基于γ测量的球床式高温气冷堆内乏燃料球探测方案的模拟分析

尹石鸣，张立国,*，王海涛

(1.清华大学 核能与新能源技术研究院，北京 100084；2.清华大学 先进核能技术协同创新中心，北京 100084；3.教育部先进反应堆工程与安全重点实验室，北京 100084)

高温气冷堆是第4代先进核能系统反应堆型之一[1]，我国高温气冷堆采用球床堆的堆芯构型[2]，如由清华大学核能与新能源技术研究院建造的10 MW高温气冷实验堆(HTR-10)[3]，其燃料元件为球形，由弥散在石墨基体中的包覆颗粒燃料组成[4-6]。该堆型在稳态运行时，每个燃料球过堆芯后经由燃耗测量系统逐个测量燃耗，将达到卸料燃耗的燃料球排出到乏燃料储存罐内，而未达到卸料燃耗的燃料球重新送回堆芯[7-9]。由于球床式高温气冷堆具有连续运行的特点，必须保证在不停堆时实现对燃料球装卸的有效监测和控制[10]，因此在球床式高温气冷堆装卸系统中需布置探测装置对通过管道的燃料球进行鉴别和计数[11]。

目前球床式高温气冷堆燃料装卸系统中装配有多个基于涡流检测原理的探测器，以实现对燃料球的监测功能，但此探测器体积大且较难装卸[12-13]。为满足国际原子能机构针对球床式高温气冷堆核安保的要求，对于燃料装卸系统内的燃料监测应开发一套独立的、基于不同原理的探测方案，以提升对装卸管道中燃料球鉴别和计数的可靠性[14]。由于不同燃耗的燃料球含有不同的放射性核素，其活度高并放出一定强度的特征γ射线，且在堆芯稳态运行时初始加入的石墨球皆已排出，在堆芯排出管段仅存在高γ辐射性的燃料球[15-16]，故可利用其γ辐射性进行识别。……