CN112382424A - 低中子注量率下的监测装置及其数据处理方法 - Google Patents

低中子注量率下的监测装置及其数据处理方法 Download PDF

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罗庭芳
李文平
朱宏亮
青先国
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王银丽
蒋天植
包超
沈峰
黄有骏
高志宇
林超
喻恒
孙琦
袁航
单伟
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Abstract

本发明公开了低中子注量率下的监测装置及其数据处理方法，涉及反应堆仪控测量领域，解决了低注量率情况下反应堆已有的监测手段已无法实现启堆期间对堆芯状态的有效监测的问题。本发明包括安装于堆芯外仪表井内的探测器和处理探测器信号的二次仪表；内层芯体包括三段对中子灵敏的3He管，三段3He计数管均匀布置，纵向覆盖堆芯高度，并通过加法电路将三段计数管信号合并为一路信号输出至二次仪表。本发明可应用于在无外加一次中子源的反应堆启动过程中的堆芯状态监测。

Description

低中子注量率下的监测装置及其数据处理方法
技术领域
本发明涉及反应堆仪控测量领域，具体涉及低中子注量率下的监测装置及其数据处理方法。
背景技术
目前国内外核电厂(俄罗斯的VVER堆型除外)在首次装料及达临界过程中，都会在堆芯引入一次中子源，提高堆芯中子注量率水平，以便通过相应的仪表对整个堆芯装料及达临界过程的堆芯状态进行监测，确保反应堆的安全性。
一次中子源存在进口受限，运输、存储困难，价格昂贵等缺点。取消一次中子源将成为核电技术发展的趋势，将很大程度上提高核电技术的先进性、经济性、安全性。
有源启动中，在反应堆堆外会设置堆外核仪表系统用于连续监测反应堆功率和功率水平的变化。核仪表系统设置了一系列测量中子注量率的探测器，采用三个量程的设计(源量程、中间量程、功率量程)分别应用于反应堆运行的不同阶段，实现反应堆连续保护和控制。
然而取消一次中子源后堆外核测探测器所处位置的中子注量率水平相较于有源启动至少将降低2个量级，低注量率情况下反应堆已有的监测手段已无法实现启堆期间对堆芯状态的有效监测，因此需要发明设计新的监测手段保障无源启动期间的有效监测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：低注量率情况下反应堆已有的监测手段已无法实现启堆期间对堆芯状态的有效监测，本发明提供了解决上述问题的低中子注量率下的监测装置及其数据处理方法。在反应堆取消一次中子源后启堆过程中低中子注量率情况时也能对堆芯状态进行监测，保证反应堆的安全启动。
本发明通过下述技术方案实现：
低中子注量率下的监测装置，包括安装于堆芯外仪表井内的探测器和处理探测器信号的二次仪表；
所述探测器包括内层芯体；
内层芯体包括三段对中子灵敏的3He管，三段3He计数管均匀布置，纵向覆盖堆芯高度，并通过加法电路将三段计数管信号合并为一路信号输出至二次仪表。
进一步地，所述探测器还包括外层慢化体，所述慢化体与芯体相互独立，所述慢化体为一个屏蔽层；
所述慢化体用于将堆芯泄漏的快中子慢化为探测器芯体可捕获测量的热中子。
进一步地，二次仪表包括信号调理器及数字处理器；
信号调理器将所述加法电路输出的脉冲信号转换为标准信号并通过网络送到数据处理器，数据处理器对来自信号调理器的输入信号进行连续的读取，读取数据并完成数据处理、数据贮存、计算、屏幕显示及数据输出。
进一步地，所述信号调理器低纹波低压电源、脉冲信号放大器和信号变换器，所述信号调理器对输入信号进行脉冲放大，数字处理，所述信号调理器将输入的脉冲信号转换为标准信号发送至数据处理器。
进一步地，所述信号调理器对应每路输入信号包括一组电路模块；
一组电路模块包括1个模拟低压电源模块、1个数字低压电源模块、1个脉冲放大模块、1个高压电源模块以及1个数字处理模块；
模拟低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为脉冲放大模块和高压电源模块提供低压电源；
数字低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为数字处理模块提供低压电源；
脉冲放大模块将探测器的脉冲信号进行预放大，利用数字处理模块送来的甄别电压进行甄别成形，最终产生与中子计数率成正比的TTL信号传输给数字处理模块；
高压电源模块根据数字处理模块送来的高压控制信号产生可调直流高压，通过脉冲放大模块将直流高压直接耦合到信号电缆上，为探测器提供工作高压；将高压输出采样电压送至数字处理模块；
数字处理模块采集并计算脉冲放大模块送来的TTL脉冲频率；采集高压电源模块送来的高压采样电压，计算高压实际输出值；隔离采集外部模拟量信号；隔离输出甄别电压给脉冲放大模块，隔离输出高压控制信号给高压电源模块；同时，将采集结果发送给数据处理器。
进一步地，还包括所述信号调理器用于发出仪器自检指令，仪器自检指令由数据处理器发出给信号调理器，数据处理器与信号调理器配合完成二次仪表自检。
低中子注量率下的监测装置的数据处理方法，包括以下步骤：
(1)脉冲放大模块将探测器的脉冲信号进行预放大，利用数字处理模块送来的甄别电压进行甄别成形，最终产生与中子计数率成正比的TTL信号传输给数字处理模块；
(2)数字处理模块采集并计算脉冲放大模块送来的TTL脉冲频率；数字处理模块采集高压电源模块送来的高压采样电压，计算高压实际输出值；数字处理模块隔离采集外部模拟量信号；数字处理模块隔离输出甄别电压给脉冲放大模块，隔离输出高压控制信号给高压电源模块；同时，将采集结果发送给数据处理器；
高压电源模块根据数字处理模块送来的高压控制信号产生可调直流高压，通过脉冲放大模块将直流高压直接耦合到信号电缆上，为探测器提供工作高压；将高压输出采样电压送至数字处理模块；
(3)数据处理器对来自数字处理模块的输入信号进行连续的读取，读取数据并完成数据处理、数据贮存、计算、屏幕显示及数据输出。
优选的，外层慢化体采用高密度聚乙烯材质。
优选的，所述探测器还设置有吊钩，可实现整体吊装。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明可应用于在无外加一次中子源的反应堆启动过程中的堆芯状态监测。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的二次仪表方案图。
图2为本发明的芯体结构图。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
低中子注量率下的监测装置，如图2所示，包括安装于堆芯外仪表井内的探测器和处理探测器信号的二次仪表；
所述探测器包括内层芯体；
内层芯体包括三段对中子灵敏的3He管，三段3He计数管均匀布置，纵向覆盖堆芯高度，并通过加法电路将三段计数管信号合并为一路信号输出至二次仪表。
进一步地，所述探测器还包括外层慢化体，所述慢化体与芯体相互独立，所述慢化体为一个屏蔽层；
所述慢化体用于将堆芯泄漏的快中子慢化为探测器芯体可捕获测量的热中子。
进一步地，如图1所示，二次仪表包括信号调理器及数字处理器；
信号调理器将所述加法电路输出的脉冲信号转换为标准信号并通过网络送到数据处理器，数据处理器对来自信号调理器的输入信号进行连续的读取，读取数据并完成数据处理、数据贮存、计算、屏幕显示及数据输出。
进一步地，所述信号调理器低纹波低压电源、脉冲信号放大器和信号变换器，所述信号调理器对输入信号进行脉冲放大，数字处理，所述信号调理器将输入的脉冲信号转换为标准信号发送至数据处理器。
进一步地，所述信号调理器对应每路输入信号包括一组电路模块；
一组电路模块包括1个模拟低压电源模块、1个数字低压电源模块、1个脉冲放大模块、1个高压电源模块以及1个数字处理模块；
模拟低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为脉冲放大模块和高压电源模块提供低压电源；
数字低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为数字处理模块提供低压电源；
脉冲放大模块将探测器的脉冲信号进行预放大，利用数字处理模块送来的甄别电压进行甄别成形，最终产生与中子计数率成正比的TTL信号传输给数字处理模块；
高压电源模块根据数字处理模块送来的高压控制信号产生可调直流高压，通过脉冲放大模块将直流高压直接耦合到信号电缆上，为探测器提供工作高压；将高压输出采样电压送至数字处理模块；
数字处理模块采集并计算脉冲放大模块送来的TTL脉冲频率；采集高压电源模块送来的高压采样电压，计算高压实际输出值；隔离采集外部模拟量信号；隔离输出甄别电压给脉冲放大模块，隔离输出高压控制信号给高压电源模块；同时，将采集结果发送给数据处理器。
进一步地，还包括所述信号调理器用于发出仪器自检指令，仪器自检指令由数据处理器发出给信号调理器，数据处理器与信号调理器配合完成二次仪表自检。
低中子注量率下的监测装置的数据处理方法，包括以下步骤：
(1)脉冲放大模块将探测器的脉冲信号进行预放大，利用数字处理模块送来的甄别电压进行甄别成形，最终产生与中子计数率成正比的TTL信号传输给数字处理模块；
(2)数字处理模块采集并计算脉冲放大模块送来的TTL脉冲频率；数字处理模块采集高压电源模块送来的高压采样电压，计算高压实际输出值；数字处理模块隔离采集外部模拟量信号；数字处理模块隔离输出甄别电压给脉冲放大模块，隔离输出高压控制信号给高压电源模块；同时，将采集结果发送给数据处理器；
高压电源模块根据数字处理模块送来的高压控制信号产生可调直流高压，通过脉冲放大模块将直流高压直接耦合到信号电缆上，为探测器提供工作高压；将高压输出采样电压送至数字处理模块；
(3)数据处理器对来自数字处理模块的输入信号进行连续的读取，读取数据并完成数据处理、数据贮存、计算、屏幕显示及数据输出。
本发明的二次仪表数据表明本发明装置的热中子测量范围0.0005n·cm-2·s-1～100n·cm-2·s-1。最高线性计数率≥1×105cps。
优选的，外层慢化体采用高密度聚乙烯材质。
优选的，所述探测器还设置有吊钩，可实现整体吊装。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (8)

1.低中子注量率下的监测装置，其特征在于，包括安装于堆芯外仪表井内的探测器和处理探测器信号的二次仪表；
所述探测器包括内层芯体；
内层芯体包括三段对中子灵敏的3He管，三段3He计数管均匀布置，纵向覆盖堆芯高度，并通过加法电路将三段计数管信号合并为一路信号输出至二次仪表。
2.根据权利要求1所述的低中子注量率下的监测装置，其特征在于，所述探测器还包括外层慢化体，所述慢化体与芯体相互独立，所述慢化体为一个屏蔽层；
所述慢化体用于将堆芯泄漏的快中子慢化为探测器芯体可捕获测量的热中子。
3.根据权利要求1所述的低中子注量率下的监测装置，其特征在于，二次仪表包括信号调理器及数字处理器；
信号调理器将所述加法电路输出的脉冲信号转换为标准信号并通过网络送到数据处理器，数据处理器对来自信号调理器的输入信号进行连续的读取，读取数据并完成数据处理、数据贮存、计算、屏幕显示及数据输出。
4.根据权利要求3所述的低中子注量率下的监测装置，其特征在于，所述信号调理器低纹波低压电源、脉冲信号放大器和信号变换器，所述信号调理器对输入信号进行脉冲放大，数字处理，所述信号调理器将输入的脉冲信号转换为标准信号发送至数据处理器。
5.根据权利要求4所述的低中子注量率下的监测装置，其特征在于，所述信号调理器对应每路输入信号包括一组电路模块；
一组电路模块包括1个模拟低压电源模块、1个数字低压电源模块、1个脉冲放大模块、1个高压电源模块以及1个数字处理模块；
模拟低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为脉冲放大模块和高压电源模块提供低压电源；
数字低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为数字处理模块提供低压电源；
脉冲放大模块将探测器的脉冲信号进行预放大，利用数字处理模块送来的甄别电压进行甄别成形，最终产生与中子计数率成正比的TTL信号传输给数字处理模块；
高压电源模块根据数字处理模块送来的高压控制信号产生可调直流高压，通过脉冲放大模块将直流高压直接耦合到信号电缆上，为探测器提供工作高压；将高压输出采样电压送至数字处理模块；
数字处理模块采集并计算脉冲放大模块送来的TTL脉冲频率；采集高压电源模块送来的高压采样电压，计算高压实际输出值；隔离采集外部模拟量信号；隔离输出甄别电压给脉冲放大模块，隔离输出高压控制信号给高压电源模块；同时，将采集结果发送给数据处理器。
6.根据权利要求4所述的低中子注量率下的监测装置，其特征在于，还包括所述信号调理器用于发出仪器自检指令，仪器自检指令由数据处理器发出给信号调理器，数据处理器与信号调理器配合完成二次仪表自检。
7.低中子注量率下的监测装置的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)脉冲放大模块将探测器的脉冲信号进行预放大，利用数字处理模块送来的甄别电压进行甄别成形，最终产生与中子计数率成正比的TTL信号传输给数字处理模块；
(2)数字处理模块采集并计算脉冲放大模块送来的TTL脉冲频率；数字处理模块采集高压电源模块送来的高压采样电压，计算高压实际输出值；数字处理模块隔离采集外部模拟量信号；数字处理模块隔离输出甄别电压给脉冲放大模块，隔离输出高压控制信号给高压电源模块；同时，将采集结果发送给数据处理器；
高压电源模块根据数字处理模块送来的高压控制信号产生可调直流高压，通过脉冲放大模块将直流高压直接耦合到信号电缆上，为探测器提供工作高压；将高压输出采样电压送至数字处理模块；
(3)数据处理器对来自数字处理模块的输入信号进行连续的读取，读取数据并完成数据处理、数据贮存、计算、屏幕显示及数据输出。
8.根据权利要求7所述的低中子注量率下的监测装置的数据处理方法，其特征在于，还包括：
模拟低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为脉冲放大模块和高压电源模块提供低压电源；
数字低压电源模块将220V/50Hz交流电源转换为直流电源，为数字处理模块提供低压电源。
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