壓水堆裂變產物釋放的動力學模型及其應用的初步探討

章安龍

【摘 要】動力學模型是描述壓水堆裂變產物釋放的基本模型之一。壓水堆冷卻劑中的裂變產物有粘附鈾的貢獻以及缺陷燃料棒釋放兩種來源，動力學模型能夠對這兩種來源進行定量地描述，為燃料包殼的缺陷評價提供了依據。論文首先介紹了動力學模型，之后探討了模型的初步應用。

【Abstract】Kinetic model is one of the basic models to describe fission product release in pressurized water reactor. There are two sources of fission products in pressurized water reactor coolant： the contribution of adhering uranium and the release of defective fuel rods. The kinetic model can describe these two sources quantitatively， which provides a basis for the defect evaluation of fuel cladding. This paper firstly introduces the kinetic model， and then discusses the preliminary application of the model.

【關鍵詞】動力學模型;燃料缺陷評價;粘附鈾

【Keywords】 kinetic model; evaluation of fuel defects; adhering uranium

【中圖分類號】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）10-0181-02

1 引言

裂變產物釋放的動力學模型，主要用于描述裂變產物從產生至消失的規律，模型的結構簡單求解方便。當燃料包殼的完整性良好時，冷卻劑中的裂變產物來自于粘附鈾的貢獻;當燃料棒上出現缺陷之后，棒內積存的裂變產物會釋放到冷卻劑中。這兩種釋放機制造成的長短半衰期同位素的活度值相對大小是不一致的，這就為評價燃料包殼的完整性提供了參考指標。本文首先介紹了裂變產物釋放的動力學模型，之后對燃料可靠性的計算方法進行了簡要介紹。

2 裂變產物釋放的動力學模型

在燃料包殼沒有缺陷時，一回路冷卻劑中通常也能測到一定量的碘，其來自粘附鈾的貢獻。燃料芯塊中的裂變產物通過芯塊中的氣孔擴散到芯塊與包殼的間隙內，在燃料包殼出現缺陷后，芯塊與包殼間隙內的裂變產物通過破口擴散到冷卻劑中。

冷卻劑中的裂變產物因衰變而消失，RCV系統（化學與容積控制系統）[1]的除鹽床凈化作用及容控箱滯留效應同樣會影響裂變產物的活度。某些核素（如Xe-135）的熱中子吸收截面很大，其也會因吸收熱中子而快速消失。上述過程如圖1所示。

是破口逃逸速率，與破口大小有關，同位素的ε是相同的。作出與ε的關系圖，如圖3所示。破口很小時，ε很小，短周期核素在釋放前就已經衰變掉，表現為的值很大，隨著破口的惡化，ε增大，的值迅速降低，更多的短周期核素釋放出來。但是當破口惡化到一定程度時（即增大到一定程度），短周期核素釋放趨于平緩，破口已經不是限制裂變產物釋放的主要因素。

4 結論

冷卻劑中裂變產物的來源分為粘附鈾和燃料缺陷兩大類，裂變產物釋放動力學模型的方程為式（1）、式（2）、式（3），對三個方程式從不同角度求解，有助于對燃料包殼的完整性實施評價。

粘附鈾在完整的堆芯中能夠產生穩定的碘，燃料出現缺陷會導致冷卻劑活度上漲，同時，碘同位素的活度比也會發生改變，這種活度比同時也是缺陷狀況變化的指征。

【參考文獻】

【1】廣東核電培訓中心.900MW壓水堆核電站系統與設備[M].北京：原子能出版社，2007.