本發(fā)明涉及研究堆用輻照，尤其是涉及一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、研究堆考驗回路也成為輻照考驗回路，是一種燃料元件性能驗證平臺，通過對回路系統(tǒng)溫度、壓力、流量等主要參數(shù)的精細化控制，模擬燃料元件在反應(yīng)堆內(nèi)的真實工況，完成燃料元件性能驗證。

2、即考驗回路主要用于堆內(nèi)元件的釋熱和系統(tǒng)余熱的導(dǎo)出，但在回路運行過程中，由于燃料元件處于高溫、高壓等極端惡劣工況，因此導(dǎo)致燃料元件的完整性無法得到絕對保障；而燃料元件出現(xiàn)破損后，若未及時發(fā)現(xiàn)，以及采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，放射性介質(zhì)將發(fā)生大量擴散，而造成回路系統(tǒng)污染，從而造成巨大經(jīng)濟損失，反應(yīng)堆和回路的運行安全也將受到影響。

3、目前，在研究堆考驗回路的破損檢測方法中，使用最為成熟的是載熱劑緩發(fā)中子法和載熱劑總γ法相結(jié)合的載熱劑射線分出法，該方法通過對一回路水中緩發(fā)中子和總γ同時監(jiān)測實現(xiàn)對燃料元件完整性的監(jiān)測；其中，緩發(fā)中子法通過緩中子探測器，對回路中235u、238u、239u的裂變產(chǎn)物進行測量，可直接監(jiān)測燃料元件是否破損，但由于探測器自身穩(wěn)定性和靈敏度問題會出現(xiàn)誤報情況；而總γ監(jiān)測法通過總γ監(jiān)測儀，對回路中總γ量進行監(jiān)測，可間接反映燃料元件是否破損，但由于除了燃料元件破損時，回路設(shè)備或管道由于長期運行積累同樣會釋少量γ射線，造成情況誤報；

4、因此，通常采用二者結(jié)合相互驗證的方式提高系統(tǒng)可靠性，并且為了與緩發(fā)中子監(jiān)測儀匹配，從而進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，總γ監(jiān)測器通常選用nai閃爍體探測器，有效監(jiān)測的能量范圍為800kev以下。

5、然而，在考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計和實際運行過程中由于緩發(fā)中子衰變周期非常短0.2s～54.5s，同時還要避免16n和19o的干擾，測量條件十分苛刻，因此，極大增加了該系統(tǒng)設(shè)備和管路的設(shè)計以及測量位置的選取的難度。此外，由于能量在800kev以下的關(guān)鍵核素其種類較多且會相互影響，每個核素的分辨十分困難，因此該方法僅適用于檢測燃料元件是否破損及總γ水平的監(jiān)測，不具備放射性核素含量的監(jiān)測功能。

6、故而，我們提出一種能夠判斷結(jié)果準確的元件破損監(jiān)測系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明公開了一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的破探熱交換器、第一控制閥門、緩發(fā)中子監(jiān)測器、總γ監(jiān)測器和在線核素監(jiān)測儀；

4、所述破探熱交換器的冷卻入口與考驗回路連通，破探熱交換器的冷卻出口通過第一控制閥門與緩發(fā)中子監(jiān)測器的進水口連接；

5、所述緩發(fā)中子監(jiān)測器的出水口與總γ監(jiān)測器的進水口連接；

6、所述總γ監(jiān)測器的出水口與在線核素監(jiān)測儀的進水口連接；

7、所述在線核素監(jiān)測儀的出水口通過第一流量調(diào)節(jié)閥與破探熱交換器的再生進口連接；

8、所述破探熱交換器的再生出口與考驗回路連通。

9、優(yōu)選的，所述破探熱交換器采用再生式換熱器，且該換熱器包括一次側(cè)冷卻回路和二次側(cè)冷卻回路，其中一次側(cè)冷卻回路的冷卻入口與考驗回路的主水路來水口連通，一次側(cè)冷卻回路的冷卻出口與二次側(cè)冷卻回路的冷卻入口連通；所述一次側(cè)冷卻回路的再生入口與在線核素監(jiān)測儀的出水口連通，一次側(cè)冷卻回路的再生入口與考驗回路的主水路去水口連通；

10、所述二次側(cè)冷卻回路的冷卻出口與第一控制閥門連接，二次側(cè)冷卻回路的再生入口通過第二流量調(diào)節(jié)閥與考驗回路的二次水路進水口連通，二次側(cè)冷卻回路的再生出口與考驗回路的二次水路排水口連通。

11、優(yōu)選的，所述第一流量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)范圍為0m3/h～1m3/h。

12、優(yōu)選的，所述第二流量調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)范圍在0m3/h～4m3/h。

13、優(yōu)選的，所述總γ監(jiān)測器外并聯(lián)有第二控制閥門，所述在線核素監(jiān)測儀外并聯(lián)有第三控制閥門。

14、優(yōu)選的，所述緩發(fā)中子探測器采用數(shù)字化bf3計數(shù)管探測器，且該探測器的能量范圍為熱中子～2mev。

15、優(yōu)選的，所述的總γ監(jiān)測器采用nai閃爍體探測器，該探測器的能量范圍為100kev～800kev，測量范圍為3.7×106bq/m3～3.7×1010bq/m3。

16、優(yōu)選的，所述在線核素監(jiān)測儀采用hpge探測儀，該探測儀的能量范圍為100kev～3mev，測量范圍為3.7×106bq/m3～3.7×1012bq/m3。

17、優(yōu)選的，所述的在線核素監(jiān)測測儀，所選的關(guān)鍵核素為138cs、92sr、135i、89rb、134i、142la、133i、138xe。

18、一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測方法，具體步驟為：

19、1)利用破探熱交換器對考驗回路的水進行熱交換冷卻；

20、2)冷卻后的水依次經(jīng)過緩發(fā)中子監(jiān)測器、總γ監(jiān)測器和在線核素監(jiān)測儀，測量水中是否含有放射性核素；

21、3)測量后的水再通過破探熱交換器返回考驗回路；

22、4)上位機根據(jù)緩發(fā)中子監(jiān)測器、總γ監(jiān)測器和在線核素監(jiān)測儀的測量結(jié)果，判斷考驗回路中的燃料元件是否破損，并決定是否停止考驗回路的運行。

23、由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

24、本發(fā)明公開的一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)及方法，通過引入在線核素監(jiān)測儀，能夠?qū)彴l(fā)中子監(jiān)測器和總γ監(jiān)測器所測量的核素進行二次測量，從而提高核素測量的準確性，從而提高了元件破損監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性；

25、此外，破探熱交換器能夠有效地降低一次側(cè)冷卻回路與二次側(cè)冷卻回路之間的溫差，進而減少因溫差過大而導(dǎo)致的熱應(yīng)力；

26、另外，通過第一流量調(diào)節(jié)能夠調(diào)整考驗回路的主水路中水的流速，也就降低了緩發(fā)中子的獲取難度，使得緩發(fā)中子監(jiān)測器的安裝位置易于選擇。

技術(shù)特征：

1.一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：包括依次連接的破探熱交換器(1)、第一控制閥門(2)、緩發(fā)中子監(jiān)測器(3)、總γ監(jiān)測器(4)和在線核素監(jiān)測儀(5)；

2.如權(quán)利要求1所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述破探熱交換器(1)采用再生式換熱器，且該換熱器包括一次側(cè)冷卻回路(11)和二次側(cè)冷卻回路(12)，其中一次側(cè)冷卻回路(11)的冷卻入口與考驗回路(10)的主水路(101)來水口連通，一次側(cè)冷卻回路(11)的冷卻出口與二次側(cè)冷卻回路(12)的冷卻入口連通；所述一次側(cè)冷卻回路(11)的再生入口與在線核素監(jiān)測儀(5)的出水口連通，一次側(cè)冷卻回路(11)的再生入口與考驗回路(10)的主水路(101)去水口連通；

3.如權(quán)利要求2所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述第一流量調(diào)節(jié)閥(6)的流量調(diào)節(jié)范圍為0m3/h～1m3/h。

4.如權(quán)利要求2所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述第二流量調(diào)節(jié)閥(7)的流量調(diào)節(jié)范圍在0m3/h～4m3/h。

5.如權(quán)利要求1所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述總γ監(jiān)測器(4)外并聯(lián)有第二控制閥門(8)，所述在線核素監(jiān)測儀(5)外并聯(lián)有第三控制閥門(9)。

6.如權(quán)利要求1所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述緩發(fā)中子探測器采用數(shù)字化bf3計數(shù)管探測器，且該探測器的能量范圍為熱中子～2mev。

7.如權(quán)利要求1所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述的總γ監(jiān)測器(4)采用nai閃爍體探測器，該探測器的能量范圍為100kev～800kev，測量范圍為3.7×106bq/m3～3.7×1010bq/m3。

8.如權(quán)利要求1所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述在線核素監(jiān)測儀(5)采用hpge探測儀，該探測儀的能量范圍為100kev～3mev，測量范圍為3.7×106bq/m3～3.7×1012bq/m3。

9.如權(quán)利要求1所述的研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是：所述的在線核素監(jiān)測測儀，所選的關(guān)鍵核素為138cs、92sr、135i、89rb、134i、142la、133i、138xe。

10.一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測方法，具體步驟為：

技術(shù)總結(jié)
一種研究堆考驗回路元件破損監(jiān)測系統(tǒng)及方法，涉及研究堆用輻照技術(shù)領(lǐng)域，包括依次連接的破探熱交換器、第一控制閥門、緩發(fā)中子監(jiān)測器、總γ監(jiān)測器和在線核素監(jiān)測儀；所述破探熱交換器的冷卻入口與考驗回路連通，破探熱交換器的冷卻出口通過第一控制閥門與緩發(fā)中子監(jiān)測器的進水口連接；所述緩發(fā)中子監(jiān)測器的出水口與總γ監(jiān)測器的進水口連接；所述總γ監(jiān)測器的出水口與在線核素監(jiān)測儀的進水口連接；所述在線核素監(jiān)測儀的出水口通過第一流量調(diào)節(jié)閥與破探熱交換器的再生進口連接；所述破探熱交換器的再生出口與考驗回路連通；本系統(tǒng)能夠準確判斷燃料元件是否發(fā)生破損，這一結(jié)果。

技術(shù)研發(fā)人員：李永強,汪海,趙光,李勁松,童明炎,楊文華,孫勝,吳紅偉,王育坤,司丹丹,王欠欠,王沖
受保護的技術(shù)使用者：中國核動力研究設(shè)計院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9