本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆領(lǐng)域，具體涉及一種用于反應(yīng)堆一回路冷卻劑活化源項(xiàng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在實(shí)際的反應(yīng)堆中，反應(yīng)堆核燃料本身的放射性最強(qiáng)，一回路冷卻劑中的次之。反應(yīng)堆核燃料本身的放射性源項(xiàng)的理論計(jì)算目前已能達(dá)到很好的計(jì)算精度，反應(yīng)堆本身的屏蔽也普遍達(dá)到了較好的狀態(tài)；而一回路冷卻劑放射性源項(xiàng)的理論計(jì)算的不確定度很大，且一回路冷卻劑分布范圍甚廣，是反應(yīng)堆源項(xiàng)中的重要內(nèi)容，也是屏蔽設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。

目前，國(guó)內(nèi)反應(yīng)堆一回路冷卻劑多為輕水反應(yīng)堆，尤其是國(guó)內(nèi)核電廠，堆芯處的一回路冷卻劑要經(jīng)受大體積(10噸水)、高注量率(1014n/cm2/s量級(jí))和寬能量范圍(0～20MeV)中子照射，一回路冷卻劑中的腐蝕產(chǎn)物(如鈷、錳、鐵等)、溶解物(如硼酸、氫氧化鋰)及一回路冷卻劑本身—水，都會(huì)受到強(qiáng)烈的中子輻照，生成大量放射性物質(zhì)，這些放射性物質(zhì)隨后會(huì)流至反應(yīng)堆廠房中的一回路各個(gè)大大小小的管道和設(shè)備，產(chǎn)生的劑量率從10-1～103mSv/h范圍不等。而在源項(xiàng)與屏蔽的設(shè)計(jì)中，普遍采用理論計(jì)算的方法進(jìn)行的計(jì)算，缺少實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和反饋工作，可能存在較大的誤差。如果使用現(xiàn)實(shí)的反應(yīng)堆及一回路冷卻劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，則存在放射性中子源強(qiáng)度不可控、冷卻劑流動(dòng)不均勻、冷卻劑成分不可控等若干不確定因素，且實(shí)驗(yàn)成本很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在源項(xiàng)與屏蔽的設(shè)計(jì)中，若使用現(xiàn)實(shí)的反應(yīng)堆及一回路冷卻劑活化源項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，存在放射性中子源強(qiáng)度不可控，以及冷卻劑流動(dòng)不均勻的問(wèn)題，目的在于提供一種用于反應(yīng)堆一回路冷卻劑活化源項(xiàng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)裝置，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬反應(yīng)堆冷卻劑受到中子活化后引出，夠控制冷卻劑受輻照的區(qū)域，并使冷卻劑的流動(dòng)比水桶式設(shè)計(jì)更加均勻，進(jìn)而測(cè)量一回路冷卻劑中各放射性核素種類和含量，使源項(xiàng)估計(jì)更合理、準(zhǔn)確。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于反應(yīng)堆一回路冷卻劑活化源項(xiàng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)裝置，包括輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)，所述輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)通過(guò)冷卻劑管連接，其特征在于，所述輻照區(qū)包括輻射源、以及采用管道圍繞輻射源螺旋纏繞形成的對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)，所述檢測(cè)區(qū)包括γ能譜儀、以及采用管道圍繞γ能譜儀探頭螺旋纏繞形成的對(duì)γ能譜儀探頭包圍的機(jī)構(gòu)。

首先，將冷卻劑由冷卻劑管導(dǎo)入采用管道圍繞輻射源螺旋纏繞形成的對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)內(nèi)，受輻射源照射；然后，由冷卻劑管引出輻照活化后的冷卻劑至對(duì)γ能譜儀探頭包圍的機(jī)構(gòu)；最后，通過(guò)γ能譜儀對(duì)冷卻劑進(jìn)行探測(cè)，依據(jù)γ能譜判斷冷卻劑中放射性核素的種類和含量。本發(fā)明采用的冷卻劑螺旋管式設(shè)計(jì)能夠很好地控制冷卻劑受輻照的區(qū)域，能夠使冷卻劑的流動(dòng)比水桶式設(shè)計(jì)更加均勻，流速可控。所述輻射源可依據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需要選擇目標(biāo)輻射源種類(即中子源種類)。綜上，從而很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)中子源強(qiáng)度的控制、且使冷卻劑在螺旋管道內(nèi)流動(dòng)更加均勻。在對(duì)理論計(jì)算結(jié)果的評(píng)估及修正理論計(jì)算模型更合理、準(zhǔn)確。

優(yōu)選地，所述輻射源包括中子源，所述中子源包括同位素中子源、加速器中子源或?qū)嶒?yàn)堆中子源。

本發(fā)明同位素中子源，如Am-Be中子源或Cf-252中子源；還可使用加速器中子源，甚至可引入實(shí)驗(yàn)堆中子源對(duì)流經(jīng)纏繞輻射源的管道內(nèi)的冷卻劑進(jìn)行輻照。

優(yōu)選地，所述輻射源還包括用于放置同位素中子源的孔洞結(jié)構(gòu)。

若輻射源采用同位素中子源時(shí)，可將同位素中子源放入孔洞結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述孔洞結(jié)構(gòu)被管道圍繞且螺旋纏繞形成包圍機(jī)構(gòu)。所述孔洞內(nèi)徑一般為1～5cm，與目前同位素中子源的尺寸型號(hào)相匹配。

優(yōu)選地，所述管道是由可彎曲材料制成。

本發(fā)明采用可彎曲材料制成管道(即對(duì)輻射源形成螺旋纏繞包圍機(jī)構(gòu)的管道以及對(duì)γ能譜儀探頭形成纏繞包圍機(jī)構(gòu)的管道)，可彎曲材料包括如不銹鋼復(fù)合管、薄壁銅管、薄壁塑料管等。螺旋管具備可彎的特性，可通過(guò)彎折螺旋管控制需要輻照區(qū)域的冷卻劑體積、冷卻劑與輻射源的距離及方位；同時(shí)，有利于通過(guò)改變圍繞輻射源外的冷卻劑管的螺旋纏繞形狀，為多種中子源的使用留好接口，可使同一實(shí)驗(yàn)裝置能使用不同種類的中子源對(duì)冷卻劑進(jìn)行輻照。

優(yōu)選地，所述采用管道圍繞輻射源螺旋纏繞形成的對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)為柱環(huán)式冷卻劑螺旋管。

通過(guò)采用管道圍繞輻射源螺旋纏繞形成的對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)最終成型為為柱環(huán)式結(jié)構(gòu)，具有較廣泛的應(yīng)用范圍，有利于輻射源對(duì)冷卻劑的照射；在加速器或反應(yīng)堆中子源時(shí)，還可采用圓餅式纏繞方式或其他方式，來(lái)更加有效地控制輻射源對(duì)冷卻劑的照射。

優(yōu)選地，所述采用管道圍繞γ能譜儀探頭螺旋纏繞形成的對(duì)γ能譜儀探頭包圍的機(jī)構(gòu)為球?qū)邮嚼鋮s劑螺旋管，所述球?qū)邮嚼鋮s劑螺旋管的螺旋管纏繞至少一層；所述γ能譜儀探測(cè)γ射線范圍為0～10MeV，γ能譜儀探頭設(shè)于球?qū)邮嚼鋮s劑螺旋管的中心處。

尤其在輻射源不強(qiáng)，活化較弱的情況下，通過(guò)將管道圍繞γ能譜儀探頭螺旋纏繞多層可增加檢測(cè)區(qū)的γ射線數(shù)量，使γ能譜儀的測(cè)量計(jì)數(shù)增多，從而降低測(cè)量時(shí)間、降低環(huán)境本底的影響，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確；所述γ能譜儀的探測(cè)γ射線范圍為0～10MeV，該探測(cè)器不對(duì)中子敏感，以減少中子源對(duì)γ能譜檢測(cè)造成的干擾；γ能譜儀探頭設(shè)于中心處的放射性最大，利于探測(cè)，并且利于推算冷卻劑放射性的大小。

優(yōu)選地，所述冷卻劑管包括導(dǎo)入管和導(dǎo)出管，導(dǎo)入管的一端與對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸入口連通，對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸出口與導(dǎo)出管的一端連通，導(dǎo)出管的另一端與對(duì)γ能譜儀探頭包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸入口連通，對(duì)γ能譜儀探頭包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸出口與導(dǎo)入管的另一端連通，所述導(dǎo)入管上設(shè)有注入口，所述導(dǎo)出管上設(shè)有下泄口。

冷卻劑由導(dǎo)入管流入對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)內(nèi)流經(jīng)定向輻射源時(shí)受中子源輻照，然后由導(dǎo)出管引出冷卻劑至對(duì)γ能譜儀探頭包圍的機(jī)構(gòu)，再由導(dǎo)入管流回對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)內(nèi)繼續(xù)循環(huán)輻照形成環(huán)路；在導(dǎo)入管上設(shè)置一個(gè)專門注入冷卻劑或溶液的開口即注入口，可用于注入、模擬腐蝕產(chǎn)物和冷卻劑的活化。如本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置能直接模擬冷卻劑水的活化(生成N-16、H-3)；可以注入多種溶液用作模擬用冷卻劑，因此也可以模擬腐蝕產(chǎn)物、硼酸、氫氧化鋰等的活化；還可以模擬N-16、H-3、Co-58、Co-60等活化產(chǎn)物的產(chǎn)生、流動(dòng)和衰減情況。冷卻劑回路設(shè)下泄口，可模擬冷卻劑下泄。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)入管上、且位于對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸入口和注入口之間設(shè)有水泵。

冷卻劑在輻照區(qū)的螺旋管內(nèi)流動(dòng)可以通過(guò)導(dǎo)入管上水泵調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)流速度可控。

優(yōu)選地，還包括凈化裝置，所述凈化裝置的輸入端與下泄口連通，所述凈化裝置的輸出端通過(guò)凈化回路與注入口連通。

一回路冷卻劑可以由下泄口引出導(dǎo)出管，并可對(duì)引出的冷卻劑在凈化裝置上進(jìn)行凈化處理后再由凈化回路返回冷卻劑導(dǎo)入管，因此本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置能用于模擬冷卻劑的凈化效應(yīng)。

優(yōu)選地，所述輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)之間設(shè)有輻射屏蔽體。

本發(fā)明可在中子源輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)之間設(shè)置屏蔽體，能夠阻止輻照區(qū)的大量n、γ射線給檢測(cè)區(qū)的γ測(cè)量降低本底干擾，使測(cè)量效果更好。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明一種用于反應(yīng)堆一回路冷卻劑活化源項(xiàng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)裝置，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬反應(yīng)堆冷卻劑受到中子源輻照活化后引出，實(shí)現(xiàn)中子源強(qiáng)度、冷卻劑種類和成分、冷卻劑流量可控，進(jìn)而測(cè)量一回路冷卻劑中各放射性核素含量，進(jìn)而對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，并提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以修正理論計(jì)算模型，使源項(xiàng)估計(jì)更合理、準(zhǔn)確；

2、本發(fā)明一種用于反應(yīng)堆一回路冷卻劑活化源項(xiàng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)裝置，本專利實(shí)驗(yàn)方案能驗(yàn)證反應(yīng)堆一回路冷卻劑的活化源項(xiàng)，為核電廠、研究堆等的源項(xiàng)計(jì)算提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)反饋，使輻射防護(hù)的屏蔽設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確、更可靠，使核電廠、研究堆的建造成本降低、重量減輕；為源項(xiàng)與屏蔽設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段和數(shù)據(jù)反饋，使源項(xiàng)的估算更準(zhǔn)確，為核電廠輻射防護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有利保障；

3、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置相比于實(shí)堆測(cè)量，去除了很多不確定因素，能獲得更好的測(cè)量結(jié)果，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置成本低、功能全、可控性好，具有很好的市場(chǎng)前景；

4、本發(fā)明采用的冷卻劑螺旋管式設(shè)計(jì)能夠精確控制冷卻劑受輻照的區(qū)域，能夠使冷卻劑的流動(dòng)比水桶式設(shè)計(jì)更加均勻，并通過(guò)水泵實(shí)現(xiàn)流速可控；

5、本發(fā)明采用的冷卻劑螺旋管采用可彎曲材料制成，方便設(shè)計(jì)成多種形狀，為多種中子源的使用留好接口，既能采用可移動(dòng)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，還能引入實(shí)驗(yàn)堆中子源；

6、本發(fā)明可在中子源輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)域設(shè)置屏蔽體，能夠阻止輻照區(qū)的大量n、γ射線給檢測(cè)區(qū)的γ測(cè)量造成本底干擾，使測(cè)量效果更好；

7、本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置能直接模擬冷卻劑水的活化，生成N-16、H-3，可以注入多種溶液用作冷卻劑，因此也可以模擬腐蝕產(chǎn)物、硼酸、氫氧化鋰等的活化。反應(yīng)堆冷卻劑可以引出回路，并可對(duì)引出的冷卻劑進(jìn)行凈化處理后再返回冷卻劑回路，因此可以模擬冷卻劑的凈化效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：1-柱環(huán)式冷卻劑螺旋管，2-球?qū)邮嚼鋮s劑螺旋管，3-γ能譜儀探頭，4-導(dǎo)入管，5-導(dǎo)出管，6-注入口，7-下泄口，8-水泵，9-凈化裝置，10-凈化回路，11-輻射屏蔽體。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明一種用于反應(yīng)堆一回路冷卻劑活化源項(xiàng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)裝置，包括輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)，所述輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)通過(guò)冷卻劑管連接。所述輻照區(qū)包括輻射源、以及采用管道圍繞輻照源螺旋纏繞形成的對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)，輻照源包括可移動(dòng)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結(jié)構(gòu)的裝置，孔洞的內(nèi)徑為2cm，采用管道圍繞輻照源螺旋纏繞形成的對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)為柱環(huán)式冷卻劑螺旋管1；檢測(cè)區(qū)包括γ能譜儀、以及采用管道圍繞γ能譜儀探頭3螺旋纏繞形成的對(duì)γ能譜儀探頭3包圍的球?qū)邮嚼鋮s劑螺旋管2。球?qū)邮嚼鋮s劑螺旋管2的螺旋管纏繞兩層，γ能譜儀探頭3設(shè)于球心處，γ能譜儀3的探測(cè)γ射線范圍為0～10MeV；柱環(huán)式冷卻劑螺旋管1的螺旋管內(nèi)徑為1cm；球?qū)邮嚼鋮s劑螺旋管2的球?qū)觾?nèi)半徑為10cm～100cm。輻照區(qū)和檢測(cè)區(qū)之間設(shè)有輻射屏蔽體11。

冷卻劑管包括導(dǎo)入管4和導(dǎo)出管5，導(dǎo)入管4的一端與對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸入口連通，對(duì)輻射源包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸出口與導(dǎo)出管5的一端連通，導(dǎo)出管5的另一端與對(duì)γ能譜儀探頭3包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸入口連通，對(duì)γ能譜儀探頭3包圍的機(jī)構(gòu)的冷卻劑輸出口與導(dǎo)入管4的另一端連通，所述導(dǎo)入管4上設(shè)有注入口6，導(dǎo)出管5上設(shè)有下泄口7。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，其中，柱環(huán)式冷卻劑螺旋管1由可彎曲的薄壁銅管制成，通過(guò)改變中子源外的冷卻劑螺旋管纏繞形狀為多種中子源的使用留好接口，可使同一實(shí)驗(yàn)裝置能使用不同種類的中子源對(duì)冷卻劑進(jìn)行輻照。

實(shí)施例3

在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，一種用于反應(yīng)堆一回路冷卻劑活化源項(xiàng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)裝置還包括凈化裝置9，下泄口7與凈化裝置9輸入端連通，凈化裝置9輸出端通過(guò)凈化回路10與注入口6連通。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。