核电站事故后监测电离室设计方法.pdf

第33卷第8期
舰船科学技术
Vol 33. No8
2011年8月
SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Aug,,2011
核电站事故后监测电离室设计方法
孙光智1,王益元,李亚坚2,代传波',梁云,左亮周
1.武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;2.中广核エ程有限公司,广东深刎518045;
北京赛思科系统工程有限责任公司,北京100079)
摘要:介绍了一种用于核电站事故后γ辐射剂量率监测的电离室设计所需的模拟计算方法;用MCNP程序
模拟计算了射线在不同结构、不同工作气体的电离室中灵敏度的能量响应特性,为事故后监测电离室的设计提供了
理论依据。
关键词:电站;事故后;电离室;能量响应
中图分类号:T362+.7
文献标识码:A
文章编号:1672-7649(2011)08-0145-04DOL:10.3404/j.iss.1672-7649.2011.08.033
Designing methods for nuclear power station accident condition ionization chamber
SUN Guang-zhi, WANG Yi-yuan LI YA-JIAN,DAI Chuan-bo , LIANG Yun, ZUO Liang-zhou
(1. Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China
2. China Nuclear Power Engineering Company LTD, Shenzhen 518045, China
3. Beijing Csic System Engineering Corporation. LTD, Beijing 100079, China)
Abstract: Simulation and calculation methods for designing of ionization chamber used in nuclear
power station during accident conditions were introduced in this paper. Using MCNP program, we calculated
energy response of this chamber with various structures and sensitive gas, supplied theoretic dependence for
designing of ionization chamber used during accident conditions
Key words nuclear power station; accident condition; ionization chamber; energy response
电离室探测器是核辐射现场剂量监测中应用相
0引言
当广泛、可靠性非常高的一种探测装置。在核电站的
随着人们核安全意识的增强,对核电站等核设施辐射监测中使用的电离室通常采用不锈钢等耐腐蚀、
可能的事故状态下周边辐射剂量率的监测越来越重强度高的金属材料作保护外壳,做成密封的球体或圆
视。从世界上几次大的核电站事故来看,在核反应堆柱体形状,充入一定压力的气体作为工作介质,通过
发生雄芯熔化等严重的事故后,反应堆周围的剂量率测量射线在气体中电离产生的电流大小来监测探头
远远高于正常水平,同时整个安全壳内处于高温、高周围空间剂量率的大小。由于其结构简单、机械性能
湿、高压环境,常规监测通道均已失去监测作用。而好、使用寿命长、测量上限高、耐辐照、能量响应范围
通过监测安全壳内空气中的γ辐射剂量率,从而判定广等特点,是目前核电站事故后监测通道的最佳
事故的大小和发展趋势,并作为有关部门处理事故、选择。
控制安全壳内辐射水平和防止放射性物质大量向环
事故后电离室结构
境释放的依据是必要的。因此要求有一种在高温、高
湿、高放射性环境中能正常、长期工作的监测通
由于事故后电离室主要用于测量反应堆发生事
道。
故时安全壳内强辐射场的测量,因此电离室不需要太
收稿日期:2011-06-23
作者简介:孙光智(1981-),男,工程师,主要从事核探测器研制工作。
万方数据
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舰船科学技术
第33卷
大的灵敏体积和高的工作气压。但为了使其能长时
由式(1)可知,吸收剂量率D和能量E的单能平
间在强辐射场下稳定工作,与其匹配的前置放大电路行束y辐射场所对应的y射线注量率为:
不能置于安全壳内,只能安装在安全売外辐射剂量较
低的区域,电离室输出的原始信号需要经过较长路径
(以/p)E
传输后才能被放大测量。为了避免探头输出的信号
由式(2)可知,只要知道空气吸收剂量率的大小
在传输过程中受外界干扰,探头输出的信号强度不能和y射线的能量,即可算出γ射线的注量率。
太小。因此,本工作设定电离室的灵敏体积为0.1
利用蒙特卡罗方法,可以模拟出能量E、注量率
L,采用圆柱形结构,电离室外壳及耐压体(高压极)、发射面积S的平行γ射线東照射在电离室上时,平
均采用不锈钢材料,收集电极则采用质量较轻的纯均每个光子在电离室灵敏体中沉积的能量W。假设
铝,这几种材料的热中子截面均较小,并且暴露在外这些能量全部转化为电离室灵敏气体的电离能,则单
面的外壳在高温高湿环境下化学性质和抗冲击性能位时间内灵敏气体电离产生的电荷为:
优良。
Wo) Se
当γ辐射场很强时,γ射线与电离室内壁及内部
(3)
灵敏气体相互作用,产生次级电子,这些电子在工作式中:w为灵敏气体的电离能;e为电子电量。如果
介质(气体)中引起进一步电离,产生大量电子和离这部分电荷全部被电极收集,则电离室输出的电流
子,带电粒子在电极间运动时,在外部回路中形成流为:=う,综合式(2)和式(3),有:
信号]。由于次级电子的区域是随机的,因此电离
DWS
产生的电荷在灵敏区内的分布也是随机的,它们在向
)Et
4)
两极运动过程中有可能和异种电荷发生碰撞而复合
因此,模拟计算时,设定γ射线源为发射面与电
形成中性原子,从而使探头产生的电流减小,这种几离室射线接收面一致、能量单一的平行束,记录y光
率随着灵敏区内电荷密度的增加而增大,而工作气压子在探测器灵敏区的平均沉积能量,即可计算出电离
越大、辐射剂量率越高,则电离电荷的密度也越大。室在该辐射场下产生的电流,通过改变γ射线的能
同时,随着电极间距离的增大,带电粒子在两极间运量,可得到电离室对不同能量的γ辐射场的响应值。
动路径増大,相互间碰撞几率增大,电荷复合的几率图1给出了模拟计算采用的模型结构示意图。
也将明显增大。另外,负电性的气体(如氧原子)容
外壳
易吸附电子,也会使电荷复合几儿率增大。综合考虑上
一高压电极
述因素,以及事故后电离室的量程范围,本工作设定
2个电极间距离为3m,工作气体选择高纯度氮气
灵敏气体
或氬气,工作气压控制在儿几个大气压。
收集电极
2电高室灵敏度模拟计算方法
射线
在核辐射监测中,一般都将测量结果换算为等效
图1事故后电离室模拟建模示意图
空