101堆乏燃料元件破损检测方法

张会军

摘要：乏燃料元件由于长期在反应堆内运行，受冷却剂腐蚀或发热膨胀等因素影响，可能造成乏燃料元件包壳破损，从而导致裂变材料和裂变产物泄漏。我国乏燃料运输容器和乏燃料贮存水池使用规定，目前暂不接受破损的乏燃料元件，因此，在乏燃料装入运输容器后及下水贮存前必须对乏燃料进行破损检测。本文主要介绍了101堆乏燃料元件外运前，对装入 RY-1A型铅容器内的乏燃料元件进行破损检测的方法，以确保要运输并准备储存到404厂的乏燃料元件无破损无泄漏。

关键词：乏燃料元件1 ； 破损检测方法2

中图分类号： TL751 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

101重水研究堆（HWRR）是我国第一座反应堆，1958年6月反应堆达到临界，9月开始投入运行，2007年7月停止运行，已经运行了近50年。在反应堆运行期间，产生了大量的乏燃料元件，为了保障乏燃料元件的安全处置，所有的乏燃料元件都需要运往并暂存在兰州404后处理厂，存放在404中试厂的水池内。乏燃料元件的破损和泄漏，将严重污染乏燃料保存水池中的冷却水，所以在乏燃料元件外运前要进行乏燃料元件破损检测工作以确保要求运输并准备储存的乏燃料元件无破损无泄漏。

1乏燃料元件破损检测方法

1.1乏燃料元件破损检测原理

101堆要运输的乏燃料元件均选择已经出堆冷却5年以上，乏燃料元件出堆并冷却5年后，在乏燃料中的主要放射性物质除了铀、鎿、钚等长寿命α核素外，主要的放射性核素包括90Sr、137Cs、144Ce、147Pm和85Kr等半衰期较长的核素。固体的裂变产物取样测量难度大，而且容易受到破损燃料元件其他泄漏物质的干扰；气体裂变产物85Kr是惰性气体，半衰期为10.73 年，β-衰变时，放出514KeV的特征γ射线，在环境空气中的浓度小于1Bq/m3，在元件破损后扩散快，易于取样测

量；所以通过测量运输容器中是否有85Kr来判断乏燃料元件是否破损泄漏。乏燃料组件吊篮装入运输容器之后，加盖密封5-6天左右；使用真空泵抽取运输容器气体，并使抽出的气体通过活性炭冷阱（液氮浴控温- 198℃） ，85Kr（沸点为-153.2℃）被活性炭冷阱冷冻捕捉，，再用多道探头和多道系统进行测量。若有

85Kr的峰出现，说明元件包壳有破损，否则元件包壳完好。

1.2国内外常用的方法

对于乏燃料元件的破损检测，国内外通用的方法是通过对乏燃料元件包壳周围密封后抽气取样，对样品进行定性分析，通过分析样品中是否含有85Kr来判断与之对应乏燃料元件的包壳状况。

1.3气体样品取样设备和装置

气体样品取样设备包括机械真空泵一台，真空表一个，液氮瓶一个，活性碳2kg，活性碳冷阱1个，金属三通一个，三通放气阀两个，真空橡皮管10m等。

气体样品取样装置如图1所示。

图1运输容器气体样品收集装置示意图

1.4气体取样操作步骤

（1） 按照运输容器气体样品收集装置示意图（图1）连接取样设备；

（2） 关闭3号三通阀，打开9号三通阀，打开冷阱两边的4号阀门，启动机械真空泵抽真空3-5分钟建立真空后，将冷阱放入液氮瓶中；

（3） 待冷阱温度平衡后，打开3号阀，对运输容器抽气15分钟；

（4） 关闭冷阱两边的阀门、停泵、打开3号阀和9号阀，通空气，取下冷阱。

1.5冷阱85Kr的测量分析

（1） 测量本底15分钟 ，以便与测量样品进行比较；

（2） 用高纯锗γ能谱仪测量活性炭冷阱取样器中的85Kr，测量时间15分钟，测量能量为0.514Mev的峰值，判断 85Kr是否存在。如果测量结果低于探测限，则说明元件无破损，如果测量结果有85Kr存在，则根据测量的数据和仪器的效率可以推算出85Kr的含量。

2结语

101堆从1995年开始乏燃料外运工作，1995年、1996年两批乏燃料外运共

15个运输容器，使用上述检测方法合格后，运至404厂。1996年运输的4号容器内燃料组件在2004年卸料前破损检查中发现容器内有85Kr裂变气体存在，测量数据平均值为：第一次56639，第二次3995（γ计数/300s），判断其内组件存在破损，这种方法得到实际验证。使用上述检测方法2008年至2013年对27个运输容器中的乏燃料元件进行了破损检查，检查结果表明，27个RY-1型铅容器内乏燃料元件均无破损。

参考文献：

[1].仲言.《重水研究堆》.原子能出版社.1988

[2].黄乃明.低水平放射性测量中的探测限及其计算.辐射防护通讯.2004

[3]. 叶德培 测量不确定度 国防工业出版社 1996