屏蔽雙絞式自給能探測器的常規(guī)性能測試方法

應珠微，吳方亮，黃 滿，卜江濤，匡紅波，薛泓元

（1.浙江倫特機電有限公司，浙江 溫州 325600；2.上海核工程研究設計院有限公司，上海 200233）

圖1 屏蔽雙絞式自給能中子探測器Fig.1 Shielded twisted-pair self-powered neutron detector

表1 探測器尺寸允許偏差Table 1 Allowable deviation of detector size

0 引言

常規(guī)壓水堆核電站中設有堆芯儀表系統(tǒng)，其主要設備包括堆芯儀表套管組件（IITA）、礦物絕緣電纜組件和信號處理設備等。其中，堆芯儀表套管組件包括封裝在金屬外殼內(nèi)的自給能中子探測器（SPND）和多支堆芯熱電偶。SPND 在反應堆堆芯應呈軸向和徑向分布，用于連續(xù)測量每個SPND 周圍直接正比于反應堆功率密度的中子注量率信號。測得的數(shù)據(jù)可用于生成連續(xù)的三維反應堆堆芯功率分布圖。三維功率分布用于計算實際的堆芯裕量，如最小偏離泡核沸騰比和最大線功率密度。對這些限制的裕量進行連續(xù)顯示，以便操縱員評估堆芯實際工況，為操縱員的相關操作提供依據(jù)。

通過對自給能探測器執(zhí)行常規(guī)性能試驗，考核產(chǎn)品制造工藝是否遺漏或失誤，具有很重要的意義，通過性能測試驗證探測器設備與設計的偏差以及排除潛在的材料缺陷。

自給能探測器種類較多，從發(fā)射體特性上可分衰變型和瞬變型，從探測器設計上可分單芯型和雙芯雙絞型。本文主要描述對屏蔽雙絞式探測器的常規(guī)性能測試。

1 產(chǎn)品結構

屏蔽雙絞式探測器是由絕緣體、發(fā)射體、收集體、信號芯線、信號線外殼、本底線組成，結構圖如圖1 所示。

絕緣體——用作絕緣和支撐材料，通常為Al2O3或MgO 等。

發(fā)射體——探測器的靈敏材料，具有較大的熱中子截面，充當內(nèi)部電極。

收集體——探測器外殼，充當外部電極。

信號線——信號線包含絕緣材料、外殼、信號芯線和本底芯線。

屏蔽雙絞式自給能中子探測器無需外加電源，通過其發(fā)射體與中子的作用，將入射輻射轉(zhuǎn)化為電信號，為模塊式自給能中子探測器，通過焊接或釬焊將探測器與其信號線連接。

2 試驗項目及驗收標準

2.1 尺寸檢查

2.1.1 檢驗設備和材料

卷尺、千分尺，有檢定要求的設備必須合格并在有效期內(nèi)。

2.1.2 驗收準則

其中，每支探測器的發(fā)射體長度、收集體直徑、信號線直徑偏差要求見表1。

2.2 絕緣電阻測試

2.2.1 檢驗設備和材料

絕緣表、設備必須合格并在有效期內(nèi)。

2.2.2 檢驗實施

1）常溫絕緣電阻測試

每個經(jīng)過完全退火的探測器成品（不包括連接器）的絕緣電阻應在加上端蓋后，裝上密封卡套組件前，于室溫下進行測量。測量絕緣電阻的方法是使用有足夠靈敏度的儀表在外殼和中心導體之間施加50±5 VDC，持續(xù)時間不超過6min。

2）高溫400℃絕緣電阻測試

探測器成品（不包括連接器）的絕緣電阻應在末端封閉后組件裝配前加溫測量，測量前的加溫時間為1h。在溫度為400℃±10℃時，使用先前指定的儀表測量絕緣電阻。除了電氣連接需要的最長0.91m 引線外，探測器和引線都放在烤箱內(nèi)。

2.2.3 驗收準則

1）常溫絕緣電阻

探測器成品可接受的最小絕緣電阻是5E+12Ω。

2）高溫400℃絕緣電阻

探測器成品400℃絕緣電阻應不低于1E+6Ω。

2.3 電連續(xù)性測試

2.3.1 檢驗設備和材料

絕緣表、設備必須合格并在有效期內(nèi)。

2.3.2 檢驗實施

加熱探測器的發(fā)射體部分，在室溫下測量絕緣電阻。

2.3.3 驗收準則

絕緣材料的絕緣電阻會隨著溫度升高而顯著降低，絕緣電阻的降低表示探測器長度是連續(xù)的。

2.4 電容測試

2.4.1 檢驗設備和材料

電容表、設備必須合格并在有效期內(nèi)。

2.4.2 檢驗實施

在室溫下測量并記錄每個探測器的電容。

2.5 目視檢測

2.5.1 人員要求

從事目視檢測人員在上崗前應進行目視檢測培訓，并按照有關法規(guī)的要求取得相應證書，滿足HAF602 的有關規(guī)定，并在有效期內(nèi)。

2.5.2 檢驗設備及材料放大鏡（放大倍數(shù)大于7）、手電筒、照度計、尺、18%中性灰卡、照相機，有檢定要求的設備必須合格并在有效期內(nèi)。

2.5.3 檢驗先決條件

1）表面條件

檢測人員檢測之前，首先檢查設備和零件標識，應確保設備和零件的標識號準確無誤。

2）表面準備

被檢表面不得有影響檢測和評定的任何異物。

3）檢測時機

外觀目視檢測應在焊后進行，有延時裂紋傾向的焊縫在焊后24h 后進行，并在其他無損檢測方法檢測前進行，目的在于消除表面缺陷。

4）表面照度

被檢件表面照明亮度不低于1000lx。

2.5.4 檢驗實施

直接目視檢測應用肉眼進行觀察，檢驗人員眼睛與備件表面的距離不超過600mm，與被檢表面所成視角不小于30°，對重點檢驗區(qū)域及檢驗中懷疑的部位應該仔細觀察，必要時可用放大鏡進行觀察。若在檢驗過程中無法確認某一部位是否存在缺陷時，可采用其他無損檢驗方法來確認該部位情況。

2.5.5 驗收準則

使用放大鏡進行目視檢測，所有焊縫不允許有裂紋、未焊透、表面氣孔、母材溶蝕（針對釬焊）等缺陷。

2.6 泄漏檢測

2.6.1 人員要求

從事泄漏檢測人員在上崗前應進行泄漏檢測培訓，滿足HAF602 的有關規(guī)定要求取得相應證書，并在有效期內(nèi)。

2.6.2 檢驗設備和器材氦質(zhì)譜檢漏儀、噴槍、標準漏孔、工裝、氦氣、卡尺等，使用的儀器設備必須經(jīng)過標定或校驗合格，并保證其在有效期內(nèi)。

2.6.3 檢驗先決條件

1）檢驗開始前，所有焊縫應經(jīng)目視檢驗合格，被檢件表面清潔干燥，確保漏道無堵塞。確定被檢件產(chǎn)品型號、編號及檢測部位正確無誤。

2）檢漏工作場地附近應無強磁場干擾，無較大的振動。儀器設備與被檢件連接部位有較好的密封，密封材料應不包含示蹤氣體。

2.6.4 檢驗實施

在探測器冷端密封前，使用真空噴氦法對探測器與信號線外殼的焊縫及探測器封頭焊縫進行氦質(zhì)譜檢漏。

2.6.5 驗收準則

探測器與信號線外殼的焊縫及探測器封頭焊縫氦氣泄漏率應不大于1E-9Pa·m3/s。

2.7 液體滲透檢測

2.7.1 人員要求

從事液體滲透檢測人員在上崗前應進行液體滲透檢測培訓，并按照有關法規(guī)的要求取得相應證書，滿足HAF602的有關規(guī)定，并在有效期內(nèi)。

2.7.2 檢驗設備及器材

檢驗所使用的設備包括溫度計、照度計、量具、照相機、滲透檢測劑、試塊等。

2.7.3 檢驗先決條件

1）檢驗要求

檢驗前，檢驗人員應對被檢表面作外觀檢查；被檢表面不應有任何污垢、油脂、纖維屑、銹皮、油或其他有礙檢驗的物質(zhì)；被檢表面粗糙度Ra 不應超過6.3μm。

2）檢驗時機

液體滲透檢驗應在最終機加工后進行。

2.7.4 檢驗實施

采取浸漬、刷涂或噴涂的方法施加滲透劑，滲透結束后，擦除多余滲透劑。多余滲透劑清除后，經(jīng)干燥應立即進行顯像。缺陷顯示跡痕應在施加顯像劑后的10min ～60 min 內(nèi)觀察，并作出最終判斷。被檢表面的光照度應不低于1000lx。

2.7.5 驗收準則

對探測器與信號線外殼的焊縫及探測器封頭焊縫進行液體滲透檢測，出現(xiàn)下列顯示的缺陷均為不可接受：

1）任何裂紋或線狀顯示。

2）尺寸大于3/16in（5mm）的圓形顯示。

3）在一條直線上有4 個或4 個以上且邊緣相距小于或等于1/16in（1.5mm）的圓形顯示。

2.8 渦流檢測

2.8.1 人員要求

所有無損檢驗都必須由持有與其從事的檢驗方法相應的有效資格證書的檢驗人員進行，其資格應符合HAF602中的規(guī)定。

2.8.2 檢測設備及器材

渦流探傷儀、探頭、卡尺、卷尺、對比樣管，使用的儀器設備必須經(jīng)過標定或校驗合格，并保證其在有效期內(nèi)。

表2 壁厚的單個條形顯示長度限值Table 2 Length limit of single bar display of wall thickness

2.8.3 檢驗先決條件

1）表面條件

表面進行清洗，表面應清潔、無毛刺、無影響檢測的粉塵及其他污染，不得損壞被檢表面，表面粗糙度滿足相關產(chǎn)品技術條件要求，確保設備和零件的標識號準確無誤。

2）檢驗區(qū)域

檢驗區(qū)域部位材料應100%檢驗，盲區(qū)部分應不超過100mm。

3）檢驗時機

產(chǎn)品最終加工后進行。

2.8.4 檢驗實施

探頭與探測器相對勻速運動，速度不超過300mm/s。采集數(shù)據(jù)應可以保存電子記錄，記錄名稱應包括產(chǎn)品編號、檢驗日期等信息。

2.8.5 驗收準則

1）經(jīng)檢驗，未發(fā)現(xiàn)報警信號或缺陷記錄幅度低于標準報警幅度時，被檢件判為合格。

2）經(jīng)檢驗，發(fā)現(xiàn)報警信號的缺陷為不允許缺陷，被檢件判為不合格。

3）被檢件盲區(qū)應被切除，切除長度不小于100mm。

2.9 射線檢測

2.9.1 人員要求

從事射線檢測人員在上崗前應進行輻射安全知識的培訓，并按照有關法規(guī)的要求取得相應證書，滿足HAF602的有關規(guī)定，并在有效期內(nèi)。

2.9.2 儀器設備及器材

X 射線機、膠片、增感屏、濾光板、遮擋板、黑度計、階梯黑度校驗片、觀片燈、個人報警儀、暗盒、標記符號、顯影液和定影液，使用的儀器設備必須經(jīng)過標定或校驗合格，并保證其在有效期內(nèi)。

對探測器發(fā)射體與信號線連接處上下各51mm 范圍內(nèi)，從與探測器軸向垂直的方向進行射線檢測，探測器如存在裂紋、夾渣或不連續(xù)等缺陷，應視為不合格。

2.9.3 射線防護

現(xiàn)場進行X 射線檢驗時，應按GBZ 117 X 射線探傷防護要求的規(guī)定劃定控制區(qū)和管理區(qū)、設置警告標志。檢驗作業(yè)時，應圍繞控制區(qū)邊界測定輻射水平，控制區(qū)邊界外空氣比釋動能率應低于15μGy/h，監(jiān)督區(qū)外邊界空氣比釋動能率應不大于2.5μSv/h。檢驗工作人員應佩戴個人劑量計，并攜帶劑量報警儀。

2.9.4 檢驗實施

射線檢驗應在焊接接頭制造完工后進行，對有延遲裂紋傾向的材料至少應在焊接完成24h 后進行。檢驗區(qū)域應包括焊縫本身及焊縫每邊至少13mm 范圍內(nèi)的相鄰母材，如焊縫邊緣區(qū)域小于13mm 時，則取焊縫每邊的全部區(qū)域。

2.9.5 驗收準則

在射線照相底片上發(fā)現(xiàn)任何下列類型的焊縫缺陷均為不合格：

1）任何具有裂紋、未熔合、未焊透特征的顯示。

2）長度大于表2 中所列值的任何單個條形顯示，t 為焊縫較薄部分的厚度。

3）在12t 長度內(nèi)，任一組排列成直線的條狀顯示的累計長度大于t 的任一組顯示。但相鄰顯示間的最小距離超過6L 時可除外，此時累計長度不限，L 為最大的顯示長度。

4）內(nèi)部焊根的狀態(tài)在射線照相所示的黑度不是突變時是可以接受的，但在這種焊根狀態(tài)的任一端上，射線照相的條形顯示達到表2 的規(guī)定時，則是不可接受的。

5）圓形顯示的驗收應無尺寸大于1/4t 的圓形缺陷。

6）對于探測器封頭應無明顯的裂紋、刻痕、裂口、氣孔、摻雜物或者析出物，具有以上任何明顯癥狀的探測器封頭都按報廢處理。

2.10 水壓試驗

2.10.1 檢驗設備及材料

水壓試驗機、壓力表、絕緣表、試驗工裝，有檢定要求的設備必須合格并在有效期內(nèi)。

2.10.2 檢驗實施

除冷端引線外，探測器其余部分放入試驗工裝內(nèi)，進行28MPa 水壓試驗。

2.10.3 驗收準則

試壓經(jīng)10min 不得泄漏，并且其常溫絕緣電阻無明顯下降。

3 結束語

屏蔽雙絞式自給能探測器測試方法的確定，可以為探測器加工和生產(chǎn)提供指導意見。