電離室輻射探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及用于監測核反應堆的堆芯內的功率分布的裝置，更具體地，涉及具有增強的裂變伽馬輻射響應的電離室探測器。
【背景技術】
[0002]在許多當前運行的依賴如在反應堆控制和保護系統中所使用的核通量測量的年久的反應堆中，設置有輔以堆芯內通量映射系統的堆芯外探測器，這早在1967年就開始使用;其中堆芯內通量映射系統原本打算提供堆芯設計的證據和一些校準測量值。
[0003]隨著朝向更大的反應堆堆芯不斷增長的趨勢，對于堆芯功率分布的可能不利影響以及堆芯外探測器能否充分地探測到這種可能的不利功率分布一直有一些擔心。測試數據表明，當前使用的分割部分堆芯外探測器對軸向傾斜做出響應，但是傾斜測量值的精度受到探測器阱處的幾何形狀和采用的構成材料的影響，并且受到容器和探測器之間的間距的影響。已經為這些影響開發了校正因子，但是對于堆芯外探測器是否將會在所有情況下提供對不利功率分布的充分警報存在一些問題。
[0004]為了避免前述擔心，開發了一種用于采用可移動堆芯內探測器通過提供更準確、詳細、自動、經常更新的反應堆堆芯功率分布的數據讀出來自動地監測功率分布的方法。該方法(在1976年1月13日公告并轉讓給本發明的受讓人的美國專利N0.3，932，211中被教導)根據預定的、間歇性的、定時的程序在正常功率運行期間將可移動探測器插入到反應堆堆芯區域中。執行周期性堆芯功率分布測量的測量系統通常控制多達六個可移動探測器的同時插入和撤出，直到從所有規定的堆芯徑向位置獲得測量值為止。所使用的每個探測器通過共同的徑向位置插入，以確保探測器的靈敏度可被歸一化，從而允許從具有不同的絕對靈敏度的探測器產生準確的“相對”堆芯功率分布。
[0005]優選地，多個可移動探測器被布置在電冗余分組中并且通常存儲在堆芯的反應性區域外的反應堆熱環境中，以最小化熱循環。在操作中，探測器被驅入反應堆中，通過反應堆容器的下頭部，通過堆芯支撐板，并通過規定的燃料組件底部噴嘴到達燃料組件儀表管，通過該燃料組件儀表管探測器延伸到期望的堆芯高度。如預定的、定時的程序所規定的，替代的探測器分組以由反應堆堆芯物理學控制的交錯的時間間隔沿著堆芯內的儀表套筒內的相應線性路徑被驅動。編程的探測器驅動序列在給定的受控反應性變化之后自動地重新啟動，從而向反應堆操作者提供最有意義的數據輸入。
[0006]可移動堆芯內探測器現在被沸水堆和壓水堆二者用來執行堆芯功率分布的周期性詳細測量。所使用的可移動探測器主要對中子或伽馬輻射之一敏感。在壓水堆和沸水堆二者中最常用的探測器類型是裂變室式的探測器。在該設計中，從探測器輸出的信號正比于圍繞探測器的熱中子數。熱中子數正比于局部裂變率和局部堆芯功率水平。該響應是通過在探測器的結構中使用大量的高度濃縮的U235而生成的。由于U235是一種特殊的核材料，所以購買和操作可移動裂變室的成本相當高。可移動裂變室也相當精密，所以它們經常遇到機械故障。與使用可移動裂變室相關聯的主要技術優點是輸出信號和局部熱中子數之間的直接關系以及熱中子數與局部堆芯功率生產率所具有的直接關系。圖1提供了微型裂變室10的布局示意圖。微型裂變室具有不銹鋼管狀殼體12，其封住兩端并形成外部電極。A1203陶瓷絕緣體16支撐中心礦物填充的同軸輸出電極18，該輸出電極18與外部電極12絕緣。不銹鋼殼體12圍繞中心室14，中心室14填充有氬填料氣體22，室14的壁涂覆有90%濃縮的U235和U303。介于20和150伏特DC之間的探測器偏壓32被保持在兩個電極之間。在操作中，入射熱中子28在濃縮U235內引起裂變事件30，從而產生高能量電離的裂變碎片26，該高能量電離的裂變碎片26在氬氣內產生電離的氣體分子24。在中心電極18上的偏壓收集電離的氣體粒子24，從而得到探測器輸出34，該輸出與入射熱中子28產生的裂變事件30成比例。
[0007]使用微型電離室10的可移動探測器的設計最近已經被引入用于沸水堆中。這種類型的探測器也產生與局部堆芯功率成比例的信號，但該信號是通過探測器的電離室區域中的伽馬輻射的相互作用激發的。這種類型的探測器不需要U235作為輸出信號的激勵，因此這種類型的探測器的成本和維護顯著少于用于裂變室式的成本和維護。該探測器還往往比裂變室可移動探測器更耐用。與使用電離室探測器相關聯的最大的限制問題是對應于給定局部堆芯功率水平的信號輸出要低得多。使用這種類型的探測器要求使用非常敏感和昂貴的信號處理電子產品。考慮到輸出信號和局部裂變率或堆芯功率之間的非單值關系，還存在需要包括在堆芯功率分布測量值的不確定性中的不確定性。這種功率分布測量值不確定性增加的可能性會實際上減小反應堆操作者可以實現的最大功率輸出。
[0008]圖2提供了微型電離室36的布局示意圖的縱向截面，圖2B示出了沿著正交于圖2A中所示的截面圖的截面。微型電離室36具有形成外部電極的外部金屬殼體38和支撐中心電極44的絕緣端帽40和42。與微型裂變室10的結構類似，殼體38圍繞填充有填充氣體48的中心室50。
[0009]每種類型的可移動探測器都有未達最佳標準的性能特性，這顯著增加了探測器系統的操作成本。因此，想要一種改進的探測器，該探測器比當前使用的那些探測器更耐用且更便宜。
[0010]此外，想要如下的探測器設計:該設計將使不得不考慮在堆芯功率測量值中的不確定性最小化。
【發明內容】
[0011]這些和其它目的是通過具有增強的裂變伽馬輻射響應的電離室輻射探測器來實現的。電離室具有外部管狀電極，該外部管狀電極具有由絕緣端帽閉合(close off)的上端部和下端部，絕緣端帽將外部管狀電極與中心電極電絕緣，中心電極大體上從下端帽向上延伸并通過上端帽。產生大體上正比于局部中子數(local neutron populat1n)的瞬發中子俘獲伽馬福射的電子福射體被設置在外部管狀電極和中心電極之間。可取地，電子福射體被構造為包括具有高Z值的材料，瞬發中子俘獲伽馬輻射通過光電和康普頓散射機制與所述具有高Z值的材料相互作用。優選地，電子輻射體被構造為包括選自包含鉑、金、錳、鎢和鎘的一組金屬的一種或多種材料，并且更優選地，電子輻射體構造為主要包括含錳、鎢和錦的一組金屬。
[0012]在一個實施例中，電子輻射體包括圍繞中心電極隔開的多個電子輻射體，并且優選地，電子輻射體大體上在下端帽和上端帽之間延伸。
[0013]本發明還構思了具有多個堆芯內探測器的核反應堆功率分布監測系統，所述多個堆芯內探測器監測核反應堆的堆芯內的不同軸向和徑向位置處的功率。堆芯內探測器中的至少一些包括前述的電離室設計。在一個這樣的實施例中，電離室是在不同的堆芯徑向位置處大體上橫穿(traverse)堆芯的軸向長度的可移動堆芯內探測器。
【附圖說明】
[0014]當結合附圖閱讀時，從以下對優選實施例的描述可以得到對本發明的進一步理解，在所附附圖中:
[0015]圖1是用作可移動中子探測器的裂變室的截面；
[0016]圖2A是微型電離室的縱向截面的示意表示；
[0017]圖2B是沿與圖2A的截面的平面正交的平面截取的微型電離室的示意性截面；
[0018]圖3是具有可以得益于本發明的可移動堆芯內探測器的核反應堆系統的簡化示意圖；
[0019]圖4A是根據本發明的一個實施例構造的電離室的縱截面視圖；以及
[0020]圖4B是圖4A中所示的電離室的沿與圖4A中所示的截面正交的平面截取的截面。
【具體實施方式】
[0021]用壓力水冷卻的核發電系統的初級側包括閉合電路，該閉合電路與用于產生有用能量的次級側隔離并處于熱交換的關系。初級側包括反應堆容器(反應堆容器封閉堆芯內部結構，堆芯內部結構支撐含有裂變材料的多個燃料組件)、熱交換蒸汽發生器中的初級回路、加壓器的內部容積、用于循環加壓水的栗和管道;管道將蒸汽發生器和栗中的每個獨立地連接至反應堆容器。初級側的各部分包括被連接到容器從而形成初級側回路的蒸汽發生器、栗和管道系統。
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