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user: 4. 典型核电厂的源量程(或物理启动)测量系统对比 4.1. 二代改进机型——恰希玛核电二期 恰希玛核电二期属于二代改进型机型，属于压水型轻水反应堆。用于监测反应堆启动的堆外中子测量为源量程测量通道。该测量通道用于连续监测反应堆功率、功率水平变化速率。源量程测量通道的安全功能是通过反应堆保护系统在反应堆源量程高中子通量密度时触发反应堆停堆。在地震条件下， 源量程测量通道仍能保证满足其安全功能。 1) 启动时利用的中子探测器 反应堆启动时使用源量程探测器，探测器类型为涂硼正比计数管。 2) 探测器主要特性指标(规范技术要求)： • 外形尺寸：φ50 mm × 766 mm • 热中子灵敏度：8 cps/nv • 测量范围：1.3 × 10 −1 nv~1.3 × 10 5 nv (计数率1 cps~10 6 cps) • 工作电压：0 V~1000 V • γ场：≤5.6 × 10 −2 C/kg·h • 计数率漏计率：<10% (5 × 10 5 cps时)，<25% (10 6 cps时) Table 2 Comparison test of three counter tubes for neutron detection [8 类型 探头尺寸(mm) 阳极丝径(mm)及材质 气体及成分 理论计算 探测效率 实测 探测效率 灵敏度 (cm 2 ∙s) 涂硼 Φ30 × 220 25 镀金钨丝 99.3 kPa Ar + 42.6 kPa CO 2 5.8% 3.6% 2. 4 BF 3 Φ50 × 330 25 镀金钨丝 81 kPa BF 3 27% 20% 12 3 He Φ25.4 × 245 25 镍铬丝 405.3 kPa 3 He + 101.3 kPa Ar 68% 59% 13.2 3 He Φ25.4 × 245 25 镍铬丝 810.6 kPa 3 He + 202.7 kPa Ar 90% 88% 19.6 表2. 三种中子测量计数管对比试验 [ 8 ] 3) 探测器的具体布置 压力容器外部生物屏蔽层内均匀分布有8个测量孔道，其中6个用于安装核测仪表的探测器，2个作为备用。用于安装核测探测器的孔道中4个用于安装功率量程的探测器，另2个测量孔道分别用于安装源量程探测器和中间量程探测器组合。源量程探测器灵敏区中心位于堆芯下部的四分之一处，而中间量程探测器的灵敏区中心对准堆芯中心平面。 堆外核测探测器的布置位置示意详见图2。 4.2. VVER机型——田湾核电一期 田湾核电一期是引进的俄罗斯VVER-1000机型，属于压水型轻水反应堆，设置有反应堆堆外核测系统，称为中子通量密度监测装置(NFME)。该监测装置与我国自主开发设计的恰希玛二期和引进美国西屋技术的依托项目的堆外核测系统的功能和作用类似，但其通道设置、堆外探测器布置以及相关后续处理机柜等均与其他堆型存在明显的差异。 田湾核电一期采用的俄罗斯的VVER-1000机组的反应堆按照无外加中子源启动的方式设计 [ 9 ] ，首循环的堆芯燃料装填采用了高泄漏的布置方案。反应堆启动时需使用启动量程和源量程两种探测器，以达到具有相当深度的临界监测能力。 1) 启动时利用的中子探测器 反应堆启动时使用物理启动量程探测器和源量程探测器，其中物理启动量程探测器的灵敏度更高，用于极低中子通量密度的测量，探测器类型分别为 3 He正比计数管和BF 3 正比计数管。 2) 探测器主要特性指标 a) 物理启动量程( 3 He正比计数管，探测器代号SNM18-1) • 外形尺寸：φ30 mm × 320 mm • 热中子灵敏度：50 cps/nv • 测量范围：3 × 10 −3 nv~5 × 10 2 nv (计数率1.5 × 10 −1 cps~2.5 × 10 4 cps) • 工作电压：2500 V 图2. 恰希玛二期核电堆外核测布置示意图 b) 源量程(BF 3 正比计数管) • 外形尺寸：φ68 mm × 625 mm • 热中子灵敏度：4 cps/nv • 测量范围：4 × 10 −2 nv~4 × 10 3 nv (计数率5 × 10 −1 cps~5 × 10 3 cps) • 工作电压：450 V 3) 探测器的具体布置 VVER压力容器外分布了多个堆外核测仪表的测量位置，其中物理启动量程探测器安装于1、4、7和9号孔，源量程探测器安装于3、6和10号孔道。 当反应堆启动时，依靠物理启动量程探测器可测量处于较深次临界度时的反应堆在启动时的中子通量密度，而源量程探测器用于中子通量密度升高后的测量并能承受一定的γ本底，其测量功率范围约为(1 × 10 −8 ~1 × 10 −4 )%N com (N com 为公称中子通量密度) (NFME系统介绍)。 对于VVER反应堆在停堆后的再次启动，由于堆芯的中子在首次循环运行后具有较高的计数，再结合VVER的高泄漏率装填方案，可根据实际堆芯的中子计数情况确定反应堆启动的堆外中子测量通道。如达到一定计数后，物理启动量程探测器也可不再投入使用，而直接投入源量程探测器开展停堆后的再次启动工作。 堆外核测探测器的布置位置示意详见图3。 4.3. CAP1000机型—海阳二期 海阳二期采用了CAP1000机型，属于第三代压水型轻水反应堆。用于监测反应堆启动的堆外中子测量为源量程测量通道。通道功能与恰希玛二期的设计基本一致，但通道的数量设置、位置布置以及性能要求存在较大的差异。 1) 启动时利用的中子探测器 反应堆启动时使用源量程探测器，探测器类型为BF 3 正比计数管。 图3. NFME探测器布置示意图 2) 探测器主要特性指标(参考MIRION的NY-10865) • 外形尺寸：φ193 mm × 1200 mm • 热中子灵敏度：≥ 18 cps/nv • 测量范围：1 × 10 −1 nv~1 × 10 5− nv (计数率1 cps~1 × 10 6 cps) • 工作电压：1500 V 3) 探测器的具体布置 源量程探测器分别水平地安装到均匀分布于反应堆压力容器四周的4个安装套筒中，相互之间间隔90℃。中间量程探测器和功率量程探测器的分布与源量程探测器类似，但三种不同的探测器之间相互沿压力容器外部间隔一定夹角。 源量程探测器的垂直布置中，其计数管灵敏区中心线处位于反应堆堆芯四分之一的平面上。中间量程探测器灵敏区中心线处位于堆芯中心平面上。而功率量程探测器分上部和下部，其灵敏区中心线处分别位于堆芯的四分之一和四分之三处。 堆外中子探测器平面和垂直布置情况示意详见图4。 图4. CAP1000堆外中子探测器平面布置示意图 4.4. 各机型使用的源量程(或物理启动)探测设置比对 根据以上的描述，目前已建或在建核电厂堆外核监测系统中，用于反应堆启动的中子探测器性能指标和特性对比详见表3。 从以上探测器类型选择和布置情况分析，可得出以下特点： • 对于二代及二代加的压水堆核电厂，考虑到当时的测量技术水平及成熟性，用于反应堆启动时的堆外核测探测器的灵敏度较低，布置数量也较少，其反应堆的正常启动过程中，需设置具有足够源强的中子源组件。 • 对于VVER堆型的压水堆核电厂，堆型设计时充分的考虑了无源启动的需求，设置了两组低量程的堆外核测探测器，分别用于不同中子通量密度时的测量，使得反应堆处于较深次临界深度时也能获得有效的中子计数。实际反应堆启动过程中，可根据实际的装料情况，灵活选择物理启动量程和源量程两组堆外核测通道开展无源或低中子源源强的启动。但该堆型的堆外核测系统的设计较为复杂。 • 对于CAP1000堆型的压水堆核电厂，用于反应堆启动的堆外核探测器数量多于二代加，但未布置备用测量孔道，所选探测器的灵敏度大大高于二代加。从相关文献中可知该堆型具备无源启动或低中子源源强启动的条件，但需反应堆实际运行数据的支持。