CN109712725A - 一种用于屏蔽伽玛射线的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于屏蔽伽玛射线的装置及方法，用于屏蔽高温裂变电离室内的伽玛射线，高温裂变电离室包括至少一根铠装电缆，铠装电缆穿过所述高温裂变电离室，其特征在于，装置包括两个直径相同的半圆柱，两个半圆柱中的每一半圆柱均包括与铠装电缆数量相同的半圆槽，半圆槽贯穿所述半圆柱的长度方向，两个半圆柱组成圆柱体时，两个半圆柱上的半圆槽组成圆孔，其中，圆孔的直径与铠装电缆的直径相同。本发明通过设计两个半圆柱，半圆柱上开设半圆槽，半圆槽的直径等于或略小于铠装电缆的直径，铠装电缆被牢牢的固定于所述圆柱内，而与圆柱之间不存在空隙，在屏蔽伽玛射线的同时，有效减少了伽玛射线的泄露。

Description

一种用于屏蔽伽玛射线的装置及方法

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种用于屏蔽伽玛射线的装置及方法。

背景技术

反应堆中子探测器是用来在反应堆的运行中及时和准确的测量中子注量率，来调节控制棒的插入深度和慢化剂的浓度，从而达到控制反应堆功率和安全运行的目的。反应堆堆内探测器是运行在环境恶劣的堆芯内部，主要完成检测各个燃耗组件的燃耗水平、检测中子注量率的分布、校准对外仪表、检测热点因子、检验装料情况等等任务。为了能加大燃耗深度，减少乏废料的产生，对探测器提出了更高的要求。堆内探测器按照原理不同分为三类：利用中子活化法的气动活化球或活化丝；利用裂变法的裂变室；利用中子核反应法的自己能探测器。高温裂变电离室是利用中子裂变法：中子与易裂变核素发生裂变反应，产生裂变碎片，裂变碎片再与气体介质发生电离，电离离子被收集电极收集，产生信号。高温电离室的结构主要由由高温电离室探头、高温电离室悬挂装置、前置放大器、主放大器、信号输出电路、低压电源、高压电源等组成。高温电离室探测快堆中子输出电流脉冲信号，通过前置放大器进行预放大，提高信号抗干扰性能，放大后的信号经过电缆送给主放大器进行放大、甄别及成形处理输出标准的脉冲(或电流)信号送给主控室或计算机系统显示仪表显示及指示。高温裂变电离室除了完成中子注量率测量等功能外，高温电离室悬挂装置必须具有电离室探头支撑、屏蔽电缆提供绝缘通道、堆内中子屏蔽、堆内伽玛屏蔽、隔热等一系列功能，需要保证堆芯内的强辐射伽玛射线不能泄露到堆外，保障堆外环境的安全，因而为了满足堆外伽玛剂量水平的限值要求，需要对高温电离室设计特殊的伽玛射线屏蔽装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明公开了一种用于屏蔽伽玛射线的装置及方法，高温裂变电离室中，高温裂变电离室中的铠装电缆的接头较大，传统的屏蔽装置安装铠装电缆后与铠装电缆的缝隙较大，本发明提供的屏蔽伽玛射线的装置可以很好的解决此问题，以屏蔽伽玛射线，使伽玛射线向环境的放射剂量满足安全要求。

(二)技术方案

本发明第一方面提供了一种用于屏蔽伽玛射线的装置，用于屏蔽高温裂变电离室内的伽玛射线，高温裂变电离室包括至少一根铠装电缆，铠装电缆穿过高温裂变电离室，装置包括两个直径相同的半圆柱，两个半圆柱中的每一半圆柱均包括与铠装电缆数量相同的半圆槽，半圆槽贯穿半圆柱的长度方向，两个半圆柱组成圆柱体时，两个半圆柱上的半圆槽组成圆孔，其中，圆孔的直径与铠装电缆的直径相同。

可选地，半圆柱的材料为不锈钢。

可选地，半圆柱的长度由伽玛射线通过圆柱体后的需要满足的伽玛射线的强度确定。

可选地，半圆柱的长度由计算得出，计算公式包括：

I₀/I＝2n

d＝nT_1/2

其中，I₀为未通过半圆柱之前的伽玛射线的强度，I为屏蔽后需要满足的伽玛射线的强度，n为半价层的个数，T_1/2为半价层的厚度，d为半圆柱的长度。

可选地，半圆柱的直径与高温裂变电离室的内径相同。

可选地，圆孔对称分布于圆柱体的截面上，并贯穿圆柱体。

另一方面，本发明提供了一种屏蔽伽玛射线的方法，方法包括：S1，确定圆柱体的装入高温裂变电离室的位置；S2，根据装入深度确定圆柱体夹持铠装电缆的位置，并将铠装电缆固定于圆柱体上的圆孔内；S3，将圆柱体与铠装电缆装入高温裂变电离室中步骤S1确定的位置。

可选地，圆柱体由两个直径相同的半圆柱组成，圆孔由直径相同的半圆槽组成。

可选地，半圆槽的直径与铠装电缆的直径相同，半圆槽组成的圆孔的数量与铠装电缆的数量相同。

可选地，圆柱体的直径与高温裂变电离室的内径相同。

(三)有益效果

本发明提供的一种用于屏蔽伽玛射线的装置及方法，通过设计两个半圆柱，半圆柱上开设半圆槽，半圆槽的直径等于或略小于铠装电缆的直径，当两个半圆柱组成圆柱时，铠装电缆被牢牢的夹于所述圆柱内，而与圆柱之间不存在空隙，在屏蔽伽玛射线的同时，有效减少了伽玛射线的泄露，使得堆外环境中的伽玛射线强度满足要求。

附图说明

图1示意性示出了本公开实施例的高温裂变电离室的垂直通道；

图2示意性示出了本公开实施例的屏蔽伽玛射线的装置示意图；

图3示意性示出了本公开实施例的该屏蔽伽玛射线的装置装入高温裂变电离室的简图；

图4示意性示出了本公开实施例的该屏蔽伽玛射线的装置装入高温裂变电离室的结构图；

图5示意性示出了本公开实施例的屏蔽伽玛射线的方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在核反应堆测量技术领域，为更好的对反应堆内中子注量率进行监测，在反应堆内部常设计高温裂变电离室，该高温裂变电离室通常为垂直通道，如图1所示，通道的下端密封并设于反应堆的堆芯钠液中，高温裂变电离室通过法兰等悬挂装置垂直放置于通道内。由于堆内高温裂变电离室处在高温、强辐射的恶劣环境中，需要考虑悬挂装置高温应力变化、辐照蠕变，输出屏蔽电缆的有效绝缘，同时还需考虑有效隔热、中子屏蔽，伽玛屏蔽等，其中，本发明设计的屏蔽伽玛射线的装置能有效屏蔽堆内辐射射线对堆外环境的影响，这些技术问题的解决才能保障反应堆外辐射环境的要求，保障有效信号的输出并对反应堆实现有效的调节和控制。

本发明第一方面提供了一种用于屏蔽伽玛射线的装置，参见图2，用于屏蔽高温裂变电离室内的伽玛射线，高温裂变电离室包括至少一根铠装电缆，铠装电缆穿过高温裂变电离室，装置包括两个直径相同的半圆柱，两个半圆柱中的每一半圆柱均包括与铠装电缆数量相同的半圆槽，半圆槽贯穿半圆柱的长度方向，两个半圆柱组成圆柱体时，两个半圆柱上的半圆槽组成圆孔，其中，圆孔的直径与铠装电缆的直径相同。本发明实施例中以两根铠装电缆为例进行详细阐述。

具体的，首先，需要计算半圆柱的长度，使得伽玛射线经过该圆柱屏蔽后的射线强度满足环境要求。高温裂变电离室悬挂装置放置于堆内悬挂装置通道内，通道底端伽马射线剂量很强，需要在悬挂装置内部设计伽马屏蔽层来有效减弱伽马射线穿过悬挂装置到达法兰之上的剂量满足设计要求。

本发明实施例中，为计算半圆柱的长度，也即屏蔽层的厚度，通过伽玛射线剂量率衰减一半所需的屏蔽层的厚度即半价层来计算，计算公式如下：

I₀/I＝2n (1)

d＝nT_1/2 (2)

其中，I₀为未通过所述半圆柱之前的伽玛射线的强度，I为屏蔽后需要满足的伽玛射线的强度，n为半价层的个数，T_1/2为半价层的厚度，d为所述半圆柱的长度。首先，通过公式(1)计算出屏蔽设计满足屏蔽后射线强度要求所需的半价层个数，而后通过公式(2)计算所述屏蔽伽玛射线的屏蔽层的厚度也即半圆柱的厚度，其中，半价层厚度T_1/2可以通过辐射防护中伽玛射线屏蔽厚度表查出(见下表1)，通过以上计算即可得出屏蔽层的厚度也即半圆柱体的长度。

表1

不锈钢具有良好的屏蔽伽玛射线的功能，因此本发明实施例的半圆柱体的材料优选为不锈钢，上表1也对应于屏蔽材料为不锈钢时对应的半价层厚度，在伽玛屏蔽计算的基础上，初步确定了屏蔽伽玛射线的半圆柱的长度。

另外，悬挂装置内往往设有至少一根铠装电缆，用于输出信号，该铠装电缆一端与探头部分连接，该探头部分一般设于悬挂通道的最低端，用于对反应堆内环境进行检测，另一端穿过整个高温裂变电离室悬挂装置，并转接核级电缆以与外部二次仪表连接，铠装电缆内部是充气绝缘状态，因而在与核级电缆转接部分的电缆接头尺寸较大(直径远大于电缆自身尺寸)，如果穿过伽玛屏蔽部分，需要在不锈钢钢棒中间开两个很大的孔，这种设计会造成伽玛射线泄露，屏蔽结构无效，因而我们对屏蔽结构进行了特殊的设计，将伽玛屏蔽圆柱从径向平分切开，并在半个圆柱上挖出铠装电缆半径相同或略小于铠装电缆半径的半圆形槽，半圆槽的开始位置根据需要确定，与法兰等装置上的铠装电缆通孔一一对应，本发明实施例中优选为对称分布于圆柱体。同时圆柱体的直径和高温裂变电离室的内径相同，圆柱体装入高温裂变电离室时两者之间不存在缝隙，这种特殊的设计既可以保证铠装电缆穿过并正常输出信号，又可以满足屏蔽效果的要求。

参见图3和图4，为该半圆柱装入高温裂变电离室的通道内的示意图，高温裂变电离室放入通道内进行中子通量监测，高温裂变电离室上部由法兰部分支撑悬挂在通道内，其中，高温裂变电离室悬挂装置堆内部分的上部有设置上述圆柱体，用于屏蔽从堆芯下部释放的伽玛射线，保障向堆外环境放射的伽玛射线的强度满足要求。

本发明另一方面提供了一种屏蔽伽玛射线的方法，方法包括：S1，确定圆柱体的装入高温裂变电离室的位置；S2，根据装入深度确定圆柱体夹持铠装电缆的位置，并将铠装电缆固定于圆柱体上的圆孔内；S3，将圆柱体与铠装电缆装入高温裂变电离室中步骤S1确定的位置。该方法用于屏蔽高温裂变电离室内的伽玛射线，高温裂变电离室包括至少一根铠装电缆，铠装电缆穿过所述高温裂变电离室，本发明实施例以两根铠装电缆为例进行说明。

具体的，S1，确定圆柱体的装入高温裂变电离室的位置；

通过测量等方式确定圆柱体装入高温裂变电离室的位置，其中，该圆柱体由两个直径相同的半圆柱组成，两个半圆柱中的每一半圆柱均包括与铠装电缆数量相同的半圆槽，半圆槽贯穿半圆柱的长度方向，两个半圆柱组成圆柱体时，两个半圆柱上的半圆槽组成圆孔，其中，圆孔的直径与铠装电缆的直径相同，且圆柱体的直径与高温裂变电离室的内径相同。

该半圆柱的长度，也即屏蔽层的厚度，通过伽玛射线剂量率衰减一半所需的屏蔽层的厚度即半价层来计算，计算公式如下：

I₀/I＝2n (1)

d＝nT_1/2 (2)

其中，I₀为未通过所述半圆柱之前的伽玛射线的强度，I为屏蔽后需要满足的伽玛射线的强度，n为半价层的个数，T_1/2为半价层的厚度，d为所述半圆柱的长度。首先，通过公式(1)计算出屏蔽设计满足屏蔽后射线强度要求所需的半价层个数，而后通过公式(2)计算所述屏蔽伽玛射线的屏蔽层的厚度也即半圆柱的厚度，其中，半价层厚度T_1/2可以通过辐射防护中伽玛射线屏蔽厚度表查出，通过以上计算即可得出屏蔽层的厚度也即半圆柱体的长度。

不锈钢具有良好的屏蔽伽玛射线的功能，因此本发明实施例的半圆柱体的材料优选为不锈钢。

S2，根据装入深度确定圆柱体夹持铠装电缆的位置，并将铠装电缆固定于圆柱体上的圆孔内；

根据装入深度，将铠装电缆对应的固定于圆柱体内的孔中，由上知，该孔由两个直径相同的半圆槽组成，且半圆槽的直径等于或略小于铠装电缆的直径，因此该铠装电缆和圆柱体固定后之间不存在间隙，具有很好的屏蔽作用。

S3，将圆柱体与铠装电缆装入高温裂变电离室中步骤S1确定的位置。

将圆柱体和铠装电缆一起装入高温裂变电离室的通道内，由于圆柱体的直径与高温裂变电离室的内径相同，因此安装后圆柱体与高温裂变电离室之间不存在间隙，伽玛射线不会通过圆柱体与高温裂变电离室之间的结合部分泄露。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于屏蔽伽玛射线的装置，用于屏蔽高温裂变电离室内的伽玛射线，所述高温裂变电离室包括至少一根铠装电缆，所述铠装电缆穿过所述高温裂变电离室，其特征在于，所述装置包括两个直径相同的半圆柱，所述两个半圆柱中的每一半圆柱均包括与所述铠装电缆数量相同的半圆槽，所述半圆槽贯穿所述半圆柱的长度方向，所述两个半圆柱组成圆柱体时，所述两个半圆柱上的半圆槽组成圆孔，其中，所述圆孔的直径与所述铠装电缆的直径相同。

2.根据权利要求1所述的用于屏蔽伽玛射线的装置，其特征在于，所述半圆柱的材料为不锈钢。

3.根据权利要求1所述的用于屏蔽伽玛射线的装置，其特征在于，所述半圆柱的长度由伽玛射线通过所述圆柱体后的需要满足的伽玛射线的强度确定。

4.根据权利要求3所述的用于屏蔽伽玛射线的装置，其特征在于，所述半圆柱的长度由计算得出，所述计算公式包括：

I₀/I＝2n

d＝nT_1/2

其中，I0为未通过所述半圆柱之前的伽玛射线的强度，I为屏蔽后需要满足的伽玛射线的强度，n为半价层的个数，T_1/2为半价层的厚度，d为所述半圆柱的长度。

5.根据权利要求1所述的用于屏蔽伽玛射线的装置，其特征在于，所述半圆柱的直径与所述高温裂变电离室的内径相同。

6.根据权利要求1所述的用于屏蔽伽玛射线的装置，其特征在于，所述圆孔对称分布于所述圆柱体的截面上，并贯穿所述圆柱体。

7.一种屏蔽伽玛射线的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，确定所述圆柱体的装入高温裂变电离室的位置；

S2，根据装入深度确定所述圆柱体夹持所述铠装电缆的位置，并将所述铠装电缆固定于所述圆柱体上的圆孔内；

S3，将所述圆柱体与所述铠装电缆装入所述高温裂变电离室中步骤S1确定的位置。

8.根据权利要求7所述的屏蔽伽玛射线的方法，其特征在于，所述圆柱体由两个直径相同的半圆柱组成，所述圆孔由直径相同的半圆槽组成。

9.根据权利要求8所述的屏蔽伽玛射线的方法，其特征在于，所述半圆槽的直径与所述铠装电缆的直径相同，所述半圆槽组成的圆孔的数量与所述铠装电缆的数量相同。

10.根据权利要求8所述的屏蔽伽玛射线的方法，其特征在于，所述圆柱体的直径与所述高温裂变电离室的内径相同。