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第三章堆芯外核检测仪表及系统
章节内容
堆芯外的定义<br****惯上把堆芯外中子敏感元件定义为受低于1011ncm-2s-1的中子通量照射的敏感元件。通常安置在压力壳外壁处,也可置于热屏蔽区域内。
堆功率仪表系统用来测量反应堆功率及监视堆内中子通量密度(中子注量率)变化信息的。具有:
1、运行功能
监测堆功率、功率变化及其分布。
2、安全功能
向保护系统提供停堆信号等。
反应堆是依靠核燃料的链式反应来维持工作的,链式反应中产生初级碎片和一系列裂变产物,还有裂变中子、瞬发γ等辐射线,它们都是裂变能的载体,它们的核辐射强度与反应堆功率成正比,它们消耗在堆内的热量也与堆功率成正比,因此,可以通过测量中子或γ射线的强度,及测量堆芯温度等来间接测量反应堆的功率。
通常是用堆芯外中子监测仪表来测量反应堆功率。
基本原理:探测中子是通过中子与原子核相互作用,产生可以被探测的次级粒子,并记录这些次级粒子。因此,中子探测仪表必须具备“辐射体”,即能同中子发生核相互作用产生可被探测的次级粒子的物质。
基本方法:核反应法、核反冲法、核裂变法、活化法。
特点:不同能量中子的探测原理和探测器结构差别较大。
一、核反应法
主要测量慢中子,有以下三种核反应:
10B(n,α)7Li+
σ0=3840±11b
6Li(n,α)3T+
σ0=936±6b
3He(n,p)3T+
σ0=5327±10b
能量为En的中子微观截面σ=σ0(1/υ)
二、核反冲法
中子与物质原子核发生弹性碰撞,原子核被反冲,且带一定正电荷,选用反冲核弹性碰撞截面大的材料作为探测器灵敏物质,就可以简接测量中子的注量率。通常是利用含氢物质作为辐射体。
反冲核的反冲能表示为:
所以,反冲核的质量越小反冲动能越大,通常取氢物质,A=1,上式为:
当En≤20MeV时散射截面能谱见右图。
~10MeV之间遵从1╱υ定律。
设:中子注量率为φ,单位体积靶物质的原子核数目为N,厚度为d,面积为S,散射截面为σs,则靶内单位时间的反冲核数Np为:
三、核裂变法
由于裂变碎片是核裂变能量的载体,利用核裂变产生的两个碎片,使物质电离,可产生大的输出脉冲,极易甄别γ射线对测量中子通量的干扰。
233U、235U、239U对热中子的裂变截面分别为:530b、580b、742b,所以常用作裂变探测器的辐射体。
许多重物质对中子裂变有一定阈值,可制成多阈探测器,以确定中子能量。
裂变材料
热中子裂变截面(b)
裂变阈
(MeV)
3MeV时的裂变截面(b)
半衰期
(天)
232Th
231Pa
234U
236U
238U
237Np
≤
─
≤
×1010
×1010
×105
×107
×109
×106
常用裂变阈探测器材料的特性表
四、活化法
稳定的原子核吸收中子后,转变为放射性原子核,它们通常在衰变时会放出带电粒子,由此可以间接测出中子的通量密度。例如:
n+115In→116In+γ
116In→116Sn+β-+ν-
测量β-的强度就能够确定中子的通量密度。
小结 从上述4种中子探测方法可知,中子探测过程可分为两个部分:(1)首先是中子和辐射体发生相互作用产生带电粒子或感生放射性;(2)其次是在某种探测仪表中记录这些带电粒子或感生放射性。