核燃料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)研究

劉欣 汪洋 鄧勇軍 劉虓瀚

摘要：為實現(xiàn)對核燃料綜合數(shù)據(jù)的管理，進行核燃料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)，該系統(tǒng)以JAVA為開發(fā)語言，Eclipse為開發(fā)工具，SQLServer為后臺數(shù)據(jù)庫，并采用客戶端/服務(wù)器（Client/Server）模式。系統(tǒng)包含材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程分析、程序模型評估4大模塊，存儲數(shù)據(jù)包含參數(shù)、二維及三維圖紙、程序輸入卡、上下游設(shè)計文件等，功能包括數(shù)據(jù)查詢、比較，圖形分析及數(shù)據(jù)導(dǎo)出等，同時采用口令驗證機制保障數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)庫操作簡單、安全實用，解決了核燃料數(shù)據(jù)存放雜亂、不易獲取、更新困難等問題，方便了用戶對數(shù)據(jù)的獲取和分析，提高了數(shù)據(jù)利用價值。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)擴展后可包含燃料制造、乏燃料跟蹤與處理等模塊，將成為一個覆蓋燃料研發(fā)全過程的核燃料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：核電站；核燃料；數(shù)據(jù)庫；管理系統(tǒng)

DOI：10.11907/rjdk.172980

中圖分類號：TP392

文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2018）007-0200-04

Abstract：Toachievethemanagementofnuclearfuelcomprehensivedata，wecarriedouttheconstructionoftheNuclearFuelDatabaseSystem.ThesystemisdevelopedbyJAVA，Eclipseasthedevelopmenttool，SQLServerasthebackstagedatabasemanagementsoftware.ThesustemadoptstheClient/Server（Client/Server）mode.Datastoredinsystemcanbeclassifiedintofourmodulesthatarematerialperformance，structuraldesign，engineeringanalysis，andprogrammodelevaluation.Differentkindsofdatatypeareincludedinsystem，suchasparameters，two/three-dimensionaldrawings，programinputcards，upstreamanddownstreamdesigndocumentsandsoon.Notonlydataquerycouldbeachieved，datacomparison，graphicalanalysisanddataexportcanalsobeachievedbythissystemwiththeapplicationofpasswordauthenticationmechanismwhichcanensurethedatasecurity.Databasesystemhassolvedproblemsofdatastoragedisorder，acquistionandupdatedifficulties.Thesystemimprovesthevalueofdatastorageinsystemandisconvenienttoobtainandanalyzedataforusers.Fuelmanufacturingmodule，spentfuelmoduleandotherdatamodulescouldbeincludedintheextendedsystemwhichcouldcoverthewholecycleofnuclearfuelresearchanddevelopment

KeyWords：nuclearpowerplant；nuclearfuel；database；managementsystem

0引言

20世紀80年代后期，我國的核電信息化將核電與信息技術(shù)等學科相結(jié)合，開始重視網(wǎng)站和數(shù)據(jù)庫等方面的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。目前已建立的數(shù)據(jù)庫有核電工程材料數(shù)據(jù)庫、核電工程文獻數(shù)據(jù)庫等[1]。燃料作為核電站反應(yīng)堆的核心部分，對其中核燃料數(shù)據(jù)的分析利用也成為研究工作的重要一環(huán)[2]。核燃料數(shù)據(jù)除材料和工程數(shù)據(jù)外，還涉及生產(chǎn)、研究、實驗以及輻照后檢驗等各階段數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對今后開展核燃料性能分析評價、核燃料設(shè)計優(yōu)化與改進工作等具有重要價值。但由于這些數(shù)據(jù)現(xiàn)階段尚未進行統(tǒng)一管理，且種類繁多、存放散亂和更新升級等原因，可能造成數(shù)據(jù)獲取困難或獲取錯誤，從而影響數(shù)據(jù)準確性與科研效率[3]。因此，建立一個包含核燃料綜合數(shù)據(jù)，并以結(jié)構(gòu)化形式實現(xiàn)管理和共享，且便于對數(shù)據(jù)進行提取和分析比較等綜合應(yīng)用的系統(tǒng)是十分必要的[4]。

中廣核集團燃料中心為滿足燃料研發(fā)及分析工作的需要，開展了核燃料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（NuclearFuelDatabaseSystem，NFDS）建設(shè)。系統(tǒng)建設(shè)中對核燃料研發(fā)、堆內(nèi)外實驗、自主軟件研發(fā)等過程中形成的數(shù)據(jù)進行搜集、整理與分類，形成以材料性能、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、工程設(shè)計、模型實驗數(shù)據(jù)為主，能夠?qū)崿F(xiàn)快速查詢與比較的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。同時在開發(fā)過程中設(shè)置了用戶身份驗證機制，在解決核燃料數(shù)據(jù)過于分散的同時，確保了整體數(shù)據(jù)的安全性。核燃料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)在提高數(shù)據(jù)利用率的同時，也將為核電站燃料設(shè)計、程序模型評估和性能分析評價等各項工作的順利開展提供支撐。該系統(tǒng)具備擴展功能，隨著燃料制造、乏燃料跟蹤與處置、技術(shù)資料與會議文檔等模塊的建設(shè)完成，最終將建設(shè)成為一個覆蓋燃料研發(fā)全周期的核燃料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

1數(shù)據(jù)庫建設(shè)

1.1架構(gòu)設(shè)計

由于NFDS中存放著行業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，且使用中涉及大量交互，因此保障數(shù)據(jù)安全性是系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵前提。由于Client/Server對用戶的操作可控，更加安全可靠，且響應(yīng)速度較快，可滿足數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)大量交互的需求，最終系統(tǒng)確定采用Client/Server模式進行開發(fā)[5-6]。開發(fā)語言使用JAVA，開發(fā)工具為Eclipse，將SQLServer作為后臺數(shù)據(jù)庫管理軟件。結(jié)合用戶需求，系統(tǒng)從客戶端到服務(wù)器端劃分為接入層、安全層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)管理層和基礎(chǔ)環(huán)境層5層架構(gòu)，如圖1所示。

（1）接入層。接入層即用戶訪問端，由此接入數(shù)據(jù)庫。

（2）安全層。NFDS集中著大量數(shù)據(jù)，除通過采用Client/Server模式使數(shù)據(jù)庫更安全外，還需要針對數(shù)據(jù)安全問題進一步建立保護機制。因此，在接入層之上，系統(tǒng)采用用戶驗證機制中的口令驗證技術(shù)，對用戶設(shè)置權(quán)限管理[7]。安全層在界面進行用戶驗證，在后臺進行用戶管理。只有已授權(quán)用戶輸入的賬號和密碼都合法，才可進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，否則無權(quán)進入。

（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層用于在界面展示數(shù)據(jù)庫功能，界面設(shè)計方便實用，合法用戶利用導(dǎo)航或選擇條件進行數(shù)據(jù)查詢、比較和分析等操作。實用的界面結(jié)合后臺大量有價值的數(shù)據(jù)，使該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲，而且為核電人員學習相關(guān)業(yè)務(wù)提供了平臺[8]。

（4）數(shù)據(jù)管理層。該層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。管理員在后臺數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)表實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存放，搜集的數(shù)據(jù)經(jīng)規(guī)范化檢查后可進行入庫、刪除、修改及備份等操作，以集中、高效地對數(shù)據(jù)進行管理和維護。

（5）基礎(chǔ)環(huán)境層?；A(chǔ)環(huán)境層為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立專用網(wǎng)絡(luò)，并對其進行軟硬件配置，不僅滿足了數(shù)據(jù)的組織和存儲要求，也有利于保障數(shù)據(jù)安全。

1.2模塊設(shè)計

現(xiàn)有的核燃料數(shù)據(jù)經(jīng)過收集和整理后，可分為材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、工程分析算例和程序模型評估4類數(shù)據(jù)，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為材料數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、工程分析庫和模型評估庫。其中材料數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫及模型評估庫之間的關(guān)系互相獨立，但分別與工程分析庫呈單向相關(guān)關(guān)系，如圖2所示。

1.2.1材料數(shù)據(jù)庫

現(xiàn)階段材料數(shù)據(jù)庫以鋯合金數(shù)據(jù)為主，記錄鋯合金及其它合金的各種性能參數(shù)。除鋯合金數(shù)據(jù)外，數(shù)據(jù)庫還包含各種芯塊、不銹鋼及中子源等材料的性能數(shù)據(jù)。性能指標參數(shù)包括力學、熱物性、腐蝕、輻照和高溫氧化等[9]。

材料庫功能分為單一材料性能查詢與多種材料性能分析兩部分，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)以表格形式展示的同時，也具備圖形展示及函數(shù)擬合功能，以便直觀得出數(shù)據(jù)趨勢進行分析，且具備導(dǎo)出功能。材料庫功能如圖3所示。

在單一材料性能查詢中，在材料名稱搜索框輸入需要查詢的材料名稱，即可得到該材料的理論密度、實測密度、熔點等基本信息。若需查詢更多性能指標參數(shù)，可進入其性能指標查詢界面，進一步查詢?nèi)绺g性能的腐蝕增重、高溫氧化的氧化膜厚度等相關(guān)信息。同時為各性能指標提供了篩選查詢數(shù)據(jù)范圍選項，使查詢過程更快速和精確。

多種材料性能分析總體功能與單一材料性能查詢相似，不同的是在圖形中可同時展示多種材料的性能數(shù)據(jù)，能夠直觀比較材料性能間的差異。如圖4所示，可同時查看3種材料在400℃下腐蝕增重隨時間變化的關(guān)系。

1.2.2結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫

壓水堆堆芯中與燃料緊密相關(guān)的結(jié)構(gòu)包括核燃料組件、控制棒組件、固體可燃毒物組件、阻力塞組件以及中子源組件等[2]。在結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫建設(shè)中，對燃料棒、燃料組件及相關(guān)組件的各部分結(jié)構(gòu)進行詳細梳理，形成的整體框架設(shè)計如圖5所示。

以燃料棒參數(shù)為例說明框架設(shè)計過程。為存放燃料棒芯塊、包殼等參數(shù)，按照燃料組件類型→組件名稱→部件名稱的順序進行歸類。查詢界面如圖6所示，用戶可依據(jù)需求依次選取組件類型→燃料棒→包殼管，最終得到相關(guān)參數(shù)信息。

同樣，燃料組件和相關(guān)組件數(shù)據(jù)也可按照相同分析方法進行結(jié)構(gòu)化分類，若部件內(nèi)包括零件，可將具體參數(shù)存入零件類中，如燃料組件下管座部件的防異物板，其厚度、外形尺寸等參數(shù)可存放在零件信息中。通過以上對燃料結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的逐一歸類，使數(shù)據(jù)完整且結(jié)構(gòu)統(tǒng)一。

結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的功能包括查詢參數(shù)、參看圖紙和比較參數(shù)3部分。庫中存有二維及三維圖紙，使用戶能夠從二維圖紙中獲取結(jié)構(gòu)參數(shù)，從三維圖紙中查看各結(jié)構(gòu)的立體模型，以便多方面了解組件結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)庫的比較功能可比較不同燃料組件各零部件參數(shù)的異同。由于燃料組件在燃料芯塊性能、組件結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)材料等方面都在不斷改進[10]，因此該功能可將改進前后的設(shè)計情況進行對比，結(jié)果一目了然。

1.2.3工程分析庫

工程分析庫結(jié)合電廠應(yīng)用需要，針對工程項目的分析算例，可查看多個電站不同項目的相關(guān)設(shè)計文件。其中主要包含燃料棒、燃料組件及相關(guān)組件設(shè)計，同時錄入了對應(yīng)項目的基本信息及安審反饋信息。數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)如圖7所示。

燃料棒分析包括3大類：燃料棒綜合性能分析、燃料棒四類工況分析與PCI分析。每類均可通過項目名稱和驗證分類等條件查詢上、下游文件及輸入卡、輸出文件等。上、下游文件類型涉及PDF、WORD、EXCEL等，輸入卡、輸出文件的類型根據(jù)分析軟件不同而有所區(qū)別。例如，燃料棒性能分析軟件包括COPERNIC軟件與中廣核自主研發(fā)的JASMINE軟件，其輸入卡類型分別為普通文本類型和.ini文件類型。因此，數(shù)據(jù)庫設(shè)計以文本或便簽頁打開輸入卡的方式查看輸入卡。

對于燃料組件與相關(guān)組件分析，可選擇項目及模型名稱后得到所需的數(shù)據(jù)文件。項目基本信息存放了項目參考電站與最終的安全分析情況等，安審反饋信息可查詢項目的問題單屬性、內(nèi)容、發(fā)函單位、審評單位等，供用戶快速了解項目整體情況。

1.2.4模型評估庫

自主核燃料程序為實現(xiàn)實際工程應(yīng)用，需按照國際慣例及安審要求，利用電廠或?qū)嶒灁?shù)據(jù)對已開發(fā)出的核燃料設(shè)計程序進行驗證，以評估程序適用范圍，確保程序的可靠性。實驗數(shù)據(jù)包括在國際合作項目中取得的核燃料堆內(nèi)輻照性能及熱室檢測實驗數(shù)據(jù)，為自主化核燃料程序的確認與評估提供了支撐。

程序模型評估可分為燃料棒性能分析軟件綜合模型評估，用于評估燃料棒性能分析軟件的綜合模型；燃料棒性能分析軟件單項模型評估，用于評估燃料棒性能分析軟件的單項模型，如熱導(dǎo)率、泊松比等單項特性；燃料組件性能分析軟件模型評估，用于評估燃料組件性能分析軟件各模塊功能。因此，數(shù)據(jù)庫將獲得的實驗數(shù)據(jù)分為燃料棒性能分析軟件綜合模型數(shù)據(jù)、燃料棒性能分析軟件單項模型數(shù)據(jù)及燃料組件性能分析軟件模型數(shù)據(jù)。模型評估庫結(jié)構(gòu)如圖8所示。

對于綜合模型數(shù)據(jù)按照模型名稱、燃料類型進行分類，并對實驗可靠性進行判斷。參數(shù)類型包括燃料棒總體參數(shù)、包殼參數(shù)、彈簧參數(shù)等，可查詢所需參數(shù)值、單位及公差，以及數(shù)據(jù)來源和實驗相關(guān)信息。單項模型數(shù)據(jù)按照包殼、芯塊等部件進行分類，通過選擇不同模型查詢對應(yīng)的實驗信息，包括實驗名稱、時間、實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果和評價等。燃料組件性能分析軟件模型文件提供不同軟件模塊中不同組件的算例輸入和算例輸出信息。

模型評估庫除能夠查看數(shù)據(jù)外，還設(shè)計了比較同一實驗不同模型輸入卡的功能，可將兩張卡中的不同參數(shù)標紅顯示，以幫助用戶快速進行對比分析，如圖9所示。

2結(jié)語

NFDS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立，極大提高了核燃料數(shù)據(jù)的獲取、利用效率，在確保數(shù)據(jù)整體安全性的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮了數(shù)據(jù)使用價值，具體表現(xiàn)在：①系統(tǒng)對大量雜亂存放的燃料數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)性歸類與規(guī)范性整理，對分散數(shù)據(jù)實現(xiàn)了集中管理；②通過口令驗證登錄機制，設(shè)置合法用戶對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，提高了燃料數(shù)據(jù)的安全性；③系統(tǒng)除實現(xiàn)一般的查詢功能外，針對各庫數(shù)據(jù)特點，開發(fā)了多樣化的數(shù)據(jù)利用方式，提高了數(shù)據(jù)使用價值。例如，材料數(shù)據(jù)庫中可以圖形方式展示數(shù)據(jù)，并擬合函數(shù)進行分析；結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中可查看二維或三維圖紙，為結(jié)構(gòu)參數(shù)提供來源；模型評估庫中可比較不同實驗輸入卡，便于用戶對比實驗數(shù)據(jù)等。

NFDS的最終目的是成為一個全生命周期數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可利用其擴展功能繼續(xù)進行燃料制造等模塊建設(shè)，并且隨著今后核電研發(fā)的深入以及新型材料、結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，對已有數(shù)據(jù)可繼續(xù)進行完善。同時需考慮系統(tǒng)與外部分析工具或分析軟件的接口，使其能夠更加高效地發(fā)揮作用。

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（責任編輯：黃?。?/p>