核电厂仪表与控制系统第2部分-中子注量率监测

第3单元中子注量率监测仪表

授课人：吴剑鸣日期：2013年9月中电投高级培训中心第3单元目录3.1核探测器3.1.1固体探测器3.12气体探测器3.2堆外中子注量率监测仪表3.2.1堆外中子注量率监测仪表的功能3.2.2堆外中子注量率监测仪表的的设计原理

核电厂仪表与控制基础单元目录3.3.2核电厂堆芯中子注量率测量系统的功能3.3.1堆芯仪表系统的组成3.3堆芯仪表系统3.2.3堆外中子注量率监测仪表一般结构3.2.4各量程的核仪表的基本结构及原理3.1核探测器

3.1核探测器

反应堆的功率与单位时间的核裂变率成正比，因此，测定了中子注量率就可以知道反应堆的核功率。中子注量率测量响应时间快，精度比较高，在反应堆启动和安全保护监测中，通过监测中子注量率来监测反应堆功率的大小及变化率。中子注量率是空间位置的函数，中子探测器给出的信号只反映它所在位置的中子注量率，一般设置多个探测器取它们输出的平均值，获取较准确的中子注量率信息。通过用反应堆的热功率对功率量程的中子注量率测量通道进行定期标定。当反应堆冷却剂流量恒定时，反应堆的热功率与反应堆冷却剂进出口温差成正比。通过测量反应堆的进出口温差即可得到反应堆的热功率，并用来标定反应堆的核功率。

3.1.1固体探测器常用的中子探测器主要有两大类：固体探测器和气体探测器，用于中子注量率信号测量的固体探测器主要有自给能探测器；气体探测器主要有计数管，裂变室和电离室等。我国在AP1000和重水堆核电厂的堆内中子注量率的测量就是采用自给能探测器。自给能探测器的测量方式有两种，一种是测量充电电极之间的电势差，这种测量方式多用于剂量仪表；另一种是测量流过的电流，这种情况多用于中子注量率监测仪表。小型的自给能探测器安装在堆芯，探测器的输出信号经放大器放大后送往记录与数据处理系统探测器由发射体、绝缘体、收集体及电缆组成。中心电极称为发射体，它是由中子灵敏材料制成。发射体是自给能中子探测器的核心部分。探测器的外壳即是收集体，它是由对中子不灵敏的材料（如因科镍600，低锰不锈钢或纯镍等）制成，材料的厚度通常是0.1毫米；发射体和收集体之间是绝缘体，通常采用无机绝缘材料（如MgO、AL2O3、BeO等），绝缘体的厚度通常0.2毫米左右，电缆连接到探测器的一端，与探测器几乎处于相同的强辐射场中，因此不能使用有机绝缘电缆。通常采用金属屏蔽—无机绝缘—金属芯线同轴电缆。自给能中子探测器的外径一般为1~3毫米左右，其灵敏长度则可以根据需要从几厘米变化到几米，柔性探头还可以绕制成螺旋形状，以提高灵敏度。自给能探测器分为两大类：内转换自给能探测器和β流自给能探测器。(1）内转换自给能探测器内转换中子探测器又称快响应自给能中子探测器,铂自给能中子探测器是内转换自给能中子探测器一种。其发射体由铂或钴、钪、镉等材料制成，绝缘体是氧化镁制成，收集体是由外径1.5毫米不锈钢制成，电缆是外径1.0毫米的同轴电缆。其发射体原子核俘获中子之后形成处于激发状态的复合核，复合核在退激过程中辐射射线，射线与探测器材料通过散射、光电效应以及产生电子对等相互作用，转换为荷能电子，这些电子的发射，就形成了探测器的正比于中子注量率的电流，我们测量这个电流就可以测出中子注量率。由于这一过程是在极短的时间内发生，所以这类探测器对中子场变化的响应是瞬时的。

(2)β流自给能探测器钒自给能中子探测器是一种β流中子探测器，它是一种延迟响应自给能中子探测器。其发射体是由钒、铑、银等材料制成，绝缘体由氧化镁制成，收集体由不锈钢制成，电缆是外径为1.0毫米的同轴电缆。其发射体材料俘获中子后形成短寿命的β放射性同位素，活化了的发射体在β衰变过程中发射高能电子流，平衡时，电极间的电子流正比于中子注量率的电流，测量这电流就可以测出中子注量率。

3.12气体探测器气体探测器的工作原理是利用气体电离，而电离的粒子在外加电场的作用下向收集极运动，从而在外电路形成电信号。所探测的粒子射入到探测器内，与探测器内涂层物质相互作用产生带电粒子，带电粒子在运动过程中使所充的气体电离产生正负离子，通过测量正负离子的多少来测量入射粒子的能量。中子是无法被直接测量的，总是要通过某种核反应产生带电粒子，带电粒子运动过程中使介质电离，从而把中子信号转换成电信号才能进行探测。常用的中子探测器是基于上面的10B（n，α）7Li反应，生成核为7Li的激发态。为了提高中子的探测效率，需用浓缩10B制造探测器。产生的7Li核和α粒子在探测器内所充的气体中运动，损耗能量产生电离形成正负离子对，在电场的作用下，该离子对向两极运动，最终形成正比于入射中子的电信号输出。计数管输出的是脉冲信号，而电离室则输出电流信号。

气体探测器的输出与外加电压的关系正负离子对在外加电场的作用下做定向运动，但是，实践证明，正极收集到的电子数目（或负极收集到的正离子数目）并不正好等于入射粒子在气体中产生的总的离子对数目，而是随着外加电压的数值而变化。下图表示出外加电场与离子对收集的关系。横坐标代表电极的电压，两条曲线分别对应两种不同的中子注量率N1和N2。从曲线中可以看出，气体探测器在外加电场电压变化时，离子对的收集情况也不相同。一般把外加电压分成5段来说明离子对不同的收集情况

I：复合区，电极收集到的离子对数目N低于由带电粒子产生的总的离子对数目N0。N0中有部分因为复合而消失。

II：饱和区，这是电离室的工作区域，电极收集到的离子对数目N正好等于带电粒子产生的总的离子对数目N0。III：正比区，这是正比计数管通常选择的工作区域，其特点是N与N0的比值是个常数。M=N/N0,M完全由探测器的结构与外加直流电压的数值所决定，称为气体放大倍数，M不随N0而变化，即N总是与N0成正比的。

Ⅳ：有限正比区，其特点是M的数值与N0的大小有关系，No比较大时M就比较小，即N与N0的正比关系受到限制。

Ⅴ：G-M区，是G-M计数管的工作区域，N保持定值，仅由计数管的结构与外加电压的数值所决定，与N0无关。图中Vs称为起始电压，V0­­为实际工作电压，ND和NG为对应于电压VD和VG的探测器的输出值。描述探测器坪特性的参数是坪长和坪斜：坪长=VD-VG坪区输出变化的百分数与坪长的比称为坪斜。

电离室在核电厂反应堆的中子注量率测量中常用的气体探测器有计数管，裂变室和电离室。计数管常用于中子注量率比较低的测量，而电离室用于中子注量率比较高的测量，裂变室用于中子注量率由低向高变化的范围的中子测量。电离室用于收集和测量由入射辐射以及来自电离室结构的次级辐射与电离室内确定的、已知体积的气体相互作用而产生的离子和电子电荷。所收集到的电荷量是入射辐射的一种度量。由于电离室用于中子注量率比较高的场合，其输出是电脉冲的叠加，所以它的输出是电流信号，其电流的大小正比于探测器所在处的中子注量率的大小。探测器工作在饱和区时，探测器有一段坪区。其“坪斜”是探测器很重要的特性。当所测的中子强度不变时，探测器的输出随外加电压V变化的曲线称为坪曲线。此曲线上的输出基本上不随V而改变的一段曲线称作探测器的“坪”，其长度叫“坪长”，其斜率称为“坪斜”，一个很好的探测器必须具有很宽的坪。一般为100~300V，坪斜不大于5%（每100V），坪斜为：用来探测中子的电离室通常有圆筒式和平板式两种，其内部电极涂以硼，腔内充以惰性气体（例如氦和氩）。中子与硼反应产生的粒子使电离室内部气体电离，在外部电场的作用下有一个正比于中子注量率的电流流过电离室，该电流在负载电阻上就产生一个正比于功率水平的电压降。

BF3比例计数探测器

核仪表探测器(2)

长电离室电离室分为长短两种，长电离室与反应堆堆芯一样长，它分为上下两段。常用的长电离室有两节、四节和六节等几种。每节都是一个独立的电离室，对应堆芯上部有一至三个电离室，堆芯下部有一至三个电离室。

长电离室（续）由于电离室输出为电流信号，所以电离室及其电缆的绝缘就特别重要，绝缘降低将会导致电离室不能正常使用。电离室工作于饱和区，它主要性能是：测量范围：约为102n/(cm2·s)~1010n/(cm2·s)；中子灵敏度：约为10-13A/(n.cm-2·s-1)；最高线性电流：约为10-3A；工作电压：200V~1000V；坪斜＜1%/100V；绝缘电阻：信号线与管壳之间的电阻≥1012Ω；分布电容≤200pf；所带电缆长度：＞15m。

γ补偿电离室(2)γ补偿电离室电离室所处的工作场所，都有较强的γ场。所以，在电离室的输出信号中会含有γ产生的电流。这会影响测量中子注量率的精确度和范围。但在功率量程范围内中子注量率水平与通量水平相比要高许多倍，在电离室电流中，中子的贡献比γ射线大得多，因此没有必要进行补偿。但当γ的影响不能忽略时，就必须考虑把γ的影响补偿掉，为此采用γ补偿电离室，像M310压水堆核电厂中间量程范围内的中子注量率测量就采用γ补偿电离室。

γ补偿电离室（续）γ补偿电离室由A、B两个相邻的小室组成，其结构和内部充气情况完全相同，只是A室内壁有10B涂层，接正电压；B室内壁无10B，接负电压，中间收集电极公用。当中子与γ射线同时入射时，A室中产生的电流i1中既含有中子引起的电流in，也有γ射线产生的电流iγ1，即i1=in+iγ1。而B室产生的电流i2仅是由γ射线引起的，即i2=iγ2。因为i1与i2方向相反，输出电流I是两个电流之差，如果在所测中子注量率范围内能使iγ1=iγ2，则γ补偿电离室的输出电流I就等于中子电流in。γ补偿电离室输出有三个电极，一个用于输出信号，另两个用于加正负高压，用调节所加正负高压的大小也可调节补偿能力。在整个测量范围内，补偿的效果能够达到97%~98%。

γ补偿电离室（续）

裂变电离室裂变电离室是在一个电极上涂有可裂变物质（如235U）的脉冲电离室，其原理和结构同于电离室。因为裂变碎片的能量比核反应产生的次级离子能量大得多，所以裂变电离室的灵敏度比硼电离室更高，γ射线影响更小，它更适用于更高γ辐射场的中子探测，因为裂变碎片的射程很短，所以裂变材料涂层最厚不超过2mg/cm2，因此为了提高探测效率常做成多层裂变室。

裂变电离室（续）裂变室在反应堆的中子注量率测量中一般用于由源量程向功率量程过渡范围时中子注量率的测量。其技术参数为：中子灵敏度：脉冲式约≥0.8c/n/(cm2·s)；电流式约≥2×10-13A/n/(cm2·s)；最高线性计数率：约5×105计数/S；工作电压：200-800V；坪长：约250V；坪斜:≤3%/100V；绝缘电阻：信号线与管壳之间≥5×109Ω；分布电容：≤300pf；所带电缆长度：≥15m。在一些核电厂堆芯中子注量率测量系统中使用的就是一种微型裂变室，它的中子灵敏度约为10-17A/n.cm-2·s-1，裂变室的灵敏体长度约为27mm，裂变室的外径约为4.7mm。

计数管(4)计数管计数管的输出信号是脉冲信号，脉冲计数正比于中子注量率的大小。它一般用于核电厂反应堆中子注量率测量系统的源量程的中子注量率监测。脉冲高度甄别是把想要的脉冲与不想要的脉冲分开的一种比较简单的方法。常用的计数管是BF3正比计数管和涂硼正比计数管。BF3正比计数管是一金属圆管做成的，顺着管的轴向紧悬着一根小直径的集电极（通常用钨），管内充以三氟化硼气体，硼吸收中子后发出粒子使三氟化硼电离，一次电离所产生的电子在计数管内电场作用下加速并向集电极移动，这些电子全部到达中心电极后，在负载电阻上就产生一个电压脉冲，脉冲频率与中子注量率水平成线性关系。BF3正比计数管当工作电压足够大时，入射中子使BF3气体发生所谓“气体放大”，即次级电子在高电场作用下，在与气体分子作相邻两次碰撞之间的自由程中积累了足够的能量，以至可以使气体分子再次被电离，每碰撞一次，电荷载流的数目增加一倍，电流以倍增系数A=2n（n为初级电子达到阳极的路径上与气体分子碰撞的平均次数）被放大，利用正比气体放大的特点制作的中子探测器叫“BF3正比计数管”，它的气体放大倍数A在一定的外加电压下是常数，A值甚至可以达到106。BF3正比计数管（续）、像电离室一样，正比计数管的工作电压也有一个坪。在任何特定的设计中，都有一个放大的范围，在这个范围内，对给定类型的辐射，脉冲都有一个固定的幅度范围。当大于某一最小电压的脉冲都被记录下来时，就可出现图中所示的坪。计数管工作在坪的范围内可减小对电压的敏感性。

涂硼正比计数管当中子注量率高过BF3计数管的测量范围时，为了减少高中子注量率对BF3计数管的损伤，除关掉其高压电源外，还必须把它从测量孔道提出来，离开高中子注量率场，以保证其使用寿命。这样给设计带来很多麻烦。为此现代核电厂多采用涂硼正比计数管来代替BF3计数管，用于源量程的中子注量率的测量。涂硼正比计数管的灵敏度为8c/(n/(cm2·s))，中心阳极是直径为25μm的不锈钢丝，圆筒形阴极是由纯铝制成的。阴极内表面涂以10B浓度为92%的硼，两电极之间相互绝缘，计数管内充以氩气（Ar）和少量二氧化碳（CO2）。入射中子与硼发生核反应，核反应产生的锂离子和α粒子使氩气电离，产生电子和正离子。

涂硼正比计数管（续）在外电场的作用下，电子和正离子分别向阳极和阴极运动，形成电脉冲（α脉冲）。γ射线也产生电脉冲，但其幅度较小，可利用甄别放大器将它和反应堆内其它的γ射线产生的小幅度脉冲滤除，只放大α脉冲，从而得到只与中子注量率成比例的计数。当中子注量率高过涂硼正比计数管的测量范围时，只须关掉其高压电源，而不必把它从测量孔道提出来。计数管的主要技术参数如下：最高线性计数率：约为5×105计数/S；本底≤0.1计数/s；最大工作电压约为1200V；坪长约100V；坪斜≤40%/100V；绝缘电阻：信号线与管壳之间≥1012Ω；分布电容≤10PF（不带电缆）；电缆长度≥15m。3.2.堆外中子注量率监测仪表反应堆核功率的动态变化范围达10个数量级以上。因此，通常采用三种不同量程的通道：源量程通道、中间量程通道以及功率量程通道。由于探测器本身灵敏度的离散性，中子探测物质（10B）的燃耗以及系统本身的漂移等因素，堆外核仪表要周期性地利用热功率和堆内中子注量率测量的结果，对堆外功率量程测量通道进行刻度，以保证其所测电流与反应堆功率呈线性关系。

3.2.1堆外中子注量率监测仪表的功能堆外中子注量率监测仪表对核电厂反应堆的正常启动、运行和安全保护起很重要的作用。

1）堆外核仪表的信息与控制功能堆外核测量系统连续监测反应堆功率、功率变化和功率分布状况。把在反应堆装料、停堆以及启动过程和功率运行等工况下中子注量率的信息提供给操纵员。功率量程的一个中子注量率信号，用于控制棒的速度控制程序，调节反应堆的参数。系统设有中子噪音测量线路，用来评估反应堆内部构件的振动响应。源量程设有计数率音响装置和报警，在反应堆启动和停闭时在控制室和反应堆厂房内，用音响提醒有关人员。2）堆外核仪表的保护功能反应堆的中子注量率信号是核电厂的非常重要的保护参数。一旦这些参数越限，则给出触发安全保护动作信号。核测量系统在中子注量率密度高以及中子注量率密度变化率高时，能发出触发停堆信号。核测量系统同时给出轴向功率偏差信号，以防止一回路冷却剂在堆内局部沸腾和燃料组件内局部超功率。把反应堆总功率和轴向功率分布信息送给有关系统，并能给出越限报警信号。核仪表系统的三个量程测量通道，可以覆盖11个数量级的功率范围。从停堆换料直到满功率的200%范围对功率进行监测.源量程有四个完全相同且独立的测量通道。能在反应堆停闭和电厂初始启动时，给出冗余的低通量测量信号，对于大亚湾核电站：中子注量率密度范围为：

(10-1~2×105)n/(cm2·s)；相当于(10-9~10-3)%FP。中间量程通道也是由4个相同且完全独立的通道构成。系统、在中子注量率密度(2×102~5×1010)n/(cm2·s)，即(10-6~102)%FP测量范围，给出冗余的中子探测信号。功率量程有4个相同的独立测量通道。探测器是二节非γ补偿电离室。可给出4路冗余的上、下两段中子电流信号和总的平均中子注量率密度电流信号。测量范围为(5×102~5×1010)n/(cm2·s)，相当于(10-6~102)%FP的相对功率范围。

3.2.2堆外中子注量率监测仪表的的设计原理每个量程通道都设有超功率停堆信号，在反应堆正常启动升功率中，在达到这些停堆阈值前，操纵员必须手动干预，以闭锁这些信号，使升功率连续正常进行。这些允许信号PX，实际是禁止低量程超限的停堆信号，通过上一级量程的允许线路，来手动解除下一级量程的保护设定，当功率下降时，这些保护自动恢复功能。源量程在功率约为10-4%FP时设一超功率保护信号，正常时它由中间量程（4取2）发出的P6信号允许闭锁（大约在10-5%FP处）。中间量程保护约在25%FP，由功率量程的P10信号（10%FP）允许闭锁；而功率量程的P8（约在30%FP处）信号，则是允许在此功率以上，一回路流量低或主泵停止运行时，给出停堆信号；此量程的P16（40%FP，通道4取2），则允许高于此功率而汽轮机跳闸时，使停堆有效。*FP：额定功率AU：紧急停堆

各量程的停堆保护

各量程的允许信号为保证系统可靠性，核仪表系统的设计应考虑：单一故障准则：系统内单一故障或单次事件引发的多故障并不防碍在系统需发出保护动作时的保护功能。冗余：为满足单一故障准则，核仪表在各量程都考虑了整个通道的完整冗余。源量程、中间量程、功率量程通道均是4级冗余。通道的独立性：所有提供同一保护功能的信号的通道在结构上和电气上是相互独立的，在实体上是隔离的。电气上要隔离设备输出端任何可能故障都不影响输入端所连设备的正常工作，结构上则要求随机事件和设计基准事件不能影响保护功能。在役检验：核仪表系统要求能进行在役检验，检验应尽量包括从敏感元件到保护动作输出部分。进行在役检验时间应尽量短，并不应引起误动作。控制系统故障不能影响保护系统：一个既用于控制又用于保护的核仪表，它构成了保护通道的一部分。因此，必须要求这些堆外核测量仪表在其下游出现一个故障时，不能干扰和妨碍保护通道的功能。这个准则要求使用输入-输出隔离放大器，当放大器输出端出现诸如短路、接地或不可接受的最大电压时，并不影响输入端。旁通控制：当运行中需要旁通某一量程的保护信号，必须要有允许旁通的信号控制，否则旁通是无效的。

核测量仪表的特殊性探测器的信号幅值十分微弱，不管输出脉冲量还是直流电流量都是如此。像裂变室和计数管这类输出脉冲的探测器，单个脉冲平均电荷数只是10-13C（库伦）级，而电离室输出的电流也只在10-12至10-3A之间。对这些弱信号的处理要求采取特殊的技术措施。探测器信号处理时应考虑探测器内阻非常高的特点。脉冲电路的通频带要求很宽，从1HZ直到106HZ以上；测量范围宽，整个测量范围达11个数量级以上，脉冲工作达6个数量级，电流工作范围达8个数量级；核探测器靠近反应堆压力容器，周围具有强辐射和较高的温度；

下面是大亚湾核电站的源量程、中间量程（用补偿电离室）和功率量程探测器的布置图。3.2.3堆外中子注量率监测仪表一般结构3.2.4各量程的核仪表的基本结构及原理源量程设有四个相同的独立测量通道。测量中子注量率的范围为(0.1～2×105)n/(cm2·s)。源量程探测器用的是BF3计数管，由专用高压电源经前置放大器供给所需高压。由探测器出来的脉冲经前置放大器放大,把信号经过电缆送入控制室的计数装置。计数装置由线性放大器，脉冲甄别器以及显示部件组成。甄别器可以用来甄别掉γ射线引起的脉冲和其它噪声干扰脉冲，这些引入误差的脉冲幅度都比中子脉冲小。在物理启动时间，中子水平以单位时间内的中子脉冲数目来表示，所以计数装置还带有定标器以显示脉冲数。为了对中子水平进行监测，在计数装置上往往还附设有音响部件，作为安全监测设施，音响频率与堆中子水平成正比。中子水平反映堆功率输出，因此，为了显示堆功率上升的情况，在中子计数装置的输出端还接有计数率表，计数率表的输出不是脉冲数而是连续显示与单位时间的脉冲数成正比的模拟量。为了扩大输出范围，往往还采用把输出信、号对数化后再显示，对数计数率表的输出可以显示5~6个数量级的范围。在反应堆启动过程中，堆功率倍增周期也是一个很重要的参数。过去常规作法是对反应堆的功率取对数再进行微分来求得周期。

源量程测量仪表（续）源量程核测仪表也有四个通道（M310只有两个通道）源量程核测仪表还要输出下列逻辑信号：（1）“源量程紧急停堆”信号，当堆功率超过P6信号时，可以手动闭锁此信号。（2）“通道试验或故障”报警信号。当测量电路出现故障时或进行试验时产生此信号。（3）当源量程未被旁通时，任何源量程探测器失去高压电源均给出“探测器丧失高压电源”报警信号。（4）当源量程核仪表处于旁通状态时，如果高压电源未断开或意外接通，则应给出“高压电源异常”报警。

中间量程测量仪表裂变电离室（M310为补偿电离室）输出的电流正比于中子注量率。经对数放大器后，变成正比于电离室电流的对数的电压信号。中间量程有四个通道（M310只有两个通道）。还给出下列逻辑信号：(1)“中间量程功率高紧急停堆信号”，(2)P6=10-5％FP，当功率P≥P6时，”允许操纵员手动闭锁源量程的紧急停堆信号P6”。(3)“提棒闭锁信号C1”，C1=20％FP，当功率P≥C1时，自动闭锁控制棒的提升。(4)裂变电离室高压电源丧失，给出“探测器丧失高压电源”报警。

功率量程核仪表功率量程与中间量程重迭1—2个数量级，通常测量范围为3个量级。功率量程设置四个相互独立的测量通道。所使用的探测器是非补偿长电离室，由两个敏感段组成，其中一个敏感段处于堆芯上部，一个处于堆芯下部。每个敏感段均加约550V的电压。

堆芯上、下部敏感段的电流信号经过各自的可变增益放大器，即得到代表堆芯上、下部的功率水平信号PH和PB堆芯上部功率与堆芯下部功率之和P代表反应堆总功率。四个功率量程通道的P通过高选器选出最大的值送至一次冷却剂平均温度调节系统，用于平均温度的控制。堆芯上部功率减去堆芯下部功率，即为轴向功率偏差△I。该信号一路经隔离模块送去显示、记录、集中数据处理系统，另一路经隔离模块送出用以计算超温△T保护和超功率△T保护的整定值，输出到反应堆保护系统（PMS）。当前的中子注量率水平P与2s前的中子注量率水平相减再加上校正信号，则产生中子注量率变化率信号。如果此变化率信号超过给定阈值时，则产生“中子注量率增加过快”紧急停堆信号；如果此变化率信号低于预定阈值时，则产生“中子注量率减少过快”紧急停堆信号。前者用来限制弹棒事故后果，后者用来限制掉棒事故后果。这两个信号统称“中子注量率变化率过快紧急停堆”。功率量程仪表还输出下列主要逻辑信号：(1)“功率量程（高阈值）紧急停堆信号”，此信号不能闭锁。(2)“功率量程（低阈值）紧急停堆信号”，给出触发停堆信号。当反应堆功率达到10%FP时，出现P10信号，允许手动闭锁“功率量程（低阈值）紧急停堆信号”。(3)当中子注量率变化率|dp/dt|≥5%FP/2s时，给出“中子注量率变化率超过定值触发停堆信号”；3.3堆芯仪表系统在满功率的情况下，动力堆芯部的热中子注量率要比堆芯外的中子注量率大103倍，同样地，堆内场要比堆外的大103倍高的工作压力。对大型核电厂，必须了解从堆芯中子注量率测量系统获取的信息，以便能够确定堆芯是否工作在预定的安全限度内。堆芯测量系统的设计要考虑到堆芯环境。环境包括高中子注量率（大于1013n·cm-2·s-1)）、强场（大于108R/h）、高温（大于300℃）、高压力（15MPa）以及由冷却剂流动或沸腾引起的振动.另一个因素是空间的限制。堆芯敏感元件必须结实到足以经受得到核辐射、热和机械力环境的苛刻条件，并且必须小到足以适应可以利用的空间。

3.3.1堆芯仪表系统的组成

我国核电厂的堆芯中子注量率测量的探测器主要有：移动式微型裂变室（M310,CPR1000);自给能中子探测器(AP1000，田湾核电厂，秦山三期重水堆);活化探测球(EPR);压水堆堆芯测量包括堆芯水位测量、堆芯温度测量和堆芯中子注量率测量。堆芯水位测量主要反映各种工况下堆芯淹没情况;堆芯温度测量是用热电偶测量堆芯内温度分布。计算出对应的饱和温度值，以便给出对应于实际温度的饱和温度裕度。

3.3.2AP1000堆芯仪表系统（IIS)堆芯仪表系统通过测量堆芯轴向和径向的中子注量率提供在线的三维堆芯功率分布图，用于判断当前反应堆功率分布是否在规定的运行范围内，并可用来标定堆外核测仪表。堆芯仪表系统的堆芯出口温度测量信号可以为保护和监测系统（PMS)及多样化驱动系统（DAS)提供事故后堆芯冷却的监测。3.3.2.1.系统功能和系统组成

IIS包括：堆芯仪表指套管组件(IITA)，用来放置固定式堆芯中子探测器和热电偶组件。相关的信号处理和数据处理设备。堆芯仪表系统框图堆芯仪表指套管组件

在堆芯内分布图A.传感器

IIS共有42个堆芯仪表指套管组件（IITA)，每个组件包括七个固定式堆芯热中子钒自给能探测器（SPD)，套管中的一个矾探测器的灵敏带对应整个反应堆堆芯高度，大约从活性区顶部到离活性区底部，其余六个矾探测器以最长矾探测器的七分之一长度顺序递减和一个堆芯出口热电偶(CET)。固定式堆芯中子探测器的输出信号在安全壳内转换成数字信号，并在安全壳外进行多路分配传输。指套管组件贯穿反应堆压力容器顶部，在所有的设计基准事件下必须保证反应堆冷却剂系统压力边界的完整性。IITA属于仪表管，因此指套管组件属于AP1000设备安全分级的B级，抗震l类。

总数294个钒自给能探测器分布在堆芯的轴向和径向空间中，探测三维堆芯功率分布。这些探测器不参与保