CN116504430A - 一种反应堆精细中子通量分布探测组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反应堆精细中子通量分布探测组件，包括电路板基底、发射体、绝缘体、收集体以及信号传输组件，电路板基底用于搭载发射体，发射体包括多个用于响应中子的发射体金属片，发射体金属片阵列排布在电路板基底上，电路板基底上设置有与发射体金属片数量对应的预留电路，将发射体金属片与信号传输组件信号输入端连接，绝缘体为聚酰亚胺绝缘层，包覆于电路板基底的外部，为搭载发射体金属片的电路板基底和收集体作绝缘，收集体为不锈钢外壳，设置在聚酰亚胺绝缘层外，并与其固定连。具有尺寸小、排布规则的特点，能够探测反应堆狭小空间的中子通量分布，并具有配套的电子学系统用于响应信号处理、输出及显示。

Description

一种反应堆精细中子通量分布探测组件

技术领域

本发明涉及核能发电技术领域，尤其涉及一种反应堆精细中子通量分布探测组件。

背景技术

核能作为一种安全、清洁的能源，是当前应用最为广泛的新型能源之一，具有清洁无污染、综合成本低、能量密度高等优点。我国核能发展相对成熟，国产化率稳步提升，是推动能源结构转型的重要一环。

核能依托核反应堆实现产出及利用，核反应堆的安全运行是首要问题。通常，用反应堆临界来表征反应堆运行状态，即反应堆内中子的产生率和消失率之间保持平衡，使链式反应得以持续地进行下去的工作状态。其中，中子通量密度这一物理量极为重要，它是指单位时间内通过垂直于中子运动方向的单位面积的中子数，可有效表征反应堆是否临界。

在核反应堆中，通常采用自给能中子探测器对反应堆中子通量密度进行实时监测，旨在控制反应堆功率，保证反应堆安全运行。

现有的自给能中子探测器直径一般为3mm，尺寸较大，无法放入反应堆狭小空间进行局部位置的精细中子通量探测，且单一位置设置数量少、设置区域无规则，无法实现局部位置的中子通量分布监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应堆精细中子通量分布探测组件，以改善目前现有的自给能中子探测器使用不方便的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种反应堆精细中子通量分布探测组件，包括电路板基底、发射体、绝缘体、收集体以及信号传输组件，

所述电路板基底用于搭载所述发射体，

所述发射体包括多个用于响应中子的发射体金属片，所述发射体金属片阵列排布在所述电路板基底上，所述电路板基底上设置有与所述发射体金属片数量对应的预留电路，将所述发射体金属片与所述信号传输组件信号输入端连接，

所述绝缘体为聚酰亚胺绝缘层，包覆于所述电路板基底的外部，为搭载发射体金属片的电路板基底和收集体作绝缘，

所述收集体为不锈钢外壳，设置在所述聚酰亚胺绝缘层外，并与其固定连接，

所述信号传输组件的输出端与外部的电子学系统连接。

在本发明较佳的实施例中，所述发射体金属片由中子反应截面较大且会通过β衰变放出电子的金属材料构成。

在本发明较佳的实施例中，所述发射体金属片的材质为铑、钒或银。

在本发明较佳的实施例中，所述电路板基底为FPC柔性电路板，由柔性基材制成，所述柔性基材包括聚酰亚胺或聚酯薄膜。

在本发明较佳的实施例中，所述酰亚胺绝缘层的介电常数在3到4之间，介电损耗为0.004～0.007，正常工作温度在-200℃到300℃之间。

在本发明较佳的实施例中，所述信号传输组件包括依次连接的排母及排针、排针引线、引线转接头、铠装电缆、电缆转接头、编织电缆以及航空接插件，

所述排母及排针的排母固定在所述电路板基底上，通过所述预留电路分别与所述发射体金属片连接，

所述航空接插件与所述电子学系统连接。

在本发明较佳的实施例中，所述排母为贴片立式双排排母，所述排针为与排母配套的立式双排排针。

在本发明较佳的实施例中，所述铠装电缆的电缆路数与所述发射体金属片数量一致。

在本发明较佳的实施例中，所述铠装电缆为同轴双芯铠装电缆，每根电缆内部设置有两根芯线，其中一根芯线连接前端的排针引线，另一根作为本底芯线用于反应堆内本底信号探测。

本发明提供的反应堆精细中子通量分布探测组件，包括电路板基底、发射体、绝缘体、收集体以及信号传输组件，电路板基底用于搭载发射体，发射体包括多个用于响应中子的发射体金属片，发射体金属片阵列排布在电路板基底上，电路板基底上设置有与发射体金属片数量对应的预留电路，将发射体金属片与信号传输组件信号输入端连接，绝缘体为聚酰亚胺绝缘层，包覆于电路板基底的外部，为搭载发射体金属片的电路板基底和收集体作绝缘，收集体为不锈钢外壳，设置在聚酰亚胺绝缘层外，并与其固定连。具有尺寸小、排布规则的特点，能够探测反应堆狭小空间的中子通量分布，并具有配套的电子学系统用于响应信号处理、输出及显示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的反应堆精细中子通量分布探测组件的整体结构示意图；

图2为本发明的反应堆精细中子通量分布探测组件的信号传输组件结构示意图；

图3为本发明的反应堆精细中子通量分布探测组件的发射体材质为铑的反应机理示意图；

图4为本发明的反应堆精细中子通量分布探测组件的发射体材质为钒的反应机理示意图；

图5为本发明的反应堆精细中子通量分布探测组件的发射体材质为银的反应机理示意图。

附图标记：

发射体金属片1；电路板基底2；聚酰亚胺绝缘层3；不锈钢外壳4；预留电路5；排母及排针6；排针引线7；铠装电缆8；引线转接头9；电缆转接头10；编织电缆11；航空接插件12。

具体实施方式

核能作为一种安全、清洁的能源，是当前应用最为广泛的新型能源之一，具有清洁无污染、综合成本低、能量密度高等优点。我国核能发展相对成熟，国产化率稳步提升，是推动能源结构转型的重要一环。

核能依托核反应堆实现产出及利用，核反应堆的安全运行是首要问题。通常，用反应堆临界来表征反应堆运行状态，即反应堆内中子的产生率和消失率之间保持平衡，使链式反应得以持续地进行下去的工作状态。其中，中子通量密度这一物理量极为重要，它是指单位时间内通过垂直于中子运动方向的单位面积的中子数，可有效表征反应堆是否临界。

在核反应堆中，通常采用自给能中子探测器对反应堆中子通量密度进行实时监测，旨在控制反应堆功率，保证反应堆安全运行。自给能中子探测器直径一般为3mm，尺寸较大，无法放入反应堆狭小空间进行局部位置的精细中子通量探测，且单一位置设置数量少、设置区域无规则，无法实现局部位置的中子通量分布监测。

本申请发明人在实现本申请发明技术的过程中，发现上述探测技术存在如下技术问题：

现有的自给能中子探测器尺寸较大，无法深入狭小空间探测，且无法在狭小空间位置阵列排布，无法对该位置通量分布进行监测。

鉴于此，本发明设计者设计了一种反应堆精细中子通量分布探测组件，能够用于探测反应堆内部狭小空间的中子通量分布。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

请参阅图1，本实施例提供的一种反应堆精细中子通量分布探测组件，包括电路板基底2、发射体、绝缘体、收集体以及信号传输组件，

所述电路板基底2用于搭载所述发射体，所述发射体包括多个用于响应中子的发射体金属片1，所述发射体金属片1阵列排布在所述电路板基底2上，所述电路板基底2上设置有与所述发射体金属片1数量对应的预留电路5，将所述发射体金属片1与所述信号传输组件信号输入端连接，所述绝缘体为聚酰亚胺绝缘层3，包覆于所述电路板基底2的外部，为搭载发射体金属片1的电路板基底2和收集体作绝缘，所述收集体为不锈钢外壳4，设置在所述聚酰亚胺绝缘层3外，并与其固定连接，所述信号传输组件的输出端与外部的电子学系统连接。

反应堆精细中子通量分布探测组件的工作原理是，发射体金属片1发生中子俘获反应，发射体吸收中子生成其它同位素，而后发生β衰变放出β电子，在发射体和收集体之间建立正电势，发射体内正电荷的产生率就能以电流的形式测量出来。该电流正比于发射体内中子俘获率，因此能作为中子通量密度的一种量度。发射体金属片1反应产生的电流信号经由预留电路5和信号传输组件传输至外部的电子学系统，由电子学系统经过放大降噪等处理，进行输出显示。采用这样的方式，无需外界电源，就能够有效实现中子通量密度的测量。

基于上述工作原理，作为本发明的优选实施方式，所述发射体金属片1由中子反应截面较大且会通过β衰变放出电子的金属材料构成。尤其是铑、钒、银等熔点较高的金属，能够在高温环境下保持良好的物理性能，保证测量结果的准确性。发射体金属片1采用铑、钒、银材质的反应机理如图3-图5所示。

在工作过程中，收集体作为另一电极，应具备优良的导电性且中子吸收截面较小，同时作为探测组件保护外壳，应具备良好的耐腐蚀性、耐高温性以及耐压性，采用不锈钢材质，可以满足上述要求。

需要注意的是，发射体金属片1的数量和排列方式，与需要测量位置的环境相关，根据根据实际工况选择合适数量的发射体金属片1，并按照合适的排列方式及间距将发射体金属片1固定在电路板基底2。对应的，电路板基底2的形状以及预留电路5的排布，也根据发射体金属片1的数量和排列方式进行调整设置。电路的排布随发射体金属片1排布而调整，与发射体数量一致，各路信号互不干扰。

作为优选的，所述电路板基底2为FPC柔性电路板，由柔性基材制成，所述柔性基材包括聚酰亚胺或聚酯薄膜。柔性基材具有配线密度高、厚度薄、弯折性好的特点，可依照空间布局要求灵活组装。

进一步地，所述酰亚胺绝缘层的介电常数在3到4之间，介电损耗为0.004～0.007，正常工作温度在-200℃到300℃之间。绝缘体采用聚酰亚胺绝缘层3，绝缘性能优异，能够有效防止发射体与收集体之间的误触导致的短路。它还具有良好的力学性能、电学性能、化学稳定性、高辐射抗扰度、高低温抗扰度的特点，可依照空间布局要求灵活组装。安装时，FPC柔性电路板由聚酰亚胺绝缘层3胶粘包覆，后通过不锈钢外壳4进行焊接封装。

信号传输组件的结构如图2所示，包括依次连接的排母及排针6、排针引线7、引线转接头9、铠装电缆8、电缆转接头10、编织电缆11以及航空接插件12。排母及排针6的排母固定在所述电路板基底2上，通过所述预留电路5分别与所述发射体金属片1连接，所述航空接插件12与所述电子学系统连接。

在工作时，发射体金属片1反应产生的电流信号经由电路、排母及排针6向外输出。排针引线7与排针焊接相连，排针引线7通过引线转接头9与铠装电缆8连接，铠装电缆8末端通过电缆转接头10转换成编织电缆11，后通过航空接插件12连接至电子学系统。

作为本发明的优选实施方式，所述排母为贴片立式双排排母，所述排针为与排母配套的立式双排排针。所述铠装电缆8的电缆路数与所述发射体金属片1数量一致，每一根电缆对应一个发射体金属片1，保证每个发射体金属片1产生的相应信号相互之间互不干扰。铠装电缆8采用因科镍600合金作芯线，高纯氧化铝或氧化镁作绝缘，因科镍600合金作包壳，物理性能良好，可以承受反应堆内高温高压高辐照的环境，电缆内部设置两根芯线，其中一根芯线连接前端引线，另一根作为本底芯线用于反应堆内本底信号探测，可以提高响应信号精度，降低噪声影响。编织电缆11用于电子学器件连接，柔韧性好，连接灵活。

综上所述，本发明实施例提供的反应堆精细中子通量分布探测组件，包括电路板基底2、发射体、绝缘体、收集体以及信号传输组件，电路板基底2用于搭载发射体，发射体包括多个用于响应中子的发射体金属片1，发射体金属片1阵列排布在电路板基底2上，电路板基底2上设置有与发射体金属片1数量对应的预留电路5，将发射体金属片1与信号传输组件信号输入端连接，绝缘体为聚酰亚胺绝缘层3，包覆于电路板基底2的外部，为搭载发射体金属片1的电路板基底2和收集体作绝缘，收集体为不锈钢外壳4，设置在聚酰亚胺绝缘层3外，并与其固定连。具有尺寸小、排布规则的特点，能够探测反应堆狭小空间的中子通量分布，并具有配套的电子学系统用于响应信号处理、输出及显示。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，包括电路板基底、发射体、绝缘体、收集体以及信号传输组件，

所述电路板基底用于搭载所述发射体，

所述发射体包括多个用于响应中子的发射体金属片，所述发射体金属片阵列排布在所述电路板基底上，所述电路板基底上设置有与所述发射体金属片数量对应的预留电路，将所述发射体金属片与所述信号传输组件信号输入端连接，

所述绝缘体为聚酰亚胺绝缘层，包覆于所述电路板基底的外部，为搭载发射体金属片的电路板基底和收集体作绝缘，

所述收集体为不锈钢外壳，设置在所述聚酰亚胺绝缘层外，并与其固定连接，

所述信号传输组件的输出端与外部的电子学系统连接。

2.根据权利要求1所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述发射体金属片由中子反应截面较大且会通过β衰变放出电子的金属材料构成。

3.根据权利要求2所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述发射体金属片的材质为铑、钒或银。

4.根据权利要求1所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述电路板基底为FPC柔性电路板，由柔性基材制成，所述柔性基材包括聚酰亚胺或聚酯薄膜。

5.根据权利要求1所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述酰亚胺绝缘层的介电常数在3到4之间，介电损耗为0.004~0.007，正常工作温度在-200℃到300℃之间。

6.根据权利要求1所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述信号传输组件包括依次连接的排母及排针、排针引线、引线转接头、铠装电缆、电缆转接头、编织电缆以及航空接插件，

所述排母及排针的排母固定在所述电路板基底上，通过所述预留电路分别与所述发射体金属片连接，

所述航空接插件与所述电子学系统连接。

7.根据权利要求6所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述排母为贴片立式双排排母，所述排针为与排母配套的立式双排排针。

8.根据权利要求6所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述铠装电缆的电缆路数与所述发射体金属片数量一致。

9.根据权利要求8所述的反应堆精细中子通量分布探测组件，其特征在于，所述铠装电缆为同轴双芯铠装电缆，每根电缆内部设置有两根芯线，其中一根芯线连接前端的排针引线，另一根作为本底芯线用于反应堆内本底信号探测。