氮-16辐射监测仪是核反应堆蒸汽发生器泄漏监测专业设备。蒸汽发生器是压水堆核电站核蒸汽供应系统的主要设备之一,是连接反应堆一、二回路的关键设备。蒸汽发生器传热管(U型管)由于腐蚀、微振磨损、耗蚀及疲劳破裂等原因而造成泄漏是压水堆核电站的多发性事故,是造成容量因子损失的主要原因之一。蒸汽发生器的可靠性对核电站的安全和经济运行影响*,已成为一项性重要课题[1]。
氮一16辐射监测仪属于核电站辐射监测系统中工艺辐射监测子系统"1,用于测定压水堆核电站蒸汽发生器U型管破损所致一回路水向二回路侧的泄漏率。在功率运行情况下,通过测量破损发生时在二回路主蒸汽管道内所出现的氮-16(16N)高能Y辐射,确定蒸汽发生器U型管的泄漏率;在热停堆工况下,则可测量主蒸汽管道内出现的氪(Kr)、氙(Xe)等惰性气体或其他核素;灵敏度高,速度快,可有效防止核污染,保证核反应堆安全运行,被确定为压水堆核电站开通*的仪器。图1是氮一16辐射监测仪。
国内外概况及发展趋势:蒸汽发生器传热管(U型管)的破损监测是压水堆核电站运行中的重要监督项目,通常采用蒸汽发生器排污取样法、主冷凝器和除氧器排气监测等方法。这些方法的共同缺点是:反应时间慢,至少需要3~10 rain,且系统较复杂,需要取样设备,样品经降温降压后,进入监测装置;不能实现连续监测等[1]。
为防止出现满溢事故污染蒸汽轮机,避免发生严重污染,上目前采用监测氮~16的方法。其装置简单,灵敏度高,反应速度快,测量时间短(约10 s),可以连续监测。法国EDF公司从1983年开始研制该仪器软件及传输系数,1988年由法国M G P公司正式投产,已有数百台氮一16辐射监测仪投入运行。我国秦山核电站一期工程和大亚湾核电站均采用该公司产品。迄今,我国境内在役和正在建设的压水堆核电站所安装的氮-16辐射监测系统基本是从法国进口。
目前国外氮一16辐射监测系统发展趋势是实现计算机化、网络化,有就地和远程显示单元,用彩色液晶实时显示;可以有多种配置和通讯方式,并已形成商品。
1994年1月至1996年6月,研制了氮一16辐射监测仪(见图1),鉴定会认为氮-16辐射监测仪研制是成功的,*了国内的空白,处于国内,达到了上同类产品水平。主要技术指标与当时MGP公司产品相同。
2006年,为C2项目研制了,C2测量箱和处理单元机箱的电路在C 1的基础上进行了较大改进。主要元器件采用了更新换代产品;提高了模拟输出精度;增加USB接口,与便携式笔记本通讯;用便携式笔记本和应用软件组成用户终端,取代原袖珍终端功能。增加RS485接口与辐射监测计算机系统通讯。C2处理单元机箱结构由C l的N I M机箱结构改为壁挂式机箱,16N和γ处理组件合并在一个处理单元机箱中,体积缩小,取消了端子箱;增加了电磁兼容性资质,符合IE C61000-6-2和IE C61000-6-3的标准要求。与MGP公司当前产品相比,各有所长,技术性能和指标见表l。
的研制成功*。
工作原理
16N在反应堆一回路内产生,是由冷却剂中的氧原子经过160(n,p)16N反应生成的,有*的γ辐射,其半衰期为7.35 s,是一回路冷却剂的主要放射源。当U型管破损时,冷却剂中的16N就会进入主蒸汽管道。氮一16辐射监测仪就是通过测定主蒸汽管道中16N的放射性活度,再经过由计算方法预先确定的泄漏率传输系数的换算,求出蒸汽发生器传热管(U型管)冷端、热端、弯管段或中段(平均)的泄漏率。
泄漏率与16N的γ计数率和传输系数的关系如下:
Q=n/c (1)
式中:
q为泄漏率(L/h);
n为测点处16N的γ辐射计数率(S-1)
C为传热管的泄漏率传输系数(S-1×L-1×h),或者(S-1×kg-1×h)。
传输系数C与探测器几何因子k1、探测器效率因子k2及从传热管泄漏点到主蒸汽管道
探测点之间的传递时间有关,用下式表示:
C=K1×K2×AV (2)
式中:AV为传热管单位泄漏时16N探测点处主蒸汽管道中的16N的放射性活度,量纲为(Bq×m-3×kg-1× h)。AV与传递时间t的关系如下:
AV =(Ap/Q)(rv/rp)e-lt (3)
式中:
Ap为泄漏部位一回路侧16N活度(Bq·m-3),随功率变化和泄漏点位置而改变;
Q为主蒸汽管道中的蒸汽流量(kg·h-1);
rv为主蒸汽密度(kg·m-3);
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