二次中子源組件

二次中子源組件功能原理

二次中子源組件功能是用於除首次循環以外的其他循環堆的再啟動和啟動過程的安全監測。二次中子源棒由中子源、包殼和上、下端塞組成(右圖所示)。棒內充氦壓4.5MPa，以改善包殼應力狀態，防止壽期初由於冷卻劑壓力而使包殼塌陷和改善棒內間隙熱導。

二次中子源選用初始為非放射性的銻和鈹混合物製成的芯塊。在堆內輻照後，123Sb經(n，γ)反應放出γ射線生成¹²³Sb，而9Be經(n，γ)反應，產生中子並釋放氦原子到棒自由空間。

大亞灣核電廠的首次裝料堆芯中，有2組二次中子源組件，各有4根二次中子源棒和20根阻流塞棒，再加2組一次中子源組件中的2根二次中子源棒，共10根二次中子源棒。在滿功率運行2個月之後，它們提供的中子源可在停堆12個月之後再啟動反應堆。二次中子源棒在換料時保留在堆芯中，其壽命為15年。

二次中子源組件的作用是在換料停堆後反應堆重新啟動時，提高中子注量率水平，使核測儀器能可靠測出中子注量率變化，從而保證反應堆啟動過程安全。

組成結構

（1）二次中子源芯塊Sb—Be芯塊是由20%鈹粉和80%銻粉經混合後壓制而成。其密度大於3．5 g/cm³。芯
塊直徑為8.6 mm。

（2）二次中子源棒

二次中子源棒中含有550～600 g的Sb—Be芯塊。芯塊沿著堆芯高度是對稱分布的。二次中子源棒在堆內的使用壽命是很長的，為了防止由於冷卻劑外壓引起包殼蠕變坍塌，二次中子源棒內充以4.5 MPa的氦氣。二次中子源棒的其他結構方面與一次中子源棒類似。

（3）二次中子源組件結構

只含有二次中子源棒和阻力塞棒的燃料相關組件稱為二次中子源組件。二次中子源組件中含有4根二次中子源棒和20根阻力塞棒。將這些棒通過螺母連線到壓緊組件上便構成二次中子源組件。秦山核電二期工程反應堆中共裝入兩組二次中子源組件。初始堆芯中含有10根二次中子源棒，換料堆芯中含有8根二次中子源棒。

中子源材料

上述二次中子源組件選用的源材是國內外通用的中子源材料。一次中子源常用的有兩大類，一類是(α，n)中子源，如²¹⁰Po—Be、²⁴¹Am—Be和²³⁸Pu—Be等；另一類是自裂變中子源，如²⁵²Cf。我國秦山300MW核電廠的一次中子源是Po—Be源，巴基斯坦恰希瑪核電廠是Cf源。而兩座核電廠的二次中子源都是Sb—Be源。儘管一次中子源棒只在堆內的第1循環使用，但是所用²¹⁰Po或²⁵²Cf等放射性物質屬極毒物質，源棒應與核電廠同壽命，在這期間不允許發生源棒的破損。因此，源棒的設計和製造以及安全性能等級要求應是很高的，需根據ISO(國際標準化組織)和IAEA有關標準及堆內使用要求，精心設計，制定相應的技術要求，確保一次中子源棒在堆內安全使用及其運輸、裝卸和貯存安全。

二次中子源棒不同於一次中子源棒，是長期插在堆芯內並在輻照過程中Sb—Be芯塊產生氦氣。因此，不鏽鋼包殼的蠕變問題更為突出。20世紀70年代美國西屋公司一些核電廠的最終安全分析報告中曾規定二次中子源棒的內壓應低於冷卻劑的壓力。這是不合適的，不利於解決在長期中子輻照下不鏽鋼包殼的蠕變問題。美國和法國在20世紀80年代的二次中子源棒設計改為棒內預充相當高壓力的氦氣，使得棒內壓在熱態壽期末遠高於冷卻劑的壓力。如法國17×17燃料組件中二次中子源棒的熱態壽期末內壓高達22.6MPa，預充高壓力的氦氣降低了包殼管的周向應力，從而降低了包殼的蠕變速率。秦山核電廠和恰希瑪核電廠二次中子源棒預充適量氦氣，壽期末熱態下棒內壓為20．42MPa。使用壽期中蠕變變形較小，能在堆內安全運行。如處理不好包殼蠕變變形問題，卡在燃料組件中，則可能使該燃料組件報廢.

二次中子源組件

基本介紹