[发明专利]分析经辐射燃料的几何形状变化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于分析经辐射燃料的几何形状变化的方法并且本发明适用于分析放射性燃料的领域，更具体地适用于使用γ射线光谱分析放射性燃料。

背景技术

用在核电站中的燃料在被使用时随时间变化。通常分析该变化，为了进行所述分析，除去燃料组分然后在装配有封闭罩的实验室中进行评估，所述封闭罩适合于例如使用厚铅壁减少辐射暴露。这些封闭罩被称为高活性室或热室。

分析的燃料通常呈现经辐射燃料棒的形式。数年来已经开发了用于研究这些方面的工具和方法。

在热室中进行的评估可能是破坏性的，因此棒需要物理介入。例如，燃料因此可以被切成段从而进行这种评估。

替代性地，也可以进行被称为非破坏性评估且缩写为NDE的评估。在该情况下，棒的几何形状维持不变。贯穿说明书的剩余部分，可以通过测量由源自燃料裂变的同位素(例如被称为U-235的铀-235)发射的射线进行非破坏性评估。例如，γ射线光谱(其原理是通过测量所发射的γ射线(光子)的能量从而确定放射性元素)能够无损伤地获得直接与棒中包含的燃料相关的信息。

如果已知待研究的同位素的γ谱线，有可能测量感兴趣的区域从而获得测量步骤中的根据同位素的表面面积。由辐射产生并且在γ射线光谱中可见的裂变产物的分布直接提供燃料堆的特征，例如堆的开始和堆的结束，并且提供与辐射相关的信息。在本说明书中，表述“燃料堆”表示至少两个丸粒的集合，所述至少两个丸粒对齐并且前后设置。棒为由燃料堆、包含所述堆的覆层和两个端部塞子形成的组件，每个塞子位于覆层的每个端部处。

用于压水式反应器的棒(被称为PWR棒)由包含多个燃料丸粒的圆柱形覆层形成，所述多个燃料丸粒沿纵向前后设置在所述覆层内。丸粒为圆柱形形状并且具有约1厘米的长度。在丸粒的端部处，丸粒具有倒角和空腔(更通常称为“凹陷”)，其目的之一是允许丸粒吸收变形。

丸粒的特定几何形状造成丸粒端部处材料的减少。其结果是在这些区域的周围裂变产物的γ射线计数率较低。该计数率的变化因此使得有可能彼此区分丸粒。

通常使用多通道分析仪用于分析γ光谱。这些分析仪提供由数个通道形成的柱状图作为输出数据。一个柱状图通道j例如对应于一个能带Bj。待测量的关于γ光子的量通过通道根据通道的能级进行分类。表示光谱的一组通道j构成柱状图。

测量的通道j的量对应于在给定时间内测量的项目的数目，也被称为计数。对于每个通道，测量的计数相加，使得有可能确定与所述通道相关的值。计数对应于表示待测量颗粒和所使用的传感器(例如锗晶体)之间的相互作用的测量。换言之，当通过传感器检测颗粒时，进行计数。柱状图通常用如下表示：沿着横坐标轴的能级和纵坐标轴上的计数数目(在该情况下其给出“计数”)或每秒的计数数目(其则给出计数率)。

使用γ射线光谱进行的经辐射燃料棒的非破坏性检查NDE特别使得有可能定位分离两个相邻丸粒的区域，这些区域在说明书的剩余部分中被称为丸粒间区域。

需要知道燃料堆和形成燃料堆的丸粒在反应器中的周期过程中的几何形状变化从而特别地进一步理解反应器中发生的现象。获得该知识的目的特别是改进这些燃料、丸粒和棒的制造方法，从而更好地控制反应器或甚至是管理事故。

发明内容

本发明的目的之一是克服这些现有技术的不足并且对其进行改进。

为此目的，本发明的一个主题是一种用于分析至少一个包含核燃料堆的燃料棒的方法，所述棒包含完全填充燃料的装填区域和部分填充燃料的中间区域，所述方法包括如下步骤：

-获得与非迁移同位素相关的计数轮廓，所述计数轮廓由沿着棒进行的针对该同位素的光谱测量形成；

-确定一组至少一个指标K_i，所述指标K_i使得有可能量化在指数i的中间区域处的材料减少，所述指标从计数轮廓推出；

-通过对比一组至少一个指标K_i和一组至少一个参考值RK从而检测几何形状的变化，所述参考值RK表示核燃料堆的原始几何形状。

在一个实施方案中，所述分析方法包括通过分析计数轮廓从而确定中间区域的位置的步骤。

例如在检测步骤中对于至少一个中间区域检测和通过指标K_i的统计分析推出几何形状的变化，当至少一个值K_i与在没有几何形状变化的情况下预期的理论测量幅度不相容时标记几何形状的变化。

例如对于至少一个中间区域通过对比K_i和预定的参考值RK从而检测几何形状的变化，当K_i和RK之间的比例超过之前选择的对比阈值k1或低于另一个之前选择的对比阈值k2时检测到几何形状的变化。