16N辐射监测仪研制方案

薛志光+姚正喜+李松+刘一霖

【摘 要】核电站蒸汽发生器泄漏连续监测通道，又称为16N辐射监测仪，主要用于测定压水堆核电站蒸汽发生器U型管破损所致一回路水向二回路侧的泄漏率，是关系到压水堆核电站安全和经济运行的一个重要监测通道。迄今，我国境内在役和正在建设的压水堆核电站所安装的16N辐射监测仪基本是从法国进口，而国内能够生产制造16N辐射监测仪的厂家却很少。论文提出了一个16N辐射监测仪的研制方案，并介绍了其工作原理和系统组成。

【Abstract】Steam generator leak rate monitoring channel is also named 16N radiation monitoring system， which is an important monitoring channel of pressurized water reactor nuclear power plant， and mainly used for measuring leakage of primary line leak rate of water to the second side causing by U type pipe damage. So far， the 16N radiation monitoring systems installed in the pressurized water reactor nuclear power plant under construction or in service are imported from France in the territory of China. The domestic manufactures that can produce 16 N radiation monitoring system are few. This paper proposes a development scheme of 16N radiation monitoring system， and introduces its working principle and system composition.

【关键词】核电站辐射监测系统；蒸汽发生器；16N辐射监测仪

【Keywords】 KRT system； steam generator；16N radiation monitoring system

【中图分类号】TM623 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0138-02

1引言

蒸汽发生器泄漏连续监测通道即16N辐射监测仪，是核电站辐射监测系统的一个重要监测通道。蒸汽发生器是核电站蒸汽供应系统的主要设备之一，是连接反应堆1、2回路的关键设备。蒸汽发生器传热管道由于腐蚀、微震磨损、耗蚀等原因而造成泄漏是压水堆核电站的多发性事故。

16N辐射监测仪在反应堆功率运行时，通过测量破损发生时在二回路主蒸汽管道内所出现的16N高能γ辐射，确定蒸汽发生器U型管的泄漏率；在热停堆工况下，则可测量主蒸汽管道内惰性气体或其他核素。

法国EDF公司从1983年开始研制该仪器软件及传输系数，1988年由法国MGP公司正式投产，已有数百台16N辐射监测仪投入运行。国内研制检测16N的辐射监测仪的厂家很少，能在国内核电站中安装运行的就更寥寥无几。本文在吸取国内外各厂家和科研院所的研究及核电用户使用经验的基础上，提出了一个切实可行的研制方案。

2 16N辐射监测仪的原理

16N辐射监测仪是通过测量主蒸汽管道内蒸汽中16N的γ放射性活度来监测蒸汽发生器传热管破损的在线连续检测设备。

一回路水中16N来源于核燃料裂变中子引起的16O（n，p）16N核反应。16N的半衰期7.13秒，发射能量为6.13MeV（69%）和7.11MeV（5%）的γ射线。

n+16O→16N*+p

如传热管破损时，一回路水中的16N就会进入二回路水中，然后16N随二回路水的蒸发进入主蒸汽管道。16N监测仪的探测器直接对着主蒸汽管道放置，测量蒸汽中的16Nγ射线的脉冲计数率，这种脉冲计数率经由专门的计算方法确定的泄漏率传输系数换算，求得传热管泄漏率。具体计算方法在相关文献中已有介绍，这里不再赘述。

3 16N辐射监测仪的组成框图

16N辐射监测仪主要由探测装置、就地处理显示单元（LPDU）、电气接线箱（EJB）和电缆四部分组成，如下图1所示。

探测装置主要包含两个信号输入，分别是16N辐射探测器和温度传感器；LPDU则主要由测量处理单元、顯示控制和报警单元组成。以下对每一部分作分别介绍。

4 探测装置的研制

探测装置由闪烁体探测器、绝热材料、不锈钢壳和密封端板几部分组成。闪烁体由3×3英寸 NaI（Tl） 晶体装配相应的光电倍增管，这种探测器对6.13MeV的γ射线具有优良的探测性能，而且价格相对便宜，在闪烁体入射端装有一个活度约200Bq的241Am放射源，等效γ能峰为2.7MeV左右，在探测器包装外表面装有一个铂金属电阻温度传感器，用于测量闪烁体的温度，闪烁体探测器用SiO2凝胶包裹，用于热绝缘，外有不锈钢外壳，两端有导电O型密封圈，探头整体防水，隔热，抗强震动，16N探测器及屏蔽体的结构如图2所示。

由于探测器在主蒸汽管道外侧，周围环境温度在30～55 ℃，所以前置放大器没有在探测装置中。前放和高压均放在几十米外的LPDU中。

探头由支架固定，调整支架位置使探头轴线与主蒸汽管道轴线在同一平面，探头前端面距蒸汽管道外表面5cm。

5 LPDU的研制endprint

就地处理显示单元（LPDU）的主要功能是接收探测装置传输过来的脉冲信号，经过放大、分析处理后给出泄漏率的数值，用于显示、存储和传输[1]。当所测量值超过预定报警阈值时给出报警信号。

5.1 测量处理单元

测量处理单元由直流高压电源（500～1000V），直流低压电源（±5V、±15V、±24V）、CPU、1024道多道脉冲幅度分析器、前置放大器、可变增益放大器、16N监测道（6.13MeV）和总γ监测道两个单道脉冲幅度分析器等部分组成，

测量处理单元软件与硬件配合对核探测器和温度传感器的数据进行获取和处理[2]，并与智能显示器和PC机进行通讯，完成以下功能： ①16N监测道数据的获取、处理、存储和清除；②总γ监测道数据的获取、处理、存储和清除；③1024道多道分析器谱数据的获取、处理、存储和清除；④温度传感器信号的获取、存储、处理、更新；⑤死时间校正用于补偿脉冲计数损失；⑥与16N显示道和总γ显示道进行通讯；⑦采样判断报警和Watchdog检验处理。

5.2 显示控制和报警单元

显示控制和报警单元包括主要包括16N监测道显示、总γ监测道显示。显示控制和报警单元由鍵盘、液晶显示电路、光柱显示电路、CPU电路、声光报警电路和两个RS485异步串行通讯接口和一个并行通讯接口等组成。

显示控制和报警单元软件与硬件配合完成16N监测道和总γ监测道数据获取和处理，并与就地测量处理单元、便携式PC机、显示器键盘等通讯，完成如下功能：①与就地测量处理单元通讯，获取16N监测道数据，并对获取数据和输入核功率数据及传输系数进行处理，给出每10秒自动更新一次脉冲计数率、泄漏率、测量时间内脉冲计数及状态等显示；②与就地测量处理单元通讯，获取总γ监测道的数据并处理，给出每10秒 更换脉冲计数率、测量时间内脉冲计数及状态显示等；③处理就地测量处理单元的测量结果，当泄漏率或总γ计数超过设定阈值时，产生报警信号，并发出声光报警；④与显示器键盘通讯，完成参数设置，显示及状态信息显示，并在判断有故障时发出声、光报警；⑤与便携式PC机及上位机软件通讯。

6 结语

本文提出了一个核电站蒸汽发生器泄漏连续监测通道即16N辐射监测仪的研制方案，为后续硬件的具体设计和软件编程调试工作提供指导和参考。

【参考文献】

【1】陆章元.16N检测法对核电厂蒸汽发生器泄漏率的测定 [J].核电工程与技术，1996（1）：33-40.

【2】丁声耀，徐鹍，丁锡祥，等. （16）Nγ辐射监测仪的研制[J].核标准计量与质量， 2003（4）：20-26.endprint