[实用新型]基于主动中子空间强度分布的核燃料燃耗深度测量装置

说明书

本实用新型公开了一种基于主动中子空间强度分布的核燃料燃耗深度测量装置，包括紧凑型D‑D中子源、中子慢化体、γ屏蔽体、锥形中子准直孔道及热中子像探测器系统，紧凑型D‑D中子源外依次包裹中子慢化体和γ屏蔽体，D‑D中子源上方的中子慢化体上竖直设置上大下小的锥形中子准直孔道，锥形中子准直孔道的上端安装热中子像探测器系统。本实用新型中热中子与核燃料中不同元素的反应截面不一样，使锥形中子准直孔道中透射穿过核燃料元件样品的中子通量在空间上具有差异性，再利用热中子透射强度与燃料燃耗的响应模型可测得核燃料元件燃耗深度空间分布及平均燃耗。本实用新型具有快速、准确、无损、良好空间分辨性的特点。

技术领域

本实用新型属于高放射性核材料无损检测技术领域，尤其涉及一种基于主动中子空间强度分布的核燃料燃耗深度测量装置。

背景技术

燃料元件是核反应堆的核心部件，其性能指标直接反应了反应堆的安全性及经济性，燃耗标识了反应堆运行过程中核燃料的消耗程度，燃耗越深，核燃料利用越充分，能降低发电成本。但是燃耗也不能无限加深，否则链式反应就难以维持。进行反应堆燃料元件燃耗深度的准确测量对提高反应堆效率和经济性有很大的作用，在核电站、燃耗信任制、核保障等领域中具有十分重要的意义。

核燃料燃耗的测量通常是通过对已裂变的燃料元件中某些核素进行测量来估算燃料元件的燃耗，燃耗深度是对装入堆芯的单位重量核燃料所产生的总能量的定量度量，测量方法主要分为破坏性分析(DA)和非破坏性分析(NDA)。破坏性分析(DA)是指把乏燃料组件进行化学溶解，对溶解液中的某些裂变核素进行放射化学分析或质谱仪分析来确定燃耗；非破坏性分析(NDA)是指直接用γ谱仪测量裂变核素中的某种核素与燃耗量相关的γ射线或测量自发或诱发裂变中子来确定燃耗。破坏性测量具有直接性的特点，但测量的时间周期长、对测量的环境要求高、测量的程序比较复杂等因素，通常用作乏燃料燃耗测量的一种补充测量手段。而非破坏性测量的方法简单、测量时间周期短、测量可靠、使用方便，随着核电站的发展和乏燃料的不断累积，乏燃料的燃耗测量需求与日骤增，核燃料燃耗非破坏性分析技术突显出竞争优势。

目前，国外研究机构在核燃料燃耗的非破坏性分析技术方面主要开展高分辨γ能谱测量法和被动中子测量法。高分辨γ能谱测量法是针对某一核素(例如¹³⁷Cs)的特征峰进行γ能谱测量，通过探测器测量计算得到的核素活度，再根据校准曲线直接估计燃料的燃耗深度。另外，测量两种放射性核素γ放射性比值(例如¹³⁴Cs/¹³⁷Cs)的方法能够消除几何因子、探测效率等因素的影响，将测量精度提高。被动中子测量法也称无源中子法，其基本原理是通过高效的中子探测器测量辐照后燃料自发裂变、核反应放出的中子，得到核燃料相对燃耗信息。被动中子测量法是最为普遍的方法，辐照后的燃料能够生产新的重同位素，通过自发裂变、(α,n)反应放出中子，利用中子探测器测量乏燃料组件的中子计数率，并经过一系列数据分析和处理得到平均燃耗，该方法得到的燃耗值比较精确。

现有技术存在的问题是：破坏性分析(DA)技术对辐照后核燃料燃耗深度测量的时间周期长、对测量的环境要求高、测量的程序比较复杂等因素，通常用作乏燃料燃耗测量的一种补充测量手段；辐照后核燃料燃耗深度的高分辨γ能谱测量法受到测量效率较低、复杂γ谱难易辨别的限制，造成核燃料燃耗深度的测量精度较低；辐照后核燃料燃耗深度的被动中子测量法受限于高探测效率的中子探测器，且中子强度随冷却时间呈指数下降，测量数据的修正工作较为困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于主动中子空间强度分布的核燃料燃耗深度测量装置，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：