核電站儀表崗前培訓(xùn)第九章中子注量率監(jiān)測(cè)儀表.ppt

第九章中子注量率 中子通量 監(jiān)測(cè)儀表堆功率與每秒發(fā)生的裂變數(shù)成正比 設(shè)中子通量密度平均值為 可裂變核數(shù)為N 裂變截面為 f 則每秒發(fā)生的核裂變數(shù)等于N f 已知每次裂變釋放能量E 堆芯體積V 可得到堆芯總功率的近似值為P VEN f 式中E 200MeV 3 2 10 11J 由于反應(yīng)堆的核功率正比于反應(yīng)堆的注量率水平 所以可以通過測(cè)量反應(yīng)堆的中子通注量率來反映反應(yīng)堆的核功率 中子注量率測(cè)量分為 堆外中子注量率測(cè)量 連續(xù)監(jiān)測(cè) 和堆內(nèi)中子注量率測(cè)量 定期監(jiān)測(cè) 以1011 n cm 2s 1 為界來劃分堆內(nèi)和堆外 測(cè)量中子注量率的核儀表中使用的敏感元件為中子探測(cè)器 堆內(nèi)所采用的核檢測(cè)儀表是微型裂變室或自給能探測(cè)器 堆外所采用的核檢測(cè)儀表是涂硼正比計(jì)數(shù)管 補(bǔ)償電離室及長電離室等 第一節(jié)中子探測(cè)器作用 把正比于核功率的中子注量率信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào) 原理 探測(cè)器的結(jié)構(gòu) 測(cè)量方法各不相同 但歸納起來都是利用中子與核發(fā)生的各種反應(yīng) 例如核反應(yīng) 核裂變等 直接或間接地測(cè)量中子通量密度 中子探測(cè)器分類電離室氣體探測(cè)器 裂變室計(jì)數(shù)管常用的中子探測(cè)器 中子閃爍探測(cè)器固體探測(cè)器 自給能探測(cè)器 一 固體探測(cè)器 1 自給能探測(cè)器的原理物質(zhì)與輻射場相互作用 因發(fā)射和吸收荷電粒子而帶電 置于輻射場中的兩種相互絕緣的導(dǎo)體 或半導(dǎo)體 由于帶電情況和程度不同 它們之間就產(chǎn)生了電勢(shì)差 2 自給能探測(cè)器的結(jié)構(gòu) 3 自給能探測(cè)器的種類 1 內(nèi)轉(zhuǎn)換自給能探測(cè)器 又稱快響應(yīng)自給能探測(cè)器 基本結(jié)構(gòu) 發(fā)射體 絕緣體 收集體及電纜組成 發(fā)射體 鉑或鈷 鈧 鎘等材料制成 絕緣體 氧化鎂制成 收集體 外徑1 5mm的不銹鋼制成 電纜 外徑1 0mm的同軸電纜 工作原理 2 流自給能探測(cè)器響應(yīng)自給能探測(cè)器發(fā)射體 釩 銠 銀等材料制成 絕緣體 氧化鎂制成 收集體 外徑1 5mm的不銹鋼制成 電纜 外徑1 0mm的同軸電纜 工作原理 二 氣體探測(cè)器1 工作原理 利用氣體電離 電離的粒子在外加電場的作用下向收集極運(yùn)動(dòng) 從而在外電路形成電信號(hào) 基本結(jié)構(gòu) 加速電壓電極 高壓電極 收集電極 電極之間的氣體以及支撐結(jié)構(gòu)和絕緣體等組成 常用的中子探測(cè)器是基于10B n 7Li反應(yīng) 2 氣體探測(cè)器的輸出與外加電壓的關(guān)系 坪 不隨V而改變的一段曲線稱為探測(cè)器的 坪 坪長 坪的長度 坪長 VD VG 坪斜 3 反應(yīng)堆中子注量率測(cè)量中常用的幾種氣體探測(cè)器 1 電離室用于收集和測(cè)量由入射輻射以及來自電離室結(jié)構(gòu)的次級(jí)輻射與電離室內(nèi)確定的已知體積的氣體相互作用而產(chǎn)生的離子和電子電荷 有圓筒形和平板形兩種結(jié)構(gòu) 按產(chǎn)生的信號(hào)的不同可分為兩類 脈沖電離室 累計(jì)或電流型電離室1 長電離室 長電離室與反應(yīng)堆堆芯一樣長 它由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的短電離室構(gòu)成 分為上下兩段 它是一種硼電離室 入射中子與硼發(fā)生核反應(yīng) 主要特性 測(cè)量范圍 約為102n cm2 s 1010n cm2 s 中子靈敏度 約為10 13A n cm 2 s 1 最高線性電流 約為10 3A 工作電壓 200V 1000V 坪斜15m 2 補(bǔ)償電離室在反應(yīng)堆中 射線是很強(qiáng)的 對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響 采用 補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ溆绊?主要特性 中子靈敏度 脈沖式約 0 8c n cm2 s 電流式約 2 10 13A n cm2 s 最高線性計(jì)數(shù)率 約為5 105計(jì)數(shù) S 工作電壓 200V 800V 坪長 約250V 坪斜 3 100V 絕緣電阻 信號(hào)線與管殼之間的電阻 5 109 分布電容 300pf 所帶電纜長度 15m 3 微型裂變室由焊接端塞 同芯包殼及測(cè)量體三部分組成 因?yàn)榱炎兯槠a(chǎn)生的能量比核反應(yīng)產(chǎn)生次級(jí)粒子的能量大得多 所以裂變電離室的靈敏度比硼電離室更高 射線影響更小 更適合與更高 輻射場內(nèi)的中子探測(cè) 4 計(jì)數(shù)管正比計(jì)數(shù)管的脈沖信號(hào)與入射粒子在管內(nèi)所產(chǎn)生的初級(jí)電離的離子對(duì)的數(shù)目成正比 如果粒子射程不長而可停止在管內(nèi)氣體中 則該粒子的種類 數(shù)目和個(gè)數(shù)可被探測(cè)到 在甄別電路的配合下 可把 射線所產(chǎn)生的較小的脈沖甄別掉 而只記錄 粒子 常有的計(jì)數(shù)管有涂硼正比計(jì)數(shù)管和BF3正比計(jì)數(shù)管 1 涂硼正比計(jì)數(shù)管 中心陽極絲是由 25 m的不銹鋼做成 圓筒形陰極是由高純度鋁制成 陰極內(nèi)表面涂以豐度為92 的硼10B 兩電極之間相互絕緣 計(jì)數(shù)管內(nèi)充以氬氣 Ar 和少量的二氧化碳 CO2 計(jì)數(shù)管長558mm 2 BF3正比計(jì)數(shù)管 第二節(jié)壓水堆核電廠堆外中子注量率監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 堆外核儀表系統(tǒng) 壓水堆核電廠中子注量率測(cè)量分為堆外中子注量率監(jiān)測(cè)和堆內(nèi)中子注量率監(jiān)測(cè)兩部分 要求中子注量率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)堆的核功率進(jìn)行連續(xù)不斷的測(cè)量和監(jiān)視 核功率的動(dòng)態(tài)變化達(dá)10個(gè)數(shù)量級(jí)以上 堆外中子注量率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常采用三種不同量程的通道 源量程通道 中間量程通道和功率量程通道 1 可移動(dòng)式堆芯測(cè)量儀表用于刻度堆外核儀表 監(jiān)測(cè)燃料孔道的熱點(diǎn)因子變化 軸向和徑向的功率分布 以提高燃料利用率 2 堆外核儀表對(duì)反應(yīng)堆總的核功率及功率的軸向分布進(jìn)行測(cè)量 用作功率監(jiān)視 控制 報(bào)警以及反應(yīng)堆保護(hù)等 一 堆外中子注量率監(jiān)測(cè)儀表的功能監(jiān)督反應(yīng)堆內(nèi)中子通量的變化情況 并為反應(yīng)堆運(yùn)行及其安全提供信息 1 信息和控制功能 1 提供信號(hào) 記錄和顯示信號(hào) 向操縱員提供反應(yīng)堆裝料 停堆 啟動(dòng)和功率運(yùn)行各工況下的反應(yīng)堆狀態(tài)信息 多種量程的堆外核儀表 監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率 功率變化及功率分布 2 控制信號(hào) 功率量程的信號(hào)用于棒控程序 3 中子噪音測(cè)量線路的輸出用來評(píng)估反應(yīng)堆內(nèi)部構(gòu)件的松動(dòng)和振動(dòng) 4 監(jiān)測(cè)徑向功率傾斜和軸向功率偏差 停堆和啟動(dòng)期間中子視聽計(jì)數(shù) 保護(hù)功能向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)RPR提供多個(gè)緊急停堆信號(hào)和允許信號(hào) 防止反應(yīng)堆發(fā)生超功率 提供中子注量率高和注量率變化高信號(hào) 二 核儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 量程范圍及量程內(nèi)通道配置 2個(gè)源量程通道 正比計(jì)數(shù)管CP 2個(gè)中間量程通道 補(bǔ)償電離室CIC 4個(gè)功率量程通道 非補(bǔ)償電離室CIMC 源量程通道 正比計(jì)數(shù)管CP 測(cè)量范圍 中子注量率 10 1 2 105n cm2 對(duì)應(yīng)功率 10 9 FP 10 3 FP中間量程通道 補(bǔ)償電離室CIC 測(cè)量范圍 中子注量率 2 0 102 5 0 1010n cm2 對(duì)應(yīng)功率 10 6 FP 100 FP功率量程通道 非補(bǔ)償電離室CIMC 測(cè)量范圍 中子注量率 5 102 5 1010n cm2 對(duì)應(yīng)功率 10 1 FP 100 FP 2 核測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行中操縱員干預(yù)的水平 3 可靠性要求 要考慮 單一故障準(zhǔn)則 冗余 通道的獨(dú)立性 在役檢驗(yàn) 檢測(cè)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)相互影響 旁路控制 4 核測(cè)量儀表的特殊性5 核檢測(cè)儀表設(shè)計(jì)中遵循的準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn) 探測(cè)器徑向布置 3 壓水堆核電廠堆外核儀表系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)以廣東大亞灣核電站為例 探測(cè)器軸向布置 探測(cè)器圓筒形支架的安裝機(jī)構(gòu) 核儀表系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的探測(cè)位置 1 源量程通道 1 探測(cè)器 測(cè)量范圍 10 1 2 105n cm2 s 或10 9 FP 10 3 FP 類型 涂硼正比計(jì)數(shù)管 組成 密封包殼 內(nèi)壁涂硼 管內(nèi)充氬氣和少量二氧化碳 外加高壓直流電源 2 兩個(gè)獨(dú)立的重復(fù)通道組成由2個(gè)獨(dú)立的相同線路組成在停堆期間和啟動(dòng)初始階段的中子注量率冗余測(cè)量 源量程測(cè)量通道 CNS 源量程探測(cè)通道 甄別放大原理 射線也產(chǎn)生幅值較小的電流脈沖 故用甑別放大電路濾除它和反應(yīng)堆內(nèi)其他 射線產(chǎn)生的小幅度電流脈沖 放大粒子產(chǎn)生的電流脈沖 從而得到只與中子注量率成正比的計(jì)數(shù)脈沖 源量程測(cè)量通道給主控室提供的信息 3 周期測(cè)量反應(yīng)堆功率的變化可以表示成其中P0為t 0時(shí)的功率 T是反應(yīng)堆功率增長的周期 它表示反應(yīng)堆的功率水平變化e 2 716 倍所需要的時(shí)間 Td 倍增時(shí)間 也稱倍增周期 它表示反應(yīng)堆的功率水平變化1倍所需要的時(shí)間 根據(jù)上式可以寫成 說明倍增時(shí)間Td與功率對(duì)數(shù)的導(dǎo)數(shù)成反比 結(jié)論 對(duì)數(shù)放大器的輸出通過周期計(jì)的微分即可以得到表示倍增時(shí)間的信號(hào) 顯示和記錄 對(duì)數(shù)放大器的輸出作為計(jì)數(shù)率顯示和記錄的信號(hào) 作為保護(hù)信號(hào) 2 中間量程測(cè)量通道 CNI 由2個(gè)獨(dú)立的相同線路組成 測(cè)量范圍 2 102 5 1010n cm2 s 或10 6 FP 100 FP類型 補(bǔ)償電離室組成 兩個(gè)同軸的圓柱形電離室 一個(gè)涂硼 一個(gè)不涂硼 電離室內(nèi)充氬氣 涂硼電離室外電極接正電壓 內(nèi)電極接負(fù)電壓 不涂硼電離室外電極接負(fù)電壓 內(nèi)電極接正電壓 中間量程測(cè)量通道 CNI 中間量程測(cè)量通道 3 功率量程通道 由4個(gè)獨(dú)立的相同線路組成 在反應(yīng)堆功率運(yùn)行期間堆芯上部和下部以及平均功率的中子注量率冗余測(cè)量 測(cè)量范圍 5 102 5 1010n cm2 s 或10 1 FP 200 FP 類型 長電離室組成 6個(gè)敏感段構(gòu)成 3個(gè)布置于堆芯上部 3個(gè)布置于堆芯下部 在功率量程階段 產(chǎn)生的脈沖電流相對(duì)于 粒子產(chǎn)生的脈沖電流可以忽略不計(jì) 故不需甄別電路或進(jìn)行 補(bǔ)償 功率量程測(cè)量通道 CNP 功率量程測(cè)量通道 功率量程測(cè)量值用于 移動(dòng)控制棒 顯示 記錄反應(yīng)堆功率 計(jì)算反應(yīng)性 監(jiān)視堆芯的徑向功率分布的不平衡度監(jiān)視堆芯的功率分布啟動(dòng)反應(yīng)堆保護(hù) 第三節(jié)壓水堆核電廠堆芯中子注量率測(cè)量系統(tǒng)堆芯的的環(huán)境一 堆內(nèi)中子通量測(cè)量系統(tǒng)1 完成的任務(wù) 1 證實(shí)計(jì)算的堆芯性能 2 證實(shí)堆芯的運(yùn)行安全裕量 3 為燃料管理提供輸入數(shù)據(jù) 4 探測(cè)氙引起的功率不對(duì)稱性或振蕩的出現(xiàn) 5 校準(zhǔn)堆外核檢測(cè)儀表 2 測(cè)點(diǎn)位置 大亞灣核電站 3 系統(tǒng)組成共設(shè)50個(gè)探測(cè)點(diǎn) 只用了5個(gè)探測(cè)器 它們當(dāng)中的每一個(gè)都可以通過一定的方式對(duì)10個(gè)通道中的中子通量密度進(jìn)行測(cè)量 1 測(cè)量通道 測(cè)量通道 指套管 探測(cè)器和導(dǎo)向管之間的關(guān)系 堆內(nèi)中子注