核反应堆快中子注量的测量系统、相关设备、测量方法和计算机程序产品技术方案

本发明专利技术涉及一种测量系统(10)，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】核反应堆快中子注量的测量系统、相关设备、测量方法和计算机程序产品


[0001]本专利技术涉及一种测量快中子注量的系统。本专利技术还涉及包括这种测量系统的设备、用于测量这种快中子注量的方法以及相关的计算机程序产品。
[0002]本专利技术适用于反应堆的核仪器领域，更具体地，适用于堆芯外中子测量(即在容纳反应堆堆芯的容器外)。

技术介绍

[0003]压水反应堆(Pressurized Water Reactor，PWR)的设计最低运行寿命约为40年(可能达到60年)。
[0004]通常，这种核反应堆包括容器，该容器包括由钢制成的壁，并容纳反应堆的堆芯。然而，在反应堆运行期间，该壁的钢由于与堆芯产生的快中子相互作用而发生劣化，从而导致钢中的原子移位。例如，容器中的快中子注量约为10
13
n.cm
‑2.s
‑1(中子每平方厘米每秒)，剂量率约为107Gy/h(戈瑞每小时)。
[0005]在本专利技术的含义内，“快中子”可以理解为能量大于或等于1MeV(兆电子伏特)的中子。
[0006]因此，根据安全当局，例如法国的核安全当局(ASN，“Autorit
é
s denucl
é
aire”的缩写)规定的标准，对容器壁的老化进行可行的估计需要可靠地测量容器壁所经历的快中子注量。
[0007]为此，已知使用封装在铝外壳中的铌薄膜剂量计来进行这种测量。
[0008]这种剂量计设置在容器的外表面，由反应堆堆芯的中子辐射激活。铌的
93
Nb(n，n
’
)
93m
Nb反应具有与钢的降解阈值相当的能量激活阈值(约0.9MeV)，由该剂量计测定的数据对壁所经历的快中子注量有很好的代表性。此外，亚稳态铌的半衰期为16.1年，可以在每十年对反应堆进行一次检查时进行测量。
[0009]然而，这种铌膜剂量计并不完全可行。
[0010]事实上，这种剂量计是接近于点状的，因此通常有必要将大量剂量计分布在容器壁上，以便在容器壁上建立可行的快中子注量的映射。
[0011]此外，为了从此类剂量计中获得注量信息，有必要收集这些信息，然后由专门从事薄膜伽马测量的服务机构对其进行处理，这需要长期细致的准备，因此成本高昂。最后，只有在每十年一次的检查中才能获得这些信息。
[0012]因此，本专利技术的目的是提出一种测量系统，其能够对在预定周期内集成的快中子注量的空间分布进行制图监测，其使用和维护简单、稳健，并且具有低的操作成本。

技术实现思路

[0013]为此，本专利技术的目的是一种上述类型的测量系统，包括至少一个检测器和连接到每个检测器的分析装置，
[0014]每个检测器包括：
[0015]‑
光波导，该光波导包括一级掺杂剂，该一级掺杂剂能够通过中子俘获嬗变为二级掺杂剂，所述二级掺杂剂的原子序数不同于所述一级掺杂剂的原子序数，所述二级掺杂剂是稳定的并且二级掺杂剂的中子吸收性低于所述一级掺杂剂；
[0016]‑
慢化层，该慢化层适用于使快中子减速，并且旨在设置在所述光波导和反应堆容器的壁的外表面之间；
[0017]对于每个检测器，所述分析装置被配置为：
[0018]‑
向相应的光波导中注入具有二级波长的二级询问波，在所述二级波长处，所述二级掺杂剂具有吸收峰，所述二级波长和与所述一级掺杂剂的吸收峰对应的波长之间的最小差大于或等于第一预定最小差；
[0019]‑
从所述二级询问波中检测由相应的光波导发射的二级响应波；
[0020]‑
根据检测到的二级响应波，计算与相应的光波导中的二级掺杂剂的浓度有关的信息；以及
[0021]‑
基于所计算的与二级掺杂剂的浓度有关的信息和与核反应堆有关的转换数据，确定所述容器的壁在预定的二次周期内经历的快中子注量。
[0022]实际上，二级掺杂剂的浓度的测量与一级掺杂剂的浓度的测量(已知的制造方法)相关，二级掺杂剂的浓度的测量使得能够选择性地获得反应堆运行期间中子注量的变化。由于二级波长的选择，通过二级响应波能够获得二级掺杂剂的浓度。此外，由于这样的选择，一级掺杂剂对二级响应波的贡献可能很容易被减去。
[0023]此外，使用具有高中子吸收度和稳定子代的一级掺杂剂，优选为铥和/或铕，使得能够长时间连续运行(通常为60年)而不会饱和：因此在反应堆寿命期间不需要更换检测器。
[0024]此外，这种测量系统能够提供可靠的芯内(即容器内)中子注量测量，尽管检测器设置在容器壁的外表面上，在该外表面上的辐照条件不如其内表面上的辐照条件严重。因此，根据本专利技术的测量系统的部署比堆芯内仪器带来的困难更少。
[0025]此外，使用波导能够确定沿每个所述波导的注量分布。因此，可以对快中子注量随时间集成的空间分布进行制图监测，从而可以对整个容器的老化情况进行研究，并对中子注量的不对称性进行检测。
[0026]根据本专利技术的其他有利方面，测量系统包括以下特征中的一个或多个，这些特征被单独地或以所有技术上可能的组合采用：
[0027]‑
分别地，一级掺杂剂为铥和/或铕，二级掺杂剂为镱或钐；
[0028]‑
测量系统还包括热中子阻挡层，该热中子阻挡层旨在被设置在慢化层和所述容器的壁的外表面之间，优选的，所述热中子阻挡层由镉制成；
[0029]‑
对于每个检测器，所述分析装置被配置为：通过时域反射法或频域反射法，根据沿所述光波导的位置，从所检测的二级响应波中确定相应的光波导在所述二级波长处的衰减分布，所述分析装置被配置为根据所确定的二级波长处的衰减分布，计算与二级掺杂剂浓度有关的信息；
[0030]‑
对于每个检测器，分析装置还被配置为：
[0031]·
向相应的光波导中注入一个或两个光互补二级询问波，每个光互补二级询问波
具有互补二级波长，互补二级波长对应于与二级波长相关联的吸收峰的相应步态(pied)；
[0032]·
对于每个互补二级询问波，检测由相应的光波导发射的相应的互补二级响应波；以及
[0033]·
通过时域反射法或频域反射法，根据沿光波导的位置，从每个检测到的互补二级响应波中确定相应的光波导在互补二级波长处的衰减分布，
[0034]所述分析装置被配置为根据在所述二级波长处的衰减分布的、通过与每个互补二级波长相关联的衰减分布校正的结果，计算与二级掺杂剂的浓度有关的信息；
[0035]‑
对于每个检测器，所述分析装置被配置为从所检测到的二级响应波中确定在与所述二级掺杂剂相关联的二级荧光光谱带中、由所述相应的光波导在其整个长度上发射的二级荧光总量，与相应的光波导中的二级掺杂剂的浓度有关的信息是通过所述二级总量计算的。
[0036]‑
对于每个检测器，一级掺杂剂还能够通过光子辐照转变为三级掺杂剂，三级掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量核反应堆快中子注量的测量系统(2)，其特征在于，所述测量系统包括至少一个检测器(8)和连接到每个检测器(8)的分析装置(10)，每个检测器(8)包括：
‑
光波导(16)，所述光波导包括一级掺杂剂，所述一级掺杂剂能够通过中子俘获嬗变为二级掺杂剂，所述二级掺杂剂的原子序数不同于所述一级掺杂剂的原子序数，所述二级掺杂剂是稳定的并且所述二级掺杂剂的中子吸收性低于所述一级掺杂剂；
‑
慢化层(18)，所述慢化层适用于使快中子减速，并且旨在被设置在所述光波导(16)和反应堆容器(6)的壁(4)的外表面(14)之间；对于每个检测器(8)，所述分析装置(10)被配置为：
‑
向相应的光波导(16)中注入具有二级波长的二级询问波，在所述二级波长处，所述二级掺杂剂具有吸收峰，所述二级波长和与所述一级掺杂剂的吸收峰对应的波长之间的最小差大于或等于第一预定最小差；
‑
从所述二级询问波中检测由相应的光波导(16)发射的二级响应波；
‑
根据检测到的所述二级响应波，计算与相应的光波导(16)中的二级掺杂剂的浓度有关的信息；以及
‑
基于所计算的与二级掺杂剂的浓度有关的信息和与核反应堆有关的转换数据，确定所述容器(6)的壁(4)在预定的二次周期内经历的快中子注量。2.根据权利要求1所述的测量系统(2)，其中，分别地，所述一级掺杂剂为铥和/或铕，所述二级掺杂剂为镱或钐。3.根据权利要求1或2所述的测量系统(2)，所述测量系统还包括热中子阻挡层(20)，所述热中子阻挡层旨在被设置在所述慢化层(18)和所述容器(6)的壁(4)的外表面(14)之间，优选地，所述热中子阻挡层(20)由镉制成。4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量系统(2)，其中，对于每个检测器，所述分析装置被配置为根据沿所述光波导(16)的位置，通过时域反射法或频域反射法，从所检测的二级响应波中确定相应的光波导(16)在所述二级波长处的衰减分布，所述分析装置(10)被配置为根据所确定的二级波长处的衰减分布，计算所述与二级掺杂剂的浓度有关的信息。5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量系统(2)，其中，对于每个检测器(8)，所述分析装置(10)还配置为：
‑
向相应的光波导(16)中注入一个或两个光互补二级询问波，每个光互补二级询问波具有互补二级波长，所述互补二级波长对应于与所述二级波长相关联的吸收峰的相应步态；
‑
对于每个互补二级询问波，检测由相应的光波导(16)发射的相应的互补二级响应波；以及
‑
通过时域反射法或频域反射法，根据沿所述光波导(16)的位置，从每个检测到的互补二级响应波中确定相应的光波导(16)在所述互补二级波长处的衰减分布，所述分析装置(10)被配置为根据在所述二级波长处的衰减分布的、通过与每个互补二级波长相关联的衰减分布校正的结果，计算所述与二级掺杂剂的浓度有关的信息。6.根据权利要求1至3中任一项所述的测量系统(2)，其中，对于每个检测器(8)，所述分
析装置(10)被配置为从所检测到的二级响应波中确定在与所述二级掺杂剂相关联的二级荧光光谱带中、由所述相应的光波导(16)在其整个长度上发射的二级荧光总量，与相应的光波导(16)中的二级掺杂剂的浓度有关的信息是通过所述二级总量计算的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量系统(2)，其中，对于每个检测器，所述一级掺杂剂还能够通过光子照射转变为三级掺杂剂，所述三级掺杂剂的原子序数与所述一级掺杂剂的原子序数相同，但化合价不同；对于每个检测器(8)，所述分析装置(10)还被配置为：
‑
向相应的光波导(16)中注入具有三级波长的光三级询问波，在该三级波长处，所述三级掺杂剂具有吸收峰，所述三级波长使得所述三级波长和与所述一级掺杂剂的吸收峰或所述二级掺杂剂的吸收峰对应的波长之间的最小差...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：