[发明专利]一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置

说明书

本发明公开一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，涉及核安全临界事故报警技术领域，该装置包括前置监测单元、脉冲获取与处理单元、状态输出单元。前置监测单元包括裂变电离室、前置放大器、电源管理模块和屏蔽体。脉冲获取与处理单元采用脉冲信号计数、均方电压测量和电流测量三种模式进行中子计数率的互补校正；状态输出单元采用裂变电离室的自发α粒子信号在线监测系统的稳定性，可在ms量级内实现宽量程中子计数率在10supgt;0/supgt;‑10supgt;10 /supgt;n/s范围内变化的实时监测，满足对最小临界事故的瞬变响应报警及1 kGy/h辐射过载下正常工作的需求，完整记录临界事故的辐射释放历程，为事故的重建、评价和安全分析提供详实的数据支撑。

技术领域

本发明涉及核安全临界事故报警技术领域，特别是涉及一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置。

背景技术

用于加工、处理、操作、贮存易裂变材料的设备，存在发生意外临界事故或超临界事故的潜在风险，国内外公开报道的堆外超临界事故已超过二十起。因此，国标 GB15146.9-94 《反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界事故探测与报警系统的性能及检验要求》在4.2条款中明确了限制及一般要求：在一个独立区域内，凡涉及总量超过 700 g ²³⁵U、520 g ²³³U、450 g 钚的易裂变同位素或 450 g 这些易裂变同位素的任意组合物的操作活动，必须评价设置临界事故报警系统的必要性。

根据最新相关国标GB/T12787-2020《辐射防护仪器临界事故报警设备》中4.2条款的探测要求：临界报警系统的设计应使其迅速探测到所关注的最小事故。对于该目的，在典型的无屏蔽条件下，可假设最小临界事故为：60 s 内在距反应物体2 m处的自由空气中所引起的中子和γ辐射的总吸收剂量为0.2 Gy。在辐射探测器的设计中，可假设辐射瞬变过程的最短持续时间为1ms半高宽（FWHM）。临界报警系统对该持续时间的瞬变过程应有响应并能发出自锁报警信号。另根据同一国标6.6.1条款中过载特性的要求：对于进行过载特性试验时所产生的大于触发报警所需的辐射剂量或剂量率，报警部件应被触发并保持直到手动复位为止。试验后，设备应正常工作。应在至少1 kGy/h的剂量率下对探测部件进行试验，并至少持续1min。

在统计已发生的临界事故中，总的裂变次数超过10¹⁵，且在ms量级时间内泄漏中子较核材料本底中子有迅速的增殖，这一中子突增行为是临界事故区别于其它源项异常现象的一个特征。但目前基于³He正比计数管的中子临界报警装置（《核电子学与探测技术》2019年第39卷第3期第384-386页）时间分辨约为10μs量级，中子计数率的动态范围受限于系统的死时间，当计数率大于10⁵ n/s时，会造成系统响应饱和堵塞而无法及时报警。另外，该类监测报警系统投入使用后，无法直接检验探测器是否异常，其稳定性需要中断实时监测任务，通过外源触发进行检测。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，一方面可基于易裂变物质自发α粒子的输出信号实时监测系统稳定性，另一方面通过瞬态中子剧增行为关联监测临界事故状态。

为实现上述目的，本发明装置的结构包括如下所述：

前置监测单元；所述前置监测单元至少包括三套独立的裂变电离室和配套的前置放大器、电源管理模块及屏蔽体；所述裂变电离室装有电阳极和电阴极并内充有工作气体；所述电阴极上沉积有易裂变物质；

所述裂变电离室，用于捕获监测场景中的源场中子，所述源场中子和所述易裂变物质发生核反应产生裂变碎片；

所述裂变电离室为所述裂变碎片和所述工作气体提供电离空间；

所述电阳极用于在所述裂变碎片和所述工作气体电离反应时收集感应电流，并输出脉冲信号；

所述前置放大器，与所述裂变电离室连接，用于放大所述脉冲信号；