核電站儀表崗前培訓(xùn)反應(yīng)堆儀表

1、核反應(yīng)堆儀表核反應(yīng)堆儀表蘇杰蘇杰1堆芯：堆芯：裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一回路一回路： 將堆芯熱量導(dǎo)出將堆芯熱量導(dǎo)出二回路二回路：將一回路熱量通過(guò)將一回路熱量通過(guò)蒸汽蒸汽發(fā)生器發(fā)生器交換熱量。交換熱量。蒸汽發(fā)生器蒸汽發(fā)生器：產(chǎn)生蒸汽供汽輪機(jī)。產(chǎn)生蒸汽供汽輪機(jī)。穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器：調(diào)節(jié)一回路水壓調(diào)節(jié)一回路水壓汽輪機(jī)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組。驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組。 第第 1 章章 緒緒 論論 、 核核 電電 站站 示示 意意 圖圖 壓水堆核電站五大控制系統(tǒng)壓水堆核電站五大控制系統(tǒng)1、核反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、核反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) 2 、蒸汽排放控制系統(tǒng)、蒸汽排放控制系統(tǒng)3、蒸汽發(fā)生器給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器給水調(diào)節(jié)

2、系統(tǒng)4、穩(wěn)壓器壓力、水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、穩(wěn)壓器壓力、水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 5 、汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)-O2、壓水堆測(cè)量?jī)x表布置示意圖T1 進(jìn)入反應(yīng)堆的冷卻劑溫度；進(jìn)入反應(yīng)堆的冷卻劑溫度；T0 離開反應(yīng)堆冷卻劑溫度；離開反應(yīng)堆冷卻劑溫度；Tm 慢化劑溫度；慢化劑溫度；Lm 慢化劑水位；慢化劑水位；FC 流量?jī)x；流量?jī)x；PC 冷卻劑出口壓力；冷卻劑出口壓力；FS 蒸汽流量。蒸汽流量。3、核反應(yīng)堆儀表的功能核反應(yīng)堆儀表的功能一、測(cè)量項(xiàng)目：一、測(cè)量項(xiàng)目： 1. 反應(yīng)堆反應(yīng)堆功率功率 2 . 反應(yīng)性反應(yīng)性 3 . 冷卻劑入、出口冷卻劑入、出口溫度溫度 4 . 冷卻劑的冷卻劑的流量流量 5 . 系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的系

3、統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的壓力壓力 6 . 元件表面和冷卻劑通道的元件表面和冷卻劑通道的沉淀物沉淀物。4二、檢測(cè)參數(shù)二、檢測(cè)參數(shù)1、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的熱量、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的熱量 (熱敏元件熱敏元件)；2 、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的核輻射、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的核輻射 (核輻射敏感元件核輻射敏感元件)；3 、離開反應(yīng)堆以后冷卻劑的放射性強(qiáng)度；、離開反應(yīng)堆以后冷卻劑的放射性強(qiáng)度；4 、冷卻劑的溫度、流量、流速、壓力及純度；、冷卻劑的溫度、流量、流速、壓力及純度；5 、堆內(nèi)慢化劑水位及溫度；、堆內(nèi)慢化劑水位及溫度；6 、控制棒的位置、控制棒的位置(功率棒、溫度棒、停堆棒功率棒、溫度棒、停堆棒)等。等。三、指示調(diào)節(jié)及執(zhí)行參數(shù)三、指示調(diào)節(jié)及執(zhí)

4、行參數(shù) 操控反應(yīng)堆在一定功率下運(yùn)行，必須根據(jù)調(diào)節(jié)儀操控反應(yīng)堆在一定功率下運(yùn)行，必須根據(jù)調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行儀表指示來(lái)操作控制棒，執(zhí)行調(diào)節(jié)棒位。表和執(zhí)行儀表指示來(lái)操作控制棒，執(zhí)行調(diào)節(jié)棒位。5第 2 章 測(cè)量的基本概念2.1 2.1 測(cè)量?jī)x表的組成測(cè)量?jī)x表的組成 一、測(cè)量值的表示式一、測(cè)量值的表示式 x a Ux 其中其中：x x 是被測(cè)量值；是被測(cè)量值； a a 是儀表的讀數(shù)；是儀表的讀數(shù)； Ux 是測(cè)量單位。是測(cè)量單位。二、測(cè)量流程二、測(cè)量流程 6傳感器從測(cè)量對(duì)象提取信息，生成原始信號(hào)從測(cè)量對(duì)象提取信息，生成原始信號(hào)對(duì)傳感器性能的要求：對(duì)傳感器性能的要求：1、輸出與輸入有穩(wěn)定的單值關(guān)系；、輸出與輸入

5、有穩(wěn)定的單值關(guān)系；2、非被測(cè)量的影響應(yīng)可忽略，如不能忽略，應(yīng)能對(duì)其補(bǔ)償或修正；、非被測(cè)量的影響應(yīng)可忽略，如不能忽略，應(yīng)能對(duì)其補(bǔ)償或修正；3、應(yīng)盡可能小的消耗被測(cè)對(duì)象的能量，傳感器對(duì)于對(duì)象狀態(tài)無(wú)大的干擾。、應(yīng)盡可能小的消耗被測(cè)對(duì)象的能量，傳感器對(duì)于對(duì)象狀態(tài)無(wú)大的干擾。變換器為把傳感器的信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，用變換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，線性化等。為把傳感器的信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，用變換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，線性化等。顯示器有瞬時(shí)量顯示、累計(jì)量顯示、極限顯示等，指示有模擬、數(shù)字、屏幕顯示等。有瞬時(shí)量顯示、累計(jì)量顯示、極限顯示等，指示有模擬、數(shù)字、屏幕顯示等。1、模擬顯示常以曲線形式記錄數(shù)據(jù)。、模擬顯示常以曲線形

6、式記錄數(shù)據(jù)。2、數(shù)字顯示不會(huì)有視差，可打印數(shù)據(jù)。、數(shù)字顯示不會(huì)有視差，可打印數(shù)據(jù)。3、屏顯能形象地顯示信息，顯示量大，可進(jìn)行計(jì)算機(jī)操作。、屏顯能形象地顯示信息，顯示量大，可進(jìn)行計(jì)算機(jī)操作。傳輸通道連結(jié)輸出與輸入的信號(hào)設(shè)備。如：導(dǎo)線，管道，光導(dǎo)及無(wú)線通訊等。連結(jié)輸出與輸入的信號(hào)設(shè)備。如：導(dǎo)線，管道，光導(dǎo)及無(wú)線通訊等。7 2.22.2 測(cè)量?jī)x表的性能指標(biāo)測(cè)量?jī)x表的性能指標(biāo)一、量程一、量程 測(cè)量?jī)x表能測(cè)量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍。測(cè)量?jī)x表能測(cè)量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍。二、誤差二、誤差 1、指示值的、指示值的絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差 2、指示值的、指示值的相對(duì)誤差相對(duì)誤差 = x x0

7、x 測(cè)量的指示值 x0 被測(cè)量的實(shí)際值 3、引用誤差引用誤差 m (相對(duì)誤差) 其中：Am 儀表的量程范圍 4、基本誤差基本誤差 基本誤差基本誤差是在規(guī)定的條件下，將儀表的示值和標(biāo)準(zhǔn)表的示值相比較，全量程中，當(dāng)被測(cè)量平衡的增加或減小時(shí)，儀表全量程各個(gè)示值中引用誤差引用誤差的最大值。 00100maxmmAR00100001000mmmAxxA0010000100000 xxxx8三、精度三、精度 允許誤差允許誤差：即儀表出廠時(shí)規(guī)定的基本誤差基本誤差的最大值。 精度：精度：允許誤差允許誤差去掉百分號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)字。 國(guó)家儀表的精度等級(jí)為：國(guó)家儀表的精度等級(jí)為：0.1；0.2；0.5；1.0；1.5；

8、2.5；4 級(jí)等。級(jí)等。 可見數(shù)字越小，儀表的精度等級(jí)越高。使用儀表時(shí)且勿升級(jí)使用?？梢姅?shù)字越小，儀表的精度等級(jí)越高。使用儀表時(shí)且勿升級(jí)使用。四、儀表的變差、附加誤差四、儀表的變差、附加誤差及及修正值修正值 1、變差、變差 又稱：回差、升降變差又稱：回差、升降變差 或或 來(lái)回變差。來(lái)回變差。 v = x ” - x x、x” 分別為被測(cè)量值平穩(wěn)增加和減小時(shí)，對(duì)儀表同一示值測(cè)得的實(shí)際值分別為被測(cè)量值平穩(wěn)增加和減小時(shí)，對(duì)儀表同一示值測(cè)得的實(shí)際值。 2、附加誤差、附加誤差 對(duì)同一示值對(duì)同一示值，在技術(shù)條件規(guī)定的在技術(shù)條件規(guī)定的正常正常與與非正常非正常條件下，所對(duì)應(yīng)的條件下，所對(duì)應(yīng)的被測(cè)量實(shí)際值之差。

9、被測(cè)量實(shí)際值之差。 3、修正、修正 值值 由示值由示值x 得到實(shí)際值得到實(shí)際值x0的修正量的修正量 C 。 x0 = x+ C C = f (x) 可查曲線或修正表求得。9五五、靈敏度靈敏度和和分辨力分辨力 靈敏度靈敏度S ：設(shè)輸入變化設(shè)輸入變化 x 引起輸出變化引起輸出變化L 靈敏度高，不意味精確度會(huì)高，要與儀表的允許誤差相適應(yīng)。xlS分辨力：分辨力： 也稱鑒別力，是引起儀表可覺察示值變化的被測(cè)量值的最小變化。也稱鑒別力，是引起儀表可覺察示值變化的被測(cè)量值的最小變化。六、動(dòng)態(tài)特性六、動(dòng)態(tài)特性儀表儀表指示值指示值x 跟隨被測(cè)量值跟隨被測(cè)量值x0 變化的反應(yīng)能力。變化的反應(yīng)能力。 1、上升時(shí)間上

10、升時(shí)間：示值從穩(wěn)定態(tài)值的 5 變化至 95 所需的時(shí)間； 2、響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間：示值從開始變化到穩(wěn)態(tài)值 、R m 范圍，所需的時(shí)間。 3、過(guò)沖量過(guò)沖量：示值變化的最大振幅減去穩(wěn)態(tài)值，對(duì)穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)。10七、可靠性七、可靠性 儀表在正常工作條件下，保持產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)的能力。儀表在正常工作條件下，保持產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)的能力。 儀表結(jié)構(gòu)和環(huán)境的變化，一定程度上會(huì)影響可靠性。該指標(biāo)決定了儀表的壽命儀表結(jié)構(gòu)和環(huán)境的變化，一定程度上會(huì)影響可靠性。該指標(biāo)決定了儀表的壽命。 設(shè)：設(shè)：在在1000小時(shí)實(shí)驗(yàn)下小時(shí)實(shí)驗(yàn)下a類元件損壞零件的百分?jǐn)?shù)為類元件損壞零件的百分?jǐn)?shù)為 a ， 儀表中有儀表中有 K 種類別的元

11、件，種類別的元件，a種類型的元件數(shù)目為種類型的元件數(shù)目為 n a ， 1000小時(shí)工作中儀表?yè)p壞的百分?jǐn)?shù)為小時(shí)工作中儀表?yè)p壞的百分?jǐn)?shù)為:八、穩(wěn)定性八、穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表明儀表測(cè)量某固定量固定量時(shí)，示值隨隨時(shí)間及使用條件變化的性能。 如, 環(huán)境溫度變化1度,示值X 的變化值來(lái)確定的。九、復(fù)現(xiàn)性九、復(fù)現(xiàn)性 在同一條件下，對(duì)同一被測(cè)量 X 多次重復(fù)測(cè)量，示值一致的程度。aKaaaknn111第 3 章 堆芯外核檢測(cè)儀表及系統(tǒng)3.1 堆芯外的定義堆芯外的定義 堆芯外是指在反應(yīng)堆堆芯以外，堆芯外是指在反應(yīng)堆堆芯以外，中子注量率低于中子注量率低于10 11 nCm -2S -1 的輻照條件下布置輻射探測(cè)器。

12、通常的輻照條件下布置輻射探測(cè)器。通常安置在壓力殼外壁處，也可置于殼內(nèi)安置在壓力殼外壁處，也可置于殼內(nèi)的熱屏蔽區(qū)內(nèi)。的熱屏蔽區(qū)內(nèi)。 堆功率儀表系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量反應(yīng)推堆功率儀表系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量反應(yīng)推功率及監(jiān)視堆內(nèi)中子通量密度功率及監(jiān)視堆內(nèi)中子通量密度(中子注中子注量率量率) 變化信息的。具有：變化信息的。具有： 1、運(yùn)行功能、運(yùn)行功能 監(jiān)測(cè)堆功率、功率變化及分布。監(jiān)測(cè)堆功率、功率變化及分布。 2、安全功能、安全功能 向保護(hù)系統(tǒng)提供停堆信號(hào)等。向保護(hù)系統(tǒng)提供停堆信號(hào)等。12 3.2 反應(yīng)堆功率的測(cè)量反應(yīng)堆功率的測(cè)量 反應(yīng)堆是依靠反應(yīng)堆是依靠核燃料的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核燃料的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來(lái)維持工作的，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中產(chǎn)生初級(jí)碎片

13、和一系列來(lái)維持工作的，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中產(chǎn)生初級(jí)碎片和一系列裂變產(chǎn)物，還有裂變中子、瞬發(fā)裂變產(chǎn)物，還有裂變中子、瞬發(fā)等輻射線，它們都是裂變能的載體，它們的等輻射線，它們都是裂變能的載體，它們的核輻射強(qiáng)度核輻射強(qiáng)度與反應(yīng)堆功率成正比，它們消耗在堆內(nèi)的與反應(yīng)堆功率成正比，它們消耗在堆內(nèi)的熱量熱量也與堆功率成正比，因此，可以通過(guò)測(cè)量也與堆功率成正比，因此，可以通過(guò)測(cè)量中子或中子或射線的強(qiáng)度，及測(cè)量堆芯溫度等來(lái)間接測(cè)量反應(yīng)堆的功率。射線的強(qiáng)度，及測(cè)量堆芯溫度等來(lái)間接測(cè)量反應(yīng)堆的功率。 通常是用堆芯外中子監(jiān)測(cè)儀表來(lái)測(cè)量反應(yīng)堆功率的。通常是用堆芯外中子監(jiān)測(cè)儀表來(lái)測(cè)量反應(yīng)堆功率的。133.3 中子探測(cè)器中子探測(cè)器

14、作用：作用：把正比于核功率的中子通量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。把正比于核功率的中子通量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。 原理：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(lái)都探測(cè)器的結(jié)構(gòu)、測(cè)量方法各不相同，但歸納起來(lái)都是是利用中子與核發(fā)生的各種反應(yīng)利用中子與核發(fā)生的各種反應(yīng)，直接或間接地測(cè)量中子，直接或間接地測(cè)量中子通量密度。通量密度。 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 方法有：方法有：核反應(yīng)、核反沖、核裂變、激活化法核反應(yīng)、核反沖、核裂變、激活化法等等。 不同能量的中子與物質(zhì)相互作用的差別頗大，所以，相應(yīng)不同能量的中子與物質(zhì)相互作用的差別頗大，所以，相應(yīng)它們的探測(cè)器在結(jié)構(gòu)上及探測(cè)原理

15、它們的探測(cè)器在結(jié)構(gòu)上及探測(cè)原理, ,也區(qū)別較大。中子是間也區(qū)別較大。中子是間接電離粒子，首先通過(guò)核反應(yīng)等產(chǎn)生直接電離粒子被測(cè)量。接電離粒子，首先通過(guò)核反應(yīng)等產(chǎn)生直接電離粒子被測(cè)量。14一、核反應(yīng)法一、核反應(yīng)法 主要測(cè)量慢中子，有以下三種核反應(yīng)主要測(cè)量慢中子，有以下三種核反應(yīng)： 10 B (n,) 7 Li + 2.792 MeV 0 = 3840 11 b 6 Li (n,) 3 T + 4.786 MeV 0 = 936 6 b 3 He (n, p ) 3 T + 0.764 MeV 0 = 5327 10 b能量為能量為E n 的中子微觀截面的中子微觀截面= 0(1)15二、核反沖法二、

16、核反沖法 中子與物質(zhì)原子核發(fā)生彈性碰撞，原子核被反沖，且?guī)б欢ㄕ姾桑x用反沖核中子與物質(zhì)原子核發(fā)生彈性碰撞，原子核被反沖，且?guī)б欢ㄕ姾桑x用反沖核彈性碰撞截面大的材料作為探測(cè)器靈敏物質(zhì)，就可以簡(jiǎn)接測(cè)量中子的注量率。通常是彈性碰撞截面大的材料作為探測(cè)器靈敏物質(zhì)，就可以簡(jiǎn)接測(cè)量中子的注量率。通常是利用利用含氫物質(zhì)含氫物質(zhì)作為靈敏體。作為靈敏體。 反沖核的反沖能表示為：反沖核的反沖能表示為：所以，反沖核的質(zhì)量越小反沖動(dòng)能越大，通常取氫物質(zhì)，所以，反沖核的質(zhì)量越小反沖動(dòng)能越大，通常取氫物質(zhì)，A=1 ，上式為：，上式為：2cosnAEE 22cos)1 (4nAEAAE當(dāng) En 20 En 20 M

17、eVMeV 時(shí)散射截面能譜見右圖。在 0.10.110 10 MeVMeV 之間遵從之間遵從1 1 定律。定律。設(shè)：中子注量率為 ， 單位體積靶物質(zhì)的原子核數(shù)目為 N ，厚度為 d ，面積為S，散射截面為 s，則靶內(nèi)單位時(shí)間的反沖核數(shù)N p 為： N p = s sN d = sSd16三、核裂變法三、核裂變法 由于裂變碎片是核裂變能量的載體，利用核裂變產(chǎn)生的兩個(gè)碎片，使物由于裂變碎片是核裂變能量的載體，利用核裂變產(chǎn)生的兩個(gè)碎片，使物質(zhì)電離，可產(chǎn)生大的輸出脈沖，極質(zhì)電離，可產(chǎn)生大的輸出脈沖，極易甄別易甄別射線對(duì)測(cè)量中子通量的干擾。射線對(duì)測(cè)量中子通量的干擾。 233U 、235 U、239 U

18、對(duì)熱中子的反應(yīng)截面分別為：對(duì)熱中子的反應(yīng)截面分別為：530530b、580580b、742742b，所以常用作裂變探測(cè)器的靈敏體。所以常用作裂變探測(cè)器的靈敏體。 許多重物質(zhì)對(duì)中子裂變有一定閾值，可制成多閾探測(cè)器，以確定中子能許多重物質(zhì)對(duì)中子裂變有一定閾值，可制成多閾探測(cè)器，以確定中子能量。量。 常用裂變閾探測(cè)器材料的特性表常用裂變閾探測(cè)器材料的特性表 裂變材料熱中子裂變截面 (b) 裂變閾 (MeV)3MeV時(shí)的裂變截面 (b) 半衰期 (天) 232 Th 231Pa 234U 236U 238U 237Np 0 0. .00020002 0.01 0.0006 0.0005 0.019 1

19、.3 0.5 0.4 0.85 0.55 1.5 0.00019 0.0011 0.0015 0.00085 0.00055 0.0015 1.411010 3.381010 2.45105 2.34107 4.47109 2.410617 四、活化法四、活化法 穩(wěn)定的原子核吸收中子后，轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫栽雍?，它們通常在衰變時(shí)會(huì)放出帶電穩(wěn)定的原子核吸收中子后，轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫栽雍?，它們通常在衰變時(shí)會(huì)放出帶電粒子，由此可以簡(jiǎn)接測(cè)出中子的通量密度。例如：粒子，由此可以簡(jiǎn)接測(cè)出中子的通量密度。例如： n + 115 In 116In + 116In 116Sn + + 測(cè)量測(cè)量的強(qiáng)度就能夠確定中子的通量密

20、度。的強(qiáng)度就能夠確定中子的通量密度。 以上四種探測(cè)中子的方法比較表方法方法核反應(yīng)靶材料截面 (b)用途核反應(yīng)核反應(yīng)( n, )( n, p )10B, 6Li, 3He103 3.8103熱、慢中子的注量率核反沖核反沖( n, n )H 1快中子注量率核裂變核裂變( n, f )233U, 235U,239Pu 等 5102 熱中子注量率活活 化化( n, )In, Au, Dy(鏑) 等熱中子：1102共振中子：103快中子： 1慢中子的注量率183.3.2 中子探測(cè)器中子探測(cè)器 電離室電離室 氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器 裂變室裂變室 計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管常用的中子探測(cè)器常用的中子探測(cè)器 中子閃爍探測(cè)器中

21、子閃爍探測(cè)器 固體探測(cè)器固體探測(cè)器 自給能探測(cè)器自給能探測(cè)器 核功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只使用了氣體探測(cè)器。堆內(nèi)所采用的核檢核功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只使用了氣體探測(cè)器。堆內(nèi)所采用的核檢測(cè)儀表是微型裂變室，堆外所采用的核檢測(cè)儀表是涂硼正測(cè)儀表是微型裂變室，堆外所采用的核檢測(cè)儀表是涂硼正比計(jì)數(shù)管、比計(jì)數(shù)管、補(bǔ)償電離室及長(zhǎng)電離室。補(bǔ)償電離室及長(zhǎng)電離室。 19 正比區(qū)正比區(qū)：V2V3：電子在電場(chǎng)加速中獲得能量足以產(chǎn)生二次電離，產(chǎn)生了電離雪崩。輸出AN0正負(fù)離子對(duì)，脈沖幅度為： 有限正比有限正比 區(qū)區(qū)：V3 V4 當(dāng)電壓大于V3后，原電離電荷大的，比小的其放大倍數(shù)相對(duì)變小， 即放大倍數(shù)A與人射粒子能量有關(guān)。CWeEAUm G

22、-M區(qū)區(qū) 當(dāng)電壓大于V4 以后，室內(nèi)的激發(fā)光子起主導(dǎo)作用，使整個(gè)室內(nèi)氣體放大，發(fā)生電子雪崩，輸出脈沖大小與粒子能量無(wú)關(guān)。 一、 氣體探測(cè)器 、復(fù)合區(qū)：、復(fù)合區(qū)：0 V1 、電離區(qū)、電離區(qū)：V1V2，原電離離子全被電極收集。CWeEUm20(一一)、電離室、電離室 工作原理與結(jié)構(gòu)工作原理與結(jié)構(gòu) 中子在中子在涂硼涂硼電極上產(chǎn)生帶電粒子，當(dāng)它進(jìn)電極上產(chǎn)生帶電粒子，當(dāng)它進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，與室內(nèi)充氣入室內(nèi)時(shí)，與室內(nèi)充氣(氦、氬氦、氬)體發(fā)生相互作用體發(fā)生相互作用，產(chǎn)生正、負(fù)離子對(duì)，被收集極收集，產(chǎn)生輸，產(chǎn)生正、負(fù)離子對(duì)，被收集極收集，產(chǎn)生輸出電流出電流 I，這一電流量，這一電流量 I 的大小反映了中子注量的大

23、小反映了中子注量率的大小。率的大小。 式中：式中：V 電離室的有效體積電離室的有效體積; N0 單位體積、單位時(shí)間原電離子數(shù)單位體積、單位時(shí)間原電離子數(shù); 熱中子的靈敏度為熱中子的靈敏度為：3.110-13A(n cm2 s)，適用于適用于熱中子注量率熱中子注量率：102 1010 ncm2 s。dvNeIV021 2. 電離室的輸出脈沖電離室的輸出脈沖 電離室輸出脈沖幅度電離室輸出脈沖幅度 Um為：為： 式中：式中：E E 中子間接產(chǎn)生的粒子損失在電離室的能量中子間接產(chǎn)生的粒子損失在電離室的能量; C ; C 電離室輸出電離室輸出有效電容有效電容( (法法); W ); W 平均電離能平均電

24、離能; e ; e 是電子電荷量。是電子電荷量。 CWeEUm)()()()()(000 xbVabPxEdxPxdxbTbxbx 3 3、電離室輸出脈沖形狀電離室輸出脈沖形狀 電離室輸出脈沖形狀反映了入射粒子的信息，與之連接的二次線路也要以此進(jìn)電離室輸出脈沖形狀反映了入射粒子的信息，與之連接的二次線路也要以此進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量保持原有信息。所以，分析脈沖形狀尤為重要。行設(shè)計(jì)，盡量保持原有信息。所以，分析脈沖形狀尤為重要。 電離室電流是電離室電流是I Ii i由正、由正、 負(fù)離子電流負(fù)離子電流 I I+ +、I I- - 所組成的。即：所組成的。即： I Ii i = I = I+ + + I +

25、 I- -_ _ 首先討論平行板電離室。設(shè)平行板電離室內(nèi)，正、負(fù)離子都產(chǎn)生在首先討論平行板電離室。設(shè)平行板電離室內(nèi)，正、負(fù)離子都產(chǎn)生在x x0 0處，以速度處，以速度為為w w+ +(x(x) )的正離子由的正離子由x x0 0到達(dá)到達(dá)b 處的時(shí)間為處的時(shí)間為T ，則，則 PEPE;正、負(fù)離子運(yùn)動(dòng)速度分別為：正、負(fù)離子運(yùn)動(dòng)速度分別為：電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 E(x)=V(b-a)2222)()(abPVePVEeVEetIe)()()(0axVabPaT2)()(abPVentI 電離室電流是電離室電流是I Ii i由正、由正、 負(fù)離子電流負(fù)離子電流 I I+ +、I I- - 所組成的。即：所組成

26、的。即： I Ii i = I = I+ + + I + I- -_ _ 平行板電離室內(nèi)，負(fù)離子由平行板電離室內(nèi)，負(fù)離子由x x0 0以速度為以速度為w w- -(x(x) ) 到達(dá)到達(dá)a 處的時(shí)間為處的時(shí)間為T - ，同理可以同理可以求得：求得： 4、平行板電離室輸出電流、平行板電離室輸出電流 I 一個(gè)電子在電場(chǎng)一個(gè)電子在電場(chǎng)E E的作用下所作的功率為：的作用下所作的功率為：e E we E w- - 又等于：又等于：V VI Ie e 所以所以 V VI Ie e = e E w = e E w- - 其中：其中：E E = V= V(b-a (b-a ); ); w w- - = =-.

27、-.E EP P 一個(gè)電子生成的電流：一個(gè)電子生成的電流：一個(gè)入射粒子產(chǎn)生的電離電子數(shù)為一個(gè)入射粒子產(chǎn)生的電離電子數(shù)為n n，則它產(chǎn)生的電流為，則它產(chǎn)生的電流為I I- -(t);(t);正離子電流為正離子電流為I+(tI+(t) )；2)()(abPVentI232)()(abPVentI2)()(abPVentI 5、平行板電離室輸出電壓脈沖、平行板電離室輸出電壓脈沖 電離室電流輸出經(jīng)過(guò)電離室電流輸出經(jīng)過(guò)RC 網(wǎng)絡(luò)積分，網(wǎng)絡(luò)積分，就會(huì)得到一輸出脈沖，就會(huì)得到一輸出脈沖，RC時(shí)間常數(shù)不同，時(shí)間常數(shù)不同，則脈沖形狀不同。對(duì)于則脈沖形狀不同。對(duì)于 RC R1C1 R2C2 R3C3 情況的電離室

28、電壓脈沖如右情況的電離室電壓脈沖如右下圖所示。下圖所示。RCtRCteeCWeEtu1)(242022lnxbVabPTabxVxEln)(1220202ln)(TtaxxabPVentI 6、圓柱形電離室、圓柱形電離室 輸出電流及電壓脈沖輸出電流及電壓脈沖 圓柱形電離室電流輸出圓柱形電離室電流輸出 情況與平行板電離室情況與平行板電離室電壓脈沖相似，如圖所示。電壓脈沖相似，如圖所示。 圓柱形電極的電場(chǎng)強(qiáng)度為：圓柱形電極的電場(chǎng)強(qiáng)度為： 通過(guò)同樣計(jì)算可求得正、負(fù)離子的收集時(shí)間通過(guò)同樣計(jì)算可求得正、負(fù)離子的收集時(shí)間 T+、T-，及，及輸出電流輸出電流I+、I- ，u +max、u -max的表示式為

29、：的表示式為： 1202202ln)(TtxbxabPVentI2202lnaxVabpTabxbCneuabaxCneulnlnlnln0max0max25 7、 補(bǔ)補(bǔ) 償償 電電 離離 室室 在有強(qiáng)在有強(qiáng)場(chǎng)的情況下，要探測(cè)中子的場(chǎng)的情況下，要探測(cè)中子的強(qiáng)度，就需要消除強(qiáng)度，就需要消除在電離室產(chǎn)生的電流在電離室產(chǎn)生的電流的影響，通常使用的影響，通常使用補(bǔ)償電離室。參見右補(bǔ)償電離室。參見右圖就可了解其工作原理。圖就可了解其工作原理。 在中子電離室區(qū)，中子產(chǎn)生的電流在中子電離室區(qū)，中子產(chǎn)生的電流In，產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的電流I， 在在電離室區(qū)內(nèi)，電離室區(qū)內(nèi)，只有只有產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的電流I，它與前者的

30、方向相，它與前者的方向相反，所以，電流表的讀數(shù)為：反，所以，電流表的讀數(shù)為： I = (In +I ) I = In 通過(guò)調(diào)節(jié)電壓通過(guò)調(diào)節(jié)電壓 V V1 1 使使電流值抵消電流值抵消，就可補(bǔ)償，就可補(bǔ)償影響，測(cè)量電流即為中子影響，測(cè)量電流即為中子產(chǎn)生的電流。產(chǎn)生的電流。它對(duì)熱中子的靈敏度為：它對(duì)熱中子的靈敏度為： 410-12A(ncm2 S)適用于熱中子通量范圍：適用于熱中子通量范圍： 2.5102 1010 n(cm2 S)26 8、長(zhǎng)、長(zhǎng) 中中 子子 電電 離離 室室 在反應(yīng)堆功率測(cè)量中，中子通量在反應(yīng)堆功率測(cè)量中，中子通量很高，設(shè)計(jì)幾個(gè)短中子電離室，組成很高，設(shè)計(jì)幾個(gè)短中子電離室，組成

31、一個(gè)長(zhǎng)中子電離室，各短中子電離室一個(gè)長(zhǎng)中子電離室，各短中子電離室的中子靈敏度可達(dá)的中子靈敏度可達(dá) ： 2.310-14 A(n.cm2.s) 電離室高壓電極電離室高壓電極(負(fù)極負(fù)極) 的內(nèi)壁的內(nèi)壁及收集極外壁涂硼，室內(nèi)充及收集極外壁涂硼，室內(nèi)充1的的氦氦和和6的的氮氮，93的的氬氬氣。氣。 由于中子產(chǎn)生的電流較大，由于中子產(chǎn)生的電流較大，的的影響較小。影響較小。271、正比計(jì)數(shù)器、正比計(jì)數(shù)器 10B (n, ) 7Li 輸出脈沖幅度為：輸出脈沖幅度為： A是正比計(jì)數(shù)器的氣體放大倍數(shù)通?？蛇_(dá)到是正比計(jì)數(shù)器的氣體放大倍數(shù)通常可達(dá)到103 105，En是中子的動(dòng)能；是中子的動(dòng)能；Q是反應(yīng)能；是反應(yīng)能

32、；e是電子電荷量；是電子電荷量；W 是是平均電離能；平均電離能；C是計(jì)數(shù)器的等效輸出電容。是計(jì)數(shù)器的等效輸出電容。 主要用于熱中子的測(cè)量。主要用于熱中子的測(cè)量。CWeQEAUnm)(二二)正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 有以下兩種：有以下兩種： 充充BF3氣體的正比計(jì)數(shù)管氣體的正比計(jì)數(shù)管 涂硼正比計(jì)數(shù)管涂硼正比計(jì)數(shù)管 在堆芯外在堆芯外源量程源量程中配備。其中配備。其靈敏度為：靈敏度為：8 counts(ncm2.s)28（1）涂硼正比計(jì)數(shù)管）涂硼正比計(jì)數(shù)管 中心陽(yáng)極絲是由中心陽(yáng)極絲是由25m的不銹鋼做成，圓筒形陰極的不銹鋼做成，圓筒形陰極是由高純度鋁制成。陰極內(nèi)表面涂以豐度為是由高純度鋁制成。陰極內(nèi)表面

33、涂以豐度為92的硼的硼10B ，兩電極之間相互絕緣，計(jì)數(shù)管內(nèi)充以氬氣，兩電極之間相互絕緣，計(jì)數(shù)管內(nèi)充以氬氣(Ar)和少和少量的二氧化碳（量的二氧化碳（CO2）。計(jì)數(shù)管長(zhǎng)）。計(jì)數(shù)管長(zhǎng)558mm。（2）BF3正比計(jì)數(shù)管正比計(jì)數(shù)管292、長(zhǎng)計(jì)數(shù)管、長(zhǎng)計(jì)數(shù)管 所謂長(zhǎng)計(jì)數(shù)管，是利用在很所謂長(zhǎng)計(jì)數(shù)管，是利用在很長(zhǎng)能長(zhǎng)能量范圍量范圍內(nèi)探測(cè)中子的內(nèi)探測(cè)中子的效率平坦效率平坦變化的變化的材料，作為計(jì)數(shù)管的輻射體的正比計(jì)材料，作為計(jì)數(shù)管的輻射體的正比計(jì)數(shù)管。數(shù)管。 目前性能最好的長(zhǎng)計(jì)數(shù)管，探測(cè)目前性能最好的長(zhǎng)計(jì)數(shù)管，探測(cè)中子的能量范圍從熱中子中子的能量范圍從熱中子 快中子快中子。30 二、固體探測(cè)器二、固體探測(cè)器

34、 固體物質(zhì)作為探測(cè)中子的靈敏物質(zhì)，有閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器、活化球等固體物質(zhì)作為探測(cè)中子的靈敏物質(zhì)，有閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器、活化球等中子閃爍計(jì)數(shù)器，具有計(jì)數(shù)效率高、時(shí)間響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。中子閃爍計(jì)數(shù)器，具有計(jì)數(shù)效率高、時(shí)間響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。、硫化鋅、硫化鋅快中子快中子屏屏 把把ZnS(AgZnS(Ag) )粉粉與有機(jī)玻璃粉均勻混合，熱壓與有機(jī)玻璃粉均勻混合，熱壓成圓柱形。為提高探測(cè)效率，把這種混合體嵌在成圓柱形。為提高探測(cè)效率，把這種混合體嵌在有機(jī)玻璃筒內(nèi)，制成有機(jī)玻璃筒內(nèi)，制成花卷型花卷型快中子屏?？熘凶悠?。 見右圖見右圖。利用快中子在有機(jī)玻璃中產(chǎn)生。利用快中子在有機(jī)玻璃中產(chǎn)生反沖質(zhì)子反沖質(zhì)子

35、使硫化使硫化鋅閃爍體發(fā)光，經(jīng)光電信增管輸出。鋅閃爍體發(fā)光，經(jīng)光電信增管輸出。、硫化鋅、硫化鋅慢中子慢中子屏屏 把把ZnS(Ag) 粉與粉與B2O3均勻混合，中子與均勻混合，中子與10B產(chǎn)生產(chǎn)生和和 7Li 與與ZnS(Ag) 閃爍體閃爍體作用產(chǎn)生熒光，被光電倍增管放大為電信號(hào)輸出。閃爍體作成中空形，套在光電作用產(chǎn)生熒光，被光電倍增管放大為電信號(hào)輸出。閃爍體作成中空形，套在光電倍增管上，以提高探測(cè)效率。倍增管上，以提高探測(cè)效率。 對(duì)熱中子探測(cè)效率可達(dá)對(duì)熱中子探測(cè)效率可達(dá)5 10。 易于甄別易于甄別本底。本底。31、含、含鋰鋰閃爍體閃爍體 一種鋰閃爍體一種鋰閃爍體( LiO2.2AiO( LiO2

36、.2AiO2 2(Ce) )(Ce) )，是鋰玻璃，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定，是鋰玻璃，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，它的透光性、耐酸、耐腐蝕、耐高溫很好。適于探測(cè)堆內(nèi)中子。性，它的透光性、耐酸、耐腐蝕、耐高溫很好。適于探測(cè)堆內(nèi)中子。 熱中子效率很高，厚度為熱中子效率很高，厚度為 0.4 cm 0.4 cm 的鋰玻璃，效率達(dá)的鋰玻璃，效率達(dá)100100。對(duì)。對(duì)6.56.5的的鋰鋰( (其中其中 6 6Li Li 濃縮到濃縮到9696) )的玻璃的的玻璃的鋰玻璃閃爍體鋰玻璃閃爍體，厚度為，厚度為 2.54cm2.54cm時(shí)，中時(shí)，中子探測(cè)效率見下表：子探測(cè)效率見下表：中子能量(KeV)0.010.111010

37、0250510106021703360計(jì)算效率89.4258.5427.129.955.3016.53實(shí)測(cè)效率9.955.2014.903.501.561.091.3632、有機(jī)有機(jī)閃爍體 由于有機(jī)閃爍體均為富含由于有機(jī)閃爍體均為富含氫氫的的CH化合物化合物物質(zhì)，發(fā)光時(shí)間短，適于高通量物質(zhì)，發(fā)光時(shí)間短，適于高通量中子的測(cè)量，對(duì)中子的測(cè)量，對(duì)本底需作甄別處理。本底需作甄別處理。 各種閃爍體測(cè)量中子的性能對(duì)比名名 稱稱型型 號(hào)號(hào)規(guī)規(guī) 格格探測(cè)中子探測(cè)中子效效 率率光衰時(shí)間光衰時(shí)間光譜峰光譜峰(1010m)用用 途途ZnS 快中子屏混合型32,5010.2S4500快中子花卷型502020.2S45

38、00快中子ZnS 慢中子屏濃縮硼501.5100.2S4500慢中子天然硼501.550.2S4500慢中子鋰玻璃濃縮鋰40100.1S3950熱中子、中能中子蒽ST- 501105030 ns4470發(fā)光標(biāo)準(zhǔn)塑料體ST- 4014005 ns4200快中子計(jì)數(shù)液閃爍體ST- 5104,H303.7 ns4200特快中子33 3.43.4 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)(RPN)3.4.1 堆外中子注量率測(cè)量堆外中子注量率測(cè)量 堆外核測(cè)量系統(tǒng)的主要功能是：堆外核測(cè)量系統(tǒng)的主要功能是： 1.連續(xù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率連續(xù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率(功率變化功率變化及及功率分布功率分布)，對(duì)測(cè)得

39、的各種模擬信號(hào)加以顯示，對(duì)測(cè)得的各種模擬信號(hào)加以顯示記錄在反應(yīng)堆裝料、啟動(dòng)、停閉及功率運(yùn)行時(shí)給操縱員提供反應(yīng)堆內(nèi)中子注量率的記錄在反應(yīng)堆裝料、啟動(dòng)、停閉及功率運(yùn)行時(shí)給操縱員提供反應(yīng)堆內(nèi)中子注量率的信息；信息； 2.監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆徑向功率傾斜和軸向功率偏差徑向功率傾斜和軸向功率偏差； 3.向反應(yīng)堆向反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，反應(yīng)堆系統(tǒng)，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)提供中子功率信號(hào)，當(dāng)提供中子功率信號(hào)，當(dāng)中子注量率中子注量率高、高、 中子注量率變化率高時(shí)，觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停閉中子注量率變化率高時(shí)，觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停閉。 壓水堆啟動(dòng)時(shí)，中子注量率的變化范圍很大，從啟動(dòng)時(shí)功率至滿功率時(shí)中子注壓水堆啟動(dòng)時(shí)

40、，中子注量率的變化范圍很大，從啟動(dòng)時(shí)功率至滿功率時(shí)中子注量率變化可大到量率變化可大到6至至12個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，如果只用一種探測(cè)器來(lái)覆蓋所需要的整個(gè)。因此，如果只用一種探測(cè)器來(lái)覆蓋所需要的整個(gè)測(cè)量范圍，往往是很困難的，通常把所需測(cè)量范圍分成幾段，分別配以適當(dāng)?shù)暮藴y(cè)測(cè)量范圍，往往是很困難的，通常把所需測(cè)量范圍分成幾段，分別配以適當(dāng)?shù)暮藴y(cè)量通道加以測(cè)定。量通道加以測(cè)定。 一般分成一般分成源量程源量程測(cè)量通道、測(cè)量通道、中間量程中間量程測(cè)量通道和測(cè)量通道和功率量程功率量程測(cè)量通道三段，各個(gè)測(cè)量通道三段，各個(gè)測(cè)量通道所測(cè)定的范圍見圖。從圖上可以看出，各個(gè)量程之間的銜接至少重疊一個(gè)測(cè)量通道所測(cè)定的

41、范圍見圖。從圖上可以看出，各個(gè)量程之間的銜接至少重疊一個(gè)數(shù)量級(jí)，以保證控制和保護(hù)的連續(xù)性。數(shù)量級(jí)，以保證控制和保護(hù)的連續(xù)性。 34 堆芯外堆芯外 中中 子子 探探 測(cè)測(cè) 器器 與與 相相 應(yīng)應(yīng) 的的 量量 程程 范范 圍圍353.4.2 各個(gè)量程測(cè)量通道通常選用的探測(cè)器及儀表組成。各個(gè)量程測(cè)量通道通常選用的探測(cè)器及儀表組成。壓水堆堆外核測(cè)量系統(tǒng)的組成壓水堆堆外核測(cè)量系統(tǒng)的組成表表 源量程測(cè)量通道源量程測(cè)量通道中間量程中間量程通道通道功率量程測(cè)量通道功率量程測(cè)量通道探測(cè)器靈敏度靈敏度硼正比計(jì)數(shù)管8counts/(n/cm8counts/(n/cm2 2s)s) 硼補(bǔ)償電離室8 81010-14-

42、14A/(n/cmA/(n/cm2 2ss）長(zhǎng)電離室 2.32.31010-14-14A/A/（n/cmn/cm2 2ss）探測(cè)器量程量程10-110n/（cm2s）0.8 Cs1.6106Cs 210251010n/(cm2s)1.61.61010-12-124 41010-3-3A A5 510102 25 510101010 n/ n/（cm2s）11.511.51010-12-121.15A1.15A 顯示儀表 量程106 counts/s10-1110-2A1.710-7A1.710-3A：106% Pn儀表電源100-1300V電源100-1500 V電源100-1000 V顯示線

43、性放大器音響放大器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)率計(jì)周期計(jì)計(jì)算機(jī)邏輯輸出0250 V前置放大器周期計(jì)對(duì)數(shù)功率表記錄器計(jì)算機(jī)邏輯輸出直流放大器線性功率表指示記錄器計(jì)算機(jī)邏輯輸出363.4.3 核儀表系統(tǒng)核儀表系統(tǒng)(RPN)一、系統(tǒng)功能一、系統(tǒng)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。信息。 1. 1. 信息和控制功能信息和控制功能 (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，動(dòng)和功率運(yùn)行各工

44、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）。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)控制信號(hào):功率量程的信號(hào)用于棒控程序功率量程的信號(hào)用于棒控程序 ; (3) 中子噪音測(cè)量線路的輸出用來(lái)評(píng)估反應(yīng)堆內(nèi)部構(gòu)件的松動(dòng)和振動(dòng)；中子噪音測(cè)量線路的輸出用來(lái)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)。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)。 2. 保護(hù)功能保護(hù)功能 向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)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)。提供多個(gè)緊急停堆信號(hào)和允許信號(hào)。 防止反應(yīng)

45、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)。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)。 37 二、系統(tǒng)組成：二、系統(tǒng)組成：2個(gè)源量程源量程測(cè)量通道（正比計(jì)數(shù)管C.P.）；2個(gè)中間量程中間量程測(cè)量通道（補(bǔ)償電離室C.L.C.）；4個(gè)功率量程功率量程測(cè)量通道（非補(bǔ)償電離室C.L.M.C.）長(zhǎng)電離室,分6個(gè)靈敏段,分別測(cè)量堆芯上部、下部中子通量；38 反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)探測(cè)器的位置反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)探測(cè)器的位置39 3.4.4 3.4.4 三個(gè)測(cè)量通道原理三個(gè)測(cè)量通道原理 1 1. . 源量程源量程測(cè)量通道測(cè)量通道（CNSCNS）：）： 由兩個(gè)獨(dú)立的相同線路組成。在反應(yīng)堆由兩個(gè)獨(dú)立的相同線

46、路組成。在反應(yīng)堆停堆停堆期間和期間和啟動(dòng)啟動(dòng)初始階初始階段，測(cè)量范圍從段，測(cè)量范圍從1010-1 -1到到2 2 10105 5 n /n /（cmcm2 2ss ），）， 探測(cè)器是探測(cè)器是正比計(jì)數(shù)管，計(jì)數(shù)管內(nèi)壁涂硼，正比計(jì)數(shù)管，計(jì)數(shù)管內(nèi)壁涂硼，管內(nèi)充以氬氣和少量管內(nèi)充以氬氣和少量的二氧化碳，外加直流高壓的二氧化碳，外加直流高壓( 900V ( 900V ）。）。 每個(gè)中子與硼每個(gè)中子與硼-10 -10 發(fā)生核反應(yīng)，發(fā)生核反應(yīng)， 1 10 0n+n+10105 5B B7 73 3Li+Li+4 42 2He+QHe+Q，產(chǎn)生產(chǎn)生 粒子、粒子、7 73 3LiLi和和 射線。射線。 粒子、粒子

47、、7 73 3LiLi使計(jì)數(shù)管內(nèi)的氬氣電離，產(chǎn)生正、使計(jì)數(shù)管內(nèi)的氬氣電離，產(chǎn)生正、負(fù)離子形成電脈沖；負(fù)離子形成電脈沖； 射線也會(huì)產(chǎn)生電脈沖，但其幅值較小，可射線也會(huì)產(chǎn)生電脈沖，但其幅值較小，可用用甄別放大電路甄別放大電路濾去。濾去。 輸出電流送到：輸出電流送到： 周期計(jì)線路：用于顯示；周期計(jì)線路：用于顯示； 模擬量輸出線路：模擬量輸出線路：用于指示用于指示 和記錄；和記錄； 邏輯量輸出線路：用于啟動(dòng)報(bào)警及反應(yīng)堆保護(hù)。邏輯量輸出線路：用于啟動(dòng)報(bào)警及反應(yīng)堆保護(hù)。4041甄別放大原理甄別放大原理射線射線也產(chǎn)生幅值較小的電也產(chǎn)生幅值較小的電流脈沖，故用甑別放大電路流脈沖，故用甑別放大電路濾除它和反應(yīng)堆

48、內(nèi)其他濾除它和反應(yīng)堆內(nèi)其他射射線線產(chǎn)生的小幅度電流脈沖，產(chǎn)生的小幅度電流脈沖，放大粒子產(chǎn)生的電流脈沖，放大粒子產(chǎn)生的電流脈沖，從而得到只與中子注量率成從而得到只與中子注量率成正比的計(jì)數(shù)脈沖。正比的計(jì)數(shù)脈沖。42 倍增周期，代表堆功率變化趨勢(shì)、快慢和反應(yīng)堆所處的狀態(tài)。倍增周期，代表堆功率變化趨勢(shì)、快慢和反應(yīng)堆所處的狀態(tài)。 T=3s，說(shuō)明堆功率每3s增加1倍，反應(yīng)堆處于超臨界狀態(tài)超臨界狀態(tài)； T= - 25 s，說(shuō)明堆功率每25s降低1倍，反應(yīng)堆處于次臨界狀態(tài)次臨界狀態(tài)。 T= ，說(shuō)明堆功率為常數(shù)，反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)。 如果倍增周期為一過(guò)小的正值，說(shuō)明反應(yīng)堆功率增加過(guò)快，容易失控。如果倍增

49、周期為一過(guò)小的正值，說(shuō)明反應(yīng)堆功率增加過(guò)快，容易失控。在啟動(dòng)反應(yīng)堆升功率時(shí)，一定要時(shí)刻監(jiān)視倍增周期，在啟動(dòng)反應(yīng)堆升功率時(shí)，一定要時(shí)刻監(jiān)視倍增周期，禁止其小于禁止其小于18 s 周周 期期 計(jì)計(jì) 在源量程和中間量程測(cè)量通道中都包括周期計(jì)，它產(chǎn)生功率倍增時(shí)間信號(hào)，送在源量程和中間量程測(cè)量通道中都包括周期計(jì)，它產(chǎn)生功率倍增時(shí)間信號(hào)，送往顯示器，以顯示中子注量率變化一倍的時(shí)間往顯示器，以顯示中子注量率變化一倍的時(shí)間T T。反應(yīng)堆功率變化遵守指數(shù)規(guī)律：反應(yīng)堆功率變化遵守指數(shù)規(guī)律：其中：其中：P P0 0為為t=0 t=0 時(shí)的堆功率；時(shí)的堆功率；P P為為t t時(shí)刻的堆功率；時(shí)刻的堆功率；T T為功率倍

50、增周期為功率倍增周期( (倍增時(shí)間倍增時(shí)間) )。上式兩邊取對(duì)數(shù)：上式兩邊取對(duì)數(shù)：TtPP20PdtdTTPdtdTtPPlg2lg2lglg2lglglg0 由此可見：由此可見：倍增時(shí)間倍增時(shí)間T與功率對(duì)數(shù)的與功率對(duì)數(shù)的導(dǎo)數(shù)成反比。周期計(jì)正是導(dǎo)數(shù)成反比。周期計(jì)正是產(chǎn)生功率對(duì)數(shù)產(chǎn)生功率對(duì)數(shù)的的對(duì)數(shù)放大器對(duì)數(shù)放大器的輸出經(jīng)過(guò)微分、取倒數(shù)運(yùn)算的輸出經(jīng)過(guò)微分、取倒數(shù)運(yùn)算以后，輸出倍增時(shí)間以后，輸出倍增時(shí)間 T 信號(hào)。信號(hào)。4344 探測(cè)器是探測(cè)器是涂硼補(bǔ)償電離涂硼補(bǔ)償電離室室，由兩個(gè)同軸的圓柱形電，由兩個(gè)同軸的圓柱形電離室組成；涂硼電離室對(duì)離室組成；涂硼電離室對(duì)粒粒子和子和射線均敏感，在外電壓射線均

51、敏感，在外電壓作用下產(chǎn)生電離電流作用下產(chǎn)生電離電流In + I 1。 不涂硼電離室僅對(duì)不涂硼電離室僅對(duì) 射線射線敏感，在補(bǔ)償電壓作用下產(chǎn)敏感，在補(bǔ)償電壓作用下產(chǎn)生電離電流生電離電流I 2。調(diào)整補(bǔ)償電壓使I 1 = I 2 ，再經(jīng)電路分向處理二者抵消，探測(cè)器最終輸出電流 In + I 1 I 2 = In 輸出電流送到：輸出電流送到：周期計(jì)線路；模擬量輸出線路；周期計(jì)線路；模擬量輸出線路；邏輯量輸出線路。邏輯量輸出線路。 2.2.中間量程中間量程測(cè)量通道測(cè)量通道 (CNI） 量程：量程：1010-11-11A A 到到 1010-3-3A A45 功率量程測(cè)量通道由4個(gè)獨(dú)立的相同線路組成，探測(cè)器

52、是涂硼涂硼長(zhǎng)電離室長(zhǎng)電離室，由6個(gè)敏感段構(gòu)成；該功率值送到下列線路中：反應(yīng)堆棒控系統(tǒng)，反應(yīng)堆棒控系統(tǒng)，移動(dòng)控移動(dòng)控制棒；制棒；指示和記錄儀表，指示指示和記錄儀表，指示記記錄堆功率；錄堆功率；反應(yīng)堆測(cè)量?jī)x，反應(yīng)堆測(cè)量?jī)x，計(jì)算反應(yīng)計(jì)算反應(yīng)性；性；對(duì)比線路，對(duì)比線路，監(jiān)視功率監(jiān)視功率徑向徑向分布不平衡；分布不平衡；功率分布監(jiān)測(cè)線路，監(jiān)視功率分布監(jiān)測(cè)線路，監(jiān)視堆芯功率分布堆芯功率分布；反應(yīng)堆保護(hù)線路，用于反應(yīng)堆保護(hù)線路，用于啟啟動(dòng)反應(yīng)堆保護(hù)。動(dòng)反應(yīng)堆保護(hù)。3. 功率量程功率量程測(cè)量通道測(cè)量通道（CNP）量程：量程：1.710-7A1.710-3A46 第第4 4 章章 堆芯內(nèi)中子注量測(cè)量及系統(tǒng)堆芯內(nèi)中

53、子注量測(cè)量及系統(tǒng) 在堆壽期內(nèi)，堆的安全運(yùn)行不能只依賴堆芯外儀表的信息，而要周期地根據(jù)芯在堆壽期內(nèi)，堆的安全運(yùn)行不能只依賴堆芯外儀表的信息，而要周期地根據(jù)芯內(nèi)敏感元件測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)堆芯外儀表校正；取得氙毒對(duì)功率的影響資料；及燃耗信內(nèi)敏感元件測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)堆芯外儀表校正；取得氙毒對(duì)功率的影響資料；及燃耗信息等。息等。4.1 堆芯環(huán)境堆芯環(huán)境 ( 險(xiǎn)惡險(xiǎn)惡 ) 、高中子通量高中子通量 (1012 n.cm-2.s-1)； 、強(qiáng)強(qiáng)場(chǎng)場(chǎng) (照射量照射量0.3 C kg.h )； 、高溫高溫 (210 0C)； 、高壓高壓 (7106 Pa)； 、振動(dòng)振動(dòng) (由冷卻劑流動(dòng)、沸騰引起由冷卻劑流動(dòng)、沸騰引起)。對(duì)

54、儀表的要求：對(duì)儀表的要求：、耐受高通量中子及、耐受高通量中子及的輻照損傷的輻照損傷;、一次換料期間，敏感元件移動(dòng)、更換要不多于一次換料期間，敏感元件移動(dòng)、更換要不多于1次次;、體積足夠小，適應(yīng)可利用的空間、體積足夠小，適應(yīng)可利用的空間;、采取防護(hù)措施。、采取防護(hù)措施。47 4.2 堆芯儀表堆芯儀表 4.2.1 堆芯裂變電離室堆芯裂變電離室 裂變電離室的一個(gè)電極涂層裂裂變電離室的一個(gè)電極涂層裂變物質(zhì)變物質(zhì) ( (235235U) U) ，碎片的能量比中，碎片的能量比中子核反應(yīng)產(chǎn)生的粒子能量大得多，子核反應(yīng)產(chǎn)生的粒子能量大得多，所以它探測(cè)中子的靈敏度高，很容所以它探測(cè)中子的靈敏度高，很容易甄別易甄

55、別本底。本底。 裂變碎片質(zhì)量大、射程很短，裂變碎片質(zhì)量大、射程很短，所以裂變材料涂層很薄，一般所以裂變材料涂層很薄，一般2mg2mgcmcm2 2。 靈敏度為：靈敏度為： 0.5 s0.5 s-1-1 nn，n n 為中子密度；為中子密度；為中子速度。為中子速度。 最高計(jì)數(shù)率可達(dá)：最高計(jì)數(shù)率可達(dá)： 10105 5s s 。 裂變室的特性裂變室的特性：1、鈾的表面積要大，厚度與長(zhǎng)度比要使信噪比最??；、鈾的表面積要大，厚度與長(zhǎng)度比要使信噪比最小；2、充惰性氣氬，導(dǎo)熱性、電離性好，熱中子截面小，不會(huì)使中子核反應(yīng)把它消耗；、充惰性氣氬，導(dǎo)熱性、電離性好，熱中子截面小，不會(huì)使中子核反應(yīng)把它消耗；3、增大

56、充氣壓力，會(huì)提高靈敏度，一般為幾個(gè)大氣壓；、增大充氣壓力，會(huì)提高靈敏度，一般為幾個(gè)大氣壓；4、裂變極與收集極間距大，產(chǎn)生原電離數(shù)多，電流大。、裂變極與收集極間距大，產(chǎn)生原電離數(shù)多，電流大。48 大亞灣堆芯微型裂變電離室大亞灣堆芯微型裂變電離室 探測(cè)器是堆芯中子通量（注量率）測(cè)量的敏感元件,大亞灣核電廠大亞灣核電廠采用微微型裂變室型裂變室,其中央靈敏電極涂有235U富集度為90%的鈾的氧化物,兩層同心包殼之間充以氬氣氬氣。裂變電離室裂變電離室端部連接驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)電兩用的螺旋形電纜。 探測(cè)器外徑外徑4.7mm,長(zhǎng)度長(zhǎng)度（包括頭部）66mm,靈敏區(qū)長(zhǎng)度27mm。它的外殼、外電極、及同軸電纜的材料均為不銹

57、鋼不銹鋼。494.2.2 4.2.2 涂涂 硼硼 室室 在電離室的一個(gè)電極上涂一層濃縮在電離室的一個(gè)電極上涂一層濃縮硼硼10膜，其測(cè)量范圍為：膜，其測(cè)量范圍為：105 1010 ncm2.s。 由于由于 10B 的熱中子反應(yīng)截面比的熱中子反應(yīng)截面比 235U 的大約的大約6倍，導(dǎo)致燃耗太大，壽命縮短，所以，不宜倍，導(dǎo)致燃耗太大，壽命縮短，所以，不宜作為固定式堆芯儀，而作為作為固定式堆芯儀，而作為移動(dòng)式堆芯功率儀移動(dòng)式堆芯功率儀。 每次在堆芯內(nèi)工作約每次在堆芯內(nèi)工作約 3分鐘分鐘，每月測(cè)一次，每月測(cè)一次，所以它可以，所以它可以滿意地工作多年滿意地工作多年。50 4.2.3 溫度計(jì)溫度計(jì) 溫度計(jì)的

58、優(yōu)點(diǎn)是：溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是： 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；2、高輻射下壽命較長(zhǎng)；3、信號(hào)大小正比于小范圍內(nèi)的功率水平；4、沒有涂層儀由于燃耗降低靈敏度的缺點(diǎn)。 射線引起包在熱絕緣體中的材料發(fā)熱材料發(fā)熱。發(fā)熱溫度與發(fā)熱溫度與通量通量有線性關(guān)系，即可反映堆功率的有線性關(guān)系，即可反映堆功率的大小。大小。 缺點(diǎn)是：缺點(diǎn)是：1、外徑尺寸較大(0.8 cm)；2、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(約幾分鐘幾分鐘)；3、緩發(fā)強(qiáng)度對(duì)溫度的貢獻(xiàn)，限制了量程；4、靈敏度受熱通道溫度影響，1600C時(shí)比2 300C時(shí)大20。514.2.4 自自 給給 能能 探探 測(cè)測(cè) 器器自給能探測(cè)器自給能探測(cè)器 ( Self-powered detector

59、 ) 自給能探測(cè)器是不需要外加偏壓電源的核輻射探測(cè)器。它靈敏度很低，適于自給能探測(cè)器是不需要外加偏壓電源的核輻射探測(cè)器。它靈敏度很低，適于在強(qiáng)輻射場(chǎng)下工作。這是在強(qiáng)輻射場(chǎng)下工作。這是6060年代中期出現(xiàn)的一種堆芯中子通量探測(cè)器，由中心年代中期出現(xiàn)的一種堆芯中子通量探測(cè)器，由中心發(fā)發(fā)射體、絕緣體射體、絕緣體和和收集體收集體三部分按同軸排列而成。三部分按同軸排列而成。 物質(zhì)與輻射場(chǎng)相互作用，因發(fā)射和吸收荷電粒子而帶電。置于輻射場(chǎng)中的兩種物質(zhì)與輻射場(chǎng)相互作用，因發(fā)射和吸收荷電粒子而帶電。置于輻射場(chǎng)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)生了電相互絕緣的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）

60、，由于帶電情況和程度不同，它們之間就產(chǎn)生了電勢(shì)差。勢(shì)差。52一、一、 自給能探測(cè)器的種類和原理自給能探測(cè)器的種類和原理自給能探測(cè)器主要有三種：自給能探測(cè)器主要有三種： 流流中子探測(cè)器中子探測(cè)器，內(nèi)轉(zhuǎn)換中子探測(cè)器，自給能內(nèi)轉(zhuǎn)換中子探測(cè)器，自給能 探測(cè)器。探測(cè)器。1 1、自給能中子探測(cè)器、自給能中子探測(cè)器（1） 流流中子探測(cè)器中子探測(cè)器( (又稱延遲響應(yīng)自給能探測(cè)器）又稱延遲響應(yīng)自給能探測(cè)器） 發(fā)射體銠、釩發(fā)射體銠、釩或銀銀，它們與中子發(fā)生（n n， ）反應(yīng)生成活化核，活化核發(fā)生-衰變衰變，部分粒子穿過(guò)絕緣體而到達(dá)收集體，平衡后形成與中子通量正比的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電纜傳送到記錄儀。當(dāng)核反應(yīng)平衡后，在