堆芯外核检测仪表及系统

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1、2021年7月23日第三章堆芯外核检测仪表及系统章节内容3.1堆芯外的定义3.2核反应堆功率的测量3.3中子探测仪表3.4反应堆堆芯外核检测仪表系统3.1堆芯外的定义堆芯外的定义习惯上把堆芯外中子敏感元件定义为受低于1011ncm-2s-1的中子通量照射的敏感元件。通常安置在压力壳外壁处，也可置于热屏蔽区域内。堆功率仪表系统用来测量反应堆功率及监视堆内中子通量密度(中子注量率)变化信息的。具有：1、运行功能监测堆功率、功率变化及其分布。2、安全功能向保护系统提供停堆信号等。3.2核反应堆功率的

2、测量反应堆是依靠核燃料的链式反应来维持工作的，链式反应中产生初级碎片和一系列裂变产物，还有裂变中子、瞬发γ等辐射线，它们都是裂变能的载体，它们的核辐射强度与反应堆功率成正比，它们消耗在堆内的热量也与堆功率成正比，因此，可以通过测量中子或γ射线的强度，及测量堆芯温度等来间接测量反应堆的功率。通常是用堆芯外中子监测仪表来测量反应堆功率。3.3中子探测仪表3.3.1中子探测的基本方法基本原理：探测中子是通过中子与原子核相互作用，产生可以被探测的次级粒子，并记录这些次级粒子。因此，中子探测仪表必须具备“辐

3、射体”，即能同中子发生核相互作用产生可被探测的次级粒子的物质。基本方法：核反应法、核反冲法、核裂变法、活化法。特点：不同能量中子的探测原理和探测器结构差别较大。3.3中子探测仪表一、核反应法主要测量慢中子，有以下三种核反应：10B(n,α)7Li+2.792MeVσ0=3840±11b6Li(n,α)3T+4.786MeVσ0=936±6b3He(n,p)3T+0.764MeVσ0=5327±10b能量为En的中子微观截面σ=σ0(1／υ)3.3中子探测仪表二、核反冲法中子与物质原子核发生弹性碰撞

4、，原子核被反冲，且带一定正电荷，选用反冲核弹性碰撞截面大的材料作为探测器灵敏物质，就可以简接测量中子的注量率。通常是利用含氢物质作为辐射体。反冲核的反冲能表示为：所以，反冲核的质量越小反冲动能越大，通常取氢物质，A=1，上式为：当En≤20MeV时散射截面能谱见右图。在0.1～10MeV之间遵从1╱υ定律。设：中子注量率为φ，单位体积靶物质的原子核数目为N，厚度为d，面积为S，散射截面为σs，则靶内单位时间的反冲核数Np为：3.3中子探测仪表三、核裂变法由于裂变碎片是核裂变能量的载体，利用核裂变产

5、生的两个碎片，使物质电离，可产生大的输出脉冲，极易甄别γ射线对测量中子通量的干扰。233U、235U、239U对热中子的裂变截面分别为：530b、580b、742b，所以常用作裂变探测器的辐射体。许多重物质对中子裂变有一定阈值，可制成多阈探测器，以确定中子能量。裂变材料热中子裂变截面(b)裂变阈(MeV)3MeV时的裂变截面(b)半衰期(天)232Th231Pa234U236U238U237Np≤0.00020.010.0006─≤0.00050.0191.30.50.40.850.551.50.

6、000190.00110.00150.000850.000550.00151.41×10103.38×10102.45×1052.34×1074.47×1092.4×106常用裂变阈探测器材料的特性表3.3中子探测仪表四、活化法稳定的原子核吸收中子后，转变为放射性原子核，它们通常在衰变时会放出带电粒子，由此可以间接测出中子的通量密度。例如：n+115In→116In+γ116In→116Sn+β－+ν－测量β－的强度就能够确定中子的通量密度。小结从上述4种中子探测方法可知，中子探测过程可分为两个部

7、分：（1）首先是中子和辐射体发生相互作用产生带电粒子或感生放射性；（2）其次是在某种探测仪表中记录这些带电粒子或感生放射性。四种中子探测方法比较方法核反应靶材料截面(b)用途核反应(n,α)(n,p)10B,6Li,3He～103热、慢中子的注量率核反冲(n,n’)H～1快中子注量率核裂变(n,f)233U,235U,239Pu等～5×102热中子注量率活化(n,γ)In,Au,Dy等热中子：～1×102共振中子：～103快中子：～1慢中子的注量率3.3.2中子探测仪表的种类一、气体探测器Ⅲ正比区

8、：V2→V3：电子在电场加速中获得能量足以产生二次电离，产生了电离雪崩。输出AN0正负离子对，脉冲幅度为：ⅤG-M区当电压大于V4以后，室内的激发光子起主导作用，使整个室内气体放大，发生电子雪崩，输出脉冲大小与粒子能量无关。Ⅰ、复合区：0→V1Ⅱ、电离区：V1→V2，原电离离子全被电极收集。Ⅳ有限正比区：V3→V4当电压大于V3后，原电离电荷大的，比小的其放大倍数相对变小，即放大倍数A与人射粒子能量有关。3.3.2中子探测仪表的种类(一)、电离室⒈工作原理与结构中子在涂硼电极上产生