压水堆裂变产物释放的动力学模型及其应用的初步探讨

章安龙

【摘 要】动力学模型是描述压水堆裂变产物释放的基本模型之一。压水堆冷却剂中的裂变产物有粘附铀的贡献以及缺陷燃料棒释放两种来源，动力学模型能够对这两种来源进行定量地描述，为燃料包壳的缺陷评价提供了依据。论文首先介绍了动力学模型，之后探讨了模型的初步应用。

【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.

【关键词】动力学模型;燃料缺陷评价;粘附铀

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

【中圖分类号】TM623                                                【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）10-0181-02

1 引言

裂变产物释放的动力学模型，主要用于描述裂变产物从产生至消失的规律，模型的结构简单求解方便。当燃料包壳的完整性良好时，冷却剂中的裂变产物来自于粘附铀的贡献;当燃料棒上出现缺陷之后，棒内积存的裂变产物会释放到冷却剂中。这两种释放机制造成的长短半衰期同位素的活度值相对大小是不一致的，这就为评价燃料包壳的完整性提供了参考指标。本文首先介绍了裂变产物释放的动力学模型，之后对燃料可靠性的计算方法进行了简要介绍。

2 裂变产物释放的动力学模型

在燃料包壳没有缺陷时，一回路冷却剂中通常也能测到一定量的碘，其来自粘附铀的贡献。燃料芯块中的裂变产物通过芯块中的气孔扩散到芯块与包壳的间隙内，在燃料包壳出现缺陷后，芯块与包壳间隙内的裂变产物通过破口扩散到冷却剂中。

冷却剂中的裂变产物因衰变而消失，RCV系统（化学与容积控制系统）[1]的除盐床净化作用及容控箱滞留效应同样会影响裂变产物的活度。某些核素（如Xe-135）的热中子吸收截面很大，其也会因吸收热中子而快速消失。上述过程如图1所示。

是破口逃逸速率，与破口大小有关，同位素的ε是相同的。作出与ε的关系图，如图3所示。破口很小时，ε很小，短周期核素在释放前就已经衰变掉，表现为的值很大，随着破口的恶化，ε增大，的值迅速降低，更多的短周期核素释放出来。但是当破口恶化到一定程度时（即增大到一定程度），短周期核素释放趋于平缓，破口已经不是限制裂变产物释放的主要因素。

4 结论

冷却剂中裂变产物的来源分为粘附铀和燃料缺陷两大类，裂变产物释放动力学模型的方程为式（1）、式（2）、式（3），对三个方程式从不同角度求解，有助于对燃料包壳的完整性实施评价。

粘附铀在完整的堆芯中能够产生稳定的碘，燃料出现缺陷会导致冷却剂活度上涨，同时，碘同位素的活度比也会发生改变，这种活度比同时也是缺陷状况变化的指征。

【参考文献】

【1】广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2007.