上海交通大学团队依托国家核电重大专项、国家自然科学基金、上海市政府支持的科研项目及学校985工程等,经过长期的研究工作和技术积累,在一回路核素输运方面取得了重要进展,特别是在燃料包壳破口释放机理及裂变产物迁移方面。
针对燃料包壳破口情况下的核素释放机理研究:通过化学热力学计算相结合方法掌握芯块-包壳间隙的典型核素反应动力特性,通过实验和第一性原理计算获得碘、铯等不同化学形态在燃料芯块及包壳的吸附机理;基于实验和计算流体力学方法掌握多种核素从芯块-包壳间隙到一回路冷却剂的输运规律,建立了基于压水堆和铅铋堆的燃料包壳破口释放实验平台,对不同放射性核素在冷却剂中的输运过程展开了实验测量,掌握了多种核素破口释放到冷却剂中的迁移机制。这些研究成果为准确预测一回路内核素的活度浓度,反演燃料包壳破损位置及大小提供了理论依据。
针对包壳破口反演的难题,通过对不同核素活度的建模分析,建立了国际上首个多核素逃逸率系数数据库,结合包壳破口实验数据分析,提出了一种具有决策树的级联前向神经网络,用于燃料故障检测来判断燃料包壳破损的状态,在分类燃料故障程度方面表现良好,特别是在区分完整的燃料棒和具有小尺寸缺陷的燃料棒方面,实现了Sr-90、I-131、Xe-133、I-133和Xe-135和Kr-85多组分核素的燃料故障检测。此外,他们还发明了多组分核素源项反演算法及软件平台,将燃料包壳破口的检测准确率从45%提高到80%,并大幅提高了响应速度。
该团队的相关研究成果获得了国家自然基金和相关科研单位的资助,包括面上项目“压水堆燃料包壳破损条件下裂变产物迁移机理及破损状态反演研究”、青年项目“压水堆包壳破损后典型核素输运机理研究”以及重点项目“高温熔盐介质环境下裂变气体脱除机理研究”等。同时,他们还开展了多项技术服务项目,如“裂变产物源项分析程序开发支持及验证”、“一回路在线能谱化测量设备探测方法研究和计算软件开发”等。 该团队的项目总经费达到1200万,培养了6名博士研究生和7名硕士研究生,获得发明专利25件,发表论文25篇。