專利名稱:用于快速超熱中子流的在線測(cè)量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在一能量區(qū)間[Emin』max]內(nèi)在線測(cè)量快速超熱中子流的裝置。
技術(shù)背景
作為一非限制性范例，本發(fā)明特別有利地適用于在線測(cè)量反應(yīng)堆堆芯中的快速超熱中子流，約束條件如下
-總體中子流量高(例如lE14n/Cm2/S或者更多)；
-熱中子在總體中子流中所占比率大；
-伽馬輻射強(qiáng)；
-期望進(jìn)行一(在線)實(shí)時(shí)測(cè)量來監(jiān)測(cè)快速中子流隨時(shí)間的變化；
-期望在堆芯中進(jìn)行的測(cè)量，較常見地稱之為“堆芯內(nèi)”測(cè)量。
上述約束條件適用于材料測(cè)試反應(yīng)堆內(nèi)儀器，所述儀器通常更多地用術(shù)語 MTR( “材料測(cè)試反應(yīng)堆”)儀器來命名，或適用于動(dòng)力反應(yīng)堆堆芯的監(jiān)管(通常更多地用術(shù)語“‘堆芯內(nèi)’監(jiān)管”來命名)。
當(dāng)前使用以下兩類探測(cè)器來測(cè)量快中子流活化探測(cè)器及在線探測(cè)器。
活化探測(cè)器是劑量計(jì)，其材料適當(dāng)?shù)乇贿x出以提供所關(guān)注能帶中的中子注量。這是一種久經(jīng)考驗(yàn)的方法(參見參考書目[1])，其缺點(diǎn)如下
-所述劑量計(jì)必須從所述堆芯中移出以供分析(因此，這是一種在反應(yīng)堆循環(huán)結(jié)束之后可用的事件后測(cè)量)；
-所獲得的量為輻射持續(xù)時(shí)間內(nèi)積累的流量，因此不可能獲得隨時(shí)間的變化。
不同于上述探測(cè)器，在線探測(cè)器允許在反應(yīng)堆堆芯中進(jìn)行在線測(cè)量。根據(jù)已知技術(shù)，在線探測(cè)器為位于一熱中子吸收屏下面的鈾裂變室。裂變室是用于反應(yīng)堆中的中子監(jiān)測(cè)的眾所周知的通用中子探測(cè)器(“堆芯外”或“堆芯內(nèi)”探測(cè)器)。被稱為小型或超小型腔室的某些腔室的外部形狀為直徑4mm或者更小的一圓柱體，這意味著它們特別適合本專利申請(qǐng)所涵蓋的領(lǐng)域的“堆芯內(nèi)”儀器。1994年11月29日以“Commissariat 1'Energie Atomique (原子能委員會(huì))”的名義提出申請(qǐng)且公開號(hào)為2 727 5 的法國(guó)專利申請(qǐng)(參見參考書目[2])給出了此裂變室的詳細(xì)說明。通過發(fā)生核裂變反應(yīng)的場(chǎng)所內(nèi)的一裂變沉淀物來探測(cè)中子。在極大多數(shù)的情況下，此沉淀物由鈾U235組成，其非常適合于測(cè)量熱中子或在沒有熱中子分量的情況下測(cè)量快中子。為了測(cè)量具有上述限制的快中子，一般會(huì)優(yōu)先地指定使用其有效裂變截面有一閾值的鈾U238。然而，一難點(diǎn)產(chǎn)生在熱中子俘獲的影響下，鈾U238嬗變成钚Pu239-所述熱中子的一裂變同位素。為了克服此難點(diǎn)，Y. Kashchuk 等人(參見參考書目[3])建議使用屏幕(B10、Cd、Gd等)，屏幕的作用為在熱中子到達(dá)探測(cè)器之前吸收它們。然而，此解決辦法的主要難點(diǎn)在于其難以和“堆芯內(nèi)”的使用兼容的障礙、熱流的局部中斷、機(jī)械特征、輻射影響下的磨損、探測(cè)器發(fā)熱。
本案申請(qǐng)人了解另一種類型的在線探測(cè)器。此類型的在線探測(cè)器是一項(xiàng)在先技術(shù)，記載在2007年12月21日由本案申請(qǐng)人提出申請(qǐng)但還未公開的一法國(guó)專利申請(qǐng)中，其國(guó)家注冊(cè)號(hào)為07 60229。此類型的探測(cè)器由含有純化到至少99. 5%的钚Pu242的一裂變室組成。圖IA及IB描繪此裂變室的兩個(gè)范例，且圖2描繪適于在這些裂變室中沉淀钚PM42 的一裝置。此裂變室的優(yōu)點(diǎn)在于其不使用任何熱中子屏就滿足上述定義的要求。
圖IA描繪包含純化到至少99. 5%的钚PM42的一裂變室的第一范例。從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面來說，此裂變室與公開號(hào)為2 727 5 的專利申請(qǐng)中所記載的裂變室相同。
參考數(shù)字20標(biāo)示一管子，其外部直徑大體等于，例如，1. 5mm，并同時(shí)用作所述裂變室的一外殼，且至少一部分標(biāo)示為參考數(shù)字21是作為陰極。此管子由，例如，因科鎳合金或不銹鋼制成。
在所述腔室內(nèi)，由例如紅寶石制成的兩個(gè)絕緣體22、M支撐覆蓋有一閾值裂變沉淀物的一中央陽極沈，舉例而言，所述閾值裂變沉淀物為純化到至少99. 5%的钚PM42。
管子20的一端23被一管端帽觀封閉住，舉例而言，管端帽觀由不銹鋼制成。在使用期間，在數(shù)巴(例如，5巴)的壓力下，所述腔室內(nèi)充滿一中性氣體，例如氬氣或添加有少量(例如4% )氮?dú)獾臍鍤?，且管端帽觀用于填充并密封所述腔室。陽極沈與傳導(dǎo)元件 32、36連接以將一電信號(hào)發(fā)送到所述腔室的外部。這些傳導(dǎo)元件32、36與一連接電纜11的傳導(dǎo)元件44連接，連接電纜11將所述組合與一連接裝置連接，就如專利申請(qǐng)2 727 5 中所記載的。
導(dǎo)管32于界定所述裂變室的管子20內(nèi)連接至導(dǎo)管36的一端35，而穿越由高純度鋁制成的管端帽34的導(dǎo)管36的另一端37與電纜11的外部金屬護(hù)套30的延長(zhǎng)部分內(nèi)的導(dǎo)管44連接。管端帽34在一金屬管38中至少部分是彎曲的，金屬管38可被焊接到管子 20的一端40上。
圖IB描繪含有純化到至少99. 5%的钚PM42的一裂變室的第二范例。
其包括由一導(dǎo)電材料制成且作為所述裝置的外殼的一腔室主體1。所述外殼也可完全由另一種材料制成，且一層導(dǎo)電材料可沉淀在所述外殼壁的內(nèi)部以形成外部電極1。也由一導(dǎo)電材料制成的裝置2形成一支撐物，其上沉淀有一放射性元素的薄層120，即根據(jù)本發(fā)明，為純度至少為99. 5%的钚M2。在運(yùn)行時(shí)，這些裝置2將形成，例如，一陽極，且主體 1將形成一陰極。所述陰極與陽極之間將含有一電離氣體，例如，在1. 5巴下的氬氣。
一氣密通道3 (金屬及氧化鋁)頂住基板2且允許與外部電氣連接，同時(shí)確保所述腔室的一端是氣密的。
一螺絲釘4使所述基板能夠被固定在所述氣密通道上。
參考數(shù)字5標(biāo)示一管端帽，且參考數(shù)字6標(biāo)示焊接到所述氣閉通道的電線上以促成電氣連接的一附加厚度。
此裂變室可能，例如，有約4mm的外徑。
無論钚Pu242裂變室的實(shí)施例是什么式樣，含有钚PM42的裂變材料的薄層都沉淀在所述電極其中之一上或沉淀在所述的兩個(gè)電極上。所述外殼對(duì)中子的傳送是通透的， 換言之，它允許所述中子穿過其壁。換言之，構(gòu)成所述外殼壁的材料有一小的有效中子俘獲截面。所述電極或者完全由導(dǎo)電材料制成，或者覆蓋有一層導(dǎo)電材料。
所述钚Pu242層可通過電鍍形成，例如，使用如圖2中所描繪的一裝置。
要沉淀的钚Pu242可以液態(tài)溶液100的形式盛放在一燒杯102中，在一含有硝酸與草酸銨的混合物的電解溶液內(nèi)。
7[0029]在一桿子116(例如由覆蓋有一聚四氟乙烯膜的鉬制成)的末端，把上面將形成所述沉淀物的所述電極或支撐物120，通過由聚四氟乙烯制成的兩端111、113固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。所述組合被放置在所述溶液中。例如，通過在燒杯102底部放置一磁化條104，且將該燒杯放置在一磁化攪拌器106上，可將所述溶液攪拌而保持均勻。
由一導(dǎo)電材料制成(例如，由鉬制成)的一電線105被放置在溶液102中。一電源107使電流能夠流入此電線及所述溶液。此電流將使钚由所述溶液中移出并附著到所述電極或支撐物120上。
在某些情況下，可以使用一馬達(dá)110來旋轉(zhuǎn)所述電極或支撐物120，以便在與所述電解溶液接觸的整個(gè)表面上獲得一均勻沉淀物。例如，內(nèi)部電極可以以60轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，如箭頭108所示。
此方法既適用于內(nèi)部電極又適用于外部電極。若期望所述钚沉淀在外部電極(外部電極具有，例如，圓柱形)的內(nèi)壁上，則所述電極的外壁需覆蓋一層保護(hù)材料，例如一層聚四氟乙烯。
在上述情況下，通過使約350mA的電流流動(dòng)兩個(gè)小時(shí)，可以在所述電極或支撐物 120上，沉淀90%至95%在所述電解溶液中存在的钚。
Pu242钚裂變室的一個(gè)問題在于所述沉淀物中存在裂變雜質(zhì)(Pu239及PM41)，這使所述腔室對(duì)熱中子敏感，雖然存在的裂變雜質(zhì)的量低，但也不能完全忽視。除此之外，雖然通過連續(xù)的嬗變而產(chǎn)生的裂變同位素大大低于在鈾U238的情況下所觀測(cè)到的，但是在輻射期間，所述裂變同位素仍使此熱靈敏度增大。因此，僅在非常特殊的環(huán)境中，即熱流不是太高，或在短時(shí)段輻射下，可使用所述Pu242钚裂變室而無需屏幕。
因此，對(duì)于制造一測(cè)量系統(tǒng)，使能夠區(qū)別由快中子所產(chǎn)生的貢獻(xiàn)量(所關(guān)注的數(shù)量)及由熱中子所產(chǎn)生的貢獻(xiàn)量，有真正的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足上述需求，本發(fā)明提出用于在一能量區(qū)間Emin，EfflaJ內(nèi)在線測(cè)量tn時(shí)刻的快速超熱中子流cpi(tn)的一裝置，其特征在于包括
-一快中子探測(cè)器(DNR)，包含適于主要探測(cè)快中子的材料；
-一熱中子探測(cè)器(DNT)，包含適于主要探測(cè)熱中子的材料；
-一第一電子電路，傳輸來自由所述快中子探測(cè)器在tn時(shí)刻所傳輸?shù)囊惶綔y(cè)信號(hào)的一數(shù)字信號(hào)VR (tn)；
-一第二電子電路，傳輸來自由所述熱中子探測(cè)器在tn時(shí)刻所傳輸?shù)囊惶綔y(cè)信號(hào)的一第二數(shù)字信號(hào)VT (tn)；
-裝置，能夠確定tn時(shí)刻所述快中子探測(cè)材料的同位素組成及所述熱中子探測(cè)材料的同位素組成；
-裝置，能夠根據(jù)所述同位素組成來確定所述快中子探測(cè)器在tn時(shí)刻對(duì)所述快中子的漸進(jìn)靈敏度I11 (tn)、所述快中子探測(cè)器在tn時(shí)刻對(duì)所述熱中子的漸進(jìn)靈敏度I12(tn)、 所述熱中子探測(cè)器在tn時(shí)刻對(duì)所述熱中子的漸進(jìn)靈敏度I21 (tn)及所述熱中子探測(cè)器在tn 時(shí)刻對(duì)所述快中子的漸進(jìn)靈敏度L(tn)，
-裝置，用于根據(jù)以下方程組來計(jì)算tn時(shí)刻的所述快速超熱中子流(pl(tn)及一熱中子流φ2( η):
權(quán)利要求
1.一種用于在一能量區(qū)間[Emin，EfflaJ上在線測(cè)量tn時(shí)刻的一快速超熱中子流Cp1(U) 的裝置，其特征在于包括一快中子探測(cè)器(DNR)，包含適于主要探測(cè)快中子的材料；一熱中子探測(cè)器(DNT)，包含適于主要探測(cè)熱中子的材料；一第一電子電路(Cl)，傳輸來自由所述快中子探測(cè)器在tn時(shí)刻所傳輸?shù)囊惶綔y(cè)信號(hào)的一數(shù)字信號(hào)VR (tn)；一第二電子電路(C2)，傳輸來自由所述熱中子探測(cè)器在tn時(shí)刻所傳輸?shù)囊惶綔y(cè)信號(hào)的一第二數(shù)字信號(hào)VT (tn)；裝置(PMM，CE)，能夠確定&時(shí)刻所述快中子探測(cè)材料的同位素組成及所述熱中子探測(cè)材料的同位素組成；裝置(PMM，CE)，能夠根據(jù)所述同位素組成來確定所述快中子探測(cè)器在&時(shí)刻對(duì)所述快中子的漸進(jìn)靈敏度I11 (tn)，所述快中子探測(cè)器在tn時(shí)刻對(duì)所述熱中子的漸進(jìn)靈敏度 I12 (tn)，所述熱中子探測(cè)器在tn時(shí)刻對(duì)所述熱中子的漸進(jìn)靈敏度I21 (tn)及所述熱中子探測(cè)器在tn時(shí)刻對(duì)所述快中子的漸進(jìn)靈敏度‘(tn)，裝置(CALC)，用于根據(jù)以下方程組來計(jì)算 tn時(shí)刻的所述快速超熱中子流cpl(tn)及一熱中子流cp2(tn):
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的測(cè)量裝置，其特征在于還包括用于使用以下方程式來計(jì)算一總體中子流cp(tn, Ε)的裝置(CALC)
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于還包括用于在tn時(shí)刻，在所述區(qū)間[Emin， EfflaJ上計(jì)算Nr個(gè)積分結(jié)果的裝置(CALC)，其中N,為大于或等于1的一整數(shù)，其中一第k階的積分結(jié)果(k = 1，2，. . .，Nr)由以下方程式得出Rk(tn) = mkl . 9x(tn) + mk2(9) · cp2(tn)其中mkl = ^f1(E)-Yk(E) dE 且vcHiin,mk2 = f_f2(E，0。).Yk(E)dE 其中fi(E) = ffiss(E) + afepi(E)，且其中ffiss(E)為所述中子流的一裂變分量，其中fepi (E)為所述中子流的一超熱分量，其 *fmxw(E，θ)為所述中子流的一麥克斯韋分量，且其中α為所述中子流的超熱分量與所述中子流的裂變分量之間的一比例系數(shù)，且其中Yk(E)為表征第k階的積分結(jié)果的特性的一響應(yīng)函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的測(cè)量裝置，其中所述響應(yīng)函數(shù)Yk(E)為與所述區(qū)間Emin，Emax] 一致或包括在所述區(qū)間[Emin』max]內(nèi)的一有用能帶[Ea』b]的一識(shí)別函數(shù)，使得
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的測(cè)量裝置，其中所述響應(yīng)函數(shù)^t(E)為反應(yīng)的一有效宏觀截面Σ JE)，使得
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的測(cè)量裝置，其中所述反應(yīng)r為一裂變或俘獲或擴(kuò)散或損害反應(yīng)。
7.根據(jù)前面的權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其中，由于所述快中子探測(cè)器及所述熱中子探測(cè)器為裂變室，故所述漸進(jìn)靈敏度In(tn)、I12(tn)、I21(tn)及、(tn)分別寫作
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的測(cè)量裝置，其中所述熱中子探測(cè)器為含有鈾U235的一裂變室。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1至6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其中，由于所述快中子探測(cè)器為一裂變室且所述熱中子探測(cè)器為一自給能中子探測(cè)器(collectron)，故所述漸進(jìn)靈敏度 I11 (tn)、I12 (tn)、I21 (tn)及 I22 (tn)分別寫作
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的測(cè)量裝置，其中所述熱中子探測(cè)器為一銠或釩或銀自給能中子探測(cè)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7至10中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其中所述快中子探測(cè)器為帶有一閾值裂變沉淀物的一裂變室。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的測(cè)量裝置，其中所述裂變室為含有純化到至少99.5%的钚 Pu242的一裂變室。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的測(cè)量裝置，其中含有純化到至少99.5%的钚Pu242的所述裂變室包括一外殼(1，20)，能夠容納一受壓探測(cè)氣體，且其壁允許所述中子穿過， 一第一電極及一第二電極01J6，120)，彼此電絕緣，可在此二者間施加一電壓， 一裂變材料，包括純化到至少99. 5%的钚Pu242原子，沉淀在所述二電極中的至少一電極上，及一探測(cè)氣體，封在所述受壓外殼中，可通過裂變產(chǎn)物電離。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的測(cè)量裝置，其中所述第一電極及第二電極中的任一者形成所述外殼的一部分，且其中所述電極進(jìn)而被稱為外部電極(1)及內(nèi)部電極O)。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的測(cè)量裝置，其中所述裂變材料(3)沉淀在所述內(nèi)部電極的一壁上。
16.根據(jù)權(quán)利要求
13至15中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其中所述探測(cè)氣體為添加有4% 氮?dú)獾臍鍤狻?br>17.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的測(cè)量裝置，其中所述快中子探測(cè)器為含有镎Np237或鈾 U238或釷Th232的一裂變室。
18.根據(jù)前面的權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其中所述第一電子電路(Cl)包括一數(shù)字方差計(jì)算處理器，所述數(shù)字方差計(jì)算處理器傳輸由所述快中子探測(cè)器所傳輸?shù)男盘?hào)的一數(shù)字方差形式的數(shù)字信號(hào)VR(tn)。
19.根據(jù)前面的權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其中所述第二電子電路(C2)包括一數(shù)字方差計(jì)算處理器，所述數(shù)字方差計(jì)算處理器傳輸由所述熱中子探測(cè)器所傳輸?shù)男盘?hào)的一數(shù)字方差形式的數(shù)字信號(hào)VT(tn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求
1至18中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其中所述第二電子電路(以)是一數(shù)字式電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種用于快速超熱中子流的在線測(cè)量的裝置，特征在于包括能夠主要探測(cè)快速超熱中子的一快速超熱中子探測(cè)器(DNR)；能夠主要探測(cè)熱中子的一熱中子探測(cè)器(DNT)；用于處理由所述快中子探測(cè)器傳輸?shù)男盘?hào)的第一處理電路(C1)；用于處理由所述熱中子探測(cè)器傳輸?shù)男盘?hào)的第二處理電路(C2)；適于確定所述中子探測(cè)器中的每一個(gè)中子探測(cè)器對(duì)快中子及熱中子的漸進(jìn)靈敏度的一裝置(CE，PMM)；及根據(jù)所述漸進(jìn)靈敏度及由所述第一處理電路及第二處理電路所傳輸?shù)男盘?hào)來計(jì)算所述快速超熱中子流的一計(jì)算機(jī)(CALC)。
文檔編號(hào)G21C17/108GKCN102246243SQ200980149811
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年10月9日
發(fā)明者伯納德·萊斯科, 盧多·沃米倫, 盧多維奇·奧里歐 申請(qǐng)人:原子能與替代能源委員會(huì), 比利時(shí)核能研究中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan