一回路中碘和其同位素活度变化趋势和燃料性能研究应用.doc

一回路中碘和其同位素活度变化趋势和燃料性能研究应用 　　【摘 要】碘及其同位素作为燃料包壳运行性能的特征核素，对分析燃料包壳完整性具有重要意义。本文主要介绍碘-131及碘-134的产生消失机理及变化趋势；介绍碘及其同位素在燃料性能分析中的应用。 【关键词】碘及其同位素；变化趋势；燃料包壳运行性能；分析 1 引言 燃料元件是压水堆核电厂的核心部件，燃料元件包壳是核电厂防止放射性物质向环境释放纵深防御系统的第一道屏障，燃料元件性能的好坏对压水堆核电厂运行的安全可靠性和经济性至关重要。目前国内外核电厂一般通过一回路核素的放射性水平来评价燃料元件在堆内的运行状态。 用于燃料包壳运行性能判断的方法及核素很多，本文重点介绍一回路特征核素碘及其同位素的变化趋势及与燃料包壳运行性能之间的关系，以及时、准确的分析判断燃料组件运行性能。 2 碘及其同位素的选择 对于燃料包壳完整性定性、定量的分析，大都基于三族核素，这些核素为： 惰性气体：Xe-133、Xe-133m、Xe-135、Xe-138、Kr-85m、Kr-87、Kr-88 碘类：I-131、I-132、I-133、I-134、I-135 铯类：Cs-134、Cs-137 由于惰性气体在化学上的不活泼性，它们的逃逸释放主要是受物理因素的控制，如扩散和破损尺寸等。Cs-134与Cs-137的比值可以用来表征破损燃料的燃耗水平，但即使在有燃料缺陷的堆芯中，其活度水平也常常是在监测线以下无法测到。 碘-131及其同位素放射性比活度已被国内外作为表征燃料包壳运行性能的特征核素，选择碘作为分析燃料包壳性能分析的特征核素，主要由于碘及其同位素具有如下特性： （1）碘及其同位素在堆内设备及一回路管壁上没有显著沉积。 （2）放射性释放与冷却剂中的比活度关系比较容易建立。 （3）通过γ谱仪能比较容易测量出来。 （4）碘同位素半衰期范围较广。 3 碘及其同位素的产生消失机理 碘及其同位素的衰变常数如下表： 指标 碘-131 碘-132 碘-133 碘-134 碘-135 衰变常数λ，S-1 1.0E-06 8.4E-05 9.25E-06 2.2E-04 2.95E-05 上表可见，碘-131半衰期最长，碘-134半衰期最短。下面仅选择碘-131及碘-134来分析其在堆内的变化趋势。 碘-131产生与消失机理 碘-134产生消失机理 在机组运行过程中，某一种核素的变化遵循如下公式： = γjiσf，jNjφ+σc，i-1Ni-1φ+λiNi’-σf，jNiφ-σc，i-Niφ-λiNi 其中： ：Ni核素的变化率 γjiσf，jNjφ：由Nj核素裂变到Ni核素所导致的产生率 σc，i-1Ni-1φ：由Ni-1种核素俘获中子到Ni核素所导致的产生率 λiNi’：由Ni核素衰变到Ni核素所导致的产生率 σf，jNiφ：由Ni核素本身裂变所导致的消失率 σc，i-Niφ：由Ni核素俘获中子所导致的消失率 λiNi：由Ni核素衰变所导致的消失率 简而言之，某一种核素的活度值应该等于该核素的产生量减去消耗量。 根据上述核素变化公式可见，碘-131产生的速度大于其消耗的速度，故在循环初始，碘-131放射性活度应该呈上升趋势。同理，碘-134产生时间42m，衰变时间52m，故其产生速率略大于其消失速率，其在循环初期活度也应呈上升趋势。但碘-134产生消失时间接近，故可以初步认为其达到平衡的时间短于碘-131。 4 碘及其同位素比活度应用 碘-131及其同位素在冷却剂中的活度水平受如下参数影响：功率变化；净化流量；破口类型。 当活度是由破损燃料棒和铀沾污引起的，长寿命核素碘-131与短寿命核素的比不同，原因是长寿命核素的活度水平及变化趋势对破损燃料棒比较敏感。短寿命核素活度水平主要受沾污铀及开放型大破口的影响。下面介绍几种常用的用碘-131及其同位素来判断燃料包壳完整性的方法。 4.1 碘-131当量比活度及其应用 碘-131剂量当量（131Ieq）的概念与甲状腺内污染有关，131Ieq体现了碘-131比活度，此碘-131独自本身产生的剂量与此刻主回路所存在的各碘同位素产生的剂量相同，对应于取样时刻主回路中各碘同位素按照下式折算成131Ieq； 131Ieq=131I+132I/30+133I/4+134I/50+135I/10 （1）碘峰 如果通过一回路放化分析数据检测到131Ieq活度峰，则证明燃料包壳存在缺陷。在如下三种情况下均会引起131Ieq活度峰。堆芯功率骤降或停堆；堆芯