[发明专利]一种燃料元件破损典型核素监测仪

说明书

技术领域

 本发明属于辐射监测技术领域，具体涉及一种燃料元件破损典型核素监测仪，该监测仪基于燃料元件破损典型裂变核素探测法实现。

背景技术

反应堆堆芯有几千根燃料元件，这些燃料元件长期处在高温、高压、高辐照、高腐蚀环境，并承受主载热剂冲刷、内部热应力作用等，特别是如果燃料元件在制造工艺上存在有细微缺陷时，可能会发生一定程度的破损。核燃料元件一旦破损，裂变产物会进入主载热剂内，使主载热剂放射性水平增加。泄漏后将造成管路及设备污染，一回路系统泄漏时导致舱室辐射水平增高，影响运行人员和设备维修人员的辐射安全，严重时影响反应堆的运行和安全。

目前，国内外核电站主要采用两种途径对燃料元件进行破损监测，一是取样分析，核电站一回路冷却剂系统专门设置了取样回路定期取样，然后在实验室用γ能谱分析仪对样品进行谱分析，由计算机软件分析燃料元件的破损程度，达到定量监测的目的。该种方法操作复杂且耗时长，无法实时连续监测，不能及时反映燃料元件的破损情况。二是在线监测，通过在线监测一回路冷却剂的总γ剂量率和缓发中子计数率，定性了解燃料元件有无破损。由于存在腐蚀产物、水及其杂质活化后产生的放射性核素，测量总的γ剂量率时不能区分裂变核素和腐蚀、活化核素，另外只有极个别裂变核素衰变时产生缓发中子，燃料元件破损后缓发中子进入一回路冷却剂具有偶然性，因此这两种方法只能进行定性监测。而且腐蚀、活化核素偏高时总γ剂量率测量通道会产生误报警，以至出现测量结果超标时，也需要对一回路水离线取样并进行γ能谱分析以确定主冷却剂中是否存在裂变核素，并根据裂变核素的活度浓度来推算燃料元件包壳破损情况。

为了解决燃料元件破损监测及时性不好、不能作定量分析的问题，国外针对燃料元件破损监测在在线核素分析测量方面进行了一定的研究，如法国建立了FPMS（Fisssion Product Monitoring System）系统，美国也开发了主回路裂变产物活度在线监测装置，用于对燃料元件破损情况进行测量和分析。但这些工作仍处于研究和原理样机阶段，并未形成正式供货的工程设备。分析其原因主要是该系统的能谱采集设备存在工程应用的局限性，这是由于上述系统均采用高纯锗探头作为探测器，并采用计算机编制的能谱处理软件对测量数据进行分析所致。由于高纯锗探头需要在低温（＜-196℃）条件下工作，需要复杂的冷却系统，同时高纯锗探测系统工作期间不允许有较明显的振动，否则会影响设备的正常运行，只能实验室使用，不可能布置在环境复杂的核设施现场。另外计算机编制的能谱处理软件对γ能谱进行分析的过程需要专业人员参与，操作复杂，使用不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料元件破损典型核素监测仪，该监测仪采用了能谱测量技术，能够对一回路冷却剂中的典型裂变核素进行定量监测，从而准确及时判断燃料元件是否破损，具有精度高、响应快、实时性好、简单易用等特点。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种燃料元件破损典型核素监测仪，包括探测取样装置和信号处理装置，所述探测取样装置由螺旋状取样管路、铅屏蔽体和探测器芯体组成，所述探测器芯体包括依次连接的闪烁体、光电倍增管和前置放大器，所述闪烁体下部设置内嵌参考源，所述螺旋状取样管路套设在探测器芯体外，所述信号处理装置包括主放大器、采样单元和主机单元，所述采样单元包括稳峰模块、峰值保持模块、模数转换模块、堆积判弃及限幅限宽模块，所述主机单元包括隔离模块、能谱数据处理模块和显示控制控制模块。

在上述技术方案中，探测器芯体用于测量螺旋状取样管路中的一回路冷却剂γ射线，将γ射线转化为电流脉冲信号，并通过探测器中的前置放大器转化为电压信号后放大输出至信号处理装置的主放大器；探测器芯体中内嵌参考放射源，用于能谱测量稳峰；铅屏蔽体用于屏蔽探测取样装置外部存在的γ射线，防止其对测量的干扰。

主放大器与探测取样装置中前置放大器相连，用于将接收到的电压脉冲信号滤波成形并放大，再分别输出至采样单元的稳峰模块和堆积判弃及限幅限宽模块；

稳峰模块与能谱数据处理模块相连，根据数据处理模块反馈回的数字信号调节信号的放大倍数，以实现能谱测量的稳定；

峰值保持模块与稳峰模块相连，将稳峰模块输出的尖顶脉冲信号转变为以其峰值为幅值的平顶信号，输出给模数转换模块，为模数转换模块进行模数转换提供一个稳定的脉冲信号幅值；