一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、系统及监测仪技术方案

本发明专利技术公开了一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、系统及监测仪，其方法包括以下步骤：在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，

A Boundary Leakage Monitoring Method, System and Instrument for Primary Loop of PWR

The invention discloses a boundary leakage monitoring method, system and monitor for the primary loop of a pressurized water reactor. The method comprises the following steps: at the sampling point, sampling gas in the containment is obtained through a sampling pipeline, and the sampling gas is conveyed to the sampling container; and the sampling of the sampling container is detected by a coincidence detection device. Like gas,

【技术实现步骤摘要】
一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、系统及监测仪
本专利技术涉及核电站辐射泄漏监测领域，尤其涉及一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、系统及监测仪。
技术介绍
核安全是核电的生命，研发我国自主的核电技术，最重要的就是如何提高安全性。虽然核电作为一种清洁能源，但由于涉及放射物的排放，仍然具有核泄漏的可能性。为保障核电平稳发展及走出去的形势，核电站安全运行与监测是关系到核电平稳发展和走出去的关键之一，核电站一回路压力边界泄漏监测是核电站安全监测的核心组成部分。因为压水堆核电站一回路中含有高温高压水，这种水既作冷却剂又作中子慢化剂。由于核燃料元件包壳的泄漏和一回路水中腐蚀产物的中子活化，使水中含有放射性核素。压水堆核电站一回路的堆本体及管道中的各焊接部位、机械接口处等，由于压力、腐蚀和辐照等原因而产生裂纹和裂缝，特别是压力容器顶盖控制棒驱动机构与各阀门密封不良会产生一回路水泄漏，如不能及时发现，裂缝越来越大，泄漏越来越多。泄漏一旦发生，这些带有放射性的冷却水就会泄漏到安全壳大气中对环境造成污染，不仅会危害工作人员健康，还会危及反应堆正常运行和核电厂的安全。基于这些原因，各个国家都非常重视对核电站的反应堆一回路压力边界的泄漏进行监测。对于压水堆核电站一回路压力边界泄漏的监测，主要是通过监测压水堆核电站一回路中的高温高压水的放射性源项来实现的。目前国内外采用的监测手段主要有：安全壳内气溶胶总β放射性测量、安全壳内空气中气载131I放射性测量、安全壳内空气中惰性气体放射性测量和安全壳内空气中13N(氮13)放射性测量这四种。安全壳内气溶胶总β放射性测量主要是监测安全壳内气溶胶的总β放射性，气溶胶主要来源于反应堆一回路压力边界冷却剂的泄漏及其气化，由冷却剂中的裂变产物和腐蚀活化产物形成；安全壳内空气中气载131I放射性测量的测量过程与安全壳内气溶胶总β放射性测量相类似，也是边采样边测量，但是安全壳内空气中气载131I放射性测量是用活性炭做成的“碘过滤盒”，更换碘过滤盒是靠人工操作的；安全壳内空气中惰性气体放射性测量通过监测惰性气体总β放射性进行边界泄漏监测。安全壳内空气中13N放射性测量，反应堆冷却剂H2O中13N来源于如下核反应：堆芯裂变中子与水中氢核发生弹性散射产生反冲质子，大于一定能量(E＝5.555MeV)的反冲质子与水中的16O发生核反应产生13N，即13N为β+放射性核素，β+半衰期为9.96min。β+粒子与物质相互作用发生正电子湮没效应，发射两个能量均为0.511Mev的光子，且两个光子向相反方向运动。通过测量取样气体中0.511Mev的γ射线计数，就可以得到取样空气中13N的放射性活度，再经过专门计算确定的泄漏传输系数进行换算，就可以求出压力容器上顶盖处(若在此处空气取样)或一回路承压边界(若在安全壳内空气取样)的水泄漏率。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现：由于气溶胶、131I测量及惰性气体均为核燃料元件包壳泄漏的核裂变产物，它们的源项依赖于核燃料包壳的破损程度及核燃料的核反应程度，作为燃料包壳的锆合金裂变产物长时间在高温高压放射性水中暴露，会发生一定程度的腐蚀破损、应力破坏等，从而出现砂眼(即小孔洞)或细裂纹性质的缺陷，核燃料包壳的破损无法定量估量，因此通过气溶胶、131I测量及惰性气体的测量方式只能够监测到是否有裂变产物泄漏，但无法定量计算裂变产物的泄漏量大小，因而仅仅能定性测量；安全壳内空气中13N放射性测量，由于放射性源项是中子活化产物，具有源项可以准确计算，相对于气溶胶、131I测量及惰性气体三种裂变产物(即PIG)测量，不仅可以知道是否有泄漏情况发生，同时可以根据源项准确计算出泄漏量大小，即可以用于定量测量，但利用13N放射性测量，尽管可在误差范围±20％内，能够给出定量的泄漏率信息，但目前国内和国外已经研制出来的13N泄漏监测都是采用低本底γ能谱方法来进行测量，就是将取样容器放入低本底铅室内再利用探测器对γ能谱进行测量的方法来进行，但是由于13N核素本身在安全壳中的浓度就比较低，造成了探测器对13N的探测计数偏小，这些监测设备在实际使用过程中都会遇到仪器的探测下限较高，目前大约是10L/h的水平，但在实际应用中，核电站该仪器的具体使用部门都希望仪器的探测下限能够达到泄漏率为1L/h，因为目前压水堆核电站的一回路泄漏的正常水平在每天泄漏40升到120升左右，现有的泄漏率探测下限为10L/h的13N监测仪智能测出突出的比较大的泄漏事故，不能反映出泄漏的法阵情况；而且采用低本底γ能谱方法是通过稳定光谱来测量13N的β+衰变所发射的0.511Mev的γ光子来实现泄漏监测的方法，对仪器的长期稳定性要求较高，由于长期在线监测，如果能谱发生漂移，就会使得测得的0.511Mev的γ计数率不准确，影响测量结果精确度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、系统及监测仪，准确高效的进行压水堆一回路泄漏监测。第一方面，本专利技术实施例提供了一种压水堆一回路边界泄漏监测方法，包括以下步骤：在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。在第一方面的第一种实现方式中，所述符合探测装置还包括一个主探测器；则所述压水堆一回路边界泄漏监测方法，还包括：根据所述符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率。根据第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，所述取样容器包括M-S容器；所述符合探测装置中的主探测器、符合探测器均为NaI(TI)闪烁体探测器；所述取样容器呈圆柱体形结构，且所述取样容器的材料为(1±0.1)mm的不锈钢材料；所述取样容器的高度为(80±0.5)mm；所述取样容器内设有一个第一内腔及至少两个第二内腔，所述第一内腔位于所述取样容器的中部，且所述第一内腔、每一所述第二内腔的高度均为(78±0.5)mm；所述符合探测装置中的主探测器设于所述第一内腔内，所述符合探测器设于任一所述第二内腔内。根据第一方面的第二种实现方式，在第一方面的第三种实现方式中，所述通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以输出γ-γ符合计数率，具体为：在符合探测装置中，所述至少两个符合探测器通过卡能量的方法分别检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的两个方向相反的0.511Mev的γ光子；根据检测的所有的所述两个方向相反的0.511Mev的γ光子进行γ-γ符合计数，以计算输出符合探测效率；其中，设符合探测效率为ε，则式中，n为γ-γ符合计数，λ为衰变常数，A0为t0时刻测量出的13N的β+放射性活度值，t1为符合检测计数开始的时刻，t2为符合检测计数停止的时刻；根据所述符合探测效率及所述取样容器的体积获取γ-γ符合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的方向相反的γ‑γ光子的γ‑γ符合计数，以计算输出γ‑γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；根据所述采样气体中的γ‑γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。

【技术特征摘要】
1.一种压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。2.根据权利要求1所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述符合探测装置还包括一个主探测器；则所述压水堆一回路边界泄漏监测方法，还包括：根据所述符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率。3.根据权利要求2所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述取样容器包括M-S容器；所述符合探测装置中的主探测器、符合探测器均为NaI(TI)闪烁体探测器；所述取样容器呈圆柱体形结构，且所述取样容器的材料为(1±0.1)mm的不锈钢材料；所述取样容器的高度为(80±0.5)mm；所述取样容器内设有一个第一内腔及至少两个第二内腔，所述第一内腔位于所述取样容器的中部，且所述第一内腔、每一所述第二内腔的高度均为(78±0.5)mm；所述符合探测装置中的主探测器设于所述第一内腔内，所述符合探测器设于任一所述第二内腔内。4.根据权利要求3所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以输出γ-γ符合计数率，具体为：在符合探测装置中，所述至少两个符合探测器通过卡能量的方法分别检测所述取样容器的采样气体中，13N的β+衰变所发射的两个方向相反的0.511Mev的γ光子；根据检测的所有的所述两个方向相反的0.511Mev的γ光子进行γ-γ符合计数，以计算输出符合探测效率；其中，设符合探测效率为ε，则式中，n为γ-γ符合计数，λ为衰变常数，A0为t0时刻测量出的13N的β+放射性活度值，t1为符合检测计数开始的时刻，t2为符合检测计数停止的时刻；根据所述符合探测效率及所述取样容器的体积获取γ-γ符合计数率；其中，设取样容器的体积为V，设所述γ-γ符合计数率为nn，则nn＝V×ε。5.根据权利要求4所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈国普，赵越，程品晶，胡创业，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43