核电站辐射监测系统KRT培训教材.ppt
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1、大亚湾核电站大亚湾核电站辐射监测系统辐射监测系统KRT培训教材培训教材编写:姜爱苟审核:刘成夫、顾景智批准:杨茂春大亚湾核电站保健物理处2002年9月30日目目录录第一章第一章前言前言第二章第二章辐射探测器的探测原理、测量特性、主要应用范围辐射探测器的探测原理、测量特性、主要应用范围1、气体探测器1.1气体探测器的测量原理1.2电离室1.3正比计数器1.4G-M计数器2、闪烁探测器3、半导体探测器第三章第三章KRT系统系统1、系统回路的组成2、设备的功能3、通道功能和分类第四章第四章KRT通道与被监测系统的关系及常见故障通道与被监测系统的关系及常见故障1、KRT001MA2、KRT02/03/
2、04MA附件一、关于KRT通道指示值从零上漂或下漂的说明3、KRT05/06MA4、KRT007MA5、KRT008/09/028MA附件二、KRT008MA误发二级报警的处理6、KRT010/015MA7、KRT011/012/013/014MA8、KRT016/017/021MA附件三、1KRT016MA频发“MF”故障的原因分析附件四、1KRT016MA测量腔进水的原因分析9、KRT018/019MA10、KRT022/023MA11、KRT026MA12、KRT032/033/034MA13、KRT036MA14、KRT041MA15、KRT051-055、501-502,508-51
3、2MA16、KRT505MA17、KRT901MA18、KRT904MA附件五、KRT通道报警处理流程第五章第五章KRT系统的定期试验系统的定期试验1、定期试验的目的2、定期试验的方式3、定期试验的周期第一章第一章前前言言该教材是根据运行人员的培训要求编写。其目的是使学员了解辐射探测器的探测原理、特性、主要应用范围,了解掌握KRT系统基本组成、工作原理、功能、与被测系统的关系、常见故障现象及原因,了解KRT系统的定期试验。第二章辐射探测器概括地讲,核辐射探测器的主要作用是把进入探测器灵敏区域的核辐射转变成为信号处理设备能够觉察出来的信号,例如电信号、光信号、声信号、热信号等。凡是对辐射敏感,且
4、可通过各种方法能将此敏感效应加以定性、定量记录的物质均可用作辐射探测器。辐射防护领域常用的辐射探测器包括气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器、固体径迹探测器和热释光探测器等。本章重点介绍核电站常见的几种辐射探测器。1、气体探测器气体探测器气体探测器包括电离室、正比计数器和G-M计数器等。由于它们把核辐射转变成为电信号的物理过程都是在探测器内充特定气体的特定体积中进行的,所以它们统称为气体探测器。它们虽是早期的核辐射探测器,但由于它具有其它类型探测器不能取代的结构简单、性能稳定、价格低廉、适应较宽的温度范围等特点,至今仍有着广泛的应用。1.1气体探测器的原理气体探测器的原理带电粒子通过气体时与气
5、体分子发生电离碰撞,使气体分子电离和激发,产生离子对。气体探测器就是基于上述原理,通过电极对离子的收集并经后续电路来实现辐射测量。为了实现不同的测量目的,需要选择不同的工作气体、探头结构和高压范围。极间电压(高压)的变化直接影响气体探测器收集离子对的数量和探测器的工作状态,这种关系见图1。图1气体探测器电极收集到的离子对数目与外加直流电压的关系、复合区;、饱和区(电离室工作区);、正比区(正比计数器工作区)、有限正比区;、G-M工作区(G-M计数器工作区)、复复合合区区:电压很低时,弱电场无法阻止离子对的复合,所能收集到的电离电流很小。其特点是电极收集到的离子对数目N低于由带电粒子产生的离子对
6、数目N0。N0有一部分因为复合而消失。、饱饱和和区区:随着电压的增加,复合作用减少,电离电流增加,到一定值时将达到饱和,这一区域为电离室区(区)。其特点是N正好等于N0。、正比区正比区:随着电压继续增加,原电离产生的电子在电场作用下与气体分子发生碰撞,这类碰撞逐级增加,最后形成“雪崩”现象,此时电离电流的增殖与极间电压的关系稳定,收集电极上感生的脉冲幅度与原电离产生的脉冲幅度成正比关系,这个区域称为正比区区)。其特点是对某一确定的探测器,当V一定时,M=N/N0是定值。、有限正比区:、有限正比区:工作电压继续增加时,由于光子在气体或阴极表面引起的光电发射以及正离子在阴极上的二次电子发射,使得电
7、子增加,同时,阳极周围大量的正离子形成的“空间电荷效应”使阳极周围电场减弱,限制了次级离子的增加。电离电流与工作电压的比例关系不固定,但仍与原电离有关,该区域称为有限正比区(区)。其特点是M的数值于N0的大小有关系,N0比较大时M就比较小,也就是说N与NO的正比关系受到限制。、G-M工工作作区区:电压再增大时,气体的放大系数随电压急剧上升,并失去与原电离的正比关系,只要有粒子入射就会产生一个幅度相同的信号,此区称为G-M区(区)。其特点是N保持定值,仅由计数器的结构与外加电压的数值所决定,与N0无关,所以,看到了两条曲线的重合。当电压进一步增加时,电子雪崩发展成为自激放电,进入连续放电区(区)
8、。通常按极间电压的范围将气体探测器分为电离室、正比计数器和G-M计数器。1.2电离室电离室电离室工作在上述的电离室区。其工作电压相对较低,在这个过程中,没有气体放大。电离室分两种类型,一种是记录单个辐射离子的脉冲电离室,主要用于测量重带电粒子的能量和强度。其输出信号的最大幅度与粒子的能量成正比。由于电子的漂移速度比正离子大三个数量级,这就决定了脉冲前沿主要是电子脉冲的贡献,是脉冲的快成份,而离子脉冲构成了脉冲的慢成份。通过调节电路的时间常数,可以制成离子脉冲电离室和电子脉冲电离室,前者可用于测量带电粒子的能量,但计数率太高时脉冲重叠,使得能量分辨率降低。后这计数率可以较高,但要分析粒子的能量时
9、需采用屏栅电离室。另一种是记录大量辐射粒子平均效应的电流电离室和累积效应的累积电离室,主要用于测量强度或通量、剂量或剂量率。可以将工作电压设在饱和区的某一范围内。此外还有可用于绝对测量剂量的外推电离室、用于测量环境剂量的高气压电离室、用于剂量标准的自由空气电离室等等。KRT001/009/010/011/012/013/014017/021/018/019/022/023/026/036/041/051-055/501/502/508-512MA其探头类型属于电离室。其中,KRT017/036/041MA等为差分电离室,目的是为了减少周围环境对测量的影响,提高探测灵敏度。1.3正比计数器正比计
10、数器气体探测器工作在正比区时,称为正比计数器,通常有圆柱型、钟罩型、平行板型等。流气式正比计数器适合于长期连续使用的需要。在强度不变的放射源照射下,探测器输出脉冲随工作电压的变化曲线称为坪曲线。它包括起始电压、坪长、坪斜等指标。正比计数器的坪长一般大于150V,坪斜小于1%-5%/100V。正比计数器具有以下特点:1脉冲幅度较大,约比电离室脉冲大100-10000倍,不必用高增益的放大器;2灵敏度高,只要发生一次电离就可以记录,可用于探测低能或低比电离的粒子,如软、和X射线等;3脉冲宽度比G-M计数器窄,可作快速计数,寿命也较长;4可以根据需要固定或流气式充气,如测量中子时可充BF3及其它含H
11、气体,通常充有惰性气体加少量多原子分子气体,如90%Ar+10%Co2、90%Ar+10CH4等;正比计数器的主要缺点是脉冲幅度随工作电压的变化加大,易受外来电磁干扰。C2门、CBO为充有90%Ar+10%Co2的流气式正比计数器。1.4G-M计数器计数器盖革-米勒(G-M)计数器工作于G-M区。其结构大多为端窗型(也称钟罩型)和圆柱型。按充气气体性质,G-M计数器可分为充纯单原子或双原子分子的非自熄计数器和混有纯多原子分子气体的自猝熄计数器。自猝熄计数器又可分为有机自猝熄和卤素自猝熄计数器两种。描述G-M计数管特性的参数主要有:1)坪曲线,包括起始电压、坪长和坪斜。起始电压通常为几百到1千伏
12、左右。坪斜要求约小越好,一般在5%/100V-10%/100V范围内。坪长约在100V-300V之间,坪长较长工作就会更稳定。2)死时间、恢复时间和分辨时间。由于工作在G-M区,前一次计数完成后,需要场强恢复到足以维持到放电的强度,这段时间称为死时间,然后电场对正离子进行收集,直到正离子完全被收集,这段时间为恢复时间。分辨时间是在考虑了计数管和计数系统两方面因素的前提下,两次连续计数之间的间隔时间。分辨时间短,可以提高计数率的上限。3)探测效率。G-M计数管对带电粒子的探测效率通常可接近100%,对光子的探测效率与光子的能量、管壁材料的原子序数等有关。4)寿命。随着计数管的使用,猝熄气体不断解
13、离而失去猝熄能力。因此计数管在使用时,切忌加过高电压,以免缩短寿命。5)温度效应。环境温度过低过高均会影响计数管的性能,不过在通常的环境温度下其性能稳定。G-M计数管具有灵敏度高、脉冲幅度大、稳定性高、制作和使用方便等特点,但它也有不能区分粒子的类型和能量、分辨时间长等缺点,计数率太高时可能发生堵塞现象,使用时应该注意。电厂使用的大部分可携式表面污染监测仪及长杆剂量监测仪的探头均为G-M计数管。KRT016MA其探头属于G-M计数管。2、闪烁探测器、闪烁探测器闪烁探测器的工作原理是基于下面事实,射线照射在某一闪烁体上,使其中的原子和分子受激而发出荧光,将荧光的光信号通过光电倍增管转换为电信号并
14、加以放大获得测量结果。光子打到光电倍增管的光阴极上,发生光电效应,产生电子,电子经过光电倍增管各打拿极的倍增放大后输出信号,该信号经射极跟随器的耦合、前置放大从探头输出进入后续电子线路。闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器(包括射极跟随器和后续电路)三个主要部分组成。闪烁体按其化学成份可分为无机闪烁体和有机闪烁体。常用的无机闪烁体有NaI(Tl)、CsI(Tl)、ZnS(Ag)等。有机闪烁体又分为塑料闪烁体、有机晶体闪烁体和有机液体闪烁体。NaI(Tl)对射线的探测效率高,可分辨的能量,可用于谱仪。但易碎、潮解,需密封使用。如C1门、衣物分拣机、可携式谱仪、CPO工具污染监测仪、KR
15、T002/003/004/005/006/028/032/033/034/505/901/904MA等 使用NaI(Tl)闪烁体。CsI(Tl)对射线的探测效率比NaI(Tl)高,但能量分辨率较差。不易破碎和潮解。ZnS(Ag)对射线不灵敏,但对粒子的探测效率几乎100%。表面污染监测仪常使用ZnS(Ag)作闪烁体。如SMIA70探头。液体闪烁体是将发光物质容于有机溶液而制成的。通常用于测量3H、14C等低能辐射。塑料闪烁体用途广泛,可测量、中子等各种辐射。能量分辨率差,一般只用作强度测量。如FJ-2206、FJ-2207表面污染监测仪、CSM信号报警仪、KRT007/008MA等。在选择光电
16、倍增管倍增管时,要考虑其光谱范围是否与闪烁体的发射光谱相匹配、放大倍数、时间特性、暗电流和本底脉冲等方面的指标。闪烁探测器也具有相应的坪曲线,工作电压一般在1000V左右,电压太低(如低于500V),放大倍数较小,不能发挥其作用,电压过高时,虽然放大倍数增加,但噪声计数也增多,也会缩短光电倍增管的寿命。也可通过实验,得出信噪比与电压之间的关系曲线,比值最大处为最佳工作电压。严禁探头爆光,否则可能烧毁光电倍增管。比较探头在避光和见光时的读数,可以判断探头是否漏光。3、半导体探测器、半导体探测器半导体探测器的工作原理:在半导体的PN结区载流子很少,当带电粒子射入结区后,损失能量,形成电子-空穴对,
17、在外加电场的作用下,电子和空穴向两极漂移,于是在输出回路中形成电信号。目前半导体探测器主要有两类,一类是PN结半导体探测器,它包括扩散结半导体探测器、面垒型半导体探测器和离子注入型半导体探测器。另一类是锂漂移探测器。目前我国的结型半导体探测器主要是金硅面垒探测器。金硅面垒探测器适合于射线及能谱的测量。为了较少反向电流,锗锂漂移探测器要在低温(液氮)下保存和工作。高纯锗探测器是利用高纯材料可以制作出耗尽层较厚的PN结探测器的原理制成的。它需要在底温下使用,但不需要在低温下保存。硅(锗)锂漂移探测器与高纯锗探测器的测量性能相似,都可用于探测射线和低能射线,适于测量射线的能谱。如扫描式全身计数器(W
18、BC)使用高纯锗探测器。半导体探测器的优点:1)能量分辨率高。适于谱仪测量系统;2)能量线性范围宽;3)金硅面垒探测器还具有脉冲上升时间快,体积小等优点。主要缺点是:1)易产生辐照损伤;2)输出脉冲幅度小;3)对测量线路要求高;4)性能受温度影响等。第三章、第三章、KRT系统的组成系统的组成1.系统回路系统回路KRT系统的测量通道是由一些标准的部件(元件)所组成。根据每个通道的功用不同,有不同的组合。一般由探测子系统、集中处理子系统、信号子系统和继电器柜等组成。图一是一个典型的集中控制测量通道的回路。KRTPAMS通道有自己专门的集中处理柜和供电电源,启动通风系统,自动工作的一些通道也有专门的
19、集中处理单元和供电系统。KRT系统测量示意图系统测量示意图测试源探头测量盒接线盒就地显示报警盒警报处理单元继电器单元KIT信息单元KRT监测系统记录仪显示器打印中央处理单元二级报警一级报警数字率表集中控制柜主要由探测器、测量盒、接线盒、就地信号盒、电气盒、处理模块、集中机柜等组成。2、设备的功能、设备的功能2.1探测器探测器2.1.1闪烁探测器:将入射粒子射线的能量变成光能,其光谱要满足相连的光电倍增管灵敏度对光谱的要求。KRT通道:NaI(02/03/04/05/06/028/32/33/34/505/901/902)MA07/08(塑料)2.1.2计数管:在圆形充气计数管外壳与中心电极之间
20、建立电场,使射线粒子能够电离充入气体的气体分子。KRT通道:016MA2.1.3电离室:电离室的电场使被测的放射性在电离室内产生电离电流。差分电离室:由两个独立的电离室相对组装在一起,被监测的气体仅穿透差分电离室中一个电离室。(09/017/36/41/51-55MA)简单电离室:(021/18/19/22/23/10/15/508-512/11-14MA)2.2测量盒测量盒2.2.1光电倍增管探测器CM/PM测量盒将来自闪烁探测器的电荷脉冲变成电压脉冲,并将脉冲信号送到处理模块(INR)给探测器供高压2.2.2计数管CM/GM测量盒保证将来自GM计数管的实际脉冲放大和成形,并将放大成形后的脉
21、冲送到INR给探测器供高压2.2.3电离室CM/CI测量盒将电离室产生的非常弱的电荷变成电压脉冲,并送到INR。给探测器供高压2.3接线盒(连接盒)接线盒(连接盒)CR将从处理模块送来的220V电源以变压器去耦收集从测量盒、源试验和电气盒得到的数据2.4就地信号盒就地信号盒处理和信号盒CB42:用于报警信号站处理,保证具有处理模块INR相同的功能,它测量信号的频率并产生模拟和通-断数据。信号处理的功能包括声响报警和灯光报警。测量显示盒CBA:就地显示经过集中摸件INR处理过的信号测量值。2.5电气盒电气盒电 站 机 组 中 所 有 电 气 盒 都 从 驱 动 器 箱 中 得 到380V(017
22、/021MA除外220V)就地电气盒内能够调节48V电压,使之能够传输数据或故障,压力流量灯信号到集中摸件中去。2.6处理摸件处理摸件INR203和INRMV51该设备安装在中央机柜内,用于启动电气通道,以便测量和处理由探测器提供的信号频率并产生模拟数字和开-关数据。(简易处理摸件MRA13-报警信号站、扫描处理摸件CSC-036MA、便携式简易处理摸件CODI)2.7集中机柜集中机柜INR、CSC、MRA测量通道的处理摸件都安装在四个机柜里,每个机柜有220V50Hz连续供电,非PAMS机柜有48V连续供电。所有PAMS机柜都有将220VAC变为48VDC的变压器。1)9KRT501AR2)
23、1/2KRT001AR3)1/2KRT003AR(属PAMS通道A系列)4)1/2KRT004AR(属PAMS通道B系列)所有集中控制柜下方均有2排按键,蓝色按键用于阻止相应通道的报警输出,白色按键用于控制检验源以检查探测器。3、系统功能和分类、系统功能和分类3.1KRT系统的功能和特点3.1.1KRT系统的主要功能KRT系统是与电厂运行工况直接相关的辐射监测系统,它执行以下四种功能:1)防止核电站工作人员受到高剂量照射。对控制区有关区域进行剂量率、中子剂量率的实时监测,并提供测量结果和报警信号,避免工作人员受到高剂量照射:-利用便携式KRT仪表对控制区进行定期巡测;-利用固定式KRT通道对风
24、险较大的场所进行连续监测。2)防止核电站周围的居民(公众)受照。除非发生了严重事故导致安全壳局部破裂,一般放射性流出物只是经过预先设计的少数排放路径,往环境排放。居民受照主要来自流出物排放的放射性,为保护居民免受照射,KRT系统要监测排放的流出物,确保污染水平不超过管理部门设定的限值。流出物包括:气体流出物、液体流出物。3)屏障完整性有效性的监测。核电厂三大屏障的完整性和有效性并不是永久的或完善的。某种屏障自身会慢慢的或偶然的失效,但也并不意味着立刻会产生严重的危害。因此,KRT系统对屏障完整性有效性的监测有着重要的意义。4)为保护工作人员或公众而启动自动的安全措施。这些安全措施均以KRT系统
25、提供的监测数据为基础,导致隔离系统阀门关闭或改变通风系统的管路(如经碘过滤器后再排放)。3.1.2KRT系统的特点:-连续监测;-快速响应;-能给出综合(全局)的报警信号;-不与实验室的测量混淆,实验室测量属精确测量;-能为辐射安全分析提供信息。3.2KRT系统的分类系统的分类1按照监测对象和功能,KRT系统可分为两个子系统:-工艺和流出物监测系统;-区域和气载放射性监测系统。2KRT系统可以分为若干组,其中:-34个单机组测量通道能给出集中信息和就地显示信息;-11个机组公用测量通道,也能给出集中和就地显示的信息;-2个可移动的测量通道,无集中处理信息的功能。3、每个通道均由标准元部件组成,
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