第八章反應(yīng)堆核測(cè)量與輻射監(jiān)測(cè)

核工程檢測(cè)技術(shù)2023/2/61核工程檢測(cè)技術(shù)第八章反應(yīng)堆核測(cè)量與輻射監(jiān)測(cè)2023/2/62核工程檢測(cè)技術(shù)反應(yīng)堆運(yùn)行監(jiān)測(cè)包括功率(中于通量)監(jiān)側(cè)、輻射監(jiān)測(cè)和熱工參數(shù)監(jiān)測(cè)三部分。功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要職能是監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆從釋熱到發(fā)電的整個(gè)過(guò)程，并為功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)輸送信號(hào)，以確保反應(yīng)堆的安全運(yùn)行；輻射監(jiān)測(cè)的任務(wù)是測(cè)量核輻射所造成的劑量和排放物的放射性水平，防止工作人員遭受γ射線的外照射以及由放射性氣體或氣溶膠引起的內(nèi)照射所帶來(lái)的危害，根據(jù)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指示也可以判斷反應(yīng)堆運(yùn)行的安全性。2023/2/63核工程檢測(cè)技術(shù)第一節(jié)核儀表的工作原理一、概述在核電站中有各種核輻射測(cè)量任務(wù)，一個(gè)核輻射檢測(cè)裝置通常由核輻射探測(cè)器、探測(cè)器輸出信號(hào)的處理儀器和其它一些附屬設(shè)備組成,核輻射探測(cè)器是完成測(cè)量任務(wù)的關(guān)鍵部件。核輻射探測(cè)器的主要作用是使進(jìn)入探測(cè)器靈敏區(qū)域的核輻射轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)處理設(shè)備能夠接收的信號(hào)，例如電信號(hào)、光信號(hào)、聲信號(hào)、熱信號(hào)等。2023/2/64核工程檢測(cè)技術(shù)

使用最多的三類探測(cè)器：氣體探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器和閃爍探測(cè)器。這三類探測(cè)器都是把核輻射轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再由電信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行分析和處理。在學(xué)習(xí)這三類探測(cè)器時(shí)需要了解和掌握的三個(gè)主要方面：探測(cè)器把核輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的物理過(guò)程；探測(cè)器的輸出回路及其與探測(cè)器輸出電信號(hào)的關(guān)系；探側(cè)器的主要技術(shù)指標(biāo)及其用途。2023/2/65核工程檢測(cè)技術(shù)探側(cè)器把核輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的物理過(guò)程在很大程度上決定了探測(cè)器的主要技術(shù)性能和作用。第一個(gè)階段：入射的粒子，如果不是帶電的，如γ光子和中子，則通過(guò)與探測(cè)器物質(zhì)的相互作用，轉(zhuǎn)變或產(chǎn)生出帶電粒了，這些帶電粒子在探測(cè)器內(nèi)的一個(gè)特定區(qū)域使原子或分子電離和激發(fā)；第二個(gè)階段：初電離或激發(fā)的原子，在探測(cè)器的外加電場(chǎng)中作定向移動(dòng)，因而在探測(cè)器外部負(fù)載電路中給出一個(gè)電流信號(hào)，稱為探測(cè)器的本征電流信號(hào)。2023/2/66核工程檢測(cè)技術(shù)二、氣體探測(cè)器這里主要是指電離室、正比計(jì)數(shù)器和G－M計(jì)數(shù)器等。因?yàn)檫@三種探測(cè)器將核輻射轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的物理過(guò)程都是在探測(cè)器內(nèi)充特定氣體的特定體積中進(jìn)行的，所以它們統(tǒng)稱為氣體探測(cè)器。氣體探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖如右上所示。2023/2/67核工程檢測(cè)技術(shù)(一)氣體電離寶電離室的工作原理可簡(jiǎn)要地概括為：當(dāng)核輻射通過(guò)一個(gè)中間充有空氣，兩極加上電壓的容器時(shí)，容器內(nèi)空氣就產(chǎn)生電離。若容器兩極間所加的電壓足夠高的話，而且正負(fù)離子的復(fù)合和損失可以忽略不計(jì)，即所有形成的離子幾乎全部被收集，這時(shí)測(cè)量電路中的電流達(dá)到飽和。電離室就是利用核輻射對(duì)物質(zhì)的電離作用，使其工作特性處于飽和電流區(qū)間的檢測(cè)裝置。用電離室作輻射探測(cè)器，則可以用核輻射劑量單位直接進(jìn)行刻度，并且可以測(cè)量強(qiáng)輻射場(chǎng)，但要求具有高的絕緣性能、這是由于它受溫度和濕度的影響大，容易產(chǎn)生露電。2023/2/68核工程檢測(cè)技術(shù)(二)正比計(jì)數(shù)管正比計(jì)數(shù)器有以下幾個(gè)特點(diǎn)(1)正比計(jì)數(shù)器的脈沖高度比電離室增大A倍，因此降低了對(duì)放大器的要求。(2)由于在一定的工作電壓下A是常數(shù)，所以正比計(jì)數(shù)器輸出脈沖幅度正比于入射粒子能量，因此，它和脈沖電離室一樣，具有較高的靈敏度。正比計(jì)數(shù)器原則只要有一對(duì)離子就可能分辨出來(lái)，因此．適于探測(cè)低能或比電離低的粒子。(3)由于A隨工作電壓而變化，因此，工作中對(duì)電源電壓的穩(wěn)定性要求很高，一般不穩(wěn)定性＜0.1％。即能測(cè)重粒子的能量，又能測(cè)其強(qiáng)度，主要用途是用來(lái)測(cè)β射線。2023/2/69核工程檢測(cè)技術(shù)(三)蓋革－彌勒計(jì)數(shù)管蓋革－彌勒計(jì)數(shù)管(簡(jiǎn)寫(xiě)G－M計(jì)數(shù)管)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。靈敏度很高，而價(jià)格便宜，能滿足測(cè)量的多方面要求，是目前應(yīng)用得相當(dāng)普遍的一種探側(cè)工具。G－M計(jì)數(shù)管結(jié)構(gòu)2023/2/610核工程檢測(cè)技術(shù)計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)與外加電壓的關(guān)系Ⅰ復(fù)合區(qū)：電極收集到離子對(duì)數(shù)目N低于由帶電粒子產(chǎn)生的總的離子對(duì)數(shù)目N0。N0中有部分因?yàn)閺?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(duì)數(shù)目N正好等于帶電粒子產(chǎn)生的總的離子對(duì)數(shù)目N0，即電極收集到的離子對(duì)數(shù)目達(dá)到飽和。2023/2/611核工程檢測(cè)技術(shù)計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)與外加電壓的關(guān)系Ⅲ正比區(qū)：這是正比計(jì)數(shù)管通常選擇的工作區(qū)域，其特點(diǎn)是N與N0的比值是個(gè)常數(shù)，M＝N/N0，M完全由探測(cè)器的結(jié)構(gòu)與外加直流電壓的數(shù)值所決定，稱為氣體的放大倍數(shù)。M不隨N0而變化，即N總是N0成正比。2023/2/612核工程檢測(cè)技術(shù)計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)與外加電壓的關(guān)系Ⅳ有限正比區(qū)：其特點(diǎn)是M的數(shù)值與N0大小有關(guān)。N0比較大時(shí)M就比較小，即N與N0的正比關(guān)系受到限制。ⅤG－M區(qū)：是G－M計(jì)數(shù)管的工作區(qū)域，其特點(diǎn)是M保持定值，僅由計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)與外電壓的數(shù)值決定，與N0無(wú)關(guān)。2023/2/613核工程檢測(cè)技術(shù)1.G－M計(jì)數(shù)管的特點(diǎn)(1)無(wú)法甄別射線的種類，若測(cè)β和γ混合場(chǎng)時(shí)則采用吸收層甄別掉β射線，以達(dá)到測(cè)量β射線的目的；(2)不宜于測(cè)量強(qiáng)γ輻射場(chǎng)，因?yàn)榇嬖诩s10－4秒的“失效時(shí)間”，在測(cè)量強(qiáng)γ輻射時(shí)會(huì)有漏計(jì)數(shù)；(3)適用于低輻射場(chǎng)的測(cè)量，因?yàn)樗哂休^高的測(cè)量靈敏度；(4)不需放大器，這就降低了計(jì)數(shù)設(shè)備的價(jià)格，因?yàn)闅怏w放大倍數(shù)很大；(5)只能用作粒子強(qiáng)度的測(cè)量，不能用于入射粒子能量的測(cè)量。2023/2/614核工程檢測(cè)技術(shù)2.G－M計(jì)數(shù)管的特性G－M計(jì)數(shù)管的坪曲線(1)坪特性在放射源強(qiáng)度不變的情況下，計(jì)數(shù)率隨外加電壓v變化的曲線稱為坪曲線，此曲線上計(jì)數(shù)率基本上不隨v而改變的一段直線稱作計(jì)數(shù)管的“坪”，其長(zhǎng)度叫“坪長(zhǎng)”，其斜率稱為“坪斜”，一個(gè)很好的計(jì)數(shù)管必須具有很寬的坪。一般為（100－300）V，坪斜不大于每100V5％。2023/2/615核工程檢測(cè)技術(shù)G－M計(jì)數(shù)管的坪曲線Vs稱為起始電壓，VD－VG稱為“坪區(qū)”，即坪長(zhǎng)，V0稱為實(shí)際工作電壓。即有式中：ND和NG為對(duì)應(yīng)于電壓VD和VG的計(jì)數(shù)率。2023/2/616核工程檢測(cè)技術(shù)(2)死時(shí)間

死時(shí)間又稱為失效時(shí)間，是G－M計(jì)數(shù)管不能對(duì)入射粒子計(jì)數(shù)的時(shí)間，一般約在(100－300)μs間。之所以有死時(shí)間，是因?yàn)橛?jì)數(shù)管在“雪崩電離”之后，正離子鞘屏蔽了電場(chǎng)，造成一定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的失效。用τ表示死時(shí)間，對(duì)于輻射的絕對(duì)測(cè)量，可以按下列式于對(duì)死時(shí)間的影響進(jìn)行校正：式中：N0為真正計(jì)數(shù)率；N為實(shí)測(cè)計(jì)數(shù)率。2023/2/617核工程檢測(cè)技術(shù)(3)探測(cè)效率

探測(cè)效率為一個(gè)粒子通過(guò)計(jì)數(shù)管的靈敏體積而能引起輸出脈沖的幾率。

G－M計(jì)數(shù)管應(yīng)用相當(dāng)廣泛，可作α、β、γ射線強(qiáng)度的相對(duì)測(cè)量以及β源放射性的絕對(duì)測(cè)量，可用于固定式也可用于便攜式儀器上。2023/2/618核工程檢測(cè)技術(shù)三、固體探測(cè)器利用輻射與固體的相互作用來(lái)進(jìn)行輻射測(cè)量的探測(cè)器，稱為固體探測(cè)器。(一)閃爍計(jì)數(shù)器所謂閃爍計(jì)數(shù)器就是根據(jù)射線照射在某些閃爍體上能使它發(fā)出閃光的原理進(jìn)行測(cè)量的一種探測(cè)器。閃爍計(jì)數(shù)器是由閃爍體、光電倍增管和電子線路所組成。2023/2/619核工程檢測(cè)技術(shù)①閃爍計(jì)數(shù)器的工作原理閃爍計(jì)數(shù)器工作原理示意圖當(dāng)射線照在閃爍體上后發(fā)出熒光，利用光導(dǎo)和反光材料，使大部分熒光光子收集到光電倍增管的光陰極上。光子在對(duì)光靈敏的陰極上打出光電子，這些光電子經(jīng)過(guò)光電倍增管倍增、放大，倍增后的電子在陽(yáng)極上產(chǎn)生電壓脈沖，此脈沖被電子線路放大和分析后記錄下來(lái)，這樣就可以對(duì)粒子進(jìn)行探測(cè)了。2023/2/620核工程檢測(cè)技術(shù)②閃爍體閃爍體的發(fā)光是由于帶電粒子通過(guò)閃爍體時(shí)，它的內(nèi)部原子或分子被激發(fā)處于高能級(jí)，而再隨即恢復(fù)到低能級(jí)(基態(tài))時(shí)就輻射出光子；對(duì)γ射線來(lái)說(shuō)，是由于γ光子在閃爍體內(nèi)產(chǎn)生次級(jí)電子，這些次級(jí)電子能使閃爍體內(nèi)的分子或原子激發(fā)而產(chǎn)生閃光。閃光的持續(xù)時(shí)間一般為10－6秒的數(shù)量級(jí)或更短。2023/2/621核工程檢測(cè)技術(shù)一般可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類。無(wú)機(jī)晶體有單晶體(Tl激活的NaI和Tl激活的CsI)和粉末晶體(Ag激活的ZnS)。有機(jī)閃爍體又可分為有機(jī)晶體、有機(jī)溶液和塑料閃爍體等。晶態(tài)閃爍體多數(shù)是由一些超純物質(zhì)加上微量的摻雜物質(zhì)在高溫下結(jié)晶而成。閃爍體的分類2023/2/622核工程檢測(cè)技術(shù)③光電倍增管光電倍增管是閃爍計(jì)數(shù)器中最重要的部件之一，它的作用是把閃爍體的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且充當(dāng)一個(gè)放大倍數(shù)大于105的放大器。光電倍增管是一個(gè)光陰級(jí)和多個(gè)倍增電極(又稱打拿極)以及一個(gè)陽(yáng)極組成。2023/2/623核工程檢測(cè)技術(shù)

光電倍增管的工作電壓(高壓v)在實(shí)際應(yīng)用中也要注意選擇。按與電極的接法有：正高電極和負(fù)高電極接法。正高壓的優(yōu)點(diǎn)是可以減少光電倍增管的噪聲，這是因?yàn)殛帢O與外套(接地)之間是等電位的，沒(méi)有微弱放電產(chǎn)生的噪聲，其缺點(diǎn)是輸出端隔直電容要耐高壓、又要接頭絕緣可靠，以免發(fā)生危險(xiǎn)。負(fù)高壓：其接法是陽(yáng)極接地，陰極加負(fù)高壓，這樣就避免了正高壓接法的缺點(diǎn)。但卻增大光電倍增管的噪聲，故在噪聲的要求不高的情況下可以使用。2023/2/624核工程檢測(cè)技術(shù)(1)光電倍增管的主要指標(biāo)及影響因素①總靈敏度它出管子的倍增系數(shù)和光陰極發(fā)射光電子的靈敏度決定，用安/流明（光通量單位）?？傡`敏度隨外加電壓而增加。②暗電流它由下述幾個(gè)原因而產(chǎn)生a.各電極，特別是光陰極和前幾個(gè)打拿極的熱電子發(fā)射；b.電極間絕緣材料，管座和管子漏電電流；c.強(qiáng)電場(chǎng)下才引起的冷電子發(fā)射(場(chǎng)致發(fā)射)；d.管子內(nèi)剩余氣體被訊號(hào)電離，可能發(fā)生光反饋或正離子反饋，它隨工作電壓的增加而增加。暗電流對(duì)低能射線的測(cè)量影響較大，必須設(shè)法盡量減少，工作時(shí)仔細(xì)挑選暗電流小的管子，采取冷卻、清潔等措施，以滿足工作要求。2023/2/625核工程檢測(cè)技術(shù)③光陰極光陰極接受光子而放出光電子，是光電倍增管最主要的部分，直接影響光電倍增管的靈敏度及分辨率。光陰極的好壞主要是由陰極材料及窗材料所決定，一般應(yīng)選用靈敏度高(即光電轉(zhuǎn)換效率高)、靈敏層均勻、與所用熒光體具有合適的光譜響應(yīng)的管子。④分辨時(shí)間通常在10－9秒數(shù)量級(jí)。一般要求選用總靈敏度高，暗電流及本底脈沖低，分辨時(shí)間短，光譜響應(yīng)好，性能穩(wěn)定，能長(zhǎng)期工作的光電倍增管。強(qiáng)放射性測(cè)量時(shí)，還應(yīng)考慮光負(fù)載能力大等性能。2023/2/626核工程檢測(cè)技術(shù)(2)光電倍增管使用時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)①在探頭的暗盒透光的情況下(即使透光很少)，決不能加高壓；②為了減少噪音，在正式開(kāi)始上作前幾小時(shí)先加上電壓，使光電倍增管達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)；③如輸出脈沖很大，在采取降低高壓、選取用級(jí)數(shù)合適的管子等措施后脈沖仍很大則可以把后幾個(gè)極聯(lián)在一起。如要得到正脈沖，可把最后第二個(gè)打拿極作為輸出端；2023/2/627核工程檢測(cè)技術(shù)④分壓電阻采用高穩(wěn)定電阻，并且最好直接焊接在管座上。關(guān)鍵在于管座的材料必須是良好的絕緣體。⑤對(duì)于聚焦式光電倍增管，各極間電壓有確定的關(guān)系，因此要嚴(yán)格調(diào)整各極間的電壓比，以達(dá)到最好的聚焦條件，尤其是調(diào)節(jié)前三個(gè)打拿極的電壓比最為重要；⑥磁場(chǎng)對(duì)光電倍增管的工作有很大的影響，當(dāng)光電倍增管改變?nèi)∠驎r(shí)，地磁場(chǎng)也可能影響它的正常工作（主要是環(huán)狀聚焦型），因此在磁場(chǎng)附近以及作精確測(cè)量時(shí)，必須采用磁屏蔽措施。2023/2/628核工程檢測(cè)技術(shù)④閃爍計(jì)數(shù)器的應(yīng)用(2)γ射線探測(cè)用NaI(Tl)可做成不同大小的各種形狀，探測(cè)效率有的高達(dá)50％∽60％，設(shè)法降低本底以后，可以進(jìn)行很弱γ放射性的測(cè)量。(1)α粒子的探測(cè)最有效的閃爍體是ZnS(Ag)，它對(duì)α粒子發(fā)光效率高，探測(cè)效率幾乎達(dá)100％．所以當(dāng)α、β同時(shí)存在時(shí)，α脈沖易與β區(qū)別。2023/2/629核工程檢測(cè)技術(shù)(3)β粒子的探側(cè)最常用的是有機(jī)閃爍體，可做成任意大小的晶體、液體、固溶體。β塑料閃爍體，具有較短的死時(shí)間、較長(zhǎng)的壽命和較好的穩(wěn)定性。測(cè)量低能β粒子，如在測(cè)量氚、碳－14時(shí)，測(cè)量用液體閃爍計(jì)數(shù)器十分有效，它具有高靈敏度、高效率、避免窗和

源的自吸收、使用方便和測(cè)量迅速等優(yōu)點(diǎn)，能適用多種形式的環(huán)境和生物樣品的測(cè)量。2023/2/630核工程檢測(cè)技術(shù)(二)半導(dǎo)體探測(cè)器（1）工作原理用半導(dǎo)體材料制成的將射線能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的探測(cè)器，它是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型核輻射探測(cè)器，又稱半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器。

實(shí)質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體材料高摻雜的較大體積的晶體二極管。入射粒子進(jìn)入半導(dǎo)體探測(cè)器后，產(chǎn)生空穴-電子對(duì)，這些空穴-電子對(duì)被探測(cè)器兩電極的電場(chǎng)分開(kāi)，并分別被陰極和陽(yáng)極收集，產(chǎn)生同射線粒子交出的能量成正比的輸出脈沖信號(hào)，從而可探測(cè)射線的強(qiáng)度。

2023/2/631核工程檢測(cè)技術(shù)（2）半導(dǎo)體探測(cè)器的種類A擴(kuò)散結(jié)構(gòu)P型硅的一側(cè)表面上擴(kuò)散入一薄層Ⅴ價(jià)的磷使之成為N型硅，從而構(gòu)成P－N結(jié)。這種P－N結(jié)半導(dǎo)體中，N型硅一般做得很薄只約(0.1～1)μm。2023/2/632核工程檢測(cè)技術(shù)B面壘型在一片N型硅表面蒸上薄薄的一層金而制成。金屬薄約幾百個(gè)原子層。這一金屬－半導(dǎo)體界面有整流特性，也形成耗盡層。工作時(shí)以涂金層作為陰極、以N型硅作為陽(yáng)極。是利用金和半導(dǎo)體之間接觸電勢(shì)差，在半導(dǎo)體中形成沒(méi)有自由載流子的耗盡層，即是探測(cè)器的靈敏區(qū)。

2023/2/633核工程檢測(cè)技術(shù)C鋰漂移型為了探測(cè)穿透能力較強(qiáng)的γ射線，要求探測(cè)器有更大的靈敏區(qū)。這種效果通常是使鋰漂移進(jìn)入P型半導(dǎo)體材料,進(jìn)行補(bǔ)償而獲得。由于鍺比硅對(duì)γ射線有更高的探測(cè)效率，故一般采用鍺（鋰）漂移探測(cè)器。這種探測(cè)器的靈敏體積可大于200厘米3。但是,由于其死層較厚，故在探測(cè)較低能量的X射線時(shí),往往采用硅（鋰）漂移探測(cè)器。鋰漂移型探測(cè)器的另一個(gè)特點(diǎn)，是當(dāng)它被用來(lái)探測(cè)X及γ射線時(shí)必須保持在低溫(77K)和真空中工作。2023/2/634核工程檢測(cè)技術(shù)（3）半導(dǎo)體探測(cè)器的性能優(yōu)缺點(diǎn)能量分辨本領(lǐng)高在硅中形成一個(gè)電子－空穴對(duì)需要3.5eV的能量，在鍺中需要2.94eV，在氣體電離室中需要30eV左右，閃爍計(jì)數(shù)器則要(100～500)eV，這意味著能量為5MeV的α粒子能在硅中形成1.43xl06電子空穴對(duì)，統(tǒng)計(jì)漲落按泊松分布估計(jì)時(shí)是1.2x103電子空穴對(duì)，半峰值寬度(FWHM)為10keV左右，而氣體探測(cè)器的半峰值寬度是29keV，閃爍計(jì)數(shù)器約為90keV。所以，高分辨本領(lǐng)是半導(dǎo)體探測(cè)器的固有性質(zhì)，是由于它所需要的電離能量小決定的。除此之外，這種器件的分辨率還與入射窗效應(yīng)、外加偏壓大小及環(huán)境溫度有關(guān)。2023/2/635核工程檢測(cè)技術(shù)在半導(dǎo)體探測(cè)器中，射線的能量損失與生成的電子－空穴對(duì)的數(shù)目間的線性關(guān)系好．即輸出脈沖幅度與能量成正比，所以在能量的測(cè)量方面得到了廣泛的應(yīng)用。此外還有分辨時(shí)間短，空間分辨率好，靈敏度高，體積小，壽命長(zhǎng)，堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。線性關(guān)系2023/2/636核工程檢測(cè)技術(shù)缺點(diǎn)

1)能量響應(yīng)差，不能做絕對(duì)測(cè)量用；2)輸出的信號(hào)與輻照的劑量率有關(guān)，即輻射損傷效應(yīng)（累計(jì)劑量達(dá)到一定程度后，響應(yīng)會(huì)有很大變化）。3)長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好；4)無(wú)需溫度、氣壓修正，但溫度變化會(huì)明顯增加探測(cè)器的暗電流，即輸出隨溫度的漂移大。

2023/2/637核工程檢測(cè)技術(shù)（4）半導(dǎo)體探測(cè)器的特性參數(shù)(1)靈敏區(qū)厚度(結(jié)區(qū)厚度)δ結(jié)區(qū)是半導(dǎo)休探測(cè)器的核心，它的厚度δ大小是探測(cè)器的關(guān)鍵。探測(cè)不同的入射粒子，則δ有所不同。探測(cè)α粒子，δ較?。惶綔y(cè)γ射線和X射線，δ比較大；探測(cè)β射線，δ介于上述三種情況之間。面壘探測(cè)器δ有一定限制，故只宜探測(cè)。粒子能譜，對(duì)α效率高，而對(duì)γ、X射線的效率低。2023/2/638核工程檢測(cè)技術(shù)面壘靈敏區(qū)厚度可有電阻率ρ和外加反向電壓V給出可見(jiàn)，結(jié)區(qū)厚度δ與外加電壓V有關(guān)．所以對(duì)制成的面壘探測(cè)器，根據(jù)不同能量的入射粒子，可以選調(diào)適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷簛?lái)調(diào)節(jié)靈敏區(qū)(結(jié)區(qū))厚度。2023/2/639核工程檢測(cè)技術(shù)

(2)結(jié)電容Cd

結(jié)電容Cd是呈現(xiàn)在半導(dǎo)體探測(cè)器兩極間的并聯(lián)電容，也即P－N結(jié)的電容，實(shí)驗(yàn)證明平行板結(jié)電容為式中：ε為介電常數(shù)(硅ε＝11.8)；8.9為單位換算系數(shù)；s為靈敏區(qū)橫截面積(mm2)；δ為靈敏區(qū)厚度。2023/2/640核工程檢測(cè)技術(shù)對(duì)一制成的半導(dǎo)體探測(cè)器來(lái)說(shuō)，ε、s是固定不變的，而只有δ可變，它的輸出脈沖為半導(dǎo)體探測(cè)的輸出電壓也與外加電壓V有關(guān)，這是由于結(jié)電容發(fā)生變化所致，是測(cè)量中不希望的現(xiàn)象，利用具有并聯(lián)電壓負(fù)反饋的電荷靈敏放大器即可以克服輸入電容變化的影響，使半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出脈沖經(jīng)過(guò)放大后的脈沖幅度只與電荷Q侖關(guān)，與Cd無(wú)關(guān)。2023/2/641核工程檢測(cè)技術(shù)（5）半導(dǎo)體探測(cè)器應(yīng)用(1)在能量測(cè)量方面可以做成各種譜儀在α譜測(cè)量方面用面積為950mm2的P－N結(jié)型探測(cè)器，對(duì)5MeV的α粒子，半峰值寬度可做成β譜儀或γ譜儀，特別是用Ge(Li)的大體積探測(cè)器，其效率高．分辨能力好，適用于環(huán)境樣品γ能譜分析。(2)在放射性強(qiáng)度測(cè)量方面，主要利用它的低本底特性，做成各種低本底儀器和低能粒子測(cè)量?jī)x器。2023/2/642核工程檢測(cè)技術(shù)(三)其他探測(cè)器1熱釋光劑量計(jì)

當(dāng)射線作用于磷光體時(shí)，電子離開(kāi)正常的位置向四周運(yùn)動(dòng)，直到被固體的晶格缺陷“俘獲”為止。在常溫下，電子停留在俘獲處的時(shí)間很長(zhǎng)，加熱后則從陷阱中釋放出來(lái)。當(dāng)電子返回到原來(lái)位置時(shí)就會(huì)發(fā)出藍(lán)－綠光，其發(fā)光產(chǎn)額經(jīng)光電倍增管放大后，用電子線路對(duì)其亮度進(jìn)行測(cè)量，由于劑量測(cè)量前必須消除磷光體中的貯存能量中心，因此測(cè)量結(jié)構(gòu)是無(wú)法進(jìn)行復(fù)查的，其測(cè)量范圍可以從幾毫倫一直到上千倫。2023/2/643核工程檢測(cè)技術(shù)2熒光玻璃劑量計(jì)(PRL)

當(dāng)射線作用于銀激活磷酸鹽玻璃時(shí)，電子首光躍遷到導(dǎo)帶，而后又被俘獲在輻射光致發(fā)光中心，這里的束縛深度(或陷阱深度)較深，以致于用紫外線照射過(guò)程中，則發(fā)出橙色的熒光，這種效應(yīng)稱為輻射光致發(fā)光。熒光玻璃劑量計(jì)就是根據(jù)這個(gè)原理用熒光計(jì)測(cè)量發(fā)光強(qiáng)度，而后換算出吸收劑量。2023/2/644核工程檢測(cè)技術(shù)(四)袖珍劑量計(jì)A－絕緣環(huán)；B－充電棒；C－固定的有金屬涂層的粗石英絲；D－可動(dòng)的有金屬涂層的粗石英絲；E－金屬圓筒；F－刻度盤(pán)；G－石英絲的金屬支架2023/2/645核工程檢測(cè)技術(shù)把涂有金屬的兩條石英絲連接在一個(gè)圓柱狀電極上，其中一條是固定的，一條是可動(dòng)的。先用電源給電極充電至最大值，也就是說(shuō)讓可動(dòng)石英絲偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)于刻度盤(pán)上零讀數(shù)的位置為止。當(dāng)核輻射通過(guò)劑量計(jì)時(shí)，所產(chǎn)生的離子將由電極收集，從而逐漸減少電極上的純電荷量，這就逐漸減少可動(dòng)石英絲的偏轉(zhuǎn)量，使它到達(dá)相應(yīng)刻度盤(pán)上相應(yīng)讀數(shù)的位置。2023/2/646核工程檢測(cè)技術(shù)第二節(jié)核反應(yīng)堆堆外核測(cè)量核反應(yīng)堆堆外測(cè)量的功能A運(yùn)行功能：向操作員提供反應(yīng)堆裝料、停堆、啟動(dòng)直至功率運(yùn)行各工況下的反應(yīng)堆狀態(tài)信息。B安全功能：向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)提供多個(gè)緊急停堆信號(hào)核允許信號(hào)。2023/2/647核工程檢測(cè)技術(shù)一、反應(yīng)堆功率測(cè)量方法反應(yīng)堆的功率測(cè)量、是反應(yīng)堆控制與安全保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。雖然從反應(yīng)推進(jìn)、出口溫差與冷卻劑流量的測(cè)定可以給出功率，但這種測(cè)量信號(hào)對(duì)堆功率變化的響應(yīng)太慢；而且在反應(yīng)堆開(kāi)始啟動(dòng)或低功率運(yùn)行時(shí)，溫差實(shí)際上不易測(cè)出或者很小。因此，這種方法測(cè)量范圍小、響應(yīng)速度低，實(shí)際上不能用于堆控制。2023/2/648核工程檢測(cè)技術(shù)一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)堆功率內(nèi)堆內(nèi)單位時(shí)間裂變反應(yīng)的總數(shù)來(lái)決定。雖然在235U每次裂變所放出的能量，大約有百分之十是在裂變碎片的衰變過(guò)程中逐漸放出的。但是當(dāng)反應(yīng)堆達(dá)到穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行，或處于功率變化不快而當(dāng)作一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程時(shí)，由于前一時(shí)刻的延發(fā)能星補(bǔ)償了后一時(shí)刻的延發(fā)能量，因而可以認(rèn)為裂變釋放能都是瞬間釋放的。這樣，堆功率可以由單位時(shí)間內(nèi)的總裂變數(shù)或中子通量給出。另一方面，中子通量測(cè)量還有響應(yīng)快、量程寬等優(yōu)點(diǎn)，所以目前壓水堆控制系統(tǒng)中的堆功率值都由中子通量給出。2023/2/649核工程檢測(cè)技術(shù)設(shè)堆內(nèi)通量分布形狀不隨時(shí)間而變化，則總功率與堆內(nèi)任一點(diǎn)的通量成正比。這時(shí)，用一個(gè)測(cè)點(diǎn)就可定出反應(yīng)堆的功率。當(dāng)探測(cè)器測(cè)點(diǎn)離開(kāi)控制棒較遠(yuǎn)時(shí)，移動(dòng)控制棒所造成的局部擾動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響較小?；蛘哒f(shuō)，測(cè)點(diǎn)離開(kāi)堆芯越遠(yuǎn)，堆芯通量分布疇變的影響越可忽略不計(jì)點(diǎn)堆模型越可近似應(yīng)用。所以堆功率一船都是通過(guò)堆芯外的中子測(cè)量來(lái)得到的。當(dāng)然，測(cè)點(diǎn)離開(kāi)堆芯的距離，要受到探測(cè)器靈敏度的限制，本能太遠(yuǎn)。2023/2/650核工程檢測(cè)技術(shù)

應(yīng)該注意的是，在反應(yīng)堆已由運(yùn)行轉(zhuǎn)入停閉等特殊情況下，堆內(nèi)瞬發(fā)能量已可以忽略，但延發(fā)的能足卻依舊十分可觀．亦即仍存在所謂剩余功率。這種剩余功率不能從通量的測(cè)量來(lái)得到，但是這時(shí)中子通量的測(cè)量仍舊十分重要，因?yàn)橛盟梢员O(jiān)測(cè)裂變速率、判斷反應(yīng)堆是否處在次臨界狀態(tài)上，這正是低功率運(yùn)行或停堆時(shí)的重要問(wèn)題。2023/2/651核工程檢測(cè)技術(shù)堆控測(cè)量的另一個(gè)重要參數(shù)足反應(yīng)堆周期T，它對(duì)安全運(yùn)行，特別是對(duì)啟動(dòng)過(guò)程具有很重要的意義。周期的定義為它反映了堆內(nèi)中子功率變化的快慢程度。據(jù)此，在測(cè)得反應(yīng)堆中子功率n后，通過(guò)對(duì)數(shù)及微分運(yùn)算線路，即可得到周期的倒數(shù)1/T。2023/2/652核工程檢測(cè)技術(shù)二、中子通量的測(cè)量量程從反應(yīng)堆啟動(dòng)到額定功率運(yùn)行，中子通量可變化10個(gè)量級(jí)以上。啟動(dòng)時(shí)通量很低，這時(shí)最重要的是監(jiān)測(cè)通量的變化速率，不使周期過(guò)短，以避免啟動(dòng)事故；達(dá)到功率運(yùn)行時(shí)，則必須監(jiān)測(cè)功率數(shù)值，不使過(guò)高，以免超過(guò)熱工安全準(zhǔn)則。但是一般測(cè)量?jī)x器的量程有限，只能橫跨(3－4)個(gè)量級(jí)，個(gè)別的可達(dá)(7－8)個(gè)量級(jí)，所以須把中子通量的整個(gè)監(jiān)測(cè)范圍分成幾個(gè)區(qū)域，再用不同量程的儀器把這個(gè)測(cè)量范圍銜接起來(lái)。2023/2/653核工程檢測(cè)技術(shù)2023/2/654核工程檢測(cè)技術(shù)大體說(shuō)來(lái)，中子水平較低的用BF3正比計(jì)數(shù)管或裂變室。與之配合的電子線路大多是脈沖對(duì)數(shù)電路，外加一個(gè)微分電路，前者可以給出功率的對(duì)數(shù)值，后者可以得到周期指示及保護(hù)信號(hào)。在中子水平較高時(shí)，可采用γ補(bǔ)償電離室，是直接把中子探測(cè)器得到的電信號(hào)作對(duì)數(shù)和放大以及微分運(yùn)算，從而得到對(duì)數(shù)功率及周期信號(hào)。在該區(qū)的測(cè)量中，信號(hào)的甄別是由中子探測(cè)器自身來(lái)完成的，這就是γ補(bǔ)償電離室。2023/2/655核工程檢測(cè)技術(shù)三、堆外核測(cè)量探測(cè)器（一）BF3正比計(jì)數(shù)管其原理如圖所示，硼吸收中子后發(fā)出α粒子使三氟化硼電離，一次電離所產(chǎn)生的電子在計(jì)數(shù)管內(nèi)電場(chǎng)作用下加速并向集電極移動(dòng)，它獲得的能量足以使其它分子電離，這些電子全部到中心電極后，在負(fù)載電阻上就產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖，脈沖頻率與中子通量水平成線性關(guān)系。2023/2/656核工程檢測(cè)技術(shù)（二）涂硼正比計(jì)數(shù)管工作原理：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。在外電場(chǎng)的作用下，電子和正離子分別向陽(yáng)極和陰極運(yùn)動(dòng)，形成電脈沖(α脈沖)。γ射線也產(chǎn)生電脈沖，但其幅值較小，可用甄別放大器將它和反應(yīng)堆內(nèi)其它的Y射線產(chǎn)生的小幅度脈沖濾除．只放大α脈沖，從而得到只與中子通量成比例的計(jì)數(shù)。2023/2/657核工程檢測(cè)技術(shù)（三）電離室電離室是基于探測(cè)入射粒子進(jìn)入其內(nèi)，與所充物質(zhì)直接或間接相互作用時(shí)，使物質(zhì)的原子或分子電離而產(chǎn)生的正負(fù)離子對(duì)來(lái)測(cè)量放射性強(qiáng)度或入射粒子能量的一種探測(cè)器。2023/2/658核工程檢測(cè)技術(shù)進(jìn)人電極之間空間的帶電粒子將引起氣體分子電離，從而產(chǎn)生正負(fù)離子對(duì)，假如忽略正負(fù)離子的擴(kuò)散和復(fù)合的話，則離子電流可以表達(dá)為e為電子電荷；A為電離室靈敏體積；N0為單位體積、單位時(shí)間內(nèi)形成的離子對(duì)平均數(shù)若要知道電離電流瞬時(shí)值，則必須分別考慮正離于電流I＋和負(fù)離子(即電子)電流I－。2023/2/659核工程檢測(cè)技術(shù)電離室分長(zhǎng)短兩種，長(zhǎng)電離室與反應(yīng)堆堆芯一樣長(zhǎng)，它由二個(gè)結(jié)構(gòu)完全招向的短電離室構(gòu)成．分為上下二段。電離室的熱中子靈敏度一般為3.1x10－3A／單位中子通量，使用場(chǎng)合的熱中子通量范圍為102～1010n／(cm2·s)。裂變電離室是在電離室內(nèi)部電極涂以235U，腔內(nèi)充以惰性氣體，中子與235U發(fā)生作用，能產(chǎn)生帶高能的正負(fù)離子．從而增加電離室的靈敏度。2023/2/660核工程檢測(cè)技術(shù)（四）γ補(bǔ)償電離室一般電離室存在問(wèn)題之一是選擇較差，它能探測(cè)到任何的電離輻射，特別是在有強(qiáng)γ場(chǎng)存在情況下，要探測(cè)的是中子，且中子通量與平均電流有關(guān)，那么就需要計(jì)及由于γ場(chǎng)引起的電流成份。γ射線引起的一部分電流是瞬發(fā)γ射線引起的，且正比于由中子引起的電流、它是指示反應(yīng)堆功率水平的，而由γ射線引起的電流的其余部分是相對(duì)不變的，從而產(chǎn)生一個(gè)假信號(hào)。即一個(gè)不指示功率水平的信號(hào)。這個(gè)問(wèn)題可用γ補(bǔ)償電離室來(lái)加以解決。2023/2/661核工程檢測(cè)技術(shù)較高時(shí)，脈沖較多無(wú)法計(jì)數(shù)，只能監(jiān)測(cè)電流。補(bǔ)償電離室由于不涂硼，故僅對(duì)γ敏感，在補(bǔ)償電壓作用下只產(chǎn)生γ電流Iγ2

。流經(jīng)負(fù)載電阻上的電流I為涂硼電離室對(duì)中子和γ敏感，在高壓作用下產(chǎn)生中子電流In和γ電流Iγ1，當(dāng)中子通量若兩電離室對(duì)γ靈敏度相同，則，因此輸出電流I＝In。2023/2/662核工程檢測(cè)技術(shù)（五）長(zhǎng)中子電離室長(zhǎng)中子電離室由幾個(gè)短中子電離室組成。每一個(gè)短中子電離室是一個(gè)筒形容器，由高壓電極和收集極以及內(nèi)充混合氣體（1％氦＋16％氮＋93％氬）組成。高壓電極內(nèi)表面和收集極外表面涂硼。中子打入容器內(nèi)與硼發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的鋰離子和α粒子使混合氣體電離，產(chǎn)生正負(fù)離子對(duì)。在外加電場(chǎng)的作用下，正負(fù)離子分別向陰極和陽(yáng)極(收集電極和高壓電極)運(yùn)動(dòng)，形成電脈沖。2023/2/663核工程檢測(cè)技術(shù)第三節(jié)核反應(yīng)堆堆內(nèi)核測(cè)量一、堆內(nèi)核測(cè)量的作用與任務(wù)堆內(nèi)中子通量檢測(cè)儀表的作用是來(lái)檢測(cè)穩(wěn)態(tài)工況下堆芯徑向和軸向的熱中子通量分布，積累燃耗數(shù)據(jù)，以制定最佳換料方案，監(jiān)視可能發(fā)生的功率分布振蕩，即堆內(nèi)中子通量檢測(cè)系統(tǒng)要完成下列任務(wù)：證實(shí)計(jì)算的堆芯性能；證實(shí)堆芯的運(yùn)行安全裕量；為燃料管理提供輸入數(shù)據(jù)；探測(cè)氙引起的功率不對(duì)稱性或振蕩的出現(xiàn)。2023/2/664核工程檢測(cè)技術(shù)二、堆內(nèi)中子通量檢測(cè)系統(tǒng)及儀表檢測(cè)中于通量分布的系統(tǒng)分成兩種主要的類別：一類是在大量固定的位置上使用固定探測(cè)器件的系統(tǒng)，它能提供一維、二維或三維功率分布的信息；另一類是使用移動(dòng)的(活動(dòng)的)中子敏感器件，能進(jìn)行對(duì)堆內(nèi)中子能量的大量掃描，因此可以推得期望的功率分布信息，每一類系統(tǒng)都各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。2023/2/665核工程檢測(cè)技術(shù)反應(yīng)堆運(yùn)行期間，固定的探測(cè)器隨時(shí)都能向運(yùn)行人員提供中子通量的數(shù)據(jù)。對(duì)在移動(dòng)式探測(cè)器相繼掃描之間的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的任何功率分布的反?，F(xiàn)象，也能使用它們來(lái)發(fā)出警報(bào)或進(jìn)行控制或保護(hù)。所以必須把它們制造成不要求對(duì)它們進(jìn)行維修的，事實(shí)上，在換料期間，必須按計(jì)劃間隔進(jìn)行更換。2023/2/666核工程檢測(cè)技術(shù)

移動(dòng)式的或繪圖式的中子通量敏感元件系統(tǒng)，雖然不能在所有時(shí)刻對(duì)報(bào)警、控制或保護(hù)提供中子通量分布的信息，但卻能夠沿著它們經(jīng)過(guò)的整個(gè)線路提供連續(xù)的中子通量分布以確信所觀察到的整個(gè)中子能量分布，即觀察到的是真實(shí)通量分布的一個(gè)準(zhǔn)確的一維圖象。2023/2/667核工程檢測(cè)技術(shù)(一)微型裂變室其工作原理是：熱中子射入微型裂變室靈敏體內(nèi)打在涂有二氧化鈉的電極上，使235U核發(fā)生裂變。重的帶正電的裂變碎片使氬氣電離，產(chǎn)生電子－正離子對(duì)。電子和正離子在外加電場(chǎng)作用下向兩極漂移而形成脈沖，脈沖疊加起來(lái)，則形成電流。檢測(cè)出電流大小，就可以測(cè)得中子通量。微型裂變室輸出平均電流為式中：Sn為微型裂變室對(duì)熱中子的靈敏度為檢測(cè)時(shí)的熱中子通量。2023/2/668核工程檢測(cè)技術(shù)(二)涂硼室涂硼室電離室的一個(gè)電極上涂上一層濃縮硼10B的膜。利用10B(n，α)7Li反應(yīng)產(chǎn)生α粒子和7Li，這些次級(jí)帶電粒子在電離室中引起電流信號(hào)。由于記錄是累計(jì)電流．所以可用于高中子通量密度的測(cè)量。測(cè)量范圍為(105～1010)n／(cm2·s)。涂硼電離室可以作為移動(dòng)式推芯內(nèi)探頭的中子敏感元件，這是因?yàn)樗┞队谥凶虞椪罩械目倳r(shí)間僅僅是反應(yīng)堆運(yùn)行的總時(shí)間的一小部分，穿過(guò)整個(gè)芯部所要求的時(shí)間很少超過(guò)3分鐘，而穿過(guò)堆芯的頻率很少多于每個(gè)月一次，因此，用于移動(dòng)式堆芯內(nèi)探頭的涂硼電離室能滿意地工作多年。2023/2/669核工程檢測(cè)技術(shù)

(三)自給能探測(cè)器堆內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)范圍是15％～100％額定功率，相當(dāng)于熱中子通量為(1011～1014)n／(cm2·s)。1．自給能探測(cè)器的工作原理和種類置于輻射場(chǎng)中的二個(gè)相互絕緣的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)，由于帶電情況和程度不同，它們之間就產(chǎn)生了電勢(shì)差，若用導(dǎo)線連接它們，則導(dǎo)線中就會(huì)有電流流過(guò)，這種效應(yīng)是輻射能量直接轉(zhuǎn)化而來(lái)的，其大小和變化反映出輻射場(chǎng)的特性和變化，自給能探測(cè)器就是利用這種現(xiàn)象制成的。2023/2/670核工程檢測(cè)技術(shù)在自給能探測(cè)器中是輻射能量直接使電極充電，因此就不需要極化電極以及電源。自給能探測(cè)器的測(cè)量方式有兩種，一種是測(cè)量充電電極之間的電勢(shì)差，這種測(cè)量方式多見(jiàn)于劑量?jī)x表；另一種是用弱電流測(cè)量?jī)x表連接兩個(gè)電極，測(cè)量流過(guò)的電流，這種情況多用于輻射監(jiān)側(cè)儀表，自給能探測(cè)器主要有三種：β流中子探測(cè)器；內(nèi)轉(zhuǎn)換中子探測(cè)器；自給能γ探測(cè)器。2023/2/671核工程檢測(cè)技術(shù)2.自給能中子探測(cè)器的結(jié)構(gòu)這種探側(cè)器由發(fā)射體、絕緣體、收集極及電纜組成。中心電極稱為發(fā)射體，這是由中子靈敏材料制成。發(fā)射體是自給能中子探測(cè)的核心部分，它基本上決定了探測(cè)的物理特性。探測(cè)器的外殼即是收集體．它是由對(duì)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0.1mm；2023/2/672核工程檢測(cè)技術(shù)發(fā)射體和收集體之間是絕緣體，通常采用無(wú)機(jī)絕緣材料(如MgO、A12O3、BeO等)，絕緣體厚度通常為0.2mm左右，為了傳遞自給能探測(cè)器的信號(hào)必須使用電纜，電纜連接到探測(cè)器的一端，與探測(cè)器幾乎處于相同的強(qiáng)輻射場(chǎng)中，因此不能使用有機(jī)絕緣電纜，通常采用金屬外殼－無(wú)機(jī)絕緣－金屬芯線同軸電纜。2023/2/673核工程檢測(cè)技術(shù)(1)β流中子探測(cè)器β流中子探測(cè)器又稱延遲響應(yīng)自給能中子探測(cè)器，在這類探測(cè)器小，發(fā)射體材料俘獲中子后形成短壽命的β放射性同位素?；罨税l(fā)射體在β衰變過(guò)程中發(fā)射高能電于流．平衡時(shí)，電極間的電子流形成正比于中子通量的電流，我們測(cè)量這個(gè)電流就可測(cè)出中子通量。2023/2/674核工程檢測(cè)技術(shù)(2)內(nèi)轉(zhuǎn)換中子探測(cè)器內(nèi)轉(zhuǎn)換中子探測(cè)器又稱瞬時(shí)響應(yīng)自給能中子探測(cè)器，其基本結(jié)構(gòu)和β流中子探測(cè)器相同，在這類探測(cè)器中，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)合核退激過(guò)程中輻射γ射線。γ射線與探測(cè)器材料通過(guò)康普頓散射，光電效應(yīng)以及產(chǎn)生電子對(duì)等相互作用，轉(zhuǎn)換為電子，這些電子的發(fā)射．就形成了探測(cè)器的電流。2023/2/675核工程檢測(cè)技術(shù)

β流中子探測(cè)器，一般輸出信號(hào)強(qiáng)度大，可以用在反應(yīng)堆堆芯通量描繪系統(tǒng)，能給出精確的通量分布；

內(nèi)轉(zhuǎn)換自給能中子探測(cè)器由于器過(guò)程是在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，對(duì)中子場(chǎng)變化的響應(yīng)是瞬時(shí)的，可以用于反應(yīng)堆安全和控制系統(tǒng)。2023/2/676核工程檢測(cè)技術(shù)3．自給能γ探測(cè)器研究表明，動(dòng)力堆γ核中子通量分布相近，因此在反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)和功率分布測(cè)量應(yīng)用γ探測(cè)器的問(wèn)題，近年來(lái)有不少討論，因?yàn)檫@兩個(gè)系統(tǒng)中利用γ測(cè)量似乎都具有某些比中子測(cè)量更優(yōu)越的地方，優(yōu)點(diǎn)之一是γ探測(cè)器與中于探測(cè)器相比能夠在更大的體積內(nèi)測(cè)量功率密度；優(yōu)點(diǎn)之二是γ探測(cè)器的燃耗率一般可以忽略不計(jì)，其次是靈敏度不隨時(shí)間而變化等。2023/2/677核工程檢測(cè)技術(shù)入射的γ射線由發(fā)射體俘獲或者散射時(shí)產(chǎn)生康普頓電子和光子，這些電子的一部分逸出，相應(yīng)地發(fā)射體上產(chǎn)生正電荷，探側(cè)器輸出一小電流，在平衡狀態(tài)下，探測(cè)器輸出的電流正比于其周圍的γ通量，因而測(cè)量這一電流的大小就可測(cè)出γ通量的大小。工作原理2023/2/678核工程檢測(cè)技術(shù)γ流中子探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，生產(chǎn)費(fèi)用較低和電子設(shè)備較簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)中子能諾譜的變化較為靈敏以及從探測(cè)器單位長(zhǎng)度輸出電流較小。所以它只限于用來(lái)測(cè)繪中子通量。2023/2/679核工程檢測(cè)技術(shù)第四節(jié)輻射劑量監(jiān)測(cè)一、工藝過(guò)程的放射性輻射監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆工藝輻射監(jiān)測(cè)主要包括燃料元件包殼破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器(或熱交換器)破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水放射性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和工藝廢氣放射性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2023/2/680核工程檢測(cè)技術(shù)工藝輻射監(jiān)測(cè)的主要作用是：在反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間連續(xù)監(jiān)測(cè)一回路系統(tǒng)內(nèi)冷卻劑的放射性水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃料元件包完的破損；連續(xù)監(jiān)測(cè)有關(guān)工藝設(shè)備、系統(tǒng)中流體的放射性水平，指示運(yùn)行工況，為反應(yīng)堆安全運(yùn)行提供必要的數(shù)據(jù)；對(duì)那些可能向環(huán)境釋放的放射性流體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證廠區(qū)周圍環(huán)境的安全。2023/2/681核工程檢測(cè)技術(shù)(一)燃料元件破損監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆一般使用帶有金屬包殼的核燃料。包殼的主要作用是包復(fù)燃料芯塊防止冷卻劑對(duì)燃料的化學(xué)腐蝕；包容放射性裂變產(chǎn)物，防止燃料和裂變產(chǎn)物進(jìn)入冷卻劑中。核燃料元件受到高溫、高壓、高輻射的作用．還受到冷卻劑沖刷而引起的振動(dòng)，都有可能引起燃料元件包殼的破損。2023/2/682核工程檢測(cè)技術(shù)

如果核燃料元件包殼破損，冷卻劑中裂變產(chǎn)物的濃度就會(huì)增加。所以，只要測(cè)定冷卻劑中裂變產(chǎn)物濃度就能判別元件包殼破損的程度。

監(jiān)測(cè)的方法大致有：輻射監(jiān)測(cè)法、緩發(fā)中子輻射測(cè)量法、裂變氣體的固體子體產(chǎn)物沉淀法、離子交換法、自動(dòng)氣體色層譜分析法、過(guò)濾器分離裂變產(chǎn)物法等。2023/2/683核工程檢測(cè)技術(shù)1．緩發(fā)中子輻射監(jiān)測(cè)法235U裂變時(shí)產(chǎn)生的瞬發(fā)中子占中子總數(shù)的99.3％．另外還有約0.7％的緩發(fā)中子。例如，裂變碎片和衰變時(shí)就會(huì)發(fā)射緩發(fā)中子。2023/2/684核工程檢測(cè)技術(shù)因此，測(cè)定冷卻劑樣品87Br中和137I所發(fā)射的緩發(fā)中子數(shù)目，就可以推定是否有核燃料元件包殼發(fā)生破損?？捎肂F3正比計(jì)數(shù)管測(cè)量緩發(fā)中子，將由慢化材料包覆的BF3計(jì)數(shù)管放入取冷卻劑樣品流的螺旋形管的中心，這樣，當(dāng)燃料包殼破損后帶有裂變產(chǎn)物87Br和137I的冷卻劑流入螺旋管，由碎片發(fā)射的緩發(fā)中子經(jīng)過(guò)慢化材料慢化后到達(dá)BF3正比計(jì)數(shù)管。2023/2/685核工程檢測(cè)技術(shù)為了提高測(cè)量的精確度，必須把由裂變產(chǎn)物釋放的中子與反應(yīng)堆中因其它方式產(chǎn)生的中子區(qū)分開(kāi)來(lái)。在以水作為冷卻劑的反應(yīng)堆中，水中含的17O受中子照射后發(fā)生下列反應(yīng)釋放中子，半衰期為4.11s。為了消除這類中子的影響，就需要延遲冷卻劑樣品流過(guò)的時(shí)間，所以，一般將監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在冷卻劑自反應(yīng)堆出口流經(jīng)(1～1.5)min的地方。使半衰期為4.11s的核素17N得到充分的衰減。2023/2/686核工程檢測(cè)技術(shù)2.γ輻射監(jiān)測(cè)法根據(jù)：測(cè)量冷卻劑中裂變產(chǎn)物衰變時(shí)發(fā)射的總γ活性，又稱總γ法。方法：通常把G－M計(jì)數(shù)管或NaI閃爍計(jì)數(shù)器直接布設(shè)在一回路冷卻劑管旁邊，測(cè)出冷卻劑中的γ活性。這種測(cè)量方法簡(jiǎn)單，靈敏度高，但受本底影響嚴(yán)重。要求：測(cè)量中必須把裂變產(chǎn)物衰變的Y射線從本底中區(qū)分出來(lái)。2023/2/687核工程檢測(cè)技術(shù)分離方法

環(huán)境中的γ本底可以通過(guò)加強(qiáng)對(duì)測(cè)量裝置的屏蔽來(lái)解決；測(cè)量中應(yīng)消除短壽命核素的影響，其方法是把監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在距反應(yīng)堆冷卻劑出口的適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，讓冷卻劑有足夠的流經(jīng)時(shí)間，使短壽命的核素衰減掉；采用先進(jìn)的測(cè)量方法也可以消除γ本底的影響；監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在離子交換器的后面。樣品水經(jīng)過(guò)離子交換器的凈化，大部分腐蝕產(chǎn)物核固態(tài)裂變產(chǎn)物已經(jīng)除去。2023/2/688核工程檢測(cè)技術(shù)3．裂變氣體及其子代產(chǎn)物的測(cè)量法根據(jù)：

燃料元件包殼破損后，有一部分裂變氣體Kr和Xe經(jīng)破口進(jìn)入冷卻劑中；所以，只要能從冷卻劑中測(cè)出Xe和Kr的濃度，或測(cè)出它們的子代產(chǎn)物就能發(fā)現(xiàn)元件包殼的破損。這種方法的靈敏度高，是氣冷堆和水冷堆常用的方法之一。2023/2/689核工程檢測(cè)技術(shù)方法：

反應(yīng)堆堆型不同，裂變氣體貯存的場(chǎng)所也不同。氣冷堆和壓水堆的裂變氣體絕大部分保存在一回路冷卻劑中。所以，對(duì)水冷卻反應(yīng)堆而言．還必須在冷卻劑取樣回路上加一級(jí)氮?dú)夂洼d體的氣水分離裝置。一般可用G－M計(jì)數(shù)管或NaI閃爍計(jì)數(shù)器直接測(cè)量被收集氣體的β或γ放射性。2023/2/690核工程檢測(cè)技術(shù)英國(guó)的卡德霍爾氣冷堆的靜電沉淀法是一種較為典型的方法，它的工作原理是：將一回路冷卻劑的取樣經(jīng)過(guò)冷卻和過(guò)濾后送進(jìn)靜電沉淀室，利用與氣流方向相垂直的電場(chǎng)，可將固態(tài)微粒Rb和Cs收集在負(fù)電極上。收集極通常是一個(gè)與高壓中心電極同軸的金屬圓筒。如果把G－M計(jì)數(shù)管安裝成與收集極同軸，就可進(jìn)行β輻射的測(cè)量。也可將收集到的物質(zhì)從收集極上沖洗下來(lái)，用β計(jì)數(shù)管或γ閃爍計(jì)數(shù)器進(jìn)行Rb和Cs的衰變測(cè)試。2023/2/691核工程檢測(cè)技術(shù)在反應(yīng)堆運(yùn)行中，若從堆內(nèi)劑出一個(gè)控制棒組件，為保持反應(yīng)堆功率恒定，則應(yīng)把其它部件的控制棒向堆芯下插，這樣，就導(dǎo)致堆內(nèi)中子通量分布傾斜。如果在抽出控制捧組件附近有破損燃料元件，由于該處中子通量升高、核裂變反應(yīng)應(yīng)加劇，破損元件向冷卻劑釋放的裂變產(chǎn)物增多，冷卻劑中放射性水平增高，由此可以確定出破損燃料組件在堆內(nèi)的大致位置。對(duì)壓水反應(yīng)堆，可利用中子通量?jī)A斜法，判斷出破損燃料元件在堆芯內(nèi)的大致位置。2023/2/692核工程檢測(cè)技術(shù)中子通量?jī)A斜法存在的問(wèn)題是：測(cè)定時(shí)需要降低反應(yīng)堆功率．然后再分區(qū)抽出控制棒組件，而每次抽出控制捧組件，都要對(duì)一回路冷卻劑放射性水平的變化進(jìn)行觀察，很費(fèi)時(shí)間。在反應(yīng)堆停堆后，將被損燃料元件附近的一批組件移送到乏燃料貯存水池，然后用啜（chuò）漏試驗(yàn)法對(duì)這一批燃料組件逐個(gè)進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而確定具體的破損燃料組件。2023/2/693核工程檢測(cè)技術(shù)濕啜法：停堆換料時(shí)將燃料元件放置在靜水中浸泡一定時(shí)間（使水中的碘的放射性積累到一定濃度）后，抽取樣品分別對(duì)131I和135I的比值進(jìn)行鑒別。干啜法：停堆換料期間將燃料組件元件放置在一定容積的空氣中經(jīng)一定時(shí)間后依靠燃料的剩余熱，使裂變氣體氪和氙通過(guò)燃料元件包殼的破損處向外釋放，抽取空氣樣品進(jìn)行測(cè)試。2023/2/694核工程檢測(cè)技術(shù)(二)蒸汽發(fā)生器（或熱交換器）泄漏監(jiān)測(cè)

1.蒸汽發(fā)生器排污水放射性監(jiān)測(cè)一般從每臺(tái)蒸汽發(fā)生器的排污管連續(xù)取水樣，樣品水流經(jīng)冷卻器冷卻和節(jié)流閥降壓后，由γ監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行連續(xù)的放射性監(jiān)測(cè)。

2.冷凝器抽氣器排氣放射性監(jiān)測(cè)從冷凝器抽氣器排氣管引來(lái)的濕空氣，經(jīng)汽水分離裝置分離出來(lái)的氣體，流經(jīng)過(guò)濾盒、流量計(jì)、電磁閥，進(jìn)入氣流β監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行放射性測(cè)量。測(cè)量后的氣體經(jīng)電磁閥、真空節(jié)流閥和抽氣泵排向總風(fēng)管。2023/2/695核工程檢測(cè)技術(shù)二、廠區(qū)內(nèi)放射性輻射監(jiān)測(cè)

(一)廠區(qū)內(nèi)的輻射源1.γ射線和中子形成的輻射場(chǎng)反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中，由于核裂變產(chǎn)生的γ射線和快中子，都具有很強(qiáng)的穿透能力，有可能穿過(guò)反應(yīng)堆屏蔽層，構(gòu)成外輻射場(chǎng)。盡管反應(yīng)堆都設(shè)置了很厚的屏蔽層，但是，在某些反應(yīng)堆中，設(shè)有引出中子或Y射線的實(shí)驗(yàn)孔道和樣品輻照孔道等，因此破壞了屏蔽層的完整性。所以反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，廠房?jī)?nèi)存在著Y射線和中子。2023/2/696核工程檢測(cè)技術(shù)冷卻劑中也含有放射性物質(zhì)冷卻劑中含有冷卻劑回路和堆芯結(jié)構(gòu)材料的腐蝕和磨損產(chǎn)物，主要核素是55Mn、54Fe、59Co等，這些核素隨冷卻劑流過(guò)堆芯而被活化；燃料元件制造中，包殼外面粘附的可裂變物的裂變產(chǎn)物直接進(jìn)入冷卻劑中；反應(yīng)維運(yùn)行過(guò)程中也有少量的裂變產(chǎn)物經(jīng)破損元件的破口進(jìn)入冷卻劑；冷卻劑流過(guò)堆芯時(shí)本身也可能活化，冷卻劑流經(jīng)的管道和設(shè)備都有可能變成很強(qiáng)的γ輻射源。2023/2/697核工程檢測(cè)技術(shù)

2.氣載放射源冷卻劑中有可能存在相當(dāng)部分的氣體裂變產(chǎn)物，如果反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)的設(shè)備如泵、閥門(mén)和管道等破損或一回路系統(tǒng)進(jìn)行某些工藝操作