零功率实验装置的能谱测量取样方法及装置与流程

本发明属于中子能谱测量技术，具体涉及一种用于零功率实验装置的能谱测量取样方法及装置。

背景技术：

加速器驱动次临界系统(ads,acceleratordrivensub-criticalsystem)，以加速器产生的高能强流质子束轰击靶核(如铅等)产生散裂中子作为外源中子驱动和维持次临界堆运行，具有固有安全性。ads系统的中子能谱硬、通量大、能量分布宽，嬗变长寿命核素能力强，既可大幅降低核废料的放射性危害，实现核废料的最少化处置，同时还可以输出能量，提高核资源的利用率，被国际公认为核废料处理的最有效手段。目前国际上尚未有ads嬗变系统工程化应用的先例，为此，中国原子能科学研究院设计并建造了启明星ii号零功率实验装置，用于研究铅基ads反应堆的物理特性。嬗变长寿命裂变产物需要超热中子能谱，嬗变次锕系核素需要快中子能谱。启明星ii号能否满足设计要求，需要对反应堆内能谱进行实验测量。

中子能谱测量技术现在已经比较成熟，针对不同测量环境，采用的中子能谱测量技术选择性很多。对于反应堆内中子能谱的测量，限于测量环境的复杂性，以及对探测器体积的限制，目前广泛采用活化探测片法进行测量，将探测片辐照后活化，测量其活度，根据相应公式推导出中子能谱数据。

由于零功率实验装置的快能谱区和超热能谱区实验孔道太小，不能采用气动跑兔系统在不停堆情况下吹入吹出辐照样品，因为气动装置体积偏大。只能将探测片制作成小圆片，放入实验元件中，再插入堆芯相应位置才可以进行辐照实验，取样品时需要停堆等待剂量降低后才可以将辐照样品取出，至少需要等待20分钟。而对于有的探测片，活化后半衰期非常短，在20分钟内可能已经衰减几个量级，使测量数据达不到要求。同时，因为需要辐照多组探测片，有时不能同时开堆辐照，需要分批次进行辐照，所以还需要进行功率监督，使多组探测片测量数据归一化到同一功率水平。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对零功率实验装置的特点，提供一种零功率实验装置的能谱测量取样方法及装置，从而能够快速方便的取出实验样品，并在线监测反应堆功率水平。

本发明的技术方案如下：一种零功率实验装置的能谱测量取样方法，将与燃料元件等长的实验元件在开堆前插入堆芯，并将实验元件与样品取样装置相连接；开堆进行辐照，并同时通过功率监督装置在线监测反应堆的功率水平；辐照结束后停堆，通过样品取样装置将实验元件从堆芯拔出并输送到远离堆芯的位置；从堆厅取出实验元件，并对探测片进行样品活度测量。

如上所述的零功率实验装置的能谱测量取样方法，其中，所述的实验元件用铅块代替燃料芯块，将探测片设置在铅块之间。

如上所述的零功率实验装置的能谱测量取样方法，其中，辐照结束后，样品取样装置将实验元件输送到堆厅的屏蔽门位置处，然后由人工进入堆厅快速取出实验元件。

一种用于实现上述能谱测量取样方法的取样装置，包括一根滑轨，所述滑轨上设有可沿滑道移动的滚轮，实验元件与所述滚轮连接；滑轨的一端位于堆芯上方，另一端远离堆芯，滚轮通过连接绳与位于滑轨远离堆芯一端的电机相连接，通过电机的转动带动滚轮在滑轨的滑道内运动。

进一步，如上所述的取样装置，其中，所述滑轨位于堆芯上方的一段滑道呈竖直状态，保证实验元件能够被竖直的提出堆芯。

具体来说，所述滑轨由水平滑道和竖直滑道组成，水平滑道与竖直滑道之间通过圆弧状滑道连接，竖直滑道位于堆芯上方，水平滑道远离堆芯的一端位于堆厅屏蔽门位置。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的零功率实验装置的能谱测量取样方法及装置，可以时时监控堆芯内中子通量密度变化，为多次实验测量提供归一化数据。功率监督设备还起到了辐照过程三角修正的功能，使计算结果更准确。该装置还大大节省了停堆取样等待时间，有效提高了辐照样品的活度测量计数率。比如对于钒(⁵²v)的半衰期为3.75min，铜(⁶⁶cu)的半衰期为5.088min，钼(¹⁰¹mo)的半衰期为14.61min，对于这些元素经过辐照后，如果没有本发明的设备，则需要停堆20min才可以进入堆厅，在堆芯上部用手取出实验元件，不仅使辐照样品活度下降很多，而且还要吸收很多剂量。有了本发明的设备，既可以实现及时的测量，又可以避免停堆后衰变射线的伤害。

附图说明

图1为本发明零功率实验装置的能谱测量取样结构示意图；

图2为本发明中功率监督设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提供了一种零功率实验装置的能谱测量取样方法，实验元件设计成与燃料元件等长，可以在开堆前将实验元件插入堆芯，辐照后利用本发明提供的样品取样装置取出。实验元件与样品取样装置相连接，开堆对实验元件进行辐照，并同时通过功率监督装置在线监测反应堆的功率水平；辐照结束后停堆，通过样品取样装置将实验元件从堆芯拔出并输送到远离堆芯的位置，然后从堆厅取出实验元件，并对探测片进行样品活度测量。

对于功率监督设备，采用一套阈能裂变测量系统。将高纯²³²th与zns(ag)感光材料混合制成探头，当²³²th与裂变阈能以上的中子反应时，产生α粒子，然后α粒子再与zns(ag)反应产生可见光，光子通过光纤传到采集计数单元，转换成中子通量密度。该装置可以时时监测堆内中子通量密度变化，为多次实验测量提供归一化数据。

本发明的取样装置设计为一根有弧度的滑轨，滑轨的滑道里设置一个滚轮，连接绳与滚轮连接。滑轨一端设在堆芯顶部，该段滑道应为竖直设计，保证实验元件被竖直提出堆芯，滑轨另一端远离堆芯，通至屏蔽门位置处。在远端设有一电机，滑道内连接绳与电机相连，电机转动可以带动滚轮在滑道内运动。实验元件与滚轮连接，初始状态插入堆芯内，停堆后电机转动，利用连接线牵引实验元件从堆芯内拔出，然后转移到剂量低的远端，再由人进入堆厅取出实验元件。

零功率实验装置的铅基反应堆堆芯结构部分为铅，所以实验元件中的燃料芯块被铅块代替，探测片放入铅块之间，不会影响堆芯测量位置处的能谱变化。取样装置的结构如图1所示，包括一根滑轨3，所述滑轨3上设有可沿滑道移动的滚轮2，实验元件1与所述滚轮2连接；滑轨3的一端位于堆芯上方，另一端远离堆芯，滚轮2通过连接绳4与位于滑轨远离堆芯一端的电机5相连接，通过电机5的转动带动滚轮2在滑轨的滑道内运动。具体来说，所述滑轨3由水平滑道和竖直滑道组成，水平滑道与竖直滑道之间通过圆弧状滑道连接，竖直滑道位于堆芯上方，水平滑道远离堆芯的一端位于堆厅屏蔽门位置。

功率监督设备的结构如图2所示，包括高纯²³²th与zns(ag)感光材料混合制成探头，探头通过光纤连接光子探测器，光子探测器与计数单元连接，计数单元通过rs232-usb转接器与计算机连接。光子通过光纤传到计数单元，并最终转换成中子通量密度。

将实验元件在开堆前放入堆芯，实验元件与样品取样装置相连接。打开功率监督设备，开堆辐照，等辐照结束，停堆等待3min，启动电机，将实验元件从堆芯拔出并转移至堆厅门口，人员迅速进入堆厅取回样品撤出堆厅，进行活度测量，并关闭功率监督设备。本发明不仅可以方便快速的取出实验样品，还可以在线监测反应堆的功率水平。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。