核电站用生物屏蔽防护门的创新与指标效益

刘云

1特色和创新之处

针对三代先进压水堆核电站更进一步强调核辐射安全的设计理念，研发的核岛生物屏蔽防护门将跨多学科领域，大量采用核物理与核辐射防护研究领域的专业软件、实验设备和检测技术，来进行分析设计与屏蔽性能检测评估。并对于超大、超重型生物屏蔽防护门自身的力学结构安全，也将采用机械设计与结构力学分析领域的专用程序及检测设备来进行仿真计算和校核，确保足够的安全设计余度。这些高度专业化的研发性质工作，一般生产企业独立完成会比较困难。因此，我公司将会与中科院等离子体物理研究所、中国原子能科学研究院、北京射线应用研究中心等科研机构开展密切合作，利于其特有的实验测试平台，吸收并逐步掌握相关的分析与计算技术，来完成三代先进压水堆核电站用生物屏蔽防护门的研发。

为尽早完成生物屏蔽防护门研发，抢占有利的市场先机，我公司选取了其中技术含量最高的中子屏蔽防护门进行了前期预研。以法国EPR1600堆型中子屏蔽防护门采购技术规范书中的要求（下列四点）为基本准则，设计并制作了一樘平开型中子屏蔽防护门。

1.1门扇与门框之间以及面板之间的接缝设计，不存在中子泄露通道。

1.2门扇双层钢板内填充中子吸收材料含硼聚乙烯的夹心结构，热区侧（在直接暴露在辐射中的房间一侧）用Q235-B钢板来降低主要来自于一回路中氮16的伽马辐射的剂量流量，中间中子吸收材料含硼聚乙烯来降低主要来自于堆芯和氮17的中子流量，冷区侧（在未直接暴露在辐射中的一侧）用Q235-B钢板来降低来自氮16的残余伽马射线。

1.3左、右门扇的接口中缝为企口式，防止直线型的射线辐射。

1.4门下方与门洞之间的间隙小于等于10mm，门内侧下部设有50mm厚活动门槛，来降低主要来自于一回路中氮16的伽马辐射的剂量流量，门外侧下部设有翻板机构（可电动提升），用100mm中子吸收材料含硼聚乙烯来降低来自于堆芯和氮17的残余中子流量。

图1中子屏蔽防护门的三维模型透视图

图2能量为1.25MeV的γ射线面源计算得到的辐射剂量在门各切面上的二维分布（左）及纵向一维分布（右）

图3实验测得的门小样上各点对于不同能量γ射线屏蔽衰减倍数对比

该门采用了中子、光子耦合输运程序（MCNP5）进行了三维建模计算与分析，依据计算结果完成了屏蔽结构设计。并且利用北京射线应用研究中心的252Cf中子源和137Cs、60Coγ射线源完成了屏蔽性能检测。分析计算的三维模型、部分结果以及实验检测的部分结果展示分别见图1、图2、图3。

为获得该门自身重力的应力分布及抗震性能特性，采用ANSYS 10.0 有限元程序建立了三维模型，并进行了应力分析计算与抗震等级评估。

该门的屏蔽结构设计已经进行了模拟分析及相关的试验验证，屏蔽性能达到了核电技术标准要求。

以上关键技术的特点已经向国家知识产权局进行了专利申报。

平开式的中子屏蔽防护门的样品

2达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益

2.1主要技术指标。系列化的生物屏蔽防护门能够适应不同标准、不同堆型、不同使用场合、各种洞口形式状况下的使用要求。针对于核电发展方向的三代核电技术及更先进的核电技术的包括法国的EPR、美国的AP1000和俄罗斯VVER的系列核电站用的生物屏蔽门的新产品的样品。其中一种（双开式）中子生物屏蔽防护门的主要技术参数要求：（1）屏蔽性能要求：伽马屏蔽10000倍；中子屏蔽100倍。（2）气密性能：标准状况下 每小时泄漏10立方米（内外压差1500帕）。（3）机械启闭性能：手动启闭时应平稳、顺畅；启闭力不大于800N；启闭过程中门体可在任何位置停留。（4）反复工作次数：电动门可靠运行2000次以上。

2.2经济指标和经济效益。计划完成生物屏蔽防护门的研发及小试，研发结束时，其中大型推拉式生物屏蔽防护门（俄罗斯的VVER）试用于田湾核电3、4机组，完成试销售收入296万元，获得利税100万元。生物屏蔽防护门替代进口产品，价格是进口产品的一半，可为核电站客户减少投资成本；另外产品的高性价比可带动出口，为企业本身带来良好的经济效益。

2.3社会效益。（1）可提升核电站设备国产化率。（2）节省核电站建设投资。（3）为下一代核电技术设计使用新型生物屏蔽门提供技术积累工作。（4）为企业培养科技创新型人才，增强企业自主创新能力。

1特色和创新之处

针对三代先进压水堆核电站更进一步强调核辐射安全的设计理念，研发的核岛生物屏蔽防护门将跨多学科领域，大量采用核物理与核辐射防护研究领域的专业软件、实验设备和检测技术，来进行分析设计与屏蔽性能检测评估。并对于超大、超重型生物屏蔽防护门自身的力学结构安全，也将采用机械设计与结构力学分析领域的专用程序及检测设备来进行仿真计算和校核，确保足够的安全设计余度。这些高度专业化的研发性质工作，一般生产企业独立完成会比较困难。因此，我公司将会与中科院等离子体物理研究所、中国原子能科学研究院、北京射线应用研究中心等科研机构开展密切合作，利于其特有的实验测试平台，吸收并逐步掌握相关的分析与计算技术，来完成三代先进压水堆核电站用生物屏蔽防护门的研发。

为尽早完成生物屏蔽防护门研发，抢占有利的市场先机，我公司选取了其中技术含量最高的中子屏蔽防护门进行了前期预研。以法国EPR1600堆型中子屏蔽防护门采购技术规范书中的要求（下列四点）为基本准则，设计并制作了一樘平开型中子屏蔽防护门。

1.1门扇与门框之间以及面板之间的接缝设计，不存在中子泄露通道。

1.2门扇双层钢板内填充中子吸收材料含硼聚乙烯的夹心结构，热区侧（在直接暴露在辐射中的房间一侧）用Q235-B钢板来降低主要来自于一回路中氮16的伽马辐射的剂量流量，中间中子吸收材料含硼聚乙烯来降低主要来自于堆芯和氮17的中子流量，冷区侧（在未直接暴露在辐射中的一侧）用Q235-B钢板来降低来自氮16的残余伽马射线。

1.3左、右门扇的接口中缝为企口式，防止直线型的射线辐射。

1.4门下方与门洞之间的间隙小于等于10mm，门内侧下部设有50mm厚活动门槛，来降低主要来自于一回路中氮16的伽马辐射的剂量流量，门外侧下部设有翻板机构（可电动提升），用100mm中子吸收材料含硼聚乙烯来降低来自于堆芯和氮17的残余中子流量。

图1中子屏蔽防护门的三维模型透视图

图2能量为1.25MeV的γ射线面源计算得到的辐射剂量在门各切面上的二维分布（左）及纵向一维分布（右）

图3实验测得的门小样上各点对于不同能量γ射线屏蔽衰减倍数对比

该门采用了中子、光子耦合输运程序（MCNP5）进行了三维建模计算与分析，依据计算结果完成了屏蔽结构设计。并且利用北京射线应用研究中心的252Cf中子源和137Cs、60Coγ射线源完成了屏蔽性能检测。分析计算的三维模型、部分结果以及实验检测的部分结果展示分别见图1、图2、图3。

为获得该门自身重力的应力分布及抗震性能特性，采用ANSYS 10.0 有限元程序建立了三维模型，并进行了应力分析计算与抗震等级评估。

该门的屏蔽结构设计已经进行了模拟分析及相关的试验验证，屏蔽性能达到了核电技术标准要求。

以上关键技术的特点已经向国家知识产权局进行了专利申报。

平开式的中子屏蔽防护门的样品

2达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益

2.1主要技术指标。系列化的生物屏蔽防护门能够适应不同标准、不同堆型、不同使用场合、各种洞口形式状况下的使用要求。针对于核电发展方向的三代核电技术及更先进的核电技术的包括法国的EPR、美国的AP1000和俄罗斯VVER的系列核电站用的生物屏蔽门的新产品的样品。其中一种（双开式）中子生物屏蔽防护门的主要技术参数要求：（1）屏蔽性能要求：伽马屏蔽10000倍；中子屏蔽100倍。（2）气密性能：标准状况下 每小时泄漏10立方米（内外压差1500帕）。（3）机械启闭性能：手动启闭时应平稳、顺畅；启闭力不大于800N；启闭过程中门体可在任何位置停留。（4）反复工作次数：电动门可靠运行2000次以上。

2.2经济指标和经济效益。计划完成生物屏蔽防护门的研发及小试，研发结束时，其中大型推拉式生物屏蔽防护门（俄罗斯的VVER）试用于田湾核电3、4机组，完成试销售收入296万元，获得利税100万元。生物屏蔽防护门替代进口产品，价格是进口产品的一半，可为核电站客户减少投资成本；另外产品的高性价比可带动出口，为企业本身带来良好的经济效益。

2.3社会效益。（1）可提升核电站设备国产化率。（2）节省核电站建设投资。（3）为下一代核电技术设计使用新型生物屏蔽门提供技术积累工作。（4）为企业培养科技创新型人才，增强企业自主创新能力。

1特色和创新之处

针对三代先进压水堆核电站更进一步强调核辐射安全的设计理念，研发的核岛生物屏蔽防护门将跨多学科领域，大量采用核物理与核辐射防护研究领域的专业软件、实验设备和检测技术，来进行分析设计与屏蔽性能检测评估。并对于超大、超重型生物屏蔽防护门自身的力学结构安全，也将采用机械设计与结构力学分析领域的专用程序及检测设备来进行仿真计算和校核，确保足够的安全设计余度。这些高度专业化的研发性质工作，一般生产企业独立完成会比较困难。因此，我公司将会与中科院等离子体物理研究所、中国原子能科学研究院、北京射线应用研究中心等科研机构开展密切合作，利于其特有的实验测试平台，吸收并逐步掌握相关的分析与计算技术，来完成三代先进压水堆核电站用生物屏蔽防护门的研发。

为尽早完成生物屏蔽防护门研发，抢占有利的市场先机，我公司选取了其中技术含量最高的中子屏蔽防护门进行了前期预研。以法国EPR1600堆型中子屏蔽防护门采购技术规范书中的要求（下列四点）为基本准则，设计并制作了一樘平开型中子屏蔽防护门。

1.1门扇与门框之间以及面板之间的接缝设计，不存在中子泄露通道。

1.2门扇双层钢板内填充中子吸收材料含硼聚乙烯的夹心结构，热区侧（在直接暴露在辐射中的房间一侧）用Q235-B钢板来降低主要来自于一回路中氮16的伽马辐射的剂量流量，中间中子吸收材料含硼聚乙烯来降低主要来自于堆芯和氮17的中子流量，冷区侧（在未直接暴露在辐射中的一侧）用Q235-B钢板来降低来自氮16的残余伽马射线。

1.3左、右门扇的接口中缝为企口式，防止直线型的射线辐射。

1.4门下方与门洞之间的间隙小于等于10mm，门内侧下部设有50mm厚活动门槛，来降低主要来自于一回路中氮16的伽马辐射的剂量流量，门外侧下部设有翻板机构（可电动提升），用100mm中子吸收材料含硼聚乙烯来降低来自于堆芯和氮17的残余中子流量。

图1中子屏蔽防护门的三维模型透视图

图2能量为1.25MeV的γ射线面源计算得到的辐射剂量在门各切面上的二维分布（左）及纵向一维分布（右）

图3实验测得的门小样上各点对于不同能量γ射线屏蔽衰减倍数对比

该门采用了中子、光子耦合输运程序（MCNP5）进行了三维建模计算与分析，依据计算结果完成了屏蔽结构设计。并且利用北京射线应用研究中心的252Cf中子源和137Cs、60Coγ射线源完成了屏蔽性能检测。分析计算的三维模型、部分结果以及实验检测的部分结果展示分别见图1、图2、图3。

为获得该门自身重力的应力分布及抗震性能特性，采用ANSYS 10.0 有限元程序建立了三维模型，并进行了应力分析计算与抗震等级评估。

该门的屏蔽结构设计已经进行了模拟分析及相关的试验验证，屏蔽性能达到了核电技术标准要求。

以上关键技术的特点已经向国家知识产权局进行了专利申报。

平开式的中子屏蔽防护门的样品

2达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益

2.1主要技术指标。系列化的生物屏蔽防护门能够适应不同标准、不同堆型、不同使用场合、各种洞口形式状况下的使用要求。针对于核电发展方向的三代核电技术及更先进的核电技术的包括法国的EPR、美国的AP1000和俄罗斯VVER的系列核电站用的生物屏蔽门的新产品的样品。其中一种（双开式）中子生物屏蔽防护门的主要技术参数要求：（1）屏蔽性能要求：伽马屏蔽10000倍；中子屏蔽100倍。（2）气密性能：标准状况下 每小时泄漏10立方米（内外压差1500帕）。（3）机械启闭性能：手动启闭时应平稳、顺畅；启闭力不大于800N；启闭过程中门体可在任何位置停留。（4）反复工作次数：电动门可靠运行2000次以上。

2.2经济指标和经济效益。计划完成生物屏蔽防护门的研发及小试，研发结束时，其中大型推拉式生物屏蔽防护门（俄罗斯的VVER）试用于田湾核电3、4机组，完成试销售收入296万元，获得利税100万元。生物屏蔽防护门替代进口产品，价格是进口产品的一半，可为核电站客户减少投资成本；另外产品的高性价比可带动出口，为企业本身带来良好的经济效益。

2.3社会效益。（1）可提升核电站设备国产化率。（2）节省核电站建设投资。（3）为下一代核电技术设计使用新型生物屏蔽门提供技术积累工作。（4）为企业培养科技创新型人才，增强企业自主创新能力。