专利名称:用于快速超热中子流的在线测量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在一能量区间[Emin』max]内在线测量快速超热中子流的装置。
技术背景
作为一非限制性范例，本发明特别有利地适用于在线测量反应堆堆芯中的快速超热中子流，约束条件如下
-总体中子流量高(例如lE14n/Cm2/S或者更多)；
-热中子在总体中子流中所占比率大；
-伽马辐射强；
-期望进行一(在线)实时测量来监测快速中子流随时间的变化；
-期望在堆芯中进行的测量，较常见地称之为“堆芯内”测量。
上述约束条件适用于材料测试反应堆内仪器，所述仪器通常更多地用术语 MTR( “材料测试反应堆”)仪器来命名，或适用于动力反应堆堆芯的监管(通常更多地用术语“‘堆芯内’监管”来命名)。
当前使用以下两类探测器来测量快中子流活化探测器及在线探测器。
活化探测器是剂量计，其材料适当地被选出以提供所关注能带中的中子注量。这是一种久经考验的方法(参见参考书目[1])，其缺点如下
-所述剂量计必须从所述堆芯中移出以供分析(因此，这是一种在反应堆循环结束之后可用的事件后测量)；
-所获得的量为辐射持续时间内积累的流量，因此不可能获得随时间的变化。
不同于上述探测器，在线探测器允许在反应堆堆芯中进行在线测量。根据已知技术，在线探测器为位于一热中子吸收屏下面的铀裂变室。裂变室是用于反应堆中的中子监测的众所周知的通用中子探测器(“堆芯外”或“堆芯内”探测器)。被称为小型或超小型腔室的某些腔室的外部形状为直径4mm或者更小的一圆柱体，这意味着它们特别适合本专利申请所涵盖的领域的“堆芯内”仪器。1994年11月29日以“Commissariat 1'Energie Atomique (原子能委员会)”的名义提出申请且公开号为2 727 5 的法国专利申请(参见参考书目[2])给出了此裂变室的详细说明。通过发生核裂变反应的场所内的一裂变沉淀物来探测中子。在极大多数的情况下，此沉淀物由铀U235组成，其非常适合于测量热中子或在没有热中子分量的情况下测量快中子。为了测量具有上述限制的快中子，一般会优先地指定使用其有效裂变截面有一阈值的铀U238。然而，一难点产生在热中子俘获的影响下，铀U238嬗变成钚Pu239-所述热中子的一裂变同位素。为了克服此难点，Y. Kashchuk 等人(参见参考书目[3])建议使用屏幕(B10、Cd、Gd等)，屏幕的作用为在热中子到达探测器之前吸收它们。然而，此解决办法的主要难点在于其难以和“堆芯内”的使用兼容的障碍、热流的局部中断、机械特征、辐射影响下的磨损、探测器发热。
本案申请人了解另一种类型的在线探测器。此类型的在线探测器是一项在先技术，记载在2007年12月21日由本案申请人提出申请但还未公开的一法国专利申请中，其国家注册号为07 60229。此类型的探测器由含有纯化到至少99. 5%的钚Pu242的一裂变室组成。图IA及IB描绘此裂变室的两个范例，且图2描绘适于在这些裂变室中沉淀钚PM42 的一装置。此裂变室的优点在于其不使用任何热中子屏就满足上述定义的要求。
图IA描绘包含纯化到至少99. 5%的钚PM42的一裂变室的第一范例。从机械结构方面来说，此裂变室与公开号为2 727 5 的专利申请中所记载的裂变室相同。
参考数字20标示一管子，其外部直径大体等于，例如，1. 5mm，并同时用作所述裂变室的一外壳，且至少一部分标示为参考数字21是作为阴极。此管子由，例如，因科镍合金或不锈钢制成。
在所述腔室内，由例如红宝石制成的两个绝缘体22、M支撑覆盖有一阈值裂变沉淀物的一中央阳极沈，举例而言，所述阈值裂变沉淀物为纯化到至少99. 5%的钚PM42。
管子20的一端23被一管端帽观封闭住，举例而言，管端帽观由不锈钢制成。在使用期间，在数巴(例如，5巴)的压力下，所述腔室内充满一中性气体，例如氩气或添加有少量(例如4% )氮气的氩气，且管端帽观用于填充并密封所述腔室。阳极沈与传导元件 32、36连接以将一电信号发送到所述腔室的外部。这些传导元件32、36与一连接电缆11的传导元件44连接，连接电缆11将所述组合与一连接装置连接，就如专利申请2 727 5 中所记载的。
导管32于界定所述裂变室的管子20内连接至导管36的一端35，而穿越由高纯度铝制成的管端帽34的导管36的另一端37与电缆11的外部金属护套30的延长部分内的导管44连接。管端帽34在一金属管38中至少部分是弯曲的，金属管38可被焊接到管子 20的一端40上。
图IB描绘含有纯化到至少99. 5%的钚PM42的一裂变室的第二范例。
其包括由一导电材料制成且作为所述装置的外壳的一腔室主体1。所述外壳也可完全由另一种材料制成，且一层导电材料可沉淀在所述外壳壁的内部以形成外部电极1。也由一导电材料制成的装置2形成一支撑物，其上沉淀有一放射性元素的薄层120，即根据本发明，为纯度至少为99. 5%的钚M2。在运行时，这些装置2将形成，例如，一阳极，且主体 1将形成一阴极。所述阴极与阳极之间将含有一电离气体，例如，在1. 5巴下的氩气。
一气密通道3 (金属及氧化铝)顶住基板2且允许与外部电气连接，同时确保所述腔室的一端是气密的。
一螺丝钉4使所述基板能够被固定在所述气密通道上。
参考数字5标示一管端帽，且参考数字6标示焊接到所述气闭通道的电线上以促成电气连接的一附加厚度。
此裂变室可能，例如，有约4mm的外径。
无论钚Pu242裂变室的实施例是什么式样，含有钚PM42的裂变材料的薄层都沉淀在所述电极其中之一上或沉淀在所述的两个电极上。所述外壳对中子的传送是通透的， 换言之，它允许所述中子穿过其壁。换言之，构成所述外壳壁的材料有一小的有效中子俘获截面。所述电极或者完全由导电材料制成，或者覆盖有一层导电材料。
所述钚Pu242层可通过电镀形成，例如，使用如图2中所描绘的一装置。
要沉淀的钚Pu242可以液态溶液100的形式盛放在一烧杯102中，在一含有硝酸与草酸铵的混合物的电解溶液内。
7[0029]在一杆子116(例如由覆盖有一聚四氟乙烯膜的钼制成)的末端，把上面将形成所述沉淀物的所述电极或支撑物120，通过由聚四氟乙烯制成的两端111、113固定在适当的位置。所述组合被放置在所述溶液中。例如，通过在烧杯102底部放置一磁化条104，且将该烧杯放置在一磁化搅拌器106上，可将所述溶液搅拌而保持均勻。
由一导电材料制成(例如，由钼制成)的一电线105被放置在溶液102中。一电源107使电流能够流入此电线及所述溶液。此电流将使钚由所述溶液中移出并附着到所述电极或支撑物120上。
在某些情况下，可以使用一马达110来旋转所述电极或支撑物120，以便在与所述电解溶液接触的整个表面上获得一均勻沉淀物。例如，内部电极可以以60转/分钟的速度旋转，如箭头108所示。
此方法既适用于内部电极又适用于外部电极。若期望所述钚沉淀在外部电极(外部电极具有，例如，圆柱形)的内壁上，则所述电极的外壁需覆盖一层保护材料，例如一层聚四氟乙烯。
在上述情况下，通过使约350mA的电流流动两个小时，可以在所述电极或支撑物 120上，沉淀90%至95%在所述电解溶液中存在的钚。
Pu242钚裂变室的一个问题在于所述沉淀物中存在裂变杂质(Pu239及PM41)，这使所述腔室对热中子敏感，虽然存在的裂变杂质的量低，但也不能完全忽视。除此之外，虽然通过连续的嬗变而产生的裂变同位素大大低于在铀U238的情况下所观测到的，但是在辐射期间，所述裂变同位素仍使此热灵敏度增大。因此，仅在非常特殊的环境中，即热流不是太高，或在短时段辐射下，可使用所述Pu242钚裂变室而无需屏幕。
因此，对于制造一测量系统，使能够区别由快中子所产生的贡献量(所关注的数量)及由热中子所产生的贡献量，有真正的需求。
发明内容
为了满足上述需求，本发明提出用于在一能量区间Emin，EfflaJ内在线测量tn时刻的快速超热中子流cpi(tn)的一装置，其特征在于包括
-一快中子探测器(DNR)，包含适于主要探测快中子的材料；
-一热中子探测器(DNT)，包含适于主要探测热中子的材料；
-一第一电子电路，传输来自由所述快中子探测器在tn时刻所传输的一探测信号的一数字信号VR (tn)；
-一第二电子电路，传输来自由所述热中子探测器在tn时刻所传输的一探测信号的一第二数字信号VT (tn)；
-装置，能够确定tn时刻所述快中子探测材料的同位素组成及所述热中子探测材料的同位素组成；
-装置，能够根据所述同位素组成来确定所述快中子探测器在tn时刻对所述快中子的渐进灵敏度I11 (tn)、所述快中子探测器在tn时刻对所述热中子的渐进灵敏度I12(tn)、 所述热中子探测器在tn时刻对所述热中子的渐进灵敏度I21 (tn)及所述热中子探测器在tn 时刻对所述快中子的渐进灵敏度L(tn)，
-装置，用于根据以下方程组来计算tn时刻的所述快速超热中子流(pl(tn)及一热中子流φ2( η):
权利要求
1.一种用于在一能量区间[Emin，EfflaJ上在线测量tn时刻的一快速超热中子流Cp1(U) 的装置，其特征在于包括一快中子探测器(DNR)，包含适于主要探测快中子的材料；一热中子探测器(DNT)，包含适于主要探测热中子的材料；一第一电子电路(Cl)，传输来自由所述快中子探测器在tn时刻所传输的一探测信号的一数字信号VR (tn)；一第二电子电路(C2)，传输来自由所述热中子探测器在tn时刻所传输的一探测信号的一第二数字信号VT (tn)；装置(PMM，CE)，能够确定&时刻所述快中子探测材料的同位素组成及所述热中子探测材料的同位素组成；装置(PMM，CE)，能够根据所述同位素组成来确定所述快中子探测器在&时刻对所述快中子的渐进灵敏度I11 (tn)，所述快中子探测器在tn时刻对所述热中子的渐进灵敏度 I12 (tn)，所述热中子探测器在tn时刻对所述热中子的渐进灵敏度I21 (tn)及所述热中子探测器在tn时刻对所述快中子的渐进灵敏度‘(tn)，装置(CALC)，用于根据以下方程组来计算 tn时刻的所述快速超热中子流cpl(tn)及一热中子流cp2(tn):
2.根据权利要求
1所述的测量装置，其特征在于还包括用于使用以下方程式来计算一总体中子流cp(tn, Ε)的装置(CALC)
3.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于还包括用于在tn时刻，在所述区间[Emin， EfflaJ上计算Nr个积分结果的装置(CALC)，其中N,为大于或等于1的一整数，其中一第k阶的积分结果(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)为所述中子流的一裂变分量，其中fepi (E)为所述中子流的一超热分量，其 *fmxw(E，θ)为所述中子流的一麦克斯韦分量，且其中α为所述中子流的超热分量与所述中子流的裂变分量之间的一比例系数，且其中Yk(E)为表征第k阶的积分结果的特性的一响应函数。
4.根据权利要求
3所述的测量装置，其中所述响应函数Yk(E)为与所述区间Emin，Emax] 一致或包括在所述区间[Emin』max]内的一有用能带[Ea』b]的一识别函数，使得
5.根据权利要求
3所述的测量装置，其中所述响应函数^t(E)为反应的一有效宏观截面Σ JE)，使得
6.根据权利要求
5所述的测量装置，其中所述反应r为一裂变或俘获或扩散或损害反应。
7.根据前面的权利要求
中的任一项所述的测量装置，其中，由于所述快中子探测器及所述热中子探测器为裂变室，故所述渐进灵敏度In(tn)、I12(tn)、I21(tn)及、(tn)分别写作
8.根据权利要求
7所述的测量装置，其中所述热中子探测器为含有铀U235的一裂变室。
9.根据权利要求
1至6中任一项所述的测量装置，其中，由于所述快中子探测器为一裂变室且所述热中子探测器为一自给能中子探测器(collectron)，故所述渐进灵敏度 I11 (tn)、I12 (tn)、I21 (tn)及 I22 (tn)分别写作
10.根据权利要求
9所述的测量装置，其中所述热中子探测器为一铑或钒或银自给能中子探测器。
11.根据权利要求
7至10中任一项所述的测量装置，其中所述快中子探测器为带有一阈值裂变沉淀物的一裂变室。
12.根据权利要求
11所述的测量装置，其中所述裂变室为含有纯化到至少99.5%的钚 Pu242的一裂变室。
13.根据权利要求
12所述的测量装置，其中含有纯化到至少99.5%的钚Pu242的所述裂变室包括一外壳(1，20)，能够容纳一受压探测气体，且其壁允许所述中子穿过， 一第一电极及一第二电极01J6，120)，彼此电绝缘，可在此二者间施加一电压， 一裂变材料，包括纯化到至少99. 5%的钚Pu242原子，沉淀在所述二电极中的至少一电极上，及一探测气体，封在所述受压外壳中，可通过裂变产物电离。
14.根据权利要求
13所述的测量装置，其中所述第一电极及第二电极中的任一者形成所述外壳的一部分，且其中所述电极进而被称为外部电极(1)及内部电极O)。
15.根据权利要求
14所述的测量装置，其中所述裂变材料(3)沉淀在所述内部电极的一壁上。
16.根据权利要求
13至15中任一项所述的测量装置，其中所述探测气体为添加有4% 氮气的氩气。
17.根据权利要求
11所述的测量装置，其中所述快中子探测器为含有镎Np237或铀 U238或钍Th232的一裂变室。
18.根据前面的权利要求
中的任一项所述的测量装置，其中所述第一电子电路(Cl)包括一数字方差计算处理器，所述数字方差计算处理器传输由所述快中子探测器所传输的信号的一数字方差形式的数字信号VR(tn)。
19.根据前面的权利要求
中的任一项所述的测量装置，其中所述第二电子电路(C2)包括一数字方差计算处理器，所述数字方差计算处理器传输由所述热中子探测器所传输的信号的一数字方差形式的数字信号VT(tn)。
20.根据权利要求
1至18中任一项所述的测量装置，其中所述第二电子电路(以)是一数字式电流-电压转换电路。
专利摘要
本发明涉及一种用于快速超热中子流的在线测量的装置，特征在于包括能够主要探测快速超热中子的一快速超热中子探测器(DNR)；能够主要探测热中子的一热中子探测器(DNT)；用于处理由所述快中子探测器传输的信号的第一处理电路(C1)；用于处理由所述热中子探测器传输的信号的第二处理电路(C2)；适于确定所述中子探测器中的每一个中子探测器对快中子及热中子的渐进灵敏度的一装置(CE，PMM)；及根据所述渐进灵敏度及由所述第一处理电路及第二处理电路所传输的信号来计算所述快速超热中子流的一计算机(CALC)。
文档编号G21C17/108GKCN102246243SQ200980149811
公开日2011年11月16日 申请日期2009年10月9日
发明者伯纳德·莱斯科, 卢多·沃米伦, 卢多维奇·奥里欧 申请人:原子能与替代能源委员会, 比利时核能研究中心导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan