核電站用生物屏蔽防護門的創新與指標效益

劉云

1特色和創新之處

針對三代先進壓水堆核電站更進一步強調核輻射安全的設計理念，研發的核島生物屏蔽防護門將跨多學科領域，大量采用核物理與核輻射防護研究領域的專業軟件、實驗設備和檢測技術，來進行分析設計與屏蔽性能檢測評估。并對于超大、超重型生物屏蔽防護門自身的力學結構安全，也將采用機械設計與結構力學分析領域的專用程序及檢測設備來進行仿真計算和校核，確保足夠的安全設計余度。這些高度專業化的研發性質工作，一般生產企業獨立完成會比較困難。因此，我公司將會與中科院等離子體物理研究所、中國原子能科學研究院、北京射線應用研究中心等科研機構開展密切合作，利于其特有的實驗測試平臺，吸收并逐步掌握相關的分析與計算技術，來完成三代先進壓水堆核電站用生物屏蔽防護門的研發。

為盡早完成生物屏蔽防護門研發，搶占有利的市場先機，我公司選取了其中技術含量最高的中子屏蔽防護門進行了前期預研。以法國EPR1600堆型中子屏蔽防護門采購技術規范書中的要求（下列四點）為基本準則，設計并制作了一樘平開型中子屏蔽防護門。

1.1門扇與門框之間以及面板之間的接縫設計，不存在中子泄露通道。

1.2門扇雙層鋼板內填充中子吸收材料含硼聚乙烯的夾心結構，熱區側（在直接暴露在輻射中的房間一側）用Q235-B鋼板來降低主要來自于一回路中氮16的伽馬輻射的劑量流量，中間中子吸收材料含硼聚乙烯來降低主要來自于堆芯和氮17的中子流量，冷區側（在未直接暴露在輻射中的一側）用Q235-B鋼板來降低來自氮16的殘余伽馬射線。

1.3左、右門扇的接口中縫為企口式，防止直線型的射線輻射。

1.4門下方與門洞之間的間隙小于等于10mm，門內側下部設有50mm厚活動門檻，來降低主要來自于一回路中氮16的伽馬輻射的劑量流量，門外側下部設有翻板機構（可電動提升），用100mm中子吸收材料含硼聚乙烯來降低來自于堆芯和氮17的殘余中子流量。

圖1中子屏蔽防護門的三維模型透視圖

圖2能量為1.25MeV的γ射線面源計算得到的輻射劑量在門各切面上的二維分布（左）及縱向一維分布（右）

圖3實驗測得的門小樣上各點對于不同能量γ射線屏蔽衰減倍數對比

該門采用了中子、光子耦合輸運程序（MCNP5）進行了三維建模計算與分析，依據計算結果完成了屏蔽結構設計。并且利用北京射線應用研究中心的252Cf中子源和137Cs、60Coγ射線源完成了屏蔽性能檢測。分析計算的三維模型、部分結果以及實驗檢測的部分結果展示分別見圖1、圖2、圖3。

為獲得該門自身重力的應力分布及抗震性能特性，采用ANSYS 10.0 有限元程序建立了三維模型，并進行了應力分析計算與抗震等級評估。

該門的屏蔽結構設計已經進行了模擬分析及相關的試驗驗證，屏蔽性能達到了核電技術標準要求。

以上關鍵技術的特點已經向國家知識產權局進行了專利申報。

平開式的中子屏蔽防護門的樣品

2達到的主要技術、經濟指標及社會、經濟效益

2.1主要技術指標。系列化的生物屏蔽防護門能夠適應不同標準、不同堆型、不同使用場合、各種洞口形式狀況下的使用要求。針對于核電發展方向的三代核電技術及更先進的核電技術的包括法國的EPR、美國的AP1000和俄羅斯VVER的系列核電站用的生物屏蔽門的新產品的樣品。其中一種（雙開式）中子生物屏蔽防護門的主要技術參數要求：（1）屏蔽性能要求：伽馬屏蔽10000倍；中子屏蔽100倍。（2）氣密性能：標準狀況下 每小時泄漏10立方米（內外壓差1500帕）。（3）機械啟閉性能：手動啟閉時應平穩、順暢；啟閉力不大于800N；啟閉過程中門體可在任何位置停留。（4）反復工作次數：電動門可靠運行2000次以上。

2.2經濟指標和經濟效益。計劃完成生物屏蔽防護門的研發及小試，研發結束時，其中大型推拉式生物屏蔽防護門（俄羅斯的VVER）試用于田灣核電3、4機組，完成試銷售收入296萬元，獲得利稅100萬元。生物屏蔽防護門替代進口產品，價格是進口產品的一半，可為核電站客戶減少投資成本；另外產品的高性價比可帶動出口，為企業本身帶來良好的經濟效益。

2.3社會效益。（1）可提升核電站設備國產化率。（2）節省核電站建設投資。（3）為下一代核電技術設計使用新型生物屏蔽門提供技術積累工作。（4）為企業培養科技創新型人才，增強企業自主創新能力。

1特色和創新之處

針對三代先進壓水堆核電站更進一步強調核輻射安全的設計理念，研發的核島生物屏蔽防護門將跨多學科領域，大量采用核物理與核輻射防護研究領域的專業軟件、實驗設備和檢測技術，來進行分析設計與屏蔽性能檢測評估。并對于超大、超重型生物屏蔽防護門自身的力學結構安全，也將采用機械設計與結構力學分析領域的專用程序及檢測設備來進行仿真計算和校核，確保足夠的安全設計余度。這些高度專業化的研發性質工作，一般生產企業獨立完成會比較困難。因此，我公司將會與中科院等離子體物理研究所、中國原子能科學研究院、北京射線應用研究中心等科研機構開展密切合作，利于其特有的實驗測試平臺，吸收并逐步掌握相關的分析與計算技術，來完成三代先進壓水堆核電站用生物屏蔽防護門的研發。

為盡早完成生物屏蔽防護門研發，搶占有利的市場先機，我公司選取了其中技術含量最高的中子屏蔽防護門進行了前期預研。以法國EPR1600堆型中子屏蔽防護門采購技術規范書中的要求（下列四點）為基本準則，設計并制作了一樘平開型中子屏蔽防護門。

1.1門扇與門框之間以及面板之間的接縫設計，不存在中子泄露通道。

1.2門扇雙層鋼板內填充中子吸收材料含硼聚乙烯的夾心結構，熱區側（在直接暴露在輻射中的房間一側）用Q235-B鋼板來降低主要來自于一回路中氮16的伽馬輻射的劑量流量，中間中子吸收材料含硼聚乙烯來降低主要來自于堆芯和氮17的中子流量，冷區側（在未直接暴露在輻射中的一側）用Q235-B鋼板來降低來自氮16的殘余伽馬射線。

1.3左、右門扇的接口中縫為企口式，防止直線型的射線輻射。

1.4門下方與門洞之間的間隙小于等于10mm，門內側下部設有50mm厚活動門檻，來降低主要來自于一回路中氮16的伽馬輻射的劑量流量，門外側下部設有翻板機構（可電動提升），用100mm中子吸收材料含硼聚乙烯來降低來自于堆芯和氮17的殘余中子流量。

圖1中子屏蔽防護門的三維模型透視圖

圖2能量為1.25MeV的γ射線面源計算得到的輻射劑量在門各切面上的二維分布（左）及縱向一維分布（右）

圖3實驗測得的門小樣上各點對于不同能量γ射線屏蔽衰減倍數對比

該門采用了中子、光子耦合輸運程序（MCNP5）進行了三維建模計算與分析，依據計算結果完成了屏蔽結構設計。并且利用北京射線應用研究中心的252Cf中子源和137Cs、60Coγ射線源完成了屏蔽性能檢測。分析計算的三維模型、部分結果以及實驗檢測的部分結果展示分別見圖1、圖2、圖3。

為獲得該門自身重力的應力分布及抗震性能特性，采用ANSYS 10.0 有限元程序建立了三維模型，并進行了應力分析計算與抗震等級評估。

該門的屏蔽結構設計已經進行了模擬分析及相關的試驗驗證，屏蔽性能達到了核電技術標準要求。

以上關鍵技術的特點已經向國家知識產權局進行了專利申報。

平開式的中子屏蔽防護門的樣品

2達到的主要技術、經濟指標及社會、經濟效益

2.1主要技術指標。系列化的生物屏蔽防護門能夠適應不同標準、不同堆型、不同使用場合、各種洞口形式狀況下的使用要求。針對于核電發展方向的三代核電技術及更先進的核電技術的包括法國的EPR、美國的AP1000和俄羅斯VVER的系列核電站用的生物屏蔽門的新產品的樣品。其中一種（雙開式）中子生物屏蔽防護門的主要技術參數要求：（1）屏蔽性能要求：伽馬屏蔽10000倍；中子屏蔽100倍。（2）氣密性能：標準狀況下 每小時泄漏10立方米（內外壓差1500帕）。（3）機械啟閉性能：手動啟閉時應平穩、順暢；啟閉力不大于800N；啟閉過程中門體可在任何位置停留。（4）反復工作次數：電動門可靠運行2000次以上。

2.2經濟指標和經濟效益。計劃完成生物屏蔽防護門的研發及小試，研發結束時，其中大型推拉式生物屏蔽防護門（俄羅斯的VVER）試用于田灣核電3、4機組，完成試銷售收入296萬元，獲得利稅100萬元。生物屏蔽防護門替代進口產品，價格是進口產品的一半，可為核電站客戶減少投資成本；另外產品的高性價比可帶動出口，為企業本身帶來良好的經濟效益。

2.3社會效益。（1）可提升核電站設備國產化率。（2）節省核電站建設投資。（3）為下一代核電技術設計使用新型生物屏蔽門提供技術積累工作。（4）為企業培養科技創新型人才，增強企業自主創新能力。

1特色和創新之處

針對三代先進壓水堆核電站更進一步強調核輻射安全的設計理念，研發的核島生物屏蔽防護門將跨多學科領域，大量采用核物理與核輻射防護研究領域的專業軟件、實驗設備和檢測技術，來進行分析設計與屏蔽性能檢測評估。并對于超大、超重型生物屏蔽防護門自身的力學結構安全，也將采用機械設計與結構力學分析領域的專用程序及檢測設備來進行仿真計算和校核，確保足夠的安全設計余度。這些高度專業化的研發性質工作，一般生產企業獨立完成會比較困難。因此，我公司將會與中科院等離子體物理研究所、中國原子能科學研究院、北京射線應用研究中心等科研機構開展密切合作，利于其特有的實驗測試平臺，吸收并逐步掌握相關的分析與計算技術，來完成三代先進壓水堆核電站用生物屏蔽防護門的研發。

為盡早完成生物屏蔽防護門研發，搶占有利的市場先機，我公司選取了其中技術含量最高的中子屏蔽防護門進行了前期預研。以法國EPR1600堆型中子屏蔽防護門采購技術規范書中的要求（下列四點）為基本準則，設計并制作了一樘平開型中子屏蔽防護門。

1.1門扇與門框之間以及面板之間的接縫設計，不存在中子泄露通道。

1.2門扇雙層鋼板內填充中子吸收材料含硼聚乙烯的夾心結構，熱區側（在直接暴露在輻射中的房間一側）用Q235-B鋼板來降低主要來自于一回路中氮16的伽馬輻射的劑量流量，中間中子吸收材料含硼聚乙烯來降低主要來自于堆芯和氮17的中子流量，冷區側（在未直接暴露在輻射中的一側）用Q235-B鋼板來降低來自氮16的殘余伽馬射線。

1.3左、右門扇的接口中縫為企口式，防止直線型的射線輻射。

1.4門下方與門洞之間的間隙小于等于10mm，門內側下部設有50mm厚活動門檻，來降低主要來自于一回路中氮16的伽馬輻射的劑量流量，門外側下部設有翻板機構（可電動提升），用100mm中子吸收材料含硼聚乙烯來降低來自于堆芯和氮17的殘余中子流量。

圖1中子屏蔽防護門的三維模型透視圖

圖2能量為1.25MeV的γ射線面源計算得到的輻射劑量在門各切面上的二維分布（左）及縱向一維分布（右）

圖3實驗測得的門小樣上各點對于不同能量γ射線屏蔽衰減倍數對比

該門采用了中子、光子耦合輸運程序（MCNP5）進行了三維建模計算與分析，依據計算結果完成了屏蔽結構設計。并且利用北京射線應用研究中心的252Cf中子源和137Cs、60Coγ射線源完成了屏蔽性能檢測。分析計算的三維模型、部分結果以及實驗檢測的部分結果展示分別見圖1、圖2、圖3。

為獲得該門自身重力的應力分布及抗震性能特性，采用ANSYS 10.0 有限元程序建立了三維模型，并進行了應力分析計算與抗震等級評估。

該門的屏蔽結構設計已經進行了模擬分析及相關的試驗驗證，屏蔽性能達到了核電技術標準要求。

以上關鍵技術的特點已經向國家知識產權局進行了專利申報。

平開式的中子屏蔽防護門的樣品

2達到的主要技術、經濟指標及社會、經濟效益

2.1主要技術指標。系列化的生物屏蔽防護門能夠適應不同標準、不同堆型、不同使用場合、各種洞口形式狀況下的使用要求。針對于核電發展方向的三代核電技術及更先進的核電技術的包括法國的EPR、美國的AP1000和俄羅斯VVER的系列核電站用的生物屏蔽門的新產品的樣品。其中一種（雙開式）中子生物屏蔽防護門的主要技術參數要求：（1）屏蔽性能要求：伽馬屏蔽10000倍；中子屏蔽100倍。（2）氣密性能：標準狀況下 每小時泄漏10立方米（內外壓差1500帕）。（3）機械啟閉性能：手動啟閉時應平穩、順暢；啟閉力不大于800N；啟閉過程中門體可在任何位置停留。（4）反復工作次數：電動門可靠運行2000次以上。

2.2經濟指標和經濟效益。計劃完成生物屏蔽防護門的研發及小試，研發結束時，其中大型推拉式生物屏蔽防護門（俄羅斯的VVER）試用于田灣核電3、4機組，完成試銷售收入296萬元，獲得利稅100萬元。生物屏蔽防護門替代進口產品，價格是進口產品的一半，可為核電站客戶減少投資成本；另外產品的高性價比可帶動出口，為企業本身帶來良好的經濟效益。

2.3社會效益。（1）可提升核電站設備國產化率。（2）節省核電站建設投資。（3）為下一代核電技術設計使用新型生物屏蔽門提供技術積累工作。（4）為企業培養科技創新型人才，增強企業自主創新能力。