福清1号机组首次堆芯装料中子探测效率经验反馈

杨晓鹏　刘明忠

【摘 要】本文介绍了福清核电1#机组首次堆芯装料时，所用的两套中子监测系统：核仪表系统与临时中子探测器系统。简单阐述了堆芯中子探测系统原理，详细分析堆芯首次装料之前对两套中子监测系统所进行的工作状态检查，保证整个堆芯始终处于受控状态提出了处理此类问题的建议，给之后的2、3、4号机组堆芯装料起到一定的借鉴作用。

【关键词】装料；中子；监测；探测器

0 概要

为了确保反应堆在装料过程中不发生意外临界，必须始终监测装料期间的临界安全。监测手段包括：堆外二套源量程探测器；堆内三套临时中子计数探测器。

1）核仪表系统（RPN）

堆外监测系统RPN是被设计用来在反应堆堆芯的整个运行寿期内中子通量变化的瞬态监测，由两个源量程通道、两个中间量程通道、四个功率量程通道组成。

源量程是由两个彼此独立的源量程通道组成。源量程用于监测堆芯装卸料及低通量水平时的中子的计数率变化，是一个涂硼正比计数管，其灵敏度为8counts/（n/cm2.s），典型的中子通量探测范围为从1到107cps，工作电压为850V。

中间量程也由两个独立的测量通道组成，通常给出电流值来反应堆内的通量水平。由于它的测量范围比较宽，常采用对数功率指示。中间量程探测器是一个■补偿电离室，中子通量范围从2*102到5*1010n/（cm2s）。■灵敏度是5.5*10-9A/Gy/h，最大电流为1mA，工作电压为600V。

功率量程一般由4个彼此独立的测量通道组成。每个功率量程通道是一个具有6节分布在中子敏感区域的不补偿电离室组成，在堆外没90。安装一个功率量程通道。每一节电离室产生一个信号，并将刘姐电离室分成两部分：上面3节电离室的信号合并为一个输出信号作为监测堆芯上部通量变化的上部信号，下面3节电离室的信号合并为一个输出信号作为监测堆芯下部通量变化的下部信号，电离室灵敏长度为6*100mm（图1）。

图1

2）临时中子计数探测器系统

初次装料监测装置是反应堆装料监测和装料后反应堆启动装置的关键部件。它将入射中子转换成电信号输出，在反应堆装料期间不断提供堆内中子注量率的变化信息，中子信息转换成电信号，分别输入到启动系统、调节系统、保护系统及功率测量系统，实现对反应堆的启动、调节、调节、测量和停堆的控制。本系统由四个测量通道（机箱）组成。每个通道都是由一次仪表和监测系统组成。一次仪表为3He探测器加前置放大器，它们组装在一个套筒内。监测系统为BH1231低压电源、FH1016高压电源、FH1040放大甄别器、BH1220定标器或BH1220N定标器以及PN-01转换器，它们均安装在FH0001NIM机箱内。

高压电源通过30m电缆将高压加在3He正比计数管上，使计数管产生脉冲信号。由于计数管产生的脉冲信号非常小，而且要经过30m电缆传输，为了提高抗干扰能力，提高信噪比，因此在探测器内加了前置放大器。此放大器与探头构成复合组件。当3He正比计数管工作电压为1300V时，前置放大器输出约为0.35V的负脉冲。同时为去除噪声干扰，装料所用前置放大器可以调整阈值，调整范围为0.5V-10V。此脉冲信号一路接入BH1220定标器，另一路接至计数音响。

1 堆芯装料

福清1、2机组堆芯装料期间，至少有两个中子探测器（源量程测量通道或装（换）料探测系统测量通道）能够对中子计数率进行连续监测，并且在主控制台上有中子计数率的显示，以及安全壳内可以听到扬声器的计数声。在暂停装料期间，两个源量程测量通道中至少有一个处于正常工作状态，在最后一个燃料组件装入堆芯时，两个源量程测量通道必须处于可用状态。

1.1 临时中子计数探测器安装、检测

福清1号机组堆芯装料前，装料探测系统测量通道就位于在D13、G01。装料探测系统测量通道（3He正比计数管）应挂靠在围板壁旁。在将测量通道（3He正比计数管）放入压力容器时，应做到慢慢放下，就位后及时固定，并用绳索拴牢中子计数管。

图2 装料探测系统位置

每装入一组燃料组件，都要测量中子计数率，计算倒计数率并作以燃料组件数目为函数的倒计数率趋势图，用于监测堆芯的次临界状态。

1.2 装料探测系统响应测量

福清1号机组堆芯装料开始前，对各个探测器进行本地计数测量：对两套源量程测量通道取10次瞬时计数率，取其平均值；对装料探测系统测量通道进行10次连续10秒的积分计数测量，并取平均计数率作为本底计数。经测量，除第7次测量时探测系统测量通道B位置计数为0.1，其余次数t通道数据均为0。

按照堆芯装料顺序表装入第一组一次中子源组件S1，同时，为检查源量程及装（换）料探测系统的工作状态，将下面3个检查步骤的测量数据记录于下表中：

（1）将以此中子源组件S1入堆就位于N12，但是不要脱扣，对装（换）料探测系统A位置测量通道和源量程测量通道SRC2进行装料工作状态检查。

（2）检查结束后，将一次中子源组件S1移至D03，对装（换）料探测系统B位置测量通道进行装料前的工作状态检查，再由D03移至B11。

（3）检查结束后，再将一次中子源组件S1移至A07，对源量程通道SRC1进行装料前的工作状态检查。

按照堆芯装料步序表和步序图将第二组一次中子源组件S2就位于堆芯位置R09，一次中子源组件S1就位于堆芯位置A07。

两个一次中子源组件就位后，对每个中子计数装置进行基准计数率测量：对源量程取10次瞬时计数率；对装（换）料探测系统进行10次连续积分计数测量，取其平均计数率（表2）。

2 结论

（1）为验证源量程SRC1的响应状态，将一次中子源摆放在N12时，从表1中得出源量程SRC1计数为零，没有响应，其可能因素：一次中子源S1离探测点距离远，中间含硼水吸收较多的中子，被源量程探测到的有效中子计数少，因而响应几乎为零；中子源组件焊接时的中子源的方向没有指向源量程。因为由于中子源活度高，因而中子源焊接方向不易控制，唯一易于实施的就是一次中子源S1的位置。福清1号机组首次堆芯装料给2号机组提供了很好的经验反馈，因此福清2号机组首次堆芯装料中子源组件的位置由N12调整为R07，以期得到源量程SRC1较好的中子响应。

（2）通过表1与表2得知，无论是单独一次中子源组件S1还是两个中子源组件都在堆芯时候，装料探测测量通道B的计数为0，即测量通道B无响应，分析原因可能为：装料探测测量通道B摆放的位置高度或者方向不理想，位置稍微变动便会有很大的计数率变化；一次中子源摆放位置距离探测通道远。因此，福清2号机组在装料的时候，将探测器通道摆放高度提高，以期获得较好的响应，如果福清2号机组还没有收到理想效果，将会在福清3号机组装料的时候考虑将探测器通道位置放在别的测量位置，或者将中子源S1改变位置。

堆芯装料前的中子探测器的工况监测是福清1号机组堆芯装料的一项重要工作，它运行的工况好坏直接制约堆芯装料试验的顺利执行，因此，借鉴福清核电1号机组首次堆芯装料中子探测器安装、监测的经验对后续2、3、4号机组的装料试验都有良好的实践作用。

[责任编辑：王楠]