堆内板状燃料元件包壳破损在线监测方法与流程

本发明涉及内板状燃料元件监测领域，尤其涉及一种堆内板状燃料元件包壳破损在线监测方法。

背景技术：

1、板状燃料组件具有结构紧凑、换热效率高、深燃耗等特点，故被广泛应用在一体化反应堆和实验用堆中。然而，板状燃料组件内的流道狭窄且各流道间不相互连通，异物进入极易引发流道堵塞事故(如etr堵流事故、orr堵流事故等)，进一步导致传热性能恶化和燃料包壳破损，因此有必要对板状燃料元件包壳破损事件进行在线监测和定位。

2、对于堆内板状燃料元件包壳破损事件的在线监测，目前营运单位有缓发中子监测、一回路冷却剂剂量监测、一回路惰性气体活度监测等手段，其中缓发中子监测对一回路冷却剂中缓发中子先驱核释放的中子进行测量以判断是否存在板状燃料元件包壳破损，一回路冷却剂剂量监测根据对一回路冷却剂中的裂变产物活度进行测量以判断是否存在板状燃料元件包壳破损，一回路惰性气体活度监测根据对一回路冷却剂中的惰性气体活度进行测量以判断是否存在板状燃料元件包壳破损。以上监测方法，其被测流体从堆芯出口经测量管线引流至测量装置需较长路途时间，短半衰期的缓发中子先驱核已衰变殆尽，有限的包壳破损事件经一回路总流量稀释后测量甄别较困难，另外亦受到一回路运行剂量本底的干扰。

3、对于堆内板状燃料元件包壳破损事件的定位，目前营运单位一般没有在线的燃料破损定位技术，常规做法是停堆检查。停堆后，利用操作工具逐盒提出燃料组件放入燃料啜吸装置，分析啜吸装置中是否存在裂变产物以判断该盒燃料组件是否破损。

4、由上可见，亟需一种在堆内板状燃料元件包壳破损在线监测中进行破损定位的方案。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种堆内板状燃料元件包壳破损在线监测方法，旨在提供一种在堆内板状燃料元件包壳破损在线监测中进行破损定位的方案，可以基于中子噪声“测量+计算”指引的堆内板状燃料元件包壳破损在线监测及定位技术，针对堆内板状燃料元件包壳破损在线监测及定位问题，本发明可提供靠前诊断定位的技术支撑。

2、本发明实施例提供一种堆内板状燃料元件包壳破损在线监测方法，所述方法包括：

3、将获取到的堆内中子探测器信号的时序数据进行频谱处理，得到所述堆内中子探测器信号的实时中子噪声测量频谱；

4、获取板状燃料元件包壳破损时所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置对应的中子噪声计算频谱；

5、根据所述实时中子噪声测量频谱以及所述中子噪声计算频谱的作差函数，在所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置中确定出板状燃料元件包壳破损指示位置。

6、可选的，所述将获取到的堆内中子探测器信号的时序数据进行频谱处理，得到所述堆内中子探测器信号的实时中子噪声测量频谱，所述包括：

7、取出堆内中子探测器信号的时序数据；

8、通过傅里叶变换将所述时序数据变换为频域数据，得到所述堆内中子探测器信号的实时中子噪声测量频谱。

9、可选的，所述获取板状燃料元件包壳破损时所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置对应的中子噪声计算频谱，包括：

10、枚举所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置：

11、针对堆内所有板状燃料组件，将每个组件轴向分段，逐个计算组件内栅元的偏离泡核沸腾比轴向分布，根据计算得到的偏离泡核沸腾比从小到大的排列顺序，筛选出燃料元件包壳破损从高到低的危险程度，根据该排序从所有燃料组件中选出危险程度最高的前20％的燃料组件，将此类燃料组件编入集合p；

12、将制造、质保、验收过程中予以发现的有制造缺陷的组件包壳表面涉及到的燃料组件位置继续编入集合p；

13、将换料、堆内操作、堆芯清洁度检查过程中检查予以发现的有划痕、腐蚀、变形的组件包壳表面位置涉及到的燃料组件位置继续编入集合p；

14、将堆内所有燃料组件编入集合p；

15、针对集合p中单个所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，建立板状燃料元件包壳破损工况下，缓发中子先驱核流动场景下的中子噪声理论计算模型；

16、执行所述中子噪声理论计算模型的理论计算，得到集合p中单个所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置在板状燃料元件包壳破损时对应的中子噪声计算频谱；遍历所有所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，得到板状燃料元件包壳破损时所有所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置对应的中子噪声计算频谱。

17、可选的，所述针对集合p中单个所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，建立板状燃料元件包壳破损工况下，缓发中子先驱核流动场景下的中子噪声理论计算模型，包括：

18、构建板状燃料元件包壳破损场景下，缓发中子先驱核沿着板间流道轴向流动而不发生横向搅混的中子噪声问题的理论模型；

19、通过傅里叶变换和微扰理论对所述中子噪声问题的理论模型进行推导，得到堆内板状燃料元件包壳破损工况下的两群中子噪声模型；

20、基于所述两群中子噪声模型确定板状燃料元件包壳破损工况下，缓发中子先驱核流动场景下的中子噪声理论计算模型。

21、可选的，所述构建板状燃料元件包壳破损场景下，缓发中子先驱核沿着板间流道轴向流动而不发生横向搅混的中子噪声问题的理论模型，包括：

22、针对第g能群和第g′能群，通过第g能群的中子速度vg、第g能群的中子通量第g能群的扩散系数dg、第g能群的总截面∑t,g、第g′能群到第g能群的转移截面∑g′→g、第g′能群的中子通量缓发中子份额βeff、第g能群的裂变份额χg、平均每次裂变中子数和第g′能群宏观裂变截面的乘积(ν∑f)g′、第l组缓发中子先驱核衰变常数λl、第l组缓发中子先驱核浓度cl、缓发中子先驱核轴向流动速度u、第l组缓发中子份额βl以及时间t，来构建板状燃料元件包壳破损场景下，缓发中子先驱核沿着板间流道轴向流动而不发生横向搅混的中子噪声问题的理论模型；所述中子噪声问题的理论模型具体如下式子所示：

23、

24、

25、可选的，所述通过傅里叶变换和微扰理论对所述中子噪声问题的理论模型进行推导，得到堆内板状燃料元件包壳破损工况下的两群中子噪声模型，包括：

26、通过傅里叶变换和微扰理论对所述中子噪声问题的理论模型进行推导，得到快群中子噪声方程、热群中子噪声方程以及缓发中子先驱核噪声方程；

27、基于所述快群中子噪声方程、热群中子噪声方程以及缓发中子先驱核噪声方程组成堆内板状燃料元件包壳破损工况下的两群中子噪声模型。

28、可选的，所述通过傅里叶变换和微扰理论对所述中子噪声问题的理论模型进行推导，得到快群中子噪声方程、热群中子噪声方程以及缓发中子先驱核噪声方程，包括：

29、通过傅里叶变换和微扰理论对所述中子噪声问题的理论模型进行推导，得到所述快群中子噪声方程如下：

30、

31、式中，d1为快群扩散系数，为快群中子噪声的实部，为快群中子噪声的虚部，i为虚数单位，∑t,1为快群总截面，ω为频率，v1为快群中子速度，βeff为缓发中子份额，keff为有效增殖系数，(ν∑f)1为平均每次裂变中子数和快群宏观裂变截面的乘积，(ν∑f)2为平均每次裂变中子数和热群宏观裂变截面的乘积，为热群中子噪声的实部，为热群中子噪声的虚部，δ∑t,1为快群微扰总截面，为扰动前快群中子通量，为扰动前热群中子通量，δ(ν∑f)1为平均每次裂变中子数和快群微扰宏观裂变截面的乘积，δ(ν∑f)2为平均每次裂变中子数和热群微扰宏观裂变截面的乘积，λ为缓发中子先驱核衰变常数，re(δc)为缓发中子先驱核噪声实部，im(δc)为缓发中子先驱核噪声虚部；

32、所述热群中子噪声方程如下：

33、

34、

35、式中，d2为热群扩散系数，∑1-2为快群到热群的转移截面，∑a2为热群吸收截面，v2为热群中子速度，δ∑1-2为快群到热群的微扰转移截面，δ∑a2为热群微扰吸收截面；

36、所述缓发中子先驱核噪声方程如下：

37、

38、式中，u为扰动前缓发中子先驱核轴向流动速度，re(δc)为缓发中子先驱核噪声的实部，im(δc)为缓发中子先驱核噪声的虚部，δu为缓发中子先驱核轴向微扰流动速度，为扰动前缓发中子先驱核浓度。

39、可选的，所述执行所述中子噪声理论计算模型的理论计算，得到集合p中单个所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置在板状燃料元件包壳破损时对应的中子噪声计算频谱，包括：

40、枚举所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，基于所述两群中子噪声模型的右端扰动截面和缓发中子先驱核轴向扰动速度，针对集合p中单个堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，进行板状燃料元件包壳破损场景下，缓发中子先驱核沿着板间流道轴向流动而不发生横向搅混的理论计算，得到集合p中单个所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置在板状燃料元件包壳破损时对应的中子噪声计算频谱。

41、可选的，所述根据所述实时中子噪声测量频谱以及所述中子噪声计算频谱的作差函数，在所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置中确定出板状燃料元件包壳破损指示位置，包括：

42、针对集合p中单个堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，基于所述实时中子噪声测量频谱以及所述中子噪声计算频谱，代入堆内板状燃料元件包壳破损定位算法，得到作差函数；

43、遍历所有所述堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，对作差函数进行极小值寻优，得到堆内板状燃料元件包壳破损指示位置。

44、可选的，所述针对集合p中单个堆内板状燃料元件包壳破损高危位置，基于所述实时中子噪声测量频谱以及所述中子噪声计算频谱，代入堆内板状燃料元件包壳破损定位算法，得到作差函数值，包括：

45、对于特定位置的堆内板状燃料元件包壳破损，视为特定噪声源，所述噪声源在探测器a和探测器b两个不同探测器处的响应函数之比如下：

46、

47、构建一个作差函数如下：

48、

49、其中，(i,j)为编号(i,j)的特定位置，δa,b(i,j)为编号(i,j)的特定位置存在堆内板状燃料元件包壳破损时，该噪声源在探测器a、b组合构成的作差函数，为堆内中子探测器a的探测信号实时中子噪声测量频谱，为堆内中子探测器b的探测信号实时中子噪声测量频谱，为堆内中子探测器a位置的中子噪声计算频谱，为堆内中子探测器b位置的中子噪声计算频谱，作差函数中视为编号(i,j)的特定位置的堆内板状燃料元件包壳破损，在探测器a和探测器b两个不同探测器处的中子噪声测量频谱之比，可视为编号(i,j)的特定位置的堆内板状燃料元件包壳破损，在探测器a和探测器b两个不同探测器处的中子噪声计算频谱之比。

50、可选的，所述方法还包括：对集合p中枚举的所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置进行寻优，最终得到的指示位置的组件没有发现燃料破损时，将集合p扩充至由所有燃料组件构成的集合p，针对所有燃料组件构成的集合p，再次确定出板状燃料元件包壳破损指示位置。

51、有益效果：

52、本发明利用堆内已有的中子探测器的探测信号在线作分析，不需要额外增加探测器，结合事先针对所有堆内板状燃料元件包壳破损高危位置计算得到的各位置对应的中子噪声计算频谱，可以实时给出堆内板状燃料元件包壳破损的指向性定位，从而为反应堆的运行监督和故障诊断提供具体信息。