一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法及系统与流程

1.本发明属于涂覆分布检测技术领域，尤其涉及一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法及系统。


背景技术：

2.当前先进三代压水堆堆芯设计均采用燃料芯块表面涂覆硼10(b-10)的燃料组件。通过在燃料芯块表面涂覆b-10，可以有效地调节反应堆局部反应性，同时不引入过大的中子毒物残留，从而从安全性和经济性上优化压水堆核电厂堆芯设计。一般情况，轴向涂硼燃料棒分为三个区域，分别是低富集区、过渡区域和轴向涂硼区。低富集区为燃料棒两端芯块富集度略低的区域，比如富集度为0-4.5w/o中任意范围取值下的区域；轴向涂硼区为燃料棒中间段表面涂硼的高富集度芯块区域，比如富集度为0.5-5w/o中任意范围取值下的区域；过渡区为低富集度区和轴向涂硼区之间的过渡区域，各区域示意图见图1。
3.由于表面涂覆b-10涂层的芯块在燃料棒装配的过程中，易与包壳产生摩擦，因此会导致b-10涂层厚度不均匀，从而导致燃料棒轴向b-10含量分布的不均匀。b-10轴向分布不均匀性过大会导致堆芯功率分布发生偏移，影响反应堆的功率分布控制。因此，需对当前生产的轴向涂硼燃料组件中b-10涂覆均匀性进行检测，确保b-10涂覆均匀性满足设计要求，并形成b-10的轴向分布数据，以供核电厂堆芯中子学模型使用。
4.发明人发现，目前主要通过中子活化法获得燃料棒检测数据，而现有的方法中没有对检测数据进行系统化分析处理，不能很好的支撑轴向涂硼燃料棒的检测工艺以及供核电厂堆芯中子学模型使用。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法及系统，本发明基于当前生产压水堆核电厂轴向涂硼燃料棒的富集度检测工艺和结果，对检测数据进行系统化分析处理，获得轴向涂硼燃料棒的b-10轴向分布斜率和b-10轴向分布形状，用于判断所生产的压水堆核电厂轴向涂硼燃料棒是否合格，从而以支撑轴向涂硼燃料棒的检测工艺并供核电厂堆芯中子学模型使用。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法，包括：
8.获取检测数据；
9.对检测数据进行不均匀性消除，得到理想扫描形状的各计数点计数、多批次的平均棒各计数点的计数以及硼10的基准含量参考值；
10.计算出理想扫描形状的各计数点计数和多批次的平均棒各计数点的计数的差值，再将求得的差值除以硼10的基准含量参考值和硼10的变化因子，得到轴向硼10分布情况；
11.基于轴向硼10分布情况，采用最小二乘法计算得到硼10轴向分布斜率。
12.进一步的，选取各个燃料棒的底部低富集区；利用最小二乘法寻找低富集区域中
计数变化率最小的点；计数变化率最小的点与其两侧相邻点计数取平均后，作为归一化的基准值；将燃料棒所有计数除以基准值，得到理想扫描形状的各计数点计数。
13.进一步的，对各批次的燃料棒相同计数点处的计数均匀化，获得多批次的平均棒各计数点的计数。
14.进一步的，将轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的数据求平均以作为平均棒上轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的平均计数。
15.进一步的，得到轴向硼10分布情况后，使用最小二乘法计算轴向涂硼区域两端在过渡期影响的距离点到两倍过渡期影响的距离点之间的硼10分布，外推得到过渡期影响区域内的硼10分布。
16.进一步的，硼10的变化因子是指富集度的轴向涂硼燃料棒前后计数的变化程度。
17.进一步的，基于轴向硼10分布情况，采用最小二乘法计算得到硼10轴向分布斜率为：
[0018][0019]
其中，bslope为硼10轴向分布斜率；n为总的计数点数；b
dis
为轴向硼10分布；mesh为计数点间的间距；i为计数点的编号。
[0020]
第二方面，本发明还提供了一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测系统，包括：
[0021]
数据采集模块，被配置为：获取检测数据；
[0022]
不均匀性消除模块，被配置为：对检测数据进行不均匀性消除，得到理想扫描形状的各计数点计数、多批次的平均棒各计数点的计数以及硼10的基准含量参考值；
[0023]
计算出理想扫描形状的各计数点计数和多批次的平均棒各计数点的计数的差值，再讲求得的差值除以硼再将求得的差值除以硼10的基准含量参考值和硼10的变化因子，得到轴向硼10分布情况；
[0024]
分布斜率计算模块，被配置为：基于轴向硼10分布情况，采用最小二乘法计算得到硼10轴向分布斜率。
[0025]
第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法的步骤。
[0026]
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法的步骤。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0028]
本发明基于当前生产压水堆核电厂轴向涂硼燃料棒的富集度检测工艺和结果，对检测数据进行不均匀性消除，根据不均匀性消除后得到的理想扫描形状的各计数点计数、多批次的平均棒各计数点的计数以及硼10的基准含量参考值，得到轴向硼10分布情况和硼10轴向分布斜率；对检测数据进行了系统化分析处理，获得的轴向硼10分布情况和硼10轴向分布斜率，可以用于判断所生产的压水堆核电厂轴向涂硼燃料棒是否合格，从而支撑轴向涂硼燃料棒的检测工艺并供核电厂堆芯中子学模型使用。
附图说明
[0029]
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
[0030]
图1为本发明实施例1的轴向涂硼燃料棒的区域划分示意图；
[0031]
图2为本发明实施例1的流程图；
[0032]
图3为本发明实施例2的燃料棒合并后的平均棒计数；
[0033]
图4为本发明实施例2的平均棒上轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的平均计数；
[0034]
图5为本发明实施例2的计算值范围。
具体实施方式：
[0035]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0036]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0037]
实施例1：
[0038]
本实施例提供了一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法，包括：
[0039]
获取检测数据；
[0040]
对检测数据进行不均匀性消除，得到理想扫描形状的各计数点计数、多批次的平均棒各计数点的计数以及硼10的基准含量参考值；
[0041]
求理想扫描形状的各计数点计数和多批次的平均棒各计数点的计数的差值，再讲求得的差值除以硼10的基准含量参考值和硼10的变化因子，得到轴向硼10分布情况；
[0042]
基于轴向硼10分布情况，采用最小二乘法计算得到硼10轴向分布斜率。
[0043]
获取检测数据时，可以基于当前生产压水堆核电厂轴向涂硼燃料棒的富集度检测工艺和结果得到，比如，目前可以通过中子活化法获得燃料棒检测数据；具体的，中子活化法是通过外加的锎-252中子源辐照，使燃料棒中的裂变材料产生裂变。通过探测器测定裂变产物中的缓发γ射线，探测器中的光电倍增管将γ射线信号转换为脉冲电信号，脉冲电信号被定时采集转换成计数率。计数率沿着燃料棒长度方向记录成为燃料棒富集度信息的原始数据。
[0044]
选取各个燃料棒的底部低富集区；利用最小二乘法寻找低富集区域中计数变化率最小的点；计数变化率最小的点与其两侧相邻点计数取平均后，作为归一化的基准值；将燃料棒所有计数除以基准值，得到理想扫描形状的各计数点计数。
[0045]
具体的，燃料棒涂硼区域因b-10分布的不均匀性存在一定的波动，为了考虑检测系统本身的计数涨落，可以选取各个燃料棒的底部低富集区最小二乘法寻找该区域中计数变化率最小的点，该点与两侧相邻点计数取平均后，作为归一化的基准值，将该燃料棒所有计数除以该值，得到理想扫描形状的各计数点计数。可以理解的，变化率表示组件涂硼情况的总体特征。
[0046]
变化率的最小二乘法计算公式如下：
[0047][0048]
其中，t
i+2n-1
、t
i+2n-2
、t
i+2
和t
i+1
分别为点i+2n-1、i+2n-2、i+2和i+1位置的计数。
[0049]
对各批次的燃料棒相同计数点处的计数均匀化，获得多批次的平均棒各计数点的计数。
[0050]
具体的，由于检测设备在检测过程中存在机械运动的不均匀性，各燃料棒上各检测点的间距存在微小差异；通过对各批次的燃料棒相同计数点处的计数均匀化，获得其合并后的计数再分布情况，得到平均棒各计数点的计数,后续的计算分析均基于平均棒各计数点的计数开展。
[0051]
将轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的数据求平均作为平均棒上轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的平均计数。
[0052]
具体的，为计算压水堆核电厂轴向涂硼燃料棒轴向的b-10变化分布，需要用参考值表征b-10的基准含量；由于轴向涂硼区域两端的计数存在一定长度的过渡区域，则将区域两端各截去受过渡期影响的距离l0后的数据直接求平均作为b-10的基准含量参考值avg，也就是平均棒上轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的平均计数。此外，在区域两端各截去l0后将各个点的计数设置为该区域的参考值，即为理想扫描形状isp，用以计算b-10分布。
[0053]
得到轴向硼10分布情况后，使用最小二乘法计算轴向涂硼区域两端在过渡期影响的距离点到两倍过渡期影响的距离点之间的硼10分布，外推得到过渡期影响区域内的硼10分布。
[0054]
具体的，b-10变化因子α表征相同富集度的轴向涂硼燃料棒前后计数的变化程度，所以可根据理想扫描形状的计算结果，利用b-10变化因子α完成燃料棒轴向计数向轴向b-10分布的转化；b-10分布计算式如下：
[0055][0056]
其中：isp为理想扫描形状的各计数点计数；ags为平均棒各计数点的计数；avg为平均棒上轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的平均计数；α为b-10变化因子；i为计数点的编号。
[0057]
基于轴向硼10分布情况计算结果，采用最小二乘法计算得到硼10轴向分布斜率(/％cm)为：
[0058][0059]
其中，bslope为硼10轴向分布斜率；n为总的计数点数；b
dis
为轴向硼10分布；mesh为计数点间的间距；i为计数点的编号。
[0060]
基于各批次燃料棒b-10分布计算结果，根据各批次所包含燃料棒的数目进行权重求和，计算得到总的b-10分布。采用相同的斜率计算方法，计算得到总的b-10斜率。
[0061]
考虑到总的b-10分布是不包括两端截去的受过渡期影响的距离l0的区域，为计算
得到轴向涂硼区域完整的b-10分布，因此需要在两端进行b-10分布的外推计算。具体的，外推计算时，可以使用最小二乘法计算两端l0～2l0厘米上b-10分布的关系式，来外推0～l0厘米的b-10分布。
[0062]
根据堆芯核设计程序的轴向节块划分，对b-10分布在轴向涂硼区域上按节块长度积分取平均计算，最后对所有轴向涂硼区域节块的计算结果进行归一化处理得到最终的b-10轴向分布形状shape。针对非轴向涂硼区域的节块，轴向分布形状shape取值为0.0。
[0063]
本实施例通过计算得到轴向涂硼燃料棒b-10斜率和轴向分布形状，可以用于判断所生产的压水堆核电厂轴向涂硼燃料棒是否合格，从而以支撑燃料棒的检测工艺并供核电厂堆芯中子学模型使用。
[0064]
实施示例2：
[0065]
以某机组燃料组件的检测结果文件为例，对实施例1中轴向涂硼燃料棒b-10斜率计算方法进行阐述。
[0066]
计算各批燃料棒的平均棒和参考值；以某一批次的燃料棒为例，该批次燃料棒合并后的平均棒计数如图3所示，图3的横坐标是燃料棒从底部到顶部的距离，范围是0～425厘米。
[0067]
计算各批次燃料棒b-10分布和斜率；以某一批次的燃料棒为例，获得该批次平均棒上轴向涂硼区域两端各截去受过渡期影响的距离后的平均计数，分布情况如图4所示。
[0068]
根据公式计算可得该批次燃料棒b-10斜率为0.004685％/cm。
[0069]
计算总的燃料棒b-10分布和斜率。经过计算，获得该机组燃料组件b-10斜率为：0.003218％/cm。又已知该机组燃料组件b-10质量为14.6g/组件。则通过图5可以发现，计算值在验收范围内，即可证明该机组燃料组件中b-10涂覆情况检验合格。
[0070]
实施例3：
[0071]
本实施例提供了一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测系统，包括：
[0072]
数据采集模块，被配置为：获取检测数据；
[0073]
不均匀性消除模块，被配置为：对检测数据进行不均匀性消除，得到理想扫描形状的各计数点计数、多批次的平均棒各计数点的计数以及硼10的基准含量参考值；
[0074]
计算出理想扫描形状的各计数点计数和多批次的平均棒各计数点的计数的差值，再讲求得的差值除以硼再将求得的差值除以硼10的基准含量参考值和硼10的变化因子，得到轴向硼10分布情况；
[0075]
分布斜率计算模块，被配置为：基于轴向硼10分布情况，采用最小二乘法计算得到硼10轴向分布斜率。
[0076]
所述系统的工作方法与实施例1的压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法相同，这里不再赘述。
[0077]
实施例4：
[0078]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了实施例1所述的压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法的步骤。
[0079]
实施例5：
[0080]
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了实施例1所述的压水堆核电
厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法的步骤。
[0081]
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。