CN113257445B

CN113257445B - 一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统

Info

Publication number: CN113257445B
Application number: CN202110743516.5A
Authority: CN
Inventors: 张帅; 孙胜; 刘晓松; 冯明全; 魏甫; 岳潇; 曹娜; 戴钰冰; 傅源杰; 何潘庆
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2041-07-01
Also published as: CN113257445A

Abstract

本发明公开了一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，包括探测器、瞬态辐照装置、贯穿件密封组件、转接盒、电缆、皮安电流表和PC机；所述探测器放置在瞬态辐照装置内，贯穿件密封组件固定在瞬态辐照装置上，所述探测器的引出线穿过并固定在贯穿件密封组件内后与连接器连接；所述连接器安装在转接盒上，所述转接盒上设置有两个电缆接头，两个电缆接头分别与引线经过连接器分离形成的引线正极导线和引线负极导线连接，所述电缆一端与电缆接头连接，另一端穿过屏蔽墙与皮安电流表连接，所述皮安电流表与PC机电连接。本发明解决了现有测量方式灵敏度下降快、响应时间长的问题，能够在高温高压工况下实时测量中子通量。

Description

一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统

技术领域

本发明涉及燃料组件瞬态辐照技术领域，具体涉及一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统。

背景技术

瞬态辐照试验是一种通过改变燃料组件表面中子通量进而改变燃料组件功率的试验方法，稳态运行时周围环境温度超过300℃，压力超过12MPa。当中子通量改变时，需要瞬时测量中子通量的变化，进而计算出此时的燃料组件功率，建立辐照历史数据。

国内外核电厂一般采用移动式微型裂变室或者钒（铑）中子探测器进行堆芯中子通量测量。由于移动式微型裂变室灵敏度下降快，几何尺寸较大无法再结构复杂空间密集的瞬态辐照装置上使用。钒（铑）中子探测器响应时间长，无法实现中子通量的瞬态测量，且需要单独增加压力保护管，在瞬态辐照考验装置上无空间安装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，解决现有测量方式灵敏度下降快、响应时间长的问题，能够在高温高压工况下实时测量中子通量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，包括探测器、瞬态辐照装置、贯穿件密封组件、转接盒、电缆、皮安电流表和PC机；

所述探测器放置在瞬态辐照装置内，贯穿件密封组件固定在瞬态辐照装置上，所述探测器的引出线穿过并固定在贯穿件密封组件内后与连接器连接；

所述连接器安装在转接盒上，所述转接盒上设置有两个电缆接头，两个电缆接头分别与引线经过连接器分离形成的引线正极导线和引线负极导线连接，所述电缆一端与电缆接头连接，另一端穿过屏蔽墙与皮安电流表连接，

所述皮安电流表与PC机电连接。

本发明所述探测器为Co⁵⁹快响应探测器（由发射体Co⁵⁹、正负极导线、结缘层及收集极组成）；所述贯穿件密封组件用于固定引线且实现引线在高温高压工况下的密封，贯穿件密封组件的承压能力不低于12MPa，承受温度不低于300℃，所述探测器通过被贯穿件密封组件固定的引线实现悬空设置在瞬态辐照装置内；皮安电流表自带插件，可以自动记录输出的电流值；电流值敏度即可得出中子通量。

本发明的测量原理如下：

发射级Co⁵⁹捕获来自反应堆堆芯的中子，转变为Co⁶⁰并放出γ射线，通过康普顿效应和光电效应产生电子。

综上，本发明通过将探测器置于瞬态辐照装置内，引线通过贯穿件密封组件固定密封，引线通过连接器分离形成的引线正极导线和引线负极导线连接，再通过电缆导入皮安电流表测量电流，通过获得的电流数据在PC机内计算可获得中子通量。

本发明通过获得瞬时电流计算中子通量，可以瞬时测量所处位置的中子通量变化，具有响应速度快的优点，且探测器的灵敏度稳定性较好。

进一步地，探测器的包壳采用奥氏体不锈钢制成；根据所受压力选择包壳厚度，无需增加额外的压力保护管对探测器进行保护。

进一步地，贯穿件密封组件包括弯管、螺母密封槽、V型金属垫片、柔性石墨垫片、压盖和锁紧螺母；

所述弯管一端与瞬态辐照装置连接，另一端与螺母密封槽的底部连接，所述柔性石墨垫片嵌入螺母密封槽内，所述螺母密封槽内至少在柔性石墨垫片的一端设置有V型金属垫片，所述压盖的一端设置在螺母密封槽内用于压紧柔性石墨垫片和V型金属垫片，所述锁紧螺母与螺母密封槽外壁螺纹配合用于压紧压盖；

所述螺母密封槽、V型金属垫片、柔性石墨垫片、压盖和锁紧螺母上均设置有用于穿过引线的通孔，V型金属垫片的特殊设计能够实现与其接触部件之间为线接触，能够避免在受力挤压时垫片转动对柔性石墨造成损坏。

本发明通过柔性石墨垫片受力变形卡紧探测器的引线，优选地，柔性石墨的通孔略小于探测器引线的直径。

通过挤压柔性石墨变形的方式实现探测器的密封，结构紧凑，密封可靠，长时间运行避免了橡胶密封辐射老化的风险。

本发明上述设置的贯穿件密封组件能够实现探测器电缆在高温高压工况下的密封，其承压能力不低于12MPa，承受温度不低于300℃。

本发明采用弯管具有以下优点：

1）当布置多个探测器时，有限面积下密封头不会干涉

2）方便接线同时也避免导线过渡弯。

进一步地，压紧柔性石墨垫片的上端和下端均设置有V型金属垫片，所述V型金属垫片的开口朝上设置。

本发明的上端和下端均是相对螺母密封槽开口向上设置而言，V型金属垫片的开口朝上，压盖和V型金属垫片是线接触，拧紧螺母时不会蹿动；V型金属垫片的开口朝下，压盖和V型金属垫片是面接触，面接触会窜动。

进一步地，压盖的底部为平面结构。

锁紧螺母在拧紧的过程中，压盖与V形金属垫片线接触，避免在拧紧的过程中，V形金属垫片转动对柔性石墨造成损坏。

进一步地，柔性石墨垫片至少设置有两片。

多个柔性石墨垫片更利于引线的固定和密封。

进一步地，柔性石墨垫片的密度为1.1g/cm³~1.2 g/cm³，回弹率≥40%。

申请人通过实验发现：如果柔性石墨垫片的参数不在上述范围，无法实现在高温高压环境下无法实现密封。

进一步地，连接器包括公头和母头，所述母头固定在转接盒上，所述公头固定在引线端部，所述公头和母头可拆卸式连接。

上述设置具有操作方便的优点：

母头固定在转接盒上，连接时公头直接插入母头后即可卡紧，引线电缆的正负级导线从母头分出，分别经绝缘导线连接到电缆的接头上，电缆穿过反应堆屏蔽墙后连接到控制室的皮安电流表。

进一步地，还包括仪表柜，所述皮安电流表安装在仪表柜内。

进一步地，电缆采用屏蔽电缆。

屏蔽电缆可以起到屏蔽空间电磁干扰的作用，提高系统的稳定性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明所述系统由探测器、贯穿件密封组件、转接盒、连接器、电缆接头、屏蔽电缆、皮安电流表和PC机组成，可以瞬时测量所处位置的中子通量变化。

2、本发明的贯穿件密封组件，通过挤压柔性石墨变形的方式实现探测器的密封，结构紧凑，密封可靠，长时间运行避免了橡胶密封辐射老化的风险。

3、本发明的贯穿件密封组件能够实现探测器电缆在高温高压工况下的密封，其承压能力不低于12MPa，承受温度不低于300℃。

4、本发明所述系统通过转接盒连接屏蔽电缆，可以起到屏蔽空间电磁干扰的作用，提高系统的稳定性。

5、本发明的皮安电流表数据输出可以在PC机上实现远程数据显示和存储。

6、本发明探测器的包壳采用承压材质好、抗辐射能力强的奥氏体不锈钢材质，能够满足复杂辐照环境下的高温高压工况，不要需要单独在做承压保护管等辅助装置。

7、本发明采用V形金属垫片朝上的方式，锁紧螺母在拧紧的过程中，压盖与V形金属垫片线接触，避免在拧紧的过程中，V形金属垫片转动对柔性石墨造成损坏。

8、本发明的连接器采用分体式公母头结构，引线电缆与转接盒连接方便快捷。

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为本发明所述系统的结构示意图；

图2为贯穿件密封组件的结构示意图；

图3为快插连接器的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-探测器；2-瞬态辐照装置；3- 贯穿件密封组件；4-连接器； 5-转接盒；6-电缆接头；7-电缆；8-屏蔽墙；9-仪表柜；10-皮安电流表；11-PC机；12-弯管；13-螺母密封槽；14-V型金属垫片；15-柔性石墨垫片；16-压盖；17- 锁紧螺母；18-公头；19-母头。

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，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图3所示，一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，包括探测器1、瞬态辐照装置2、贯穿件密封组件3、转接盒5、电缆7、皮安电流表10和PC机11；

所述探测器1放置在瞬态辐照装置2内，贯穿件密封组件3固定在瞬态辐照装置2上，所述探测器1的引出线穿过并固定在贯穿件密封组件3内后与连接器4连接；

所述连接器4安装在转接盒5上，所述转接盒5上设置有两个电缆接头6，两个电缆接头6分别与引线经过连接器4分离形成的引线正极导线和引线负极导线连接，所述电缆7一端与电缆接头6连接，另一端穿过屏蔽墙8与皮安电流表10连接，所述皮安电流表10安装在仪表柜9内，将电流值输出到PC机11进行数据显示和储存，通过内置公式转换为中子通量，从而实现实时在线远程监测瞬态辐照装置2内的中子通量变化；

所述皮安电流表10与PC机11电连接。

在本实施例中，所述探测器1为Co⁵⁹快响应探测器，探测器1的包壳采用奥氏体不锈钢制成。

在本实施例中，所述贯穿件密封组件3包括弯管12、螺母密封槽13、V型金属垫片14、柔性石墨垫片15、压盖16和锁紧螺母17；

所述弯管12一端与瞬态辐照装置2的压力边界即顶部焊接，另一端与螺母密封槽13的底部焊接，所述柔性石墨垫片15嵌入螺母密封槽13内，在螺母密封槽13内设置有三片柔性石墨垫片15，所述螺母密封槽13内在柔性石墨垫片15两端均设置有V型金属垫片14，所述V型金属垫片14的开口朝上设置，所述压盖16的一端设置在螺母密封槽13内用于压紧柔性石墨垫片15和V型金属垫片14，所述压盖16的底部为平面结构，所述锁紧螺母17与螺母密封槽13外壁螺纹配合用于压紧压盖16；

所述螺母密封槽13、V型金属垫片14、柔性石墨垫片15、压盖16和锁紧螺母17上均设置有用于穿过引线的通孔，优选地，柔性石墨垫片15的通孔略小于引线直径，通过给锁紧螺母17施加预紧力，压盖16挤压上层的V型金属垫片14，使得柔性石墨垫片15变形，卡紧探测器1的引线。

所述柔性石墨垫片15的密度为1.1g/cm³~1.2 g/cm³，回弹率≥40%。

在本实施例中，两台皮安电流表10，一台输出的电流为本底电流，一台输出的电流为总电流。通过插件设置公式：总电流-本底电流/热中子灵敏度=中子通量，即可得到中子通量。根据需求可以设置多路皮安电流表10数据采集频率，最高可0.33S输出一个数据，做到瞬时响应。

实施例2：

如图1、图2所示，本实施例基于实施例1，所述连接器4包括公头18和母头19，所述母头19固定在转接盒5上，所述公头18固定在引线端部，所述公头18和母头19可拆卸式连接；所述电缆7采用屏蔽电缆。

在本实施例中，母头19固定在转接盒5上，连接时公头18直接插入母头19后即可卡紧,探测器1的引线通过转接盒5的连接线转接到电缆接头 6上，屏蔽电缆连接到电缆接头6上，屏蔽电缆穿过反应堆的屏蔽墙8后连接到控制室的皮安电流表10上。

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

1.一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，其特征在于，包括探测器（1）、瞬态辐照装置（2）、贯穿件密封组件（3）、转接盒（5）、电缆（7）、皮安电流表（10）和PC机（11）；

所述探测器（1）放置在瞬态辐照装置（2）内，贯穿件密封组件（3）固定在瞬态辐照装置（2）上，所述探测器（1）的引出线穿过并固定在贯穿件密封组件（3）内后与连接器（4）连接；

所述连接器（4）安装在转接盒（5）上，所述转接盒（5）上设置有两个电缆接头（6），两个电缆接头（6）分别与引线经过连接器（4）分离形成的引线正极导线和引线负极导线连接，所述电缆（7）一端与电缆接头（6）连接，另一端穿过屏蔽墙（8）与皮安电流表（10）连接，

所述皮安电流表（10）与PC机（11）电连接；

所述贯穿件密封组件（3）包括弯管（12）、螺母密封槽（13）、V型金属垫片（14）、柔性石墨垫片（15）、压盖（16）和锁紧螺母（17）；

所述弯管（12）一端与瞬态辐照装置（2）连接，另一端与螺母密封槽（13）的底部连接，所述柔性石墨垫片（15）嵌入螺母密封槽（13）内，所述螺母密封槽（13）内至少在柔性石墨垫片（15）的一端设置有V型金属垫片（14），所述压盖（16）的一端设置在螺母密封槽（13）内用于压紧柔性石墨垫片（15）和V型金属垫片（14），所述锁紧螺母（17）与螺母密封槽（13）外壁螺纹配合用于压紧压盖（16）；

所述螺母密封槽（13）、V型金属垫片（14）、柔性石墨垫片（15）、压盖（16）和锁紧螺母（17）上均设置有用于穿过引线的通孔；

所述柔性石墨垫片（15）的密度为1.1g/cm³~1.2 g/cm³，回弹率≥40%；

所述压紧柔性石墨垫片（15）的上端和下端均设置有V型金属垫片（14），所述V型金属垫片（14）的开口朝上设置。

2.根据权利要求1所述的一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，其特征在于，所述探测器（1）的包壳采用奥氏体不锈钢制成。

3.根据权利要求1所述的一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，其特征在于，所述压盖（16）的底部为平面结构。

4.根据权利要求1所述的一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，其特征在于，所述柔性石墨垫片（15）至少设置有两片。

5.根据权利要求1所述的一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，其特征在于，所述连接器（4）包括公头（18）和母头（19），所述母头（19）固定在转接盒（5）上，所述公头（18）固定在引线端部，所述公头（18）和母头（19）可拆卸式连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，其特征在于，还包括仪表柜（9），所述皮安电流表（10）安装在仪表柜（9）内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于高温高压工况下瞬时测量中子通量的系统，其特征在于，所述电缆（7）采用屏蔽电缆。