鈷自給能探測器的熱中子靈敏度在線監測

張恒凱 趙云濤 劉 翱 劉吉光 鄭軍偉

（中廣核工程有限公司核電安全監控技術與裝備國家重點實驗室 深圳 518172）

某歐洲壓水堆（European Pressurized Reactor，EPR）型核電機組中采用鈷自給能中子探測器（Co-Self Powered Neutron Detector，Co-SPND）實時測量反應堆堆芯中子通量，而熱中子靈敏度是Co-SPND探測器的關鍵性能參數之一，但為了降低Co-SPND探測器從工廠轉運至核電項目現場過程中的放射性，該核電機組使用的所有Co-SPND探測器在出廠時均只進行了γ靈敏度測試，而未進行熱中子靈敏度測試［1］。根據設計，正常運行期間可通過堆芯氣動浮球測量系統（Aeroball Measurement System，AMS）對Co-SPND探測器進行校驗檢查，但存在以下兩個問題［1］：1）AMS在25%NP功率后才可信，即在低功率平臺無法進行校驗；2）AMS為離線測量系統，無法實現在線實時校驗。為此，本課題根據現場Co-SPND探測器在反應堆堆芯中的布置特點，建立了一種Co-SPND探測器熱中子靈敏度在線連續監測的方法。

1 Co-SPND探測器簡介

1.1 探測原理

Co-SPND探測器的工作原理為基于59Co發射體俘獲熱中子后發生式（1）反應［2］：

激發態的60Co*在退激過程中產生的瞬發γ射線在發射體和絕緣體間生成康普頓電子和光電子，這些電子穿過絕緣體到達收集體，并在外電路中形成一個正比于中子通量的信號電流In，如圖1所示。

圖1 Co-SPND探測器的康普頓效應和光電效應示意圖Fig.1 Schematic diagram of the Compton scattering and photo effect for Co-SPND detector

Co-SPND探測器由59Co發射體、絕緣體、收集體和信號及補償一體雙芯電纜等4部分組成［2］，如圖2所示。

圖2 Co-SPND探測器結構示意圖Fig.2 Structure diagram of the Co-SPND detector

其中，信號電纜中的電流包括59Co與熱中子作用產生的電流In和堆芯中γ射線直接產生的電流Iγ，而補償電纜和信號電纜平行布置，但不與59Co發射體連接，因此補償電纜中的電流只有堆芯中γ射線直接產生的電流Iγ，那么整個Co-SPND探測器的實際輸出電流I則為：