一种消除自给能中子探测器信号延时的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核测量技术领域，尤其涉及一种消除自给能中子探测器信号延时的方 法。
【背景技术】
[0002] 自给能中子探测器有结构简单、体积小、成本低并且不需要外加偏电源等优势，但 是自给能中子探测器的中子灵敏度随着不同堆型的中子能谱或中子灵敏物质燃耗不同而 不断变化，电流输出的响应也有一定的延时。这使得中子自给能探测器因灵敏度变化太快 而难以长期使用和精确测量。通过对自给能中子探测器的数学建模并采用相应的延时消除 算法，能够在一定程度上提升自给能中子探测器的响应速度，从而达到实时监测堆芯中子 通量的要求。
[0003] 但是，现有的有关延时消除的研究只是针对某一种元素进行延时消除分析，并且 也未评价电缆在中子照射下所产生的电流和其机理的共通性；其次，采用的离散方法是欧 拉离散方法，这种方法因采样时间的不同所得结果差别很大，也使的计算过程存在不稳定 的风险；再者，也未综合考虑燃耗的因素，在自给能中子探测器使用一定时间后发射体中的 元素数量会不断减少造成在同等中子通量下电流值出现差异。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种消除自给能中子探测器信号延时的方 法，能够消除不同元素在中子照射下产生的信号延时特性。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种消除自给能中子探测器信号延时的方 法，包括：
[0006] 步骤S1，获取自给能中子探测器的元素与中子的核反应方程以及活化元素的β 衰变方程；
[0007] 步骤S2,获取自给能中子探测器的元素与γ射线的反应方程；
[0008] 步骤S3,建立所述自给能中子探测器的元素与中子和γ射线反应的状态空间模 型；
[0009] 步骤S4,对所述状态空间模型进行精确离散化；
[0010] 步骤S5,采集消除电缆的本底信号的自给能中子探测器的电流信号，并结合自适 应滤波或卡尔曼滤波方法和离散化后的状态空间模型，计算消除延时后的电流信号；
[0011] 步骤S6,根据所述消除延时后的电流信号计算自给能中子探测器的燃耗及灵敏 度，并根据所述自给能中子探测器的灵敏度获得修正后的中子通量。
[0012] 其中，所述步骤S5中，采集自给能中子探测器的电流信号，并结合卡尔曼滤波方 法和经所述步骤S4精确离散化的状态空间模型计算消除延时后的信号，具体包括：
[0013] 步骤S51，根据上一时刻的状态变量信息，获得当前时刻的状态变量信息；
[0014] 步骤S52,根据上一时刻状态变量信息的协方差矩阵和系统过程噪声，估计当前时 刻状态变量信息的协方差矩阵；
[0015] 步骤S53,根据上一时刻的协方差矩阵和测量过程噪声的协方差矩阵，估计当前时 刻的卡尔曼增益；
[0016] 步骤S54,利用自给能中子探测器的输出电流值和估计电流值，获得经卡尔曼滤波 之后的状态变量信息。
[0017] 其中，所述步骤S54获得的状态变量信息中第三个元素为t时刻消除延时之后电 流值。
[0018] 其中，所述方法还包括：
[0019] 步骤S55,根据所述步骤S54获得的状态变量信息，修正所述步骤S52估计的协方 差矩阵。
[0020] 其中，所述步骤S6具体包括：
[0021] 步骤S61，根据初始时刻自给能中子探测器的灵敏度和其元素的原子数变化情况， 获得t时刻自给能中子探测器的灵敏度；
[0022] 步骤S62,根据所述t时刻自给能中子探测器的灵敏度和所述t时刻消除延时之后 电流值，获得修正后的中子通量。
[0023] 其中，所述t时刻自给能中子探测器的灵敏度为初始时刻的灵敏度减去修正值， 所述修正值为t时刻的电量与初始时刻的电量之差、自给能中子探测器外壳屏蔽中子效率 的因子、自给能中子探测器的元素与中子反应的靶面积三者的乘积。
[0024] 其中，所述修正后的中子通量为所述t时刻自给能中子探测器的灵敏度与所述t 时刻消除延时之后电流值的乘积。
[0025] 其中，所述采集消除电缆的本底信号的自给能中子探测器的电流信号具体包括： 将采集的自给能中子探测器的电流信号与电缆的本底信号做差值运算。
[0026] 本发明实施例的有益效果在于，能够对自给能中子探测器的主要元素，包括发射 体元素（如铑、钒、钴等）和电缆芯线元素，在与中子进行核反应的过程中，通过采集其微电 流信号计算出消除因半衰期而造成的延时特性，从而能够快速的反映中子通量的变化，在 信号的响应速度上明显得到了改善，同时也使得自给能中子探测器的应用具有可靠的理论 分析基础。
【附图说明】
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0028] 图1是本发明实施例一种消除自给能中子探测器信号延时的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0029] 以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
[0030]自给能中子探测器的原理就是依靠发射体元素与中子进行核反应从而产生相应 的微电流，通过测量该电流值而确定中子通量的大小。而活化后的同位素因为存在半衰期 所以不能立即释放电子，所以必须通过对发射体元素和中子的反应过程分析，确定消除其 因半衰期导致信号延时的方法。构成自给能中子探测器的信号主要由瞬时响应和延时响应 两个大部分构成，不同元素和中子的反应过程并不相同。本发明则能够消除不同元素在中 子照射下产生的信号延时特性。
[0031] 请参照图1所示，本发明实施例提供一种消除自给能中子探测器信号延时的方 法，包括：
[0032] 步骤S1，获取自给能中子探测器的元素与中子的核反应方程以及活化元素的β 衰变方程；
[0033] 步骤S2,获取自给能中子探测器的元素与γ射线的反应方程；
[0034] 步骤S3,建立所述自给能中子探测器的元素与中子和γ射线反应的状态空间模 型；
[0035] 步骤S4,对所述状态空间模型进行精确离散化；
[0036] 步骤S5,采集消除传输电缆的本底信号的自给能中子探测器的电流信号，并结合 自适应滤波或卡尔曼滤波方法和离散化后的状态空间模型，计算消除延时后的电流信号；
[0037] 步骤S6,根据所述消除延时后的电流信号计算自给能中子探测器的燃耗及灵敏 度，并根据所述自给能中子探测器的灵敏度获得修正后的中子通量。
[0038] 以下对各步骤分别进行详细说明。
[0039] 步骤S1中，获取元素（假设该元素为X)与中子的核反应方程以及活化元素的β 衰变方程为：
[0040]
[0041 ]
[0042] 此部分因β衰变存在半衰期而构成自给能中子探测器信号的延时部分。
[0043] 以元素X为铑元素Rh为例，则铑与中子的核反应方程和活化元素的β衰变方程 为：
〇
[0046] 步骤S2中，获取自给能中子探测器的元素X与γ射线的反应方程（包括康普顿 效应和光电效应）为：
[0047]
[0048] 此部分构成自给能中子探测器信号的瞬时部分。
[0049] 同样以元素X为铑元素Rh为例，铑元素Rh与γ射线的反应方程为：
[0050]
[0051] 应当理解的是，针对不同的元素，通过步骤S1和S2获得的方程各不相同，由此在 步骤S3中建立的状态空间模型也不相同。为叙述简便，以下均以铑元素为例进行说明。
[0052] 步骤S3根据步骤S1和步骤S2的反应过程，建立铑元素Rh与中子和γ射线反应 的状态空间模型，包括瞬时部分和延时部分：
[0053] x(t)=Ax(t)
[0054] I(t) =Cx(t)+v
[0055] 在式中，
[0056]
[0057]
[0058] C= [0K1。4λmKp ( 0 1M+σ1Q4m)Rh1。3](观测矩阵）
[0059] 其中，Kp:瞬时部分电流的比例；K1M:延时部分电流的比例；λm:Rh1M衰变常数； A^Rh104"1衰变常数；Rh103,Rh104,Rh1Q4m:相应元素的原子数；〇1Q4:Rh1Q3与中子反应生成 Rh1Q4的靶面积；〇1Mm:RhW3与中子反应生成Rh1Mm的靶面积；Φ(t) :t时刻，堆芯归一化的 中子通量（未考虑燃耗）；I(t) :t时刻，探测器的输出电流;w(系统噪声矩阵）：系统过程 噪声，如环境噪声和干扰噪声等；v(测量噪声矩阵）：测量过程噪声，如传导噪声等。X是状 态变量矩阵，共三个变量，前两个为延时部分，第三个为瞬时部分。
[0060] 步骤S4对步骤S3的状态空间模型进行精确离散化：
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