新型核電廠通風管道核輻射監測裝置研究

張軍平

摘要：核電廠輻射監測系統（KRT）連續監測核電站總體運行期間放射性水平趨勢。通風系統作為核電廠控制區工作人員和設備運行的充分條件，除了溫度、濕度和壓力等參數滿足正常運行之外，各個廠房運行設備和工藝管線早期發生放射性泄露后，輻射監測預警能夠及時有效地保障工作人員免受意外輻照。當相關廠房區域內發生放射性泄露或者測量數據異常時，提醒主控室運行人員采取相應措施，控制和維持放射性水平在可接受的范圍之內。

關鍵詞：核電廠;輻射監測系統;優化改進

核電廠的核輻射水平，是核電廠運行狀態評價的重要依據之一。操縱員和專業運行維護人員通過獲取全廠工藝、氣載、排除流、區域輻射監測的核輻射數據，來判斷核電廠各種設備的運行情況，以及核電廠全廠輻射水平。輻射監測系統是核電廠用于采集、處理和顯示核輻射數據的系統，現役的核電站中輻射監測系統通常被劃分為非安全級系統。

一、核電廠輻射監測系統

新型通風管道輻射監測裝置主要由取樣氣體管路單元（EMGS）、放射性測量裝置、就地PLC控制單元、遠程PLC通信顯示四部分組成。電廠輻射監測系統（KRT）用于連續地校核核電站設計和運行整定點所構成的預防措施，監視放射性水平是否符合正常的運行水平，以保護核電站人員免于受到過高的輻射，保護公眾免受輻射照射及啟動人員保護的自動動作。這一特性實現了對核電廠各道安全防護屏障完整性的連續監測，達到了間接保護的目的，同時可以及早發現事故隱患并發出報警信號，啟動人員保護的自動動作。

二、系統硬件設置

（一）掃描式風管輻射監測儀

通風系統配置原有掃描式風管輻射監測裝置為Mirion公司生產NGM202L輻射監測儀，該輻射監測儀主要具備電源模塊故障、通信故障、探測器故障、取樣泵故障和二級報警等功能。該輻射監測儀使用差分電離室探測器，用來監測管道中放射性氣體的β、γ放射性活度。其測量范圍為3.7×10～3.7×10Bq/m。取樣氣體通過取樣泵在管路中經進氣口→探測器→壓力傳感器→流量計→取樣泵→出氣口循環，被測氣體在測量腔內產生“電子—正離子對”，在極化高壓電場力作用下，形成電荷脈沖信號，由就地處理單元（LPDU）對其進行甄別、放大、成型后輸出至主控室顯示。

（二）硅半導體探測器

新型輻射監測裝置探測部分配以硅半導體探測器。該探測器對β射線能量范圍為80keV～2.5MeV、對γ射線能量范圍為80keV～2.5MeV;測量范圍3.7×1033.7×10Bq/m;對85Kr靈敏度為2.92×10-6、對133Xe靈敏度為1.17×10-6。硅半導體探測器主要由鉛屏蔽體、鈦隔膜、硅半導體、航空插頭、密封墊圈等組成。當取樣氣體通過探測器時，濕度過大可能會產生凝結水，鈦隔膜將硅半導體和取樣氣體完全隔離開來，能夠有效避免冷凝水對硅半導體測量數據的影響，且硅半導體放置在5cm厚的4π鉛屏蔽內，能夠減少外界本底環境γ放射性干擾對測量數據的影響。

（三）其他部件

就地處理單元：又稱作LocalProcessDis-playUnit（LPDU），對探測器信號進行放大、甄別、成形并輸出4～20mA標準信號。供電電源由電氣箱提供，LPDU側電纜端接均為航空插頭預制，另一側電纜端接均為普通端子接線。信號轉接箱：將LPDU信號輸出至PLC進行處理。轉接箱輸入信號、輸出信號均為普通端子接線。取樣泵：將核電廠各個廠房區域內通風氣體分支路抽取至探測器測量腔內進行測量。

三、核電廠輻射監測系統技術優化方案

（一）系統網絡架構優化方案

系統架構可以沿用RMS系統網絡架構，其規避了KRT系統網絡架構的各種缺陷，但RMS系統采用的第三方系統平臺。從系統可靠性和設計成本的角度考慮，輻射監測系統平臺應該和非安全級控制系統平臺保持一致。（見圖1）

（二）通信方式優化方案

在核電廠現場，輻射監測儀的安裝位置通常分布廣，并且輻射監測儀數量多。因此，如果將就地輻射監測儀的通信方式更改為TCP/IP協議，那么減少通信故障率和通信抗干擾能力將大幅提升，同時降低了系統進行EMC鑒定試驗的難度，減少了設計成本。TCP/IP協議目前已經相當成熟，在核電廠中也應用廣一泛，技術上并不存在問題。根據輻射監測系統的設計經驗和運行經驗反饋，輻射監測系統通信故障減少，會降低設計成本和運維成本，也減少了輻射監測系統的平均故障時間。

（三）就地監測儀優化方案

就地輻射監測儀探測能力、工藝水平是現役核電廠輻射監測系統設計工程解決方案中最大的技術難點。單道脈沖幅度分析器和多道脈沖幅度分析器的使用可根據探測介質和探測環境來選擇，可以延伸輻射防護中合理可行盡量低（，ALARA，）的原則來指導輻射探測器的選擇。信號處理電路在非核領域的發展突飛猛進，例如FPGA技術在非核電領域已經很成熟，其響應快、運算速度快、抗干擾能力強等優勢很適合核輻射探測器。

四、結束語

本文從核電廠通風管道核輻射監測裝置總體結構出發，結合取樣氣體濕度過大原因對硅半導體探測器進行了闡述分析，其效率刻度和功能驗證均滿足系統設計要求，經過一個燃料循環周期的考驗，該裝置運行期間穩定可靠，對于其他核電廠及相近領域具有可推廣性，有利于提高核電機組的安全、穩定運行。

參考文獻：

[1]劉正山，黃鴻.壓水堆核電廠輻射監測技術及其發展[J].核電子學與探測技術，2013，33（08）：950-954.