反应堆压力容器的中子辐照监测系统及方法与流程

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种反应堆压力容器的中子辐照监测系统及方法。

背景技术：

反应堆压力容器是核电站不可更换的设备之一，其服役寿命决定了核电站的运行寿命。反应堆压力容器筒体及焊缝材料为铁素体低合金钢，在长期快中子辐照下，会对材料造成辐照脆化损伤，引起材料的脆断。因此，在反应堆压力容器的设计中，应对反应堆的中子进行检测，根据测量的中子注量数据对反应堆压力容器的材料进行辐照脆化评估。

目前压水堆的反应堆压力容器材料的辐照监测一般是在反应堆压力容器内设置一定数量的辐照监督管，管内装有反应堆压力容器材料试样、剂量探测器和温度探测器等，用于监测反应堆辐照监督管处的环境温度、中子辐照剂量以及堆芯区的筒体及焊缝材料受中子辐照和热环境所造成的材质性能的变化，从而为制定反应堆运行限制曲线、确保反应堆压力容器在设计寿期内的安全提供必要的依据。

辐照监督管通常安装在堆芯吊篮的外壁，根据设计标准要求，超前因子应保持在3～5，这意味着对于设计寿命60年的反应堆压力容器来说，辐照监督管将在20年内全部取出，在之后的40年运行期间无辐照监督管进行中子数据监测，因此，具有以下缺陷：

1.根据审评要求，辐照监督管要在一定年限内取出，导致较长时间内无法继续监测反应堆压力容器的中子注量；

2.辐照监督管一次只能提供一个数据点；

3.再次安装辐照监督管的费用昂贵，操作复杂，且试样的代表性不足以说明累计注量的影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种反应堆压力容器的中子辐照监测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种反应堆压力容器的中子辐照监测系统，包括：

设置在反应堆压力容器内的辐照监督管，所述辐照监督管内装有反应堆压力容器的材料试样及用于检测材料试样处的中子注量的第一剂量探测元件；

设置在反应堆压力容器外壁与堆坑混凝土之间的堆外探测盒，所述堆外探测盒内装有用于对测量位置处的中子注量进行检测的第二剂量探测元件；

模型建立模块，用于根据所述第一剂量探测元件的检测数据和所述第二剂量探测元件的检测数据，以及，所述第二剂量探测元件的安装位置，建立反应堆压力容器材料的中子注量模型；

模型应用模块，用于将所述第一剂量探测元件的检测数据和/或所述第二剂量探测元件的检测数据送入所述中子注量模型，以获取反应堆压力容器材料的中子注量数据。

优选地，所述辐照监督管内还装有温度探测元件，所述温度探测元件用于检测相应辐照监督管内的温度。

优选地，所述堆外探测盒的安装高度与所述辐照监督管的安装高度大致相同。

优选地，所述堆外探测盒内设置多个第二剂量探测元件，且所述多个第二剂量探测元件阵列排布。

优选地，还包括：垂挂在所述反应堆压力容器外壁与堆坑混凝土之间的链条、用于固定所述链条的下端的下固定件、以及用于固定所述链条上端的上固定件，而且，所述链条的中部嵌入有所述堆外探测盒。

优选地，所述第二剂量探测元件的类型包括下列中的一种或多种：铜、铁、镍、铌、钛、铝-钴。

本发明还构造一种反应堆压力容器的中子辐照监测方法，其特征在于，包括：

从设置在辐照监督管中的第一剂量探测元件接收相应材料试样处的中子注量的检测数据，其中，所述辐照监督管设置在反应堆压力容器内，且所述辐照监督管内装有反应堆压力容器的材料试样及第一剂量探测元件；

从设置在堆外探测盒内的第二剂量探测元件接收相应测量位置处的中子注量的检测数据，其中，所述堆外探测盒设置在反应堆压力容器外壁与堆坑混凝土之间；

将所述第一剂量探测元件的检测数据和/或所述第二剂量探测元件的检测数据送入预先建立的中子注量模型，以获取反应堆压力容器材料的中子注量数据，其中，所述中子注量模型是根据所述第一剂量探测元件的检测数据和所述第二剂量探测元件的检测数据，以及，所述第二剂量探测元件的安装位置建立的。

优选地，所述辐照监督管内还装有用于检测相应辐照监督管的温度的温度探测元件。

优选地，所述堆外探测盒的安装高度与所述辐照监督管的安装高度大致相同。

优选地，所述堆外探测盒内设置多个第二剂量探测元件，且所述多个第二剂量探测元件阵列排布。

本发明所提供的技术方案，具有以下有益效果：

1.在保留辐照监督管在反应堆压力容器内的监测方式的基础上，还增加了在反应堆压力容器外的中子注量监测方式，因此，补充了监测数据点，实现了堆内堆外的同步监测；

2.反应堆压力容器外的中子注量监测方式不会对机组的正常安全运行产生影响；

3.建立了中子注量模型，可对堆外和辐照监督管内中子注量数据进行互验，从而更有效地对反应堆压力容器的辐照损伤进行评估；

4.解决了辐照监督管抽出后无监测手段的问题，实现了对反应堆压力容器中子注量的全周期监测，能更好地监测反应堆的中子数据变化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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。附图中：

图1是本发明反应堆压力容器的中子辐照监测系统实施例一的结构示意图；

图2是本发明反应堆压力容器的中子辐照监测系统实施例一的逻辑结构图；

图3是本发明堆外探测盒实施例一的逻辑结构图；

图4是本发明反应堆压力容器的中子辐照监测方法实施例一的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1和图2，在本发明反应堆压力容器的中子辐照监测系统的一个实施例中，辐照监督管1设置在反应堆压力容器5内，该辐照监督管1内装有反应堆压力容器5的材料试样(未示出)及第一剂量探测元件11，且该第一剂量探测元件11用于检测相应材料试样处的中子注量。堆外探测盒2设置在反应堆压力容器5的外壁与堆坑3的混凝土之间，堆外探测盒2内装有第二剂量探测元件21，该第二剂量探测元件21用于对测量位置处的中子注量进行检测，其类型例如可包括铜(cu)、铁(fe)、镍(ni)、铌(nb)、钛(ti)、铝-钴(al-co)。在此需说明的是，辐照监督管1与堆外探测盒2的数量均可为多个，且其它辐照监督管与堆外探测盒的构造均可参照辐照监督管1与堆外探测盒2的构造，在此不说赘述。

另外，在该实施例中，模型建立模块30用于根据第一剂量探测元件11的检测数据和第二剂量探测元件21的检测数据，以及，多个第二剂量探测元件21的安装位置，建立反应堆压力容器材料的中子注量模型。模型应用模块40用于将第一剂量探测元件11的检测数据和/或第二剂量探测元件21的检测数据送入该中子注量模型，以获取反应堆压力容器材料的中子注量数据。

在该实施例中，在保留了使用反应堆内辐照监督管监测方式的基础上，还在堆外新增了便于安装和更换的堆外探测盒，即，通过在反应堆压力容器外壁和堆坑混凝土之间的空间内设置一定数量的第二剂量探测元件，并且通过对该第二剂量探测元件所处测量位置的中子注量率和第二剂量探测元件的物理参数进行分析处理，可获得测量位置的中子注量数据。因此，可实现堆内堆外的同步监测，而且，还根据堆内对外的检测数据建立了中子注量模型，可对堆外和辐照监督管内中子注量数据进行互验，从而更有效地对反应堆压力容器的辐照损伤进行评估。另外，即使在辐照监督管被全部取出之后(例如20年之后)，仍能通过堆外探测盒继续监测反应堆压力容器的中子注量，不再需要通过停堆及打开反应堆压力容器顶盖来再次安装辐照监督管，因此，可避免再次安装辐照监督管所带来的操作复杂、费用昂贵等问题，且能更好的实现中子辐照监测数据的连续性。

结合图1及图3，堆外探测盒2的数量为多个，该多个堆外探测盒2固定在反应堆压力容器5的外壁和堆坑3的混凝土之间。具体地，可通过链条、下固定件、上固定件来固定多个堆外探测盒2，其中，链条垂挂在反应堆压力容器5的外壁与堆坑3的混凝土之间；下固定件用于固定链条的下端，该下固定件的固定端可安装在堆坑3的混凝土底部；上固定件用于固定链条上端，该上固定件的固定端可安装在堆坑3的混凝土的侧壁、反应堆压力容器5外侧的保温层上、上方管道上等；链条的中部嵌入有多个堆外探测盒2，例如嵌入在链条的中空部位。而且，堆外探测盒2的安装高度与辐照监督管1的安装高度大致相同。每个堆外探测盒内设置多个第二剂量探测元件21，且该多个第二剂量探测元件21阵列排布，例如，2*4阵列，这些第二剂量探测元件21在反应堆压力容器全寿期内能够实现对堆芯区4中子能谱的监测。

进一步地，辐照监督管1内还装有温度探测元件，该温度探测元件用于检测相应辐照监督管内的温度。

图4是本发明反应堆压力容器的中子辐照监测方法实施例一的流程图，该实施例的中子辐照监测方法包括：

步骤s10.从设置在辐照监督管中的第一剂量探测元件接收相应材料试样处的中子注量的检测数据，其中，所述辐照监督管设置在反应堆压力容器内，且所述辐照监督管内装有反应堆压力容器的材料试样及第一剂量探测元件；

步骤s20.从设置在堆外探测盒内的第二剂量探测元件接收相应测量位置处的中子注量的检测数据，其中，所述堆外探测盒设置在反应堆压力容器外壁与堆坑混凝土之间；

步骤s30.将所述第一剂量探测元件的检测数据和/或所述第二剂量探测元件的检测数据送入预先建立的中子注量模型，以获取反应堆压力容器材料的中子注量数据，其中，所述中子注量模型是根据所述第一剂量探测元件的检测数据和所述第二剂量探测元件的检测数据，以及，所述第二剂量探测元件的安装位置建立的。

关于该实施例的步骤s10与步骤s20，需说明的是，第一剂量探测元件的检测数据及第二剂量探测元件的检测数据的提取时间可根据实际需求确定，例如，可同时提取，也可不同时提取，而且，提取频率可相同，也可不同。因此，步骤s10与步骤s20的执行顺序并无先后关系。

在该实施例中，除了在反应堆压力容器内设置辐照监督管进行中子辐照监测外，还在反应堆压力容器外设置堆外探测盒进行中子辐照监测，而且，堆外监测具有以下优点：1.可收集更多测试点的数据，从而更好的监测反应堆压力容器中子剂量；2.不影响现有机组的正常安全运行；3.安装和更换时间短，便于操作；4.放射性低，便于人员的接近操作；5.经济费用低。另外，还建立了中子注量模型，一方面，可对堆内外辐照数据进行互验；另一方面，当辐照监督管被全部取出之后，仍能通过堆外探测盒继续监测反应堆压力容器的中子注量，可避免再次安装辐照监督管所带来的操作复杂、费用昂贵等问题，且能更好的实现中子辐照监测数据的连续性，因此，实现了反应堆压力容器中子注量的全周期监测。

进一步地，辐照监督管内还装有用于检测相应辐照监督管的温度的温度探测元件，该温度探测元件的检测数据与堆内外的剂量探测元件的检测数据一并用来评估反应堆堆芯区的筒体及焊缝材料受中子辐照和热环境所造成的材质性能的变化，从而为制定反应堆运行限制曲线、确保反应堆压力容器在设计寿期内的安全提供必要的依据。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。