[发明专利]一种用于溯源取证压水堆重要运行参数的方法

说明书

本发明提供一种用于溯源取证压水堆重要运行参数的方法，包括以下步骤：从未知压水堆中选取至少一根燃料棒中的一段芯块作为待测样本，测出样本中核素的质量或物质的量，所检测的核素为铀235、铀236、铀238、钚238、钚239、钚240、钚241、钚242这八种核素中的至少三种，计算不同核素的质量或物质的量之比值，根据所得的比值，溯源取证待测压水堆的运行参数。本发明的方法能够获得初始富集度和燃耗这两个重要的运行参数，具有测量误差较小、测量成本低等优点。

技术领域

本发明涉及核工程技术领域，特别是涉及一种用于溯源取证压水堆重要运行参数的方法。

背景技术

随着人类对能源需求的日益增加，核能成为人类能源版图中一个重要的组成部分。但核能的使用是一把双刃剑，一方面需考虑核扩散、核走私、核恐怖等问题，另一方面需要考虑更高效安全地使用核能。比如以下问题需要被考虑：部分国家或组织可能以民用核能或科学研究为借口，实际通过核电站或实验堆制造武器级核燃料；部分武器级核燃料可能被扩散和走私；精确获取反应堆中核燃料样本的燃耗参数的成本较高。这些问题都涉及到核取证方法。

核取证方法，顾名思义，即通过反应堆运行结束时获得的燃料棒样本的信息，溯源取证反应堆的运行参数。比如，压水堆是世界上最广泛使用的反应堆堆型，通过核取证方法，可以判断压水堆的可能用途、推测核燃料的可能来源、较精确地估计燃料样本的燃耗参数等等。一般压水堆的燃料是二氧化铀。天然铀元素中约有0.7％的铀235以及99.3％的铀238，铀235的富集度较低，不足以维持反应堆的运行，通常需要通过人工方法使铀235达到2％到5％的富集度，才能使反应堆运行一段时间。

反应堆一般不用运行时间衡量燃料随核反应变化，因为反应堆满功率运行或低功率运行同样时间，显然其燃料使用程度是不一样的。反应堆通常使用燃耗这一概念衡量燃料随核反应变化的程度，燃耗的定义通常是指单位质量燃料释放的总热量。

一般来说，高富集度的燃料在民用压水堆核电站中应达到更高燃耗，从而获取更多的能量发电，得到更多的经济利益。但如果是以获取钚同位素为主的武器级核燃料为目的，则不需高燃耗，因为高燃耗同样会消耗钚，所以知道核燃料的初始富集度和燃耗，有助于判断其目的。对于未知来源的核燃料，如果能获取其初始富集度和燃耗，有助于判断其可能的来源，因为每个反应堆有其设计的富集度及所达到的燃耗。此外，民营核电站如果要提高发电效率获得更高经济效益，除了提高初始富集度之外，还应对燃料装载和运行过程等进行设计以使核燃料达到更高的燃耗。然而，由于反应堆中不同位置的燃料实际燃耗并不均匀，在同一平均燃耗下，有的部位的燃料会有更高的燃耗，甚至可能超过管理部门允许的上限，而高燃耗对应着燃料力学性能的下降，甚至可能造成燃料破损。所以，有必要获取某一段燃料棒样本的较精确的燃耗信息。

总之，在反应堆的运行中，初始富集度和燃耗都是重要的参数。一般而言，反应堆燃料初始富集度是已知的，所有燃料的平均燃耗也较容易知道。然而，样本燃料的燃耗较难获得，通过理论计算可能会有较大的误差，测量成本较高。对于特殊情况，如果不能确定来源信息真假的核燃料或未知来源信息的核燃料，初始富集度也未知。这些情况下，就需要核取证方法通过核燃料溯源取证其初始富集度和燃耗。

发明内容

基于此，本发明根据压水堆的核取证方法学，提供一种用于溯源取证压水堆重要运行参数的方法，该方法能够获得初始富集度和燃耗这两个重要的运行参数，其具有测量误差较小、测量成本低等优点。

本发明采取的技术方案如下：

一种用于溯源取证压水堆重要运行参数的方法，包括以下步骤：从未知压水堆中选取至少一根燃料棒中的一段芯块作为待测样本，测出样本中核素的质量或物质的量，所检测的核素为铀235、铀236、铀238、钚238、钚239、钚240、钚241、钚242这八种核素中的至少三种，计算不同核素的质量或物质的量之比值，根据所得的比值，溯源取证待测压水堆的运行参数。