一种模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置的制作方法

本发明属于核工程，具体涉及一种模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置。

背景技术：

1、在从事易裂变材料的操作、加工、贮存、处理等相关活动时，防止发生临界事故是核安全的重要课题。当相关控制措施失效或意外超出限值时，系统可能引入较大的正反应性，使得有效增殖因子大于1.0，形成非受控的中子链式裂变反应，从而引发临界事故。系统发生临界事故后，裂变次数会在短时间内快速增长，释放大量能量、热量，伴随强烈的中子和γ瞬发照射以及裂变气体释放。因此，对不能排除临界事故的区域，需配备临界事故的探测、报警和缓解措施，以保护人员免受过量辐射照射。在对相关临界事故的探测、报警和缓解系统或装置开展实验测试时，需要模拟临界事故瞬时发生和响应的实验条件。

2、目前，在堆外易裂变材料的贮存、操作和处理设施的临界安全设计方面，虽然已有一定积累，但是，由于发生临界事故时会产生强烈的中子和γ瞬发照射，受限于源强要求，在实验室条件下无法直接复现真实临界事故，因此需要通过适当的装置设计模拟源项瞬时产生的效果。目前已有使用反应堆中子源模拟源项瞬时产生进行临界事故报警仪装置的测试方法，但是仍存在实验成本高、场地受限、实验灵活性差等问题，现阶段仍缺乏能够在实验室条件下模拟临界事故瞬时产生中子和光子源强的专用实验装置。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，能够实现实验室条件下的临界事故瞬时发生和响应情形的有效模拟。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案是：

3、本发明提供一种模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，包括源模块、源屏蔽快门模块、屏蔽慢化准直模块和探测模块，其中：

4、所述源模块，用于产生中子/光子；

5、所述源屏蔽快门模块设于所述源模块外，用于未触发状态下对源模块进行屏蔽，并在触发状态下撤除对源模块的屏蔽，同时自动开始计时；

6、所述屏蔽慢化准直模块设于所述源模块和所述源屏蔽快门模块外，用于对源模块产生的中子进行慢化准直或对光子进行准直；

7、所述探测模块设于所述屏蔽慢化准直模块外，并与所述源屏蔽快门模块电连接，用于对慢化准直后的中子/光子产生响应，并在产生响应信号时联锁源屏蔽快门模块自动终止计时。

8、可选的是，所述源屏蔽快门模块包括屏蔽部件、快速撤除机构；所述屏蔽部件设于所述源模块的外围，用于对源模块进行屏蔽；所述快速撤除机构与所述屏蔽部件相连，用于在触发状态下将屏蔽部件从源模块的外围撤除并自动开始计时；所述快速撤除机构还与所述探测模块电连接，用于在探测模块产生响应信号时自动终止计时。

9、可选的是，所述屏蔽部件包括屏蔽体和外壳；所述屏蔽体，用于屏蔽中子和/或光子；所述外壳包裹于所述屏蔽体外，其上设有连接件，所述连接件用于连接快速撤除机构。

10、可选的是，所述屏蔽部件为无窗口屏蔽部件或带窗口屏蔽部件；所述无窗口屏蔽部件，用于获得阶跃源信号；所述带窗口屏蔽部件，用于获得脉冲源信号，以模拟临界事故的裂变峰。

11、可选的是，所述屏蔽慢化准直模块包括箱体、探测通道和慢化垫板；所述箱体内部设有源放置通道，所述源模块设于所述源放置通道内；所述探测通道设于所述箱体的侧壁上，并与所述探测模块的目标方向相对，用于对源模块产生的中子/光子在探测模块的目标方向进行准直，使得探测模块的目标方向产生满足测量统计需求的计数率；所述慢化垫板设于所述探测通道内，用于对中子进行慢化，以优化探测模块的探测效率。

12、可选的是，所述箱体外设有屏蔽外壳。

13、可选的是，所述源模块包括中子源/光子源和源承载柱体，所述中子源/光子源设于所述源承载柱体上。

14、可选的是，所述中子源为锎源、镅铍源、镅锂源、锑铍源中的一种或几种；所述光子源为钴-60源、铯-137源、铱-192源、镅-241源、铁-55源、硒-75源、钚-238源中的一种或几种。

15、可选的是，所述源承载柱体为可插拔箱体结构，其上设有用于放置中子源/光子源的柱塞或入口，且在所述柱塞或入口的插入方向设有屏蔽件，在所述探测模块的目标方向上设有中子慢化件。

16、可选的是，所述探测模块包括探测器和屏蔽慢化壳体，所述探测器设于所述屏蔽慢化壳体。

17、可选的是，所述屏蔽慢化壳体采用屏蔽材料和慢化材料制成，所述屏蔽体、所述屏蔽外壳、所述屏蔽件均采用屏蔽材料制成，所述箱体、所述中子慢化件均采用慢化材料制成；所述屏蔽材料包括中子吸收材料和光子屏蔽材料，所述中子吸收材料为镉、钆、碳化硼、含硼聚乙烯、含硼混凝土、含硼树脂、硼钢、硼铝、氢化钆、单质硼、含硼硅酸盐、含硼钛酸盐、钆氧化物、钐氧化物、铪氧化物、铕氧化物、碳化铪、铪酸钐、铪酸铕、钛酸镝、钛酸钐、钛酸铪、钛酸铕、铁酸镝、钛酸铽、铝酸镝、铝酸钆、铝酸铽中的一种或几种，所述光子屏蔽材料为不锈钢、铅、钨、铸铁、混凝土中的一种或几种；所述慢化材料为聚乙烯、聚甲醛、石墨、氧化铍、碳化铍中的一种或几种。

18、有益效果：

19、（1）通过源屏蔽快门模块和屏蔽慢化准直模块的协同作用，能够在触发状态下快速撤除对源模块中的中子源/光子源的屏蔽，在不使用临界事故水平源强的情况下，使得装置未触发状态和触发状态下时的探测模块探测的剂量水平或计数率产生明显差距，达到临界事故源项瞬时产生的效果，从而实现实验室条件下有效模拟临界事故瞬时发生和响应，相比于现有相关实验测试使用反应堆等大型设施，可以降低成本，缩短周期，避免场地受限等问题，大幅降低实验门槛。

20、（2）通过源模块、源屏蔽快门模块、屏蔽慢化准直模块、探测模块的模块化架构设计，可根据实验需求灵活调整装置配置，大大提升实验灵活性和可重复性，支持临界事故探测报警及缓解系统的研发迭代和常态化测试验证。

21、（3）通过屏蔽部件为无窗口屏蔽部件或带窗口屏蔽部件，可根据实验需求选择无窗口屏蔽部件获得阶跃源信号以模拟临界事故的瞬发阶跃特性，或选择带窗口屏蔽部件获得脉冲源信号以模拟临界事故的裂变峰特征；同时，中子源和光子源的配置灵活多样，可以适配不同实验场景，满足不同测试验证需求，扩展装置的模拟适用范围。

22、（4）通过源承载柱体采用可插拔箱体结构设计，可实现源项的快速更换和操作过程的辐射安全防护，进一步提升实验灵活性和安全性。

1.一种模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，包括源模块、源屏蔽快门模块、屏蔽慢化准直模块和探测模块；

2.根据权利要求1所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述源屏蔽快门模块包括屏蔽部件、快速撤除机构；所述屏蔽部件设于所述源模块的外围，用于对源模块进行屏蔽；所述快速撤除机构与所述屏蔽部件相连，用于在触发状态下将屏蔽部件从源模块的外围撤除并自动开始计时；所述快速撤除机构还与所述探测模块电连接，用于在探测模块产生响应信号时自动终止计时。

3.根据权利要求2所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述屏蔽部件包括屏蔽体和外壳；

4.根据权利要求3所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述屏蔽部件为无窗口屏蔽部件或带窗口屏蔽部件；

5.根据权利要求1~4任一项所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述屏蔽慢化准直模块包括箱体、探测通道和慢化垫板；

6.根据权利要求5所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述箱体外设有屏蔽外壳。

7.根据权利要求6所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述源模块包括中子源/光子源和源承载柱体，所述中子源/光子源设于所述源承载柱体上。

8.根据权利要求7所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述中子源为锎源、镅铍源、镅锂源、锑铍源中的一种或几种；

9.根据权利要求7所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述源承载柱体为可插拔箱体结构，其上设有用于放置中子源/光子源的柱塞或入口，且在所述柱塞或入口的插入方向设有屏蔽件，在所述探测模块的目标方向上设有中子慢化件。

10.根据权利要求9所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述探测模块包括探测器和屏蔽慢化壳体，所述探测器设于所述屏蔽慢化壳体。

11.根据权利要求10所述的模拟临界事故瞬时发生和响应的实验装置，其特征在于，所述屏蔽慢化壳体采用屏蔽材料和慢化材料制成，所述屏蔽体、所述屏蔽外壳、所述屏蔽件均采用屏蔽材料制成，所述箱体、所述中子慢化件均采用慢化材料制成；