基于鈉冷快堆的裂變室寬量程應用

張樂 段天英 劉晨 何兵

摘? ?要：本文描述了一種用于CEFR塊堆反應堆核測量的系統設計，該系統采用單獨的裂變室可實現覆蓋反應堆功率全量程的測量。通過simulink仿真模擬裂變室信號以及相關電子學儀表處理過程，分析裂變室在三個工況下的信號性能，并通過不同工況下的信號銜接設計，實現裂變室線性測量反應堆全量程功率的目的，即實現裂變室的寬量程測量。通過裂變室寬量程應用，可以減少探測器、儀表、電纜和安裝設施的數量，簡化核測量系統，使其成本控制和信號性能上更具優勢。

關鍵詞：裂變室? 寬量程? CEFR? matlab? 核測量

中圖分類號：TL811? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0067-03

Abstract： This paper describes a system design for the nuclear measurement of CEFR reactor， which uses a fission chamber to measure the full range of power covering the reactor. In this paper， the signal performance of the fission Chamber under three working conditions is analyzed by simulating the simulink simulation of the fission chamber signal and the related electronic instrument processing， and the full range power of the fission chamber linear measurement reactor is realized by the signal connection design under different working conditions， that is， the wide range measurement of the fission chamber is realized. The use of fission chamber wide range applications reduces the number of detectors， instrumentation， cables and installation facilities， simplifies the nuclear measurement system， and gives it a greater advantage in cost control and signal performance.

Key Words： Fission Chamber; Wide range; CEFR; Matlab; Nuclear measurement

由于鈉冷快堆池式結構的特點，使得核探測器所在位置處中子注量率水平較壓水堆低1～2個量級，目前CEFR采用的源量程、中間量程和功率量程，分別工作于脈沖、脈沖、電流工況的核測量系統設計方案。該設計方案復雜，探測器數目多，測量通道多。因此目前還需要進一步探索技術改進方案[1]。

本文簡化了核測量系統的結構，提出僅用置于池內的寬量程高溫裂變室完成對快堆全量程功率監測功能。通過該項目的研究，分析目前影響我國應用寬量程裂變室的關鍵因素，為實現寬量程核測儀表在國內中子注量率測量系統的應用提供論證依據，對我國的核電發展具有重要意義。

1? 裂變室建模

把探頭等效為恒流源Is，C0為探頭極間電容、電纜分布電容和前置放大器輸入電容之和，裂變室-前置放大器等效電路[2]如圖1所示，取;R0為系統輸入等效電阻，考慮到工程應用中常使用電壓敏感型前置放大器，其輸入阻抗可達kΩ至MΩ量級，取R0=500Ω。

基于數學模型[3]和經典控制原理分析，作出裂變室輸出信號不同計數率下的simulink仿真模型。

模擬裂變室輸出的仿真信號結果如圖3所示。

2? 裂變室輸出信號過程處理模型

探測器輸出信號處理模塊結構如圖4所示所示，其中經過脈沖坎貝爾工況處理后的信號，經過對信號的選擇加權函數的處理后形成單調增加的信號，再通過添加功率因子轉換為寬量程功率輸出。

3? 脈沖電路計數模快

本文采用Stateflow狀態流工具實現數字信號脈沖上升沿觸發計數，對脈沖工況的脈沖個數實現計數，再加入功率系數輸出功率。

4? 坎貝爾信號處理模塊

當裂變室輸出信號產生大量重疊時，通過脈沖計數已經不能反映中子通量的水平值了，這時需要用均方電壓的方式測量中子通量密度。此時Vout輸出電壓值與中子通量成正比。

5? 脈沖-坎貝爾銜接段處理

大多數情況下，脈沖發生模式操作限于低于大約每秒105個計數（cps）的速率，隨著脈沖速率的增加，由于脈沖的重疊，不能檢測到單個脈沖，而是波動的電流，即中子探測器進入坎貝爾模式。脈沖信號和電流信號的重疊區域可通過信號選擇加權處理。

6? 結語

圖7為裂變室脈沖電路處理結果，可以看出低功率下線性良好，1.5x105計數率時則線性度變差，功率再增加時計數率已為恒定值;圖8為裂變室坎貝爾電路的處理結果，可以看出線性度良好。

因此，脈沖工作模式僅限于大約105cps附近，重疊區域也在這105cps附近，通過仿真曲線圖可以找到Sstart和Send的值。通過加權算法處理，使得裂變室輸出的兩個工況的信號實現線性連續的，并單調增加，從而實現脈沖工況和坎貝爾工況的無跳變銜接。

參考文獻

[1] 李洪才，魏昌武，韓世菊.寬量程中子監測裝置[J].核動力工程，1981（1）.

[2] 喬寧，李鐸，熊華勝，等.寬量程核測量系統中裂變室輸出信號的仿真研究[J].原子能科學技術，2013（10）.

[3] 董治國.核測量系統用寬量程裂變室[J].核電子學與探測技術，2013（11）：1369-1372.