核电站燃料元件包壳完整性的检测方法和系统与流程

本发明涉及核电站仪控领域，尤其涉及一种核电站燃料元件包壳完整性的检测方法和系统。

背景技术：

核电站有三道防护屏障，其中第1道屏障即为燃料元件包壳，因此需要对在运核电站燃料元件包壳完整性进行在线监测，以确保核电厂能够安全运行。

当燃料元件未破损时，一回路冷却剂中的放射性主要来自活化产物和腐蚀产物，其产生的γ剂量率水平相对较低；如果燃料元件包壳破损，则包含在燃料元件中的裂变产物(主要是惰性气体)也将进入到一回路冷却剂中，此时一回路冷却剂的γ剂量率将增加。

现有技术中，核电厂设置化学与容积控制系统(简称化容系统)用于控制一回路冷却剂的总量与组份。而辐射监测设备则布置在化容系统管线旁边，用于监测一回路冷却剂中的放射性参数，用于判断核燃料元件包壳破损情况。例如，通过在设置化容系统下泄管线上的γ辐射探测器(例如电离室等)来进行实时探测，通过监测一回路冷却剂γ剂量率的变化实现对燃料元件包壳完整性的监测。

但上述现有技术中存在如下缺陷：

1)由于非燃料元件破损等原因也会导致冷却剂或环境的γ剂量率增加，因此将会影响到测量方法的可靠性；

2)现有方法只能定性监测破损率，而不能定量监测燃料元件包壳的破损率。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种核电站燃料元件包壳完整性的检测方法和系统，通过监测从一回路冷却剂中分离出的惰性气体的活度浓度来达到定量监测燃料包壳破损率的目的。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，提供一种核电站燃料元件包壳完整性的检测方法，包括如下步骤：

S1、将核电站燃料元件包壳与一回路冷却系统进行连接；

S2、通过探测器对所述一回路冷却系统中的一回路冷却剂进行检测，确定所述一回路冷却剂中放射性裂变气体的活度浓度；

S3、当检测到的所述放射性裂变气体的活度浓度符合预设的报警阈值条件时进行报警。

优选的，步骤S2中包括：

S21、通过化学与容积控制系统将所述一回路冷却剂输送到下泄管线，通过分离装置将所述放射性裂变气体从所述下泄管线中的一回路冷却剂中进行分离；

S22、通过所述探测器对分离得到的放射性裂变气体的活度浓度进行检测，并确定分离得到的放射性裂变气体的放射性活度浓度。

优选的，所述放射性裂变气体为惰性气体。

优选的，所述分离装置为气水分离装置；所述探测器包括NaI和电离室探测器。

优选的，步骤S3中，所述报警阈值为基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度；当检测到的所述放射性裂变气体的活度浓度超过所述预设的射性裂变气体的活度浓度时进行报警。

优选的，所述基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度至少有一个；当检测到的放射性裂变气体的活度浓度超过其中任一所述预设的射性裂变气体的活度浓度时，采用与该所述预设的放射性裂变气体的活度浓度对应的模式进行报警。

优选的，所述基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度包括：

当所述燃料元件包壳破损率为预设的第一破损率时对应的放射性裂变气体的第一活度浓度；

以及当所述燃料元件包壳破损率为预设的第二破损率时对应的放射性裂变气体的第二活度浓度；

当所述放射性裂变气体的活度浓度超过所述第一活度浓度时，以与所述第一活度浓度对应的第一模式进行报警；

当所述放射性裂变气体的活度浓度超过所述第二活度浓度时，以与所述第二活度浓度对应的第二模式进行报警。

另一方面，还提供一种核电站燃料元件包壳完整性的检测系统，包括：

探测组件，其连接与核电站燃料元件包壳连接的一回路冷却系统，用于检测所述一回路冷却系统的一回路冷却剂中所含的放射性裂变气体的活度浓度并输出；

比对组件，其连接所述探测组件，用于接收输出的所述检测到的活度浓度，并将检测到的所述活度浓度与预设的报警阈值条件进行比对，若符合报警阈值条件，则产生报警信号并发送；

以及报警组件，其连接所述比对组件，用于接收发送的报警信号，按照预设的报警模式进行报警。

优选的，还包括：

化学与容积控制系统，其连接所述一回路冷却系统，用于控制所述一回路冷却剂的总量与组分，并将所述一回路冷却剂输送至与所述化学与容积控制系统连接的下泄管线；

以及与所述下泄管线连接的分离装置，所述分离装置用于将所述放射性裂变气体从所述下泄管线中的一回路冷却剂中进行分离，并将分离得到的放射性裂变气体输送至与所述分离装置连接的探测组件。

优选的，所述放射性裂变气体为惰性气体。

优选的，所述分离装置为气水分离装置；所述探测器包括NaI和电离室探测器。

优选的，所述报警阈值为基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度；当检测到的所述放射性裂变气体的活度浓度超过所述预设的射性裂变气体的活度浓度时，所述对比组件产生报警信号并发送。

优选的，所述基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度至少有一个；

当检测到的放射性裂变气体的活度浓度超过其中任一所述预设的射性裂变气体的活度浓度时，所述对比组件产生不同的报警信号并发送；所述报警组件根据接收到的不同的报警信号，采用与该报警信号对应的模式进行报警。

优选的，所述基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度包括：

当所述燃料元件包壳破损率为预设的第一破损率时对应的放射性裂变气体的第一活度浓度；

以及当所述燃料元件包壳破损率为预设的第二破损率时对应的放射性裂变气体的第二活度浓度；

当所述检测到的放射性裂变气体的活度浓度超过所述第一活度浓度时，所述对比组件产生第一报警信号并发送；所述报警组件根据接收到的第一报警信号，采用与该第一报警信号对应的第一模式进行报警；

当所述检测到的放射性裂变气体的活度浓度超过所述第二活度浓度时，所述对比组件产生第二报警信号并发送；所述报警组件根据接收到的第二报警信号，采用与该第二报警信号对应的第二模式进行报警。

本发明的技术方案具有如下技术效果：

1)本发明可通过监测一回路冷却剂中的惰性气体的活度浓度来对燃料元包壳的破损率进行检测，其相对于现有的定性监测破损率的方法而言，具有更高的可行性和灵敏度，可以避免由于非燃料元件破损原因而可能导致的误测量；

2)本发明可设定1个或多个报警阈值，可实现对核电厂安全运行所关心的燃料元件包壳破损率限值进行定量监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一中的燃料元件包壳完整性的检测方法流程图；

图2是本发明实施例一中的燃料元件包壳完整性的检测系统结构示意图。

具体实施方式

本发明针对现有技术中存在的只能通过监测一回路冷却剂γ剂量率的变化来对燃料元件包壳完整性进行定性监测，而不能定量检测，以及由于非燃料元件破损等原因造成的误测量的缺陷，提供了一种核电站燃料元件包壳完整性的检测方法和系统。其核心思想是：惰性气体产生于核电站反应堆内部核燃料的核裂变过程，裂变过程中放出核能以及裂变产物、衰变产物，其中裂变产物和衰变产物中包含惰性气体。若燃料元件包壳产生破损，则只有所述惰性气体才能释放出燃料元件包壳，本发明通过监测一回路冷却剂中的惰性气体来达到定量监测燃料包壳破损率的目的。

实施例一：

图1示出了本发明中核电站燃料元件包壳完整性的检测方法流程图，其具体包括如下步骤：

S1、将核电站燃料元件包壳与一回路冷却系统进行连接；如果燃料元件包壳破损，则包含在燃料元件中的放射性裂变和衰变产物将进入到所述一回路冷却系统的冷却剂中；

S2、通过探测器对所述一回路冷却系统中的一回路冷却剂进行检测，确定所述一回路冷却剂中放射性裂变气体的活度浓度；惰性气体产生于反应堆内部核燃料的核裂变过程，裂变过程中放出核能以及裂变产物、衰变产物，其中裂变产物和衰变产物中包含惰性气体，因此，上述步骤S2中的所述放射性裂变气体优选为惰性气体，所述探测器包括但不限于是NaI和电离室探测器，其他任何可检测所述一回路冷却剂中的惰性气体放射性活度浓度的检测装置均落入本发明的保护范围内；

S3、当检测到的所述放射性裂变气体的活度浓度符合预设的报警阈值条件时进行报警。

优选的，步骤S2中具体包括：

S21、通过化学与容积控制系统将所述一回路冷却剂输送到下泄管线，通过分离装置将所述放射性裂变气体从所述下泄管线中的一回路冷却剂中进行分离；

S22、通过所述探测器对分离得到的放射性裂变气体的活度浓度进行检测，并确定分离得到的放射性裂变气体的放射性活度浓度。

本实施例中，所述分离装置为气水分离装置，通过上述气水分离装置现将惰性气体从所述一回路冷却剂中分离出来，然后再进行检测，可避免由除惰性气体外的其他能产生放射性的物质所带来的活度浓度误差，由此极大的提高检测的可行性和灵敏度，可以避免由于非燃料元件破损原因而可能导致的误测量。

进一步的，步骤S3中，所述报警阈值为基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度；当检测到的所述放射性裂变气体的活度浓度超过所述预设的射性裂变气体的活度浓度时进行报警；

所述基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度至少有一个；当检测到的放射性裂变气体的活度浓度超过其中任一所述预设的射性裂变气体的活度浓度时，采用与该所述预设的放射性裂变气体的活度浓度对应的模式进行报警。

具体的，所述基于所述燃料元件包壳破损率预设的放射性裂变气体的活度浓度包括：

当所述燃料元件包壳破损率为预设的第一破损率时对应的放射性裂变气体的第一活度浓度；优选的，所述第一破损率为0.25％时对应的第一活度浓度为b1＝1E10Bq/m³；

及当所述燃料元件包壳破损率为预设的第二破损率时对应的放射性裂变气体的第二活度浓度；优选的，所述第二破损率为时对应的所述第二活度浓度为b2＝1E11Bq/m3；

当所述放射性裂变气体的活度浓度超过所述第一活度浓度时，以与所述第一活度浓度对应的第一模式进行报警；所述报警方式可为声光报警方式，如采用黄色的指示灯或者连续的声响进行报警；

当所述放射性裂变气体的活度浓度超过所述第二活度浓度时，以与所述第二活度浓度对应的第二模式进行报警；同样的，所述报警方式可为声光报警方式，如采用红色的指示灯或者间断的声响进行报警。

由此，核电厂操纵员在发现燃料包壳破损后，可根据不同的报警方式来判断燃料包壳元件破损的程度，由此将采取不同的核电厂运行策略，以减少放射性物质的释放和传播。

实施例二：

图1示出了本发明中核电站燃料元件包壳完整性的检测方法系统结构示意图，其具体包括：

探测组件6，其连接与核电站燃料元件包壳1连接的一回路冷却系统2，用于检测所述一回路冷却系统2的一回路冷却剂中所含的放射性裂变气体的活度浓度并输出；

比对组件7，其连接所述探测组件6，用于接收输出的所述检测到的活度浓度，并将检测到的所述活度浓度与预设的报警阈值条件进行比对，若符合报警阈值条件，则产生报警信号并发送；

以及报警组件8，其连接所述比对组件7，用于接收发送的报警信号，按照预设的报警模式进行报警。

优选的，在所述探测组件6上游还包括：

化学与容积控制系统3，其连接所述一回路冷却系统2，用于控制所述一回路冷却剂的总量与组分，并将所述一回路冷却剂输送至与所述化学与容积控制系统2连接的下泄管线4；

以及与所述下泄管线4连接的分离装置5，所述分离装置5用于将所述放射性裂变气体从所述下泄管线4中的一回路冷却剂中进行分离，并将分离得到的放射性裂变气体输送至与所述分离装置5连接的探测组件6。

此外，本实施例中所述报警阈值的设定、报警信号的产生以及报警方式均与实施例一相同，在此不再赘述。

需要说明的是，本发明中的检测方法以及系统可运用于核电站压水堆燃料元件包壳完整性的检测。

综上所述，本发明可通过监测一回路冷却剂中的惰性气体的活度浓度来对核电站燃料元包壳的破损率进行检测，其相对于现有的定性监测破损率的方法而言，具有更高的可行性和灵敏度，可以避免由于非燃料元件破损原因而可能导致的误测量；且可设定1个或多个报警阈值，可实现对核电厂安全运行所关心的燃料元件包壳破损率限值进行定量监测。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。