一种堆外探测器中子灵敏度校准装置及方法
阅读说明：本技术 一种堆外探测器中子灵敏度校准装置及方法 (Device and method for calibrating neutron sensitivity of out-of-pile detector ) 是由 任敏 杨毓枢 王旭 张劲松 钟军 陈嘉浪 刘吉珍 漆明森 程瑛 江常玉 王军成 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种堆外探测器中子灵敏度校准装置及方法,该装置包括线中子源、贮源容器、屏蔽体、慢化体、探测器定位孔和校准孔道；线中子源用于产生快中子；屏蔽体用于该装置在工作状态时屏蔽线中子源；慢化体用于将线中子源产生的快中子慢化成热中子；校准孔道作为热中子形成的热中子场所在的空间,用于反射热中子提高热中子注量率；堆外探测器通过探测器定位孔放置于该校准装置的热中子场中,且探测器根据检定人员通过控制系统发出的指令可沿探测器孔道上下移动。本发明装置操作简便,是目前国内唯一堆外探测器中子灵敏度校准装置,可以产生符合要求的热中子场用于中子灵敏度的校准,为反应堆的安全运行提供了可靠的计量保证。(The invention discloses a neutron sensitivity calibration device and method for an out-of-pile detector, wherein the device comprises a linear neutron source, a source storage container, a shielding body, a moderating body, a detector positioning hole and a calibration pore channel; the linear neutron source is used for generating fast neutrons; the shielding body is used for shielding the line neutron source when the device is in a working state; the moderating body is used for moderating fast neutrons generated by the line neutron source into thermal neutrons; the calibration pore channel is used as a space where a thermal neutron field formed by thermal neutrons is located and used for reflecting the thermal neutrons to improve the thermal neutron fluence rate; the out-of-pile detector is placed in a thermal neutron field of the calibrating device through a detector positioning hole, and the detector can move up and down along a detector pore channel according to an instruction sent by a verification person through a control system. The device is simple and convenient to operate, is the only neutron sensitivity calibration device for the detectors outside the reactor at home at present, can generate thermal neutron fields meeting the requirements for calibrating the neutron sensitivity, and provides reliable measurement guarantee for the safe operation of the reactor.)
技术领域
本发明涉及电离辐射计量技术领域，具体涉及一种堆外探测器中子灵敏度校准装置及方法。
背景技术
在核反应堆设计中，采用在堆外不同位置处布置核测系统用辐射探测器(或称堆外探测器)的方法来监测堆芯的状态，这也是常用的在线测量堆芯中子注量率水平的方法。它主要有两方面的功能：运行功能和安全功能。运行功能是指可以随时给出核反应堆内的中子注量率水平和注量率的变化情况，指导核反应堆的开启和运行。安全功能是指可以提供事故停堆和报警信号，以便核反应堆控制操作人员及时采取有效措施，防止核反应堆运行异常或事故的扩大，确保核反应堆运行与人员和环境的安全。因此堆外探测器测量的准确与否将会对反应堆的安全产生非常重大的影响。
对于核测系统用辐射探测器的研制和生产，我国已制定颁发的标准包括：GJB3613-99潜艇核动力装置核测系统用辐射探测器通用规范，GJB3613/1-99潜艇核动力装置核测系统用辐射探测器通用规范中子正比计数管详细规范，GJB3613/2-99潜艇核动力装置核测系统用辐射探测器通用规范中子电离室详细规范，GJB3613/3-99潜艇核动力装置核测系统用辐射探测器通用规范裂变电离室详细规范。这些标准规定核动力装置核测系统用辐射探测器：中子正比计数管、中子电离室和裂变电离室等的技术要求、质量保证规定、交货准备及注意事项等。对于中子灵敏度，只提出在探测器出厂时需提供中子灵敏度参数，而未说明如何对中子灵敏度进行校准。由于目前国家没有制定探测器中子灵敏度的校准规范，所以在役一代XX中，同类型的探测器，在相同使用条件下，测量结果差异很大(约几倍)，给操作运行人员正确判断反应堆运行状况带来了困难，从而影响到XXX的战斗力，不利于核反应堆的安全。因此，有必要开展XX核动力装置核测系统用辐射探测器中子灵敏度校准技术研究，建立堆外探测器中子灵敏度校准规范，确保XX核动力装置核测系统测量数据的准确可靠和统一。
在反应堆的服役期间，核测系统用辐射探测器需要定期更换。由于没有这几类探测器灵敏度校准规范，在更换探测器时，无法提供探测器的灵敏度数据，导致探测器无法显示堆外热中子注量率的准确值。因此研究设计一种校准装置来校准探测器的中子灵敏度，为反应堆的安全运行提供计量保障是非常必要的。
发明内容
本发明目的在于提供一种堆外探测器中子灵敏度校准装置及方法，该校准装置能够产生一定热中子注量率且均匀性满足一定要求的热中子场，为反应堆的安全运行提供计量保障。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种堆外探测器中子灵敏度校准装置，该校准装置包括：线中子源、贮源容器、屏蔽体、慢化体、探测器定位孔和校准孔道；该校准装置在非工作状态时，所述线中子源位于贮源容器中；所述贮源容器设于地下深坑内，且深坑周围的混凝土可用于辐射防护；所述探测器定位孔设于校准孔道顶部；
所述线中子源，用于产生快中子；
所述屏蔽体，用于该校准装置在工作状态时屏蔽线中子源，降低中子辐射水平；
所述慢化体，用于将线中子源产生的快中子慢化成热中子；
所述校准孔道作为热中子形成的热中子场所在的空间，用于反射热中子提高热中子注量率；
堆外探测器通过探测器定位孔放置于该校准装置的热中子场(即校准孔道)中，且探测器根据检定人员通过控制系统发出的指令可沿探测器孔道上下移动；
该校准装置实现热中子场注量率在探测器轴向1米(m)范围内均匀性小于20％，且可以通过自动改变探测器与线中子源的距离改变其位置处热中子注量率的大小。
工作原理是：本发明校准装置包括线中子源、贮源容器、屏蔽体、慢化体、校准孔道、中子源升降装置、探测器位移定位装置、计算机与控制系统等。在保证辐射安全和操作方便的前堤下，实现了热中子场注量率在探测器轴向1m范围内均匀性小于20％，且可以通过自动改变探测器与线中子源的距离改变其位置处热中子注量率的大小。
本发明的校准装置具有如下特点：
(1)热中子场注量率：(8.91～1.12×104)cm-2·s-1(中子能量≤0.5eV)；
(2)探测器位移定位装置位移精度：≤0.5mm；
(3)在装载线中子源状况下，实验室辐射水平小于1.5μSv/h。
本发明的校准装置可以产生与堆外探测器工作环境非常相近的低注量率热中子场，在国内首次实现了堆外探测器中子灵敏度的校准，并可利用该装置对热中子场畸变等现象进行深入研究，使得探测器的测量结果更加准确，为反应堆的安全运行提供可靠的计量保障。
进一步地，还包括中子源升降装置，所述中子源升降装置用于实现线中子源的升降，在工作时将线中子源提升至工作位置，并在工作完成后将线中子源降至贮源容器中；确保该校准装置在非工作状态时线中子源位于贮源容器中。
进一步地，所述校准孔道包括校准通道上板、校准通道侧板、校准通道底板和探测器背板，所述校准通道上板、校准通道侧板、校准通道底板和探测器背板形成的腔体用于反射热中子。
进一步地，还包括探测器固定装置和导向槽，所述探测器固定装置，用于固定探测器；所述探测器固定装置包括探测器定位滑块和探测器位移定位装置，所述探测器定位滑块、探测器位移定位装置与所述探测器定位孔在同一竖直线上；
所述导向槽设于探测器固定装置侧边，探测器在导向槽上沿探测器孔道上下移动。
进一步地，所述探测器位移定位装置的位移精度为小于等于0.5mm(即≤0.5mm)。
进一步地，所述慢化体为圆柱体形。
进一步地，所述线中子源是由20颗活度为1.85×1010Bq的241Am-Be点中子源直线排列而成，且241Am-Be点中子源在源管中采用“中间疏两头密”的布置方式。
进一步地，所述校准孔道作为热中子形成的热中子场所在的空间，空间形状为圆柱体，尺寸为Φ80mm×1000mm。
进一步地，所述热中子场注量率为(8.91～1.12×104)cm-2·s-1，其中，热中子能量≤0.5eV。
进一步地，慢化体、用于反射热中子的部件(校准通道上板、校准通道底板、校准通道侧板和探测器背板)及屏蔽体均采用聚乙烯材料，聚乙烯和水对中子的慢化和吸收效果相似，且具有良好的机械性能，可极大地降低该装置的维护成本。
第二方面，本发明又提供了一种堆外探测器中子灵敏度校准方法，该校准方法应用于所述的一种堆外探测器中子灵敏度校准装置；该校准方法包括：
S1：通过金活化片法准确测量得到校准位置处的热中子注率值Φ(单位：cm-2·s-1)；
S2：将探测器放置于探测器位移定位装置上，并移动置校准位置，得到此时探测器的读数N(单位：A或cps)；
S3：采用中子灵敏度计算公式，计算得到探测器在该热中子注量率值时的中子灵敏度S(单位：cps/cm-2·s-1或A/cm-2·s-1)；其中，中子灵敏度计算公式为：
S4：在其它校准位置重复步骤S1～步骤S3可得到探测器在其它热中子注量率值时的中子灵敏度。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的优点有：(1)热中子场注量率：(8.91～1.12×104)cm-2·s-1(中子能量≤0.5eV)；(2)探测器位移定位装置位移精度：≤0.5mm；(3)在装载线中子源状况下，实验室辐射水平小于1.5μSv/h。
2、本发明的校准装置可以产生与堆外探测器工作环境非常相近的低注量率热中子场，本发明创建了堆外探测器中子灵敏度校准装置，利用此校准装置，在国内首次实现了堆外探测器中子灵敏度的校准，并可利用该装置对热中子场畸变等现象进行深入研究，使得探测器的测量结果更加准确，为反应堆的安全运行提供可靠的计量保障。
3、本发明的校准装置操作简便，是目前国内唯一堆外探测器中子灵敏度校准装置，试验证明该装置可以产生符合要求的热中子场用于中子灵敏度的校准，为反应堆的安全运行提供了可靠的计量保证。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种堆外探测器中子灵敏度校准装置结构示意图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-中子源升降装置，2-屏蔽体，3-慢化体，4-校准通道上板，5-探测器定位孔，6-探测器定位滑块，7-导向槽，8-校准通道侧板，9-探测器背板，10-探测器位移定位装置，11-校准通道底板，12-线中子源，13-贮源容器。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明一种堆外探测器中子灵敏度校准装置，该校准装置包括：线中子源12、贮源容器13、屏蔽体2、慢化体3、探测器定位孔5和校准孔道；该校准装置在非工作状态时，所述线中子源12位于贮源容器13中；所述贮源容器13设于地下深坑内，且深坑周围的混凝土可用于辐射防护；所述探测器定位孔5设于校准孔道顶部；
所述线中子源12，用于产生快中子；
所述屏蔽体2，用于该校准装置在工作状态时屏蔽线中子源12，降低中子辐射水平；
所述慢化体3，用于将线中子源12产生的快中子慢化成热中子；
所述校准孔道作为热中子形成的热中子场所在的空间，用于反射热中子提高热中子注量率；
堆外探测器通过探测器定位孔5放置于该校准装置的热中子场(即校准孔道)中，且探测器根据检定人员通过控制系统发出的指令可沿探测器孔道上下移动；
该校准装置实现热中子场注量率在探测器轴向1米(m)范围内均匀性小于20％，且可以通过自动改变探测器与线中子源12的距离改变其位置处热中子注量率的大小。
为了进一步的对本实施例进行说明，还包括中子源升降装置1，所述中子源升降装置1用于实现线中子源12的升降，在工作时将线中子源12提升至工作位置，并在工作完成后将线中子源12降至贮源容器13中；确保该校准装置在非工作状态时线中子源12位于贮源容器13中。
为了进一步的对本实施例进行说明，所述校准孔道包括校准通道上板4、校准通道侧板8、校准通道底板11和探测器背板9，所述校准通道上板4、校准通道侧板8、校准通道底板11和探测器背板9形成的腔体用于反射热中子。
为了进一步的对本实施例进行说明，还包括探测器固定装置和导向槽7，所述探测器固定装置，用于固定探测器；所述探测器固定装置包括探测器定位滑块6和探测器位移定位装置10，所述探测器定位滑块6、探测器位移定位装置10与所述探测器定位孔5在同一竖直线上；
所述导向槽7设于探测器固定装置侧边，探测器在导向槽7上沿探测器孔道上下移动。
本发明校准装置的目的是建立一个注量率和均匀性满足一定要求的热中子场。热中子由线中子源(20颗活度为1.85×1010Bq的241Am-Be点中子源直线排列而成)产生的快中子经圆柱体形慢化体慢化后得到。热中子场位于探测器定位装置的套管内部，空间形状为圆柱体，尺寸为Φ80mm×1000mm。241Am-Be中子源的半衰期为432年，可保证热中子场在本装置服役期间的稳定性。慢化体、用于反射热中子的部件(校准通道上板、校准通道底板、校准通道侧板和探测器背板)及屏蔽体均采用聚乙烯材料，聚乙烯和水对中子的慢化和吸收效果相似，且具有良好的机械性能，可极大地降低该装置的维护成本。慢化体有5cm厚和8cm厚两种规格，用于提高热中场注量率的上限和降低其下限。为提高热中子场的轴向均匀性，主要采用了如下措施：一是241Am-Be点中子源在源管中采用“中间疏两头密”的布置方式，二是通过校准通道上板和校准通道底板反射热中子。校准通道侧板和探测器背板对中子的反射作用可显著提高热中子注量率水平，并改善探测器周向的热中子场均匀性，使热中子场与探测器的实际工作环境更为相似。贮源容器位于地下深坑内，深坑周围的混凝土可用于辐射防护。校准装置有一半位于地坑内，使得顶部与地面的距离为90cm，这样工作人员能够很方便地装卸探测器。中子源升降装置用于在工作时将线中子源提升至工作位置并在工作完成后将线中子源降至贮源容器中。探测器位移定位装置用于自动改变探测器距线中子源的距离，从而改变热中子场的大小。
本发明校准装置包括线中子源、贮源容器、屏蔽体、慢化体、校准孔道、中子源升降装置、探测器位移定位装置、计算机与控制系统等。在保证辐射安全和操作方便的前堤下，实现了热中子场注量率在探测器轴向1m范围内均匀性小于20％，且可以通过自动改变探测器与线中子源的距离改变其位置处热中子注量率的大小。
本发明的校准装置具有如下特点：
(1)热中子场注量率：(8.91～1.12×104)cm-2·s-1(中子能量≤0.5eV)；
(2)探测器位移定位装置位移精度：≤0.5mm；
(3)在装载线中子源状况下，实验室辐射水平小于1.5μSv/h。
本发明的校准装置可以产生与堆外探测器工作环境非常相近的低注量率热中子场，本发明创建了堆外探测器中子灵敏度校准装置，利用此校准装置，在国内首次实现了堆外探测器中子灵敏度的校准，并可利用该装置对热中子场畸变等现象进行深入研究，使得探测器的测量结果更加准确，为反应堆的安全运行提供可靠的计量保障。
本校准装置操作简便，是目前国内唯一堆外探测器中子灵敏度校准装置，试验证明该装置可以产生符合要求的热中子场用于中子灵敏度的校准，为反应堆的安全运行提供了可靠的计量保证。
实施例2
如图1所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种堆外探测器中子灵敏度校准方法，该校准方法应用于实施例1所述的一种堆外探测器中子灵敏度校准装置；该校准方法包括：
S1：通过金活化片法准确测量得到校准位置处的热中子注率值Φ(单位：cm-2·s-1)；
S2：将探测器放置于探测器位移定位装置上，并移动置校准位置，得到此时探测器的读数N(单位：A或cps)；
S3：采用中子灵敏度计算公式，计算得到探测器在该热中子注量率值时的中子灵敏度S(单位：cps/cm-2·s-1或A/cm-2·s-1)；其中，中子灵敏度计算公式为：
S4：在其它校准位置重复步骤S1～步骤S3可得到探测器在其它热中子注量率值时的中子灵敏度。
利用实施例1的校准装置操作简便，是目前国内唯一堆外探测器中子灵敏度校准装置，试验证明该装置可以产生符合要求的热中子场用于中子灵敏度的校准，该校准方法测量的中子灵敏度更加精准，为反应堆的安全运行提供了可靠的计量保证。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种超铀核素气溶胶在线监测设备校准装置及方法