CN110416058A - 一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核防护技术领域，具体涉及一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置及组装方法，所述绝缘装置包括高压极、收集极、保护环和绝缘层，所述高压极与电离室外筒焊接连接，形成高压电极，所述收集极与电离室中间电极连接，形成低压收集电极，所述保护环在高压极和收集极之间，与保护地相连，消除极间漏电维持电场稳定，所述绝缘层填充于各极之间，起到结构支撑及电绝缘作用，所述绝缘层是一种电阻率高、易切削的高分子聚酰亚胺聚合物；本发明还提供了一种组装方法，用于上述绝缘装置的组装，本发明的成品率高、抗振动、高绝缘特性、耐辐照、耐高温高湿，能够适应事故后安全壳内的恶劣环境。

Description

一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置及组装方法

技术领域

本发明属于核防护技术领域，具体涉及一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置及组装方法。

背景技术

(一)核电站1E级设备要求在安全停堆地震(SSE)期间和之后能运行，安全壳内部结构17.3m及以下标高安全停堆水平方向地震反应谱(节选)如下：

表1-1安全停堆地震反应谱(节选)

根据事故后高量程区域辐射监测电离室质量计算，阻尼比取5％，最大振动加速度在12.5Hz处为5.967g。

(二)发生事故时，核电站安全壳内的环境十分恶劣，具体表现在以下五个方面：⑴安全壳内，温度在几十秒达218℃，长时间内超过100℃；⑵安全壳内，压力在半小时内可达408kPa，长时间内超过 100kPa。⑶相对湿度达100％；⑷事故后1年时间内，γ辐射剂量率仍维持在1.13×10⁴Gy/h、累积剂量达2.53×10⁵Gy；β辐射剂量率仍维持在6.77×10⁴Gy/h、累积剂量达2.58×10⁶Gy；⑸发生事故后23小时内，安全壳大气中硼酸的浓度为2428ppm，磷酸三钠的浓度为7.53g/l； pH值7.80～7.85，呈弱碱性。

综上所述，事故后高量程区域辐射监测电离要有抗震特性、抗温度骤变、耐高温的特性，常规的电离室探测器采用烧结陶瓷及可乏合金焊接的工艺制作绝缘装置，在振动和骤冷骤热环境下陶瓷会开裂或崩碎，致使结构破坏和电绝缘性能下降，无法满足试用环境要求。而且烧结陶瓷及可乏合金焊接工艺复杂，往往在制作组装过程种出现陶瓷碎裂或焊接脱落，成品率很低。因而必须使用一种抗冲击、抗振动、耐高温、耐辐照的新型绝缘装置，以满足严苛的使用环境要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置及组装方法，成品率高、抗振动、高绝缘特性、耐辐照、耐高温高湿，能够适应事故后安全壳内的恶劣环境。

本发明采用的技术方案是：

一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置，该绝缘装置位于电离室的前端，且应用于三同轴电离室，所述绝缘装置包括绝缘高压极、高压极绝缘层、保护环、收集极绝缘层以及收集极，所述高压极绝缘层设置在绝缘高压极内侧，所述保护环设置在绝缘高压极内侧，所述收集极绝缘层设置在保护环内侧，所述收集极设置在收集极绝缘层内侧；

所述绝缘高压极与电离室外层高压极焊接连接，组成电离室外壳，外接高压形成筒型高压极，并与电离室中间收集极形成强电场，用于受被测射线电离离子的漂移和收集。

进一步地，所述三同轴电离室包括电离室外层高压极、电离室中间收集极以及电离室中心高压电极，所述电离室中心高压电极与电离室外层高压极在后端连通，用于在相同灵敏体积下减小极间距离，增大电场强度。

进一步地，所述中心高压极绝缘层、高压极绝缘层、收集极绝缘层均采用耐辐射材料聚酰亚胺制成。

本发明还提供了一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置的组装方法，包括如下步骤：

将高压极绝缘层压入绝缘高压极中，使轴肩贴合固定；

将保护环压入高压极绝缘层中，使轴肩贴合固定；

将收集极绝缘层压入保护环中，使轴肩贴合固定；

将收集极压入收集极绝缘层中使轴肩贴合固定；

将中心高压极绝缘层压入收集极中，使轴面贴合固定；

将电离室中间收集极与收集极螺纹连接；

装入电离室后端及碟簧，使用专用工装提供预压紧力，使电离室中心高压电极与中心高压极绝缘层经由碟簧压紧，进而使各配合轴肩压紧；

在保存预压紧力的同时，使用氩弧焊将绝缘高压极与电离室外层高压极焊接连接，组成电离室外壳，即完成电离室与绝缘装置的封装，并外接高压形成筒型高压极，且与电离室中间收集极形成强电场，用于受被测射线电离离子的漂移和收集。

本发明的有益效果：

1、本发明的外层高压电极、收集电极、中心高压电极均为空心同轴圆柱体，中间充以一定压力的工作气体，该结构可以使灵敏体积内的电场分布均匀，避免了电离室内存在过强或过弱的电场异常区域，从而保证了电离室工作气体电离的均匀性；

2、本发明的电离室绝缘装置可以将本体内各个电极间距离做到很小，只有3.5～5mm，以有效提高电场强度，提高漂移速度，这有利于缩短探测响应时间；

3、本发明各电极及绝缘层均为易切削材料，使用车铣工艺即可完成加工；安装采用嵌套压紧安装，封装工艺简单，大幅提高电离室制造的生产周期和成品率；

4、本发明在高压极和收集极之间增加了保护环，保护环于设备保护地连接，使漏电流可以从保护环导出释放掉，既确保了绝缘子的高绝缘电阻，使高压电极与收集极之间不会产生高压击穿，又可以稳定极间电场，避免漏电、放电导致电场波动；

5、本试验新型在中间收集电极和中心高压电极的固定端安装了预压紧的碟簧、可以有效吸收冲击能量提高抗震特性；

6、本实验新型使用的高分子聚酰亚胺聚合物，具有良好的介电性能，表面电阻率可达1×10¹⁵～1×10¹⁶Ω，比陶瓷绝缘性能更佳，利于提升电离室探测器的综合性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1、电离室外层高压极；2、电离室中间收集极；3、电离室中心高压电极；4、中心高压极绝缘层；5、绝缘高压极；6、高压极绝缘层；7、保护环；8、收集极绝缘层；9、收集极。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明具体公开了一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置，该绝缘装置位于电离室的前端，是电离室的关键部件。本实施例绝缘装置用于三同轴、外层和中心为高压电极、中间层为收集电极结构的电离室，后端设置电离室外层高压极1，其与绝缘高压极5焊接连接，组成电离室外壳，外接高压，形成筒型高压极，并与电离室中间收集极2形成强电场，用于受被测射线电离离子的漂移和收集。所述电离室中心高压电极3与电离室外层高压极1在后端连通，用于在相同灵敏体积下减小极间距离，增大电场强度。所述绝缘装置用于电离室外层高压极1、电离室中间收集极2、电离室中心高压电极3的结构固定以及外部接线连通，输出电流信号至前置处理器进行信号处理。

所述绝缘装置包括绝缘高压极5、收集极9、保护环7、中心高压极绝缘层4、高压极绝缘层6、收集极绝缘层8。所述高压极与电离室探测器外筒焊接连接，形成筒型封闭的高压电机；高压极前端打有小孔，用于焊接高压硬电缆，其材质使用与电离室外筒一致为铝材便于焊接连接。

所述收集极后端车有螺纹与电离室中间收集电极连接，前端轴向设有硬电缆线芯焊接孔，径向设有焊锡引流孔，焊接时采用熔点310℃的高温焊锡焊接。

所述保护环设置在高压极和收集极之间，防止极间放电或极间漏电流的形成，其与两极之间均设有绝缘层，并保证有足够的爬电距离；收集极采用316L不锈钢材质，焊接地线与保护地连接，并要求保护地与现场地线有效连接，可使漏电流有效导出释放。

所述高压极绝缘层填充于高压极和保护环之间，其与高压极配合面有大径、轴肩、小径三处，小径处为过渡配合，轴肩处压紧，大径处为间隙配合，预留间隙是为了增大高压极与保护环之间的爬电距离，减少漏电流。所述高压极绝缘层开有4个用于气体通过的凹槽，在电离室充入气体时，可使前端接线端受到惰性气体的保护。

所述收集极绝缘层填充于保护环和收集极之间，其配合同样是小径过渡配合，轴肩压紧，大径间隙配合，预留间隙以增大收集极和保护环之间的爬电距离，减少漏电流。其前端处铣有轴扁，用于给保护环提高变形空间，使保护环与保护地连接可以用冷压形式连接，保证连接的可靠性。

所述中心高压极绝缘层填充于收集极和中心高压电极之间，用于绝缘及中心高压电机的结构支撑，其与中心高压电机之间设置有预压紧的碟簧，保证压紧的同时起到吸收冲击振动的作用。所述中心高压极绝缘层也设有用于气体流经的凹槽，用于电离室内部充气。

本发明还提供了一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置的组装方法，包括如下步骤：

将所述高压极绝缘层6压入高压极5中，使轴肩贴合固定；再将保护环7压入高压极绝缘层6中，使轴肩贴合固定；再将收集极绝缘层8压入保护环7中，使轴肩贴合固定；再将收集极9压入收集极绝缘层8中使轴肩贴合固定；再将中心高压极绝缘层4压入收集极9中，使轴面贴合固定；再将电离室中间收集极2与收集极9螺纹连接；再装入电离室后端及碟簧，使用专用工装提供预压紧力，使电离室中心高压电极3与中心高压极绝缘层4经由碟簧压紧，进而使各配合轴肩压紧；在保存预压紧力的同时，使用氩弧焊将高压极5与电离室外层高压极1焊接连接，即完成电离室与绝缘装置的封装；再依次焊接收集极电缆、保护环电缆、高压极电缆；再用316L不锈钢外壳封装及充气。

所述事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置内部结构参数如表1-1所示：

表1-2绝缘装置内部结构参数

所述中心高压极绝缘层、高压极绝缘层、收集极绝缘层均采用耐辐射材料聚酰亚胺，聚酰亚胺耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200℃～300℃；聚酰亚胺还具有良好的介电性能，介电常数为3.4 左右，体电阻可达1×10¹⁵Ωm，表面电阻可达1×10¹⁶Ω，非常适合作为高压极间绝缘体；聚酰亚胺其薄膜在5×10⁹rad快电子辐照后强度保持率为90％，其具有很高的耐辐照性能；其热膨胀系数在 2×10^-5m/℃～3×10^-5m/℃，具有良好的热稳定性。

表1-3聚酰亚胺特性参数

所述绝缘装置各零件均可用车铣加工获得，采用压接或氩弧焊焊接连接，加工制造及封装工艺简单，成品率高。传统陶瓷烧结绝缘子，需要嵌套开模烧结，陶瓷与金属使用可乏合金焊接，制造工艺复杂，难度很高，加之烧结陶瓷受冲击力易碎、受骤冷骤热易开裂，封装成品率很低，无法在严苛环境条件下使用。所述绝缘装置的聚酰亚胺绝缘材料，力学性能、绝缘性能均优于烧结陶瓷，利于提高电离室综合性能。

以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置，该绝缘装置位于电离室的前端，且应用于三同轴电离室，其特征在于，所述绝缘装置包括绝缘高压极、高压极绝缘层、保护环、收集极绝缘层以及收集极，所述高压极绝缘层设置在绝缘高压极内侧，所述保护环设置在绝缘高压极内侧，所述收集极绝缘层设置在保护环内侧，所述收集极设置在收集极绝缘层内侧；

所述绝缘高压极与电离室外层高压极焊接连接，组成电离室外壳，外接高压形成筒型高压极，并与电离室中间收集极形成强电场，用于受被测射线电离离子的漂移和收集。

2.根据权利要求1所述的事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置，其特征在于，所述三同轴电离室包括电离室外层高压极、电离室中间收集极以及电离室中心高压电极，所述电离室中心高压电极与电离室外层高压极在后端连通，用于在相同灵敏体积下减小极间距离，增大电场强度。

3.根据权利要求1所述的事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置，其特征在于，所述中心高压极绝缘层、高压极绝缘层、收集极绝缘层均采用耐辐射材料聚酰亚胺制成。

4.一种事故后高量程区域辐射监测电离室绝缘装置的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：

将高压极绝缘层压入绝缘高压极中，使轴肩贴合固定；

将保护环压入高压极绝缘层中，使轴肩贴合固定；

将收集极绝缘层压入保护环中，使轴肩贴合固定；

将收集极压入收集极绝缘层中使轴肩贴合固定；

将中心高压极绝缘层压入收集极中，使轴面贴合固定；

将电离室中间收集极与收集极螺纹连接；

装入电离室后端及碟簧，使用专用工装提供预压紧力，使电离室中心高压电极与中心高压极绝缘层经由碟簧压紧，进而使各配合轴肩压紧；

在保存预压紧力的同时，使用氩弧焊将绝缘高压极与电离室外层高压极焊接连接，组成电离室外壳，即完成电离室与绝缘装置的封装，并外接高压形成筒型高压极，且与电离室中间收集极形成强电场，用于受被测射线电离离子的漂移和收集。