CN203519839U - 核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统 - Google Patents

核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，包括探测装置，探测装置内设置有LaBr3:Ce闪烁体，LaBr3:Ce闪烁体内含用作参考源的天然放射性核素138La;信号处理机，信号处理机与探测装置通过电缆连接。本实用新型使用LaBr3:Ce闪烁体，以LaBr3:Ce闪烁体内含的天然放射性元素138La为参考源，不需内嵌源，系统稳定性好，能量分辨率和灵敏度高，可更及时地监测到核反应堆蒸汽发生器的泄漏。

Description

核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统
技术领域
本实用新型涉及核反应堆辐射监测领域，特别地，涉及一种核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统。
背景技术
在核电站和核潜艇行业常需要众多核辐射监测系统实时监测核辐射水平，当监测到核辐射水平超过预定值时需立即发出警示以紧急处理防止核污染的进一步扩散，保证核反应堆的正常运行。
如图1所示，蒸汽发生器20破损监测是保证核反应堆50安全运行，防止核辐射污染的关键设备之一。当前通用的方法是用NaI(Tl)闪烁体探测一回路管道40活化放射性产物16N通过蒸汽发生器20的破损处进入二回路蒸汽管道10发射出的高能γ辐射，其缺点在于:一是NaI(Tl)闪烁体的密度小，电子对生成截面低，对高能γ辐射的分辨率和探测效率都很低，当用于测γ射线能量比较多、能谱比较复杂时，不同能量的射线之间容易产生干扰，增加能谱分析的难度；二是探测装置所处的环境温度通常有0至55℃左右的变化范围，受温度的影响，探测装置内的NaI(Tl)闪烁体的发光效率会发生变化，从而导致系统输出的能谱发生漂移，现有的处理方法是在NaI(Tl)闪烁体中内嵌241Am源来稳定能谱峰区，而241Am辐射α射线，其α射线的γ射线能量当量为2.9MeV且α射线的γ射线能量当量也与温度有关，虽然通过在不同的温度下能把241Am对应的能谱峰区校正到不同的位置，但仍存在较大的漂移，如在256道里有40道左右的能谱峰漂移，从而导致系统稳定性差;此外，α射线能谱宽，以NaI(Tl)闪烁体制成的探测装置来监测16N辐射的高能γ射线，把γ射线能谱分成0.2至2.2MeV，4.5至7MeV这两个能量区间以避开2.9MeV，监测范围窄;三是现有核反应堆蒸汽发生器泄漏监测方法都是对参考峰的峰对应的能量进行稳定，而峰位对应的能量附近一些能量的数值变化小，对能谱峰漂移不灵敏，稳峰能力差。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，以解决现有核反应堆蒸汽发生器泄漏监测技术中能量分辨率低、探测效率低和灵敏度低以及稳定性差的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，包括探测装置，探测装置内设置有LaBr3：Ce闪烁体，LaBr3:Ce闪烁体内含用作参考源的天然放射性核素138La;信号处理机，信号处理机与探测装置通过电缆连接。
进一步地，信号处理机以参考源138La辐射的γ射线的能量峰为参考峰。
进一步地，γ射线的能量峰值为1.436MeV。
进一步地，探测装置还包括光电倍增管，光电倍增管的输入端与LaBr3：Ce闪烁体连接，输出端与信号处理机连接。
本实用新型具有以下有益效果
本实用新型使用LaBr3:Ce闪烁体，以LaBr3：Ce闪烁体内含的天然放射性元素138La为参考源，不需内嵌源，系统稳定性好，能量分辨率和灵敏度高，可更及时地监测到核反应堆蒸汽发生器的泄漏。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1是根据本实用新型的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统的示意图；
图2是根据本实用新型的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统的含天然放射性核素138La的LaBr3:Ce闪烁体的本底能谱图示意图;
图3是根据本实用新型的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统所测的16N(238Pu-13C)源辐射的γ射线能谱示意图;以及
图4是根据本实用新型的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测方法的流程示意图。
附图中的附图标记如下:10、二回路蒸汽管道;20、蒸汽发生器;30、主蒸汽管;40、一回路管道;50、核反应堆;60、探测装置;61、LaBr3:Ce闪烁体;62、光电倍增管;70、电缆;80、信号处理机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1至图3，根据本实用新型的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，包括探测装置60，探测装置内设置有LaBr3:Ce闪烁体61，LaBr3:Ce闪烁体61内含用作参考源的天然放射性核素138La;信号处理机80，信号处理机80与探测装置60通过电缆70连接。探测装置60设置在主蒸汽管30外，信号处理机80设置在离探测装置不远的电器室里。本实用新型使用LaBr3:Ce闪烁体，以LaBr3:Ce闪烁体内含的天然放射性元素138La为参考源，不需内嵌源，系统稳定性好，能量分辨率和灵敏度高，可更及时地监测到核反应堆蒸汽发生器的泄漏。
参见图1至图3，信号处理机80以参考源138La辐射的γ射线的能量峰为参考峰。γ射线的能量峰值为1.436MeV。采用LaBr3:Ce闪烁体内含的天然放射性核素138La为参考源，以参考源138La辐射1.436MeV的γ射线能量峰为参考峰，一是用软件方法消除138La峰区以外的计数率和LaBr3:Ce闪烁体内含227Ac污染产生的计数率能直接监测0.2-7MeV能量区间除1.436MeV峰区以外的γ射线，监测范围宽;二是不存在采用NaI(Tl)闪烁体内嵌241Am源后因其α射线的γ射线能量当量为2.9MeV与温度变化影响的问题，系统稳定性好。
参见图1，探测装置60还包括光电倍增管62，光电倍增管62的输入端与LaBr3:Ce闪烁体61连接，输出端与信号处理机连接。
参见图4，根据本实用新型的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测方法，以LaBr3:Ce闪烁体61为探测器件制成探测装置60，LaBr3:Ce闪烁体61内含用作参考源的天然放射性元素138La，用于探测γ射线并生成探测信号;利用信号处理机80处理探测信号，并输出监测结果。利用该探测装置60探测高能γ射线的辐射变化并生成探测信号;利用信号处理机80处理探测信号，并输出监测结果以LaBr3:Ce闪烁体内含的天然放射性核素138La为参考源。该探测装置60用于监测核反应堆蒸汽发生器20泄漏。
参见图2和图3，稳定参考峰高能侧边界接近或等于半高处对应的能量用于稳定参考峰的峰位。参考峰高能侧边界接近半高处是指参考峰高能侧边界切线斜率的最大处。
参见图2，P为1.436MeV的γ射线能量峰，P的左边界和右边界分别为γ射线的低能侧和高能侧，A点、C点分别为P的左边界、右边界和P的最高处B点的半高度的交点。P可以作为16N辐射的γ射线能量的参考峰，稳定参考峰高能侧边界接近半高处对应的能量用于稳定参考峰的峰位。在本实施例稳定参考峰高能侧边界接近半高处对应的能量即稳定C点对应的能量，相同能量的变化，A点和C点对应的计数变化都大于B点;而P的低能侧边界坡度缓于高能侧边界坡度，相同能量的变化，对应的高能侧计数变化大于低能侧边界，即C点对应的计数变化大于A点，在C点稳定参考峰都优于A点和B点;在其它实施例稳定参考峰高能侧边界接近半高处对应的能量即稳定P的右边界切线斜率的最大处对应的能量。可选地，通过软件分析可以去除LaBr3：Ce闪烁体61中的0.789MeV的γ射线能量以及其它的β射线连续能量，可直接监测能量区间为0.2-7MeV的γ射线，监测范围宽。
LaBr3：Ce与同尺寸的NaI(Tl)闪烁体比较，密度高44%(5.29/3.67)有利于吸收高能γ射线的能量提高计数率，光子产额(LY)高66%(63/38)有利于提高能量分辨率，发光衰减常数（t)小15.6(250/16)倍加速闪烁体内产生的光子的收集，品质因子有5(2.6/0.5)倍的优势，热膨胀系数小6(47.4/8)倍温度稳定性好。总之，LaBr3：Ce闪烁体用于监测高能γ射线的综合品质比NaI(Tl)闪烁体优越，实测能量分辨率前者高于后者的3倍。
参见图3，16N辐射的γ射线能量主要为6.13MeV，该γ射线与LaBr3：Ce闪烁体相互作用产生的电子对的动能5.11MeV消耗在LaBr3:Ce闪烁体内，正电子湮没又产生两个0.511MeV的γ射线，LaBr3:Ce闪烁体对这种能量的γ射线吸收能力很强，降低了单逃逸峰5.62MeV和双逃逸峰5.11MeV的峰高，提高了6.13MeV的峰高，从而提高系统的灵敏度，可更及时地监测到蒸汽发生器的泄漏。
通常稳峰方法是稳定参考源峰位，但峰位附近两侧每道的计数率相差甚小，对抑制温漂不灵敏，而对温度变化和电路参数变化最灵敏的是峰区高能侧斜率最大处。本实用新型采用这种方法提高了稳峰效果。
参见图1至图3，信号处理机80以参考源138La辐射的γ射线能量峰为参考峰。γ射线能量峰值为1.436MeV。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
本实用新型使用LaBr3：Ce闪烁体，以LaBr3：Ce闪烁体内含的天然放射性元素138La为参考源，不需内嵌源，系统稳定性好，能量分辨率和灵敏度高，可更及时地监测到核反应堆蒸汽发生器的泄漏。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，其特征在于，包括:
探测装置(60)，所述探测装置内设置有LaBr3:Ce闪烁体(61)，所述LaBr3:Ce闪烁体(61)内含用作参考源的天然放射性核素138La；
信号处理机(80)，所述信号处理机(80)与所述探测装置(60)通过电缆(70)连接。
2.根据权利要求1所述的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，其特征在于，
所述信号处理机(80)以参考源138La辐射的γ射线的能量峰为参考峰。
3.根据权利要求2所述的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，其特征在于，
所述γ射线的能量峰值为1.436MeV。
4.根据权利要求1所述的核反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统，其特征在于，
探测装置(60)还包括光电倍增管(62)，所述光电倍增管(62)的输入端与所述LaBr3:Ce闪烁体(61)连接，输出端与所述信号处理机(80)连接。
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