核電廠儀表與控制系統(tǒng)第2部分-中子注量率監(jiān)測

第3單元中子注量率監(jiān)測儀表

授課人：吳劍鳴日期：2013年9月中電投高級培訓(xùn)中心第3單元目錄3.1核探測器3.1.1固體探測器3.12氣體探測器3.2堆外中子注量率監(jiān)測儀表3.2.1堆外中子注量率監(jiān)測儀表的功能3.2.2堆外中子注量率監(jiān)測儀表的的設(shè)計原理

核電廠儀表與控制基礎(chǔ)單元目錄3.3.2核電廠堆芯中子注量率測量系統(tǒng)的功能3.3.1堆芯儀表系統(tǒng)的組成3.3堆芯儀表系統(tǒng)3.2.3堆外中子注量率監(jiān)測儀表一般結(jié)構(gòu)3.2.4各量程的核儀表的基本結(jié)構(gòu)及原理3.1核探測器

3.1核探測器

反應(yīng)堆的功率與單位時間的核裂變率成正比，因此，測定了中子注量率就可以知道反應(yīng)堆的核功率。中子注量率測量響應(yīng)時間快，精度比較高，在反應(yīng)堆啟動和安全保護監(jiān)測中，通過監(jiān)測中子注量率來監(jiān)測反應(yīng)堆功率的大小及變化率。中子注量率是空間位置的函數(shù)，中子探測器給出的信號只反映它所在位置的中子注量率，一般設(shè)置多個探測器取它們輸出的平均值，獲取較準確的中子注量率信息。通過用反應(yīng)堆的熱功率對功率量程的中子注量率測量通道進行定期標定。當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑流量恒定時，反應(yīng)堆的熱功率與反應(yīng)堆冷卻劑進出口溫差成正比。通過測量反應(yīng)堆的進出口溫差即可得到反應(yīng)堆的熱功率，并用來標定反應(yīng)堆的核功率。

3.1.1固體探測器常用的中子探測器主要有兩大類：固體探測器和氣體探測器，用于中子注量率信號測量的固體探測器主要有自給能探測器；氣體探測器主要有計數(shù)管，裂變室和電離室等。我國在AP1000和重水堆核電廠的堆內(nèi)中子注量率的測量就是采用自給能探測器。自給能探測器的測量方式有兩種，一種是測量充電電極之間的電勢差，這種測量方式多用于劑量儀表；另一種是測量流過的電流，這種情況多用于中子注量率監(jiān)測儀表。小型的自給能探測器安裝在堆芯，探測器的輸出信號經(jīng)放大器放大后送往記錄與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)探測器由發(fā)射體、絕緣體、收集體及電纜組成。中心電極稱為發(fā)射體，它是由中子靈敏材料制成。發(fā)射體是自給能中子探測器的核心部分。探測器的外殼即是收集體，它是由對中子不靈敏的材料（如因科鎳600，低錳不銹鋼或純鎳等）制成，材料的厚度通常是0.1毫米；發(fā)射體和收集體之間是絕緣體，通常采用無機絕緣材料（如MgO、AL2O3、BeO等），絕緣體的厚度通常0.2毫米左右，電纜連接到探測器的一端，與探測器幾乎處于相同的強輻射場中，因此不能使用有機絕緣電纜。通常采用金屬屏蔽—無機絕緣—金屬芯線同軸電纜。自給能中子探測器的外徑一般為1~3毫米左右，其靈敏長度則可以根據(jù)需要從幾厘米變化到幾米，柔性探頭還可以繞制成螺旋形狀，以提高靈敏度。自給能探測器分為兩大類：內(nèi)轉(zhuǎn)換自給能探測器和β流自給能探測器。(1）內(nèi)轉(zhuǎn)換自給能探測器內(nèi)轉(zhuǎn)換中子探測器又稱快響應(yīng)自給能中子探測器,鉑自給能中子探測器是內(nèi)轉(zhuǎn)換自給能中子探測器一種。其發(fā)射體由鉑或鈷、鈧、鎘等材料制成，絕緣體是氧化鎂制成，收集體是由外徑1.5毫米不銹鋼制成，電纜是外徑1.0毫米的同軸電纜。其發(fā)射體原子核俘獲中子之后形成處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)合核，復(fù)合核在退激過程中輻射射線，射線與探測器材料通過散射、光電效應(yīng)以及產(chǎn)生電子對等相互作用，轉(zhuǎn)換為荷能電子，這些電子的發(fā)射，就形成了探測器的正比于中子注量率的電流，我們測量這個電流就可以測出中子注量率。由于這一過程是在極短的時間內(nèi)發(fā)生，所以這類探測器對中子場變化的響應(yīng)是瞬時的。

(2)β流自給能探測器釩自給能中子探測器是一種β流中子探測器，它是一種延遲響應(yīng)自給能中子探測器。其發(fā)射體是由釩、銠、銀等材料制成，絕緣體由氧化鎂制成，收集體由不銹鋼制成，電纜是外徑為1.0毫米的同軸電纜。其發(fā)射體材料俘獲中子后形成短壽命的β放射性同位素，活化了的發(fā)射體在β衰變過程中發(fā)射高能電子流，平衡時，電極間的電子流正比于中子注量率的電流，測量這電流就可以測出中子注量率。

3.12氣體探測器氣體探測器的工作原理是利用氣體電離，而電離的粒子在外加電場的作用下向收集極運動，從而在外電路形成電信號。所探測的粒子射入到探測器內(nèi)，與探測器內(nèi)涂層物質(zhì)相互作用產(chǎn)生帶電粒子，帶電粒子在運動過程中使所充的氣體電離產(chǎn)生正負離子，通過測量正負離子的多少來測量入射粒子的能量。中子是無法被直接測量的，總是要通過某種核反應(yīng)產(chǎn)生帶電粒子，帶電粒子運動過程中使介質(zhì)電離，從而把中子信號轉(zhuǎn)換成電信號才能進行探測。常用的中子探測器是基于上面的10B（n，α）7Li反應(yīng)，生成核為7Li的激發(fā)態(tài)。為了提高中子的探測效率，需用濃縮10B制造探測器。產(chǎn)生的7Li核和α粒子在探測器內(nèi)所充的氣體中運動，損耗能量產(chǎn)生電離形成正負離子對，在電場的作用下，該離子對向兩極運動，最終形成正比于入射中子的電信號輸出。計數(shù)管輸出的是脈沖信號，而電離室則輸出電流信號。

氣體探測器的輸出與外加電壓的關(guān)系正負離子對在外加電場的作用下做定向運動，但是，實踐證明，正極收集到的電子數(shù)目（或負極收集到的正離子數(shù)目）并不正好等于入射粒子在氣體中產(chǎn)生的總的離子對數(shù)目，而是隨著外加電壓的數(shù)值而變化。下圖表示出外加電場與離子對收集的關(guān)系。橫坐標代表電極的電壓，兩條曲線分別對應(yīng)兩種不同的中子注量率N1和N2。從曲線中可以看出，氣體探測器在外加電場電壓變化時，離子對的收集情況也不相同。一般把外加電壓分成5段來說明離子對不同的收集情況

I：復(fù)合區(qū)，電極收集到的離子對數(shù)目N低于由帶電粒子產(chǎn)生的總的離子對數(shù)目N0。N0中有部分因為復(fù)合而消失。

II：飽和區(qū)，這是電離室的工作區(qū)域，電極收集到的離子對數(shù)目N正好等于帶電粒子產(chǎn)生的總的離子對數(shù)目N0。III：正比區(qū)，這是正比計數(shù)管通常選擇的工作區(qū)域，其特點是N與N0的比值是個常數(shù)。M=N/N0,M完全由探測器的結(jié)構(gòu)與外加直流電壓的數(shù)值所決定，稱為氣體放大倍數(shù)，M不隨N0而變化，即N總是與N0成正比的。

Ⅳ：有限正比區(qū)，其特點是M的數(shù)值與N0的大小有關(guān)系，No比較大時M就比較小，即N與N0的正比關(guān)系受到限制。

Ⅴ：G-M區(qū)，是G-M計數(shù)管的工作區(qū)域，N保持定值，僅由計數(shù)管的結(jié)構(gòu)與外加電壓的數(shù)值所決定，與N0無關(guān)。圖中Vs稱為起始電壓，V0--為實際工作電壓，ND和NG為對應(yīng)于電壓VD和VG的探測器的輸出值。描述探測器坪特性的參數(shù)是坪長和坪斜：坪長=VD-VG坪區(qū)輸出變化的百分數(shù)與坪長的比稱為坪斜。

電離室在核電廠反應(yīng)堆的中子注量率測量中常用的氣體探測器有計數(shù)管，裂變室和電離室。計數(shù)管常用于中子注量率比較低的測量，而電離室用于中子注量率比較高的測量，裂變室用于中子注量率由低向高變化的范圍的中子測量。電離室用于收集和測量由入射輻射以及來自電離室結(jié)構(gòu)的次級輻射與電離室內(nèi)確定的、已知體積的氣體相互作用而產(chǎn)生的離子和電子電荷。所收集到的電荷量是入射輻射的一種度量。由于電離室用于中子注量率比較高的場合，其輸出是電脈沖的疊加，所以它的輸出是電流信號，其電流的大小正比于探測器所在處的中子注量率的大小。探測器工作在飽和區(qū)時，探測器有一段坪區(qū)。其“坪斜”是探測器很重要的特性。當(dāng)所測的中子強度不變時，探測器的輸出隨外加電壓V變化的曲線稱為坪曲線。此曲線上的輸出基本上不隨V而改變的一段曲線稱作探測器的“坪”，其長度叫“坪長”，其斜率稱為“坪斜”，一個很好的探測器必須具有很寬的坪。一般為100~300V，坪斜不大于5%（每100V），坪斜為：用來探測中子的電離室通常有圓筒式和平板式兩種，其內(nèi)部電極涂以硼，腔內(nèi)充以惰性氣體（例如氦和氬）。中子與硼反應(yīng)產(chǎn)生的粒子使電離室內(nèi)部氣體電離，在外部電場的作用下有一個正比于中子注量率的電流流過電離室，該電流在負載電阻上就產(chǎn)生一個正比于功率水平的電壓降。

BF3比例計數(shù)探測器

核儀表探測器(2)

長電離室電離室分為長短兩種，長電離室與反應(yīng)堆堆芯一樣長，它分為上下兩段。常用的長電離室有兩節(jié)、四節(jié)和六節(jié)等幾種。每節(jié)都是一個獨立的電離室，對應(yīng)堆芯上部有一至三個電離室，堆芯下部有一至三個電離室。

長電離室（續(xù)）由于電離室輸出為電流信號，所以電離室及其電纜的絕緣就特別重要，絕緣降低將會導(dǎo)致電離室不能正常使用。電離室工作于飽和區(qū)，它主要性能是：測量范圍：約為102n/(cm2·s)~1010n/(cm2·s)；中子靈敏度：約為10-13A/(n.cm-2·s-1)；最高線性電流：約為10-3A；工作電壓：200V~1000V；坪斜＜1%/100V；絕緣電阻：信號線與管殼之間的電阻≥1012Ω；分布電容≤200pf；所帶電纜長度：＞15m。

γ補償電離室(2)γ補償電離室電離室所處的工作場所，都有較強的γ場。所以，在電離室的輸出信號中會含有γ產(chǎn)生的電流。這會影響測量中子注量率的精確度和范圍。但在功率量程范圍內(nèi)中子注量率水平與通量水平相比要高許多倍，在電離室電流中，中子的貢獻比γ射線大得多，因此沒有必要進行補償。但當(dāng)γ的影響不能忽略時，就必須考慮把γ的影響補償?shù)?，為此采用γ補償電離室，像M310壓水堆核電廠中間量程范圍內(nèi)的中子注量率測量就采用γ補償電離室。

γ補償電離室（續(xù)）γ補償電離室由A、B兩個相鄰的小室組成，其結(jié)構(gòu)和內(nèi)部充氣情況完全相同，只是A室內(nèi)壁有10B涂層，接正電壓；B室內(nèi)壁無10B，接負電壓，中間收集電極公用。當(dāng)中子與γ射線同時入射時，A室中產(chǎn)生的電流i1中既含有中子引起的電流in，也有γ射線產(chǎn)生的電流iγ1，即i1=in+iγ1。而B室產(chǎn)生的電流i2僅是由γ射線引起的，即i2=iγ2。因為i1與i2方向相反，輸出電流I是兩個電流之差，如果在所測中子注量率范圍內(nèi)能使iγ1=iγ2，則γ補償電離室的輸出電流I就等于中子電流in。γ補償電離室輸出有三個電極，一個用于輸出信號，另兩個用于加正負高壓，用調(diào)節(jié)所加正負高壓的大小也可調(diào)節(jié)補償能力。在整個測量范圍內(nèi)，補償?shù)男Ч軌蜻_到97%~98%。

γ補償電離室（續(xù)）

裂變電離室裂變電離室是在一個電極上涂有可裂變物質(zhì)（如235U）的脈沖電離室，其原理和結(jié)構(gòu)同于電離室。因為裂變碎片的能量比核反應(yīng)產(chǎn)生的次級離子能量大得多，所以裂變電離室的靈敏度比硼電離室更高，γ射線影響更小，它更適用于更高γ輻射場的中子探測，因為裂變碎片的射程很短，所以裂變材料涂層最厚不超過2mg/cm2，因此為了提高探測效率常做成多層裂變室。

裂變電離室（續(xù)）裂變室在反應(yīng)堆的中子注量率測量中一般用于由源量程向功率量程過渡范圍時中子注量率的測量。其技術(shù)參數(shù)為：中子靈敏度：脈沖式約≥0.8c/n/(cm2·s)；電流式約≥2×10-13A/n/(cm2·s)；最高線性計數(shù)率：約5×105計數(shù)/S；工作電壓：200-800V；坪長：約250V；坪斜:≤3%/100V；絕緣電阻：信號線與管殼之間≥5×109Ω；分布電容：≤300pf；所帶電纜長度：≥15m。在一些核電廠堆芯中子注量率測量系統(tǒng)中使用的就是一種微型裂變室，它的中子靈敏度約為10-17A/n.cm-2·s-1，裂變室的靈敏體長度約為27mm，裂變室的外徑約為4.7mm。

計數(shù)管(4)計數(shù)管計數(shù)管的輸出信號是脈沖信號，脈沖計數(shù)正比于中子注量率的大小。它一般用于核電廠反應(yīng)堆中子注量率測量系統(tǒng)的源量程的中子注量率監(jiān)測。脈沖高度甄別是把想要的脈沖與不想要的脈沖分開的一種比較簡單的方法。常用的計數(shù)管是BF3正比計數(shù)管和涂硼正比計數(shù)管。BF3正比計數(shù)管是一金屬圓管做成的，順著管的軸向緊懸著一根小直徑的集電極（通常用鎢），管內(nèi)充以三氟化硼氣體，硼吸收中子后發(fā)出粒子使三氟化硼電離，一次電離所產(chǎn)生的電子在計數(shù)管內(nèi)電場作用下加速并向集電極移動，這些電子全部到達中心電極后，在負載電阻上就產(chǎn)生一個電壓脈沖，脈沖頻率與中子注量率水平成線性關(guān)系。BF3正比計數(shù)管當(dāng)工作電壓足夠大時，入射中子使BF3氣體發(fā)生所謂“氣體放大”，即次級電子在高電場作用下，在與氣體分子作相鄰兩次碰撞之間的自由程中積累了足夠的能量，以至可以使氣體分子再次被電離，每碰撞一次，電荷載流的數(shù)目增加一倍，電流以倍增系數(shù)A=2n（n為初級電子達到陽極的路徑上與氣體分子碰撞的平均次數(shù)）被放大，利用正比氣體放大的特點制作的中子探測器叫“BF3正比計數(shù)管”，它的氣體放大倍數(shù)A在一定的外加電壓下是常數(shù)，A值甚至可以達到106。BF3正比計數(shù)管（續(xù)）、像電離室一樣，正比計數(shù)管的工作電壓也有一個坪。在任何特定的設(shè)計中，都有一個放大的范圍，在這個范圍內(nèi)，對給定類型的輻射，脈沖都有一個固定的幅度范圍。當(dāng)大于某一最小電壓的脈沖都被記錄下來時，就可出現(xiàn)圖中所示的坪。計數(shù)管工作在坪的范圍內(nèi)可減小對電壓的敏感性。

涂硼正比計數(shù)管當(dāng)中子注量率高過BF3計數(shù)管的測量范圍時，為了減少高中子注量率對BF3計數(shù)管的損傷，除關(guān)掉其高壓電源外，還必須把它從測量孔道提出來，離開高中子注量率場，以保證其使用壽命。這樣給設(shè)計帶來很多麻煩。為此現(xiàn)代核電廠多采用涂硼正比計數(shù)管來代替BF3計數(shù)管，用于源量程的中子注量率的測量。涂硼正比計數(shù)管的靈敏度為8c/(n/(cm2·s))，中心陽極是直徑為25μm的不銹鋼絲，圓筒形陰極是由純鋁制成的。陰極內(nèi)表面涂以10B濃度為92%的硼，兩電極之間相互絕緣，計數(shù)管內(nèi)充以氬氣（Ar）和少量二氧化碳（CO2）。入射中子與硼發(fā)生核反應(yīng)，核反應(yīng)產(chǎn)生的鋰離子和α粒子使氬氣電離，產(chǎn)生電子和正離子。

涂硼正比計數(shù)管（續(xù)）在外電場的作用下，電子和正離子分別向陽極和陰極運動，形成電脈沖（α脈沖）。γ射線也產(chǎn)生電脈沖，但其幅度較小，可利用甄別放大器將它和反應(yīng)堆內(nèi)其它的γ射線產(chǎn)生的小幅度脈沖濾除，只放大α脈沖，從而得到只與中子注量率成比例的計數(shù)。當(dāng)中子注量率高過涂硼正比計數(shù)管的測量范圍時，只須關(guān)掉其高壓電源，而不必把它從測量孔道提出來。計數(shù)管的主要技術(shù)參數(shù)如下：最高線性計數(shù)率：約為5×105計數(shù)/S；本底≤0.1計數(shù)/s；最大工作電壓約為1200V；坪長約100V；坪斜≤40%/100V；絕緣電阻：信號線與管殼之間≥1012Ω；分布電容≤10PF（不帶電纜）；電纜長度≥15m。3.2.堆外中子注量率監(jiān)測儀表反應(yīng)堆核功率的動態(tài)變化范圍達10個數(shù)量級以上。因此，通常采用三種不同量程的通道：源量程通道、中間量程通道以及功率量程通道。由于探測器本身靈敏度的離散性，中子探測物質(zhì)（10B）的燃耗以及系統(tǒng)本身的漂移等因素，堆外核儀表要周期性地利用熱功率和堆內(nèi)中子注量率測量的結(jié)果，對堆外功率量程測量通道進行刻度，以保證其所測電流與反應(yīng)堆功率呈線性關(guān)系。

3.2.1堆外中子注量率監(jiān)測儀表的功能堆外中子注量率監(jiān)測儀表對核電廠反應(yīng)堆的正常啟動、運行和安全保護起很重要的作用。

1）堆外核儀表的信息與控制功能堆外核測量系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測反應(yīng)堆功率、功率變化和功率分布狀況。把在反應(yīng)堆裝料、停堆以及啟動過程和功率運行等工況下中子注量率的信息提供給操縱員。功率量程的一個中子注量率信號，用于控制棒的速度控制程序，調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)有中子噪音測量線路，用來評估反應(yīng)堆內(nèi)部構(gòu)件的振動響應(yīng)。源量程設(shè)有計數(shù)率音響裝置和報警，在反應(yīng)堆啟動和停閉時在控制室和反應(yīng)堆廠房內(nèi)，用音響提醒有關(guān)人員。2）堆外核儀表的保護功能反應(yīng)堆的中子注量率信號是核電廠的非常重要的保護參數(shù)。一旦這些參數(shù)越限，則給出觸發(fā)安全保護動作信號。核測量系統(tǒng)在中子注量率密度高以及中子注量率密度變化率高時，能發(fā)出觸發(fā)停堆信號。核測量系統(tǒng)同時給出軸向功率偏差信號，以防止一回路冷卻劑在堆內(nèi)局部沸騰和燃料組件內(nèi)局部超功率。把反應(yīng)堆總功率和軸向功率分布信息送給有關(guān)系統(tǒng)，并能給出越限報警信號。核儀表系統(tǒng)的三個量程測量通道，可以覆蓋11個數(shù)量級的功率范圍。從停堆換料直到滿功率的200%范圍對功率進行監(jiān)測.源量程有四個完全相同且獨立的測量通道。能在反應(yīng)堆停閉和電廠初始啟動時，給出冗余的低通量測量信號，對于大亞灣核電站：中子注量率密度范圍為：

(10-1~2×105)n/(cm2·s)；相當(dāng)于(10-9~10-3)%FP。中間量程通道也是由4個相同且完全獨立的通道構(gòu)成。系統(tǒng)、在中子注量率密度(2×102~5×1010)n/(cm2·s)，即(10-6~102)%FP測量范圍，給出冗余的中子探測信號。功率量程有4個相同的獨立測量通道。探測器是二節(jié)非γ補償電離室?？山o出4路冗余的上、下兩段中子電流信號和總的平均中子注量率密度電流信號。測量范圍為(5×102~5×1010)n/(cm2·s)，相當(dāng)于(10-6~102)%FP的相對功率范圍。

3.2.2堆外中子注量率監(jiān)測儀表的的設(shè)計原理每個量程通道都設(shè)有超功率停堆信號，在反應(yīng)堆正常啟動升功率中，在達到這些停堆閾值前，操縱員必須手動干預(yù)，以閉鎖這些信號，使升功率連續(xù)正常進行。這些允許信號PX，實際是禁止低量程超限的停堆信號，通過上一級量程的允許線路，來手動解除下一級量程的保護設(shè)定，當(dāng)功率下降時，這些保護自動恢復(fù)功能。源量程在功率約為10-4%FP時設(shè)一超功率保護信號，正常時它由中間量程（4取2）發(fā)出的P6信號允許閉鎖（大約在10-5%FP處）。中間量程保護約在25%FP，由功率量程的P10信號（10%FP）允許閉鎖；而功率量程的P8（約在30%FP處）信號，則是允許在此功率以上，一回路流量低或主泵停止運行時，給出停堆信號；此量程的P16（40%FP，通道4取2），則允許高于此功率而汽輪機跳閘時，使停堆有效。*FP：額定功率AU：緊急停堆

各量程的停堆保護

各量程的允許信號為保證系統(tǒng)可靠性，核儀表系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)考慮：單一故障準則：系統(tǒng)內(nèi)單一故障或單次事件引發(fā)的多故障并不防礙在系統(tǒng)需發(fā)出保護動作時的保護功能。冗余：為滿足單一故障準則，核儀表在各量程都考慮了整個通道的完整冗余。源量程、中間量程、功率量程通道均是4級冗余。通道的獨立性：所有提供同一保護功能的信號的通道在結(jié)構(gòu)上和電氣上是相互獨立的，在實體上是隔離的。電氣上要隔離設(shè)備輸出端任何可能故障都不影響輸入端所連設(shè)備的正常工作，結(jié)構(gòu)上則要求隨機事件和設(shè)計基準事件不能影響保護功能。在役檢驗：核儀表系統(tǒng)要求能進行在役檢驗，檢驗應(yīng)盡量包括從敏感元件到保護動作輸出部分。進行在役檢驗時間應(yīng)盡量短，并不應(yīng)引起誤動作?？刂葡到y(tǒng)故障不能影響保護系統(tǒng)：一個既用于控制又用于保護的核儀表，它構(gòu)成了保護通道的一部分。因此，必須要求這些堆外核測量儀表在其下游出現(xiàn)一個故障時，不能干擾和妨礙保護通道的功能。這個準則要求使用輸入-輸出隔離放大器，當(dāng)放大器輸出端出現(xiàn)諸如短路、接地或不可接受的最大電壓時，并不影響輸入端。旁通控制：當(dāng)運行中需要旁通某一量程的保護信號，必須要有允許旁通的信號控制，否則旁通是無效的。

核測量儀表的特殊性探測器的信號幅值十分微弱，不管輸出脈沖量還是直流電流量都是如此。像裂變室和計數(shù)管這類輸出脈沖的探測器，單個脈沖平均電荷數(shù)只是10-13C（庫倫）級，而電離室輸出的電流也只在10-12至10-3A之間。對這些弱信號的處理要求采取特殊的技術(shù)措施。探測器信號處理時應(yīng)考慮探測器內(nèi)阻非常高的特點。脈沖電路的通頻帶要求很寬，從1HZ直到106HZ以上；測量范圍寬，整個測量范圍達11個數(shù)量級以上，脈沖工作達6個數(shù)量級，電流工作范圍達8個數(shù)量級；核探測器靠近反應(yīng)堆壓力容器，周圍具有強輻射和較高的溫度；

下面是大亞灣核電站的源量程、中間量程（用補償電離室）和功率量程探測器的布置圖。3.2.3堆外中子注量率監(jiān)測儀表一般結(jié)構(gòu)3.2.4各量程的核儀表的基本結(jié)構(gòu)及原理源量程設(shè)有四個相同的獨立測量通道。測量中子注量率的范圍為(0.1～2×105)n/(cm2·s)。源量程探測器用的是BF3計數(shù)管，由專用高壓電源經(jīng)前置放大器供給所需高壓。由探測器出來的脈沖經(jīng)前置放大器放大,把信號經(jīng)過電纜送入控制室的計數(shù)裝置。計數(shù)裝置由線性放大器，脈沖甄別器以及顯示部件組成。甄別器可以用來甄別掉γ射線引起的脈沖和其它噪聲干擾脈沖，這些引入誤差的脈沖幅度都比中子脈沖小。在物理啟動時間，中子水平以單位時間內(nèi)的中子脈沖數(shù)目來表示，所以計數(shù)裝置還帶有定標器以顯示脈沖數(shù)。為了對中子水平進行監(jiān)測，在計數(shù)裝置上往往還附設(shè)有音響部件，作為安全監(jiān)測設(shè)施，音響頻率與堆中子水平成正比。中子水平反映堆功率輸出，因此，為了顯示堆功率上升的情況，在中子計數(shù)裝置的輸出端還接有計數(shù)率表，計數(shù)率表的輸出不是脈沖數(shù)而是連續(xù)顯示與單位時間的脈沖數(shù)成正比的模擬量。為了擴大輸出范圍，往往還采用把輸出信、號對數(shù)化后再顯示，對數(shù)計數(shù)率表的輸出可以顯示5~6個數(shù)量級的范圍。在反應(yīng)堆啟動過程中，堆功率倍增周期也是一個很重要的參數(shù)。過去常規(guī)作法是對反應(yīng)堆的功率取對數(shù)再進行微分來求得周期。

源量程測量儀表（續(xù)）源量程核測儀表也有四個通道（M310只有兩個通道）源量程核測儀表還要輸出下列邏輯信號：（1）“源量程緊急停堆”信號，當(dāng)堆功率超過P6信號時，可以手動閉鎖此信號。（2）“通道試驗或故障”報警信號。當(dāng)測量電路出現(xiàn)故障時或進行試驗時產(chǎn)生此信號。（3）當(dāng)源量程未被旁通時，任何源量程探測器失去高壓電源均給出“探測器喪失高壓電源”報警信號。（4）當(dāng)源量程核儀表處于旁通狀態(tài)時，如果高壓電源未斷開或意外接通，則應(yīng)給出“高壓電源異?！眻缶?/p>

中間量程測量儀表裂變電離室（M310為補償電離室）輸出的電流正比于中子注量率。經(jīng)對數(shù)放大器后，變成正比于電離室電流的對數(shù)的電壓信號。中間量程有四個通道（M310只有兩個通道）。還給出下列邏輯信號：(1)“中間量程功率高緊急停堆信號”，(2)P6=10-5％FP，當(dāng)功率P≥P6時，”允許操縱員手動閉鎖源量程的緊急停堆信號P6”。(3)“提棒閉鎖信號C1”，C1=20％FP，當(dāng)功率P≥C1時，自動閉鎖控制棒的提升。(4)裂變電離室高壓電源喪失，給出“探測器喪失高壓電源”報警。

功率量程核儀表功率量程與中間量程重迭1—2個數(shù)量級，通常測量范圍為3個量級。功率量程設(shè)置四個相互獨立的測量通道。所使用的探測器是非補償長電離室，由兩個敏感段組成，其中一個敏感段處于堆芯上部，一個處于堆芯下部。每個敏感段均加約550V的電壓。

堆芯上、下部敏感段的電流信號經(jīng)過各自的可變增益放大器，即得到代表堆芯上、下部的功率水平信號PH和PB堆芯上部功率與堆芯下部功率之和P代表反應(yīng)堆總功率。四個功率量程通道的P通過高選器選出最大的值送至一次冷卻劑平均溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于平均溫度的控制。堆芯上部功率減去堆芯下部功率，即為軸向功率偏差△I。該信號一路經(jīng)隔離模塊送去顯示、記錄、集中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，另一路經(jīng)隔離模塊送出用以計算超溫△T保護和超功率△T保護的整定值，輸出到反應(yīng)堆保護系統(tǒng)（PMS）。當(dāng)前的中子注量率水平P與2s前的中子注量率水平相減再加上校正信號，則產(chǎn)生中子注量率變化率信號。如果此變化率信號超過給定閾值時，則產(chǎn)生“中子注量率增加過快”緊急停堆信號；如果此變化率信號低于預(yù)定閾值時，則產(chǎn)生“中子注量率減少過快”緊急停堆信號。前者用來限制彈棒事故后果，后者用來限制掉棒事故后果。這兩個信號統(tǒng)稱“中子注量率變化率過快緊急停堆”。功率量程儀表還輸出下列主要邏輯信號：(1)“功率量程（高閾值）緊急停堆信號”，此信號不能閉鎖。(2)“功率量程（低閾值）緊急停堆信號”，給出觸發(fā)停堆信號。當(dāng)反應(yīng)堆功率達到10%FP時，出現(xiàn)P10信號，允許手動閉鎖“功率量程（低閾值）緊急停堆信號”。(3)當(dāng)中子注量率變化率|dp/dt|≥5%FP/2s時，給出“中子注量率變化率超過定值觸發(fā)停堆信號”；3.3堆芯儀表系統(tǒng)在滿功率的情況下，動力堆芯部的熱中子注量率要比堆芯外的中子注量率大103倍，同樣地，堆內(nèi)場要比堆外的大103倍高的工作壓力。對大型核電廠，必須了解從堆芯中子注量率測量系統(tǒng)獲取的信息，以便能夠確定堆芯是否工作在預(yù)定的安全限度內(nèi)。堆芯測量系統(tǒng)的設(shè)計要考慮到堆芯環(huán)境。環(huán)境包括高中子注量率（大于1013n·cm-2·s-1)）、強場（大于108R/h）、高溫（大于300℃）、高壓力（15MPa）以及由冷卻劑流動或沸騰引起的振動.另一個因素是空間的限制。堆芯敏感元件必須結(jié)實到足以經(jīng)受得到核輻射、熱和機械力環(huán)境的苛刻條件，并且必須小到足以適應(yīng)可以利用的空間。

3.3.1堆芯儀表系統(tǒng)的組成

我國核電廠的堆芯中子注量率測量的探測器主要有：移動式微型裂變室（M310,CPR1000);自給能中子探測器(AP1000，田灣核電廠，秦山三期重水堆);活化探測球(EPR);壓水堆堆芯測量包括堆芯水位測量、堆芯溫度測量和堆芯中子注量率測量。堆芯水位測量主要反映各種工況下堆芯淹沒情況;堆芯溫度測量是用熱電偶測量堆芯內(nèi)溫度分布。計算出對應(yīng)的飽和溫度值，以便給出對應(yīng)于實際溫度的飽和溫度裕度。

3.3.2AP1000堆芯儀表系統(tǒng)（IIS)堆芯儀表系統(tǒng)通過測量堆芯軸向和徑向的中子注量率提供在線的三維堆芯功率分布圖，用于判斷當(dāng)前反應(yīng)堆功率分布是否在規(guī)定的運行范圍內(nèi)，并可用來標定堆外核測儀表。堆芯儀表系統(tǒng)的堆芯出口溫度測量信號可以為保護和監(jiān)測系統(tǒng)（PMS)及多樣化驅(qū)動系統(tǒng)（DAS)提供事故后堆芯冷卻的監(jiān)測。3.3.2.1.系統(tǒng)功能和系統(tǒng)組成

IIS包括：堆芯儀表指套管組件(IITA)，用來放置固定式堆芯中子探測器和熱電偶組件。相關(guān)的信號處理和數(shù)據(jù)處理設(shè)備。堆芯儀表系統(tǒng)框圖堆芯儀表指套管組件

在堆芯內(nèi)分布圖A.傳感器

IIS共有42個堆芯儀表指套管組件（IITA)，每個組件包括七個固定式堆芯熱中子釩自給能探測器（SPD)，套管中的一個礬探測器的靈敏帶對應(yīng)整個反應(yīng)堆堆芯高度，大約從活性區(qū)頂部到離活性區(qū)底部，其余六個礬探測器以最長礬探測器的七分之一長度順序遞減和一個堆芯出口熱電偶(CET)。固定式堆芯中子探測器的輸出信號在安全殼內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并在安全殼外進行多路分配傳輸。指套管組件貫穿反應(yīng)堆壓力容器頂部，在所有的設(shè)計基準事件下必須保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的完整性。IITA屬于儀表管，因此指套管組件屬于AP1000設(shè)備安全分級的B級，抗震l類。

總數(shù)294個釩自給能探測器分布在堆芯的軸向和徑向空間中，探測三維堆芯功率分布。這些探測器不參與保