第9章 中子通量测量

二、测量系统的组成
由探测器、测量仪表和显示设备三部分组成。 1、探测器：共8个探测器。 2个源量程探测器，2个中间量程探测器，4个功率量程探测器 安放： 探测器装于两种容器内，容器置于反应堆压力容器外的仪表井内。 一个源量程和一个中间量程探测器同装一个容器内，外径160毫米， 高1953毫米。 功率量程探测器装于外径180毫米，高3200毫米的容器内。
坪长和坪斜的公式：
好的探测器要有较宽的坪。100-300V，坪斜每100V不大于5%。
探测器应工作在坪区，工作电压应选在坪区内靠近 VG 的范围内。
9.3.5 大亚湾核电站中子通量测量 9.3.5.1 堆内中子通量测量 一、功用 中子通量测量数据分两组并行输送给纸带图形 记录仪和集中数据处理系统KIT存盘，存盘数 据再由大容量计算机进行离线处理，输往电站 监督计算机KAP，并由它处理和给出功率分布 图，以上信息用于启堆期间和正常运行期间。
9.2.3.2
流自给能探测器
结构：发射体：钒、铑、银 绝缘体：氧化镁 收集体：不锈钢 电缆： 同轴电缆 外径1.0毫米 原理：发射体材料俘获中子后形成短寿命的 放射性同位素，活化 了发射体在 衰变过程中发射高能电子流，平衡时，电极间的电子 流形成正比于中子注量率的电流，测电流知中子注量率。
驱动机构将微型裂变室从起点沿置于导管内的指形套管，以速度18m / min 插向堆芯底部，然后以低速 3m / min 使微型裂变室上升至堆芯顶部， 再以 3m / min 的低速均匀下降，与此同时，通道测量电路测出微型 裂变室的输出电流。当裂变室到达堆芯底部时，测量停止。 这时驱动机构再以 18m / min 的高速，将裂变室抽回起点。接着再将 裂变室插入第二个通道测量，直至测量完该组的十个通道为止。 裂变室输出的信号送电站计算机分析处理，从而获得堆芯径向和轴 向的通量分布和功率分布。
2、仪表柜：接受探测器的信号，放大处理后输往显示设备和其他 相关系统。
3、显示设备：位于主控制室内和应急停堆盘上，操作员赖以进行 反应堆的各项操作。
三、堆外中子测量系统的原理
1、仪表量程 核仪表系统测量中子通量最小 101 n / cm2 s，最大为 5 *1010 n / cm2 s。为了 覆盖这11个数量级的测量范围，采用了3种量程的探测器。 源量程探测器：测 101 ~ 2 105 n / cm2 s 范围的中子通量。 中间量程探测器：测 2 102 ~ 5 1010 n / cm2 s 范围的中子通量。 功率量程探测器：测 5 102 ~ 5 1010 n / cm2 s 范围的中子通量。 3种探测器的量程有一定的范围重复，这是为了保证反应堆从源水平到 功率水平的整个范围内的控制和保护的连续性，读数相互校核，信号相 互连锁。 显示仪表的量程 1 ~ 107 cps 源量程显示仪表： （中子计数/秒） 中间量程显示仪表： 1011 ~ 103 A （安培） 功率量程显示仪表： （满功率的百分数） 0 ~ 120 % Pn
9.3.3 气体探测器的输出与外加电压的关系
正负离子对在外加电场的作用下做定向运动，正极收集到 的电子数目随外加电压的数值而变化。
N 0 中有部分 Ⅰ：复合区， N < N 0 因复合而消失。 Ⅱ：饱和区，电离室工作区。N = N 0 Ⅲ: 正比区，正比计数管选择的工作 区。 N / N 0 =M常数。M不随 N 0 变。 Ⅳ：有限正比区,M与 N 0 的大小有关 N N 系， 0 比较大时M比较小，N 与 N 0 的正比关系受限。 Ⅴ：G-M区，是G-M计数管工作区， N 定值，与 N 无关。 0
9.3.5.2 堆外中子通量测量
一、功用 运行功能和安全功能 运行功能：向操作员提供反应堆装料、停堆、启动直至 功率运行各工况下的反应堆状态信息。为此，它设有 多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。它还给长棒控制系统提供堆功率信号和 闭锁信号，向松动部件和振动监测系统提供中子噪声 信号。 安全功能：向反应堆保护系统提供多个紧急停堆信号和 允许信号。
:电极收集到的离子对数目 N 0 :带电粒子产生的总的离子对数目
N
9.3.4
探测器工作在饱和区时，探测器有一段坪区.
坪特性
坪曲线：所测中子通量不变，探测器输出随外加电压变化的曲线。 坪：坪曲线上输出不随电压变化的一段，长度称坪长。斜率称坪斜。
VS 起始电压，当电极电压V超过 VS
时，
探测器开始输出。 V VS 后，随V的增加，探测器输出 也迅速增加。 当 VG V VD 时，随着V的增加，输出 变化不大，此区间称为坪区。
9.2.3 种类
9.2.3.1 内转换自给能探测器（快响应自给能中子探测器、铂自给能 中子探测器） 结构：发射体：铂、钴、钪、镉等材料 绝缘体：氧化镁 收集体：不锈钢 外径1.5毫米 电缆：同轴电缆 外径1.0毫米 原理：发射体原子核俘获中子形成激发态的复合核，复合核在退激 过程中辐射 射线， 射线与探测器通过康普顿散射、光电效应及 产生电子对等相互作用，转换为荷能电子，这些电子的发射，形 成了正比于中子注量率的电流，测电流可知中子注量率。
9.2.2 结构
发射体：中心电极，由中子灵敏材料制成，是探测器的核心部分，决定 探测器的物理特性。 收集体：探测器的外壳。由对中子不灵敏的材料制成，厚0.1毫米。 绝缘体：收集体和发射体之间，用无机绝缘材料制成。厚0.2毫米。 电缆： 传递信号，一端与探测器连接，处于相同的强辐射场中。采用 金属屏蔽—无机绝缘—金属芯线同轴电缆。 外径一般是1-3毫米，长度根据需要从几厘米到几米。
9.1 固体探测器
固体探测器：利用辐射与固体的相互作用来进行辐 射测量的探测器。 闪烁计数管：用于剂量监测 自给能探测器：测反应堆中子注量率。 ——秦山三期的堆内测量
9.2.1自给能探测器的基本工作原理
• 在辐射场中，由于物质和辐射场的相互 作用，任何物体都可能发射和吸收荷电 粒子而带电。物体带电的情况与材料及 其几何结构有关，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，它们之间就产生了电势 差，用导线连接它们，则导线中就有电 流流过，它的大小和变化反映出辐射场 的特性和变化。
n /(cm2 s)
换句话说是，在单位时间内进入单位表面积的球内或 穿过单位截面积的中子数。中子注量率也称为中子通 量。
中子注量率测量的分类： 堆内中子注量率测量：中子注量率大于1011(n / cm2 s) 定期监测，提供堆芯功率分布信息，校准堆外核仪表。
堆外中子注量率测量：中子注量率小于 1011(n / cm2 s) 连续监测，测得的信号用于核电厂的控制和保护。 核探测器：把正比于核功率的中子注量率信号转变成 电信号的敏感元件。 分为固体探测器和气体探测器两类。
2、测量原理
热中子射入微型裂变室灵敏体内，打在涂有二氧化 铀的电极上，使 235U核发生裂变。中的带正电的裂 92 变碎片使氩气电离，产生电子-离子对，电子和正 离子在外加电磁场作用下向两级漂移而形成脉冲， 脉冲叠加起来则形成电流。微型裂变室的输出平均 电流为
I 0 Sn
Sn
微型裂变室对热中子的灵敏度 测量区的热中子通量

3、特点 灵敏度高于电离室。当中子能量低时，输出脉冲信 号；当中子能量高时输出脉动电流。 适用于更高的 辐射场的中子探测。
裂变碎片的射程很短，所以裂变材料涂层最厚不超 过 2mg / cm2，为提高探测效率做成多层裂变室。
裂变室测量中子通量一般用于由源量程向功率量程 过渡范围时的中子通量测量。
形成电脉冲。 射线也产生电脉冲，但其幅值较小，可用甄别 放大器将它和反应堆内其他的 射线产生的小幅度脉冲滤除，
只放大 脉冲，从而得到只与中子通量成比例的计数。
3、中间量程探测器—— 补偿电离室
电离室所处的工作场所，都有较强的 场。所以在电离室 的输出信号中含有 产生的电流。这会影响测量中子注量率的 精度和范围。但在功率量程范围内中子通量水平比 通量水平相 比高许多倍，在电离室电流中，中子的贡献比 射线大得多，所 以没必要补偿。 但当 的影响不能忽略时，就要考虑把 的影响补偿掉，为此常 用 补偿电离室。
1、启堆期间的用途 检查寿期开始时堆芯功率分布是否与设计时期望的功 率分布相符。 检查用于事故工况设计的热点因子是否是保守的。 校准堆外测量仪表的电离室。 探测反应堆在装料中可能出现的差错。 2、正常运行时的用途 检查燃耗对应的功率分布是否与设计期望的功率分布 相符。 检查各燃料组件的燃耗。 校准堆外核仪表。
2、源量程探测器——涂硼正比计数管
结构： 中心阳极是直径25微米的不锈钢丝，圆筒形阴极是由高 纯铝制成。
阴极内表面涂丰度为92%的硼，两电极之间相互绝缘。 计数管内充以氩气和少量的二氧化碳。
原理： 入射中子与硼发生核反应
核反应产生的锂离子和 离子使氩气电离，产生电子和正离子 对。在外电场的作用下，电子和正离子分别向阳极和阴极运动，
9.3 气体探测器
9.3.1、结构 加速电压电极（高压电极）、收集电极、电极间充以 气体、探测器内壁涂层物质、绝缘体及支撑结构。
9.3.2、测量原理：
入射中子作用于探测器，与内涂层物质相互作用， 产生带电粒子，带电粒子在运动中使所充气体电离， 产生正负离子，在外加电场作用下，该离子对向两级 运动，形成正比于入射中子的电信号输出。 常用的中子探测器是基于 10 B(n, )7Li 反应。 输出有脉冲信号，也有电流信号，通过电缆输送 到二次仪表显示。
源量程探测器位于堆芯下部四分之一线的高度，大约是源棒所在的 高度，中间量程探测器位于堆芯中线的高度上。功率量程探测器共 有6个敏感段，3个位于堆芯上部，3个位于堆芯下部。 径向看，源量程和中间量程探测器分为2对，分别位于90度和270度 的方位上。4个功率量程探测器布置在4个象限上，保证可以探测到 轴向和径向功率不平衡情况。
主 要 内 容
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9.1 概述 9.2 固体探测器
2
3
9.3 气体探测器
9.1 概述
重要：反应堆的功率正比于单位时间的核裂变率，测 量中子注量率可知反应堆功率。 概念：中子注量率是指空间一定点上，单位时间内接 受到的不论以任何方向进入以该点为中心的小球体的 中子数目除以该球体的最大截面积所得的商，单位是
• 探测器处于辐射场中，发射体和收集体在入射中子的 作用下会发射和吸收荷电粒子而带电，这样在它们之 间就产生了电势差，用导线连接它们，导线中有电流 流过，电流的大小和变化反映了辐射场的特性和变化。 因为发射体的电流直接被测量，不需要对探测器外加 偏压，所以称为“自给能”探测器。 • 测量方式： 1、测充电电极之间的电势差——剂量仪表 2、测流过的电流——通量测量
指套管：空心圆管。沿导向管插入测量通道， 另一端在密封段处，换料时由测量通道抽出。 为探头提高一个通路，并与一回路介质隔离。 导向管：一端焊在压力容器下封头的套管上， 另一端焊在手动隔离阀上。指套管和导向管 的内壁为一回路压力边界。 手动隔离阀：指套管抽出时它手动关闭，达 到主冷却剂密封的目的。
三、堆内中子通量测量系统的运行
探测堆芯有否偏离正常运行。
二、堆内中子通量测量系统的组成
堆芯中子通量测量， 由50个通道组成，被 分为5组，每组10个 通道，每十个通道配 备一只微型裂变室， 共5只微型裂变室， 各由一台机械-电气 驱动机构来驱动。
测量通道内插入指套管，探测器在指套管中 移动，达到在堆芯整个高度上逐点测量的目 的。
反应堆正常运行期间，间断工作，至少每30个等效满功率天启用一 次，设计上最多每周使用一次。在启堆物理试验期间，使用较频繁。
全部通道测量完毕，5个探测器均抽出，插入带有生物屏蔽的保护孔道内。
四、微型裂变室
1、结构
由焊接端塞、同芯包壳、灵敏体组成。微 型裂变室与导电-驱动两用的同轴电缆连接。 外径4.7毫米。长66毫米，灵敏体长27毫 米。它的外壳、外电极以及与之相连的电缆 的材料为不锈钢，绝缘材料为氧化铝。 灵敏体内充有纯度为99.9995%的氩气，电 极表面涂有一层厚度为 0.3mg / cm2 的二氧化 铀， 235U 的丰度为93% 92