核反應(yīng)堆儀表4

1、School of Nuclear Science and Technology反應(yīng)堆功率測(cè)量?jī)x表及系統(tǒng)：測(cè)量反應(yīng)堆功率測(cè)量?jī)x表及系統(tǒng)：測(cè)量反應(yīng)堆功率和監(jiān)反應(yīng)堆功率和監(jiān)督堆內(nèi)中子通量密度變化情況督堆內(nèi)中子通量密度變化情況。為操縱員、調(diào)節(jié)。為操縱員、調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和信號(hào)，保證反應(yīng)堆的系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和信號(hào)，保證反應(yīng)堆的正常運(yùn)行和安全。正常運(yùn)行和安全。運(yùn)行功能：向操縱員提供反應(yīng)堆裝料、停堆、啟動(dòng)、運(yùn)行功能：向操縱員提供反應(yīng)堆裝料、停堆、啟動(dòng)、功率運(yùn)行等工況下的反應(yīng)堆狀態(tài)信息。功率運(yùn)行等工況下的反應(yīng)堆狀態(tài)信息。安全功能：向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)提供多個(gè)緊急停堆信安全功能：向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)提

2、供多個(gè)緊急停堆信號(hào)和允許信號(hào)。號(hào)和允許信號(hào)。第第3章章 堆芯外核檢測(cè)儀表及系統(tǒng)堆芯外核檢測(cè)儀表及系統(tǒng)School of Nuclear Science and Technology3.1 堆芯外的定義堆芯外的定義3.2 核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率的測(cè)量3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.5 壓水堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)壓水堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.6 快堆堆芯外核檢測(cè)儀表快堆堆芯外核檢測(cè)儀表第第3章章 堆芯外核檢測(cè)儀表及系統(tǒng)堆芯外核檢測(cè)儀表及系統(tǒng)School of Nuclear Science and Technology3.1

3、堆芯外的定義堆芯外的定義堆芯邊界的中子通量密度堆芯邊界的中子通量密度一般為一般為10101111n.cmn.cm-2-2.s.s-1-1在額定功率下壓水堆典型在額定功率下壓水堆典型的堆芯外位置上的中子通的堆芯外位置上的中子通量密度、量密度、照射率和溫度照射率和溫度的量值。的量值。School of Nuclear Science and Technology3.2 核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：任何測(cè)量？任何測(cè)量？核反應(yīng)堆功率的直接度量是所產(chǎn)生的熱，可以通過(guò)熱量核反應(yīng)堆功率的直接度量是所產(chǎn)生的熱，可以通過(guò)熱量來(lái)測(cè)量嗎？來(lái)測(cè)量嗎？由于熱慣性由于熱

4、慣性，熱是一種十分緩慢的指示量。，熱是一種十分緩慢的指示量。核輻射：瞬發(fā)輻射（裂變碎片、核輻射：瞬發(fā)輻射（裂變碎片、中子）、中子）School of Nuclear Science and Technology3.2 核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：任何測(cè)量？任何測(cè)量？核反應(yīng)堆功率的直接度量是所產(chǎn)生的熱，可以通過(guò)熱量核反應(yīng)堆功率的直接度量是所產(chǎn)生的熱，可以通過(guò)熱量來(lái)測(cè)量嗎？來(lái)測(cè)量嗎？由于熱慣性由于熱慣性，熱是一種十分緩慢的指示量。，熱是一種十分緩慢的指示量。核輻射：瞬發(fā)輻射（裂變碎片、核輻射：瞬發(fā)輻射（裂變碎片、中子中子）瞬發(fā)中子、緩發(fā)中子瞬發(fā)中

5、子、緩發(fā)中子核裂變后核裂變后10-1410-17s內(nèi)發(fā)射出來(lái)的中子稱(chēng)為瞬發(fā)中子，內(nèi)發(fā)射出來(lái)的中子稱(chēng)為瞬發(fā)中子，約占裂變中子的約占裂變中子的99以上；在裂變后約零點(diǎn)幾秒鐘到幾以上；在裂變后約零點(diǎn)幾秒鐘到幾分鐘之間由某些裂變碎片陸續(xù)發(fā)射出來(lái)的中子，稱(chēng)為緩分鐘之間由某些裂變碎片陸續(xù)發(fā)射出來(lái)的中子，稱(chēng)為緩發(fā)中子。緩發(fā)中子約占發(fā)中子。緩發(fā)中子約占1左右。左右。School of Nuclear Science and Technology3.2 核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)堆功率由堆內(nèi)單位時(shí)間裂變反應(yīng)的總數(shù)一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)堆功率由堆內(nèi)單位時(shí)

6、間裂變反應(yīng)的總數(shù)來(lái)決定，即瞬發(fā)中子數(shù)決定。來(lái)決定，即瞬發(fā)中子數(shù)決定。但是，當(dāng)反應(yīng)堆達(dá)到穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行或處于功率變化不快但是，當(dāng)反應(yīng)堆達(dá)到穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行或處于功率變化不快而可以當(dāng)作一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程時(shí)，由于前一時(shí)刻的緩發(fā)中而可以當(dāng)作一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程時(shí)，由于前一時(shí)刻的緩發(fā)中子補(bǔ)償了后一時(shí)刻的緩發(fā)中子，因而可以認(rèn)為裂變釋放子補(bǔ)償了后一時(shí)刻的緩發(fā)中子，因而可以認(rèn)為裂變釋放的中子都是瞬時(shí)釋放的。這樣，反應(yīng)堆功率可以用測(cè)得的中子都是瞬時(shí)釋放的。這樣，反應(yīng)堆功率可以用測(cè)得的中子通量密度得到。的中子通量密度得到。實(shí)際上，測(cè)量的是一個(gè)達(dá)到平衡后的中子通量密度。實(shí)際上，測(cè)量的是一個(gè)達(dá)到平衡后的中子通量密度。School o

7、f Nuclear Science and Technology3.2 核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：核反應(yīng)堆功率測(cè)量原理：以以235U為核燃料，平均熱中子通量密度為為核燃料，平均熱中子通量密度為(n.cm-2.s-1)的的反應(yīng)堆功率反應(yīng)堆功率P（MW）可以用下式表示：）可以用下式表示：P=Vf5Ef5V(cm3)：由反應(yīng)堆裝料的：由反應(yīng)堆裝料的235U質(zhì)量所得到的質(zhì)量所得到的235U所占體積所占體積； f5 ：235U的宏觀(guān)裂變反應(yīng)截面；的宏觀(guān)裂變反應(yīng)截面； Ef5：裂變能。裂變能。反應(yīng)堆的功率為：反應(yīng)堆的功率為：P=m/1928.02001.610-19=471

8、.58m(MW)反應(yīng)堆建成裝料后反應(yīng)堆建成裝料后235U的質(zhì)量的質(zhì)量m（g）是一定的，只要測(cè)）是一定的，只要測(cè)得中子通量密度得中子通量密度（n.cm-2.s-1），就可以得到反應(yīng)堆功），就可以得到反應(yīng)堆功率率P（MW）。）。 School of Nuclear Science and Technology3.2 核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆周期測(cè)量原理：核反應(yīng)堆周期測(cè)量原理： 周期？周期？在反應(yīng)堆物理中，反應(yīng)堆周期定義為反應(yīng)堆內(nèi)中子密度在反應(yīng)堆物理中，反應(yīng)堆周期定義為反應(yīng)堆內(nèi)中子密度變化變化e倍所需的時(shí)間，用倍所需的時(shí)間，用T表示。表示。設(shè)在反應(yīng)堆內(nèi)中子以相同的速度設(shè)在反應(yīng)堆內(nèi)

9、中子以相同的速度v雜亂無(wú)章地運(yùn)動(dòng)，堆雜亂無(wú)章地運(yùn)動(dòng)，堆內(nèi)平均中子通量密度內(nèi)平均中子通量密度nv，則反應(yīng)堆功率與周期的關(guān)，則反應(yīng)堆功率與周期的關(guān)系系School of Nuclear Science and Technology3.2 核反應(yīng)堆功率的測(cè)量核反應(yīng)堆功率的測(cè)量可見(jiàn)，只要把測(cè)得的功率信號(hào)送到對(duì)數(shù)電路進(jìn)行對(duì)數(shù)變可見(jiàn)，只要把測(cè)得的功率信號(hào)送到對(duì)數(shù)電路進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，變換后的信號(hào)再送到微分電路進(jìn)行微分運(yùn)算，就可換，變換后的信號(hào)再送到微分電路進(jìn)行微分運(yùn)算，就可得到反比于反應(yīng)堆周期的信號(hào)，從而求得反應(yīng)堆周期得到反比于反應(yīng)堆周期的信號(hào)，從而求得反應(yīng)堆周期T T。反應(yīng)堆周期的符號(hào)、大小可以反映反應(yīng)堆內(nèi)

10、中子增減。反應(yīng)堆周期的符號(hào)、大小可以反映反應(yīng)堆內(nèi)中子增減變化，所以反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)反應(yīng)堆周期是個(gè)被密切監(jiān)視和變化，所以反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)反應(yīng)堆周期是個(gè)被密切監(jiān)視和控制的重要參數(shù)。控制的重要參數(shù)。為實(shí)用方便，也測(cè)量反應(yīng)堆功率變化兩倍的時(shí)間為實(shí)用方便，也測(cè)量反應(yīng)堆功率變化兩倍的時(shí)間t td d，t td d稱(chēng)為反應(yīng)堆功率倍增時(shí)間。稱(chēng)為反應(yīng)堆功率倍增時(shí)間。測(cè)量測(cè)量t td d的原理與的原理與T T相同。相同。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法中子和其他輻射一樣，也是靠中子和

11、物質(zhì)的某種相互中子和其他輻射一樣，也是靠中子和物質(zhì)的某種相互作用來(lái)探測(cè)的。作用來(lái)探測(cè)的。但中子不帶電，和物質(zhì)中的電子不發(fā)生作用的，不能但中子不帶電，和物質(zhì)中的電子不發(fā)生作用的，不能直接引起電離，而要靠中子和原子核相互作用產(chǎn)直接引起電離，而要靠中子和原子核相互作用產(chǎn)生能引起電離反應(yīng)的次級(jí)程粒子才被記錄。生能引起電離反應(yīng)的次級(jí)程粒子才被記錄。中子和原子核的相互作用有：產(chǎn)生帶電粒子的核反應(yīng)中子和原子核的相互作用有：產(chǎn)生帶電粒子的核反應(yīng)、核反沖、核裂變、活化等。、核反沖、核裂變、活化等。這也是探測(cè)中子的這也是探測(cè)中子的4 種原理。種原理。School of Nuclear Science and Te

12、chnology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法1 核反應(yīng)法核反應(yīng)法核反應(yīng)法即利用產(chǎn)生帶電粒子核反應(yīng)核反應(yīng)法即利用產(chǎn)生帶電粒子核反應(yīng)(n,b)，通過(guò)，通過(guò)探測(cè)探測(cè)帶電粒子帶電粒子（b表示）來(lái)間接探測(cè)中子的方法。表示）來(lái)間接探測(cè)中子的方法。中子本身不帶電，它和物質(zhì)中原子核之間沒(méi)有庫(kù)侖斥中子本身不帶電，它和物質(zhì)中原子核之間沒(méi)有庫(kù)侖斥力，因此比較容易進(jìn)入原子核，發(fā)生核反應(yīng)。選力，因此比較容易進(jìn)入原子核，發(fā)生核反應(yīng)。選擇某種能產(chǎn)生帶電粒子的核反應(yīng)，記錄帶電粒子擇某種能產(chǎn)生帶電粒子的核反應(yīng)，記錄帶電粒子引起的電離現(xiàn)象就可探測(cè)中子。這方法主要用于

13、引起的電離現(xiàn)象就可探測(cè)中子。這方法主要用于探測(cè)慢中子的強(qiáng)度，在個(gè)別情況下，也可用以測(cè)探測(cè)慢中子的強(qiáng)度，在個(gè)別情況下，也可用以測(cè)量快中子能譜。量快中子能譜。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法1 核反應(yīng)法核反應(yīng)法核反應(yīng)法中，應(yīng)用最廣泛的是以下三種核反應(yīng)：核反應(yīng)法中，應(yīng)用最廣泛的是以下三種核反應(yīng)：3He+np+T+0.764MeV =(532710)b6Li+n+T+4.780MeV =(9414)b10B+n+7Li+2.792MeV 6.1% +7Li*+2.

14、310MeV 93.9% =(38379)b 7Li*7Li+0.478MeVSchool of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法1 核反應(yīng)法核反應(yīng)法反應(yīng)截面反應(yīng)截面School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法1 核反應(yīng)法核反應(yīng)法10B（n，）7Li應(yīng)用最廣泛。應(yīng)用最廣泛。因?yàn)槁凶优c因?yàn)槁凶优c10B 的的反應(yīng)截面大反應(yīng)截面大，反應(yīng)能也大反應(yīng)能也大

15、，產(chǎn)生，產(chǎn)生的的粒子和粒子和Li核能量較大，分別為核能量較大，分別為7/11Q和和4/11Q，很，很容被探測(cè)；容被探測(cè)；硼材料容易得到硼材料容易得到，可用氣態(tài)，可用氣態(tài)BF3，也可用，也可用固態(tài)單質(zhì)硼或氧化硼，并且天然硼中固態(tài)單質(zhì)硼或氧化硼，并且天然硼中10B的含量也較的含量也較高，約占高，約占19.8。為提高探測(cè)效率，濃縮到為提高探測(cè)效率，濃縮到96%以上。以上。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法1 1 核反應(yīng)法核反應(yīng)法6 6LiLi（n,n,）T T反應(yīng)

16、放出的反應(yīng)放出的能量最大能量最大，放出的，放出的T T 和和的動(dòng)能分別的動(dòng)能分別為為2.73MeV2.73MeV和和2.05MeV2.05MeV以上，也比較以上，也比較容易探測(cè)容易探測(cè)，缺點(diǎn)是，缺點(diǎn)是6 6LiLi不存不存在合適的氣態(tài)化合物，只能用于固體探測(cè)器在合適的氣態(tài)化合物，只能用于固體探測(cè)器, ,而且天然鋰中而且天然鋰中6 6LiLi的含量只有的含量只有7.5%7.5%。為提高探測(cè)效率，濃縮。為提高探測(cè)效率，濃縮6 6LiLi 達(dá)達(dá)90-95%90-95%，但價(jià)，但價(jià)格高。格高。3 3HeHe（n n，p p）T T反應(yīng)反應(yīng)截面最大截面最大，但放出能量最小，探測(cè)器不容易，但放出能量最小，

17、探測(cè)器不容易去除去除本底；而且天然氦中本底；而且天然氦中3 3HeHe含量?jī)H為含量?jī)H為0.0130.013，制備價(jià)格貴，制備價(jià)格貴，因此一般僅在探測(cè)幾十或幾百，因此一般僅在探測(cè)幾十或幾百keVkeV能量的中子時(shí)應(yīng)用。能量的中子時(shí)應(yīng)用。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法2 核反沖法核反沖法使用中子與物質(zhì)原子核發(fā)生勢(shì)彈性散射這種作用探測(cè)使用中子與物質(zhì)原子核發(fā)生勢(shì)彈性散射這種作用探測(cè)中子的方法常稱(chēng)為中子的方法常稱(chēng)為核反沖法核反沖法。中子靠近原子核時(shí)，受到核力場(chǎng)的作

18、用而被散射，入中子靠近原子核時(shí)，受到核力場(chǎng)的作用而被散射，入射中子把一部分能量轉(zhuǎn)移給原子核，原子核獲得射中子把一部分能量轉(zhuǎn)移給原子核，原子核獲得反沖能，所以叫做反沖能，所以叫做反沖核反沖核。反沖核一般具有一定。反沖核一般具有一定電荷，可以用測(cè)量帶電粒子的方法測(cè)量。核反沖電荷，可以用測(cè)量帶電粒子的方法測(cè)量。核反沖法就是法就是通過(guò)探測(cè)反沖核通過(guò)探測(cè)反沖核這種帶電粒子來(lái)探測(cè)中子這種帶電粒子來(lái)探測(cè)中子的。的。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法2 核反沖法核反沖法中子

19、通量密度測(cè)量原理：中子通量密度測(cè)量原理：設(shè)中子通量密度為設(shè)中子通量密度為，轉(zhuǎn)換靶的厚度為，轉(zhuǎn)換靶的厚度為d，原子密度，原子密度為為，對(duì)一定能量的中子，靶核的彈性散射截面，對(duì)一定能量的中子，靶核的彈性散射截面為為s，則單位面積單位時(shí)間內(nèi)的反沖核數(shù)目為：，則單位面積單位時(shí)間內(nèi)的反沖核數(shù)目為：Np= s ds ，d為常數(shù)。測(cè)得反沖核的數(shù)目，就可得中子為常數(shù)。測(cè)得反沖核的數(shù)目，就可得中子通量密度。通量密度。此法主要用于快中子測(cè)量。此法主要用于快中子測(cè)量。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本

20、方法中子探測(cè)的基本方法2 核反沖法核反沖法中子能譜測(cè)量原理：中子能譜測(cè)量原理：若入射中子的能量為若入射中子的能量為En，反沖核獲得的反沖能量，反沖核獲得的反沖能量Er為為：式中：式中：M和和mn分別為原子核和中子質(zhì)量；分別為原子核和中子質(zhì)量；為反沖核為反沖核飛出方向與中子入射方向之間的夾角。飛出方向與中子入射方向之間的夾角。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法2 核反沖法核反沖法若用原子核的相對(duì)原子質(zhì)量來(lái)代替質(zhì)量的話(huà)，則上式若用原子核的相對(duì)原子質(zhì)量來(lái)代替質(zhì)量的

21、話(huà)，則上式變?yōu)椋鹤優(yōu)椋河缮鲜娇梢钥闯觯缮鲜娇梢钥闯?，A越小，即原子核越輕，則越小，即原子核越輕，則Er越大越大。當(dāng)。當(dāng)A=1時(shí)，時(shí)，Er最大。所以，在核反沖法中通常最大。所以，在核反沖法中通常都選用氫或含氫物質(zhì)做靶材料。這時(shí)：都選用氫或含氫物質(zhì)做靶材料。這時(shí)：School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法2 核反沖法核反沖法核反沖法中轉(zhuǎn)換靶（輻射體）的選擇原則：核反沖法中轉(zhuǎn)換靶（輻射體）的選擇原則：1）反沖核的動(dòng)能大，容易被精確測(cè)量；）反沖核的動(dòng)能大，容易被精確測(cè)量；

22、2）彈性散射截面大；）彈性散射截面大；3）截面與中子能量的關(guān)系應(yīng)是平滑的變化，）截面與中子能量的關(guān)系應(yīng)是平滑的變化，4）反沖核的角分布簡(jiǎn)單。）反沖核的角分布簡(jiǎn)單。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法3 核裂變法核裂變法快中子和熱中子都能引發(fā)重核裂變，重核裂變生成的快中子和熱中子都能引發(fā)重核裂變，重核裂變生成的幾個(gè)中等質(zhì)量原子核稱(chēng)為裂變碎片。裂變碎片是幾個(gè)中等質(zhì)量原子核稱(chēng)為裂變碎片。裂變碎片是重帶電粒子，能使物質(zhì)原子電離或激發(fā)。通過(guò)探重帶電粒子，能使物質(zhì)原子電離

23、或激發(fā)。通過(guò)探測(cè)裂變碎片探測(cè)中子的方法稱(chēng)為核裂變法。測(cè)裂變碎片探測(cè)中子的方法稱(chēng)為核裂變法。中子引起裂變時(shí)放出的能量大約是中子引起裂變時(shí)放出的能量大約是200MeV，兩個(gè)裂，兩個(gè)裂變碎片共帶走變碎片共帶走165MeV。入射中子的能量一般都。入射中子的能量一般都遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值，因此這種方法不能用來(lái)直接測(cè)遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值，因此這種方法不能用來(lái)直接測(cè)定中子能量，主要用來(lái)測(cè)定中子通量。定中子能量，主要用來(lái)測(cè)定中子通量。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法3 核裂變法核裂變

24、法裂變碎片具有較大動(dòng)能，它們可以在探測(cè)介質(zhì)中引起裂變碎片具有較大動(dòng)能，它們可以在探測(cè)介質(zhì)中引起很大的總電離，使探測(cè)器輸出很大電信號(hào)，因此很大的總電離，使探測(cè)器輸出很大電信號(hào)，因此，裂變法可以在很強(qiáng)的，裂變法可以在很強(qiáng)的本底下探測(cè)中子。這對(duì)本底下探測(cè)中子。這對(duì)測(cè)量反應(yīng)堆的中子通量密度很有用。測(cè)量反應(yīng)堆的中子通量密度很有用。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法3 核裂變法核裂變法裂變存在一個(gè)裂變勢(shì)壘裂變存在一個(gè)裂變勢(shì)壘Uf，不同核素的，不同核素的Uf不同。許多重核

25、只有不同。許多重核只有在入射中子能量大于某個(gè)值（稱(chēng)為閾值）后才能發(fā)生裂在入射中子能量大于某個(gè)值（稱(chēng)為閾值）后才能發(fā)生裂變。例如：變。例如：238U，當(dāng)入射中子能量大于，當(dāng)入射中子能量大于1.5MeV后才能發(fā)后才能發(fā)生裂變。生裂變?？梢岳靡幌盗芯哂胁煌撃艿牧炎?cè)貋?lái)判斷中子的能量可以利用一系列具有不同閾能的裂變?cè)貋?lái)判斷中子的能量，這種探測(cè)器稱(chēng)為，這種探測(cè)器稱(chēng)為“閾探測(cè)器閾探測(cè)器”。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法3 核裂變法核裂變法缺點(diǎn)：探測(cè)效率低。？

26、缺點(diǎn)：探測(cè)效率低。？裂變碎片的射程極短，在鈾中平均為裂變碎片的射程極短，在鈾中平均為8mg/cm2。因此，要求裂。因此，要求裂變材料很薄。一般涂成薄膜。即使采用高濃縮鈾，探測(cè)變材料很薄。一般涂成薄膜。即使采用高濃縮鈾，探測(cè)效率僅效率僅10-3。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法4 活化法活化法中子和原子核相互作用時(shí)，輻射俘獲是很主要的作用中子和原子核相互作用時(shí)，輻射俘獲是很主要的作用過(guò)程。過(guò)程。中子很容易進(jìn)入原子核形成一個(gè)處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核中子很容易進(jìn)入原子

27、核形成一個(gè)處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核，復(fù)合核通過(guò)發(fā)射一個(gè)或幾個(gè)光子迅速躍回基態(tài)，復(fù)合核通過(guò)發(fā)射一個(gè)或幾個(gè)光子迅速躍回基態(tài)。這種俘獲中子，放出。這種俘獲中子，放出輻射的過(guò)程稱(chēng)為輻射的過(guò)程稱(chēng)為“輻射輻射俘獲俘獲”，用（，用（n,）表示。）表示。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法4 活化法活化法中子輻照生成新的不穩(wěn)定核素的過(guò)程稱(chēng)為中子輻照生成新的不穩(wěn)定核素的過(guò)程稱(chēng)為“活化活化”或或“激活激活”，所產(chǎn)生的放射性稱(chēng)為，所產(chǎn)生的放射性稱(chēng)為“感生放射性感生放射性”。測(cè)量經(jīng)過(guò)中子輻

28、照后材料中的放射性，就可知道中子測(cè)量經(jīng)過(guò)中子輻照后材料中的放射性，就可知道中子的強(qiáng)度，這就是活化法。的強(qiáng)度，這就是活化法。例如，例如，InIn116115nSnIn116116School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.1 3.3.1 中子探測(cè)的基本方法中子探測(cè)的基本方法由于中子作用截面一般都不大，所以中子探測(cè)效率，由于中子作用截面一般都不大，所以中

29、子探測(cè)效率，尤其是快中子探測(cè)效率是較低的。尤其是快中子探測(cè)效率是較低的。與與、輻射探測(cè)器相比，中子探測(cè)器的探測(cè)效輻射探測(cè)器相比，中子探測(cè)器的探測(cè)效率要低一些，過(guò)程也復(fù)雜一些，測(cè)量精度也差一率要低一些，過(guò)程也復(fù)雜一些，測(cè)量精度也差一些。些。在不同的中子能區(qū)，這些作用過(guò)程的截面相差很大。在不同的中子能區(qū)，這些作用過(guò)程的截面相差很大。所以對(duì)不同能區(qū)的中子要采用不同的探測(cè)方法和所以對(duì)不同能區(qū)的中子要采用不同的探測(cè)方法和探測(cè)器。探測(cè)器。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種

30、類(lèi)中子產(chǎn)生的次級(jí)粒子種類(lèi)繁多，探測(cè)儀表種類(lèi)很多。中子產(chǎn)生的次級(jí)粒子種類(lèi)繁多，探測(cè)儀表種類(lèi)很多。1 1、氣體探測(cè)儀表、氣體探測(cè)儀表1.1.三氟化硼（三氟化硼（BFBF3 3）正比計(jì)數(shù)管）正比計(jì)數(shù)管測(cè)量中子最通用的是三氟化硼正比計(jì)數(shù)管，通常稱(chēng)測(cè)量中子最通用的是三氟化硼正比計(jì)數(shù)管，通常稱(chēng)BFBF3 3計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管。它的結(jié)構(gòu)基本上和測(cè)量。它的結(jié)構(gòu)基本上和測(cè)量射線(xiàn)的射線(xiàn)的G-MG-M管一樣，只是管內(nèi)管一樣，只是管內(nèi)充的是充的是BFBF3 3氣體。熱中子通過(guò)氣體。熱中子通過(guò)1010B B（n n，）7 7LiLi反應(yīng)在計(jì)數(shù)反應(yīng)在計(jì)數(shù)管內(nèi)產(chǎn)生離子對(duì)，再經(jīng)氣體放大輸出電信號(hào)。管內(nèi)產(chǎn)生離子對(duì)，再經(jīng)氣體放大輸出電

31、信號(hào)。這種計(jì)數(shù)管測(cè)量熱、慢中子的效率都相當(dāng)高，但對(duì)快中子探這種計(jì)數(shù)管測(cè)量熱、慢中子的效率都相當(dāng)高，但對(duì)快中子探測(cè)效率太低。？測(cè)效率太低。？School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)1 1、氣體探測(cè)儀表、氣體探測(cè)儀表1.1.三氟化硼（三氟化硼（BFBF3 3）正比計(jì)數(shù)管）正比計(jì)數(shù)管在計(jì)數(shù)管外面套上一層石蠟或聚乙烯慢化劑，就可探在計(jì)數(shù)管外面套上一層石蠟或聚乙烯慢化劑，就可探測(cè)快中子。長(zhǎng)計(jì)數(shù)管測(cè)快中子。長(zhǎng)計(jì)數(shù)管長(zhǎng)長(zhǎng)School of Nuclear Science and

32、 Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)1 1、氣體探測(cè)儀表、氣體探測(cè)儀表2.2.硼電離室和裂變室硼電離室和裂變室（1 1）硼電離室。在電離室的一個(gè)電極上涂上一層濃）硼電離室。在電離室的一個(gè)電極上涂上一層濃縮硼縮硼1010B B的膜。中子打在硼膜上，通過(guò)的膜。中子打在硼膜上，通過(guò)1010B B（n n，）7 7LiLi反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)生粒子和粒子和7 7LiLi核，其中之一在氣體核，其中之一在氣體中產(chǎn)生電離，通常是記錄它們引起的電離電流（中產(chǎn)生電離，通常是記錄它們引起的電離電流（累計(jì)電流）來(lái)確定入射中子通量。測(cè)量范圍：累計(jì)

33、電流）來(lái)確定入射中子通量。測(cè)量范圍：10105 5-10-101010n.cmn.cm-2-2s s-1-1。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)1 1、氣體探測(cè)儀表、氣體探測(cè)儀表2.2.硼電離室和裂變室硼電離室和裂變室（2 2）裂變室）裂變室如果在電離室的電極上涂上裂變物質(zhì)如果在電離室的電極上涂上裂變物質(zhì)235235U U，中子被，中子被235235U U俘俘獲，發(fā)生裂變，裂變碎片在電離室產(chǎn)生電子離子對(duì)而被獲，發(fā)生裂變，裂變碎片在電離室產(chǎn)生電子離子對(duì)而被記錄

34、，從而探測(cè)中子。這種通過(guò)裂變法測(cè)中子的電離室記錄，從而探測(cè)中子。這種通過(guò)裂變法測(cè)中子的電離室就稱(chēng)為就稱(chēng)為“裂變室裂變室”。裂變室可以是記錄脈沖的，也有記錄電離電流的。優(yōu)缺點(diǎn)？裂變室可以是記錄脈沖的，也有記錄電離電流的。優(yōu)缺點(diǎn)？由于裂變反應(yīng)放出的能量大，裂變室甄別由于裂變反應(yīng)放出的能量大，裂變室甄別本底的本領(lǐng)比硼本底的本領(lǐng)比硼電離室更大。電離室更大。因?yàn)榱炎兯槠纳涑毯芏?，所以裂變材料涂層最厚不超過(guò)因?yàn)榱炎兯槠纳涑毯芏蹋粤炎儾牧贤繉幼詈癫怀^(guò)2mg/cm2mg/cm2 2。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3

35、.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)1 1、氣體探測(cè)儀表、氣體探測(cè)儀表2.2.硼電離室和裂變室硼電離室和裂變室它們是用來(lái)測(cè)熱中子通量的。反應(yīng)堆中熱中子通量正它們是用來(lái)測(cè)熱中子通量的。反應(yīng)堆中熱中子通量正比于堆的功率，因此可以用這種探測(cè)器來(lái)控制反比于堆的功率，因此可以用這種探測(cè)器來(lái)控制反應(yīng)堆的啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)堆的啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)。硼電離室和裂變室是目前反應(yīng)堆中必不可少的控制部硼電離室和裂變室是目前反應(yīng)堆中必不可少的控制部件。件。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探

36、測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表利用中子與固體的相互作用。閃爍探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器利用中子與固體的相互作用。閃爍探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器50年代以前氣體探測(cè)器。年代以前氣體探測(cè)器。50年代以后用閃爍探測(cè)器。年代以后用閃爍探測(cè)器。60年代年代發(fā)展的半導(dǎo)體探測(cè)器大大改變了帶電粒子和發(fā)展的半導(dǎo)體探測(cè)器大大改變了帶電粒子和射線(xiàn)的測(cè)量射線(xiàn)的測(cè)量技術(shù)。技術(shù)。但是，在中子測(cè)量方面，閃爍探測(cè)器仍然是最常用的。這是但是，在中子測(cè)量方面，閃爍探測(cè)器仍然是最常用的。這是因?yàn)橹凶訙y(cè)量都是經(jīng)過(guò)核反應(yīng)間接測(cè)量的，而中子對(duì)物因?yàn)橹凶訙y(cè)量都是經(jīng)過(guò)核反應(yīng)間接測(cè)量的，而中子對(duì)物質(zhì)的穿透力比帶電粒子和質(zhì)的穿透力比帶電粒子

37、和射線(xiàn)要大得多，所以要提高中射線(xiàn)要大得多，所以要提高中子探測(cè)器的探測(cè)效率是很不容易的。而子探測(cè)器的探測(cè)效率是很不容易的。而閃爍探測(cè)器的特閃爍探測(cè)器的特點(diǎn)是效率高，時(shí)間響應(yīng)快點(diǎn)是效率高，時(shí)間響應(yīng)快，這對(duì)提高效率、增加計(jì)數(shù)率，這對(duì)提高效率、增加計(jì)數(shù)率都是十分有利的。都是十分有利的。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表1 1）硫化鋅快中子屏）硫化鋅快中子屏快中子屏是由快中子屏是由ZnSZnS（AgAg）粉與有機(jī)玻璃粉均勻混合，）粉與

38、有機(jī)玻璃粉均勻混合，然后熱壓成圓柱形。其作用原理是快中子在有機(jī)然后熱壓成圓柱形。其作用原理是快中子在有機(jī)玻璃中產(chǎn)生的反沖質(zhì)子使玻璃中產(chǎn)生的反沖質(zhì)子使ZnSZnS（AgAg）發(fā)光。）發(fā)光。這種閃爍體呈乳白色，光透明度不高，所以不能做得這種閃爍體呈乳白色，光透明度不高，所以不能做得很厚，一般最厚的是很厚，一般最厚的是7mm7mm。它用于能量大于它用于能量大于0.5MeV0.5MeV快中子通量密度的測(cè)量?？熘凶油棵芏鹊臏y(cè)量。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2

39、2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表2 2）硫化鋅慢中子屏）硫化鋅慢中子屏它是把它是把ZnSZnS（AgAg）、甘油和硼酸混合，壓制密封在有機(jī)玻璃蓋）、甘油和硼酸混合，壓制密封在有機(jī)玻璃蓋的鋁盒內(nèi)。中子通過(guò)的鋁盒內(nèi)。中子通過(guò)1010B B（n n，）7 7LiLi反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)生的和和7 7LiLi使使ZnSZnS（AgAg）發(fā)光，通過(guò)光電倍增管放大收集，產(chǎn)生信號(hào)）發(fā)光，通過(guò)光電倍增管放大收集，產(chǎn)生信號(hào)由于由于1010B B的熱中子反應(yīng)截面很大，所以慢中子屏對(duì)熱中子和慢的熱中子反應(yīng)截面很大，所以慢中子屏對(duì)熱中子和慢中子的效率很高。易于甄別中子的效率很高。易于甄別本底。在甄別本底。在甄別100R/s

40、100R/s的的本底后，對(duì)熱中子的探測(cè)效率為本底后，對(duì)熱中子的探測(cè)效率為5%5%10%10%。如將中子屏做成中空的圓筒，套在四面窗的光電倍增管光陰如將中子屏做成中空的圓筒，套在四面窗的光電倍增管光陰極上，這種閃爍體稱(chēng)為中子杯。極上，這種閃爍體稱(chēng)為中子杯。含硼的液體閃爍體含硼的液體閃爍體School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表3 3）鋰玻璃閃爍體）鋰玻璃閃爍體銪（銪（EuEu）激活的碘化鋰閃爍體。）激活的碘化鋰閃爍體。它是利用它是利

41、用6 6LiLi（n n，）T T 反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)生的T T 和和使閃爍體發(fā)光。反應(yīng)能高使閃爍體發(fā)光。反應(yīng)能高達(dá)達(dá)4.78MeV4.78MeV，峰窄。分辨時(shí)間，峰窄。分辨時(shí)間0.30.3s s。這種閃爍。這種閃爍體適用的中子能量范圍較寬，可以測(cè)量從熱中子體適用的中子能量范圍較寬，可以測(cè)量從熱中子到幾百到幾百keVkeV范圍內(nèi)的中子。范圍內(nèi)的中子。對(duì)熱中子的探測(cè)效率對(duì)熱中子的探測(cè)效率極高極高，1cm1cm厚的閃爍體，熱中子探測(cè)效率已達(dá)厚的閃爍體，熱中子探測(cè)效率已達(dá)100%100%；探測(cè)慢中子的效率平均為；探測(cè)慢中子的效率平均為70%70%。缺點(diǎn)：易潮解，原料提純和晶體制備較難。缺點(diǎn)：易潮解，原

42、料提純和晶體制備較難。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表3 3）鋰玻璃閃爍體）鋰玻璃閃爍體鈰激活的鋰玻璃鈰激活的鋰玻璃，成分是，成分是LiOLiO2 2.2SiO.2SiO2 2（CeCe），含有），含有6.04%6.04%的鋰，其中的鋰，其中6 6LiLi豐度為豐度為90%90%以上。以上。優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性和光透明性好，耐酸，耐化學(xué)腐蝕優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性和光透明性好，耐酸，耐化學(xué)腐蝕，耐潮濕，耐高低溫，適宜于在惡劣環(huán)境中使用

43、，耐潮濕，耐高低溫，適宜于在惡劣環(huán)境中使用；工藝簡(jiǎn)單，易加工廠(chǎng)合適形狀；工藝簡(jiǎn)單，易加工廠(chǎng)合適形狀；對(duì)熱中子的探對(duì)熱中子的探測(cè)效率極高測(cè)效率極高，4mm4mm厚的閃爍體，熱中子探測(cè)效率厚的閃爍體，熱中子探測(cè)效率已達(dá)已達(dá)100%100%。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表4 4）有機(jī)閃爍體）有機(jī)閃爍體所有有機(jī)閃爍體都是碳?xì)浠衔?，含有大量氫原子。所有有機(jī)閃爍體都是碳?xì)浠衔铮写罅繗湓?。所以都可用于快中子測(cè)量?？熘凶哟蛟跉?/p>

44、核上，所以都可用于快中子測(cè)量?？熘凶哟蛟跉浜松?，通過(guò)通過(guò)n-pn-p彈性散射產(chǎn)生反沖質(zhì)子，反沖質(zhì)子引起彈性散射產(chǎn)生反沖質(zhì)子，反沖質(zhì)子引起閃爍體的特征熒光而被光電倍增管記錄。閃爍體的特征熒光而被光電倍增管記錄。有機(jī)閃爍體一共同特點(diǎn)是發(fā)光衰減時(shí)間短，因此可用有機(jī)閃爍體一共同特點(diǎn)是發(fā)光衰減時(shí)間短，因此可用于高強(qiáng)度中子通量測(cè)量。在快中子能譜測(cè)量技術(shù)于高強(qiáng)度中子通量測(cè)量。在快中子能譜測(cè)量技術(shù)飛行時(shí)間法中，發(fā)光時(shí)間快的有機(jī)閃爍體是飛行時(shí)間法中，發(fā)光時(shí)間快的有機(jī)閃爍體是唯一可采用的探測(cè)器。唯一可采用的探測(cè)器。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表

45、中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表4 4）有機(jī)閃爍體）有機(jī)閃爍體有機(jī)閃爍體還有一個(gè)特點(diǎn)，即閃爍光輸出產(chǎn)額隨時(shí)間的有機(jī)閃爍體還有一個(gè)特點(diǎn)，即閃爍光輸出產(chǎn)額隨時(shí)間的變化對(duì)于電子和重帶電粒子是不同的（前者是由變化對(duì)于電子和重帶電粒子是不同的（前者是由射線(xiàn)產(chǎn)生的，后者是由快中子產(chǎn)生的反沖質(zhì)子）。射線(xiàn)產(chǎn)生的，后者是由快中子產(chǎn)生的反沖質(zhì)子）。利用適當(dāng)?shù)碾娮訉W(xué)波形甄別技術(shù)可以將中子和利用適當(dāng)?shù)碾娮訉W(xué)波形甄別技術(shù)可以將中子和給給出的脈沖區(qū)分開(kāi)，因此可以在較強(qiáng)的出的脈沖區(qū)分開(kāi)，因此可以在較強(qiáng)的本底下測(cè)中本底下測(cè)中子。子。常用的幾種有機(jī)閃爍體

46、是：蒽晶體，塑料閃爍體，常用的幾種有機(jī)閃爍體是：蒽晶體，塑料閃爍體，液體液體閃爍體閃爍體。School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表4 4）有機(jī)閃爍體）有機(jī)閃爍體School of Nuclear Science and Technology3.3 中子探測(cè)儀表中子探測(cè)儀表3.3.2 3.3.2 中子探測(cè)儀表的種類(lèi)中子探測(cè)儀表的種類(lèi)2 2、固體探測(cè)儀表、固體探測(cè)儀表5 5）半導(dǎo)體探測(cè)器組成的）半導(dǎo)體探測(cè)器組成的6 6LiFLiF中子

47、譜儀。中子譜儀。它是把兩個(gè)金硅面壘型探測(cè)器面對(duì)面地靠在一起，中它是把兩個(gè)金硅面壘型探測(cè)器面對(duì)面地靠在一起，中間夾一層含間夾一層含6 6LiLi的薄膜，見(jiàn)圖，所以又稱(chēng)的薄膜，見(jiàn)圖，所以又稱(chēng)“夾心夾心式中子譜儀式中子譜儀”。6 6） 3 3HeHe譜儀譜儀如果在夾心式半導(dǎo)體探測(cè)器中間充以如果在夾心式半導(dǎo)體探測(cè)器中間充以3 3HeHe氣體，利用氣體，利用3 3HeHe（n n，p p）T T反應(yīng)，測(cè)量反應(yīng)，測(cè)量T T和和p p 的動(dòng)能就可算出的動(dòng)能就可算出中子能量，這就是所謂中子能量，這就是所謂3 3HeHe譜儀。譜儀。School of Nuclear Science and Technology

48、3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表監(jiān)測(cè)中子通量，也稱(chēng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表監(jiān)測(cè)中子通量，也稱(chēng)反應(yīng)堆反應(yīng)堆功率測(cè)量系統(tǒng)功率測(cè)量系統(tǒng)。主要有兩種功能：主要有兩種功能：一是控制方面的功能，即該系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地為一是控制方面的功能，即該系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地為反應(yīng)堆控制提供反應(yīng)堆裝料、啟動(dòng)、停堆以及功反應(yīng)堆控制提供反應(yīng)堆裝料、啟動(dòng)、停堆以及功率運(yùn)行等工況的信息；率運(yùn)行等工況的信息；二是保護(hù)方面的功能，即為反應(yīng)堆的安全保護(hù)系統(tǒng)提二是保護(hù)方面的功能，即為反應(yīng)堆的安全保護(hù)系統(tǒng)提供安全保護(hù)信號(hào)，例如超溫保護(hù)信號(hào)、超功率保供安全保護(hù)信號(hào)，例如超溫保護(hù)信號(hào)、超功率

49、保護(hù)信號(hào)、短周期保護(hù)信號(hào)、緊急停堆保護(hù)信號(hào)等護(hù)信號(hào)、短周期保護(hù)信號(hào)、緊急停堆保護(hù)信號(hào)等等。等。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆從啟動(dòng)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，或發(fā)生事故工況時(shí)，堆外反應(yīng)堆從啟動(dòng)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，或發(fā)生事故工況時(shí)，堆外中子通量變化中子通量變化1111個(gè)量級(jí)以上。個(gè)量級(jí)以上。這樣寬的范圍內(nèi)都這樣寬的范圍內(nèi)都必須對(duì)中子通量密度進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的測(cè)量。必須對(duì)中子通量密度進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的測(cè)量。 ？為了覆蓋這樣大的測(cè)量范圍，將整個(gè)測(cè)量范圍分成三為了覆蓋這樣大的測(cè)量范圍，將整個(gè)測(cè)量范圍分成三個(gè)不同的區(qū)

50、間，使用三種不同的測(cè)量量程（源量個(gè)不同的區(qū)間，使用三種不同的測(cè)量量程（源量程、中間量程和功率量程），用不同靈敏度的核程、中間量程和功率量程），用不同靈敏度的核探測(cè)器和核電子儀器組成不同的測(cè)量通道。各個(gè)探測(cè)器和核電子儀器組成不同的測(cè)量通道。各個(gè)測(cè)量量程間有一定的重疊，不僅把整個(gè)測(cè)量范圍測(cè)量量程間有一定的重疊，不僅把整個(gè)測(cè)量范圍銜接起來(lái)，而且從反應(yīng)堆啟動(dòng)到正常功率運(yùn)行都銜接起來(lái)，而且從反應(yīng)堆啟動(dòng)到正常功率運(yùn)行都能連續(xù)地測(cè)量，以保護(hù)和控制反應(yīng)堆。能連續(xù)地測(cè)量，以保護(hù)和控制反應(yīng)堆。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆

51、芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.1 3.4.1 三量程測(cè)量系統(tǒng)三量程測(cè)量系統(tǒng)1 1）源量程：中子源啟動(dòng)量程。）源量程：中子源啟動(dòng)量程。特點(diǎn)：中子通量密度小，特點(diǎn)：中子通量密度小，本底小。本底小。一般用一般用BFBF3 3正比計(jì)數(shù)管或涂硼正比計(jì)數(shù)管和裂變室。正比計(jì)數(shù)管或涂硼正比計(jì)數(shù)管和裂變室。任務(wù)：指示反應(yīng)堆啟動(dòng)過(guò)程中的功率和功率變化速度任務(wù)：指示反應(yīng)堆啟動(dòng)過(guò)程中的功率和功率變化速度，同時(shí)為保護(hù)系統(tǒng)提供功率和周期保護(hù)信號(hào)。，同時(shí)為保護(hù)系統(tǒng)提供功率和周期保護(hù)信號(hào)。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3

52、.4.1 3.4.1 三量程測(cè)量系統(tǒng)三量程測(cè)量系統(tǒng)2 2）中間量程：）中間量程：特點(diǎn)：中子通量密度大增，特點(diǎn)：中子通量密度大增，本底較大。本底較大。一般用補(bǔ)償電流型硼電離室。一般用補(bǔ)償電流型硼電離室。任務(wù)：測(cè)量反應(yīng)堆啟動(dòng)的后半段的功率和周期，也在任務(wù)：測(cè)量反應(yīng)堆啟動(dòng)的后半段的功率和周期，也在正常運(yùn)行時(shí)使用，同時(shí)為保護(hù)系統(tǒng)提供功率和周正常運(yùn)行時(shí)使用，同時(shí)為保護(hù)系統(tǒng)提供功率和周期保護(hù)信號(hào)。期保護(hù)信號(hào)。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.1 3.4.1 三量程測(cè)量系統(tǒng)三量程測(cè)量系統(tǒng)3 3）

53、功率量程：接近或達(dá)到反應(yīng)堆的滿(mǎn)功率。）功率量程：接近或達(dá)到反應(yīng)堆的滿(mǎn)功率。特點(diǎn)：中子通量密度很大，特點(diǎn)：中子通量密度很大，本底相對(duì)小了。本底相對(duì)小了。一般用長(zhǎng)中子電離室。一般用長(zhǎng)中子電離室。任務(wù)：輸出比較大的電流信號(hào)直接直流放大器放大，任務(wù)：輸出比較大的電流信號(hào)直接直流放大器放大，進(jìn)而送給控制室的功率指示儀表、反應(yīng)堆功率調(diào)進(jìn)而送給控制室的功率指示儀表、反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)器和安全保護(hù)系統(tǒng)。節(jié)器和安全保護(hù)系統(tǒng)。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.2 3.4.2 儀表布置儀表布置例如例如900

54、MW900MW壓水堆核電站有壓水堆核電站有8 8個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道，其中個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道，其中有兩個(gè)相同的源量程測(cè)量通道，兩個(gè)相同的中間有兩個(gè)相同的源量程測(cè)量通道，兩個(gè)相同的中間量程測(cè)量通道、四個(gè)相同的功率量程測(cè)量通道。量程測(cè)量通道、四個(gè)相同的功率量程測(cè)量通道。不同種類(lèi)和不同靈敏度的不同種類(lèi)和不同靈敏度的8 8個(gè)探測(cè)器放置在反應(yīng)堆壓個(gè)探測(cè)器放置在反應(yīng)堆壓力容器附近的儀器孔內(nèi)（探測(cè)器安放在圓筒形容力容器附近的儀器孔內(nèi)（探測(cè)器安放在圓筒形容器內(nèi)），用聚乙烯作探測(cè)器和定位臺(tái)車(chē)之間的絕器內(nèi)），用聚乙烯作探測(cè)器和定位臺(tái)車(chē)之間的絕緣，并作中子慢化劑和準(zhǔn)直器。緣，并作中子慢化劑和準(zhǔn)直器。School of N

55、uclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.2 3.4.2 儀表布置儀表布置兩個(gè)源量程探測(cè)器是涂硼正比計(jì)數(shù)管，兩個(gè)中間量程兩個(gè)源量程探測(cè)器是涂硼正比計(jì)數(shù)管，兩個(gè)中間量程探測(cè)器是涂硼探測(cè)器是涂硼補(bǔ)償電離室，它們共同裝在圓柱補(bǔ)償電離室，它們共同裝在圓柱狀容器內(nèi)分別放置在狀容器內(nèi)分別放置在0 0方向與方向與180180方向；方向；4 4 個(gè)個(gè)功率量程探測(cè)器涂硼非功率量程探測(cè)器涂硼非補(bǔ)償電離室（長(zhǎng)中子電補(bǔ)償電離室（長(zhǎng)中子電離室）離室）, ,分別放置在分別放置在4545、135135、225225和和315315方向上。方

56、向上。長(zhǎng)中子電離室內(nèi)部電極分成兩段，實(shí)際構(gòu)成長(zhǎng)中子電離室內(nèi)部電極分成兩段，實(shí)際構(gòu)成8 8個(gè)小電個(gè)小電離室。由離室。由4 4個(gè)孔道讀數(shù)的平均值可得到總功率；個(gè)孔道讀數(shù)的平均值可得到總功率；由由4 4個(gè)孔道讀數(shù)的偏差，可得徑向功率的不平衡；個(gè)孔道讀數(shù)的偏差，可得徑向功率的不平衡；由上下電離室讀數(shù)的偏差，可得中子通量的軸向由上下電離室讀數(shù)的偏差，可得中子通量的軸向偏移。偏移。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.3 3.4.3 堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)1)1)

57、 BFBF3 3正比計(jì)數(shù)管正比計(jì)數(shù)管最普通的結(jié)構(gòu)是一個(gè)圓柱形狀，中心陽(yáng)極絲用鎢絲做最普通的結(jié)構(gòu)是一個(gè)圓柱形狀，中心陽(yáng)極絲用鎢絲做成，通過(guò)玻璃或陶瓷與外殼絕緣，外殼用金屬做成，通過(guò)玻璃或陶瓷與外殼絕緣，外殼用金屬做成，兼作陰極，內(nèi)充成，兼作陰極，內(nèi)充BFBF3 3氣體作為工作氣體。氣體作為工作氣體。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.3 3.4.3 堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)1)1) BFBF3 3正比計(jì)數(shù)管正比計(jì)數(shù)管入射中子與入射中子與1010B B產(chǎn)生

58、核反應(yīng)，通過(guò)探測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生核反應(yīng)，通過(guò)探測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物粒粒子和子和7 7LiLi核來(lái)間接探測(cè)中子。核來(lái)間接探測(cè)中子。如果工作電壓足夠大，在離子收集的過(guò)程中將出現(xiàn)氣如果工作電壓足夠大，在離子收集的過(guò)程中將出現(xiàn)氣體放大現(xiàn)象，即被加速的原電離電子在電離碰撞體放大現(xiàn)象，即被加速的原電離電子在電離碰撞中逐次倍增而形成電子雪崩。于是，電流以倍增中逐次倍增而形成電子雪崩。于是，電流以倍增系數(shù)系數(shù)A=2A=2n n被放大，探測(cè)器工作于正比區(qū)。被放大，探測(cè)器工作于正比區(qū)。電壓一定，電壓一定，A A一定，可達(dá)一定，可達(dá)10106 6. .eWEAQ)/ln()(abrVrESchool of Nuclear Sci

59、ence and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.3 3.4.3 堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)2)2) 涂硼正比計(jì)數(shù)管涂硼正比計(jì)數(shù)管每個(gè)源量程有一個(gè)涂硼正比計(jì)數(shù)管。它的靈敏度為每個(gè)源量程有一個(gè)涂硼正比計(jì)數(shù)管。它的靈敏度為8 8 C/C/（n.cmn.cm-2-2.s.s-1-1) )School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.3 3.4.3 堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)3)3) 電

60、離室電離室結(jié)構(gòu)：一個(gè)內(nèi)部充有氣體、兩電極間（高壓極和收集結(jié)構(gòu)：一個(gè)內(nèi)部充有氣體、兩電極間（高壓極和收集極）加有高壓形成電場(chǎng)的小室。由高壓電極、收極）加有高壓形成電場(chǎng)的小室。由高壓電極、收集電極、惰性氣體和電極之間的絕緣體等構(gòu)成。集電極、惰性氣體和電極之間的絕緣體等構(gòu)成。School of Nuclear Science and Technology3.4 反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)反應(yīng)堆堆芯外核檢測(cè)儀表系統(tǒng)3.4.3 3.4.3 堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)堆芯外核檢測(cè)儀表的原理和結(jié)構(gòu)3)3) 電離室電離室原理：入射粒子或射線(xiàn)使氣體電離產(chǎn)生正負(fù)離子對(duì)，原理：入射粒子或射線(xiàn)使氣體電離產(chǎn)生正負(fù)離子