事故及事故后反应堆厂房γ剂量率监测系统设计

，吕锋3,权金虎3（1.中国核电工程有限公司，北京100840 ； 2.生态环境部核与辐射安全中心，北京100082；3.西安中核核仪器有限公司，西安710061）摘要:介绍事故及事故后反应堆厂房Y剂量率监测系统的设计和各部件的功能。0.1 L并行双电离 室结构，纯铝电极,铠装电缆连接，静电计采用/V与y-F组合方式。“华龙一号”LOCA环境试验过程

中，出现铠装电缆断裂，绝缘电阻测量值小于规定值,以及加载运行试验输出电流值偏差超出规定最大 偏差值的情况。经分析是铠装电缆与电离室之间的接口设计和焊接工艺存在问题，提出从加工工艺、焊 接方法、测试设备三个方面进行改进。关键词:丫剂量率监测系统;并行双电离室;华龙一号:LOCA环境试验;焊接中图分类号：TL818+.4 文献标志码：A文章编号：0258-0934（ 2019）4-0480-04事故及事故后反应堆厂房7剂量率监测

线通过电离室内的气体电离所产生的全部电荷

系统⑴主要是用来监测核电厂失水事故或核 收集到电离室的收集极而形成电离电流，并通 电厂冷却剂意外泄漏时7辐射吸收剂量率，需 过铠装电缆和低噪声信号电缆经过贯穿件传输

要进行多点、连续监测⑵。由于此设备运用场

到就地处理箱的静电计模块。铠装电缆和低噪

合的特殊性和复杂性，开发的技术难度又较大，

声信号电缆各两根（两两一组），一根信号线将 目前国内核电厂一直是依赖进口。本文从设

探测器在辐射场内产生的电离电流传输到就地

计、选材等方面进行介绍,并分析在鉴定试验过

处理箱，一根高压线将就地处理箱的极化电压

程中出现的问题，提出关键技术改进措施。传输给探测器。贯穿件主要是保证贯穿安全壳

1总体设计的电器导体的电器连续性和密封性。就地处理

箱内的静电计模块将电离室产生的电流信号转

该系统总体结构如图1所示。它主要由电 变成数字信号，最后通过数据处理模块和输出

离室、铠装电缆、贯穿件、低噪声信号电缆和就

模块给出相应的数据显示和功能输出，高压模

地处理箱组成。电离室探测器是在就地处理箱

块将极化电压通过低噪声信号电缆和铠装电缆

的极化电压作用下,将反应堆安全壳内的7射经过贯穿件提供到电离室的高压极。2部件设计收稿日期:2019-04-08作者简介：范瑾（1981—）,女，北京顺义人，高级工程

2.1电离室设计师，主要从事核电厂电气仪控设计研究。2.1.1探测器测量体积的确定*通讯作者：李亮，男，高级工程师,E-mail ：liliangfj@

不同体积的电离室在同一个辐射场中所产 126.com o生电流信号的大小可通过式（1）、式（2）得出：480图1系统总体结构示意图/M*R=I (1)5.35X10-12 A J.07X10-12 A 的电流。由于电离

室的测量范围是：lxl03~ lxlO11 ptGy/h,因此

M= 1.293x10\" • V- (P/P。)• ( To/T) (2) 式中：R为空气等效电离室的照射量率，C/

得出0.1 L的电离室比较合适。(kg • s)江为饱和电离电流,A；M为有效体积 内所包含的空气质量，kg；V为电离室的体积,

2.1.2电离室结构设计采用并行双电离室结构设计，如图2所示。 由两个电离室体积分别为0.068 L和0.032 L 构成，体积总和为0.1 L,其优点是总电流信号 输出为两个电离室电流信号输出之和，可在较

n?；P为电离室内的空气压力；P。为标准大气 压力(1.013X105 Pa)；r为电离室的空气温度；

To为标准大气温度(273.15 K)o结合IRoe/h〜1/115 Gy/h,得出在lx 103 jiGy/h的情况下,1 L、0.5 L、0.1 L电离室在标

低极化电压情况下得到较之同体积单极电离室

拥有的宽量程及良好的饱和特性，但加工精度

要求高。准环境中所能产生的电流分别为1.07x10\" A、

图2并行双电离室结构图2.2电极选材当前,各国制造的反应堆用电离室主要选 用铝、不锈钢及钛,通过对国内这三种材料的化

2.3电缆选型电缆是电离室和就地处理箱之间高压及信

号的传输桥梁，是通过铠装电缆、核级贯穿件、 低噪声电缆来实现的。铠装电缆是一种在芯线

与外壳之间填充了绝缘材料的金属电缆，外壳

学分析，并参照清华大学用国内这三种材料做 出的电离室在中子反应堆上进行活化过程中的

试验数据，得出不锈钢的活化最为严重,铝金属

和芯线的材质一般为铜或不锈钢，填充为

和钛金属抗活化性能较好,两者性能相近,考虑 到电离室的能量响应以及国内加工技术，选择

纯铝作为电极材料，所充气体为常压状态下氮

Al2O3,Si02,MgO等,具有适应温度范围宽，可

进行熔封焊接的特点。铠装电缆及有机电缆绝

缘指标为:绝缘电阻大于1013 Q/1 000 V/m、分 布电容小于100 pF/m。气(纯度99.999%)与氨气(纯度99.999%)的

混合气体，比例为氮气92%、氮气8%。4812.4静电计设计采用与V-F组合方式，其电路组成如

3应用实验图3所示，先由/-V将电流转换成电压，再由

V-F将电压转换成频率。电离室在丫辐射场的

“华龙一号”⑶LOCA环境试验过程中（试

验要求和条件如图4所示），在第一次12 min

拉峰冲击试验中，样本1号电离室探测器连接

作用下，产生高阻抗的微弱电流。随着辐射场

的增加，电离室产生的电流也呈线性增加，通过 高输入阻抗的运算放大器将电流转换成电压,

再通过V-F转换将电压信号变成脉冲信号输

的铠装电缆断裂，绝缘电阻测量值小于规定值。

样本2号电离室探测器连接的铠装电缆完好,

但在经历第二次10 h拉峰冲击和24 h喷淋试 验后,其状态在喷淋结束后69.5 h发生改变,

出。其优点是当输入电流在本底情况下亦能保

证有1~10 Hz的输出，这样为计算机的数据处

加载运行试验输出电流值偏差超岀规定最大偏 差值。理提供了方便，也提高了电路的抗干扰能力和 响应时间。经过分析.LOCA环境试验失败的主要原

因是样本1电离室的充气封口采用铅封方式,

未采用焊接方式，而铅封方式不能经受住 0.65 MPa压力的冲击，样本2电离室的充气封

4改进4.1 加工工艺的改进以往生产的不锈钢零件不进行化学清洗处 理，由于零件在加工过程中需用冷却液进行冷 却，零件表面难免有油污渗进零件内部,采用普 通清洗很难将其去除，需采用化学清理的方法

口虽然采用焊接方式，但铠装电缆与电离室之

间焊接工艺存在问题。482去除,提高电离室的清洁度，使其在高温情况下

更稳定。4.2焊接方法的改进5结论随着“华龙一号”项目不断落地，设备国产

该电离室焊接要求非常严格，特别是焊接

化要求越来越高。本文介绍事故及事故后反应

温度的控制，由于铠装电缆的密封材质为陶瓷 釉，该材料所能承受的最高温度为700 T，超过

堆厂房7剂量率监测系统总体设计方案,并分析

各个组成部分的功能。详细介绍电离室、电极、

800七时会导致密封材料碳化,严重影响铠装 电缆的绝缘性能，因此应采用可控温的高频焊

电缆和静电计等几个部件的设计和选型,并通过 分析“华龙一号”LOCA环境试验过程中出现的

问题，提出从工艺方案、焊接方法及测试设备等

接方法，对铠装电缆封口处进行陶瓷封装焊接。

4.3测试设备的改进方面进行改进,为后续设计提供有价值的参考。参考文献：电离室工作在高温、高湿、高压的环境中，

密封性就显得尤为重要。电离室工作的最高压

力为0.7 MPa,而电离室的设计压力应大于 0.9 MPa,因此应配有相应打压设备，以便生产

过程中的检验，另外还应配备高温烤箱和高湿

[1] 凌球,郭兰英，李冬馀.核电站辐射测量技术[M].

北京:原子能出版社,2001.[2] 赵建伟，赵新华，黄晓飞.基于RS-485总线的双

设备。G-M计数管丫剂量率探测器研制[J].核电子学

与探测技术,2012,32(6) =736-739.[3] 余红星，周金满,冷贵君，等.“华龙一号”反应堆堆

芯与安全设计研究[J].核动力工程,2019,40(1):

1-7.Design of y Dose-Rate Monitor System for Accident and

Post-Accident Reactor BuildingFAN Jini,LI Liang2,LV Feng3,QUAN Jin-hu3(1. China Nuclear Power Engineering Co Ltd, Beijing 100840, China；2. Nuclear and Radiation Safety Center MEE, Beijing 100082, China；3. Xi'an Nuclear Instruments Co Ltd, CNNC, Xi'an 710061, China)Abstract: This paper introduces the design scheme and component function of y dose-rate monitor system for accident and post-accident reactor building. The structure design is 0.1 L parallel double ionization

chamber, pure aluminum is used as electrode material, connected by armored cable, and electrometer

adopts combination of I-V and V-F. During LOCA environmental test of HPR1000, armored cable was

broken, the measured value of insulation resistance was less than the prescribed value, and the deviation

of output current value of loading operation test exceeded the prescribed maximum deviation value. It is analyzed that there are some problems in the interface design and welding technology between armored

cable and ionization chamber. It is proposed to improve the processing technology, welding method and testing equipment.Key words: y dose-rate monitor system； parallel double ionization chamber； HPR1000； LOCA environ­

mental test ； welding483