[发明专利]核燃料棒富集度无源检测系统及富集度重构方法

说明书

本发明提供一种核燃料棒富集度无源检测系统及富集度重构方法。系统包括多个依次串行等间距排列的中间有孔洞的探测器。方法包括获取探测器对核燃料棒中所有芯块的响应分布；将各探测器所探测到的目标芯块全能峰计数率的平均值作为迭代初始值；通过EM迭代算法的正投影，依据响应分布、迭代的初始值以及所有探测器在核燃料棒运动时间t处对所有芯块的测量值得到估计值；将目标芯块经过各个探测器时各个探测器相应的测量值叠加得到真实值；通过EM迭代算法的反投影，依据估计值与真实值的比值对全能峰计数率进行修正；以及将进行修正后的全能峰计数率作为新的迭代的初始值重复依次进行EM迭代算法的正投影和反投影直至得到达到预期标准的全能峰计数率。

技术领域

本发明涉及核安全领域和核探测数据处理领域，具体涉及一种核燃料棒富集度无源检测系统及富集度重构方法。

背景技术

压水堆是我国核电站常用的反应堆。核燃料棒作为反应堆的关键组成，由多个二氧化铀(UO₂)芯块组成。在燃料芯块中，将核燃料中²³⁵U(铀235)的质量分数称为核燃料芯块的富集度，压水堆核燃料芯块的富集度一般为2％～5％。在反应堆运行时，燃料棒中芯块富集度的不均匀(非设计的整体偏高/偏低)或存在异常单个芯块(不同富集度的燃料芯块混入燃料棒)，均会导致燃料棒发热不均匀，产生热应力，进而导致燃料棒破裂，停堆，引发安全事故和重大损失。因此，对每根燃料棒的芯块富集度都要进行100％检测。

核燃料富集度的检测方法常见的为有源检测法。有源检测法是将慢化后的²⁵²Cf中子照射燃料棒，热中子与²³⁸U发生反应²³⁸U(n，γ)→²³⁹Np→²³⁹Pu生成²³⁹Pu，与²³⁵U发生反应²³⁵U(n，f)→裂变产物+中子，产生的裂变产物不稳定，伴随一系列β衰变，释放出大量缓发伽马射线，计算某种裂变产物核素和²³⁹Pu的特征伽马射线全能峰净面积可以推算出²³⁵U与²³⁸U的比值。这种方法需要使用中子源对核燃料棒进行活化，因而检测成本高，同时也给核燃料棒的存储、运输、操作带来了安全隐患。

因此，需要一种新的核燃料棒富集度检测系统及方法。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核燃料棒富集度无源检测系统及富集度重构方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的第一方面，公开一种核燃料棒富集度无源检测的系统，其特征在于，包括：

多个依次串行等间距排列的探测器，其中探测器为多边形伽马射线探测器，且探测器的中间具有允许核燃料棒通过的孔洞；以及

处理单元，用于接收和处理探测器的测量结果；

其中核燃料棒由多个大小相同且沿核燃料棒的轴向分布的芯块构成，测量时核燃料棒匀速经由孔洞依次经过多个探测器，在一个单位时间内核燃料棒移动与探测器的间距相同的距离且探测器进行一次测量。

根据本发明的一实施方式，其中多边形伽马射线探测器为八边形；以及多边形伽马射线探测器的数量为128个。

根据本发明的第二方面，公开一种基于EM迭代算法以及如任一前述的系统的核燃料棒富集度重构方法，其特征在于，包括：

获取探测器对核燃料棒中所有芯块的响应分布；