16N輻射監測儀研制方案

薛志光+姚正喜+李松+劉一霖

【摘 要】核電站蒸汽發生器泄漏連續監測通道，又稱為16N輻射監測儀，主要用于測定壓水堆核電站蒸汽發生器U型管破損所致一回路水向二回路側的泄漏率，是關系到壓水堆核電站安全和經濟運行的一個重要監測通道。迄今，我國境內在役和正在建設的壓水堆核電站所安裝的16N輻射監測儀基本是從法國進口，而國內能夠生產制造16N輻射監測儀的廠家卻很少。論文提出了一個16N輻射監測儀的研制方案，并介紹了其工作原理和系統組成。

【Abstract】Steam generator leak rate monitoring channel is also named 16N radiation monitoring system， which is an important monitoring channel of pressurized water reactor nuclear power plant， and mainly used for measuring leakage of primary line leak rate of water to the second side causing by U type pipe damage. So far， the 16N radiation monitoring systems installed in the pressurized water reactor nuclear power plant under construction or in service are imported from France in the territory of China. The domestic manufactures that can produce 16 N radiation monitoring system are few. This paper proposes a development scheme of 16N radiation monitoring system， and introduces its working principle and system composition.

【關鍵詞】核電站輻射監測系統；蒸汽發生器；16N輻射監測儀

【Keywords】 KRT system； steam generator；16N radiation monitoring system

【中圖分類號】TM623 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0138-02

1引言

蒸汽發生器泄漏連續監測通道即16N輻射監測儀，是核電站輻射監測系統的一個重要監測通道。蒸汽發生器是核電站蒸汽供應系統的主要設備之一，是連接反應堆1、2回路的關鍵設備。蒸汽發生器傳熱管道由于腐蝕、微震磨損、耗蝕等原因而造成泄漏是壓水堆核電站的多發性事故。

16N輻射監測儀在反應堆功率運行時，通過測量破損發生時在二回路主蒸汽管道內所出現的16N高能γ輻射，確定蒸汽發生器U型管的泄漏率；在熱停堆工況下，則可測量主蒸汽管道內惰性氣體或其他核素。

法國EDF公司從1983年開始研制該儀器軟件及傳輸系數，1988年由法國MGP公司正式投產，已有數百臺16N輻射監測儀投入運行。國內研制檢測16N的輻射監測儀的廠家很少，能在國內核電站中安裝運行的就更寥寥無幾。本文在吸取國內外各廠家和科研院所的研究及核電用戶使用經驗的基礎上，提出了一個切實可行的研制方案。

2 16N輻射監測儀的原理

16N輻射監測儀是通過測量主蒸汽管道內蒸汽中16N的γ放射性活度來監測蒸汽發生器傳熱管破損的在線連續檢測設備。

一回路水中16N來源于核燃料裂變中子引起的16O（n，p）16N核反應。16N的半衰期7.13秒，發射能量為6.13MeV（69%）和7.11MeV（5%）的γ射線。

n+16O→16N*+p

如傳熱管破損時，一回路水中的16N就會進入二回路水中，然后16N隨二回路水的蒸發進入主蒸汽管道。16N監測儀的探測器直接對著主蒸汽管道放置，測量蒸汽中的16Nγ射線的脈沖計數率，這種脈沖計數率經由專門的計算方法確定的泄漏率傳輸系數換算，求得傳熱管泄漏率。具體計算方法在相關文獻中已有介紹，這里不再贅述。

3 16N輻射監測儀的組成框圖

16N輻射監測儀主要由探測裝置、就地處理顯示單元（LPDU）、電氣接線箱（EJB）和電纜四部分組成，如下圖1所示。

探測裝置主要包含兩個信號輸入，分別是16N輻射探測器和溫度傳感器；LPDU則主要由測量處理單元、顯示控制和報警單元組成。以下對每一部分作分別介紹。

4 探測裝置的研制

探測裝置由閃爍體探測器、絕熱材料、不銹鋼殼和密封端板幾部分組成。閃爍體由3×3英寸 NaI（Tl） 晶體裝配相應的光電倍增管，這種探測器對6.13MeV的γ射線具有優良的探測性能，而且價格相對便宜，在閃爍體入射端裝有一個活度約200Bq的241Am放射源，等效γ能峰為2.7MeV左右，在探測器包裝外表面裝有一個鉑金屬電阻溫度傳感器，用于測量閃爍體的溫度，閃爍體探測器用SiO2凝膠包裹，用于熱絕緣，外有不銹鋼外殼，兩端有導電O型密封圈，探頭整體防水，隔熱，抗強震動，16N探測器及屏蔽體的結構如圖2所示。

由于探測器在主蒸汽管道外側，周圍環境溫度在30～55 ℃，所以前置放大器沒有在探測裝置中。前放和高壓均放在幾十米外的LPDU中。

探頭由支架固定，調整支架位置使探頭軸線與主蒸汽管道軸線在同一平面，探頭前端面距蒸汽管道外表面5cm。

5 LPDU的研制endprint

就地處理顯示單元（LPDU）的主要功能是接收探測裝置傳輸過來的脈沖信號，經過放大、分析處理后給出泄漏率的數值，用于顯示、存儲和傳輸[1]。當所測量值超過預定報警閾值時給出報警信號。

5.1 測量處理單元

測量處理單元由直流高壓電源（500～1000V），直流低壓電源（±5V、±15V、±24V）、CPU、1024道多道脈沖幅度分析器、前置放大器、可變增益放大器、16N監測道（6.13MeV）和總γ監測道兩個單道脈沖幅度分析器等部分組成，

測量處理單元軟件與硬件配合對核探測器和溫度傳感器的數據進行獲取和處理[2]，并與智能顯示器和PC機進行通訊，完成以下功能： ①16N監測道數據的獲取、處理、存儲和清除；②總γ監測道數據的獲取、處理、存儲和清除；③1024道多道分析器譜數據的獲取、處理、存儲和清除；④溫度傳感器信號的獲取、存儲、處理、更新；⑤死時間校正用于補償脈沖計數損失；⑥與16N顯示道和總γ顯示道進行通訊；⑦采樣判斷報警和Watchdog檢驗處理。

5.2 顯示控制和報警單元

顯示控制和報警單元包括主要包括16N監測道顯示、總γ監測道顯示。顯示控制和報警單元由鍵盤、液晶顯示電路、光柱顯示電路、CPU電路、聲光報警電路和兩個RS485異步串行通訊接口和一個并行通訊接口等組成。

顯示控制和報警單元軟件與硬件配合完成16N監測道和總γ監測道數據獲取和處理，并與就地測量處理單元、便攜式PC機、顯示器鍵盤等通訊，完成如下功能：①與就地測量處理單元通訊，獲取16N監測道數據，并對獲取數據和輸入核功率數據及傳輸系數進行處理，給出每10秒自動更新一次脈沖計數率、泄漏率、測量時間內脈沖計數及狀態等顯示；②與就地測量處理單元通訊，獲取總γ監測道的數據并處理，給出每10秒 更換脈沖計數率、測量時間內脈沖計數及狀態顯示等；③處理就地測量處理單元的測量結果，當泄漏率或總γ計數超過設定閾值時，產生報警信號，并發出聲光報警；④與顯示器鍵盤通訊，完成參數設置，顯示及狀態信息顯示，并在判斷有故障時發出聲、光報警；⑤與便攜式PC機及上位機軟件通訊。

6 結語

本文提出了一個核電站蒸汽發生器泄漏連續監測通道即16N輻射監測儀的研制方案，為后續硬件的具體設計和軟件編程調試工作提供指導和參考。

【參考文獻】

【1】陸章元.16N檢測法對核電廠蒸汽發生器泄漏率的測定 [J].核電工程與技術，1996（1）：33-40.

【2】丁聲耀，徐鹍，丁錫祥，等. （16）Nγ輻射監測儀的研制[J].核標準計量與質量， 2003（4）：20-26.endprint