CN108877970A - 一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、***及监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、***及监测仪，其方法包括以下步骤：在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ‑γ光子的γ‑γ符合计数，以计算输出γ‑γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；根据所述采样气体中的γ‑γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率，能够准确高效的进行压水堆一回路泄漏监测。

Description

一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、***及监测仪

技术领域

本发明涉及核电站辐射泄漏监测领域，尤其涉及一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、***及监测仪。

背景技术

核安全是核电的生命，研发我国自主的核电技术，最重要的就是如何提高安全性。虽然核电作为一种清洁能源，但由于涉及放射物的排放，仍然具有核泄漏的可能性。为保障核电平稳发展及走出去的形势，核电站安全运行与监测是关系到核电平稳发展和走出去的关键之一，核电站一回路压力边界泄漏监测是核电站安全监测的核心组成部分。因为压水堆核电站一回路中含有高温高压水，这种水既作冷却剂又作中子慢化剂。由于核燃料元件包壳的泄漏和一回路水中腐蚀产物的中子活化，使水中含有放射性核素。压水堆核电站一回路的堆本体及管道中的各焊接部位、机械接口处等，由于压力、腐蚀和辐照等原因而产生裂纹和裂缝，特别是压力容器顶盖控制棒驱动机构与各阀门密封不良会产生一回路水泄漏，如不能及时发现，裂缝越来越大，泄漏越来越多。泄漏一旦发生，这些带有放射性的冷却水就会泄漏到安全壳大气中对环境造成污染，不仅会危害工作人员健康，还会危及反应堆正常运行和核电厂的安全。基于这些原因，各个国家都非常重视对核电站的反应堆一回路压力边界的泄漏进行监测。

对于压水堆核电站一回路压力边界泄漏的监测，主要是通过监测压水堆核电站一回路中的高温高压水的放射性源项来实现的。目前国内外采用的监测手段主要有：安全壳内气溶胶总β放射性测量、安全壳内空气中气载¹³¹I放射性测量、安全壳内空气中惰性气体放射性测量和安全壳内空气中¹³N(氮13)放射性测量这四种。

安全壳内气溶胶总β放射性测量主要是监测安全壳内气溶胶的总β放射性，气溶胶主要来源于反应堆一回路压力边界冷却剂的泄漏及其气化，由冷却剂中的裂变产物和腐蚀活化产物形成；安全壳内空气中气载¹³¹I放射性测量的测量过程与安全壳内气溶胶总β放射性测量相类似，也是边采样边测量，但是安全壳内空气中气载¹³¹I放射性测量是用活性炭做成的“碘过滤盒”，更换碘过滤盒是靠人工操作的；安全壳内空气中惰性气体放射性测量通过监测惰性气体总β放射性进行边界泄漏监测。

安全壳内空气中¹³N放射性测量，反应堆冷却剂H₂O中¹³N来源于如下核反应：堆芯裂变中子与水中氢核发生弹性散射产生反冲质子，大于一定能量(E＝5.555MeV)的反冲质子与水中的¹⁶O发生核反应产生¹³N，即 ¹³N为β⁺放射性核素，β⁺半衰期为9.96min。β⁺粒子与物质相互作用发生正电子湮没效应，发射两个能量均为0.511Mev的光子，且两个光子向相反方向运动。通过测量取样气体中0.511Mev的γ射线计数，就可以得到取样空气中¹³N的放射性活度，再经过专门计算确定的泄漏传输系数进行换算，就可以求出压力容器上顶盖处(若在此处空气取样)或一回路承压边界(若在安全壳内空气取样)的水泄漏率。

在实现本发明的过程中，发明人发现：由于气溶胶、¹³¹I测量及惰性气体均为核燃料元件包壳泄漏的核裂变产物，它们的源项依赖于核燃料包壳的破损程度及核燃料的核反应程度，作为燃料包壳的锆合金裂变产物长时间在高温高压放射性水中暴露，会发生一定程度的腐蚀破损、应力破坏等，从而出现砂眼(即小孔洞)或细裂纹性质的缺陷，核燃料包壳的破损无法定量估量，因此通过气溶胶、¹³¹I测量及惰性气体的测量方式只能够监测到是否有裂变产物泄漏，但无法定量计算裂变产物的泄漏量大小，因而仅仅能定性测量；安全壳内空气中¹³N放射性测量，由于放射性源项是中子活化产物，具有源项可以准确计算，相对于气溶胶、¹³¹I测量及惰性气体三种裂变产物(即PIG)测量，不仅可以知道是否有泄漏情况发生，同时可以根据源项准确计算出泄漏量大小，即可以用于定量测量，但利用¹³N放射性测量，尽管可在误差范围±20％内，能够给出定量的泄漏率信息，但目前国内和国外已经研制出来的¹³N泄漏监测都是采用低本底γ能谱方法来进行测量，就是将取样容器放入低本底铅室内再利用探测器对γ能谱进行测量的方法来进行，但是由于¹³N核素本身在安全壳中的浓度就比较低，造成了探测器对¹³N的探测计数偏小，这些监测设备在实际使用过程中都会遇到仪器的探测下限较高，目前大约是10L/h的水平，但在实际应用中，核电站该仪器的具体使用部门都希望仪器的探测下限能够达到泄漏率为1L/h，因为目前压水堆核电站的一回路泄漏的正常水平在每天泄漏40升到120升左右，现有的泄漏率探测下限为10L/h的¹³N监测仪智能测出突出的比较大的泄漏事故，不能反映出泄漏的法阵情况；而且采用低本底γ能谱方法是通过稳定光谱来测量¹³N的β⁺衰变所发射的0.511Mev的γ光子来实现泄漏监测的方法，对仪器的长期稳定性要求较高，由于长期在线监测，如果能谱发生漂移，就会使得测得的0.511Mev的γ计数率不准确，影响测量结果精确度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、***及监测仪，准确高效的进行压水堆一回路泄漏监测。

第一方面，本发明实施例提供了一种压水堆一回路边界泄漏监测方法，包括以下步骤：

在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；

通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；

根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。

在第一方面的第一种实现方式中，所述符合探测装置还包括一个主探测器；

则所述压水堆一回路边界泄漏监测方法，还包括：

根据所述符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率。

根据第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，

所述取样容器包括M-S容器；

所述符合探测装置中的主探测器、符合探测器均为NaI(TI)闪烁体探测器；

所述取样容器呈圆柱体形结构，且所述取样容器的材料为(1±0.1)mm的不锈钢材料；

所述取样容器的高度为(80±0.5)mm；

所述取样容器内设有一个第一内腔及至少两个第二内腔，所述第一内腔位于所述取样容器的中部，且所述第一内腔、每一所述第二内腔的高度均为(78±0.5)mm；

所述符合探测装置中的主探测器设于所述第一内腔内，所述符合探测器设于任一所述第二内腔内。

根据第一方面的第二种实现方式，在第一方面的第三种实现方式中，所述通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以输出γ-γ符合计数率，具体为：

在符合探测装置中，所述至少两个符合探测器通过卡能量的方法分别检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的两个方向相反的0.511Mev的γ光子；

根据检测的所有的所述两个方向相反的0.511Mev的γ光子进行γ-γ符合计数，以计算输出符合探测效率；其中，设符合探测效率为ε，则式中，n为γ-γ符合计数，λ为衰变常数，A₀为t₀时刻测量出的¹³N的β⁺放射性活度值，t₁为符合检测计数开始的时刻，t₂为符合检测计数停止的时刻；

根据所述符合探测效率及所述取样容器的体积获取γ-γ符合计数率；其中，设取样容器的体积为V，设所述γ-γ符合计数率为n_n，则n_n＝V×ε。

根据第一方面的第三种实现方式，在第一方面的第四种实现方式中，所述根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率，具体为：

根据所述符合探测效率确定泄漏率传输系数；其中，设所述泄漏率传输系数为K₂，则式中，λ为¹³N的衰变常数(单位为h^-1)，V₁为安全壳的有效容积，ε为符合探测效率，Q为取样空气流量，t₄为一回路水泄漏后在安全壳内汽化稀释时间，t₅为在采样管道中的传输时间，t₆为在取样容器中符合探测装置的测量时间；

根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率及所述泄漏率传输系数，确定压水堆一回路压力边界的冷切剂水的泄漏率；其中，设所述泄漏率为V_L，则式中，n_n为γ-γ符合计数率，N₁为压水堆一回路水中¹³N的核密度，N₁＝K₁P，P为反应堆功率，K₁为比例系数。

根据第一方面的以上任一种实现方式，在第一方面的第五种实现方式中，根据各个探测器的探测效率及所述符合本地计数率，确定最小可探测活度及探测下限，以作为所述压水堆一回路边界泄漏监测方法的功能评价标准；其中，所述探测器包括主探测器及各个符合探测器，设所述最小可探测活度为S_l，则式中，ε_in为探测器的探测效率，n_b为符合本底计数率，T为测量时间；设探测下限为L_D，则

第二方面，本发明实施例提供了一种压水堆一回路边界泄漏监测***，包括取样单元、测量单元及测量处理单元；

所述取样单元，与所述测量单元连接，用于在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；

所述测量单元，与所述测量处理单元连接，用于通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；

所述测量处理单元，用于根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。

在第二方面的第一种实现方式中，所述符合探测装置还包括一个主探测器；

所述测量单元，还用于根据所述符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率。

根据第二方面的第一种实现方式，在第二方面的第二种实现方式中，还包括显示单元及电气控制单元；

所述显示单元，与所述测量处理单元连接，用于根据所述测量处理单元获取的压水堆一回路边界泄漏的冷却剂水的泄漏率进行相应显示泄漏情况；

所述电气控制单元，分别与所述测量处理单元及所述显示单元，用于为所述测量处理单元及所述显示单元提供电压输出。

第三方面，本发明实施例提供了一种监测仪，包括第二方面任意一项所述的压水堆一回路边界泄漏监测***。

本发明实施例提供了一种压水堆一回路边界泄漏监测方法、***及监测仪，其一个实施例具有如下有益效果：

在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中，然后通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器，最后根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率，通过符合法进行符合计数率的计算，提高¹³N探测效率，能够有效降低本底，可以使本底比常规方法降低约四个量级，探测效率下降一个量级，综合可使测量下限降低一个量级，即探测下限能够达到泄漏率为1L/h，解决现有的基于能谱方法的压水堆核动力装置一回路¹³N泄漏监测***探测下限较高的问题，可以为核电监测仪器使用部门员工提供更为准确的泄漏情况，且符合法对能谱的稳定要求将大大降低，能谱漂移不会对测量准确度产生影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1是本发明第一实施例提供的压水堆一回路边界泄漏监测方法的流程示意图。

图2是本发明第一实施例提供的取样容器、主探测器及各个符合探测器的俯视示意图。

图3是本发明第一实施例提供的取样容器、主探测器及各个符合探测器的示意图。

图4是本发明第一实施例提供的取样容器的实体示意图。

图5是本发明第二实施例提供的压水堆一回路边界泄漏监测***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种压水堆一回路边界泄漏监测方法，其所述压水堆一回路边界泄漏监测方法集成于压水堆一回路边界泄漏监测***中，并包括以下步骤：

S11，在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中。

在本发明实施例中，取样单元在取样点首先通过采样管道将采样气体抽送到取样容器中，由测量单元中的符合探测装置对所述取样容器中的采样气体进行测量。所述取样容器包括但不限于M-S容器，所述取样容器呈圆柱体形结构，且所述取样容器的材料为(1±0.1)mm的不锈钢材料，所述取样容器的高度为(80±0.5)mm，所述取样容器内设有一个第一内腔及至少两个第二内腔，所述第一内腔位于所述取样容器的中部，且所述第一内腔、每一所述第二内腔的高度均为(78±0.5)mm，需要说明的是，按压力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器；内压容器又可按设计压力(p)大小分为四个压力等级，具体划分如下：(1)低压(代号L)容器0.1MPa≤p＜1.6MPa，(2)中压(代号M)容器1.6MPa≤p＜10.0MPa，(3)高压(代号H)容器10MPa≤p＜100MPa，(4)超高压(代号U)容器p≥100MPa。(1MPa＝9.8Kg)；按容器在生产中的作用分类:(1)反应压力容器(代号R):用于完成介质的物理、化学反应，(2)换热压力容器(代号E):用于完成介质的热量交换，(3)分离压力容器(代号S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离，(4)储存压力容器(代号C，其中球罐代号B)：用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。

S12，通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器。

在本发明实施例中，需要说明的是，本发明运用符合法进行¹³N的放射性测量，以计算反应堆一回路压力边界的冷切剂水的泄漏率，¹³N为β+粒子发射体，半衰期为9.96min，β+粒子与物质相互作用发生正电子湮没效应，并发射两个能量均为0.511MeV的γ光子，且两个γ光子向相反方向运动；符合法的基本原理：核物理中的符合事件指的是两个或者两个以上同时发生的事件，例如当一个原子核发生了级联衰变之后，连续的放射出β射线和γ射线，那么这时的β和γ就称为一对符合事件，如果这一对βγ如果分别进入到两个探测器中，将两探测器输出的脉冲引导符合电路时便可以输出一个符合脉冲，将这两个探测器的输出信号输入到符合电路中会产生符合脉冲信号，符合法就是通过利用符合电路来对符合事件进行选择的一种方法，¹³N核素发生β⁺衰变湮灭后将产生两个能量均为0.511MeV且方向相反的γ光子，这是一个符合事件，本申请利用多个探测器组合成符合探测装置对这些符合事件进行探测。

在本发明实施例中，所述符合探测装置还包括一个主探测器，根据正电子放出γ射线的特点确定所述符合探测装置中的主探测器、符合探测器均为NaI(TI)闪烁体探测器，所述符合探测装置中的主探测器设于所述第一内腔内，所述符合探测器设于任一所述第二内腔内，优选地，请参阅图2、图3及图4，所述取样容器具有一个第一内腔及4个第二内腔，所述符合探测装置包括一个主探测器及4个符合探测器，所述主探测器位于所述取样容器中心位置的第一内腔中，所述4个符合探测器分别位于所述取样容器的4个第二内腔中。

在本发明实施例中，取样容器内的¹³N气体发生β⁺衰变，释放出方向任意、能量为0～1.198MeV的β⁺粒子(即为正电子)，β⁺粒子与周围物质发生湮没作用后，生成两个方向相反，能量均为0.511MeV的γ光子，所述NaI(TI)闪烁体探测器对于γ光子的探测过程包括：在取样容器中产生的γ光子进入碘化钠晶体，与晶体发生相互作用，生成次级带电粒子(电子)再引起物质电离和激发，受激原子在退激过程中发光，光子从闪烁体中发射出来打到光电倍增管的光阴极，光子在光阴极上打出电子，光电子经过光电倍增管各倍增极的倍增，最后被阳极收集便产生一个电脉冲信号，从而输出电脉冲信号进行记录及分析；其中，需要说明的是，γ光子与物质的相互作用主要有光电效应、康普顿散射以及电子对生成效应，正电子在取样容器中发生湮灭产生两个能量为0.511MeV的γ光子，γ光子与碘化钠晶体发生光电效应、康普顿效应、电子对效应而在晶体中沉积能量，从而能够给出信号，当两个探测器同时有信号输出时认为发生了一次正电子湮灭。

在本发明实施例中，所述测量单元根据符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率，请参阅图2、图3及图4，将探测器放入所述取样容器的指定位置，在非屏蔽情况下测量压水堆一回路边界泄漏监测***的符合本底计数，从5个探测器的摆放位置可知，符合探测器两两组合进行符合输出时，在有放射源存在的情况下1、3符合和2、4符合难形成真符合计数，对符合探测效率的提高贡献不大，故在本底测量和有源测量时舍弃了1、3符合和2、4符合的输出信号，采用符合方法的测量***有效降低了符合本底计数，由于探测器的本底不是级联事件，只有在本底之间发生偶然符合时，两个NaI探测器才会同时输出信号，利用符合测量能够有效降低本底计数，符合测量本底计数率相比单个探测器的本底计数率降低了大约四个量级，对降低测量***的探测下限起到了至关重要的作用。

在本发明实施例中，测量单元在在符合探测装置中，所述至少两个符合探测器通过卡能量的方法分别检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的两个方向相反的0.511Mev的γ光子，所述卡能量即在测量辐射能量时，通过探测器反映入射粒子的能量；探测器是通过输出脉冲信号来反映入射粒子的信息：脉冲计数反映入射粒子数、单个输出信号的脉冲幅度反映了粒子能量大小；探测器输出脉冲幅度与入射粒子能量成线性正比关系，通过ADC模数转换器把脉冲幅度变换成相应的道址x，一般分为1024道，道数与能量为线性关系：E(x_i)＝G*x_i+E₀；¹³N监测能量窗口为(0.465-0.565)MeV，选择相应的道址范围就可以卡相应的能量，同时由于使用符合法进行¹³N的放射性测量，由于该方法符合道的能量窗口可以卡得宽一些，即使能量窗口扩大一倍，对¹³N的计数和本底计数测量这样都不会有影响，因此使用该方法对能谱的稳定要求将大大降低，能谱漂移不会对测量准确度产生影响，然后测量单元根据检测的所有的所述两个方向相反的0.511Mev的γ光子进行γ-γ符合计数，以计算输出符合探测效率设符合探测效率为ε，则式中，n为γ-γ符合计数，λ为衰变常数，A₀为t₀时刻测量出的¹³N的β⁺放射性活度值，t₁为符合检测计数开始的时刻，t₂为符合检测计数停止的时刻，需要说明的是，在γ-γ能谱符合法测量¹³N实验中，符合探测效率指的是在测量到的总的符合计数与测量时间段内衰变核素数的比值，是压水堆一回路水泄漏率计算的一个重要物理参数，由于¹³N核素的半衰期较短，只有9.96min，因此在测量过程中的放射性活度一直在发生变化，故在之后对符合效率进行计算时不能单纯的利用初始测量到的放射性活度值进行计算，而是应该通过计算求出在测量时间段内发生放射性衰变的核素数，再根据测量出来的γ-γ符合计数，用这两个参数来计算取样探测装置的符合探测效率；最后根据所述符合探测效率及所述取样容器的体积获取γ-γ符合计数率，设取样容器的体积为V，设所述γ-γ符合计数率为n_n，则n_n＝V×ε，当所述取样容器的半径为13cm时，所述γ-γ符合计数率达到最大。

S13，根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。

在本发明实施例中，测量处理单元根据所述符合探测效率确定泄漏率传输系数，设所述泄漏率传输系数为K₂，则式中，λ为¹³N的衰变常数(单位为h^-1)，V₁为安全壳的有效容积，ε为符合探测效率，Q为取样空气流量，t₄为一回路水泄漏后在安全壳内汽化稀释时间，t₅为在采样管道中的传输时间，t₆为在取样容器中符合探测装置的测量时间，然后根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率及所述泄漏率传输系数，确定压水堆一回路压力边界的冷切剂水的泄漏率；其中，设所述泄漏率为V_L，则式中，n_n为γ-γ符合计数率，N₁为压水堆一回路水中¹³N的核密度，N₁＝K₁P，P为反应堆功率(用额定功率的百分数表示)，K₁为比例系数，比例系数K₁以L¹(MW)^-1为单位，反应堆一回路水中¹³N的核密度与堆芯功率成正比，可以根据堆芯结构精确计算出来。

在本发明实施例中，作为所述压水堆一回路边界泄漏监测方法的功能评价标准计算最小可探测活度及探测下限，根据各个探测器的探测效率及所述符合本地计数率，确定最小可探测活度及探测下限，所述探测器包括主探测器及各个符合探测器，设所述最小可探测活度为S_l，则S_l的置信水平为95％。式中，ε_in为探测器的探测效率，n_b为符合本底计数率，T为测量时间(s)；设探测下限为L_D，则由所述最小可探测活度及所述探测下限可知压水堆一回路边界泄漏监测***的探测下限主要由压水堆一回路边界泄漏监测***的符合本底计数率、探测效率决定。本发明通过合理设计所述取样容器及所述符合探测装置及使用符合法进行¹³N的放射性测量，降低了压水堆一回路边界泄漏监测***的探测下限，提高符合探测效率和γ-γ，符合计数率由探测下限的计算结果可以获知本申请的压水堆一回路边界泄漏监测方法通过符合测量法，使得测量下限降低一个量级，即探测下限能够达到泄漏率为1L/h，解决现有的基于能谱方法的压水堆核动力装置一回路¹³N泄漏监测***探测下限较高的问题。

综上所述，本发明第一实施例提供了一种压水堆一回路边界泄漏监测方法，在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中，然后通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器，最后根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率，通过符合法进行符合计数率的计算，提高¹³N探测效率，能够有效降低本底，可以使本底比常规方法降低约四个量级，探测效率下降一个量级，综合可使测量下限降低一个量级，即探测下限能够达到泄漏率为1L/h，解决现有的基于能谱方法的压水堆核动力装置一回路¹³N泄漏监测***探测下限较高的问题，可以为核电监测仪器使用部门员工提供更为准确的泄漏情况，且符合法对能谱的稳定要求将大大降低，能谱漂移不会对测量准确度产生影响。

请参阅图5，本发明第二实施例提供了一种压水堆一回路边界泄漏监测***，包括取样单元11、测量单元12及测量处理单元13。

所述取样单元11，与所述测量单元12连接，用于在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中。

所述测量单元12，与所述测量处理单元13连接，用于通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器。

所述测量处理单元13，用于根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。

在第二实施例的第一种实现方式中，所述符合探测装置还包括一个主探测器；

所述测量单元12，还用于根据所述符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率。

根据第二实施例的第一种实现方式，在第二实施例的第二种实现方式中，还包括显示单元14及电气控制单元15。

所述显示单元14，与所述测量处理单元13连接，用于根据所述测量处理单元13获取的压水堆一回路边界泄漏的冷却剂水的泄漏率进行相应显示泄漏情况。

所述电气控制单元15，分别与所述测量处理单元13及所述显示单元14，用于为所述测量处理单元13及所述显示单元14提供电压输出。

根据第二实施例的第二种实现方式，在第二实施例的第三种实现方式中，

所述取样容器包括M-S容器。

所述符合探测装置中的主探测器、符合探测器均为NaI(TI)闪烁体探测器。

所述取样容器呈圆柱体形结构，且所述取样容器的材料为(1±0.1)mm的不锈钢材料。

所述取样容器的高度为(80±0.5)mm。

所述取样容器内设有一个第一内腔及至少两个第二内腔，所述第一内腔位于所述取样容器的中部，且所述第一内腔、每一所述第二内腔的高度均为(78±0.5)mm。

所述符合探测装置中的主探测器设于所述第一内腔内，所述符合探测器设于任一所述第二内腔内。

根据第二实施例的第三种实现方式，在第二实施例的第四种实现方式中，

所述测量单元12，具体用于在符合探测装置中，所述至少两个符合探测器通过卡能量的方法分别检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的两个方向相反的0.511Mev的γ光子；

根据检测的所有的所述两个方向相反的0.511Mev的γ光子进行γ-γ符合计数，以计算输出符合探测效率；其中，设符合探测效率为ε，则式中，n为γ-γ符合计数，λ为衰变常数，A₀为t₀时刻测量出的¹³N的β⁺放射性活度值，t₁为符合检测计数开始的时刻，t₂为符合检测计数停止的时刻；以及

根据所述符合探测效率及所述取样容器的体积获取γ-γ符合计数率；其中，设取样容器的体积为V，设所述γ-γ符合计数率为n_n，则n_n＝V×ε。

所述测量处理单元13，具体用于根据所述符合探测效率确定泄漏率传输系数；其中，设所述泄漏率传输系数为K₂，则式中，λ为¹³N的衰变常数(单位为h^-1)，V₁为安全壳的有效容积，ε为符合探测效率，Q为取样空气流量，t₄为一回路水泄漏后在安全壳内汽化稀释时间，t₅为在采样管道中的传输时间，t₆为在取样容器中符合探测装置的测量时间；以及

根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率及所述泄漏率传输系数，确定压水堆一回路压力边界的冷切剂水的泄漏率；其中，设所述泄漏率为V_L，则式中，n_n为γ-γ符合计数率，N₁为压水堆一回路水中¹³N的核密度，N₁＝K₁P，P为反应堆功率，K₁为比例系数。

本发明第三实施例提供了一种监测仪，包括第二实施例中任意一项所述的压水堆一回路边界泄漏监测***。

在本发明实施例中，所述监测仪包括第二实施例中任意一项所述的压水堆一回路边界泄漏监测***，所述监测仪的探测下限能够达到泄漏率为1L/h，解决现有的基于能谱方法的压水堆核动力装置一回路¹³N泄漏监测***探测下限较高的问题，可以为核电监测仪器使用部门员工提供更为准确的泄漏情况，且符合法对能谱的稳定要求将大大降低，能谱漂移不会对测量准确度产生影响。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；

通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；

根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。

2.根据权利要求1所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述符合探测装置还包括一个主探测器；

则所述压水堆一回路边界泄漏监测方法，还包括：

根据所述符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率。

3.根据权利要求2所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述取样容器包括M-S容器；

所述符合探测装置中的主探测器、符合探测器均为NaI(TI)闪烁体探测器；

所述取样容器呈圆柱体形结构，且所述取样容器的材料为(1±0.1)mm的不锈钢材料；

所述取样容器的高度为(80±0.5)mm；

所述取样容器内设有一个第一内腔及至少两个第二内腔，所述第一内腔位于所述取样容器的中部，且所述第一内腔、每一所述第二内腔的高度均为(78±0.5)mm；

所述符合探测装置中的主探测器设于所述第一内腔内，所述符合探测器设于任一所述第二内腔内。

4.根据权利要求3所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以输出γ-γ符合计数率，具体为：

在符合探测装置中，所述至少两个符合探测器通过卡能量的方法分别检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的两个方向相反的0.511Mev的γ光子；

根据检测的所有的所述两个方向相反的0.511Mev的γ光子进行γ-γ符合计数，以计算输出符合探测效率；其中，设符合探测效率为ε，则式中，n为γ-γ符合计数，λ为衰变常数，A₀为t₀时刻测量出的¹³N的β⁺放射性活度值，t₁为符合检测计数开始的时刻，t₂为符合检测计数停止的时刻；

根据所述符合探测效率及所述取样容器的体积获取γ-γ符合计数率；其中，设取样容器的体积为V，设所述γ-γ符合计数率为n_n，则n_n＝V×ε。

5.根据权利要求4所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，所述根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率，具体为：

根据所述符合探测效率确定泄漏率传输系数；其中，设所述泄漏率传输系数为K₂，则式中，λ为¹³N的衰变常数(单位为h^-1)，V₁为安全壳的有效容积，ε为符合探测效率，Q为取样空气流量，t₄为一回路水泄漏后在安全壳内汽化稀释时间，t₅为在采样管道中的传输时间，t₆为在取样容器中符合探测装置的测量时间；

根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率及所述泄漏率传输系数，确定压水堆一回路压力边界的冷切剂水的泄漏率；其中，设所述泄漏率为V_L，则式中，n_n为γ-γ符合计数率，N₁为压水堆一回路水中¹³N的核密度，N₁＝K₁P，P为反应堆功率，K₁为比例系数。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的压水堆一回路边界泄漏监测方法，其特征在于，根据各个探测器的探测效率及所述符合本地计数率，确定最小可探测活度及探测下限，以作为所述压水堆一回路边界泄漏监测方法的功能评价标准；其中，所述探测器包括主探测器及各个符合探测器，设所述最小可探测活度为S_l，则式中，ε_in为探测器的探测效率，n_b为符合本底计数率，T为测量时间；设探测下限为L_D，则

7.一种压水堆一回路边界泄漏监测***，其特征在于，包括取样单元、测量单元及测量处理单元；

所述取样单元，与所述测量单元连接，用于在取样点处，通过采样管道获取安全壳内的采样气体，并将所述采样气体输送到取样容器中；

所述测量单元，与所述测量处理单元连接，用于通过符合探测装置检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的方向相反的γ-γ光子的γ-γ符合计数，以计算输出γ-γ符合计数率；其中，所述符合探测装置包括至少两个符合探测器；

所述测量处理单元，用于根据所述采样气体中的γ-γ符合计数率，确定压水堆一回路压力边界的冷却剂水的泄漏率。

8.根据权利要求7所述的压水堆一回路边界泄漏监测***，其特征在于，所述符合探测装置还包括一个主探测器；

所述测量单元，还用于根据所述符合探测装置中的主探测器及符合探测器检测所述取样容器的采样气体中，¹³N的β⁺衰变所发射的γ光子的γ符合本底计数，以计算输出符合本底计数率。

9.根据权利要求8所述的压水堆一回路边界泄漏监测***，其特征在于，还包括显示单元及电气控制单元；

所述显示单元，与所述测量处理单元连接，用于根据所述测量处理单元获取的压水堆一回路边界泄漏的冷却剂水的泄漏率进行相应显示泄漏情况；

所述电气控制单元，分别与所述测量处理单元及所述显示单元，用于为所述测量处理单元及所述显示单元提供电压输出。

10.一种监测仪，其特征在于，包括如权利要求7至9任意一项所述的压水堆一回路边界泄漏监测***。