一种中子能谱测量装置

技术领域

本申请涉及中子测量领域，具体而言，涉及一种中子能谱测量装置。

背景技术

在反应堆设计和物理分析中，中子能谱一直是一项重要参数。在线和准确地对中子能谱进行测量对反应堆临界与燃耗分析和燃料的增殖与嬗变研究、等离子体诊断、燃料元件与压力容器的辐射损伤和活化分析等至关重要。按照测量原理可分为活化能谱分析法、核反应谱仪法、反冲质子法、飞行时间法、中子衍射法及Bonner球中子谱仪法等。

但是，活化片不能实现中子能谱在线测量；核反谱仪装置受伽马射线的干扰较大并且部分探测材料价格昂贵，若对于大型装置批量化应用不实际；飞行时间谱仪、反冲质子谱仪、中子衍射谱仪探测效率低并且也不可实现在线测量；多球谱仪体积大且不能用于堆芯能谱测量。

因此，如何设计一种可用于反应堆内部，结构简单，体积小，耐高温的中子能谱探测装置，成了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本申请提供一种中子能谱测量装置，以改善上述问题。

本发明具体是这样的：

一种中子能谱测量装置，包括固定件以及多个自给能中子探测器；

多个自给能中子探测器均用于测量目标反应堆的中子通量信息；每个自给能中子探测器均包括探头、传输线缆和连接套筒；传输线缆与探头连接，连接套筒包覆于探头与传输线缆的连接处；多个自给能中子探测器均与固定件连接，且多个自给能中子探测器的探头相互平行。

在本发明的一种实施例中，每个探头均包括发射体、收集体绝缘体；

发射体嵌套于收集体内部，且发射体与传输线缆相连；绝缘体设置于发射体与收集体之间，以隔离发射体和收集体。

在本发明的一种实施例中，发射体由铑、银、钒、钴、锰或钯制成；绝缘体由氧化铝陶瓷管或氧化镁制成；收集体由因科镍600套管、镁、铝或不锈钢制成；传输线缆包括同轴双芯I ncone600电缆；固定件采用因科镍600材料制成。

在本发明的一种实施例中，中子能谱测量装置包括第一自给能中子探测器、第二自给能中子探测器、第三自给能中子探测器及第四自给能中子探测器；第一自给能中子探测器包括第一探头及第一传输线缆；

第一探头的发射体采用直径为0.8mm，长度为150mm的铑丝制成；第一探头的收集体采用内径为1.6mm，外径为2mm，长为155mm的I ncone600制成；第一探头的绝缘体采用内径为1mm，外径为1.6mm，长为150mm氧化铝陶瓷管制成。

在本发明的一种实施例中，第一探头的远端采用内半径为0.8mm，外半径为1mm的Incone600半球状壳体封口，且第一探头的远端中空部分采用氧化铝粉体密实填充。

在本发明的一种实施例中，第二自给能中子探测器包括第二探头及第二传输线缆；第三自给能中子探测器包括第三探头及第三传输线缆；第四自给能中子探测器包括第四探头及第四传输线缆；

第二探头的发射体采用银丝制成，第二探头的收集体采用因科镍600制成，第二探头的绝缘体采用氧化铝陶瓷管制成；第二探头的远端采用因科镍600半球状壳体封口；

第三探头的发射体采用钴丝制成，第三探头的收集体采用因科镍600制成，第三探头的绝缘体采用氧化铝陶瓷管制成；第三探头的远端采用因科镍600半球状壳体封口；

第四探头的发射体采用钒丝制成，第四探头的收集体采用因科镍600制成，第四探头的绝缘体采用氧化铝陶瓷管制成；第四探头的远端采用因科镍600半球状壳体封口；

其中，由铑或银制成的发射体的长度为150mm，由钴或钒制成的发射体的长度为300mm。

在本发明的一种实施例中，中子能谱测量装置包括第一固定件及第二固定件，第一固定件及第二固定件均与多个探头连接，且分布于多个探头的远端及近端，多个探头的远端平齐；

第一固定件及第二固定件均设开设有多个安装孔，多个安装孔的轴线平行，每个安装孔均对应安装一个自给能中子探测器的探头或传输线缆。

在本发明的一种实施例中，第一固定件开设有四个安装孔，其中三个安装孔的直径为4mm，另一个安装孔的直径为2mm；四个安装孔分别安装第一探头、第二探头、第三探头及第四探头；

第二固定件开设有四个安装孔，其中两个安装孔的直径为4mm，另外两个安装孔的直径为1mm；四个安装孔分别安装第三探头、第四探头、第一传输线缆及第二传输线缆。

在本发明的一种实施例中，传输线缆包括依次连接的铠装线缆、编织线及航空插头；

铠装线缆内置有信号芯线及补偿芯线；信号芯线及补偿芯线的两端分别与探头及编织线电连接，编织线与航空插头电连接。

在本发明的一种实施例中，铠装线缆内置有包覆信号芯线及补偿芯线的绝缘层；铠装线缆与编织线的连接处包覆有封装套管。

本发明的有益效果是：

该中子能谱测量装置，包括固定件以及多个自给能中子探测器；多个自给能中子探测器均用于测量目标反应堆的中子通量信息；每个自给能中子探测器均包括探头、传输线缆和连接套筒；传输线缆与探头连接，连接套筒包覆于探头与传输线缆的连接处；多个自给能中子探测器均与固定件连接，且多个自给能中子探测器的探头相互平行。

该中子能谱测量装置包括多个自给能中子探测器和固定件；其中，自给能中子探测器由探头、连接套筒和传输线缆组装形成；该中子能谱测量装置使用寿命长，且装置系统结构简单，可耐堆内高温高压，较小的尺寸可适应于堆内的复杂条件，便于使用和生产制造。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的中子能谱测量装置的结构示意图；

图2为本申请提供的自给能中子探测器的结构示意图；

图3为本申请提供的传输线缆的结构示意图。

图标：200-中子能谱测量装置；210-固定件；220-自给能中子探测器；221-探头；222-传输线缆；223-连接套筒；224-发射体；225-收集体；226-绝缘体；230-第一自给能中子探测器；240-第二自给能中子探测器；250-第三自给能中子探测器；260-第四自给能中子探测器；231-第一探头；232-第一传输线缆；241-第二探头；242-第二传输线缆；251-第三探头；252-第三传输线缆；261-第四探头；262-第四传输线缆；211-第一固定件；212-第二固定件；227-铠装线缆；228-编织线；229-航空插头；201-信号芯线；203-绝缘层；204-封装套管。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本实施例提供一种中子能谱测量装置200，其用于测量目标反应堆的中子能谱，其满足了在堆内高温高压、狭小空间的条件下测量中子能谱的要求；具体的，中子能谱测量装置200包括固定件210以及多个自给能中子探测器220；

多个自给能中子探测器220均用于测量目标反应堆的中子通量信息；每个自给能中子探测器220均包括探头221、传输线缆222和连接套筒223；传输线缆222与探头221连接，连接套筒223包覆于探头221与传输线缆222的连接处，以使得连接套筒223连接探头221和传输线缆222为密闭整体结构；多个自给能中子探测器220均与固定件210连接，且多个自给能中子探测器220的探头221相互平行。

需要说明的是，中子能谱测量装置200测量中子能谱的原理如下：

假定谱中子注量(中子能谱)表示为Φ

I 

式1中：I 

由此，多个自给能中子探测器220对中子具有不同的能量响应的自给能探测器，结合探测器输出电流对中子能谱进行解谱工作。假设有多个不同发射体224的探测器，则每根探测器的输出电流为：

I 

对于自给能中子探测器220探测器输出电流I 

在本实施例中，每个探头221均包括发射体224、收集体225绝缘体226；发射体224嵌套于收集体225内部，且发射体224与传输线缆222相连；绝缘体226设置于发射体224与收集体225之间，以隔离发射体224和收集体225。

由此，每个自给能中子探测器220的探头221均包括收集体225、绝缘体226和发射体224；发射体224嵌套于收集体225内部，且发射体224与传输线缆222相连；发射体224吸收中子，中子激发发射体224衰变产生β粒子，β粒子穿过绝缘体226被收集体225收集，发射体224与收集体225之间形成电势差，收集体225与发射体224构成回路，传输线缆222将回路的电流信号传输至电子学系统。而上述多个自给能中子探测器220可得出多个对应的电流信号，通过后端中子能谱求解方法可解出对应所测中子能谱。故，中子能谱测量装置200满足了在高温高压、狭小空间的条件下测量中子能谱的要求。

基于上述内容，在本实施例中，中子能谱测量装置200包括四个不同的自给能中子探测器220和两个固定件210。其原理是：自给能中子探测器220的多个发射体224材料吸收中子，中子和发射体224材料发生辐射俘获反应并衰变产生β粒子，β粒子穿过绝缘体226被收集体225收集，发射体224与收集体225之间形成电势差产生电流信号，传输线缆222将回路的电流信号传输至电子学系统。四个自给能中子探测器220可得出四个对应的电流信号，通过后端中子能谱求解方法可解出对应所测中子能谱。

四个不同的自给能中子探测器220通过两个固定件210组装，两个固定件210上各有四个通孔，四个自给能中子探测器220探头221部分相互平行排布，顶端平齐，第一个固定件210在探头221顶端固定，第二个固定件210在探头221末端用以固定探头221和长出的部分线缆。

而且在制作四个不同的自给能中子探测器220时，四个自给能中子探测器220的探头221的发射体224分别为铑、银、钒和钴四种材料制成，绝缘体226均由氧化铝陶瓷管组成，收集体225均由因科镍600套管组成，传输线缆222可以是同轴双芯I ncone600电缆，固定件210的材料为因科镍600材料。

其中，发射体224选用铑、银、钴和钒的原因在于，这几种材料有较大的中子反应截面，有较高的熔点可以适应堆内高温；绝缘体226采用氧化铝12

陶瓷套管，其绝缘性能可达10ohm·cm，且能够适应复杂的堆内环境；收集体225采用因科镍600套管，可耐高温高压；且中子和绝缘体226及收集体225材料的反应截面很小，对中子产生的信号不会造成干扰，可降低收集体225和绝缘体226对探测器电流信号的影响。需说明的是，上述选材仅是该发明的一种可能实现方式，该发明具体实施方式的材料选择，包括但不限于上述材料。发射体224还可以选择锰、钯等材质，绝缘体226还可选择氧化镁等材质，收集体225可选择镁、铝、不锈钢等。

即，在本发明的实施例中，发射体224可以由铑、银、钒、钴、锰或钯制成；绝缘体226可以由氧化铝陶瓷管或氧化镁制成；收集体225可以由因科镍600套管、镁、铝或不锈钢制成；传输线缆222包括同轴双芯I ncone600电缆；固定件210采用因科镍600材料制成。

而传输线缆222包括依次连接的铠装线缆227、编织线228及航空插头229；铠装线缆227内置有信号芯线201及补偿芯线；信号芯线201及补偿芯线的两端分别与探头221及编织线228电连接，编织线228与航空插头229电连接。铠装线缆227内置有包覆信号芯线201及补偿芯线的绝缘层203；铠装线缆227与编织线228的连接处包覆有封装套管204；

其中，封装套管204连接铠装线缆227和编织线228为一个整体，编制线后端接航空插头229，航空插头229可连接后端电子学便于信号的传输。铠装线缆227内部为双芯信号线，被封装在因科镍600套管内，内部使用氧化铝陶瓷粉末压实，作为绝缘层203起到绝缘作用，因科镍600套管可保证线缆能够承受堆芯复杂环境；使用编织线228的原因为，铠装线缆227硬度太大，从堆内引出后不利于布线操作，且使用编织线228可以降低本发明实例的成本。

综上，在本实施例中，以中子能谱测量装置200包括第一自给能中子探测器230、第二自给能中子探测器240、第三自给能中子探测器250及第四自给能中子探测器260为例；其中，第一自给能中子探测器230包括第一探头231及第一传输线缆232；第二自给能中子探测器240包括第二探头241及第二传输线缆242；第三自给能中子探测器250包括第三探头251及第三传输线缆252；第四自给能中子探测器260包括第四探头261及第四传输线缆262；

在制作第一探头231时，第一探头231的发射体224采用直径为0.8mm，长度为150mm的铑丝制成；第一探头231的收集体225采用内径为1.6mm，外径为2mm，长为155mm的Incone600制成；第一探头231的绝缘体226采用内径为1mm，外径为1.6mm，长为150mm氧化铝陶瓷管制成；而且第一探头231的远端采用内半径为0.8mm，外半径为1mm的I ncone600半球状壳体封口，且第一探头231的远端中空部分采用氧化铝粉体密实填充。而且钎焊焊接信号芯线201与发射体224，采用氧化铝粉体密实填充连接套筒223中空部分。激光焊接探头221顶部封口接缝，连接套筒223与探头221接缝、连接套筒223与收集体225接缝以及连接套筒223与铠装线缆227接缝。

在制作第二探头241时，第二探头241的发射体224采用银丝制成，第二探头241的收集体225采用因科镍600制成，第二探头241的绝缘体226采用氧化铝陶瓷管制成；第二探头241的远端采用因科镍600半球状壳体封口；

在制作第三探头251时，第三探头251的发射体224采用钴丝制成，第三探头251的收集体225采用因科镍600制成，第三探头251的绝缘体226采用氧化铝陶瓷管制成；第三探头251的远端采用因科镍600半球状壳体封口；

在制作第三探头251时，第四探头261的发射体224采用钒丝制成，第四探头261的收集体225采用因科镍600制成，第四探头261的绝缘体226采用氧化铝陶瓷管制成；第四探头261的远端采用因科镍600半球状壳体封口；

其中，由铑或银制成的发射体224的长度为150mm，由钴或钒制成的发射体224的长度为300mm。需要说明的是，上述结构设置所遵循的设计原则为：发射体224材料中子反应截面小的探测器整体设计成大尺寸，发射体224材料中子反应截面大的探测器设计为小尺寸。

基于上述内容，第一探头231、第二探头241、第三探头251和第四探头261之间相互平行排列，且四者的顶端在同一顶点，第一固定件211和第二固定件212分别位于第一探头231、第二探头241、第三探头251和第四探头261的两端。

需要说明的是，由上述内容可知，第一探头231、第二探头241、第三探头251和第四探头261均包括发射体224、绝缘体226、收集体225、传输线缆222和连接套筒223；

其中，以第一探头231为例，其发射体224镶嵌于收集体225内部，且后端通过连接套筒223与第一传输线缆232相连，发射体224和收集体225之间通过绝缘体226相隔开无接触；在使用的过程中，当中子入射探头221部分，将发射体224原子激活并发射β电子，β电子穿过绝缘体226最后停止于收集体225外壳或周围环境中，连续测量该过程可得到电流信号，电流信号通过第一传输线缆232向后传输至电子学系统记录分析。

进一步地，在本实施例中，中子能谱测量装置200包括第一固定件211及第二固定件212，第一固定件211及第二固定件212均与多个探头221连接，且分布于多个探头221的远端及近端，多个探头221的远端平齐；

第一固定件211及第二固定件212均设开设有多个安装孔，多个安装孔的轴线平行，每个安装孔均对应安装一个自给能中子探测器220的探头221或传输线缆222。

第一固定件211开设有四个安装孔，其中三个安装孔的直径为4mm，另一个安装孔的直径为2mm；四个安装孔分别安装第一探头231、第二探头241、第三探头251及第四探头261；

第二固定件212开设有四个安装孔，其中两个安装孔的直径为4mm，另外两个安装孔的直径为1mm；四个安装孔分别安装第三探头251、第四探头261、第一传输线缆232及第二传输线缆242。

由此，第一固定件211及第二固定件212的材质为因科镍600材料，可以减小对中子信号的影响并承受堆内复杂环境；第一固定组件是含有四个通孔的圆柱体，底面半径为12mm，高为10mm，其上四个通孔分别为直径4mm三个，直径2mm一个，用来固定第一探头231、第二探头241、第三探头251和第四探头261；而第二固定件212是含有四个通孔的圆柱体，底面半径为12mm，高为10mm，其上四个通孔分别为直径4mm两个，直径1mm两个，用来固定第三探头251、第四探头261、第一传输线缆232、第二传输线缆242；在将多个探头221平行排布后，将探头221和传输线缆222和固定组件装配，使用激光焊接，使探头221形成一个整体而不发生相对移动。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。