CN1948997B - 氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统 - Google Patents

氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1948997B
CN1948997B CN 200510112800 CN200510112800A CN1948997B CN 1948997 B CN1948997 B CN 1948997B CN 200510112800 CN200510112800 CN 200510112800 CN 200510112800 A CN200510112800 A CN 200510112800A CN 1948997 B CN1948997 B CN 1948997B
Authority
CN
China
Prior art keywords
detector
microfission
neutron
tritium
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN 200510112800
Other languages
English (en)
Other versions
CN1948997A (zh
Inventor
杨进蔚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwestern Institute of Physics
Original Assignee
Southwestern Institute of Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwestern Institute of Physics filed Critical Southwestern Institute of Physics
Priority to CN 200510112800 priority Critical patent/CN1948997B/zh
Publication of CN1948997A publication Critical patent/CN1948997A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1948997B publication Critical patent/CN1948997B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明涉及聚变反应堆产氚包层的中子测量领域，该氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统包括封装薄箔气动传输活化分析子系统，该子系统包括置于测量管道内的活化薄箔和气动薄箔传输装置，测量管道装有活化薄箔的一段置于固体增殖剂产氚包层内，测量管道穿过冷却层和生物屏蔽层与操作站相联接，操作站设有氦冷却回路，操作站联接氦气动力总站和HPGe测量站，HPGe测量站联接电子学和数据获取系统，其中，在固体增殖剂产氚包层内还设有置于诊断管道内的微裂变室组合探测器和天然金刚石中子能谱探测器，微裂变室组合探测器和天然金刚石中子能谱探测器通过电流灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器与操作站联接，操作站联接电子学和数据获取系统。

Description

氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统
技术领域
本发明涉及聚变反应堆产氚包层的中子测量领域。
背景技术
中子产氚包层(TBM)是国际热核实验堆(ITER)需要重点研制的关键技术之一，它关系到热核聚变堆氚燃料的供给。在自然界中几乎不存在天然氚，由裂变堆生产的少量氚，其价格非常昂贵，国际热核实验堆在全功率运行条件下，每年约需数十公斤氚，而一个功率为1GW的商用聚变堆每年需150kg氚作为燃料，现有的氚生产方式无法满足ITER和未来商用聚变堆对燃料的需求；并且按氚的现行价格，ITER的运行费会因从堆外供给氚而奇高，聚变发电站的商业竞争能力会因此低下，而失去商业价值。因此利用高能聚变中子产生氚，使聚变堆使用的氚燃料自给自足，甚至将聚变堆变成氚工厂具有头等重要的意义，ITER的各成员国将产氚包层视为实现上述目标的重大项目而全力研发。目前产氚包层的设计在核物理和核工程方面主要依靠聚变中子学输运的蒙塔-卡洛模拟编码计算(MCNP)，但是现实的情形和过程往往是非常复杂的，很难用数学-物理模型精确地描述它，并且因为在计算中使用的核数据库虽然是最新的，但不可能是最精准的，而且核数据库也是在不断完善和精确的过程中，所以任何模拟计算的结果对科学研究和工程设计虽有指导意义，但决不能代替科学实验和现场测试。在欧州和日本设计的产氚包层测量系统中，仅包括活化分析测量系统，对中子通量进行监测，在测量聚变中子能谱以及各种能量段的中子通量随时间的演变上还存在缺陷，另外，由于中子产氚包层中诊断环境极其恶劣，对探测器、电子学、气动和冷却装置的设计也提出了苛刻的要求。因此，需研究和开发性能更为优良的产氚包层的中子通量和能谱测量系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有对聚变中子通量进行监测的活化分析系统的不足之处，提供一种性能更为优良的氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统。
本发明的技术方案如下：氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统包括封装薄箔气动传输活化分析子系统，该子系统包括置于测量管道内的活化薄箔和气动薄箔传输装置，测量管道装有活化薄箔的一段置于固体增殖剂产氚包层内，测量管道穿过冷却层和生物屏蔽层与操作站相联接，操作站设有氦冷却回路，操作站联接氦气动力总站和HPGe测量站，HPGe测量站联接电子学和数据获取系统，其中，在固体增殖剂产氚包层内还设有置于诊断管道内的微裂变室组合探测器和天然金刚石中子能谱探测器，微裂变室组合探测器和天然金刚石中子能谱探测器通过电流灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器与操作站联接，操作站联接电子学和数据获取系统。
本发明在现有活化分析系统设计的基础上，采用微裂变室探测器系统作为补充，并增加了天然金刚石中子能谱探测器，测量聚变中子能谱以及各种能量段的中子通量随时间的变化，其测量数据对研究中子倍增率和产氚率，优化产氚包层设计具有重要意义。同时，该测量系统完全适用于国际热核实验堆(ITER)的高温、高中子和高γ辐射环境，每个系统的探测器均有氦气冷却子系统，使探测器能工作在允许的温度状态。
附图说明
图1为氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统的结构示意图。
图2为微裂变室组合探测器的结构示意图。
图3为天然金刚石中子能谱探测器的结构示意图。
图中，1.活化薄箔 2.测量管道 3.波纹管 4.冷却层 5.生物屏蔽层 6.氦冷却回路 7.操作站 8.气动薄箔传输装置 9.微裂变室组合探测器 10.天然金刚石(NDD)中子能谱探测器 11.矿物绝缘电缆 12.电流灵敏前置放大器 13.电荷灵敏前置放大器 14.NDD探测器移动和定位装置 15.辐射屏蔽层 16.氦气动力总站17.HPGe测量站 18.电子学和数据获取系统 19.其它可能放置探测器的位置 20.固体增殖剂产氚包层 21.涂有裂变材料的微裂变室探测器 22.镉热中子屏蔽层 23.氦冷却管 24.没有涂裂变材料的微裂变室探测器 25.探测器窗口 26.外壳 27.天然金刚石 28.合金电极(Ti/Pt/Au) 29.电极引出线 30.耐高温陶瓷绝缘体 31.合金电极(Ti/Pt/Au)
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统包括封装薄箔气动传输活化分析子系统，该子系统包括置于测量管道2内的活化薄箔1和气动薄箔传输装置8，测量管道2装有活化薄箔1的一段置于固体增殖剂产氚包层20内，测量管道2穿过冷却层4和生物屏蔽层5与操作站7相联接。测量管道2为同轴气动输运管，外直径为2cm，内直径为1.1cm，在辐照端，同轴管道设计结构允许回气传输到内管。操作站7设有氦冷却回路6，操作站7联接氦气动力总站16和HPGe测量站17，HPGe测量站17联接电子学和数据获取系统18，在固体增殖剂产氚包层20内还设有置于诊断管道内的微裂变室组合探测器9和天然金刚石中子能谱探测器10，微裂变室组合探测器9和天然金刚石中子能谱探测器10通过电流灵敏前置放大器12和电荷灵敏前置放大器13与操作站7联接，电流灵敏前置放大器12和电荷灵敏前置放大器13外设有辐射屏蔽层15，操作站7联接电子学和数据获取系统18。
如图2所示，微裂变室组合探测器由置于氦冷却管23内的两个微裂变室探测器组成，其中，一个微裂变室探测器21上涂有裂变材料，另一个为没有涂裂变材料的“空白”探测器24；两个微裂变室探测器外部设有镉热中子屏蔽层22。裂变材料可以为铀-235，并在涂有铀-235材料的微裂变室探测器外设有铍慢化剂结构。另外，裂变材料还可以为铀-238，并在涂有铀-238材料的微裂变室探测器外设有B4C中子屏蔽层。
如图3所示，天然金刚石中子能谱探测器包括设在外壳26内的两支Ti/Pt/Au合金电极28、31，天然金刚石27设在两个合金电极28、31之间，天然金刚石27前端为探测器窗口25。如图1所示，该天然金刚石中子能谱探测器10可通过移动和定位装置14在诊断管道内移动，移动方式既可以是远程电动，也可以是远程机械手动，用设计好的标尺和定位卡确定探测器在管道中的位置。天然金刚石中子能谱探测器的探测原理是：入射中子在金刚石中发生核反应12C(n，α)9Be，中子的阈值En-5.7MeV。入射的中子能量与α粒子能量和剩余核9Be的能量之和一一对应。α粒子和9Be核在金刚石中产生空隙-电子对，经电极收集形成脉冲，观察到的脉冲幅度为α粒子和9Be核的脉冲幅度之和。9Be可处于基态或激发态，对入射的14.1MeV中子，其基态与激发态之比为60mb∶20mb，9Be第一激发态的能量为1.7MeV。
本发明由三套带有氦气冷却的微型聚变中子诊断系统组成，实时测量热核聚变实验堆(ITER)中氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱。可用于实验研究中子倍增器的倍增效率，氚增殖层的增殖率与热核实验聚变堆的运行参数、加热和加料方式、磁流体不稳定性、能量约束以大破裂等离子体参数和状态之间的工程和物理相关关系，测量倍增层、氚增殖包层及之后进入屏蔽层的中子通量和能谱，并与MCNP计算相比较，优化和改进中子倍增器、氚增殖包层以及屏蔽层设计，提高氚增殖率。

Claims (5)

1.一种氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统，它包括封装薄箔气动传输活化分析子系统，该子系统包括置于测量管道(2)内的活化薄箔(1)和气动薄箔传输装置(8)，测量管道(2)装有活化薄箔(1)的一段置于固体增殖剂产氚包层(20)内，测量管道(2)穿过冷却层(4)和生物屏蔽层(5)与操作站(7)相联接，操作站(7)设有氦冷却回路(6)，操作站(7)联接氦气动力总站(16)和HPGe测量站(17)，HPGe测量站(17)联接电子学和数据获取系统(18)，其特征在于：在固体增殖剂产氚包层(20)内还设有置于诊断管道内的微裂变室组合探测器(9)和天然金刚石中子能谱探测器(10)，微裂变室组合探测器(9)和天然金刚石中子能谱探测器(10)通过电流灵敏前置放大器(12)和电荷灵敏前置放大器(13)与操作站(7)联接，操作站(7)联接电子学和数据获取系统(18)。
2.如权利要求1所述的氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统，其特征在于：所述的微裂变室组合探测器(9)由置于氦冷却管(23)内的两个微裂变室探测器组成，其中，一个微裂变室探测器(21)上涂有裂变材料，另一个为没有涂裂变材料的“空白”探测器(24)；两个微裂变室探测器外部设有镉热中子屏蔽层(22)。
3.如权利要求2所述的氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统，其特征在于：所述的微裂变室组合探测器中一个微裂变室探测器上所涂的裂变材料为铀-235，该微裂变室探测器外设有铍慢化剂结构。
4.如权利要求2所述的氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统，其特征在于：所述的微裂变室组合探测器中一个微裂变室探测器上所涂的裂变材料为铀-238，该微裂变室探测器外设有B4C中子屏蔽层。
5.如权利要求1或2所述的氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统，其特征在于：所述的天然金刚石中子能谱探测器(10)包括设在外壳(26)内的两支合金电极(28、31)，天然金刚石(27)设在两个合金电极(28、31)之间，天然金刚石(27)前端设有探测器窗口(25)，该天然金刚石中子能谱探测器(10)可通过移动和定位装置(14)在诊断管道内移动。
CN 200510112800 2005-10-14 2005-10-14 氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统 Active CN1948997B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200510112800 CN1948997B (zh) 2005-10-14 2005-10-14 氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200510112800 CN1948997B (zh) 2005-10-14 2005-10-14 氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1948997A CN1948997A (zh) 2007-04-18
CN1948997B true CN1948997B (zh) 2010-09-08

Family

ID=38018572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200510112800 Active CN1948997B (zh) 2005-10-14 2005-10-14 氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1948997B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4583480B2 (ja) * 2008-06-24 2010-11-17 富士電機システムズ株式会社 中性子線量計
CN103500588A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 罗天勇 基于氘氧化锂重水溶液的氚增殖包层系统
CN104166154B (zh) * 2014-06-26 2017-02-15 中国核电工程有限公司 一种pig取样及监测系统和方法
CN105991095A (zh) * 2016-01-06 2016-10-05 中国科学院等离子体物理研究所 远前端、高灵敏、抗辐射前置放大器
CN108257681B (zh) * 2016-12-29 2024-04-09 核工业西南物理研究院 一种固态产氚包层模块屏蔽块
CN109799527B (zh) * 2019-03-11 2020-08-21 北京大学 一种中子能谱测量装置及邦纳球谱仪系统
CN111896994B (zh) * 2020-07-23 2022-10-21 北京大学 一种基于金刚石探测器测量快中子能谱的方法
CN115407387B (zh) * 2022-08-19 2024-08-16 西北核技术研究所 碳化硅自给能半导体探测器及中子束流反角监测装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曹仲文.高性能中子吸收材料—碳化硼.2004年中国化工学会无机盐学术年会.2004,(2004),43-45, 7, 31. *
王芝英.核电子技术原理 1.原子能出版社,1989,34-36. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1948997A (zh) 2007-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1948997B (zh) 氦冷却固体增殖剂产氚包层的中子通量和能谱测量系统
Lacy et al. Boron-coated straws as a replacement for 3He-based neutron detectors
KR102039754B1 (ko) 노심 내 계장 딤블 집합체
CN109100773A (zh) 一种安全壳大气辐射监测装置
Angelone et al. Development of self-powered neutron detectors for neutron flux monitoring in HCLL and HCPB ITER-TBM
CN103470252B (zh) 基于超热中子时间谱的瞬发中子测井及铀矿定量方法
CN109935374A (zh) 一种安全壳大气辐射监测装置
CN107272044B (zh) 一种测量85Kr的内充气探测器
CN109712727B (zh) 一种主蒸汽管道辐射监测方法及装置
CN112526584A (zh) 一种中子能谱测量装置及其测量方法
Airapetian et al. The HERMES recoil detector
Jiang et al. A large area 3He tube array detector with vacuum operation capacity for the SANS instrument at the CSNS
Fisher et al. Fast alpha diagnostics using pellet injection
CN219625720U (zh) 一种基于闪烁光纤阵列的成像系统
CN210090686U (zh) 一种主蒸汽管道辐射监测装置
Chen et al. Design of the radiation shield and collimator for neutron and gamma-ray diagnostics at EAST
Raj et al. Computational study of a chromium self-powered detector for neutron flux monitoring in the test blanket module of ITER
CN105319572A (zh) 一种废气处理检测仪
CN213633848U (zh) 一种中子-γ射线联合探测装置
CN205880232U (zh) 一种双探头闪烁体探测器
CN209842076U (zh) 一种测量装置
Bonechi et al. BLEMAB European project: muon imaging technique applied to blast furnaces
CN202305438U (zh) 双中子源煤质在线分析仪
Ishikawa et al. Design of microfission chamber for ITER operations
CN104535599B (zh) 一种空间主动激发x射线荧光探测器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant