用于燃料组件或燃料棒破损检查的Kr-85检漏方法

摘要

本发明公开了用于燃料组件或燃料棒破损检查的Kr-85检漏方法，包括以下步骤:将燃料组件或燃料棒放置于密闭容器内；对密闭容器进行排水；加热使密闭容器中的燃料组件或燃料棒保温贮存；停止加热，让所述密闭容器自然冷却；启动真空泵，将冷却后的密闭容器内的气体抽出；对抽出的气体进行干燥，并对干燥后的气体进行冷却；对冷却后的气体进行Kr-85捕集；向密闭容器内充入氦气，稀释所述密闭容器内剩余的Kr-85；最终得到捕集后的Kr-85样，使用高精度谱仪分析，判断是否有Kr-85逸出，得出结论。本发明方法量化规定了Kr-85检漏方法中的各个参数及步骤，提高了燃料组件破损检查的效率、精度和准确性。

说明书

技术领域

本发明属于燃料组件破损检查技术领域，特别是涉及用于燃料组件或燃料棒破损检查的Kr-85检漏方法。

背景方法

燃料组件发生破损后，其包壳内的裂变核素会由裂缝逸出。Kr-85是由U-235、U-238裂变后经一系列衰变而生成的放射性惰性气体，在²³⁵U燃料中裂变的产额为0.293%，由于其半衰期比其他气体典型核素要长很多（约为10.73年），因此在燃料组件破损检查时常用Kr-85作为典型核素。Kr-85自然存在量极其少，大部分都是由裂变生成的。

但是由于Kr-85的逸出量与多种原因有关，且加速其释放的各种手段也没有一个较为明确的工艺路线，Kr-85检漏的成功率及检出线不高，在燃料组件细微破损导致Kr-85释放量较少时，Kr-85检漏往往不能成功检出破损燃料组件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供用于已辐照燃料组件或燃料棒破损检查的Kr-85检漏方法，该方法用于已辐照燃料组件或燃料棒破损检查，具有检出效率高、检出精度高、合理可靠的优点。

本发明解决上述方法问题所采用的技术方案是：用于燃料组件或燃料棒破损检查的Kr-85检漏方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，将密闭容器放置于水中，使燃料组件或燃料棒放置于密闭容器内；

步骤B，对所述步骤A中的密闭容器进行排水；

步骤C，对所述步骤B处理后的密闭容器进行加热；

步骤D，继续加热，使所述步骤C密闭容器中的燃料组件或燃料棒保温贮存；

步骤E，停止对所述步骤D密闭容器的加热，让所述密闭容器自然冷却；

步骤F，启动真空泵，将所述步骤E冷却后的密闭容器内的气体抽出；

步骤G，对所述步骤F抽出的气体进行干燥，并对干燥后的气体采用液氮进行冷却，将其冷冻至液态便于捕集器进行捕集；对冷却后的气体进行Kr-85捕集；

步骤H，向所述步骤G处理后的密闭容器内充入氦气，稀释所述密闭容器内剩余的Kr-85；

步骤I，重复步骤F-G，最终得到捕集后的Kr-85样，使用高精γ谱仪系统分析，如果高精γ谱仪系统检出的Kr-85峰大于等于破损判漏限，则得出所述燃料组件或燃料棒中有Kr-85逸出的结论；如果高精γ谱仪系统检出的Kr-85峰小于破损判漏限，则得出所述燃料组件或燃料棒中没有Kr-85逸出的结论。

上述技术方案中，由于入堆进行裂变反应的核反应堆燃料组件或燃料棒具有极高的放射性，对人体及设备有很大的危害，因此需要对其进行屏蔽。水有较好屏蔽能力且较为便宜，故本检漏方法采取用水进行屏蔽，以使得操作人员可以直接进行观察，因此密闭容器需要放置于水中，所述燃料组件及燃料棒的移动及贮存均在水下进行。

所述破损判漏限可以根据国家的标准方法测试得到。在每次试验前，将按照标准方法，对使用的装置进行标定试验，得出所使用的燃料组件或燃料棒的破损判漏限。

上述技术方案中，所述步骤B包括如下步骤：

步骤B1, 采用压缩空气将所述密闭容器中的水排出。

步骤B2，对所述步骤B1处理后的密闭容器进行气压检漏；气压检漏的检漏压力优选0.4Mpa；气压检漏的目的是确认和保证密闭容器的气密性，以避免之后的步骤中有水进入密闭容器内。如果观察到有气泡由容器密封处冒出，则证明密闭容器气压检漏不合格，需要进行密闭容器的重新密封，之后再次进行气压检漏试验，直至试验合格。

步骤B3，对所述步骤B2处理后的密闭容器进行空气吹扫；去除燃料组件或燃料棒吊入时带入的水及容器中的残存的水汽，气压检漏合格则开始步骤C。

所述步骤C中，加热使所述密闭容器的温度达到80℃±10℃。将破损燃料组件或燃料棒加热到一定的温度，使得其中的裂变气体受热膨胀，膨胀后的气体由破损燃料组件或燃料棒的细微破口逸出。因此加热温度的大小影响着Kr-85的释放量，而经过本发明人多次试验证明，加热温度在80℃±10℃时，Kr-85的释放量最多。

所述步骤D中的保温贮存的温度为80℃±10℃，并且保温贮存时间为30-50小时。由于破损燃料组件或燃料棒存在的细微破口，在保温贮存过程中，其中的裂变气体与外界气体互换流动，而其交换与温度有一定的关系，本发明人研究表明保温贮存时间为30-50小时，释放的Kr-85量最多，在超过50小时之后，Kr-85的释放量变得相对较少。

优选的是，所述步骤D中保温贮存时间为40小时。

所述步骤F中，启动真空泵将密闭容器内的气体抽出，使密闭容器内的真空度达到-0.05MPa以下，然后连续抽取10-30min；停止真空泵并进行步骤G。所述步骤F中在将密闭容器内的气体抽出时，要求必须达到-0.05MPa以下的真空度并连续抽取10-30 min，如此方能最大限度的将密闭容器内部的气体抽出。

所述步骤G中，当干燥后的气体被冷却到40℃以下时，进行Kr-85捕集。

所述步骤H中，向所述密闭容器充入压力为0.2-0.4MPa的氦气。使用氮气充释，使Kr-85的抽取更加充分，提高了本发明方法的准确度。优选的是，步骤H中，向所述密闭容器充入压力为0.2MPa的氦气。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明工艺系统整个流程属于独创性，用于燃料组件或燃料棒破损检查，具有较高的效率、精度和准确性。相较于旧的Kr-85检漏方法（直接抽取Kr-85），准确性更高，经过加热、贮存流程之后Kr-85的释放量较不进行这些步骤提高30~40倍，在进行的试验中，许多人工制造的微小破口使用直接抽取的方法无法检测出来，而使用本工艺可以准确的检测，这就意味着本工艺系统能够检查出更微小的破损。

（2）本发明方法中包括保温贮存的工艺步骤，使破损燃料组件或燃料棒在80℃±10℃的温度下进行贮存30-50h，提高了Kr-85的释放量。

经过本发明人多次试验验证，对燃料棒贮存能够提高Kr-85气体由燃料棒破口逸出的量，贮存40h再抽取的释放量比不贮存直接抽取的释放量高15-20倍。而在高温下贮存又可以进一步提高其释放量，根据试验，在80℃±10℃的温度下进行贮存40h比常温（25℃）贮存40h的释放量高50%-80%。

（3）本发明方法中包括了在从密闭容器内抽取一次气体后使用氦气充释，解决了Kr-85的抽取不充分的技术难题；根据本发明人进行的对比试验，氦气充释能够提高Kr-85气体的回收率，使用氦气充释回收到的Kr-85气体量比不使用氦气充释的同等情况高20-40%。

（4）本发明方法采用加热温度使得内部气体受热膨胀逸出的方法加速Kr-85的释放，明确了重要的加热温度参数80℃±10℃；加热温度在80℃±10℃时，Kr-85的释放量最多。根据本发明人进行的对比试验，加热温度为80℃时Kr-85的释放量要比加热温度为60℃时高20-25%，要比不加热时高90-120%。

附图说明

图1为本发明实施例1的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

为了提高燃料组件Kr-85的释放量，以提高本发明检漏方法的准确度，发明人设计了贮存与不贮存对比试验。

贮存与不贮存对比试验方案是：本试验对两根有破损的燃料组件进行了各6次试验，包括3次采用贮存方式、3次不贮存直接抽取，抽取方式及参数一致。试验结果表明，贮存40h再抽取的Kr-85释放量比不贮存直接抽取的释放量高15-20倍。

为进一步优化贮存工艺，经本发明人选用高温贮存的方式进一步提高Kr-85的释放量。在对比试验中，对一根有破损的燃料组件进行了8次试验，4次常温（25℃）贮存40h，4次在80℃的温度下进行贮存40h。试验结果表明在80℃的温度下进行贮存40h比常温（25℃）贮存40h的Kr-85释放量高50%-80% 。

为了最大化的提高Kr-85释放量，本发明人对加热温度进行进一步优化，对比试验为：对两根有破损的燃料组件进行了各10次试验，常温不加热（25℃）检查2次，加热到40℃ 2次，加热到60℃ 2次，加热至80℃ 2次，加热到100℃ 2次，实验结果表明：加热温度为80℃时Kr-85的释放量要比加热温度为60℃时高20-25%，要比不加热时高70-90%，加热温度为40℃与常温不加热（25℃）Kr-85的释放量相差很小，而100℃时的Kr-85的释放量与80℃时相差不大，但是由于其成本高，水下有沸腾干烧的安全隐患，因此本工艺优化后采用80℃±10℃的加热温度。

由于密闭容器中的Kr-85使用一次抽取后，其中有部分Kr-85气体任留存于密闭容器中，为了将剩余的Kr-85尽量抽出，本发明人发明采用氦气充释，多次抽取的方法进行抽取，即在密闭容器抽完一次气体后，向密闭容器内冲入氦气达到常压，等待10分钟气体充分扩散，再次抽密闭容器内气体。在对比试验中，向20个试验用密闭容器注入等量的Kr-85气体，使用氦气充释的10组的Kr-85回收效率平均为86%，没有使用氦气充释的Kr-85回收效率平均为64%，试验结果表明使用氦气充释回收到的Kr-85气体量比不使用氦气充释的同等情况高20-40% 。

实施例1

以高通量工程试验堆元件破损检查为具体实施例来对本发明做进一步描述。

试验前，按照国家规定的标准方法，对使用的燃料组件进行标定试验，得出所使用的燃料组件或燃料棒的破损判漏限。然后，如图1所示，按照以下步骤进行检漏：

1)  密闭容器放置于水中，将燃料组件外观检查后，单独放置于密闭容器内；

2)  使用空压机对密闭容器进行排水；

3)  对密闭容器进行气压检漏0.2~0.8 MPa，以避免之后的步骤中有水进入容器内；

4)  对密闭容器进行空气吹扫，吹扫时间为10~30min，去除燃料组件或燃料棒吊入时带入的水及空气中的部分水汽；

5)  对密闭容器进行加热，加热温度为80℃±10℃，以加速Kr-85的释放；

6)  使燃料组件处于80℃±10℃温度下贮存40小时时间，积攒Kr-85的释放量；

7)  停止加热，让密闭容器自然冷却；

8)  待温度下降40℃以下时，启动真空泵将密闭容器内的气体抽出，抽取时使密闭容器内的真空度达到-0.05MPa；连续抽取15min；

9)  对抽出的气体进行干燥，使用液氮对其进行冷却；

10) 对冷却的气体使用活性炭进行捕集；

11)  向密闭容器内再充入0.2-0.4MPa的氦气，稀释其内可能剩余的Kr-85；重复步骤8~10，最终得到捕集后的Kr-85样，使用高精γ谱仪系统分析，如果高精γ谱仪系统检出的Kr-85峰大于等于破损判漏限，则得出该组燃料组件或燃料棒有Kr-85逸出，即得出该组燃料组件或燃料棒存在破损的结论；如果高精γ谱仪系统检出的Kr-85峰小于破损判漏限，则得出所述燃料组件或燃料棒中没有Kr-85逸出，即得出该组燃料组件或燃料棒不存在破损的结论。

如上所述，便可较好地实现本发明。