[发明专利]一种强辐射高温条件下测量中子通量的测量系统

说明书

本发明涉及一种强辐射高温条件下测量中子通量的测量系统，属于核反应堆工程技术领域。所述测量系统主要由热中子灵敏的探测器、快中子灵敏的探测器、热中子吸收体、两个放大器、数据获取模块以及中子能谱分析模块组成；热中子吸收体包覆在快中子灵敏的探测器外表面，热中子灵敏的探测器和快中子灵敏的探测器探测到的信号分别输出给两个放大器；放大器将接收的信号进行处理并输出；数据获取模块对放大器输出的信号进行数字化处理并输出数字化信号；中子能谱分析模块对接收的数字化信号进行中子能量解谱分析，得到中子能谱数据，由中子能谱数据计算得到中子通量。本发明所述的测量系统具有重量轻、易于安装、移动性强以及测量误差小等优点。

技术领域

本发明涉及一种测量中子通量的测量系统，特别涉及一种适用于在强辐射高温条件下测量中子通量的测量系统，属于核反应堆工程技术领域。

背景技术

现行核电站中子通量的测量是基于热中子的测量，关注热中子能区的燃耗对发电的贡献，更高中子能量贡献份额可以忽略，即热堆消耗的核燃料是²³⁵U。目前，商用核电站通常采用热中子灵敏的探测器对热堆的功率进行测量。

对于第四代的快中子反应堆，它主要是由快中子来引起裂变链式反应的反应堆，燃烧的核燃料是²³⁸U或²³²Th或锕系的长寿命核素，这些核素的中子核反应大多数是有阈的，因此，快中子反应堆的中子通量测量更加关注中子能量大于核反应阈的快中子能区核燃料消耗。如果采用热中子灵敏的探测器进行测量，首先是要把快中子能量慢化下来才能测量，这样会导致因区域不同，对中子的慢化能力不同，测量结果也不同，必然导致测量结果的偏差大。另外，快堆的功率测量方法仍不成熟，处于实验性阶段，还未到工程化阶段。

在2013年(S1)原子能科学技术杂志中刊登的“中国实验快堆中子能谱测量实验研究”文章中，是用活化法对钠冷快堆的中子能谱进行测量的，采用了无源的多种活化片进行中子积分测量，通过解谱获得中子能谱，但是没有办法给出在线中子通量等信息。中国专利申请号为CN201210332734.0(2013年)和CN101419290(2009)中，均采用热中子灵敏探测器，但是无法满足快堆功率的快中子能谱在线分析。

对于D-D和D-T的聚变核反应获得中子能量分别为2.5MeV和14.06MeV，这些中子均属于快中子能区，并且中子具有动态范围变化大和瞬时变化快特点，测量环境具有强磁场和高温等干扰。通过几年的研制，适合于诊断ITER和JET聚变装置等功率测量的²³⁵U裂变电离室问世，测量动态范围可跨七个量级，在250℃条件下测试可行，并且裂变电离室外形不大，尺寸为Ф14×200mm，时间分辨达到1ms的水平，并且对裂变电离室在ITER的布置位置进行了考虑。但这些探测方法选用的探测器只有一种，无法能够获得能谱信息。在2012年核电子学与探测技术杂志中刊登的“ITER中子通量监测器的优化计算”文章中，虽然记载了由双裂变室探测器和包裹探测器的慢化层/屏蔽层组成的两种探测器类型，但是它们属于补偿型的，还无法进行在线能谱分析，因慢化体采用聚乙烯材料，不能满足高温环境使用的条件。

由此可见，上述公开报道的技术方案是通过单个计数器的读数或多个计数器直接给出中子通量的大小，势必带来较大的误差。如果从测量能谱入手，再考虑在恶劣环境条件下的测量问题，堆功率测量结果将会改善。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种强辐射高温条件下测量中子通量的测量系统，该测量系统采用快中子灵敏的探测器对快中子直接进行测量，不需要使用慢化体将快中子能量慢化下来成热中子后再测量，避免了因不同区域对快中子慢化能力不同而导致测量误差大的问题；并结合中子能谱分析计算得到中子通量，从而大大改善堆功率的测量结果。

本发明的目是通过以下技术方案实现的：