燃料棒氦质谱检漏泄漏率判废值的确定方法探讨

谭宁

摘要：核燃料组件燃料棒的密封性是确保反应堆安全运行的重要因素，为进一步提高其检验的准确性，通过对国标GB/T 11813-2008《压水堆燃料棒氦质谱检漏》中规定的检漏泄漏率判废值确定方法的解读，提出了进一步提高判废值准确性的方式和计算方法，同时探讨了通过设置标准漏孔完整性指标来监测检漏设备稳定性的方法。

关键词：核燃料棒 氦质谱检漏 判废值

1 检验设备

以目前国内压水堆核电站常用某型号核燃料为例，其技术条件规定的燃料棒氦质谱检漏泄漏率判废限（SPL）为10-8 cm3.atm/s（即1.013×10-9 Pa.m3/s）。图1为本类型燃料棒生产中所用的氦质谱检漏系统示意图，检验方法为正压法，检漏仪为Pfeiffer ASM 192 T2，其检漏原理及测量系统与工业中常用的密封产品充氦正压检测方法一致[2]，这里不再进行赘述。

2国标[1]中泄漏率判废值确定方法的解读

根据国标[1]的规定，燃料棒氦质谱检漏泄漏率判废值（RL）是通过对两个与SPL相同数量级的标准漏孔及检漏系统本底分别进行10次检验后，按如下公式（1）计算而得：

（1）

式中：

RL——燃料棒泄漏率判废值

S1 ——标准漏孔f110次检验输出指示平均值

S2 ——标准漏孔f210次检验输出指示平均值

F1 ——标准漏孔f1标称漏率

F2 ——标准漏孔f2标称漏率

SPL——燃料棒技术条件规定的泄漏率判废限

B ——检漏系统的本底信号10次检验指示平均值

σ ——标准偏差，计算见式（2）

（2）

式中：

σ1 ——f1输出指示值的标准偏差

σ2 ——f2输出指示值的标准偏差

由式（1）可以看出国标[1]中规定的RL的确定方法为：用SPL乘以一系数，再扣除系统测量本底的影响，并选取正态分布拉伊达准则（3σ准则）[3]的下限。SPL所乘的系数k如式（3）所示，其含义可理解为由两个标准漏孔f1和f2的检验输出指示平均值与其标称值确定的线性方程的斜率。

（3）

如果用图像来表示k的话如图2中实线所示，用SPL乘以k即认为SPL所对应的检漏系统测量值应该同样落在此截距为0的线性回归线上，也即默认检漏系统测量值与真值间呈线性关系且不考虑系统偏差。

但上述默认假定的线性关系是否真的成立？设备系统偏差是否可以忽略不计？国标中[1]并没有明确的规定，为此，本研究提出了对此假定条件进行验证的方法，并分析得出另一更精确地确定RL的方法。

3泄漏率判废值确定的新方法

如何确定一测量系统的测量值与标称值之间是否呈线性关系，需要至少通过测量3组对应数据并拟合出回归方程，计算斜率进而进行判断，同时还可一并拟合得出方程的截距。

因此，本研究建议增加一标准漏孔f3，对f3同样进行10次检验，计算其输出指示平均值。用f1，f2和f3的输出指示平均值与标称值拟合得出线性方程：

（4）

若r2 > 0.95，则说明测量系统的测量值与真值之间满足线性关系。在满足线性关系的前提下，我们提出了如下确定RL的计算方法：

（5）

式中：

RL——燃料棒泄漏率判废值

r ——线性方程（4）的斜率

c ——线性方程（4）的截距

SPL——燃料棒技术条件规定的泄漏率判废限

σ——标准偏差，计算见式（2）

新方法式（5）与式（1）相比有两点主要的区别：一是SPL对应的检漏系统测量值是由至少3组检验数据拟合而得的线性回归方程确定的，这样进一步确保了SPL对应测量值的准确性且考虑进了系统偏差的影响;二是为保守起见，未扣除系统本底的影响，即判废值RL未加上系统的本底信号平均输出值B，这样做的目的是防止极端情况下出现误判的可能，例如如果某燃料棒的漏率刚刚超出技术条件要求一点，但恰巧检验它时系统本底值远低于B值，则可能会出现此燃料棒的漏率检验值与本底实测值之和值低于（1）式所确定的判废限的可能性，进而形成误判。

对于标准漏孔f3漏率的选取，若按国标[1]的规定，需与燃料棒技术条件中给定的泄漏率判废限SPL处同一数量级。具体到本文所述类型的燃料棒，因SPL为1.013×10-9 Pa.m3/s，生产中标准漏孔f1和f2的漏率一般为1--8×10-9 Pa.m3/s。为能相对精确地确定系统测量值与标称值之间的线性回归方程，建议将标准漏孔f3的标称值选为小于SPL，以此拟合出线性回归方程更精确，由此方程确定的SPL所对应的检漏系统测量值也更准确。与此同時，还可利用f3漏率小于SPL这一特点来建立更严密的设备稳定性监测方法。

5 总结

本文针对压水堆燃料棒氦质谱检漏国标[1]中的燃料棒氦气泄漏率判废值的确定及设备稳定性监测方法，提出了通过增加标准漏孔的检验来拟合检漏系统检验值与标称值之间的线性回归方程，并以此进一步提高确定泄漏判废值准确性的计算方法，同时利用此方法下新增的标准漏孔来监测校准设备用标准漏孔的完整性和输出稳定性，用更严密的监测方法来监测检漏系统，确保压水堆燃料棒氦质谱检漏的准确，为确保核安全提供更坚实的保障。