[发明专利]电离室辐射探测器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于监测核反应堆的堆芯内的功率分布的装置，更具体地，涉及具有增强的裂变伽马辐射响应的电离室探测器。

背景技术

在许多当前运行的依赖如在反应堆控制和保护系统中所使用的核通量测量的年久的反应堆中，设置有辅以堆芯内通量映射系统的堆芯外探测器，这早在1967年就开始使用；其中堆芯内通量映射系统原本打算提供堆芯设计的证据和一些校准测量值。

随着朝向更大的反应堆堆芯不断增长的趋势，对于堆芯功率分布的可能不利影响以及堆芯外探测器能否充分地探测到这种可能的不利功率分布一直有一些担心。测试数据表明，当前使用的分割部分堆芯外探测器对轴向倾斜做出响应，但是倾斜测量值的精度受到探测器阱处的几何形状和采用的构成材料的影响，并且受到容器和探测器之间的间距的影响。已经为这些影响开发了校正因子，但是对于堆芯外探测器是否将会在所有情况下提供对不利功率分布的充分警报存在一些问题。

为了避免前述担心，开发了一种用于采用可移动堆芯内探测器通过提供更准确、详细、自动、经常更新的反应堆堆芯功率分布的数据读出来自动地监测功率分布的方法。该方法(在1976年1月13日公告并转让给本发明的受让人的美国专利No.3,932,211中被教导)根据预定的、间歇性的、定时的程序在正常功率运行期间将可移动探测器插入到反应堆堆芯区域中。执行周期性堆芯功率分布测量的测量系统通常控制多达六个可移动探测器的同时插入和撤出，直到从所有规定的堆芯径向位置获得测量值为止。所使用的每个探测器通过共同的径向位置插入，以确保探测器的灵敏度可被归一化，从而允许从具有不同的绝对灵敏度的探测器产生准确的“相对”堆芯功率分布。

优选地，多个可移动探测器被布置在电冗余分组中并且通常存储在堆芯的反应性区域外的反应堆热环境中，以最小化热循环。在操作中，探测器被驱入反应堆中，通过反应堆容器的下头部，通过堆芯支撑板，并通过规定的燃料组件底部喷嘴到达燃料组件仪表管，通过该燃料组件仪表管探测器延伸到期望的堆芯高度。如预定的、定时的程序所规定的，替代的探测器分组以由反应堆堆芯物理学控制的交错的时间间隔沿着堆芯内的仪表套筒内的相应线性路径被驱动。编程的探测器驱动序列在给定的受控反应性变化之后自动地重新启动，从而向反应堆操作者提供最有意义的数据输入。

可移动堆芯内探测器现在被沸水堆和压水堆二者用来执行堆芯功率分布的周期性详细测量。所使用的可移动探测器主要对中子或伽马辐射之一敏感。在压水堆和沸水堆二者中最常用的探测器类型是裂变室式的探测器。在该设计中，从探测器输出的信号正比于围绕探测器的热中子数。热中子数正比于局部裂变率和局部堆芯功率水平。该响应是通过在探测器的结构中使用大量的高度浓缩的U₂₃₅而生成的。由于U₂₃₅是一种特殊的核材料，所以购买和操作可移动裂变室的成本相当高。可移动裂变室也相当精密，所以它们经常遇到机械故障。与使用可移动裂变室相关联的主要技术优点是输出信号和局部热中子数之间的直接关系以及热中子数与局部堆芯功率生产率所具有的直接关系。图1提供了微型裂变室10的布局示意图。微型裂变室具有不锈钢管状壳体12，其封住两端并形成外部电极。Al₂O₃陶瓷绝缘体16支撑中心矿物填充的同轴输出电极18，该输出电极18与外部电极12绝缘。不锈钢壳体12围绕中心室14，中心室14填充有氩填料气体22，室14的壁涂覆有90％浓缩的U₂₃₅和U₃O₃。介于20和150伏特DC之间的探测器偏压32被保持在两个电极之间。在操作中，入射热中子28在浓缩U₂₃₅内引起裂变事件30，从而产生高能量电离的裂变碎片26，该高能量电离的裂变碎片26在氩气内产生电离的气体分子24。在中心电极18上的偏压收集电离的气体粒子24，从而得到探测器输出34，该输出与入射热中子28产生的裂变事件30成比例。