反应堆启动中子源的法

技术领域本发明属于反应堆中子监测技术领域，具体涉及一种新型的反应堆起子中子源.

技术背景

除了以外，为了对核反应堆进行监督和实施以达到临界状态，大多数国家的核安全法规还规定，在建造或补充反应堆后，还需要能提供足够高中子注量的中子源. 安全启动. 当前，使用的起始中子源都是同位素中子源. 研究堆的物理启动对启动中子源没有很高的要求. 如果在启动时未检测到中子信息，则可以通过调整中子源或检测器的位置来获取监视信息. 但是，对于核电厂而言，由于反应堆的堆芯结构复杂，中子源或探测器的位置无法调节，难以解决中子源启动的问题.

当反应堆堆芯第一次装满电时，启动中子源组件就装好了. 启动中子源组件分为两种类型: 初级中子源（初级源）和次级中子源（次级源）中子源组件. 其中，主要中子源是指在反应堆装料和物理启动过程中用于核安全监督的中子源. 过去，通常使用两个21°Po_Be中子源，单个21°Po-Be中子源的源强度为6-8X107n / sec. 由于21°Po的半衰期非常短，因此在反应堆关闭并重新启动后，不可能将其用作起始中子源. 当前广泛使用的初级中子源是252Cf中子源，因为252Cf中子源的中子能谱与裂变中子谱相似，并且源强可以是8X 108n / sec. 因此，不需要两个中子源，大大提高了监督灵敏度.

另一个中子源是辅助中子源，用于在停机和加油期间进行核安全监督. 通常使用Sb-Be源. 123Sb放置在堆栈中，中子辐照后产生的124Sb在衰变过程中发出γ射线. Γ射线与i3Be反应生成（γ，η）获得中子. 因此，将它们放在堆栈中时不会发光. 中子只有在反应堆投入运行后才具有发射中子的能力.

在压水堆核电站中，如果二次中子源的包壳被破坏，将造成122Sb和124Sb的污染，并增加对大修人员的辐射剂量. 另外，核反应Sb + Be + n -3H +Χ会产生tri. 对于大多数核电厂站点，of排放的压力非常大. 经验表明，如果消除次级中子源，则初级回路tri的产量可降低25％. 因此，消除中子源是核电厂关注的重要问题之一.

发明内容

（1）发明目的

针对当前在反应堆中使用的同位素起始中子源的问题，本发明的目的是提供一种满足核安全法规并克服现有同位素起始中子源缺陷的新型起始中子源.

（2）技术解决方案

为了达到上述目的，本发明提供了以下技术方案

反应堆启动中子源，它使用中子管中子源代替同位素中子源作为反应堆的主要启动中子源或/和次要启动中子源.

本发明不需要中子管的类型，它可以是D-D中子管，D-T中子管或DTT混合中子管.

3 [0012]根据反应堆堆芯运行的环境，中子管的中子源强度为lX107n / SeC-1X109n / SeC.

由于反应堆是物理启动或开始加油，因此处于零功率或低功率阶段，因此中子管中子源可以放置在堆芯的适当孔中或堆芯外部的适当位置.

将中子管中子源置于堆芯中时，中子管的外管直径越小越好. 最好直接使用现有的芯孔，因此建议其外径小于或等于50mm；当子管的中子源置于堆芯外部时，中子管的外管直径不受限制.

中子管的中子源采用金属钛作为吸附剂，耐热性大于或等于120℃；如果使用金属scan作为吸附剂，则其耐热性大于或等于450°C.

此外，中子管中子源的寿命大于或等于1000小时.

（3）发明的效果

中子管将离子源，系统，靶标和气压调节系统密封在陶瓷或玻璃管中，以形成小型的专用电子真空装置. 它本质上是最小的. 在外部电路的控制下同位素中子源是什么类型的中子，氘离子从离子源中产生. 加速后，轰击氘靶，氘靶或氘-混合靶，产生与with中的nuclear的核反应，产生14 MeV. 快中子. 与普通同位素中子源相比，中子产率高，能谱具有良好的单色性，无伽玛背景，可产生脉冲中子，不使用时可将其关闭，因此易于保护，存储管理和交通十分便利.

由于中子管中子源克服了现有的初级中子源和次级中子源（即同位素中子源）的问题，因此将中子管中子源送入反应堆中，可以通过向反应堆中加电压或放置中子来产生中子在反应堆旁边，用于反应堆启动. 它不仅降低了成本，而且更重要的是，不存在122Sb和124Sb污染和increased生产增加的问题.

例如，当前使用的次级中子源124Sb-Be中子源由细棒制成的天然锑（57％121Sb和43％123Sb）制成，并且由一层金属铍管制成. 中子源结构如图1所示.

单位体积中124Sb的Y活性为

A = AN =Σφ（1，其中A是放射性，单位为/ cm3·s；λ是124Sb的衰减常数，λ=1. 332X IO-V1； N是124Sb的核密度，单位是/ cm2 ∑ a是热中子123Sb的平均宏观反应截面，单位是cm-1；Φ是中子注量率，单位是n / cm2·s； 123Sb是在中子中的辐照时间反应堆，单位为S.

可根据锑的Y能谱，棒的比尺寸，Be的参数以及该位置的中子注量率Φ来计算中子源的强度.

锑γ光谱的能量高于i3Be（^ n）的反应阈值能量. 设锑棒的半径为巧，铍管的外径为r2. 如果忽略了锑棒对的自吸收，则将i3Be（^ n）的反应截面设为∑γ，η，则Be管中的中子发射率（即比强度）为

S（I1）= Zr ^ x- ^）= 0.541,1 ^^ -r ^^ l-e“ ^'）（2）

t2是停机时间，单位是S.

单位长度的最大强度可以计算为

Smax（/ 15i2）= 3.61xl0-9φτ（l是比强度，乘以放射源的长度即可得到124Sb-Be中子放射源的强度. 通常，为了提高放射源的强度，通常被安装在核心的多个124Sb-Be中子源中，因此，总源强等于每个源强之和.

这里以一个压水堆为例，如果额定功率为ΦΗ= 4，则额定功率运行时的平均热中子通量密度为ΦΗ. 45X IO1Vcm2·s，则

Φ=χΦH（4）

其中，χ表示反应​​堆运行功率相对于额定功率的百分比. 如果在堆芯中安装了四个124Sb-Be中子源，则外径r2 = 2cm，长度为30 50cm. 按照核电站压水堆的运行时间一般为12个月至18个月，以12个月为例，反应堆的运行时间，= 12X30X24X60X60 ^ 3. IlXlO7秒；停机时间（包括大修和加油）t2-一般从30天到40天，以30天为例，则t2 = 30 XMX 60 X 602. 6X IO6秒，χ为0.8，λ= 1.332Χ10_7秒，将以上参数纳入公式（3）中，以计算

Smax（i1’i2）= 4x3.61xl（T3寿命23（l-e-准0.7×105 /

长度为50厘米，那么一个光源强度为3.5 X IO6. 如果使用5个光源，则总光源强度为1.75 X 107 / s秒. 因此，中子管的源强度符合要求. 只要中子管可以替代5 Sb离子源，就可以在启动后将其从反应堆中卸下. 由于反应堆的启动是在零功率阶段进行的，因此120摄氏度的温度可以满足要求；超过1000小时的寿命完全可以满足第一次启动和第二次启动的时间要求.

图纸说明

图1中子源的;

图2核电站核心布局.

具体实现

下面将参考附图进一步详细说明本发明提供的技术方案.

示例1

以秦山第二核电站为例，该核电站的核心布局如图2所示. 原始设计需要两个主启动中子源和两个次级启动中子源. 根据本发明提供的技术方案，可以使用DT中子管中子源，中子源的强度为1×IOVsec-I×109n / sec，外管直径为30_20mm，中子管为由金属制成，当钛用作吸附材料时，其耐温性大于或等于120℃；寿命大于或等于1000小时.

可以通过类似于中子通量测量的裂变室驱动机构来执行特定操作，即，由机电驱动机构来驱动. 放置位置可以是原始的初级中子源或次级中子源的位置. 在应用中，驱动机构将中子管从起点沿放置在导管中的指套插入，以高速度（18m / min）插入芯的底部，然后以低速（3m / min）插入中子使中子管均匀上升进入要求的位置. 当开始结束时，不使用中子管，以低速（3m / min）将中子管降低到堆芯底部，然后将中子管以高速度抽回到起始点的ISm / min. 此时，中子管的中子源强度可以稍小一些，范围从1X107n / sec到1X108n / sec.

如果将中子管中子源置于堆芯外部，其强度可能会稍大一些，即1 X IOVsec-I X 10 / sec0

示例2

另一个例子是田湾电站，它是被动启动的. 它的压力容器外壳上有几个直径为60 mm的孔，用于放置高灵敏度的中子探测器. 如果使用中子管启动，则可以减少一次检测. 并将此孔用作放置中子管的孔. 此时，可以使用DD中子管或DTT混合中子管. 中子管的中子源强度为5X IO8n / sec-1 X 109n / sec. 外管直径为50-40mm. 中子管采用金属scan作为吸附材料. 其耐温性大于等于4500℃；使用寿命超过1000小时.

显然，本领域技术人员可以在不脱离本发明实质的情况下对本发明进行各种修改和变型

5个神灵和领域. 这样，如果本发明的这些修改和变型属于本发明的权利要求书

在其等效技术的范围内，本发明还旨在包括这些修改和变型.

索赔

1. 一种反应堆启动中子源，其特征在于，使用中子管中子源代替同位素中子源作为反应堆一级启动中子源或/和二级启动中子源.

2. 根据声明

根据权利要求1所述的反应堆起始中子源，其特征在于，所述中子管的中子源为D-D中子管，D-T中子管或DTT混合中子管.

3. 根据声明

根据权利要求1或2所述的反应堆启动中子源，其特征在于，中子管的中子源强度为1×107n / sec-1×109n / sec.

4. 根据声明

根据权利要求1所述的反应堆启动中子源，其特征在于，所述中子管中子源可以放置在堆芯的合适孔中，也可以放置在堆芯外部的合适位置.

5. 根据声明

根据权利要求4所述的反应堆启动中子源，其特征在于，当将中子管中子源置于堆芯中时，中子管的外管直径小于或等于50mm.

6. 根据声明

根据权利要求1所述的反应堆启动中子源，其特征在于，中子管的中子源采用金属钛作为吸附剂时，其耐温性大于或等于120℃；采用scan金属作为吸附剂时，其耐温性大于等于450℃.

7. 根据声明

根据权利要求1所述的反应堆起始中子源同位素中子源是什么类型的中子，其特征在于，中子管中子源的寿命大于或等于1000小时.

专利摘要

本发明公开了一种新型的反应堆启动中子源，其使用中子管中子源代替同位素中子源作为反应堆一级中子源或次级中子源. 与普通同位素中子源相比，中子产率高，能谱是单色的，没有伽马本底，并且可以产生脉冲中子，不用时可以将其关闭，因此易于保护，存储管理和交通便利.

文档编号G21G4 / 02GKCN102226950SQ201110129866

开放日2011年10月26日申请日期2011年5月19日

发明人史永谦，朱庆福申请人: BiBTeX，EndNote和RefMan引用中国原子能科学研究院的报价

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