基于裂变偶的瞬态温升传感器技术研究

针对快中子脉冲堆CFBR-Ⅱ的瞬态温度动态诊断的难题,从分析瞬变温度场中子致热的原理出发,利用裂变材料作为热偶接点,设计了以裂变偶作为传感元件的瞬变温度测量传感器。设计中选用裂变珠直径约为1 mm,细热偶丝的直径约为0.05 mm。通过一系列技术措施,解决了裂变偶的制作工艺,实现了对裂变偶输出微弱信号的线性放大,并以Labview为开发平台,通过一系列实验获得了裂变偶在CFBR-Ⅱ堆超瞬发临界状态下的瞬态温升,观测到了裂变偶在CFBR-Ⅱ堆3个不同位置的瞬态温升-时间响应曲线。同时,针对裂变偶在瞬变辐射场下的热传导损失进行了理论估算,排除了热损失带来的测量误差。

中子脉冲监测中裂变偶探测器的伽马补偿方法

针对脉冲中子场伽马射线在裂变偶中引起的温升效应,建立了基于ANSYS的伽马补偿裂变偶仿真模型,计算了裂变珠以及补偿材料珠中的伽马沉积能量,分析了铋、钛、康铜等几种金属材料对裂变珠内伽马吸收所致温升补偿结果的影响。结果表明,采用φ1 mm铋珠、φ1 mm钛珠以及φ1 mm康铜珠作为补偿珠,通过与裂变铀珠反向串接,可以消除裂变珠内98%的伽马能量沉积所引起的温升,从而得到仅仅对入射中子灵敏的裂变偶探测器。

氧化层对裂变偶动态响应特性的影响研究

针对裂变偶的传热过程,建立了基于ANSYS的理论模型,分析了氧化层对裂变偶输出响应特性的影响规律,并得到了CFBR-Ⅱ上的实验验证,获得了带氧化层裂变偶的输出响应曲线,且与理论模拟结果一致。结果表明:对于阶跃变化的堆芯温度和中子注量,氧化层的存在会给裂变偶的响应性能带来明显影响。

银镀层影响裂变偶响应时间的数值计算

分析了带银镀层裂变偶的传热过程,建立了数学模型,将裂变偶分成了铀球、银镀层和热偶丝3个区域,分别给出了各区域的二维传热方程和初、边值条件,用有限差分法对其进行数学离散,建立了相应的差分格式。使用C语言编制程序,计算得出银镀层引起的响应滞后时间τ=123ns。计算结果表明:镀银不会对裂变偶探测器的响应性能带来明显影响。