CN112462411A - 一种堆外中子探测器组件及其应用方法 - Google Patents

一种堆外中子探测器组件及其应用方法 Download PDF

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蒋天植
黄有骏
王银丽
崔怀明
李海颖
王华金
李文平
沈峰
林超
喻恒
苟拓
刘飞洋
陈鹏
马宇
岳小平
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Abstract

本发明公开了一种堆外中子探测器组件及其应用方法，涉及堆外核测的中子探测器组件领域，解决了需要设计一种探测器组件实现在反应堆无源启动过程及后续中间量程对反应堆堆芯状态的宽量程测量的问题。本发明包括位于芯体上下两端的3He正比计数管及位于中间的γ补偿电离室；所述γ补偿电离室的纵向中心线与堆芯中平面平齐。本发明采用两种不同类型中子探测器的组合可对反应堆不同工况条件的监测，实现宽量程测量，保证反应堆的安全运行。

Description

一种堆外中子探测器组件及其应用方法
技术领域
本发明涉及堆外核测的中子探测器组件，具体涉及一种堆外中子探测器组件及其应用方法。
背景技术
在核电站反应堆堆外需要设置堆外核测系统，用于连续监测反应堆功率和功率水平的变化，需要设计一种探测器组件实现在反应堆无源启动过程及后续中间量程对反应堆堆芯状态的宽量程测量。
在核电站反应堆堆外会设置堆外核测系统用于连续监测反应堆功率和功率水平的变化。
为此目的，堆外核测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。
堆外核测探测器安装在反应堆压力容器外的专用仪表井中，每个仪表井中可同时安装多个量程的探测器形成组件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：需要设计一种探测器组件实现在反应堆无源启动过程及后续中间量程对反应堆堆芯状态的宽量程测量，本发明提供了解决上述问题的一种堆外中子探测器组件及其应用方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种堆外中子探测器组件，包括位于芯体上下两端的3He正比计数管及位于中间的γ补偿电离室；
所述γ补偿电离室的纵向中心线与堆芯中平面平齐。
进一步地，位于芯体上下两端的3He正比计数管上下对称布置。
进一步地，所述γ补偿电离室位于1/2堆芯活性段所在平面。
优选的，还包括电子电路，电子电路用于放大3He正比计数管输出的脉冲信号和γ补偿电离室输出的电流信号，并将输出的脉冲信号进行阻抗匹配，电子电路将匹配后的两段3He正比计数管脉冲信号的加法合并为一个脉冲信号，探测器组件并向外输出脉冲信号和电流信号共计两路信号。
进一步地，探测器组件的中子灵敏度为上下两段3He计数管中子灵敏度之和。
进一步地，还包括芯体外的慢化体；
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，所述探测器还设置有吊钩，用于实现整体吊装。
.一种堆外中子探测器组件的应用方法，基于上述的一种堆外中子探测器组件，将探测器组件用于堆芯无源启动时的堆外中子探测。
进一步地，包括如下步骤：
(1)对3He正比计数管输出的脉冲信号和γ补偿电离室输出的电流信号，采用放大器，进行输出信号放大；
(2)将两个3He正比计数管的输出脉冲信号进行输出阻抗匹配并应用加法电路合并为一个脉冲信号；
(3)所述探测器组件输出合并后的脉冲信号与电流信号，根据脉冲信号与电流信号对新燃料组件自发裂变产生的中子对整个堆芯状态进行实时监测。
优选的，应用探测器组件于核电厂首次装料时、裂变中子达到临界过程时和堆芯达到满功率运行时。
本发明的技术方案应用3He正比计数管灵敏区段输出信号放大技术，实现输出信号正比于入射中子能量，并应用探测器多灵敏区段信号叠加技术合成多脉冲信号扩大测量的量程范围。
3He正比计数管主要性能指标：
0.0005n·cm-2·s-1～100n·cm-2·s-1(测量下限以输出0.5cps计算，上限以最高线性计数率1×105cps计算)；
最高线性计数率：≥1×105cps；
热中子灵敏度：≥1000cps/(n·cm-2·s-1)；
输出阻抗可调。
γ补偿电离室主要性能指标：
热中子灵敏度：≥8x10-14A/(n·cm-2·s-1)；
γ灵敏度：≤2.5x10-12A/R·h-1；
输出阻抗可调。
堆外中子探测器监测核电厂反应堆堆芯新燃料组件自发裂变产生的中子，本发明所述探测器组件同时包含两种类型的中子探测器，两段3He正比计数管具有高灵敏度的特点，可用于反应堆启动期间低中子注量率的测量；γ补偿电离室具有较好的γ补偿特性，可用于反应堆升功率期间，γ辐照剂量上升时的中子测量。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明采用两种不同类型中子探测器的组合可对反应堆不同工况条件的监测，实现宽量程测量，保证反应堆的安全运行。
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为本发明的中子探测器示意图。
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。
一种堆外中子探测器组件，如图1所示，包括位于芯体上下两端的3He正比计数管及位于中间的γ补偿电离室；
所述γ补偿电离室的纵向中心线与堆芯中平面平齐。
进一步地，位于芯体上下两端的3He正比计数管上下对称布置。
进一步地，所述γ补偿电离室位于1/2堆芯活性段所在平面。
优选的，还包括电子电路，电子电路用于放大3He正比计数管输出的脉冲信号和γ补偿电离室输出的电流信号，并将输出的脉冲信号进行阻抗匹配，电子电路将匹配后的两段3He正比计数管脉冲信号的加法合并为一个脉冲信号，探测器组件并向外输出脉冲信号和电流信号共计两路信号。
进一步地，探测器组件的中子灵敏度为上下两段3He计数管中子灵敏度之和。
进一步地，还包括芯体外的慢化体；
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，所述探测器还设置有吊钩，用于实现整体吊装。
.一种堆外中子探测器组件的应用方法，基于上述的一种堆外中子探测器组件，将探测器组件用于堆芯无源启动时的堆外中子探测。
进一步地，包括如下步骤：
(1)对3He正比计数管输出的脉冲信号和γ补偿电离室输出的电流信号，采用放大器，进行输出信号放大；
(2)将两个3He正比计数管的输出脉冲信号进行输出阻抗匹配并应用加法电路合并为一个脉冲信号；
(3)所述探测器组件输出合并后的脉冲信号与电流信号，根据脉冲信号与电流信号对新燃料组件自发裂变产生的中子对整个堆芯状态进行实时监测。
优选的，应用探测器组件于核电厂首次装料时、裂变中子达到临界过程时和堆芯达到满功率运行时。
本发明的技术方案应用3He正比计数管灵敏区段输出信号放大技术，实现输出信号正比于入射中子能量，并应用探测器多灵敏区段信号叠加技术合成多脉冲信号扩大测量的量程范围。
3He正比计数管主要性能指标：
0.0005n·cm-2·s-1～100n·cm-2·s-1(测量下限以输出0.5cps计算，上限以最高线性计数率1×105cps计算)；
最高线性计数率：≥1×105cps；
热中子灵敏度：≥1000cps/(n·cm-2·s-1)；
输出阻抗可调。
γ补偿电离室主要性能指标：
热中子灵敏度：≥8x10-14A/(n·cm-2·s-1)；
γ灵敏度：≤2.5x10-12A/R·h-1；
输出阻抗可调。
堆外中子探测器监测核电厂反应堆堆芯新燃料组件自发裂变产生的中子，本发明所述探测器组件同时包含两种类型的中子探测器，两段3He正比计数管具有高灵敏度的特点，可用于反应堆启动期间低中子注量率的测量；γ补偿电离室具有较好的γ补偿特性，可用于反应堆升功率期间，γ辐照剂量上升时的中子测量。
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 (10)

1.一种堆外中子探测器组件，其特征在于，包括位于芯体上下两端的3He正比计数管及位于中间的γ补偿电离室；
所述γ补偿电离室的纵向中心线与堆芯中平面平齐。
2.根据权利要求1所述的一种堆外中子探测器组件，其特征在于，位于芯体上下两端的3He正比计数管上下对称布置。
3.根据权利要求1所述的一种堆外中子探测器组件，其特征在于，所述γ补偿电离室位于1/2堆芯活性段所在平面。
4.根据权利要求1-3任意一条所述的一种堆外中子探测器组件，其特征在于，还包括电子电路，电子电路用于放大3He正比计数管输出的脉冲信号和γ补偿电离室输出的电流信号，并将输出的脉冲信号进行阻抗匹配，电子电路将匹配后的两段3He正比计数管脉冲信号的加法合并为一个脉冲信号，探测器组件并向外输出脉冲信号和电流信号共计两路信号。
5.根据权利要求4所述的一种堆外中子探测器组件，其特征在于，探测器组件的中子灵敏度为上下两段3He计数管中子灵敏度之和。
6.根据权利要求4所述的一种堆外中子探测器组件，其特征在于，还包括芯体外的慢化体；
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。
7.根据权利要求4所述的一种堆外中子探测器组件，其特征在于，所述探测器还设置有吊钩，用于实现整体吊装。
8.一种堆外中子探测器组件的应用方法，其特征在于：
基于权利要求1-3任意一条所述的一种堆外中子探测器组件，将探测器组件用于堆芯无源启动时的堆外中子探测。
9.根据权利要求8所述的一种堆外中子探测器组件的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对3He正比计数管输出的脉冲信号和γ补偿电离室输出的电流信号，采用放大器，进行输出信号放大；
(2)将两个3He正比计数管的输出脉冲信号进行输出阻抗匹配并应用加法电路合并为一个脉冲信号；
(3)所述探测器组件输出合并后的脉冲信号与电流信号，根据脉冲信号与电流信号对新燃料组件自发裂变产生的中子对整个堆芯状态进行实时监测。
10.根据权利要求9所述的一种堆外中子探测器组件的应用方法，其特征在于，应用探测器组件于核电厂首次装料时、裂变中子达到临界过程时和堆芯达到满功率运行时。
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