新型核电厂通风管道核辐射监测装置研究

张军平

摘要：核电厂辐射监测系统（KRT）连续监测核电站总体运行期间放射性水平趋势。通风系统作为核电厂控制区工作人员和设备运行的充分条件，除了温度、湿度和压力等参数满足正常运行之外，各个厂房运行设备和工艺管线早期发生放射性泄露后，辐射监测预警能够及时有效地保障工作人员免受意外辐照。当相关厂房区域内发生放射性泄露或者测量数据异常时，提醒主控室运行人员采取相应措施，控制和维持放射性水平在可接受的范围之内。

关键词：核电厂;辐射监测系统;优化改进

核电厂的核辐射水平，是核电厂运行状态评价的重要依据之一。操纵员和专业运行维护人员通过获取全厂工艺、气载、排除流、区域辐射监测的核辐射数据，来判断核电厂各种设备的运行情况，以及核电厂全厂辐射水平。辐射监测系统是核电厂用于采集、处理和显示核辐射数据的系统，现役的核电站中辐射监测系统通常被划分为非安全级系统。

一、核电厂辐射监测系统

新型通风管道辐射监测装置主要由取样气体管路单元（EMGS）、放射性测量装置、就地PLC控制单元、远程PLC通信显示四部分组成。电厂辐射监测系统（KRT）用于连续地校核核电站设计和运行整定点所构成的预防措施，监视放射性水平是否符合正常的运行水平，以保护核电站人员免于受到过高的辐射，保护公众免受辐射照射及启动人员保护的自动动作。这一特性实现了对核电厂各道安全防护屏障完整性的连续监测，达到了间接保护的目的，同时可以及早发现事故隐患并发出报警信号，启动人员保护的自动动作。

二、系统硬件设置

（一）扫描式风管辐射监测仪

通风系统配置原有扫描式风管辐射监测装置为Mirion公司生产NGM202L辐射监测仪，该辐射监测仪主要具备电源模块故障、通信故障、探测器故障、取样泵故障和二级报警等功能。该辐射监测仪使用差分电离室探测器，用来监测管道中放射性气体的β、γ放射性活度。其测量范围为3.7×10～3.7×10Bq/m。取樣气体通过取样泵在管路中经进气口→探测器→压力传感器→流量计→取样泵→出气口循环，被测气体在测量腔内产生“电子—正离子对”，在极化高压电场力作用下，形成电荷脉冲信号，由就地处理单元（LPDU）对其进行甄别、放大、成型后输出至主控室显示。

（二）硅半导体探测器

新型辐射监测装置探测部分配以硅半导体探测器。该探测器对β射线能量范围为80keV～2.5MeV、对γ射线能量范围为80keV～2.5MeV;测量范围3.7×1033.7×10Bq/m;对85Kr灵敏度为2.92×10-6、对133Xe灵敏度为1.17×10-6。硅半导体探测器主要由铅屏蔽体、钛隔膜、硅半导体、航空插头、密封垫圈等组成。当取样气体通过探测器时，湿度过大可能会产生凝结水，钛隔膜将硅半导体和取样气体完全隔离开来，能够有效避免冷凝水对硅半导体测量数据的影响，且硅半导体放置在5cm厚的4π铅屏蔽内，能够减少外界本底环境γ放射性干扰对测量数据的影响。

（三）其他部件

就地处理单元：又称作LocalProcessDis-playUnit（LPDU），对探测器信号进行放大、甄别、成形并输出4～20mA标准信号。供电电源由电气箱提供，LPDU侧电缆端接均为航空插头预制，另一侧电缆端接均为普通端子接线。信号转接箱：将LPDU信号输出至PLC进行处理。转接箱输入信号、输出信号均为普通端子接线。取样泵：将核电厂各个厂房区域内通风气体分支路抽取至探测器测量腔内进行测量。

三、核电厂辐射监测系统技术优化方案

（一）系统网络架构优化方案

系统架构可以沿用RMS系统网络架构，其规避了KRT系统网络架构的各种缺陷，但RMS系统采用的第三方系统平台。从系统可靠性和设计成本的角度考虑，辐射监测系统平台应该和非安全级控制系统平台保持一致。（见图1）

（二）通信方式优化方案

在核电厂现场，辐射监测仪的安装位置通常分布广，并且辐射监测仪数量多。因此，如果将就地辐射监测仪的通信方式更改为TCP/IP协议，那么减少通信故障率和通信抗干扰能力将大幅提升，同时降低了系统进行EMC鉴定试验的难度，减少了设计成本。TCP/IP协议目前已经相当成熟，在核电厂中也应用广一泛，技术上并不存在问题。根据辐射监测系统的设计经验和运行经验反馈，辐射监测系统通信故障减少，会降低设计成本和运维成本，也减少了辐射监测系统的平均故障时间。

（三）就地监测仪优化方案

就地辐射监测仪探测能力、工艺水平是现役核电厂辐射监测系统设计工程解决方案中最大的技术难点。单道脉冲幅度分析器和多道脉冲幅度分析器的使用可根据探测介质和探测环境来选择，可以延伸辐射防护中合理可行尽量低（，ALARA，）的原则来指导辐射探测器的选择。信号处理电路在非核领域的发展突飞猛进，例如FPGA技术在非核电领域已经很成熟，其响应快、运算速度快、抗干扰能力强等优势很适合核辐射探测器。

四、结束语

本文从核电厂通风管道核辐射监测装置总体结构出发，结合取样气体湿度过大原因对硅半导体探测器进行了阐述分析，其效率刻度和功能验证均满足系统设计要求，经过一个燃料循环周期的考验，该装置运行期间稳定可靠，对于其他核电厂及相近领域具有可推广性，有利于提高核电机组的安全、稳定运行。

参考文献：

[1]刘正山，黄鸿.压水堆核电厂辐射监测技术及其发展[J].核电子学与探测技术，2013，33（08）：950-954.