表格模板-核电站仪表岗前培训第九章中子注量率监测仪表 精品.ppt

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1、第九章第九章 中子注量率（中子通量）中子注量率（中子通量）监测仪表监测仪表 堆功率与每秒发生的裂变数成正比。设中堆功率与每秒发生的裂变数成正比。设中子通量密度平均值为子通量密度平均值为 ，可裂变核数为，可裂变核数为N N，裂，裂变截面为变截面为 f f，则每秒发生的核裂变数等于，则每秒发生的核裂变数等于N N f f。 已知每次裂变释放能量已知每次裂变释放能量E E、堆芯体积、堆芯体积V V，可，可得到堆芯总功率的近似值为得到堆芯总功率的近似值为 P P= =VEN VEN f f 式中 E=200MeV=3.210-11J。 由于反应堆的核功率正比于反应堆的由于反应堆的核功率正比于反应堆的注

2、量率注量率水平，水平，所以可以通过测量反应堆的中子通所以可以通过测量反应堆的中子通注量率注量率来反映反应来反映反应堆的核功率。堆的核功率。 中子注量率测量分为：中子注量率测量分为：堆外中子堆外中子注量率测量（连注量率测量（连续监测）和续监测）和堆内中子堆内中子注量率测量（定期监测）注量率测量（定期监测）。 以以1011（n.cm-2s-1)为界来划分堆内和堆外。为界来划分堆内和堆外。 测量中子测量中子注量率注量率的核仪表中使用的敏感元件为中的核仪表中使用的敏感元件为中子探测器。子探测器。 堆内所采用的核检测仪表是微型裂变室或堆内所采用的核检测仪表是微型裂变室或自给能探测器，堆外所采用的核检测仪

3、表是涂自给能探测器，堆外所采用的核检测仪表是涂硼正比计数管、硼正比计数管、补偿电离室及长电离室等补偿电离室及长电离室等 第一节第一节 中子探测器中子探测器 作用：作用：把正比于核功率的中子注量率信号把正比于核功率的中子注量率信号转变为电信号。转变为电信号。 原理：原理：探测器的结构、测量方法各不相同，探测器的结构、测量方法各不相同，但归纳起来都是但归纳起来都是利用中子与核发生的各利用中子与核发生的各种反应（例如核反应、核裂变等）种反应（例如核反应、核裂变等），直，直接或间接地测量中子通量密度。接或间接地测量中子通量密度。中子探测器分类中子探测器分类 电离室电离室 气体探测器气体探测器 裂变室裂

4、变室 计数管计数管常用的中子探测器常用的中子探测器 中子闪烁探测器中子闪烁探测器 固体探测器固体探测器 自给能探测器自给能探测器 一、固体探测器一、固体探测器1.自给能探测器的原理自给能探测器的原理 物质与辐射场相互作用，因发射和吸收荷电物质与辐射场相互作用，因发射和吸收荷电粒子而带电。置于辐射场中的两种相互绝缘的粒子而带电。置于辐射场中的两种相互绝缘的导体（或半导体），由于带电情况和程度不同，导体（或半导体），由于带电情况和程度不同，它们之间就产生了电势差。它们之间就产生了电势差。2. 自给能探测器的结构自给能探测器的结构3. 自给能探测器的种类自给能探测器的种类（1）内转换自给能探测器：又

5、称快响应自）内转换自给能探测器：又称快响应自给能探测器。基本结构：发射体、绝缘给能探测器。基本结构：发射体、绝缘体、收集体及电缆组成。体、收集体及电缆组成。发射体：铂或钴、钪、镉等材料制成。发射体：铂或钴、钪、镉等材料制成。绝缘体：氧化镁制成。绝缘体：氧化镁制成。收集体：外径收集体：外径1.5mm的不锈钢制成。的不锈钢制成。电缆：外径电缆：外径1.0mm的同轴电缆。的同轴电缆。工作原理工作原理（2）流流自给能探测器自给能探测器响应自给能探测器响应自给能探测器发射体：钒、铑、银等材料制成。发射体：钒、铑、银等材料制成。绝缘体：氧化镁制成。绝缘体：氧化镁制成。收集体：外径收集体：外径1.5mm的不

6、锈钢制成。的不锈钢制成。电缆：外径电缆：外径1.0mm的同轴电缆。的同轴电缆。工作原理工作原理二、气体探测器二、气体探测器1.工作原理：工作原理：利用气体电离，电离的粒子在外加电场的作利用气体电离，电离的粒子在外加电场的作用下向收集极运动，从而在外电路形成电信号。用下向收集极运动，从而在外电路形成电信号。基本结构：基本结构：加速电压电极（高压电极）、收集电极、电加速电压电极（高压电极）、收集电极、电极之间的气体以及支撑结构和绝缘体等组成。极之间的气体以及支撑结构和绝缘体等组成。常用的中子探测器是基于常用的中子探测器是基于10B(n,)7Li反应。反应。110740532743274322.79

7、3 2.316 0.48nBLiHeMeVLiHeMeVLiHeMeV2.气体探测器的输出与外加电压的关系气体探测器的输出与外加电压的关系坪：不随坪：不随V V而改变的一段曲线称为探测器的而改变的一段曲线称为探测器的“坪坪”。坪长：坪的长度，坪长：坪的长度，坪长坪长=VD-VG。坪斜：坪斜： %1002）（）（坪斜GDGDGDVVNNNN3. 反应堆中子注量率测量中常用的几种气体探测反应堆中子注量率测量中常用的几种气体探测器器（1）电离室）电离室 用于收集和测量由入射辐射以及来自电离室结构用于收集和测量由入射辐射以及来自电离室结构的次级辐射与电离室内确定的已知体积的气体相互作的次级辐射与电离室

8、内确定的已知体积的气体相互作用而产生的离子和电子电荷。用而产生的离子和电子电荷。 有圆筒形和平板形两种结构。有圆筒形和平板形两种结构。按产生的信号的不同可分为两类：按产生的信号的不同可分为两类： 脉冲电离室脉冲电离室 累计或电流型电离室累计或电流型电离室1 . 1 . 长电离室长电离室 长电离室与反应堆堆芯一样长，它由两个结长电离室与反应堆堆芯一样长，它由两个结构完全相同的短电离室构成，分为上下两段。构完全相同的短电离室构成，分为上下两段。它是一种硼电离室。入射中子与硼发生核反应：它是一种硼电离室。入射中子与硼发生核反应：110740532743274322.793 2.316 0.48nBL

9、iHeMeVLiHeMeVLiHeMeV主要特性主要特性-测量范围：约为测量范围：约为102n/(cm2.s) 1010n/(cm2.s)-中子灵敏度中子灵敏度:约为约为10-13A/(n.cm-2.s-1)-最高线性电流最高线性电流:约为约为10-3A;-工作电压工作电压:200V1000V-坪斜坪斜1%/100V15m2.2. 补偿电离室补偿电离室 在反应堆中，在反应堆中， 射线是很强的，对测量产射线是很强的，对测量产生影响。采用生影响。采用补偿的方法消除其影响。补偿的方法消除其影响。主要特性主要特性-中子灵敏度中子灵敏度:脉冲式约脉冲式约 0.8c/n/.cm2.s) 电流式约电流式约

10、210-13 A/n/.cm2.s)-最高线性计数率最高线性计数率:约为约为5105计数计数/S ;-工作电压工作电压:200V800V-坪长：约坪长：约250V -坪斜坪斜3%/100V3%/100V-绝缘电阻：信号线与管壳之间的电阻绝缘电阻：信号线与管壳之间的电阻55109-分布电容分布电容:300pf300pf-所带电缆长度所带电缆长度: 15m3、微型裂变室、微型裂变室由焊接端塞、同芯包壳及测量体三部分组成。由焊接端塞、同芯包壳及测量体三部分组成。同心包壳氩气90%铀氧化物外电极内电极高纯氩气因为裂变碎片产生的能量比核反应产生次级粒子的能量大得多，所以裂变电离室的灵敏度比硼电离室更高，

11、射线影响更小，更适合与更高辐射场内的中子探测。4、计数管、计数管 正比计数管的脉冲信号与入射粒子在管内所产生的正比计数管的脉冲信号与入射粒子在管内所产生的初级电离的离子对的数目成正比。如果粒子射程不长而初级电离的离子对的数目成正比。如果粒子射程不长而可停止在管内气体中，则该粒子的种类、数目和个数可可停止在管内气体中，则该粒子的种类、数目和个数可被探测到。在甄别电路的配合下，可把被探测到。在甄别电路的配合下，可把、射线射线所产所产生的较小的脉冲甄别掉，而只记录生的较小的脉冲甄别掉，而只记录粒子。粒子。 常有的计数管有涂硼正比计数管和常有的计数管有涂硼正比计数管和BF3正比计数管。正比计数管。（1

12、 1） 涂硼正比计数管涂硼正比计数管中心阳极丝是由中心阳极丝是由25m的不锈钢做成，圆筒形阴极是的不锈钢做成，圆筒形阴极是由高纯度铝制成。阴极内表面涂以丰度为由高纯度铝制成。阴极内表面涂以丰度为92的硼的硼10B ，两电极之间相互绝缘，计数管内充以氩气，两电极之间相互绝缘，计数管内充以氩气(Ar)和少量的二氧化碳（和少量的二氧化碳（CO2）。计数管长）。计数管长558mm。（2）BF3正比计数管正比计数管第二节第二节 压水堆核电厂堆外中子注量率监测系统压水堆核电厂堆外中子注量率监测系统（堆外核仪表系统）（堆外核仪表系统） 压水堆核电厂中子注量率测量分为压水堆核电厂中子注量率测量分为 堆外中子注

13、量率监测堆外中子注量率监测和和堆内中子注量率监测堆内中子注量率监测两两部分。部分。 要求中子注量率监测系统对反应堆的核功率进要求中子注量率监测系统对反应堆的核功率进行连续不断的测量和监视，核功率的动态变化行连续不断的测量和监视，核功率的动态变化达达10个数量级以上。堆外中子注量率监测系统个数量级以上。堆外中子注量率监测系统通常采用三种不同量程的通道：通常采用三种不同量程的通道：源量程通道，源量程通道，中间量程通道和功率量程通道。中间量程通道和功率量程通道。（1）可移动式堆芯测量仪表）可移动式堆芯测量仪表 用于刻度堆外核仪表、监测燃料孔用于刻度堆外核仪表、监测燃料孔道的热点因子变化，轴向和径向的

14、功率道的热点因子变化，轴向和径向的功率分布，以提高燃料利用率。分布，以提高燃料利用率。（2）堆外核仪表）堆外核仪表 对反应堆总的核功率及功率的轴向对反应堆总的核功率及功率的轴向分布进行测量，用作功率监视、控制、分布进行测量，用作功率监视、控制、报警以及反应堆保护等。报警以及反应堆保护等。一、堆外中子注量率监测仪表的功能一、堆外中子注量率监测仪表的功能 监督反应堆内中子通量的变化情况，并为反应监督反应堆内中子通量的变化情况，并为反应堆运行及其安全提供堆运行及其安全提供信息。信息。 1. 1. 信息和控制功能信息和控制功能 (1)提供信号：记录和显示信号，向操纵员提供反应堆装料、提供信号：记录和显

15、示信号，向操纵员提供反应堆装料、停堆、启动和功率运行各工况下的反应堆状态信息。（多停堆、启动和功率运行各工况下的反应堆状态信息。（多种量程的堆外核仪表，监测反应堆功率、功率变化及功率种量程的堆外核仪表，监测反应堆功率、功率变化及功率分布）。分布）。 (2)控制信号控制信号:功率量程的信号用于棒控程序功率量程的信号用于棒控程序 ; (3)中子噪音测量线路的输出用来评估反应堆内部构中子噪音测量线路的输出用来评估反应堆内部构件的松动和振动；件的松动和振动； (4)监测径向功率倾斜和轴向功率偏差，停堆和启动期间中监测径向功率倾斜和轴向功率偏差，停堆和启动期间中子视听计数。子视听计数。 2. 保护功能保

16、护功能 向反应堆保护系统向反应堆保护系统RPR提供多个紧急提供多个紧急停堆信号和允许信号。停堆信号和允许信号。 防止反应堆发生超功率，提供中子注量防止反应堆发生超功率，提供中子注量率高和注量率变化高信号；率高和注量率变化高信号；二、核仪表系统的设计原则二、核仪表系统的设计原则1.量程范围及量程内通量程范围及量程内通道配置道配置2个源量程通道个源量程通道（正比计数管（正比计数管CP ）2个中间量程通道个中间量程通道（补偿电离室（补偿电离室CIC ）4个功率量程通道个功率量程通道（ 非补偿电离非补偿电离室室CIMC ） 源量程通道（正比计数管源量程通道（正比计数管CP CP ）测量范围：）测量范围： 中子注量率：中子注量率：10-110-12 210105 5n/cmn/cm2 2 对应功率：对应功率：1010-9-9 FPFP1010-3-3 FP FP 中间量程通道（补偿电离室中间量程通道（补偿电离室CIC CIC ）测量范围：）测量范围： 中子注量率：中子注量率： 2.02.010102 25.05.010101010n/cmn/cm2 2 对应功率：对应功率： 1010-6-6 F