16N輻射監(jiān)測儀研制方案

薛志光+姚正喜+李松+劉一霖

【摘 要】核電站蒸汽發(fā)生器泄漏連續(xù)監(jiān)測通道，又稱為16N輻射監(jiān)測儀，主要用于測定壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器U型管破損所致一回路水向二回路側(cè)的泄漏率，是關(guān)系到壓水堆核電站安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要監(jiān)測通道。迄今，我國境內(nèi)在役和正在建設(shè)的壓水堆核電站所安裝的16N輻射監(jiān)測儀基本是從法國進(jìn)口，而國內(nèi)能夠生產(chǎn)制造16N輻射監(jiān)測儀的廠家卻很少。論文提出了一個(gè)16N輻射監(jiān)測儀的研制方案，并介紹了其工作原理和系統(tǒng)組成。

【Abstract】Steam generator leak rate monitoring channel is also named 16N radiation monitoring system， which is an important monitoring channel of pressurized water reactor nuclear power plant， and mainly used for measuring leakage of primary line leak rate of water to the second side causing by U type pipe damage. So far， the 16N radiation monitoring systems installed in the pressurized water reactor nuclear power plant under construction or in service are imported from France in the territory of China. The domestic manufactures that can produce 16 N radiation monitoring system are few. This paper proposes a development scheme of 16N radiation monitoring system， and introduces its working principle and system composition.

【關(guān)鍵詞】核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)；蒸汽發(fā)生器；16N輻射監(jiān)測儀

【Keywords】 KRT system； steam generator；16N radiation monitoring system

【中圖分類號】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0138-02

1引言

蒸汽發(fā)生器泄漏連續(xù)監(jiān)測通道即16N輻射監(jiān)測儀，是核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)的一個(gè)重要監(jiān)測通道。蒸汽發(fā)生器是核電站蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，是連接反應(yīng)堆1、2回路的關(guān)鍵設(shè)備。蒸汽發(fā)生器傳熱管道由于腐蝕、微震磨損、耗蝕等原因而造成泄漏是壓水堆核電站的多發(fā)性事故。

16N輻射監(jiān)測儀在反應(yīng)堆功率運(yùn)行時(shí)，通過測量破損發(fā)生時(shí)在二回路主蒸汽管道內(nèi)所出現(xiàn)的16N高能γ輻射，確定蒸汽發(fā)生器U型管的泄漏率；在熱停堆工況下，則可測量主蒸汽管道內(nèi)惰性氣體或其他核素。

法國EDF公司從1983年開始研制該儀器軟件及傳輸系數(shù)，1988年由法國MGP公司正式投產(chǎn)，已有數(shù)百臺16N輻射監(jiān)測儀投入運(yùn)行。國內(nèi)研制檢測16N的輻射監(jiān)測儀的廠家很少，能在國內(nèi)核電站中安裝運(yùn)行的就更寥寥無幾。本文在吸取國內(nèi)外各廠家和科研院所的研究及核電用戶使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)切實(shí)可行的研制方案。

2 16N輻射監(jiān)測儀的原理

16N輻射監(jiān)測儀是通過測量主蒸汽管道內(nèi)蒸汽中16N的γ放射性活度來監(jiān)測蒸汽發(fā)生器傳熱管破損的在線連續(xù)檢測設(shè)備。

一回路水中16N來源于核燃料裂變中子引起的16O（n，p）16N核反應(yīng)。16N的半衰期7.13秒，發(fā)射能量為6.13MeV（69%）和7.11MeV（5%）的γ射線。

n+16O→16N*+p

如傳熱管破損時(shí)，一回路水中的16N就會進(jìn)入二回路水中，然后16N隨二回路水的蒸發(fā)進(jìn)入主蒸汽管道。16N監(jiān)測儀的探測器直接對著主蒸汽管道放置，測量蒸汽中的16Nγ射線的脈沖計(jì)數(shù)率，這種脈沖計(jì)數(shù)率經(jīng)由專門的計(jì)算方法確定的泄漏率傳輸系數(shù)換算，求得傳熱管泄漏率。具體計(jì)算方法在相關(guān)文獻(xiàn)中已有介紹，這里不再贅述。

3 16N輻射監(jiān)測儀的組成框圖

16N輻射監(jiān)測儀主要由探測裝置、就地處理顯示單元（LPDU）、電氣接線箱（EJB）和電纜四部分組成，如下圖1所示。

探測裝置主要包含兩個(gè)信號輸入，分別是16N輻射探測器和溫度傳感器；LPDU則主要由測量處理單元、顯示控制和報(bào)警單元組成。以下對每一部分作分別介紹。

4 探測裝置的研制

探測裝置由閃爍體探測器、絕熱材料、不銹鋼殼和密封端板幾部分組成。閃爍體由3×3英寸 NaI（Tl） 晶體裝配相應(yīng)的光電倍增管，這種探測器對6.13MeV的γ射線具有優(yōu)良的探測性能，而且價(jià)格相對便宜，在閃爍體入射端裝有一個(gè)活度約200Bq的241Am放射源，等效γ能峰為2.7MeV左右，在探測器包裝外表面裝有一個(gè)鉑金屬電阻溫度傳感器，用于測量閃爍體的溫度，閃爍體探測器用SiO2凝膠包裹，用于熱絕緣，外有不銹鋼外殼，兩端有導(dǎo)電O型密封圈，探頭整體防水，隔熱，抗強(qiáng)震動，16N探測器及屏蔽體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于探測器在主蒸汽管道外側(cè)，周圍環(huán)境溫度在30～55 ℃，所以前置放大器沒有在探測裝置中。前放和高壓均放在幾十米外的LPDU中。

探頭由支架固定，調(diào)整支架位置使探頭軸線與主蒸汽管道軸線在同一平面，探頭前端面距蒸汽管道外表面5cm。

5 LPDU的研制endprint

就地處理顯示單元（LPDU）的主要功能是接收探測裝置傳輸過來的脈沖信號，經(jīng)過放大、分析處理后給出泄漏率的數(shù)值，用于顯示、存儲和傳輸[1]。當(dāng)所測量值超過預(yù)定報(bào)警閾值時(shí)給出報(bào)警信號。

5.1 測量處理單元

測量處理單元由直流高壓電源（500～1000V），直流低壓電源（±5V、±15V、±24V）、CPU、1024道多道脈沖幅度分析器、前置放大器、可變增益放大器、16N監(jiān)測道（6.13MeV）和總γ監(jiān)測道兩個(gè)單道脈沖幅度分析器等部分組成，

測量處理單元軟件與硬件配合對核探測器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取和處理[2]，并與智能顯示器和PC機(jī)進(jìn)行通訊，完成以下功能： ①16N監(jiān)測道數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲和清除；②總γ監(jiān)測道數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲和清除；③1024道多道分析器譜數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲和清除；④溫度傳感器信號的獲取、存儲、處理、更新；⑤死時(shí)間校正用于補(bǔ)償脈沖計(jì)數(shù)損失；⑥與16N顯示道和總γ顯示道進(jìn)行通訊；⑦采樣判斷報(bào)警和Watchdog檢驗(yàn)處理。

5.2 顯示控制和報(bào)警單元

顯示控制和報(bào)警單元包括主要包括16N監(jiān)測道顯示、總γ監(jiān)測道顯示。顯示控制和報(bào)警單元由鍵盤、液晶顯示電路、光柱顯示電路、CPU電路、聲光報(bào)警電路和兩個(gè)RS485異步串行通訊接口和一個(gè)并行通訊接口等組成。

顯示控制和報(bào)警單元軟件與硬件配合完成16N監(jiān)測道和總γ監(jiān)測道數(shù)據(jù)獲取和處理，并與就地測量處理單元、便攜式PC機(jī)、顯示器鍵盤等通訊，完成如下功能：①與就地測量處理單元通訊，獲取16N監(jiān)測道數(shù)據(jù)，并對獲取數(shù)據(jù)和輸入核功率數(shù)據(jù)及傳輸系數(shù)進(jìn)行處理，給出每10秒自動更新一次脈沖計(jì)數(shù)率、泄漏率、測量時(shí)間內(nèi)脈沖計(jì)數(shù)及狀態(tài)等顯示；②與就地測量處理單元通訊，獲取總γ監(jiān)測道的數(shù)據(jù)并處理，給出每10秒 更換脈沖計(jì)數(shù)率、測量時(shí)間內(nèi)脈沖計(jì)數(shù)及狀態(tài)顯示等；③處理就地測量處理單元的測量結(jié)果，當(dāng)泄漏率或總γ計(jì)數(shù)超過設(shè)定閾值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號，并發(fā)出聲光報(bào)警；④與顯示器鍵盤通訊，完成參數(shù)設(shè)置，顯示及狀態(tài)信息顯示，并在判斷有故障時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警；⑤與便攜式PC機(jī)及上位機(jī)軟件通訊。

6 結(jié)語

本文提出了一個(gè)核電站蒸汽發(fā)生器泄漏連續(xù)監(jiān)測通道即16N輻射監(jiān)測儀的研制方案，為后續(xù)硬件的具體設(shè)計(jì)和軟件編程調(diào)試工作提供指導(dǎo)和參考。

【參考文獻(xiàn)】

【1】陸章元.16N檢測法對核電廠蒸汽發(fā)生器泄漏率的測定 [J].核電工程與技術(shù)，1996（1）：33-40.

【2】丁聲耀，徐鹍，丁錫祥，等. （16）Nγ輻射監(jiān)測儀的研制[J].核標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量與質(zhì)量， 2003（4）：20-26.endprint