[发明专利]反应堆启动中子源

说明书

技术领域

本发明属于反应堆中子监测技术领域，具体涉及一种新型反应堆启动中子源。

背景技术

反应堆建成或换料后，为了监督和实施反应堆达到临界，除了俄罗斯外，绝大多数国家的核安全法规都规定，需要有可提供足够高中子注量的中子源进行安全启动。目前，所用的启动中子源都是同位素中子源。研究堆物理启动对启动中子源要求并不高，如果在启动时，监测不到中子信息，可以通过调整中子源或探测器的位置而获得监测信息，但对核电站而言，由于堆芯结构复杂，无法调整中子源或探测器的位置，解决启动中子源问题就比较困难。

在反应堆堆芯首次装料时，就要装入启动中子源组件，启动中子源组件分为初级中子源(一次源)和次级中子源(二次源)两种中子源组件。其中，初级中子源是指在反应堆装料期间和物理启动时用来进行了核安全监督的中子源。过去一般用两个²¹⁰Po-Be中子源，单个²¹⁰Po-Be中子源的源强为6-8×10⁷n/sec。由于²¹⁰Po的半衰期很短，反应堆停堆后再启动不可能再用作启动中子源。目前广泛采用的初级中子源是²⁵²Cf中子源，因为²⁵²Cf中子源的中子能谱近似于裂变中子谱，源强可为～8×10⁸n/sec，因此，就不需要两个中子源，且大大提高了监督的灵敏度。

另一种启动中子源是次级中子源，用于停堆后再启动和换料时的核安全监督，常用的是Sb-Be源。¹²³Sb放在堆内，经中子照射后生成的¹²⁴Sb，在衰变过程放出γ射线，γ射线与⁹Be产生(γ，n)反应而得到中子，因此，它们开始放在堆内时并不发射中子，只有在反应堆投入运行后才具有发射中子的能力。

在压水反应堆核电站，如果次级中子源的包壳发生破损，会导致¹²²Sb和¹²⁴Sb污染，增加停堆大修人员所受照射的剂量。另外，核反应Sb+Be+n→³H+X会产生氚，对多数核电站场址来讲，氚排放量压力很大，经验显示，若取消次级中子源，一回路氚产量能降低25％。因此，取消启动中子源是目前核电站关心的重要问题之一。

发明内容

(一)发明目的

针对目前反应堆所用的同位素启动中子源的问题，本发明旨在提供一种既满足核安全法规，又克服现有同位素启动中子源缺陷的一种新型启动中子源。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种反应堆启动中子源，是用中子管中子源替代同位素中子源作为反应堆初级启动中子源或/和次级启动中子源。

本发明对中子管的类型没有要求，既可以是D-D中子管、D-T中子管，还可以是DTT混合中子管。

根据反应堆堆芯运行的环境，中子管中子源的强度为1×10⁷n/sec-1×10⁹n/sec。

由于反应堆物理启动或换料启动时，均处在零功率或低功率阶段，所以中子管中子源既可以放置在堆芯内适合的孔道内，也可以在放置在堆芯外适合的位置。

当中子管中子源放置在堆芯内时，中子管的外管直径越小越好，最好能直接利用现成的堆芯孔道，因此建议其外径小于或等于50mm；当中子管中子源放置在堆芯外时，中子管的外管直径就没有限制。

所述的中子管中子源如采用金属钛作为吸附材料时，耐温大于等于120℃；如采用金属钪作为吸附材料时，耐温大于等于450℃。

另外，所述中子管中子源的寿命大于或等于1000小时。

(三)发明效果

中子管是将离子源、加速器系统、靶子以及气压调节系统密封在一个陶瓷或玻璃管内，形成一个小型的特种电真空器件。它实质是一种最小型的加速器，在外接电路的控制下，由离子源产生氘离子，经加速后轰击氚靶、氘靶或氘氚混合靶，与靶中的氚产生核反应，产生14MeV的快中子。与普通同位素中子源相比，其中子产额高，能谱单色性好，无γ本底，且可以产生脉冲中子，不用时可以关断，因而防护容易，存储管理和运输都很方便。

由于中子管中子源克服了现有的初级中子源、次级中子源(即同位素中子源)所存在的问题，在应用时，将中子管中子源送入堆内或放置在堆旁，加上电压即可产生中子，供反应堆启动使用，不仅降低了造价，更为重要的是不存在¹²²Sb和¹²⁴Sb污染和氚产量增加的问题。