氮-16輻射監測儀是核反應堆蒸汽發生器泄漏監測專業設備。蒸汽發生器是壓水堆核電站核蒸汽供應系統的主要設備之一,是連接反應堆一、二回路的關鍵設備。蒸汽發生器傳熱管(U型管)由于腐蝕、微振磨損、耗蝕及疲勞破裂等原因而造成泄漏是壓水堆核電站的多發性事故,是造成容量因子損失的主要原因之一。蒸汽發生器的可靠性對核電站的安全和經濟運行影響*,已成為一項性重要課題[1]。
氮一16輻射監測儀屬于核電站輻射監測系統中工藝輻射監測子系統"1,用于測定壓水堆核電站蒸汽發生器U型管破損所致一回路水向二回路側的泄漏率。在功率運行情況下,通過測量破損發生時在二回路主蒸汽管道內所出現的氮-16(16N)高能Y輻射,確定蒸汽發生器U型管的泄漏率;在熱停堆工況下,則可測量主蒸汽管道內出現的氪(Kr)、氙(Xe)等惰性氣體或其他核素;靈敏度高,速度快,可有效防止核污染,保證核反應堆安全運行,被確定為壓水堆核電站開通*的儀器。圖1是氮一16輻射監測儀。
國內外概況及發展趨勢:蒸汽發生器傳熱管(U型管)的破損監測是壓水堆核電站運行中的重要監督項目,通常采用蒸汽發生器排污取樣法、主冷凝器和除氧器排氣監測等方法。這些方法的共同缺點是:反應時間慢,至少需要3~10 rain,且系統較復雜,需要取樣設備,樣品經降溫降壓后,進入監測裝置;不能實現連續監測等[1]。
為防止出現滿溢事故污染蒸汽輪機,避免發生嚴重污染,上目前采用監測氮~16的方法。其裝置簡單,靈敏度高,反應速度快,測量時間短(約10 s),可以連續監測。法國EDF公司從1983年開始研制該儀器軟件及傳輸系數,1988年由法國M G P公司正式投產,已有數百臺氮一16輻射監測儀投入運行。我國秦山核電站一期工程和大亞灣核電站均采用該公司產品。迄今,我國境內在役和正在建設的壓水堆核電站所安裝的氮-16輻射監測系統基本是從法國進口。
目前國外氮一16輻射監測系統發展趨勢是實現計算機化、網絡化,有就地和遠程顯示單元,用彩色液晶實時顯示;可以有多種配置和通訊方式,并已形成商品。
1994年1月至1996年6月,研制了氮一16輻射監測儀(見圖1),鑒定會認為氮-16輻射監測儀研制是成功的,*了國內的空白,處于國內,達到了上同類產品水平。主要技術指標與當時MGP公司產品相同。
2006年,為C2項目研制了,C2測量箱和處理單元機箱的電路在C 1的基礎上進行了較大改進。主要元器件采用了更新換代產品;提高了模擬輸出精度;增加USB接口,與便攜式筆記本通訊;用便攜式筆記本和應用軟件組成用戶終端,取代原袖珍終端功能。增加RS485接口與輻射監測計算機系統通訊。C2處理單元機箱結構由C l的N I M機箱結構改為壁掛式機箱,16N和γ處理組件合并在一個處理單元機箱中,體積縮小,取消了端子箱;增加了電磁兼容性資質,符合IE C61000-6-2和IE C61000-6-3的標準要求。與MGP公司當前產品相比,各有所長,技術性能和指標見表l。
的研制成功*。
工作原理
16N在反應堆一回路內產生,是由冷卻劑中的氧原子經過160(n,p)16N反應生成的,有*的γ輻射,其半衰期為7.35 s,是一回路冷卻劑的主要放射源。當U型管破損時,冷卻劑中的16N就會進入主蒸汽管道。氮一16輻射監測儀就是通過測定主蒸汽管道中16N的放射性活度,再經過由計算方法預先確定的泄漏率傳輸系數的換算,求出蒸汽發生器傳熱管(U型管)冷端、熱端、彎管段或中段(平均)的泄漏率。
泄漏率與16N的γ計數率和傳輸系數的關系如下:
Q=n/c (1)
式中:
q為泄漏率(L/h);
n為測點處16N的γ輻射計數率(S-1)
C為傳熱管的泄漏率傳輸系數(S-1×L-1×h),或者(S-1×kg-1×h)。
傳輸系數C與探測器幾何因子k1、探測器效率因子k2及從傳熱管泄漏點到主蒸汽管道
探測點之間的傳遞時間有關,用下式表示:
C=K1×K2×AV (2)
式中:AV為傳熱管單位泄漏時16N探測點處主蒸汽管道中的16N的放射性活度,量綱為(Bq×m-3×kg-1× h)。AV與傳遞時間t的關系如下:
AV =(Ap/Q)(rv/rp)e-lt (3)
式中:
Ap為泄漏部位一回路側16N活度(Bq·m-3),隨功率變化和泄漏點位置而改變;
Q為主蒸汽管道中的蒸汽流量(kg·h-1);
rv為主蒸汽密度(kg·m-3);
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