CN215678794U - 一种压水堆堆芯功率测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压水堆堆芯功率测量装置，包括第一探测机构和第二探测机构，第一探测机构和第二探测机构的结构相同，第一探测机构和第二探测机构均包括屏蔽体、γ探测器和信号处理模块。本实用新型结构简单、设计合理，通过设置压水堆堆芯功率测量装置对压水堆一回路主管道内N‑16核素衰变产生的γ射线进行探测，压水堆堆芯功率测量装置包括第一探测机构和第二探测机构，第一探测机构和第二探测机构同时对一回路主管道周围的γ射线的放射性进行探测，并利用第一探测机构和第二探测机构的探测结果计算得到压水堆堆芯功率，检测方便，且检测精度高，能够快速得到压水堆堆芯功率，省时省力。

Description

一种压水堆堆芯功率测量装置

技术领域

本实用新型属于核反应堆监测技术领域，具体涉及一种压水堆堆芯功率测量装置。

背景技术

全世界大约有几百座核电机组在运行，其中占绝大多数的是轻水堆，其余为重水堆以及先进气冷堆等，轻水堆主要是压水堆和沸水堆两种类型，其中大约75％为压水堆，我国投入运行并将建造的绝大多数核电站都是压水堆型的，在核电站运行期间，压水堆堆芯功率是保证压水堆安全、经济运行的一个重要参数，准确高效的测量压水堆堆芯功率对核电站和其他核动力装置的安全、可靠和经济的运行具有十分重要的意义，现有的压水堆堆芯功率测量方法通常有两种，一是核测量，二是热工方式测量，核测量测量速度快，但是其测量结果不够准确，且核测量同时受几何条件和控制棒位影响较大，这种方法需要经常对测量装置进行校准，校准过程比较复杂，因此需要耗费大量的时间；热工方式测量结果相对于核测量结果来说较为准确，但是其响应速度较慢，同时需要在稳态热平衡的条件下才能进行，热工测量需要的条件较为苛刻。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种压水堆堆芯功率测量装置，其结构简单、设计合理且体积小，实现压水堆堆芯功率的测量，测量方便，且测量精度高，能够快速得到压水堆堆芯功率，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：包括用于对一回路主管道内N-16核素的γ射线进行探测的第一探测机构和第二探测机构，所述第一探测机构和所述第二探测机构的结构相同，所述第一探测机构和所述第二探测机构均设置在一回路主管道的旁侧，且所述第一探测机构和所述第二探测机构位于一回路主管道的同侧；

所述第一探测机构和所述第二探测机构均包括屏蔽体、设置在屏蔽体内的γ探测器，以及用于对γ探测器探测到的放射性信号进行处理的信号处理模块；

所述屏蔽体套设在γ探测器外侧，所述屏蔽体与一回路主管道呈垂直布设，所述屏蔽体靠近一回路主管道一端开设有圆柱形探测通道，所述屏蔽体远离一回路主管道的一端开设有过线孔；

所述γ探测器包括NaI闪烁体、光电倍增管和前置放大电路，所述NaI 闪烁体通过圆柱形探测通道对一回路主管道周围γ射线的放射性活度进行探测。

上述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述信号处理模块包括主放大电路和与主放大电路连接的多道分析器，所述主放大电路的输入端与前置放大电路的输出端连接。

上述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述NaI闪烁体为圆柱形闪烁体。

上述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述屏蔽体为圆柱形屏蔽体，所述屏蔽体包括两个半圆柱体，每个所述半圆柱体的中部均开设有半圆柱形安装槽，两个所述半圆柱形安装槽组成供γ探测器安装的圆柱形安装槽；

所述圆柱形探测通道由两个半圆柱形探测通道组成，两个所述半圆柱形探测通道分别位于两个半圆柱体上。

上述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述圆柱形探测通道与所述圆柱形安装槽连通，所述圆柱形探测通道与所述圆柱形安装槽呈同轴布设，所述圆柱形探测通道的直径大于所述圆柱形安装槽的直径。

上述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述屏蔽体为铅屏蔽体，所述屏蔽体的长度大于γ探测器的长度，所述屏蔽体用于包裹γ探测器。

上述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述第一探测机构的NaI闪烁体与所述第二探测机构的NaI闪烁体之间的间距为1.8m～ 2.2m。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单、设计合理，通过设置压水堆堆芯功率测量装置对压水堆一回路主管道内N-16核素衰变产生的γ射线进行探测，压水堆堆芯功率测量装置包括第一探测机构和第二探测机构，第一探测机构和第二探测机构同时对一回路主管道周围的γ射线的放射性进行探测，并利用第一探测机构和第二探测机构的探测结果计算得到压水堆堆芯功率，检测方便，且检测精度高，能够快速得到压水堆堆芯功率，省时省力。

2、本实用新型设置有第一探测机构和第二探测机构，第一探测机构和第二探测机构的结构相同，第一探测机构和第二探测机构均包括屏蔽体、γ探测器和信号处理模块，γ探测器可拆卸安装在屏蔽体内，信号处理模块包括对γ探测器的输出信号进行处理的主放大电路和多道分析器，通过多道分析器能够对γ探测器探测到的N-16核素衰变产生的γ射线进行分析，并输出γ探测器探测到的放射性活度值，便于对压水堆堆芯功率进行计算，整个探测机构结构简单、设计合理，实现了整个测量装置小型化、轻量化的目标，便于推广使用。

3、本实用新型通过设置屏蔽体对γ探测器进行保护，且屏蔽体靠近一回路主管道的端部开设有圆柱形探测通道，在压水堆的实际运行过程中，一回路主管道附近γ射线强度很高，如果不设置屏蔽体会使得所述γ探测器计数累积堵塞，因此在对一回路主管道内的γ放射性进行探测时，通过在γ探测器上套设屏蔽体并在屏蔽体上设置圆柱形探测通道，使经过多次散射后的γ射线强度减小到一定程度，便于使屏蔽体内的γ探测器得到合适的计数率值，有效改善了由于γ射线强度太高导致γ探测器堵塞的问题，保证该测量装置的测量精度。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理，通过设置压水堆堆芯功率测量装置对压水堆一回路主管道内N-16核素衰变产生的γ射线进行探测，压水堆堆芯功率测量装置包括第一探测机构和第二探测机构，第一探测机构和第二探测机构同时对一回路主管道周围的γ射线的放射性进行探测，并利用第一探测机构和第二探测机构的探测结果计算得到压水堆堆芯功率，检测方便，且检测精度高，能够快速得到压水堆堆芯功率，省时省力；通过设置屏蔽体对γ探测器进行保护，并在屏蔽体靠近一回路主管道的端部开设供γ探测器探测的圆柱形探测通道，便于使屏蔽体内的γ探测器得到合适的计数率值，保证该测量装置的测量精度。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明压水堆堆芯功率测量装置的结构示意图。

图2为本发明半圆柱体和γ探测器的连接关系示意图。

图3为本发明压水堆堆芯功率测量装置的电路原理框图。

图4为图1中的A处局部放大图。

附图标记说明:

1—屏蔽体； 2—一回路主管道； 3—圆柱形探测通道；

4—γ探测器； 4-1—NaI闪烁体； 4-2—光电倍增管；

4-3—前置放大电路； 5—过线孔； 6—半圆柱体；

7—主放大电路； 8—多道分析器； 9—半圆柱形安装槽；

10—信号处理箱； 11—搭扣。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型包括用于对一回路主管道2内N-16 核素的γ射线进行探测的第一探测机构和第二探测机构，所述第一探测机构和所述第二探测机构的结构相同，所述第一探测机构和所述第二探测机构均设置在一回路主管道2的旁侧，且所述第一探测机构和所述第二探测机构位于一回路主管道2的同侧；

所述第一探测机构和所述第二探测机构均包括屏蔽体1、设置在屏蔽体1内的γ探测器4，以及用于对γ探测器4探测到的放射性信号进行处理的信号处理模块；

所述屏蔽体1套设在γ探测器4外侧，所述屏蔽体1与一回路主管道 2呈垂直布设，所述屏蔽体1靠近一回路主管道2一端开设有圆柱形探测通道3，所述屏蔽体1远离一回路主管道2的一端开设有过线孔5；

所述γ探测器4包括NaI闪烁体4-1、光电倍增管4-2和前置放大电路4-3，所述NaI闪烁体4-1通过圆柱形探测通道3对一回路主管道2周围γ射线的放射性活度进行探测。

本实施例中，需要说明的是，压水堆一回路冷却剂流经压水堆堆芯时，冷却剂中的O-16原子会受到压水堆中快中子照射，O-16原子与N-16原子产生核反应生成N-16核素，N-16核素的半衰期为7.13S，N-16核素在衰变时能够发射69％的6.13MeV和5％的7.12MeV的γ射线，通过设置第一探测机构和第二探测机构同时对一回路主管道2内N-16核素衰变产生的γ射线进行探测，得到第一探测机构探测到的γ放射性活度A₁和第二探测机构探测到的γ放射性活度A₂，并根据第一探测机构和第二探测机构探测到的γ放射性活度值对压水堆堆芯功率进行计算，实现压水堆堆芯功率的测量，能够有效解决现有压水堆堆芯功率测量时测量响应慢和测量误差大的问题，且不会引起通量畸变，测量效果好。

本实施例中，需要说明的是，N-16核素是一回路冷却剂的活化产物， N-16核素的γ放射性强度与压水堆堆芯中子通量率成正比，压水堆堆芯中子通量率与压水堆堆芯功率成正比，故N-16核素的γ放射性强度与压水堆堆芯功率成正比；因此，通过在一回路主管道2旁安装该堆芯功率测量装置测量N-16核素衰变产生的γ射线的放射性活度，就能够实时测量压水堆堆芯功率，测量精度高，且几乎不受周围环境的影响。

本实施例中，所述γ探测器4可拆卸安装在屏蔽体1内，屏蔽体1靠近一回路主管道2的端部开设有圆柱形探测通道3，在压水堆的实际运行过程中，一回路主管道2周围γ射线强度很高，如果不设置屏蔽体1直接采用γ探测器4对一回路主管道2周围γ射线进行探测，会使得γ探测器 4计数累积堵塞，因此在对一回路主管道2内的γ放射性进行探测时，通过在γ探测器4上套设屏蔽体1并在屏蔽体1上设置圆柱形探测通道3，使经过多次散射后的γ射线强度减小到一定程度，便于使屏蔽体1内的γ探测器4得到合适的计数率值，有效改善了由于γ射线强度太高导致γ探测器4堵塞的问题，且探测精度高。

本实施例中，实际使用时，所述γ探测器4内设置有第一电子线路板，前置放大电路4-3集成在所述第一电子线路板上，前置放大电路4-3的电路原理图可参考专利号为202021350288.2的中国实用新型专利一种快堆覆盖气体γ活度监测仪中公开的前置放大电路的电路原理图。

如图3所示，本实施例中，所述信号处理模块包括主放大电路7和与主放大电路7连接的多道分析器8，所述主放大电路7的输入端与前置放大电路4-3的输出端连接。

如图2和图3所示，本实施例中，需要说明的是，所述信号处理模块还包括信号处理箱10，所述信号处理箱10内设置有第二电子线路板，主放大电路7集成在第二电子线路板上，所述主放大电路7的电路原理图可参考专利号为202021350288.2的中国实用新型专利一种快堆覆盖气体γ活度监测仪中公开的主放大电路的电路原理图；前置放大电路4-3的输出端通过导线与主放大电路7的输入端连接，所述导线通过过线孔5穿出屏蔽体1。

如图2所示，本实施例中，所述NaI闪烁体4-1为圆柱形闪烁体。

本实施例中，实际使用时，现有NaI闪烁体4-1的常用尺寸为 50mm×50mm和76mm×76mm，50mm×50mm的NaI闪烁体是指NaI闪烁体4-1 的直径和长度均为50mm，76mm×76mm的NaI闪烁体是指NaI闪烁体4-1的直径和长度均为76mm，可以根据实际探测需求选择不同尺寸的NaI闪烁体 4-1。

如图1和图2所示，本实施例中，所述屏蔽体1为圆柱形屏蔽体，所述屏蔽体1包括两个半圆柱体6，每个所述半圆柱体6的中部均开设有半圆柱形安装槽9，两个所述半圆柱形安装槽9组成供γ探测器4安装的圆柱形安装槽；

所述圆柱形探测通道3由两个半圆柱形探测通道组成，两个所述半圆柱形探测通道分别位于两个半圆柱体6上。

如图1、图2和图4所示，本实施例中，两个半圆柱体6相互配合组成圆柱形屏蔽体，两个半圆柱体6中一个半圆柱体6沿长度方向的一端通过铰链与另一个半圆柱体6沿长度方向的一端铰接，一个半圆柱体6沿长度方向的另一端通过多个搭扣11与另一个半圆柱体6沿长度方向的另一端可拆卸连接，便于在两个半圆柱体6之间安装和拆卸γ探测器4，多个所述搭扣11沿半圆柱体6的长度方向布设。

如图2所示，本实施例中，所述圆柱形探测通道3与所述圆柱形安装槽连通，所述圆柱形探测通道3与所述圆柱形安装槽呈同轴布设，所述圆柱形探测通道3的直径大于所述圆柱形安装槽的直径。

本实施例中，实际使用时，所述圆柱形探测通道3的直径大于所述圆柱形安装槽的直径，即圆柱形探测通道3的直径大于NaI闪烁体4-1的直径，便于γ射线通过圆柱形探测通道3进入NaI闪烁体4-1，保证γ探测器4的探测效率。

如图1和图2所示，本实施例中，所述屏蔽体1为铅屏蔽体，所述屏蔽体1的长度大于γ探测器4的长度，所述屏蔽体1用于包裹γ探测器4。

本实施例中，所述第一探测机构的NaI闪烁体4-1与所述第二探测机构的NaI闪烁体4-1之间的间距为1.8m～2.2m。

本实用新型具体使用时，首先，测量第一探测机构或第二探测机构中 NaI闪烁体4-1与一回路主管道2的外侧面之间的间距L_d；其次，测量一回路主管道2内冷却剂的流量Q，并根据公式

计算冷却剂流经一回路主管道2的实际平均速度v；其中，S为一回路主管道2的横截面积， S＝π×r²，r为一回路主管道2的内圆半径,ρ为冷却剂的密度；最后，观察第一探测机构探测到的γ放射性活度A₁和第二探测机构探测到的γ放射性活度A₂，根据公式

计算所述第一探测机构与所述第二探测机构测得的γ放射性活度平均值A；再根据公式

计算压水堆堆芯功率P，单位为n/cm²·s；其中，K为N-16核素的γ放射性强度与反应堆功率之间的转换系数，C为常数，C＝6.439，λ为N-16核素的衰变常数，t_c为一回路冷却剂流过堆芯活性区的时间，t_c＝4.36s，t₁为一回路冷却剂的总循环时间，t₁＝163.1s，实现压水堆堆芯功率的测量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是按照本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：包括用于对一回路主管道(2)内N-16核素的γ射线进行探测的第一探测机构和第二探测机构，所述第一探测机构和所述第二探测机构的结构相同，所述第一探测机构和所述第二探测机构均设置在一回路主管道(2)的旁侧，且所述第一探测机构和所述第二探测机构位于一回路主管道(2)的同侧；

所述第一探测机构和所述第二探测机构均包括屏蔽体(1)、设置在屏蔽体(1)内的γ探测器(4)，以及用于对γ探测器(4)探测到的放射性信号进行处理的信号处理模块；

所述屏蔽体(1)套设在γ探测器(4)外侧，所述屏蔽体(1)与一回路主管道(2)呈垂直布设，所述屏蔽体(1)靠近一回路主管道(2)一端开设有圆柱形探测通道(3)，所述屏蔽体(1)远离一回路主管道(2)的一端开设有过线孔(5)；

所述γ探测器(4)包括NaI闪烁体(4-1)、光电倍增管(4-2)和前置放大电路(4-3)，所述NaI闪烁体(4-1)通过圆柱形探测通道(3)对一回路主管道(2)周围γ射线的放射性活度进行探测。

2.按照权利要求1所述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述信号处理模块包括主放大电路(7)和与主放大电路(7)连接的多道分析器(8)，所述主放大电路(7)的输入端与前置放大电路(4-3)的输出端连接。

3.按照权利要求1所述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述NaI闪烁体(4-1)为圆柱形闪烁体。

4.按照权利要求1所述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述屏蔽体(1)为圆柱形屏蔽体，所述屏蔽体(1)包括两个半圆柱体(6)，每个所述半圆柱体(6)的中部均开设有半圆柱形安装槽(9)，两个所述半圆柱形安装槽(9)组成供γ探测器(4)安装的圆柱形安装槽；

所述圆柱形探测通道(3)由两个半圆柱形探测通道组成，两个所述半圆柱形探测通道分别位于两个半圆柱体(6)上。

5.按照权利要求4所述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述圆柱形探测通道(3)与所述圆柱形安装槽连通，所述圆柱形探测通道(3)与所述圆柱形安装槽呈同轴布设，所述圆柱形探测通道(3)的直径大于所述圆柱形安装槽的直径。

6.按照权利要求1所述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述屏蔽体(1)为铅屏蔽体，所述屏蔽体(1)的长度大于γ探测器(4)的长度，所述屏蔽体(1)用于包裹γ探测器(4)。

7.按照权利要求1所述的一种压水堆堆芯功率测量装置，其特征在于：所述第一探测机构的NaI闪烁体(4-1)与所述第二探测机构的NaI闪烁体(4-1)之间的间距为1.8m～2.2m。

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