新型核電廠通風(fēng)管道核輻射監(jiān)測裝置研究

張軍平

摘要：核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)（KRT）連續(xù)監(jiān)測核電站總體運行期間放射性水平趨勢。通風(fēng)系統(tǒng)作為核電廠控制區(qū)工作人員和設(shè)備運行的充分條件，除了溫度、濕度和壓力等參數(shù)滿足正常運行之外，各個廠房運行設(shè)備和工藝管線早期發(fā)生放射性泄露后，輻射監(jiān)測預(yù)警能夠及時有效地保障工作人員免受意外輻照。當(dāng)相關(guān)廠房區(qū)域內(nèi)發(fā)生放射性泄露或者測量數(shù)據(jù)異常時，提醒主控室運行人員采取相應(yīng)措施，控制和維持放射性水平在可接受的范圍之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：核電廠;輻射監(jiān)測系統(tǒng);優(yōu)化改進(jìn)

核電廠的核輻射水平，是核電廠運行狀態(tài)評價的重要依據(jù)之一。操縱員和專業(yè)運行維護(hù)人員通過獲取全廠工藝、氣載、排除流、區(qū)域輻射監(jiān)測的核輻射數(shù)據(jù)，來判斷核電廠各種設(shè)備的運行情況，以及核電廠全廠輻射水平。輻射監(jiān)測系統(tǒng)是核電廠用于采集、處理和顯示核輻射數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，現(xiàn)役的核電站中輻射監(jiān)測系統(tǒng)通常被劃分為非安全級系統(tǒng)。

一、核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)

新型通風(fēng)管道輻射監(jiān)測裝置主要由取樣氣體管路單元（EMGS）、放射性測量裝置、就地PLC控制單元、遠(yuǎn)程PLC通信顯示四部分組成。電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)（KRT）用于連續(xù)地校核核電站設(shè)計和運行整定點所構(gòu)成的預(yù)防措施，監(jiān)視放射性水平是否符合正常的運行水平，以保護(hù)核電站人員免于受到過高的輻射，保護(hù)公眾免受輻射照射及啟動人員保護(hù)的自動動作。這一特性實現(xiàn)了對核電廠各道安全防護(hù)屏障完整性的連續(xù)監(jiān)測，達(dá)到了間接保護(hù)的目的，同時可以及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并發(fā)出報警信號，啟動人員保護(hù)的自動動作。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)置

（一）掃描式風(fēng)管輻射監(jiān)測儀

通風(fēng)系統(tǒng)配置原有掃描式風(fēng)管輻射監(jiān)測裝置為Mirion公司生產(chǎn)NGM202L輻射監(jiān)測儀，該輻射監(jiān)測儀主要具備電源模塊故障、通信故障、探測器故障、取樣泵故障和二級報警等功能。該輻射監(jiān)測儀使用差分電離室探測器，用來監(jiān)測管道中放射性氣體的β、γ放射性活度。其測量范圍為3.7×10～3.7×10Bq/m。取樣氣體通過取樣泵在管路中經(jīng)進(jìn)氣口→探測器→壓力傳感器→流量計→取樣泵→出氣口循環(huán)，被測氣體在測量腔內(nèi)產(chǎn)生“電子—正離子對”，在極化高壓電場力作用下，形成電荷脈沖信號，由就地處理單元（LPDU）對其進(jìn)行甄別、放大、成型后輸出至主控室顯示。

（二）硅半導(dǎo)體探測器

新型輻射監(jiān)測裝置探測部分配以硅半導(dǎo)體探測器。該探測器對β射線能量范圍為80keV～2.5MeV、對γ射線能量范圍為80keV～2.5MeV;測量范圍3.7×1033.7×10Bq/m;對85Kr靈敏度為2.92×10-6、對133Xe靈敏度為1.17×10-6。硅半導(dǎo)體探測器主要由鉛屏蔽體、鈦隔膜、硅半導(dǎo)體、航空插頭、密封墊圈等組成。當(dāng)取樣氣體通過探測器時，濕度過大可能會產(chǎn)生凝結(jié)水，鈦隔膜將硅半導(dǎo)體和取樣氣體完全隔離開來，能夠有效避免冷凝水對硅半導(dǎo)體測量數(shù)據(jù)的影響，且硅半導(dǎo)體放置在5cm厚的4π鉛屏蔽內(nèi)，能夠減少外界本底環(huán)境γ放射性干擾對測量數(shù)據(jù)的影響。

（三）其他部件

就地處理單元：又稱作LocalProcessDis-playUnit（LPDU），對探測器信號進(jìn)行放大、甄別、成形并輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號。供電電源由電氣箱提供，LPDU側(cè)電纜端接均為航空插頭預(yù)制，另一側(cè)電纜端接均為普通端子接線。信號轉(zhuǎn)接箱：將LPDU信號輸出至PLC進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)接箱輸入信號、輸出信號均為普通端子接線。取樣泵：將核電廠各個廠房區(qū)域內(nèi)通風(fēng)氣體分支路抽取至探測器測量腔內(nèi)進(jìn)行測量。

三、核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化方案

（一）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化方案

系統(tǒng)架構(gòu)可以沿用RMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其規(guī)避了KRT系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的各種缺陷，但RMS系統(tǒng)采用的第三方系統(tǒng)平臺。從系統(tǒng)可靠性和設(shè)計成本的角度考慮，輻射監(jiān)測系統(tǒng)平臺應(yīng)該和非安全級控制系統(tǒng)平臺保持一致。（見圖1）

（二）通信方式優(yōu)化方案

在核電廠現(xiàn)場，輻射監(jiān)測儀的安裝位置通常分布廣，并且輻射監(jiān)測儀數(shù)量多。因此，如果將就地輻射監(jiān)測儀的通信方式更改為TCP/IP協(xié)議，那么減少通信故障率和通信抗干擾能力將大幅提升，同時降低了系統(tǒng)進(jìn)行EMC鑒定試驗的難度，減少了設(shè)計成本。TCP/IP協(xié)議目前已經(jīng)相當(dāng)成熟，在核電廠中也應(yīng)用廣一泛，技術(shù)上并不存在問題。根據(jù)輻射監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗和運行經(jīng)驗反饋，輻射監(jiān)測系統(tǒng)通信故障減少，會降低設(shè)計成本和運維成本，也減少了輻射監(jiān)測系統(tǒng)的平均故障時間。

（三）就地監(jiān)測儀優(yōu)化方案

就地輻射監(jiān)測儀探測能力、工藝水平是現(xiàn)役核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計工程解決方案中最大的技術(shù)難點。單道脈沖幅度分析器和多道脈沖幅度分析器的使用可根據(jù)探測介質(zhì)和探測環(huán)境來選擇，可以延伸輻射防護(hù)中合理可行盡量低（，ALARA，）的原則來指導(dǎo)輻射探測器的選擇。信號處理電路在非核領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn)，例如FPGA技術(shù)在非核電領(lǐng)域已經(jīng)很成熟，其響應(yīng)快、運算速度快、抗干擾能力強等優(yōu)勢很適合核輻射探測器。

四、結(jié)束語

本文從核電廠通風(fēng)管道核輻射監(jiān)測裝置總體結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合取樣氣體濕度過大原因?qū)璋雽?dǎo)體探測器進(jìn)行了闡述分析，其效率刻度和功能驗證均滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，經(jīng)過一個燃料循環(huán)周期的考驗，該裝置運行期間穩(wěn)定可靠，對于其他核電廠及相近領(lǐng)域具有可推廣性，有利于提高核電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉正山，黃鴻.壓水堆核電廠輻射監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2013，33（08）：950-954.