CN112816148A - 一种rcpb泄漏监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种RCPB泄漏监测系统及方法，监测系统包括取样单元和数据处理单元，取样单元包括取样滤纸，取样滤纸的上方设置有PIPS探测器和设置在PIPS探测器上部的第一NaI探测器，取样滤纸的下方设置有第二NaI探测器，PIPS探测器和第二NaI探测器对取样滤纸上收集的αβ气溶胶进行符合探测，第一NaI探测器和第二NaI探测器对取样滤纸上的F‑18气溶胶进行符合探测。本发明系统结构简单，设计合理，实现方便，结合监测方法，能够有效应用在RCPB泄漏的放射性监测中，功能完备，集成度高，兼备对RCPB泄漏的定性和定量监测，使用效果好，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于辐射监测技术领域，具体涉及一种RCPB泄漏监测系统及方法。
背景技术
核动力装置通常由二个密闭的循环回路组成，称一回路和二回路。一回路包括核反应堆(密封在压力容器中)、主冷却水泵、稳压器、蒸汽发生器一次侧等设备，压强保持在120～160个大气压；二回路包括蒸汽发生器二次侧、冷凝器、主冷却水泵等设备。
为了防止核反应堆内的放射性物质逃逸入环境，避免对人类和环境造成辐射污染，一回路的全部设备和二回路中的蒸汽发生器安装在安全壳或堆舱内。安全壳或堆舱内，一回路反应堆的压力容器、稳压器、主冷却水泵、冷却水管道、蒸汽发生器一次侧设备及与之相连的密封罩、阀门、管道接口等，形成了压水反应堆冷却剂系统的压力边界(RCPB：Reactor Coolant System Boundary)。
由于制造、安装、磨损、振动、腐蚀等各种原因，一回路内的高温高压冷却水，可能突破压力边界约束，泄漏到安全壳或堆舱中。这种泄漏将产生两个严重后果：一是反应堆冷却水量不足，造成反应堆运行安全事故；二是一回路水中含有的放射性物质进入环境，造成对环境和人类的危害。因此，确保压水反应堆核动力装置一回路压力边界的完整性，对核电厂的安全运行至为重要。为将RCPB的泄漏率控制在一定的范围内，必须对RCPB的泄漏情况进行监测。
目前，常用的RCPB泄漏放射性监测方法有安全壳放射性气溶胶、碘和惰性气体的放射性活度浓度监测，N-13放射性监测。现有的放射性气溶胶监测、碘和惰性气体的放射性活度浓度监测虽然探测效率高，响应时间短，但由于安全壳大气中的源项无法明确，只能定性测量放射性核素的活度浓度，无法准确定量；而N-13放射性监测由于其半衰期短，约9.96min，对于较低的泄漏水平，往往无法在要求的时间内测量泄漏率值，其应用受到很大限制。
为了能够定量获得泄漏率，有学者提出可通过对放射性核素F-18进行监测以获得RCPB泄漏的泄漏率，F-18核素是一回路冷却水中的中子活化产物，在一回路冷却水中具有较大的比活度，是主要的辐射场来源。F-18主要是β+衰变，半衰期较长，为109.7min。安全壳内F-18核素主要以气溶胶微尘的形态存在，其产额与中子通量水平(反应堆功率)成正比，通过监测安全壳或堆舱取样气体中F-18的比放射性活度浓度，即可判断一回路压力边界是否发生泄漏，并通过计算F-18的放射性比活度，从而求出一回路压力边界F-18的泄漏率。
现有技术中，还缺乏既能快速定性RCPB泄漏，又能精确测量泄漏率的监测设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种RCPB泄漏监测系统，其结构简单，设计合理，实现方便，结合监测方法，能够有效应用在RCPB泄漏的放射性监测中，功能完备，集成度高，兼备对RCPB泄漏的定性和定量监测，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种RCPB泄漏监测系统，包括取样单元和数据处理单元，所述取样单元包括取样滤纸，所述取样滤纸的上方设置有PIPS探测器和设置在PIPS探测器上部的第一NaI探测器，所述取样滤纸的下方设置有第二NaI探测器，所述PIPS探测器和第二NaI探测器对取样滤纸上收集的αβ气溶胶进行符合探测，所述第一NaI探测器和第二NaI探测器对取样滤纸上的F-18气溶胶进行符合探测；所述数据处理单元包括第一数字多道、第二数字多道和第三数字多道，以及处理αβ射线探测结果的第一数据处理器和处理F-18核素探测结果的第二数据处理器；所述第一数字多道与PIPS探测器和第二NaI探测器的输出端均连接，所述第二数字多道与第一NaI探测器的输出端连接，所述第三数字多道与第一NaI探测器和第二NaI探测器的输出端均连接；所述第一数据处理器与第一数字多道相接，所述第二数据处理器与第二数字多道和第三数字多道均相接。
上述的一种RCPB泄漏监测系统，所述PIPS探测器包括PIPS硅体、第一高压电源模块和第一前置放大模块，所述第一高压电源模块为PIPS硅体供电，所述第一前置放大模块与PIPS硅体的输出端连接，所述第一数字多道与第一前置放大模块的输出端连接；所述第一NaI探测器包括第一光电倍增管、第二高压电源模块和第二前置放大模块，所述第二高压电源模块为第一光电倍增管供电，所述第二前置放大模块与第一光电倍增管的输出端连接，所述第二数字多道和第三数字多道均与第二前置放大模块的输出端连接；所述第二NaI探测器包括第二光电倍增管、第三高压电源模块和第三前置放大模块，所述第三高压电源模块为第二光电倍增管供电，所述第三前置放大模块与第二光电倍增管的输出端连接，所述第一数字多道和第三数字多道均与第三前置放大模块的输出端连接。
上述的一种RCPB泄漏监测系统，所述第一数据处理器和第二数据处理器均为ARM处理板。
本发明还公开了一种RCPB泄漏监测的方法，包括以下步骤：
步骤一、来自安全壳大气或堆舱内的取样气体流经取样滤纸时，气溶胶和F-18核素被取样滤纸收集取样；
步骤二、所述PIPS探测器对取样滤纸上收集的气溶胶发射出的αβ射线进行探测，所述第一NaI探测器和第二NaI探测器对取样滤纸上收集的F-18气溶胶发射出的γ射线进行探测；
步骤三、所述第一数字多道符合采集PIPS探测器和第二NaI探测器的探测信号，所述第二数字多道采集第一NaI探测器的探测信号，所述第三数字多道符合采集第一NaI探测器和第二NaI探测器的探测信号；
步骤四、所述第一数据处理器对第一数字多道传输的数据进行分析处理，获得αβ射线的探测结果，所述第二数据处理器对第二数字多道和第三数字多道传输的数据进行分析处理，获得F-18核素的探测结果。
上述的一种RCPB泄漏监测方法，步骤四中所述第一数据处理器对第一数字多道传输的数据进行分析处理，获得αβ射线的探测结果的具体过程包括：当所述PIPS探测器的门控信号和第二NaI探测器的门控信号同时到达第一数字多道中的符合电路时，符合电路产生γ计数脉冲，送入第一数据处理器中进行γ计数，第一数据处理器对第一数字多道采集到的能谱进行分析处理，扣除环境本底的γ射线干扰，得到αβ射线的探测结果。
上述的一种RCPB泄漏监测方法，步骤二中所述第一NaI探测器和第二NaI探测器对取样滤纸上收集的F-18气溶胶发射出的γ射线进行探测的具体过程包括：所述第一NaI探测器探测取样滤纸上气溶胶中F-18核素产生的向上方向的511keV的γ射线并进行放大，所述第二NaI探测器探测取样滤纸上气溶胶中F-18核素产生的向下方向的511keV的γ射线并进行放大。
上述的一种RCPB泄漏监测方法，步骤三中所述第三数字多道符合采集第一NaI探测器和第二NaI探测器的探测信号的具体过程包括：在门信号的控制下，所述第三数字多道记录第一NaI探测器和第二NaI探测器探测的511keV的湮灭γ射线信号。
上述的一种RCPB泄漏监测方法，步骤四中所述第二数据处理器对第二数字多道和第三数字多道传输的数据进行分析处理，获得F-18核素的探测结果的具体过程包括：所述第二数据处理器对第二数字多道和第三数字多道采集到的γ能谱分别进行分析处理，剔除511keV本底干扰，得到F-18核素的探测结果。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的系统结构简单，设计合理，实现方便。
2、本发明通过PIPS探测器和第二NaI探测器实现αβ气溶胶探测，同时，通过第一NaI探测器和第二NaI探测器实现F-18核素探测，两种探测方式使用同一个取样单元，简化了系统设计，降低了成本，节省了安装空间。
3、本发明结合了αβ气溶胶探测和F-18核素探测对RCPB泄漏进行监测，既能对RCPB泄漏进行定性监测，又能对泄漏率进行定量分析，实现对RCPB泄漏的快速精确监测。
4、本发明能够有效应用在RCPB泄漏的放射性监测中，功能完备，集成度高，兼备对RCPB泄漏的定性和定量监测，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明的系统结构简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在RCPB泄漏的放射性监测中，功能完备，集成度高，兼备对RCPB泄漏的定性和定量监测，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的系统组成框图；
图2为本发明的方法流程图。
附图标记说明:
1—取样滤纸；2—PIPS探测器；2-1—PIPS硅体；
2-2—第一高压电源模块；2-3—第一前置放大模块；3—第一NaI探测器；
3-1—第一光电倍增管；3-2—第二高压电源模块；3-3—第二前置放大模块；
4—第二NaI探测器；4-1—第二光电倍增管；4-2—第三高压电源模块；
4-3—第三前置放大模块；5—第一数字多道；6—第二数字多道；
7—第三数字多道；8—第一数据处理器；9—第二数据处理器。
具体实施方式
如图1所示，本发明的RCPB泄漏监测系统，包括取样单元和数据处理单元，所述取样单元包括取样滤纸1，所述取样滤纸1的上方设置有PIPS探测器2和设置在PIPS探测器2上部的第一NaI探测器3，所述取样滤纸1的下方设置有第二NaI探测器4，所述PIPS探测器2和第二NaI探测器4对取样滤纸1上收集的αβ气溶胶进行符合探测，所述第一NaI探测器3和第二NaI探测器4对取样滤纸1上的F-18气溶胶进行符合探测；所述数据处理单元包括第一数字多道5、第二数字多道6和第三数字多道7，以及处理αβ射线探测结果的第一数据处理器8和处理F-18核素探测结果的第二数据处理器9；所述第一数字多道5与PIPS探测器2和第二NaI探测器4的输出端均连接，所述第二数字多道6与第一NaI探测器3的输出端连接，所述第三数字多道7与第一NaI探测器3和第二NaI探测器4的输出端均连接；所述第一数据处理器8与第一数字多道5相接，所述第二数据处理器9与第二数字多道6和第三数字多道7均相接。
具体实施时，第一数字多道5用于对PIPS探测器2和第二NaI探测器4的探测信号进行符合采集，第二数字多道6用于对第一NaI探测器3进行总的γ计数，第三数字多道7用于对第一NaI探测器3和第二NaI探测器4的探测信号进行符合采集。
第一数据处理器8和第一数字多道5之间、第二数据处理器9和第二数字多道6之间、第二数据处理器9和第三数字多道7之间均采用RS485通信。
本实施例中，所述PIPS探测器2包括PIPS硅体2-1、第一高压电源模块2-2和第一前置放大模块2-3，所述第一高压电源模块2-2为PIPS硅体2-1供电，所述第一前置放大模块2-3与PIPS硅体2-1的输出端连接，所述第一数字多道5与第一前置放大模块2-3的输出端连接；所述第一NaI探测器3包括第一光电倍增管3-1、第二高压电源模块3-2和第二前置放大模块3-3，所述第二高压电源模块3-2为第一光电倍增管3-1供电，所述第二前置放大模块3-3与第一光电倍增管3-1的输出端连接，所述第二数字多道6和第三数字多道7均与第二前置放大模块3-3的输出端连接；所述第二NaI探测器4包括第二光电倍增管4-1、第三高压电源模块4-2和第三前置放大模块4-3，所述第三高压电源模块4-2为第二光电倍增管4-1供电，所述第三前置放大模块4-3与第二光电倍增管4-1的输出端连接，所述第一数字多道5和第三数字多道7均与第三前置放大模块4-3的输出端连接。
具体实施时，能够通过调节第一高压电源模块2-2、第二高压电源模块3-2和第三高压电源模块4-2的供电电压，进行稳谱。
本实施例中，所述第一数据处理器8和第二数据处理器9均为ARM处理板。
如图2所示，本发明的RCPB泄漏监测方法，包括以下步骤：
步骤一、来自安全壳大气或堆舱内的取样气体流经取样滤纸1时，气溶胶和F-18核素被取样滤纸1收集取样；
步骤二、所述PIPS探测器2对取样滤纸1上收集的气溶胶发射出的αβ射线进行探测，所述第一NaI探测器3和第二NaI探测器4对取样滤纸1上收集的F-18气溶胶发射出的γ射线进行探测；
步骤三、所述第一数字多道5符合采集PIPS探测器2和第二NaI探测器4的探测信号，所述第二数字多道6采集第一NaI探测器3的探测信号，所述第三数字多道7符合采集第一NaI探测器3和第二NaI探测器4的探测信号；
步骤四、所述第一数据处理器8对第一数字多道5传输的数据进行分析处理，获得αβ射线的探测结果，所述第二数据处理器9对第二数字多道6和第三数字多道7传输的数据进行分析处理，获得F-18核素的探测结果。
本方法中，步骤四中所述第一数据处理器8对第一数字多道5传输的数据进行分析处理，获得αβ射线的探测结果的具体过程包括：当所述PIPS探测器2的门控信号和第二NaI探测器4的门控信号同时到达第一数字多道5中的符合电路时，符合电路产生γ计数脉冲，送入第一数据处理器8中进行γ计数，第一数据处理器8对第一数字多道5采集到的能谱进行分析处理，扣除环境本底的γ射线干扰，得到αβ射线的探测结果。
本方法中，步骤二中所述第一NaI探测器3和第二NaI探测器4对取样滤纸1上收集的F-18气溶胶发射出的γ射线进行探测的具体过程包括：所述第一NaI探测器3探测取样滤纸1上气溶胶中F-18核素产生的向上方向的511keV的γ射线并进行放大，所述第二NaI探测器4探测取样滤纸1上气溶胶中F-18核素产生的向下方向的511keV的γ射线并进行放大。
本方法中，步骤三中所述第三数字多道7符合采集第一NaI探测器3和第二NaI探测器4的探测信号的具体过程包括：在门信号的控制下，所述第三数字多道7记录第一NaI探测器3和第二NaI探测器4探测的511keV的湮灭γ射线信号。
具体实施时，第一NaI探测器3和第二NaI探测器4的探测信号放大后，经过甄别、成形、延迟环节，形成符合门控信号，输入第三数字多道7中，第三数字多道7中设置有符合电路，符合电路有符合门控信号输出时，第三数字多道7对探测器信号进行采集；符合电路没有门控信号输出时，第三数字多道7不对主探测器信号进行采集。
本方法中，步骤四中所述第二数据处理器9对第二数字多道6和第三数字多道7传输的数据进行分析处理，获得F-18核素的探测结果的具体过程包括：所述第二数据处理器9对第二数字多道6和第三数字多道7采集到的γ能谱分别进行分析处理，剔除511keV本底干扰，得到F-18核素的探测结果。
F-18通过发射正电子衰变到O-18，其发射的正电子的端点能量达到了633.5keV，平均能量达到了249.8keV，一般的β射线探测器对其的探测效率较高。其衰变发射的β+粒子与电子发生淹没反应后，向相反发射两个511keV光子，511keV光子的强度达到了β+粒子强度的两倍，可以通过探测其强度，测量F-18核素的活度。F-18的半衰期适中，不存在大量长期累积本底而产生干扰，能及时发现泄漏，同时也足够探测器累积计数。
由于宇宙射线本底、周围环境高能γ射线引起的电子对效应、高能射线的康普顿散射效应，造成了对能量为511keV的γ峰的干扰，因而对于样品中只含有微量F-18的场合，直接测量的方法不能鉴别来自F-18衰变的γ射线。
因此，利用两个相对设置的γ灵敏的第一NaI探测器3和第二NaI探测器4，对F-18衰变生成的两个同时的、方向相反的、能量为511keV的γ光子进行γ-γ符合探测。能够有效剔除干扰核素以及本底辐射带来的511keV峰干扰，达到只测量样品中F-18衰变的γ射线的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种RCPB泄漏监测系统，包括取样单元和数据处理单元，所述取样单元包括取样滤纸(1)，其特征在于：所述取样滤纸(1)的上方设置有PIPS探测器(2)和设置在PIPS探测器(2)上部的第一NaI探测器(3)，所述取样滤纸(1)的下方设置有第二NaI探测器(4)，所述PIPS探测器(2)和第二NaI探测器(4)对取样滤纸(1)上收集的αβ气溶胶进行符合探测，所述第一NaI探测器(3)和第二NaI探测器(4)对取样滤纸(1)上的F-18气溶胶进行符合探测；
所述数据处理单元包括第一数字多道(5)、第二数字多道(6)和第三数字多道(7)，以及处理αβ射线探测结果的第一数据处理器(8)和处理F-18核素探测结果的第二数据处理器(9)；所述第一数字多道(5)与PIPS探测器(2)和第二NaI探测器(4)的输出端均连接，所述第二数字多道(6)与第一NaI探测器(3)的输出端连接，所述第三数字多道(7)与第一NaI探测器(3)和第二NaI探测器(4)的输出端均连接；所述第一数据处理器(8)与第一数字多道(5)相接，所述第二数据处理器(9)与第二数字多道(6)和第三数字多道(7)均相接。
2.按照权利要求1所述的一种RCPB泄漏监测系统，其特征在于：所述PIPS探测器(2)包括PIPS硅体(2-1)、第一高压电源模块(2-2)和第一前置放大模块(2-3)，所述第一高压电源模块(2-2)为PIPS硅体(2-1)供电，所述第一前置放大模块(2-3)与PIPS硅体(2-1)的输出端连接，所述第一数字多道(5)与第一前置放大模块(2-3)的输出端连接；所述第一NaI探测器(3)包括第一光电倍增管(3-1)、第二高压电源模块(3-2)和第二前置放大模块(3-3)，所述第二高压电源模块(3-2)为第一光电倍增管(3-1)供电，所述第二前置放大模块(3-3)与第一光电倍增管(3-1)的输出端连接，所述第二数字多道(6)和第三数字多道(7)均与第二前置放大模块(3-3)的输出端连接；所述第二NaI探测器(4)包括第二光电倍增管(4-1)、第三高压电源模块(4-2)和第三前置放大模块(4-3)，所述第三高压电源模块(4-2)为第二光电倍增管(4-1)供电，所述第三前置放大模块(4-3)与第二光电倍增管(4-1)的输出端连接，所述第一数字多道(5)和第三数字多道(7)均与第三前置放大模块(4-3)的输出端连接。
3.按照权利要求1所述的一种RCPB泄漏监测系统，其特征在于：所述第一数据处理器(8)和第二数据处理器(9)均为ARM处理板。
4.一种采用如权利要求1所述系统进行RCPB泄漏监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、来自安全壳大气或堆舱内的取样气体流经取样滤纸(1)时，气溶胶和F-18核素被取样滤纸(1)收集取样；
步骤二、所述PIPS探测器(2)对取样滤纸(1)上收集的气溶胶发射出的αβ射线进行探测，所述第一NaI探测器(3)和第二NaI探测器(4)对取样滤纸(1)上收集的F-18气溶胶发射出的γ射线进行探测；
步骤三、所述第一数字多道(5)符合采集PIPS探测器(2)和第二NaI探测器(4)的探测信号，所述第二数字多道(6)采集第一NaI探测器(3)的探测信号，所述第三数字多道(7)符合采集第一NaI探测器(3)和第二NaI探测器(4)的探测信号；
步骤四、所述第一数据处理器(8)对第一数字多道(5)传输的数据进行分析处理，获得αβ射线的探测结果，所述第二数据处理器(9)对第二数字多道(6)和第三数字多道(7)传输的数据进行分析处理，获得F-18核素的探测结果。
5.按照权利要求4所述的一种RCPB泄漏监测方法，其特征在于，步骤四中所述第一数据处理器(8)对第一数字多道(5)传输的数据进行分析处理，获得αβ射线的探测结果的具体过程包括：当所述PIPS探测器(2)的门控信号和第二NaI探测器(4)的门控信号同时到达第一数字多道(5)中的符合电路时，符合电路产生γ计数脉冲，送入第一数据处理器(8)中进行γ计数，第一数据处理器(8)对第一数字多道(5)采集到的能谱进行分析处理，扣除环境本底的γ射线干扰，得到αβ射线的探测结果。
6.按照权利要求4所述的一种RCPB泄漏监测方法，其特征在于，步骤二中所述第一NaI探测器(3)和第二NaI探测器(4)对取样滤纸(1)上收集的F-18气溶胶发射出的γ射线进行探测的具体过程包括：所述第一NaI探测器(3)探测取样滤纸(1)上气溶胶中F-18核素产生的向上方向的511keV的γ射线并进行放大，所述第二NaI探测器(4)探测取样滤纸(1)上气溶胶中F-18核素产生的向下方向的511keV的γ射线并进行放大。
7.按照权利要求4所述的一种RCPB泄漏监测方法，其特征在于，步骤三中所述第三数字多道(7)符合采集第一NaI探测器(3)和第二NaI探测器(4)的探测信号的具体过程包括：在门信号的控制下，所述第三数字多道(7)记录第一NaI探测器(3)和第二NaI探测器(4)探测的511keV的湮灭γ射线信号。
8.按照权利要求4所述的一种RCPB泄漏监测方法，其特征在于，步骤四中所述第二数据处理器(9)对第二数字多道(6)和第三数字多道(7)传输的数据进行分析处理，获得F-18核素的探测结果的具体过程包括：所述第二数据处理器(9)对第二数字多道(6)和第三数字多道(7)采集到的γ能谱分别进行分析处理，剔除511keV本底干扰，得到F-18核素的探测结果。
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