[科普中国]-二次中子源组件

二次中子源组件功能原理

二次中子源组件功能是用于除首次循环以外的其他循环堆的再启动和启动过程的安全监测。1二次中子源棒由中子源、包壳和上、下端塞组成(右图所示)。棒内充氦压4.5MPa，以改善包壳应力状态，防止寿期初由于冷却剂压力而使包壳塌陷和改善棒内间隙热导。

二次中子源选用初始为非放射性的锑和铍混合物制成的芯块。在堆内辐照后，123Sb经(n，γ)反应放出γ射线生成123Sb，而9Be经(n，γ)反应，产生中子并释放氦原子到棒自由空间。

大亚湾核电厂的首次装料堆芯中，有2组二次中子源组件，各有4根二次中子源棒和20根阻流塞棒，再加2组一次中子源组件中的2根二次中子源棒，共10根二次中子源棒。在满功率运行2个月之后，它们提供的中子源可在停堆12个月之后再启动反应堆。二次中子源棒在换料时保留在堆芯中，其寿命为15年。

二次中子源组件的作用是在换料停堆后反应堆重新启动时，提高中子注量率水平，使核测仪器能可靠测出中子注量率变化，从而保证反应堆启动过程安全。

组成结构（1）二次中子源芯块Sb—Be芯块是由20%铍粉和80%锑粉经混合后压制而成。其密度大于3．5 g/cm3。芯
块直径为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芯块。芯块沿着堆芯高度是对称分布的。二次中子源棒在堆内的使用寿命是很长的，为了防止由于冷却剂外压引起包壳蠕变坍塌，二次中子源棒内充以4.5 MPa的氦气。二次中子源棒的其他结构方面与一次中子源棒类似。

（3）二次中子源组件结构

只含有二次中子源棒和阻力塞棒的燃料相关组件称为二次中子源组件。二次中子源组件中含有4根二次中子源棒和20根阻力塞棒。将这些棒通过螺母连接到压紧组件上便构成二次中子源组件。秦山核电二期工程反应堆中共装入两组二次中子源组件。初始堆芯中含有10根二次中子源棒，换料堆芯中含有8根二次中子源棒。2

中子源材料上述二次中子源组件选用的源材是国内外通用的中子源材料。一次中子源常用的有两大类，一类是(α，n)中子源，如210Po—Be、241Am—Be和238Pu—Be等；另一类是自裂变中子源，如252Cf。我国秦山300MW核电厂的一次中子源是Po—Be源，巴基斯坦恰希玛核电厂是Cf源。而两座核电厂的二次中子源都是Sb—Be源。尽管一次中子源棒只在堆内的第1循环使用，但是所用210Po或252Cf等放射性物质属极毒物质，源棒应与核电厂同寿命，在这期间不允许发生源棒的破损。因此，源棒的设计和制造以及安全性能等级要求应是很高的，需根据ISO(国际标准化组织)和IAEA有关标准及堆内使用要求，精心设计，制定相应的技术要求，确保一次中子源棒在堆内安全使用及其运输、装卸和贮存安全。

二次中子源棒不同于一次中子源棒，是长期插在堆芯内并在辐照过程中Sb—Be芯块产生氦气。因此，不锈钢包壳的蠕变问题更为突出。20世纪70年代美国西屋公司一些核电厂的最终安全分析报告中曾规定二次中子源棒的内压应低于冷却剂的压力。这是不合适的，不利于解决在长期中子辐照下不锈钢包壳的蠕变问题。美国和法国在20世纪80年代的二次中子源棒设计改为棒内预充相当高压力的氦气，使得棒内压在热态寿期末远高于冷却剂的压力。如法国17×17燃料组件中二次中子源棒的热态寿期末内压高达22.6MPa，预充高压力的氦气降低了包壳管的周向应力，从而降低了包壳的蠕变速率。秦山核电厂和恰希玛核电厂二次中子源棒预充适量氦气，寿期末热态下棒内压为20．42MPa。使用寿期中蠕变变形较小，能在堆内安全运行。如处理不好包壳蠕变变形问题，卡在燃料组件中，则可能使该燃料组件报废.