摘? 要：乏燃料元件輻照后熱室檢查中， 掃描測(cè)量作為無損檢測(cè)手段之一，可以獲得燃料輻照行為的相關(guān)信息，秦山一期核電廠乏燃料元件檢驗(yàn)中，利用高純鍺? 譜儀完成了8根燃料元件棒? 掃描測(cè)量，元件燃耗分布在33 956～39 922 MWd/tU之間，獲得了燃料元件軸向相對(duì)燃耗分布及燃料活性區(qū)堆積高度等數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，采用0.5 mm精細(xì)掃描下，芯塊與芯塊間隙位置清晰可辯;燃料元件軸向燃耗總體呈現(xiàn)為兩端低、中間平坦式分布，這與堆內(nèi)中子注量分布相關(guān)，燃料元件格架處燃耗略低;燃料堆積高度較名義高度均有不同程度的增加，高度增長(zhǎng)率在0.31%～0.90%之間;可用134Cs/137Cs原子比表征其相對(duì)燃耗分布。

關(guān)鍵詞：乏燃料元件? ? 掃描? 燃耗分布? 堆積高度

中圖分類號(hào)：TL-34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（c）-0049-04

Gamma Scanning of Spent Fuel Elements from Qinshan NPP PhaseⅠ

ZHU Xinxin

（China Institute of Atomic Energy， Beijing， 102413? China）

Abstract：As one of non-destructive examination methods in hot cell， gamma scanning is used to provide data relevant to fuel behavior. 8 fuel elements from Qinshan NPP phase Ⅰ with burnup range of 33 956～39 922 MWd/tU were measured by gamma scanning， and the axial relative burnup distribution of fuel elements and the stack length of fuel active zone were obtained. The results show that the space position between the pellets can be identified by 0.5 mm fine scanning. The axial burnup of the fuel element is generally low at both ends and flat in the middle， which is related to the neutron flux distribution in the reactor， and the burnup at the fuel element grid is slightly lower. The fuel stack height increases in varying degrees compared with the nominal height， and the height growth rate is between 0.31%～0.90%， and the relative burnup distribution can be characterized by the atom ratio of 134Cs/137Cs.

Key Words： Spent fuel element; Gamma scanning; Burnup distribution; Stack height

通過對(duì)核電廠乏燃料元件開展輻照后檢驗(yàn)，獲取輻照后燃料元件結(jié)構(gòu)、性能變化數(shù)據(jù)，可為改進(jìn)燃料組件設(shè)計(jì)、優(yōu)化制造工藝和運(yùn)行工況提供依據(jù)[1-5]。在燃料元件輻照后熱室檢查中，γ掃描測(cè)量作為無損檢測(cè)手段之一，可以獲得燃料輻照行為的相關(guān)信息[6]，包括燃料芯塊堆積高度、芯塊-芯塊界面定位、芯塊-芯塊間隙大小評(píng)定、揮發(fā)性裂變產(chǎn)物遷移、破損元件燃料缺失、元件軸向燃耗分布等，為燃料元件輻照性能評(píng)價(jià)提供依據(jù)。在秦山一期核電廠乏燃料元件檢驗(yàn)中，利用熱室γ掃描測(cè)量裝置，完成了8根燃料元件γ掃描測(cè)量，元件燃耗分布在33 956～39 922 MWd/tU之間，相關(guān)信息見表1，8根燃料元件共來自3個(gè)燃料組件。

1? γ掃描測(cè)量裝置和測(cè)量方法

1.1 γ掃描測(cè)量裝置

γ掃描測(cè)量裝置布置見圖1所示[6]。該裝置主要由以下幾部分組成：（1）燃料元件及其傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置將燃料元件傳送至準(zhǔn)直器狹縫處，并精確定位，完成整根元件棒的軸向掃描測(cè)量;（2）準(zhǔn)直器，鉛準(zhǔn)直器裝在不銹鋼套管中，熱室內(nèi)的準(zhǔn)直器狹縫寬度為0.5 mm，位于探測(cè)器前的狹縫寬度為1 mm;（3）γ譜儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)的探測(cè)器為CANBERRA公司生產(chǎn)的GC4018型P型同軸HPGe，安裝在熱室前區(qū)，獲取數(shù)據(jù)用的多道分析器為8 192道;（4）在熱室內(nèi)準(zhǔn)直器周圍和探頭周圍安裝了鉛屏蔽，以減少本底γ射線對(duì)測(cè)量的影響。

1.2 測(cè)量方法

對(duì)于輻照后燃料元件，以137Cs為燃耗監(jiān)測(cè)體，移動(dòng)燃料元件，使準(zhǔn)直器狹縫對(duì)準(zhǔn)燃料元件軸向不同位置進(jìn)行γ掃描測(cè)量，解譜獲得Eγ（137Cs）=661 keV能量處峰凈面積（計(jì)數(shù)），除以各點(diǎn)測(cè)量活時(shí)間后，得到137Cs計(jì)數(shù)率。在整根元件上共取近100個(gè)點(diǎn)，以得到整根元件上的137Cs放出的γ射線強(qiáng)度的相對(duì)分布，即燃料元件軸向相對(duì)燃耗分布。采用0.5 mm間隔精細(xì)掃描可以對(duì)芯塊間隙進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)，通過長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量（1 h），獲得滿足一定統(tǒng)計(jì)誤差的134Cs計(jì)數(shù)，采用內(nèi)部效率自刻度，得到了134Cs/137Cs原子比，134Cs是裂變碎片中子俘獲的結(jié)果，它與中子注量的平方成正比，134Cs/137Cs比值與中子注量近似成正比，與燃耗也近似成正比。

2? 測(cè)量結(jié)果與分析

2.1 乏燃料元件主要放射性核素

通過對(duì)乏燃料元件長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量（1 h），獲得了典型乏燃料元件γ放射性譜圖（見圖2），由γ譜圖可見，乏燃料中的主要γ放射性核素有137Cs、134Cs、154Eu、95Zr等，其中137Cs計(jì)數(shù)率最高，與其裂變產(chǎn)額高、半衰期長(zhǎng)有關(guān)。

2.2 137Cs軸向分布

圖3為8根燃料元件棒137Cs軸向分布曲線，橫坐標(biāo)0點(diǎn)處為燃料元件下端燃料活性區(qū)起始點(diǎn)。燃耗總體呈現(xiàn)為兩端低、中間平坦式分布，這與堆內(nèi)中子注量分布相關(guān)。燃料堆積高度測(cè)量結(jié)果見表2，從表中結(jié)果可以看出，燃料堆積高度與名義值相比均有不同程度的增加，芯塊堆積高度增長(zhǎng)率在0.31%～0.90%之間。

圖4為燃料元件格架處137Cs計(jì)數(shù)出現(xiàn)降低，應(yīng)為格架材料增加了中子吸收導(dǎo)致，采用0.5 mm間隔精細(xì)掃描，得到了局部100 mm范圍內(nèi)137Cs軸向分布，具體見圖5，137Cs計(jì)數(shù)突變（降低）處即為燃料芯塊間隙位置，突變點(diǎn)間隔距離10 mm，為1個(gè)芯塊高度，因此通過0.5 mm精細(xì)掃描，可以觀察到全部芯塊間隙位置。

2.3 134Cs/137Cs原子比軸向分布

對(duì)于 Z2-1燃料元件，選取軸向不同位置通過長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量（1 h），同時(shí)獲得了滿足一定統(tǒng)計(jì)誤差的134Cs計(jì)數(shù)，采用內(nèi)部效率自刻度，得到了134Cs /137Cs原子比。134Cs是裂變碎片中子俘獲的結(jié)果，它與中子注量的平方成正比，134Cs /137Cs比值與中子注量近似成正比，與燃耗也近似成正比。完Z2-1燃料元件134Cs /137Cs原子比軸向分布與137Cs軸向分布趨勢(shì)相一致，具體見圖6。

3? 結(jié)語(yǔ)

（1）乏燃料元件主要的γ放射性核素有137Cs、134Cs、154Eu、95Zr等，其中137Cs計(jì)數(shù)率最高。

（2）利用高純鍺γ譜儀測(cè)量獲得了8根燃料元件137Cs軸向分布曲線，燃耗總體呈現(xiàn)為兩端低、中間平坦式分布。

（3）8根燃料元件的燃料堆積高度與名義值相比均有不同程度的增加，增長(zhǎng)率在0.31%～0.90%之間。

（4）燃料元件格架處137Cs計(jì)數(shù)略有降低，采用0.5 mm精細(xì)掃描，可以觀察到全部芯塊間隙位置。

（5）134Cs/137Cs原子比軸向分布與137Cs軸向分布一致，可用134Cs/137Cs原子比表征燃料元件軸向相對(duì)燃耗分布。

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