福清1號(hào)機(jī)組首次堆芯裝料中子探測(cè)效率經(jīng)驗(yàn)反饋

楊曉鵬　劉明忠

【摘 要】本文介紹了福清核電1#機(jī)組首次堆芯裝料時(shí)，所用的兩套中子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：核儀表系統(tǒng)與臨時(shí)中子探測(cè)器系統(tǒng)。簡單闡述了堆芯中子探測(cè)系統(tǒng)原理，詳細(xì)分析堆芯首次裝料之前對(duì)兩套中子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所進(jìn)行的工作狀態(tài)檢查，保證整個(gè)堆芯始終處于受控狀態(tài)提出了處理此類問題的建議，給之后的2、3、4號(hào)機(jī)組堆芯裝料起到一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】裝料；中子；監(jiān)測(cè)；探測(cè)器

0 概要

為了確保反應(yīng)堆在裝料過程中不發(fā)生意外臨界，必須始終監(jiān)測(cè)裝料期間的臨界安全。監(jiān)測(cè)手段包括：堆外二套源量程探測(cè)器；堆內(nèi)三套臨時(shí)中子計(jì)數(shù)探測(cè)器。

1）核儀表系統(tǒng)（RPN）

堆外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RPN是被設(shè)計(jì)用來在反應(yīng)堆堆芯的整個(gè)運(yùn)行壽期內(nèi)中子通量變化的瞬態(tài)監(jiān)測(cè)，由兩個(gè)源量程通道、兩個(gè)中間量程通道、四個(gè)功率量程通道組成。

源量程是由兩個(gè)彼此獨(dú)立的源量程通道組成。源量程用于監(jiān)測(cè)堆芯裝卸料及低通量水平時(shí)的中子的計(jì)數(shù)率變化，是一個(gè)涂硼正比計(jì)數(shù)管，其靈敏度為8counts/（n/cm2.s），典型的中子通量探測(cè)范圍為從1到107cps，工作電壓為850V。

中間量程也由兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道組成，通常給出電流值來反應(yīng)堆內(nèi)的通量水平。由于它的測(cè)量范圍比較寬，常采用對(duì)數(shù)功率指示。中間量程探測(cè)器是一個(gè)■補(bǔ)償電離室，中子通量范圍從2*102到5*1010n/（cm2s）。■靈敏度是5.5*10-9A/Gy/h，最大電流為1mA，工作電壓為600V。

功率量程一般由4個(gè)彼此獨(dú)立的測(cè)量通道組成。每個(gè)功率量程通道是一個(gè)具有6節(jié)分布在中子敏感區(qū)域的不補(bǔ)償電離室組成，在堆外沒90。安裝一個(gè)功率量程通道。每一節(jié)電離室產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，并將劉姐電離室分成兩部分：上面3節(jié)電離室的信號(hào)合并為一個(gè)輸出信號(hào)作為監(jiān)測(cè)堆芯上部通量變化的上部信號(hào)，下面3節(jié)電離室的信號(hào)合并為一個(gè)輸出信號(hào)作為監(jiān)測(cè)堆芯下部通量變化的下部信號(hào)，電離室靈敏長度為6*100mm（圖1）。

圖1

2）臨時(shí)中子計(jì)數(shù)探測(cè)器系統(tǒng)

初次裝料監(jiān)測(cè)裝置是反應(yīng)堆裝料監(jiān)測(cè)和裝料后反應(yīng)堆啟動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件。它將入射中子轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，在反應(yīng)堆裝料期間不斷提供堆內(nèi)中子注量率的變化信息，中子信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，分別輸入到啟動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)及功率測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)堆的啟動(dòng)、調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)、測(cè)量和停堆的控制。本系統(tǒng)由四個(gè)測(cè)量通道（機(jī)箱）組成。每個(gè)通道都是由一次儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。一次儀表為3He探測(cè)器加前置放大器，它們組裝在一個(gè)套筒內(nèi)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為BH1231低壓電源、FH1016高壓電源、FH1040放大甄別器、BH1220定標(biāo)器或BH1220N定標(biāo)器以及PN-01轉(zhuǎn)換器，它們均安裝在FH0001NIM機(jī)箱內(nèi)。

高壓電源通過30m電纜將高壓加在3He正比計(jì)數(shù)管上，使計(jì)數(shù)管產(chǎn)生脈沖信號(hào)。由于計(jì)數(shù)管產(chǎn)生的脈沖信號(hào)非常小，而且要經(jīng)過30m電纜傳輸，為了提高抗干擾能力，提高信噪比，因此在探測(cè)器內(nèi)加了前置放大器。此放大器與探頭構(gòu)成復(fù)合組件。當(dāng)3He正比計(jì)數(shù)管工作電壓為1300V時(shí)，前置放大器輸出約為0.35V的負(fù)脈沖。同時(shí)為去除噪聲干擾，裝料所用前置放大器可以調(diào)整閾值，調(diào)整范圍為0.5V-10V。此脈沖信號(hào)一路接入BH1220定標(biāo)器，另一路接至計(jì)數(shù)音響。

1 堆芯裝料

福清1、2機(jī)組堆芯裝料期間，至少有兩個(gè)中子探測(cè)器（源量程測(cè)量通道或裝（換）料探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量通道）能夠?qū)χ凶佑?jì)數(shù)率進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并且在主控制臺(tái)上有中子計(jì)數(shù)率的顯示，以及安全殼內(nèi)可以聽到揚(yáng)聲器的計(jì)數(shù)聲。在暫停裝料期間，兩個(gè)源量程測(cè)量通道中至少有一個(gè)處于正常工作狀態(tài)，在最后一個(gè)燃料組件裝入堆芯時(shí)，兩個(gè)源量程測(cè)量通道必須處于可用狀態(tài)。

1.1 臨時(shí)中子計(jì)數(shù)探測(cè)器安裝、檢測(cè)

福清1號(hào)機(jī)組堆芯裝料前，裝料探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量通道就位于在D13、G01。裝料探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量通道（3He正比計(jì)數(shù)管）應(yīng)掛靠在圍板壁旁。在將測(cè)量通道（3He正比計(jì)數(shù)管）放入壓力容器時(shí)，應(yīng)做到慢慢放下，就位后及時(shí)固定，并用繩索拴牢中子計(jì)數(shù)管。

圖2 裝料探測(cè)系統(tǒng)位置

每裝入一組燃料組件，都要測(cè)量中子計(jì)數(shù)率，計(jì)算倒計(jì)數(shù)率并作以燃料組件數(shù)目為函數(shù)的倒計(jì)數(shù)率趨勢(shì)圖，用于監(jiān)測(cè)堆芯的次臨界狀態(tài)。

1.2 裝料探測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)測(cè)量

福清1號(hào)機(jī)組堆芯裝料開始前，對(duì)各個(gè)探測(cè)器進(jìn)行本地計(jì)數(shù)測(cè)量：對(duì)兩套源量程測(cè)量通道取10次瞬時(shí)計(jì)數(shù)率，取其平均值；對(duì)裝料探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量通道進(jìn)行10次連續(xù)10秒的積分計(jì)數(shù)測(cè)量，并取平均計(jì)數(shù)率作為本底計(jì)數(shù)。經(jīng)測(cè)量，除第7次測(cè)量時(shí)探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量通道B位置計(jì)數(shù)為0.1，其余次數(shù)t通道數(shù)據(jù)均為0。

按照堆芯裝料順序表裝入第一組一次中子源組件S1，同時(shí)，為檢查源量程及裝（換）料探測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，將下面3個(gè)檢查步驟的測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于下表中：

（1）將以此中子源組件S1入堆就位于N12，但是不要脫扣，對(duì)裝（換）料探測(cè)系統(tǒng)A位置測(cè)量通道和源量程測(cè)量通道SRC2進(jìn)行裝料工作狀態(tài)檢查。

（2）檢查結(jié)束后，將一次中子源組件S1移至D03，對(duì)裝（換）料探測(cè)系統(tǒng)B位置測(cè)量通道進(jìn)行裝料前的工作狀態(tài)檢查，再由D03移至B11。

（3）檢查結(jié)束后，再將一次中子源組件S1移至A07，對(duì)源量程通道SRC1進(jìn)行裝料前的工作狀態(tài)檢查。

按照堆芯裝料步序表和步序圖將第二組一次中子源組件S2就位于堆芯位置R09，一次中子源組件S1就位于堆芯位置A07。

兩個(gè)一次中子源組件就位后，對(duì)每個(gè)中子計(jì)數(shù)裝置進(jìn)行基準(zhǔn)計(jì)數(shù)率測(cè)量：對(duì)源量程取10次瞬時(shí)計(jì)數(shù)率；對(duì)裝（換）料探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行10次連續(xù)積分計(jì)數(shù)測(cè)量，取其平均計(jì)數(shù)率（表2）。

2 結(jié)論

（1）為驗(yàn)證源量程SRC1的響應(yīng)狀態(tài)，將一次中子源擺放在N12時(shí)，從表1中得出源量程SRC1計(jì)數(shù)為零，沒有響應(yīng)，其可能因素：一次中子源S1離探測(cè)點(diǎn)距離遠(yuǎn)，中間含硼水吸收較多的中子，被源量程探測(cè)到的有效中子計(jì)數(shù)少，因而響應(yīng)幾乎為零；中子源組件焊接時(shí)的中子源的方向沒有指向源量程。因?yàn)橛捎谥凶釉椿疃雀撸蚨凶釉春附臃较虿灰卓刂疲ㄒ灰子趯?shí)施的就是一次中子源S1的位置。福清1號(hào)機(jī)組首次堆芯裝料給2號(hào)機(jī)組提供了很好的經(jīng)驗(yàn)反饋，因此福清2號(hào)機(jī)組首次堆芯裝料中子源組件的位置由N12調(diào)整為R07，以期得到源量程SRC1較好的中子響應(yīng)。

（2）通過表1與表2得知，無論是單獨(dú)一次中子源組件S1還是兩個(gè)中子源組件都在堆芯時(shí)候，裝料探測(cè)測(cè)量通道B的計(jì)數(shù)為0，即測(cè)量通道B無響應(yīng)，分析原因可能為：裝料探測(cè)測(cè)量通道B擺放的位置高度或者方向不理想，位置稍微變動(dòng)便會(huì)有很大的計(jì)數(shù)率變化；一次中子源擺放位置距離探測(cè)通道遠(yuǎn)。因此，福清2號(hào)機(jī)組在裝料的時(shí)候，將探測(cè)器通道擺放高度提高，以期獲得較好的響應(yīng)，如果福清2號(hào)機(jī)組還沒有收到理想效果，將會(huì)在福清3號(hào)機(jī)組裝料的時(shí)候考慮將探測(cè)器通道位置放在別的測(cè)量位置，或者將中子源S1改變位置。

堆芯裝料前的中子探測(cè)器的工況監(jiān)測(cè)是福清1號(hào)機(jī)組堆芯裝料的一項(xiàng)重要工作，它運(yùn)行的工況好壞直接制約堆芯裝料試驗(yàn)的順利執(zhí)行，因此，借鑒福清核電1號(hào)機(jī)組首次堆芯裝料中子探測(cè)器安裝、監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)后續(xù)2、3、4號(hào)機(jī)組的裝料試驗(yàn)都有良好的實(shí)踐作用。

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