CN1022652C - 中子补偿吸收法测水中硼浓度装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用中子泄漏补偿吸收原理来测量水中硼浓度的装置。主要用于测量核电站一次轻水冷却剂中硼溶液的浓度。本发明具有两个硼水环，两个中子探测器，可同时对两个硼浓度水样进行在线测量，测量范围大，准确度高。用一个刻度环可同时进行两个测量道的在线刻度检查。并有含两个测量道的自动测量数据处理电路系统对测量数据进行处理并显示被测硼浓度的毫克/升数。

Description

本发明涉及一种利用中子泄漏补偿吸收原理测量水中中子吸收物浓度的装置，主要用于核电站一次轻水冷却剂中硼溶液浓度的在线测量，具体说是中子补偿吸收法测水中硼浓度装置。

在核电站轻水反应堆中，广泛利用在一次冷却剂中加硼来实现反应性的补偿控制，展平堆功率和增加燃耗。此外，在反应堆停止运转时，也采用加硼使活性区长时间保持在次临界状态。为保证反应堆的安全，需确定向一次冷却剂中的加硼量。通常使用中子吸收硼表来连续测量一次冷却水中的硼含量。美国3597613号专利文献公开了一种中子吸收测量水中硼浓度的方法及其装置（见United    States    Patent    3597613    Method    of    measuring    boron    concentration    in    water    by    neutron    absorption），该装置设有一个轻水桶，桶内有一快中子发射体和一个硼水环，硼水环中心有一个热中子探测器。快中子被轻水桶中的轻水热化，把热中子引向硼水，硼吸收一部分中子，另一部分中子穿出硼水，热中子探测器探测未被硼水吸收而穿出硼水的那部分中子，用测量到的中子计数来测定硼水的浓度。但由于热中子探测器只探测穿出硼水的剩余中子，而没有考虑泄漏中子，因此影响了测量的准确度。同时因使用的是大硼水环，因此不仅线性测量范围小，而且在小流率下，硼溶液换样频率慢，不能及时跟踪反应堆一次水硼浓度的变化。此外，大硼水环存在强的γ辐射，这会影响热中子探测器可靠地工作，也不利于生物防护。

本发明的目的是为轻水堆核电站提供一种测量准确度高、线性测量范围大、换样频率快、安全可靠的一次轻水冷却剂中硼浓度在线测量装置，即中子补偿吸收法测水中硼浓度装置。

本发明提供的测量装置包括一个装有恒温水的轻水桶，轻水桶的中心设有一根内装一个各向同性的中子源的源管，源管外围装有一个能被远程控制升降的在线刻度环，两个硼水环对称地安装在源管和在线刻度 环的两侧，两个热中子探测器分别位于两个硼水环的中心，并分别与两个相同的自动测量数据处理电路系统相连，由蛇形管热交换器、加热器、温度控制探头及隔热玻璃纤维组成的恒温系统使被测硼水维持在恒温状态。中子源发射的快中子在轻水中慢化形成一固定的热中子场，进入硼水环的热中子一部分被硼吸收，另一部分剩余中子穿出硼水，在测量中发现，热中子探测器不仅可以测量到穿出硼水环的剩余中子，而且还可以测量到从硼水环上下两端热中子探测器插入孔泄漏进入热中子探测器的中子。泄漏中子量与硼水环的高度有关，改变硼水环的高度调节泄漏中子量。在硼浓度为0～6000毫克/升的范围内，被测的硼浓度C与测量到的中子数N（包括剩余中子和泄漏中子）存在很好的一次反比关系，即：

C＝ (b（No-N）)/(N) ＝aN^-1-b

式中No和N分别表示在零硼浓度和C硼浓度下测量到的中子计数，b为测量装置的系统参数，利用纯水和已知浓度的硼水来分别调整No和标定b值。选择一定高度的硼水环，调整中子泄漏量，利用泄漏中子计数来补偿测量值，这样就扩大了测量范围，提高了测量的准确度。用两个小硼水环替代一个大硼水环，在硼水流率小的情况下，硼水换样频率快，减少了测量的滞后时间。使用两个硼水环可以同时进行两个硼浓度的水样测量或对两个不同高度的硼水环的硼水浓度进行对比测量，这不仅扩大了用途，而且提高了测量值的可靠性。由于反应堆的一次冷却水中存在强的γ活性，采用小硼水环，可将γ活性维持得相当小，从而使热中子探测器能在较低的γ辐射场中可靠地工作，同时也有利于生物防护。由于测量系统存在漂移或可能出现故障，采用在源管外安装一能升降的已知硼当量的在线刻度环来进行在线刻度检查，进一步提高了测量的可靠性。两个测量道的自动测量数据处理电路系统对测量数据进行处理并显示出被测硼浓度的毫克/升值。

与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：

本测量装置利用中子泄漏补偿吸收原理测量水中硼浓度，由于被测硼浓度与测量到的中子数存在很好的一次反比关系，扩大了测量范围、提高了测量的准确度。采用小硼水环，硼溶液换样频率快，减少了测量的滞后时间，另外，小硼水环具有较低的γ辐射，不仅使中子探测器工作可靠，且便于生物防护。此外采用双硼水环可以同时进行两个硼浓度的水样的测量或对两个不同位置的硼水浓度进行对比测量，扩大了用途。使用一个远程控制升降的大硼当量刻度环，能同时进行双道在线刻度检查，进一步提高了测量的可靠性。

此外，本发明不仅适用于轻水硼浓度的测量，也可用于矿石流体或化合物溶液中铀、硼、镉、钐和钆的含量测量。

现结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

图1是本发明的装置示意图;

图2是本发明中子泄漏补偿吸收测量原理示意图;

图3是本发明自动测量数据处理电路系统方框图。

如图1所示，在轻水桶1中装有用作屏蔽和慢化快中子的恒温水2，轻水桶1内空为φ50×40厘米，保证在任意方向至少有20厘米的水层用作中子辐射屏蔽。轻水桶1中心的不锈钢源管3内有一个各向同性的镅-铍中子源4。源管3的外围装有一个能被远程控制升降的在线刻度环5，它由对热中子有强吸收力的含硼（或镉）材料和不锈钢做成，在线刻度环5内硼水的硼当量为400～600毫克/升。两个由有机玻璃制成的硼水环6对称地安放在源管3和在线刻度环5的两侧，硼水环6的高度为60～100毫米，容积为0.25～0.50立方分米。两个热中子探测器7位于硼水环6的中心。源管3、硼水环6、热中子探测器7均安装于支座8上，并作为一个整体吊装于轻水桶1的盖板10上。被测的硼水从不锈钢盖板10上的入口处11经蛇形管热交换器9到达硼水环6后，再由出口12返回到反应堆一次冷却剂中。由蛇形管热交换器9、温度控制探头13、加热器14和隔热玻璃纤维15组成的恒温系统使被测的硼水维持在恒温状态。16为测量装置的外壳。按图2所示的测量原理，中子源4发射的快中子在轻水2中慢化形成一固定的热中子场， 热中子探测器7测量到两部分中子：一部分是未经硼水吸收穿出硼水环的剩余中子17，另一部是从硼水环6上下两端热中子探测器7的插入孔泄漏进入热中子探测器7的泄漏中子18，热中子探测器7与如图3所示的自动测量数据处理电路系统连接，高压电源19通过高压缓冲器20和电压前置放大器21向热中子探测器7提供工作偏压，从热中子探测器7来的中子脉冲电压信号经过前置放大器21和线性放大器22双重放大后，由单道甄别器23成形再送入定标器24进行自动定时计数，最后由数据处理电路25对两个测量道的数据进行自动处理并显示出被测硼浓度的毫克/升值。图3中，热中子探测器7、高压电源19、高压缓冲器20、前置放大器21，线性放大器22、单道甄别器23、定标器24及数据处理电路25均为公知的仪器，它们的电路连接也是公知的。

Claims (3)

1、一种中子补偿吸收法测水中硼浓度装置包括一个装有恒温水(2)的轻水桶(1)，一根装有一个各向同性的中子源(4)的源管(3)，硼水环(6)、热中子探测器(7)，以及由蛇形管热交换器(9)、加热器(14)、温度控制探头(13)和隔热玻璃纤维(15)组成的恒温系统，其特征在于源管(3)位于轻水桶(1)的中心，源管(3)的外围装有一个能被远程控制升降的在线刻度环(5)，两个硼水环(6)对称地安装在源管(3)和在线刻度环(5)的两侧，两个热中子探测器(7)分别位于两个硼水环(6)的中心，它们分别与两个相同的自动测量数据处理电路系统相连。

2、根据权利要求1所述的一种中子补偿吸收法测水中硼浓度装置，其特征在于所述的硼水环（6）的高度为60～100毫米，容积为0.25～0.50立方分米。

3、根据权利要求1或2所述的一种中子补偿吸收法测水中硼浓度装置，其特征在于所述的在线刻度环（5）是由含硼（或镉）材料和不锈钢制成的，在线刻度环（5）内的硼当量为400～600毫克/升。

Images