基于钠冷快堆的裂变室宽量程应用

张乐 段天英 刘晨 何兵

摘   要：本文描述了一种用于CEFR块堆反应堆核测量的系统设计，该系统采用单独的裂变室可实现覆盖反应堆功率全量程的测量。通过simulink仿真模拟裂变室信号以及相关电子学仪表处理过程，分析裂变室在三个工况下的信号性能，并通过不同工况下的信号衔接设计，实现裂变室线性测量反应堆全量程功率的目的，即实现裂变室的宽量程测量。通过裂变室宽量程应用，可以减少探测器、仪表、电缆和安装设施的数量，简化核测量系统，使其成本控制和信号性能上更具优势。

关键词：裂变室  宽量程  CEFR  matlab  核测量

中图分类号：TL811                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0067-03

Abstract： This paper describes a system design for the nuclear measurement of CEFR reactor， which uses a fission chamber to measure the full range of power covering the reactor. In this paper， the signal performance of the fission Chamber under three working conditions is analyzed by simulating the simulink simulation of the fission chamber signal and the related electronic instrument processing， and the full range power of the fission chamber linear measurement reactor is realized by the signal connection design under different working conditions， that is， the wide range measurement of the fission chamber is realized. The use of fission chamber wide range applications reduces the number of detectors， instrumentation， cables and installation facilities， simplifies the nuclear measurement system， and gives it a greater advantage in cost control and signal performance.

Key Words： Fission Chamber; Wide range; CEFR; Matlab; Nuclear measurement

由于钠冷快堆池式结构的特点，使得核探测器所在位置处中子注量率水平较压水堆低1～2个量级，目前CEFR采用的源量程、中间量程和功率量程，分别工作于脉冲、脉冲、电流工况的核测量系统设计方案。该设计方案复杂，探测器数目多，测量通道多。因此目前还需要进一步探索技术改进方案[1]。

本文简化了核测量系统的结构，提出仅用置于池内的宽量程高温裂变室完成对快堆全量程功率监测功能。通过该项目的研究，分析目前影响我国应用宽量程裂变室的关键因素，为实现宽量程核测仪表在国内中子注量率测量系统的应用提供论证依据，对我国的核电发展具有重要意义。

1  裂变室建模

把探頭等效为恒流源Is，C0为探头极间电容、电缆分布电容和前置放大器输入电容之和，裂变室-前置放大器等效电路[2]如图1所示，取;R0为系统输入等效电阻，考虑到工程应用中常使用电压敏感型前置放大器，其输入阻抗可达kΩ至MΩ量级，取R0=500Ω。

基于数学模型[3]和经典控制原理分析，作出裂变室输出信号不同计数率下的simulink仿真模型。

模拟裂变室输出的仿真信号结果如图3所示。

2  裂变室输出信号过程处理模型

探测器输出信号处理模块结构如图4所示所示，其中经过脉冲坎贝尔工况处理后的信号，经过对信号的选择加权函数的处理后形成单调增加的信号，再通过添加功率因子转换为宽量程功率输出。

3  脉冲电路计数模快

本文采用Stateflow状态流工具实现数字信号脉冲上升沿触发计数，对脉冲工况的脉冲个数实现计数，再加入功率系数输出功率。

4  坎贝尔信号处理模块

当裂变室输出信号产生大量重叠时，通过脉冲计数已经不能反映中子通量的水平值了，这时需要用均方电压的方式测量中子通量密度。此时Vout输出电压值与中子通量成正比。

5  脉冲-坎贝尔衔接段处理

大多数情况下，脉冲发生模式操作限于低于大约每秒105个计数（cps）的速率，随着脉冲速率的增加，由于脉冲的重叠，不能检测到单个脉冲，而是波动的电流，即中子探测器进入坎贝尔模式。脉冲信号和电流信号的重叠区域可通过信号选择加权处理。

6  结语

图7为裂变室脉冲电路处理结果，可以看出低功率下线性良好，1.5x105计数率时则线性度变差，功率再增加时计数率已为恒定值;图8为裂变室坎贝尔电路的处理结果，可以看出线性度良好。

因此，脉冲工作模式仅限于大约105cps附近，重叠区域也在这105cps附近，通过仿真曲线图可以找到Sstart和Send的值。通过加权算法处理，使得裂变室输出的两个工况的信号实现线性连续的，并单调增加，从而实现脉冲工况和坎贝尔工况的无跳变衔接。

参考文献

[1] 李洪才，魏昌武，韩世菊.宽量程中子监测装置[J].核动力工程，1981（1）.

[2] 乔宁，李铎，熊华胜，等.宽量程核测量系统中裂变室输出信号的仿真研究[J].原子能科学技术，2013（10）.

[3] 董治国.核测量系统用宽量程裂变室[J].核电子学与探测技术，2013（11）：1369-1372.