一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置

1.一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，包括辐照区和检测区，所述辐照区和检测区通过冷却剂管连接，其特征在于，所述辐照区包括辐射源、以及采用管道围绕辐射源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构，所述检测区包括γ能谱仪、以及采用管道围绕γ能谱仪探头(3)螺旋环绕形成的对γ能谱仪探头(3)探头包围的机构。
2.根据权利要求1所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述辐射源包括中子源，所述中子源包括同位素中子源、加速器中子源或实验堆中子源。
3.根据权利要求2所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述辐射源还包括用于放置同位素中子源的孔洞结构。
4.根据权利要求1所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述管道是由可弯曲材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述采用管道围绕辐射源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构为柱环式冷却剂螺旋管(1)。
6.根据权利要求1所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述采用管道围绕γ能谱仪探头(3)螺旋环绕形成的对γ能谱仪探头(3)包围的机构为球层式冷却剂螺旋管(2)，所述球层式冷却剂螺旋管(2)的螺旋管环绕至少一层；所述γ能谱仪的探测γ射线范围为0～10MeV，γ能谱仪探头(3)设于球层式冷却剂螺旋管(2)的中心处。
7.根据权利要求1所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述冷却剂管包括导入管(4)和导出管(5)，导入管(4)的一端与对辐射源包围的机构的冷却剂输入口连通，对辐射源包围的机构的冷却剂输出口与导出管(5)的一端连通，导出管(5)的另一端与对γ能谱仪探头(3)包围的机构的冷却剂输入口连通，对γ能谱仪探头(3)包围的机构的冷却剂输出口与导入管(4)的另一端连通，所述导入管(4)上设有注入口(6)，所述导出管(5)上设有下泄口(7)。
8.根据权利要求7所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述导入管(4)上、且位于对辐射源包围的机构的冷却剂输入口和注入口(6)之间设有水泵(8)。
9.根据权利要求7所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，还包括净化装置(9)，所述净化装置(9)的输入端与下泄口(7)连通，所述净化装置(9)的输出端通过净化回路(10)与注入口(6)连通。
10.根据权利要求1所述的一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，其特征在于，所述辐照区和检测区之间设有辐射屏蔽体(11)。

一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及核反应堆领域，具体涉及一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置。\n背景技术\n[0002] 在实际的反应堆中，反应堆核燃料本身的放射性最强，一回路冷却剂中的次之。反应堆核燃料本身的放射性源项的理论计算目前已能达到很好的计算精度，反应堆本身的屏蔽也普遍达到了较好的状态；而一回路冷却剂放射性源项的理论计算的不确定度很大，且一回路冷却剂分布范围甚广，是反应堆源项中的重要内容，也是屏蔽设计的重要基础。\n[0003] 目前，国内反应堆一回路冷却剂多为轻水反应堆，尤其是国内核电厂，堆芯处的一回路冷却剂要经受大体积(10吨水)、高注量率(1014n/cm2/s量级)和宽能量范围(0～20MeV)中子照射，一回路冷却剂中的腐蚀产物(如钴、锰、铁等)、溶解物(如硼酸、氢氧化锂)及一回路冷却剂本身—水，都会受到强烈的中子辐照，生成大量放射性物质，这些放射性物质随后-1 3\n会流至反应堆厂房中的一回路各个大大小小的管道和设备，产生的剂量率从10 ～10mSv/h范围不等。而在源项与屏蔽的设计中，普遍采用理论计算的方法进行的计算，缺少实验验证和反馈工作，可能存在较大的误差。如果使用现实的反应堆及一回路冷却剂进行实验测定，则存在放射性中子源强度不可控、冷却剂流动不均匀、冷却剂成分不可控等若干不确定因素，且实验成本很高。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是在源项与屏蔽的设计中，若使用现实的反应堆及一回路冷却剂活化源项进行实验测定，存在放射性中子源强度不可控，以及冷却剂流动不均匀的问题，目的在于提供一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，在实验室环境中模拟反应堆冷却剂受到中子活化后引出，够控制冷却剂受辐照的区域，并使冷却剂的流动比水桶式设计更加均匀，进而测量一回路冷却剂中各放射性核素种类和含量，使源项估计更合理、准确。\n[0005] 本发明通过下述技术方案实现：\n[0006] 一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，包括辐照区和检测区，所述辐照区和检测区通过冷却剂管连接，其特征在于，所述辐照区包括辐射源、以及采用管道围绕辐射源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构，所述检测区包括γ能谱仪、以及采用管道围绕γ能谱仪探头螺旋环绕形成的对γ能谱仪探头包围的机构。\n[0007] 首先，将冷却剂由冷却剂管导入采用管道围绕辐射源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构内，受辐射源照射；然后，由冷却剂管引出辐照活化后的冷却剂至对γ能谱仪探头包围的机构；最后，通过γ能谱仪对冷却剂进行探测，依据γ能谱判断冷却剂中放射性核素的种类和含量。本发明采用的冷却剂螺旋管式设计能够很好地控制冷却剂受辐照的区域，能够使冷却剂的流动比水桶式设计更加均匀，流速可控。所述辐射源可依据实验验证需要选择目标辐射源种类(即中子源种类)。综上，从而很好的实现对中子源强度的控制、且使冷却剂在螺旋管道内流动更加均匀。在对理论计算结果的评估及修正理论计算模型更合理、准确。\n[0008] 优选地，所述辐射源包括中子源，所述中子源包括同位素中子源、加速器中子源或实验堆中子源。\n[0009] 本发明同位素中子源，如Am-Be中子源或Cf-252中子源；还可使用加速器中子源，甚至可引入实验堆中子源对流经环绕辐射源的管道内的冷却剂进行辐照。\n[0010] 优选地，所述辐射源还包括用于放置同位素中子源的孔洞结构。\n[0011] 若辐射源采用同位素中子源时，可将同位素中子源放入孔洞结构内，所述孔洞结构被管道围绕且螺旋环绕形成包围机构。所述孔洞内径一般为1～5cm，与目前同位素中子源的尺寸型号相匹配。\n[0012] 优选地，所述管道是由可弯曲材料制成。\n[0013] 本发明采用可弯曲材料制成管道(即对辐射源形成螺旋环绕包围机构的管道以及对γ能谱仪探头形成环绕包围机构的管道)，可弯曲材料包括如不锈钢复合管、薄壁铜管、薄壁塑料管等。螺旋管具备可弯的特性，可通过弯折螺旋管控制需要辐照区域的冷却剂体积、冷却剂与辐射源的距离及方位；同时，有利于通过改变围绕辐射源外的冷却剂管的螺旋环绕形状，为多种中子源的使用留好接口，可使同一实验装置能使用不同种类的中子源对冷却剂进行辐照。\n[0014] 优选地，所述采用管道围绕辐射源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构为柱环式冷却剂螺旋管。\n[0015] 通过采用管道围绕辐射源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构最终成型为为柱环式结构，具有较广泛的应用范围，有利于辐射源对冷却剂的照射；在加速器或反应堆中子源时，还可采用圆饼式环绕方式或其他方式，来更加有效地控制辐射源对冷却剂的照射。\n[0016] 优选地，所述采用管道围绕γ能谱仪探头螺旋环绕形成的对γ能谱仪探头包围的机构为球层式冷却剂螺旋管，所述球层式冷却剂螺旋管的螺旋管环绕至少一层；所述γ能谱仪探测γ射线范围为0～10MeV，γ能谱仪探头设于球层式冷却剂螺旋管的中心处。\n[0017] 尤其在辐射源不强，活化较弱的情况下，通过将管道围绕γ能谱仪探头螺旋环绕多层可增加检测区的γ射线数量，使γ能谱仪的测量计数增多，从而降低测量时间、降低环境本底的影响，使测量结果更准确；所述γ能谱仪的探测γ射线范围为0～10MeV，该探测器不对中子敏感，以减少中子源对γ能谱检测造成的干扰；γ能谱仪探头设于中心处的放射性最大，利于探测，并且利于推算冷却剂放射性的大小。\n[0018] 优选地，所述冷却剂管包括导入管和导出管，导入管的一端与对辐射源包围的机构的冷却剂输入口连通，对辐射源包围的机构的冷却剂输出口与导出管的一端连通，导出管的另一端与对γ能谱仪探头包围的机构的冷却剂输入口连通，对γ能谱仪探头包围的机构的冷却剂输出口与导入管的另一端连通，所述导入管上设有注入口，所述导出管上设有下泄口。\n[0019] 冷却剂由导入管流入对辐射源包围的机构内流经定向辐射源时受中子源辐照，然后由导出管引出冷却剂至对γ能谱仪探头包围的机构，再由导入管流回对辐射源包围的机构内继续循环辐照形成环路；在导入管上设置一个专门注入冷却剂或溶液的开口即注入口，可用于注入、模拟腐蚀产物和冷却剂的活化。如本发明实验装置能直接模拟冷却剂水的活化(生成N-16、H-3)；可以注入多种溶液用作模拟用冷却剂，因此也可以模拟腐蚀产物、硼酸、氢氧化锂等的活化；还可以模拟N-16、H-3、Co-58、Co-60等活化产物的产生、流动和衰减情况。冷却剂回路设下泄口，可模拟冷却剂下泄。\n[0020] 优选地，所述导入管上、且位于对辐射源包围的机构的冷却剂输入口和注入口之间设有水泵。\n[0021] 冷却剂在辐照区的螺旋管内流动可以通过导入管上水泵调节实现流速度可控。\n[0022] 优选地，还包括净化装置，所述净化装置的输入端与下泄口连通，所述净化装置的输出端通过净化回路与注入口连通。\n[0023] 一回路冷却剂可以由下泄口引出导出管，并可对引出的冷却剂在净化装置上进行净化处理后再由净化回路返回冷却剂导入管，因此本发明实验装置能用于模拟冷却剂的净化效应。\n[0024] 优选地，所述辐照区和检测区之间设有辐射屏蔽体。\n[0025] 本发明可在中子源辐照区和检测区之间设置屏蔽体，能够阻止辐照区的大量n、γ射线给检测区的γ测量降低本底干扰，使测量效果更好。\n[0026] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：\n[0027] 1、本发明一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，在实验室环境中模拟反应堆冷却剂受到中子源辐照活化后引出，实现中子源强度、冷却剂种类和成分、冷却剂流量可控，进而测量一回路冷却剂中各放射性核素含量，进而对理论计算结果进行评估，并提供实验数据以修正理论计算模型，使源项估计更合理、准确；\n[0028] 2、本发明一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，本专利实验方案能验证反应堆一回路冷却剂的活化源项，为核电厂、研究堆等的源项计算提供实验验证和数据反馈，使辐射防护的屏蔽设计更准确、更可靠，使核电厂、研究堆的建造成本降低、重量减轻；为源项与屏蔽设计提供实验验证手段和数据反馈，使源项的估算更准确，为核电厂辐射防护优化设计提供有利保障；\n[0029] 3、本发明的实验装置相比于实堆测量，去除了很多不确定因素，能获得更好的测量结果，本发明实验装置成本低、功能全、可控性好，具有很好的市场前景；\n[0030] 4、本发明采用的冷却剂螺旋管式设计能够精确控制冷却剂受辐照的区域，能够使冷却剂的流动比水桶式设计更加均匀，并通过水泵实现流速可控；\n[0031] 5、本发明采用的冷却剂螺旋管采用可弯曲材料制成，方便设计成多种形状，为多种中子源的使用留好接口，既能采用可移动式中子源，如Am-Be中子源、Cf-252中子源，又能使用加速器中子源，还能引入实验堆中子源；\n[0032] 6、本发明可在中子源辐照区和检测区域设置屏蔽体，能够阻止辐照区的大量n、γ射线给检测区的γ测量造成本底干扰，使测量效果更好；\n[0033] 7、本发明实验装置能直接模拟冷却剂水的活化，生成N-16、H-3，可以注入多种溶液用作冷却剂，因此也可以模拟腐蚀产物、硼酸、氢氧化锂等的活化。反应堆冷却剂可以引出回路，并可对引出的冷却剂进行净化处理后再返回冷却剂回路，因此可以模拟冷却剂的净化效应。\n附图说明\n[0034] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：\n[0035] 图1为本发明结构示意图。\n[0036] 附图中标记及对应的零部件名称：1-柱环式冷却剂螺旋管，2-球层式冷却剂螺旋管，3-γ能谱仪探头，4-导入管，5-导出管，6-注入口，7-下泄口，8-水泵，9-净化装置，10-净化回路，11-辐射屏蔽体。\n具体实施方式\n[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。\n[0038] 实施例1\n[0039] 如图1所示，本发明一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置，包括辐照区和检测区，所述辐照区和检测区通过冷却剂管连接。所述辐照区包括辐射源、以及采用管道围绕辐照源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构，辐照源包括可移动式同位素中子源，Am-Be中子源，以及用于放置中子源的具有孔洞结构的装置，孔洞的内径为2cm，采用管道围绕辐照源螺旋环绕形成的对辐射源包围的机构为柱环式冷却剂螺旋管1；检测区包括γ能谱仪、以及采用管道围绕γ能谱仪探头3螺旋环绕形成的对γ能谱仪探头3包围的球层式冷却剂螺旋管2。球层式冷却剂螺旋管2的螺旋管环绕两层，γ能谱仪探头3设于球心处，γ能谱仪3的探测γ射线范围为0～10MeV；柱环式冷却剂螺旋管1的螺旋管内径为1cm；球层式冷却剂螺旋管2的球层内半径为10cm～100cm。辐照区和检测区之间设有辐射屏蔽体11。\n[0040] 冷却剂管包括导入管4和导出管5，导入管4的一端与对辐射源包围的机构的冷却剂输入口连通，对辐射源包围的机构的冷却剂输出口与导出管5的一端连通，导出管5的另一端与对γ能谱仪探头3包围的机构的冷却剂输入口连通，对γ能谱仪探头3包围的机构的冷却剂输出口与导入管4的另一端连通，所述导入管4上设有注入口6，导出管5上设有下泄口7。\n[0041] 实施例2\n[0042] 在实施例1的基础上，其中，柱环式冷却剂螺旋管1由可弯曲的薄壁铜管制成，通过改变中子源外的冷却剂螺旋管环绕形状为多种中子源的使用留好接口，可使同一实验装置能使用不同种类的中子源对冷却剂进行辐照。\n[0043] 实施例3\n[0044] 在实施例2的基础上，一种用于反应堆一回路冷却剂活化源项验证的实验装置还包括净化装置9，下泄口7与净化装置9输入端连通，净化装置9输出端通过净化回路10与注入口6连通。\n[0045] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。\n[0046] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。