[发明专利]一种在线式硼浓度监测装置

说明书

技术领域

本发明属于核电站在线监测装置，具体是对核电站压水堆一回路中的硼浓度进行连续在线监测的装置。

背景技术

压水堆核电站反应堆功率的控制是通过调节控制棒和硼浓度来实现的，由于调节控制棒时，反应堆功率变化明显，因此在反应堆平稳运行时，主要是通过向一回路加入一定浓度的硼酸溶液来调节反应堆功率的。一方面，反应堆在启动、运行或功率调节中需要在反应堆一回路冷却水中加入硼酸或稀释硼酸来实现反应堆反应性的补偿控制，以便展平堆功率，增加燃耗。另一方面，反应堆在停堆、换料和大修时，要利用加硼酸使活性区长时间保持在次临界状态。由于一回路的水需要不断通过离子交换器净化，存在硼酸丢失的可能性，所以对反应堆一回路中的硼浓度的连续在线监测是一项非常重要的工作，硼浓度监测装置是核电站安全、稳定和经济运行所不可缺少的设备。

目前压水堆核电站硼浓度监测主要有在线式和离线式两种方式。其中，离线式为取样容器监测，一回路的水冷却后送入一密封容器中，该容器为圆柱体状，中心有一同轴的圆柱形中子探测器浸没在水中，容器一侧设置一同位素中子源，容器和中子源周围为中子慢化和屏蔽材料，利用中子探测器测量直射和散射的中子在含硼水中的减弱情况，进而获得水中硼的浓度信息。该装置要能准确获知水中硼的浓度，需要预先配置已知浓度的标准含硼溶液，将标准溶液注入探测装置测量得到刻度曲线，并且定期进行校准。该监测方式的优点是取样容器可以做得很大，当水中硼浓度变化非常小的时候，探测器测量到的中子变化仍然非常明显。该监测方式的缺点在于需要从一回路引出专门的旁路管线，而一回路本身压力、温度均非常高，属于核承压边界，任何操作都要小心进行，既不能破坏一回路自身的完整性，又需要防止一回路中含放射性物质的水外泄。因此，需要在取样管路上设置专门的减压和冷却装置。同时，定期校准时还需要专门的废水收集装置，繁杂的取样管路也延长了监测装置的响应时间。

在离线式监测装置的基础上，近年来开发了在线式监测方式，如专利申请号为201010263543.4，名称为《核电站硼浓度在线监测系统》的专利请求，以及申请号97197158.7，名称为《用来测定硼浓度的测量装置》，描述了两种在线式硼浓度监测装置，其基本方法是在反应堆一回路管道上架设一中子吸收装置，在管路一侧放置一中子源，另一侧放置中子探测器，测量中子源穿过一回路管道时中子被硼吸收的情况，进而找出管道内水中硼的浓度。

申请号为201010263543.4的专利请求缺点是，该装置从离线式监测装置改进而来，保留了复杂的标定装置，以及零散的电子学设备，设备使用时需要接入标定装置进行定期校准，且远离探测装置的脉冲前放使得电子学信噪比大为降低，给设备维护和稳定运行带来了不便。

申请号为97197158.7的专利请求缺点是，该装置定位在温度非常高的一回路主管道上，使用温度达到几百摄氏度，需要设置专门的冷却装置对电子学设备（主要是中子探测器）降温，而冷却介质受环境温度影响很大，因此，很难保证探测器温度恒定不变，使得测量结果的可信度降低。另外，该探测装置管道外围为聚乙烯材料，只在最外层设置了一层镉板吸收热中子，聚乙烯材料只能对中子进行慢化，吸收效果非常差，因此大量中子需要慢化到热中子后才能被最外层的镉板吸收。为了达到人员可接受的辐射水平，需要设置很厚的慢化层，使得设备体积庞大，使得在管路复杂的反应堆厂房内安装和拆卸起来非常困难。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种集成度高、结构紧凑、拆卸方便、可自我校准、测量响应速度快的在线式硼浓度监测装置，弥补现有离线式和在线式硼浓度监测装置的使用缺陷，提高硼浓度监测装置的响应时间、简化定期校准流程，同时减小探测装置的体积，提高信号处理装置的信噪比。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种在线式硼浓度监测装置，架设在靠近化容系统的管道上，包括中子源、用于安装中子源的组件、中子探测器和设于中子源周围的屏蔽体，所述中子源设于一回路管道的正上方，为了提高中子源发射的中子的利用率，中子源和管道之间留有一段距离。所述中子探测器位于一回路管道的正下方，与管道之间留有空隙，该空隙填充隔热材料，所述中子探测器下半部外围设有用于吸收热中子的镉板。