核電站儀表崗前培訓第九章中子注量率監(jiān)測儀表.ppt

第九章中子注量率 中子通量 監(jiān)測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 中子注量率測量分為 堆外中子注量率測量 連續(xù)監(jiān)測 和堆內(nèi)中子注量率測量 定期監(jiān)測 以1011 n cm 2s 1 為界來劃分堆內(nèi)和堆外 測量中子注量率的核儀表中使用的敏感元件為中子探測器 堆內(nèi)所采用的核檢測儀表是微型裂變室或自給能探測器 堆外所采用的核檢測儀表是涂硼正比計數(shù)管 補償電離室及長電離室等 第一節(jié)中子探測器作用 把正比于核功率的中子注量率信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?原理 探測器的結(jié)構(gòu) 測量方法各不相同 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 直接或間接地測量中子通量密度 中子探測器分類電離室氣體探測器 裂變室計數(shù)管常用的中子探測器 中子閃爍探測器固體探測器 自給能探測器 一 固體探測器 1 自給能探測器的原理物質(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體 或半導體 由于帶電情況和程度不同 它們之間就產(chǎn)生了電勢差 2 自給能探測器的結(jié)構(gòu) 3 自給能探測器的種類 1 內(nèi)轉(zhuǎn)換自給能探測器 又稱快響應(yīng)自給能探測器 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 流自給能探測器響應(yīng)自給能探測器發(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動 從而在外電路形成電信號 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 常用的中子探測器是基于10B n 7Li反應(yīng) 2 氣體探測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)堆中子注量率測量中常用的幾種氣體探測器 1 電離室用于收集和測量由入射輻射以及來自電離室結(jié)構(gòu)的次級輻射與電離室內(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)生的信號的不同可分為兩類 脈沖電離室 累計或電流型電離室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 補償電離室在反應(yīng)堆中 射線是很強的 對測量產(chǎn)生影響 采用 補償?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 最高線性計數(shù)率 約為5 105計數(shù) S 工作電壓 200V 800V 坪長 約250V 坪斜 3 100V 絕緣電阻 信號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 同芯包殼及測量體三部分組成 因為裂變碎片產(chǎn)生的能量比核反應(yīng)產(chǎn)生次級粒子的能量大得多 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 4 計數(shù)管正比計數(shù)管的脈沖信號與入射粒子在管內(nèi)所產(chǎn)生的初級電離的離子對的數(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)目和個數(shù)可被探測到 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 常有的計數(shù)管有涂硼正比計數(shù)管和BF3正比計數(shù)管 1 涂硼正比計數(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 計數(shù)管內(nèi)充以氬氣 Ar 和少量的二氧化碳 CO2 計數(shù)管長558mm 2 BF3正比計數(shù)管 第二節(jié)壓水堆核電廠堆外中子注量率監(jiān)測系統(tǒng) 堆外核儀表系統(tǒng) 壓水堆核電廠中子注量率測量分為堆外中子注量率監(jiān)測和堆內(nèi)中子注量率監(jiān)測兩部分 要求中子注量率監(jiān)測系統(tǒng)對反應(yīng)堆的核功率進行連續(xù)不斷的測量和監(jiān)視 核功率的動態(tài)變化達10個數(shù)量級以上 堆外中子注量率監(jiān)測系統(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 可移動式堆芯測量儀表用于刻度堆外核儀表 監(jiān)測燃料孔道的熱點因子變化 軸向和徑向的功率分布 以提高燃料利用率 2 堆外核儀表對反應(yīng)堆總的核功率及功率的軸向分布進行測量 用作功率監(jiān)視 控制 報警以及反應(yīng)堆保護等 一 堆外中子注量率監(jiān)測儀表的功能監(jiān)督反應(yīng)堆內(nèi)中子通量的變化情況 并為反應(yīng)堆運行及其安全提供信息 1 信息和控制功能 1 提供信號 記錄和顯示信號 向操縱員提供反應(yīng)堆裝料 停堆 啟動和功率運行各工況下的反應(yīng)堆狀態(tài)信息 多種量程的堆外核儀表 監(jiān)測反應(yīng)堆功率 功率變化及功率分布 2 控制信號 功率量程的信號用于棒控程序 3 中子噪音測量線路的輸出用來評估反應(yīng)堆內(nèi)部構(gòu)件的松動和振動 4 監(jiān)測徑向功率傾斜和軸向功率偏差 停堆和啟動期間中子視聽計數(shù) 保護功能向反應(yīng)堆保護系統(tǒng)RPR提供多個緊急停堆信號和允許信號 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 二 核儀表系統(tǒng)的設(shè)計原則 量程范圍及量程內(nèi)通道配置 2個源量程通道 正比計數(shù)管CP 2個中間量程通道 補償電離室CIC 4個功率量程通道 非補償電離室CIMC 源量程通道 正比計數(shù)管CP 測量范圍 中子注量率 10 1 2 105n cm2 對應(yīng)功率 10 9 FP 10 3 FP中間量程通道 補償電離室CIC 測量范圍 中子注量率 2 0 102 5 0 1010n cm2 對應(yīng)功率 10 6 FP 100 FP功率量程通道 非補償電離室CIMC 測量范圍 中子注量率 5 102 5 1010n cm2 對應(yīng)功率 10 1 FP 100 FP 2 核測量系統(tǒng)運行中操縱員干預(yù)的水平 3 可靠性要求 要考慮 單一故障準則 冗余 通道的獨立性 在役檢驗 檢測系統(tǒng)和保護系統(tǒng)相互影響 旁路控制 4 核測量儀表的特殊性5 核檢測儀表設(shè)計中遵循的準則和標準 探測器徑向布置 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 探測器軸向布置 探測器圓筒形支架的安裝機構(gòu) 核儀表系統(tǒng)運行時的探測位置 1 源量程通道 1 探測器 測量范圍 10 1 2 105n cm2 s 或10 9 FP 10 3 FP 類型 涂硼正比計數(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 兩個獨立的重復(fù)通道組成由2個獨立的相同線路組成在停堆期間和啟動初始階段的中子注量率冗余測量 源量程測量通道 CNS 源量程探測通道 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數(shù)脈沖 源量程測量通道給主控室提供的信息 3 周期測量反應(yīng)堆功率的變化可以表示成其中P0為t 0時的功率 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 倍所需要的時間 Td 倍增時間 也稱倍增周期 它表示反應(yīng)堆的功率水平變化1倍所需要的時間 根據(jù)上式可以寫成 說明倍增時間Td與功率對數(shù)的導數(shù)成反比 結(jié)論 對數(shù)放大器的輸出通過周期計的微分即可以得到表示倍增時間的信號 顯示和記錄 對數(shù)放大器的輸出作為計數(shù)率顯示和記錄的信號 作為保護信號 2 中間量程測量通道 CNI 由2個獨立的相同線路組成 測量范圍 2 102 5 1010n cm2 s 或10 6 FP 100 FP類型 補償電離室組成 兩個同軸的圓柱形電離室 一個涂硼 一個不涂硼 電離室內(nèi)充氬氣 涂硼電離室外電極接正電壓 內(nèi)電極接負電壓 不涂硼電離室外電極接負電壓 內(nèi)電極接正電壓 中間量程測量通道 CNI 中間量程測量通道 3 功率量程通道 由4個獨立的相同線路組成 在反應(yīng)堆功率運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量 測量范圍 5 102 5 1010n cm2 s 或10 1 FP 200 FP 類型 長電離室組成 6個敏感段構(gòu)成 3個布置于堆芯上部 3個布置于堆芯下部 在功率量程階段 產(chǎn)生的脈沖電流相對于 粒子產(chǎn)生的脈沖電流可以忽略不計 故不需甄別電路或進行 補償 功率量程測量通道 CNP 功率量程測量通道 功率量程測量值用于 移動控制棒 顯示 記錄反應(yīng)堆功率 計算反應(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反應(yīng)堆保護 第三節(jié)壓水堆核電廠堆芯中子注量率測量系統(tǒng)堆芯的的環(huán)境一 堆內(nèi)中子通量測量系統(tǒng)1 完成的任務(wù) 1 證實計算的堆芯性能 2 證實堆芯的運行安全裕量 3 為燃料管理提供輸入數(shù)據(jù) 4 探測氙引起的功率不對稱性或振蕩的出現(xiàn) 5 校準堆外核檢測儀表 2 測點位置 大亞灣核電站 3 系統(tǒng)組成共設(shè)50個探測點 只用了5個探測器 它們當中的每一個都可以通過一定的方式對10個通道中的中子通量密度進行測量 1 測量通道 測量通道 指套管 探測器和導向管之間的關(guān)系 堆內(nèi)中子注