101堆乏燃料元件破損檢測(cè)方法

張會(huì)軍

摘要：乏燃料元件由于長(zhǎng)期在反應(yīng)堆內(nèi)運(yùn)行，受冷卻劑腐蝕或發(fā)熱膨脹等因素影響，可能造成乏燃料元件包殼破損，從而導(dǎo)致裂變材料和裂變產(chǎn)物泄漏。我國(guó)乏燃料運(yùn)輸容器和乏燃料貯存水池使用規(guī)定，目前暫不接受破損的乏燃料元件，因此，在乏燃料裝入運(yùn)輸容器后及下水貯存前必須對(duì)乏燃料進(jìn)行破損檢測(cè)。本文主要介紹了101堆乏燃料元件外運(yùn)前，對(duì)裝入 RY-1A型鉛容器內(nèi)的乏燃料元件進(jìn)行破損檢測(cè)的方法，以確保要運(yùn)輸并準(zhǔn)備儲(chǔ)存到404廠的乏燃料元件無(wú)破損無(wú)泄漏。

關(guān)鍵詞：乏燃料元件1 ； 破損檢測(cè)方法2

中圖分類號(hào)： TL751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

101重水研究堆（HWRR）是我國(guó)第一座反應(yīng)堆，1958年6月反應(yīng)堆達(dá)到臨界，9月開(kāi)始投入運(yùn)行，2007年7月停止運(yùn)行，已經(jīng)運(yùn)行了近50年。在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，產(chǎn)生了大量的乏燃料元件，為了保障乏燃料元件的安全處置，所有的乏燃料元件都需要運(yùn)往并暫存在蘭州404后處理廠，存放在404中試廠的水池內(nèi)。乏燃料元件的破損和泄漏，將嚴(yán)重污染乏燃料保存水池中的冷卻水，所以在乏燃料元件外運(yùn)前要進(jìn)行乏燃料元件破損檢測(cè)工作以確保要求運(yùn)輸并準(zhǔn)備儲(chǔ)存的乏燃料元件無(wú)破損無(wú)泄漏。

1乏燃料元件破損檢測(cè)方法

1.1乏燃料元件破損檢測(cè)原理

101堆要運(yùn)輸?shù)姆θ剂显x擇已經(jīng)出堆冷卻5年以上，乏燃料元件出堆并冷卻5年后，在乏燃料中的主要放射性物質(zhì)除了鈾、鎿、钚等長(zhǎng)壽命α核素外，主要的放射性核素包括90Sr、137Cs、144Ce、147Pm和85Kr等半衰期較長(zhǎng)的核素。固體的裂變產(chǎn)物取樣測(cè)量難度大，而且容易受到破損燃料元件其他泄漏物質(zhì)的干擾；氣體裂變產(chǎn)物85Kr是惰性氣體，半衰期為10.73 年，β-衰變時(shí)，放出514KeV的特征γ射線，在環(huán)境空氣中的濃度小于1Bq/m3，在元件破損后擴(kuò)散快，易于取樣測(cè)

量；所以通過(guò)測(cè)量運(yùn)輸容器中是否有85Kr來(lái)判斷乏燃料元件是否破損泄漏。乏燃料組件吊籃裝入運(yùn)輸容器之后，加蓋密封5-6天左右；使用真空泵抽取運(yùn)輸容器氣體，并使抽出的氣體通過(guò)活性炭冷阱（液氮浴控溫- 198℃） ，85Kr（沸點(diǎn)為-153.2℃）被活性炭冷阱冷凍捕捉，，再用多道探頭和多道系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。若有

85Kr的峰出現(xiàn)，說(shuō)明元件包殼有破損，否則元件包殼完好。

1.2國(guó)內(nèi)外常用的方法

對(duì)于乏燃料元件的破損檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外通用的方法是通過(guò)對(duì)乏燃料元件包殼周圍密封后抽氣取樣，對(duì)樣品進(jìn)行定性分析，通過(guò)分析樣品中是否含有85Kr來(lái)判斷與之對(duì)應(yīng)乏燃料元件的包殼狀況。

1.3氣體樣品取樣設(shè)備和裝置

氣體樣品取樣設(shè)備包括機(jī)械真空泵一臺(tái)，真空表一個(gè)，液氮瓶一個(gè)，活性碳2kg，活性碳冷阱1個(gè)，金屬三通一個(gè)，三通放氣閥兩個(gè)，真空橡皮管10m等。

氣體樣品取樣裝置如圖1所示。

圖1運(yùn)輸容器氣體樣品收集裝置示意圖

1.4氣體取樣操作步驟

（1） 按照運(yùn)輸容器氣體樣品收集裝置示意圖（圖1）連接取樣設(shè)備；

（2） 關(guān)閉3號(hào)三通閥，打開(kāi)9號(hào)三通閥，打開(kāi)冷阱兩邊的4號(hào)閥門，啟動(dòng)機(jī)械真空泵抽真空3-5分鐘建立真空后，將冷阱放入液氮瓶中；

（3） 待冷阱溫度平衡后，打開(kāi)3號(hào)閥，對(duì)運(yùn)輸容器抽氣15分鐘；

（4） 關(guān)閉冷阱兩邊的閥門、停泵、打開(kāi)3號(hào)閥和9號(hào)閥，通空氣，取下冷阱。

1.5冷阱85Kr的測(cè)量分析

（1） 測(cè)量本底15分鐘 ，以便與測(cè)量樣品進(jìn)行比較；

（2） 用高純鍺γ能譜儀測(cè)量活性炭冷阱取樣器中的85Kr，測(cè)量時(shí)間15分鐘，測(cè)量能量為0.514Mev的峰值，判斷 85Kr是否存在。如果測(cè)量結(jié)果低于探測(cè)限，則說(shuō)明元件無(wú)破損，如果測(cè)量結(jié)果有85Kr存在，則根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)和儀器的效率可以推算出85Kr的含量。

2結(jié)語(yǔ)

101堆從1995年開(kāi)始乏燃料外運(yùn)工作，1995年、1996年兩批乏燃料外運(yùn)共

15個(gè)運(yùn)輸容器，使用上述檢測(cè)方法合格后，運(yùn)至404廠。1996年運(yùn)輸?shù)?號(hào)容器內(nèi)燃料組件在2004年卸料前破損檢查中發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)有85Kr裂變氣體存在，測(cè)量數(shù)據(jù)平均值為：第一次56639，第二次3995（γ計(jì)數(shù)/300s），判斷其內(nèi)組件存在破損，這種方法得到實(shí)際驗(yàn)證。使用上述檢測(cè)方法2008年至2013年對(duì)27個(gè)運(yùn)輸容器中的乏燃料元件進(jìn)行了破損檢查，檢查結(jié)果表明，27個(gè)RY-1型鉛容器內(nèi)乏燃料元件均無(wú)破損。

參考文獻(xiàn)：

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