的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：一方面減少停堆檢查時間從而提高經(jīng)濟(jì)性，另一方面通過實(shí)時獲取的破損燃料組件位置信息，在計算破損組件處的中子場和鈉流場，為燃料破損大小和破損惡化趨勢提供數(shù)據(jù)輸入，進(jìn)而為帶傷運(yùn)行時間提供參考。

4 中國鈉冷快堆燃料破損定位的技術(shù)路線建議

在系統(tǒng)調(diào)研各種燃料破損定位技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析國際上該領(lǐng)域的前沿和發(fā)展趨勢，可以看出兩點(diǎn)：其一，在線精確定位是主流趨勢，而目前只有標(biāo)記氣體法是符合這一趨勢的可行方法。其二：至少需配備兩套獨(dú)立的破損定位系統(tǒng)，提供一定的冗余，而且采用粗定位和精確定位相結(jié)合的策略，比較粗定位的結(jié)果與精確定位的結(jié)果，起到相互驗(yàn)證的作用。

建議在后續(xù)商業(yè)示范快堆研發(fā)過程中，應(yīng)該采取的策略是：采用標(biāo)記氣體定位法為主，年齡定位法為輔，沿用啜吸法作為最終檢查驗(yàn)證手段?，F(xiàn)階段，應(yīng)以CEFR為平臺，對部分系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行小范圍改造和升級，開展標(biāo)記氣體法的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)研究，同時深入開發(fā)燃耗精細(xì)計算程序和方法，論證標(biāo)記氣體法與年齡法相結(jié)合的可行性。

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