電離室輻射探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及用于監(jiān)測(cè)核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的功率分布的裝置，更具體地，涉及具有增強(qiáng)的裂變伽馬輻射響應(yīng)的電離室探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在許多當(dāng)前運(yùn)行的依賴如在反應(yīng)堆控制和保護(hù)系統(tǒng)中所使用的核通量測(cè)量的年久的反應(yīng)堆中，設(shè)置有輔以堆芯內(nèi)通量映射系統(tǒng)的堆芯外探測(cè)器，這早在1967年就開始使用;其中堆芯內(nèi)通量映射系統(tǒng)原本打算提供堆芯設(shè)計(jì)的證據(jù)和一些校準(zhǔn)測(cè)量值。
[0003]隨著朝向更大的反應(yīng)堆堆芯不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，對(duì)于堆芯功率分布的可能不利影響以及堆芯外探測(cè)器能否充分地探測(cè)到這種可能的不利功率分布一直有一些擔(dān)心。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，當(dāng)前使用的分割部分堆芯外探測(cè)器對(duì)軸向傾斜做出響應(yīng)，但是傾斜測(cè)量值的精度受到探測(cè)器阱處的幾何形狀和采用的構(gòu)成材料的影響，并且受到容器和探測(cè)器之間的間距的影響。已經(jīng)為這些影響開發(fā)了校正因子，但是對(duì)于堆芯外探測(cè)器是否將會(huì)在所有情況下提供對(duì)不利功率分布的充分警報(bào)存在一些問題。
[0004]為了避免前述擔(dān)心，開發(fā)了一種用于采用可移動(dòng)堆芯內(nèi)探測(cè)器通過提供更準(zhǔn)確、詳細(xì)、自動(dòng)、經(jīng)常更新的反應(yīng)堆堆芯功率分布的數(shù)據(jù)讀出來自動(dòng)地監(jiān)測(cè)功率分布的方法。該方法(在1976年1月13日公告并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利N0.3，932，211中被教導(dǎo))根據(jù)預(yù)定的、間歇性的、定時(shí)的程序在正常功率運(yùn)行期間將可移動(dòng)探測(cè)器插入到反應(yīng)堆堆芯區(qū)域中。執(zhí)行周期性堆芯功率分布測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)通?？刂贫噙_(dá)六個(gè)可移動(dòng)探測(cè)器的同時(shí)插入和撤出，直到從所有規(guī)定的堆芯徑向位置獲得測(cè)量值為止。所使用的每個(gè)探測(cè)器通過共同的徑向位置插入，以確保探測(cè)器的靈敏度可被歸一化，從而允許從具有不同的絕對(duì)靈敏度的探測(cè)器產(chǎn)生準(zhǔn)確的“相對(duì)”堆芯功率分布。
[0005]優(yōu)選地，多個(gè)可移動(dòng)探測(cè)器被布置在電冗余分組中并且通常存儲(chǔ)在堆芯的反應(yīng)性區(qū)域外的反應(yīng)堆熱環(huán)境中，以最小化熱循環(huán)。在操作中，探測(cè)器被驅(qū)入反應(yīng)堆中，通過反應(yīng)堆容器的下頭部，通過堆芯支撐板，并通過規(guī)定的燃料組件底部噴嘴到達(dá)燃料組件儀表管，通過該燃料組件儀表管探測(cè)器延伸到期望的堆芯高度。如預(yù)定的、定時(shí)的程序所規(guī)定的，替代的探測(cè)器分組以由反應(yīng)堆堆芯物理學(xué)控制的交錯(cuò)的時(shí)間間隔沿著堆芯內(nèi)的儀表套筒內(nèi)的相應(yīng)線性路徑被驅(qū)動(dòng)。編程的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)序列在給定的受控反應(yīng)性變化之后自動(dòng)地重新啟動(dòng)，從而向反應(yīng)堆操作者提供最有意義的數(shù)據(jù)輸入。
[0006]可移動(dòng)堆芯內(nèi)探測(cè)器現(xiàn)在被沸水堆和壓水堆二者用來執(zhí)行堆芯功率分布的周期性詳細(xì)測(cè)量。所使用的可移動(dòng)探測(cè)器主要對(duì)中子或伽馬輻射之一敏感。在壓水堆和沸水堆二者中最常用的探測(cè)器類型是裂變室式的探測(cè)器。在該設(shè)計(jì)中，從探測(cè)器輸出的信號(hào)正比于圍繞探測(cè)器的熱中子數(shù)。熱中子數(shù)正比于局部裂變率和局部堆芯功率水平。該響應(yīng)是通過在探測(cè)器的結(jié)構(gòu)中使用大量的高度濃縮的U235而生成的。由于U235是一種特殊的核材料，所以購(gòu)買和操作可移動(dòng)裂變室的成本相當(dāng)高?？梢苿?dòng)裂變室也相當(dāng)精密，所以它們經(jīng)常遇到機(jī)械故障。與使用可移動(dòng)裂變室相關(guān)聯(lián)的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)和局部熱中子數(shù)之間的直接關(guān)系以及熱中子數(shù)與局部堆芯功率生產(chǎn)率所具有的直接關(guān)系。圖1提供了微型裂變室10的布局示意圖。微型裂變室具有不銹鋼管狀殼體12，其封住兩端并形成外部電極。A1203陶瓷絕緣體16支撐中心礦物填充的同軸輸出電極18，該輸出電極18與外部電極12絕緣。不銹鋼殼體12圍繞中心室14，中心室14填充有氬填料氣體22，室14的壁涂覆有90%濃縮的U235和U303。介于20和150伏特DC之間的探測(cè)器偏壓32被保持在兩個(gè)電極之間。在操作中，入射熱中子28在濃縮U235內(nèi)引起裂變事件30，從而產(chǎn)生高能量電離的裂變碎片26，該高能量電離的裂變碎片26在氬氣內(nèi)產(chǎn)生電離的氣體分子24。在中心電極18上的偏壓收集電離的氣體粒子24，從而得到探測(cè)器輸出34，該輸出與入射熱中子28產(chǎn)生的裂變事件30成比例。
[0007]使用微型電離室10的可移動(dòng)探測(cè)器的設(shè)計(jì)最近已經(jīng)被引入用于沸水堆中。這種類型的探測(cè)器也產(chǎn)生與局部堆芯功率成比例的信號(hào)，但該信號(hào)是通過探測(cè)器的電離室區(qū)域中的伽馬輻射的相互作用激發(fā)的。這種類型的探測(cè)器不需要U235作為輸出信號(hào)的激勵(lì)，因此這種類型的探測(cè)器的成本和維護(hù)顯著少于用于裂變室式的成本和維護(hù)。該探測(cè)器還往往比裂變室可移動(dòng)探測(cè)器更耐用。與使用電離室探測(cè)器相關(guān)聯(lián)的最大的限制問題是對(duì)應(yīng)于給定局部堆芯功率水平的信號(hào)輸出要低得多。使用這種類型的探測(cè)器要求使用非常敏感和昂貴的信號(hào)處理電子產(chǎn)品?？紤]到輸出信號(hào)和局部裂變率或堆芯功率之間的非單值關(guān)系，還存在需要包括在堆芯功率分布測(cè)量值的不確定性中的不確定性。這種功率分布測(cè)量值不確定性增加的可能性會(huì)實(shí)際上減小反應(yīng)堆操作者可以實(shí)現(xiàn)的最大功率輸出。
[0008]圖2提供了微型電離室36的布局示意圖的縱向截面，圖2B示出了沿著正交于圖2A中所示的截面圖的截面。微型電離室36具有形成外部電極的外部金屬殼體38和支撐中心電極44的絕緣端帽40和42。與微型裂變室10的結(jié)構(gòu)類似，殼體38圍繞填充有填充氣體48的中心室50。
[0009]每種類型的可移動(dòng)探測(cè)器都有未達(dá)最佳標(biāo)準(zhǔn)的性能特性，這顯著增加了探測(cè)器系統(tǒng)的操作成本。因此，想要一種改進(jìn)的探測(cè)器，該探測(cè)器比當(dāng)前使用的那些探測(cè)器更耐用且更便宜。
[0010]此外，想要如下的探測(cè)器設(shè)計(jì):該設(shè)計(jì)將使不得不考慮在堆芯功率測(cè)量值中的不確定性最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]這些和其它目的是通過具有增強(qiáng)的裂變伽馬輻射響應(yīng)的電離室輻射探測(cè)器來實(shí)現(xiàn)的。電離室具有外部管狀電極，該外部管狀電極具有由絕緣端帽閉合(close off)的上端部和下端部，絕緣端帽將外部管狀電極與中心電極電絕緣，中心電極大體上從下端帽向上延伸并通過上端帽。產(chǎn)生大體上正比于局部中子數(shù)(local neutron populat1n)的瞬發(fā)中子俘獲伽馬福射的電子福射體被設(shè)置在外部管狀電極和中心電極之間。可取地，電子福射體被構(gòu)造為包括具有高Z值的材料，瞬發(fā)中子俘獲伽馬輻射通過光電和康普頓散射機(jī)制與所述具有高Z值的材料相互作用。優(yōu)選地，電子輻射體被構(gòu)造為包括選自包含鉑、金、錳、鎢和鎘的一組金屬的一種或多種材料，并且更優(yōu)選地，電子輻射體構(gòu)造為主要包括含錳、鎢和錦的一組金屬。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，電子輻射體包括圍繞中心電極隔開的多個(gè)電子輻射體，并且優(yōu)選地，電子輻射體大體上在下端帽和上端帽之間延伸。
[0013]本發(fā)明還構(gòu)思了具有多個(gè)堆芯內(nèi)探測(cè)器的核反應(yīng)堆功率分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述多個(gè)堆芯內(nèi)探測(cè)器監(jiān)測(cè)核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的不同軸向和徑向位置處的功率。堆芯內(nèi)探測(cè)器中的至少一些包括前述的電離室設(shè)計(jì)。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，電離室是在不同的堆芯徑向位置處大體上橫穿(traverse)堆芯的軸向長(zhǎng)度的可移動(dòng)堆芯內(nèi)探測(cè)器。
【附圖說明】
[0014]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述可以得到對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，在所附附圖中:
[0015]圖1是用作可移動(dòng)中子探測(cè)器的裂變室的截面；
[0016]圖2A是微型電離室的縱向截面的示意表示；
[0017]圖2B是沿與圖2A的截面的平面正交的平面截取的微型電離室的示意性截面；
[0018]圖3是具有可以得益于本發(fā)明的可移動(dòng)堆芯內(nèi)探測(cè)器的核反應(yīng)堆系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；
[0019]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的電離室的縱截面視圖；以及
[0020]圖4B是圖4A中所示的電離室的沿與圖4A中所示的截面正交的平面截取的截面。
【具體實(shí)施方式】
[0021]用壓力水冷卻的核發(fā)電系統(tǒng)的初級(jí)側(cè)包括閉合電路，該閉合電路與用于產(chǎn)生有用能量的次級(jí)側(cè)隔離并處于熱交換的關(guān)系。初級(jí)側(cè)包括反應(yīng)堆容器(反應(yīng)堆容器封閉堆芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，堆芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐含有裂變材料的多個(gè)燃料組件)、熱交換蒸汽發(fā)生器中的初級(jí)回路、加壓器的內(nèi)部容積、用于循環(huán)加壓水的栗和管道;管道將蒸汽發(fā)生器和栗中的每個(gè)獨(dú)立地連接至反應(yīng)堆容器。初級(jí)側(cè)的各部分包括被連接到容器從而形成初級(jí)側(cè)回路的蒸汽發(fā)生器、栗和管道系統(tǒng)。
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