[发明专利]一种用于燃耗测量的板型燃料元件功率标定方法

说明书

本发明公开了一种用于燃耗测量的板型燃料元件功率标定方法，对通过辐照试验装置的不同冷却剂流量进行计算，得到考验段内外流道的流量分配系数；利用板型燃料元件核功率以及考验段总释热功率，得到燃料元件芯体核功率与各结构材料伽马释热率的初始值，初步确定考验段内的热源和分布，利用几何结构模型，建立计算模型；经迭代计算确定材料的伽马释热率；确定燃料元件的核功率；确定燃料元件的燃耗。该方法用于确定试验燃料元件的实时燃耗值，确保燃料元件燃耗辐照指标的实现，通过一定的分析手段和方法，剥离结构材料伽马释热的影响，降低热平衡法测量燃料辐照试验时燃料核功率的误差，从而实现用于燃耗测量的辐照试验过程中燃料核功率的标定。

技术领域

本发明涉及研究堆燃料辐照技术领域，具体涉及一种用于燃耗测量的板型燃料元件功率标定方法。

背景技术

燃料元件的性能与研究堆的安全性和经济性直接相关。开展燃料元件堆内辐照试验，是燃料元件研发与设计的关键一环。燃料元件必须经过堆内辐照考验，研究辐照条件下燃料元件各项性能的变化，以验证不同热工水力学工况、不同燃耗时其综合性能是否满足使用要求。

在高通量研究堆内，一般利用专门的辐照考验装置进行燃料元件的辐照考验研究。根据辐照方法分类，辐照考验装置分为回路辐照考验装置和带辐照罐的随堆式辐照考验装置。回路辐照考验装置一般对小尺寸燃料组件进行辐照考验，可完全模拟燃料元件在运行工况下的热工水力学环境；试验燃料组件和回路内结构件的释热均由回路自身的热交换器带走。带辐照罐的随堆式辐照考验装置不具备封闭式的回路结构，直接采用研究堆冷却剂冷却辐照罐内的燃料元件。通过在试验燃料元件外包裹热阻层的方式，保证燃料元件内部温度场满足使用工况的要求。

为了分析比较不同燃耗的辐照后燃料元件性能参数的差异，须确定作为分析因变量的辐照试验后燃料元件燃耗值。在辐照试验进行时和试验完成后两个阶段，均需要确定燃料元件的燃耗。试验后的燃耗测量一般在热室内进行，采用γ扫描方法或化学方法测定燃料元件燃耗。此燃耗测定方法须破坏试验装置，取出试验燃料元件并进行破坏性分析，分析后的燃料元件难以再度置于试验堆内继续进行辐照试验。在辐照试验过程中，通过实时测量燃料元件的核功率水平、累加功率的方式确定元件燃耗，从而决定燃料辐照试验的试验时间。一般通过测量装置考验段进出口冷却剂流量与温升的方式，依据热平衡原理，计算得到燃料元件的释热功率。

确定燃料元件燃耗的释热功率仅为燃料芯体的核裂变功率。热平衡法测量的释热功率是考验段内燃料元件(或组件)的核裂变释热功率与各结构材料(包括燃料元件内的燃料本身)辐射释热功率(主要是伽马释热)的总和。仅对于燃料元件而言，其总的释热就包括燃料芯体和燃料包壳的伽马释热、燃料芯体内燃料核裂变反应释热。因此，热平衡法测量燃料元件核功率是存在误差的。

高通量研究堆中伽马光子的注量率非常高，光子与堆内材料互相作用产生能量沉积而导致的材料释热率较大。由于燃料辐照装置考验段中结构材料的质量份额较大，考验段内结构材料的伽马释热功率非常可观。对于采用回路式辐照装置的燃料辐照试验，由于燃料组件的核功率很大，占考验段总释热功率的绝大部分，可直接将热平衡法测量的考验段释热功率近似作为燃料组件的核功率。对于试验燃料元件核功率较小的燃料辐照试验，如板型燃料元件辐照试验，考验段各结构材料的释热占考验段总释热的份额较高，难以利用简单的热平衡法确定试验燃料元件的核功率，从而无法通过累加燃料元件核功率的方式得到燃料元件的燃耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有板型燃料元件辐照试验时考验段各结构材料的释热占考验段总释热的份额较高，难以利用简单的热平衡法确定试验燃料元件的核功率，从而无法通过累加燃料元件核功率的方式得到燃料元件的燃耗，其目的在于提供一种用于燃耗测量的板型燃料元件功率标定方法。该方法用于确定试验燃料元件的实时燃耗值，确保燃料元件燃耗辐照指标的实现，通过一定的分析手段和方法，剥离结构材料伽马释热的影响，降低热平衡法测量燃料辐照试验时燃料核功率的误差，从而实现用于燃耗测量的辐照试验过程中燃料核功率的标定。

本发明通过下述技术方案实现：