屏蔽双绞式自给能探测器的常规性能测试方法

应珠微，吴方亮，黄 满，卜江涛，匡红波，薛泓元

（1.浙江伦特机电有限公司，浙江 温州 325600；2.上海核工程研究设计院有限公司，上海 200233）

图1 屏蔽双绞式自给能中子探测器Fig.1 Shielded twisted-pair self-powered neutron detector

表1 探测器尺寸允许偏差Table 1 Allowable deviation of detector size

0 引言

常规压水堆核电站中设有堆芯仪表系统，其主要设备包括堆芯仪表套管组件（IITA）、矿物绝缘电缆组件和信号处理设备等。其中，堆芯仪表套管组件包括封装在金属外壳内的自给能中子探测器（SPND）和多支堆芯热电偶。SPND 在反应堆堆芯应呈轴向和径向分布，用于连续测量每个SPND 周围直接正比于反应堆功率密度的中子注量率信号。测得的数据可用于生成连续的三维反应堆堆芯功率分布图。三维功率分布用于计算实际的堆芯裕量，如最小偏离泡核沸腾比和最大线功率密度。对这些限制的裕量进行连续显示，以便操纵员评估堆芯实际工况，为操纵员的相关操作提供依据。

通过对自给能探测器执行常规性能试验，考核产品制造工艺是否遗漏或失误，具有很重要的意义，通过性能测试验证探测器设备与设计的偏差以及排除潜在的材料缺陷。

自给能探测器种类较多，从发射体特性上可分衰变型和瞬变型，从探测器设计上可分单芯型和双芯双绞型。本文主要描述对屏蔽双绞式探测器的常规性能测试。

1 产品结构

屏蔽双绞式探测器是由绝缘体、发射体、收集体、信号芯线、信号线外壳、本底线组成，结构图如图1 所示。

绝缘体——用作绝缘和支撑材料，通常为Al2O3或MgO 等。

发射体——探测器的灵敏材料，具有较大的热中子截面，充当内部电极。

收集体——探测器外壳，充当外部电极。

信号线——信号线包含绝缘材料、外壳、信号芯线和本底芯线。

屏蔽双绞式自给能中子探测器无需外加电源，通过其发射体与中子的作用，将入射辐射转化为电信号，为模块式自给能中子探测器，通过焊接或钎焊将探测器与其信号线连接。

2 试验项目及验收标准

2.1 尺寸检查

2.1.1 检验设备和材料

卷尺、千分尺，有检定要求的设备必须合格并在有效期内。

2.1.2 验收准则

其中，每支探测器的发射体长度、收集体直径、信号线直径偏差要求见表1。

2.2 绝缘电阻测试

2.2.1 检验设备和材料

绝缘表、设备必须合格并在有效期内。

2.2.2 检验实施

1）常温绝缘电阻测试

每个经过完全退火的探测器成品（不包括连接器）的绝缘电阻应在加上端盖后，装上密封卡套组件前，于室温下进行测量。测量绝缘电阻的方法是使用有足够灵敏度的仪表在外壳和中心导体之间施加50±5 VDC，持续时间不超过6min。

2）高温400℃绝缘电阻测试

探测器成品（不包括连接器）的绝缘电阻应在末端封闭后组件装配前加温测量，测量前的加温时间为1h。在温度为400℃±10℃时，使用先前指定的仪表测量绝缘电阻。除了电气连接需要的最长0.91m 引线外，探测器和引线都放在烤箱内。

2.2.3 验收准则

1）常温绝缘电阻

探测器成品可接受的最小绝缘电阻是5E+12Ω。

2）高温400℃绝缘电阻

探测器成品400℃绝缘电阻应不低于1E+6Ω。

2.3 电连续性测试

2.3.1 检验设备和材料

绝缘表、设备必须合格并在有效期内。

2.3.2 检验实施

加热探测器的发射体部分，在室温下测量绝缘电阻。

2.3.3 验收准则

绝缘材料的绝缘电阻会随着温度升高而显著降低，绝缘电阻的降低表示探测器长度是连续的。

2.4 电容测试

2.4.1 检验设备和材料

电容表、设备必须合格并在有效期内。

2.4.2 检验实施

在室温下测量并记录每个探测器的电容。

2.5 目视检测

2.5.1 人员要求

从事目视检测人员在上岗前应进行目视检测培训，并按照有关法规的要求取得相应证书，满足HAF602 的有关规定，并在有效期内。

2.5.2 检验设备及材料放大镜（放大倍数大于7）、手电筒、照度计、尺、18%中性灰卡、照相机，有检定要求的设备必须合格并在有效期内。

2.5.3 检验先决条件

1）表面条件

检测人员检测之前，首先检查设备和零件标识，应确保设备和零件的标识号准确无误。

2）表面准备

被检表面不得有影响检测和评定的任何异物。

3）检测时机

外观目视检测应在焊后进行，有延时裂纹倾向的焊缝在焊后24h 后进行，并在其他无损检测方法检测前进行，目的在于消除表面缺陷。

4）表面照度

被检件表面照明亮度不低于1000lx。

2.5.4 检验实施

直接目视检测应用肉眼进行观察，检验人员眼睛与备件表面的距离不超过600mm，与被检表面所成视角不小于30°，对重点检验区域及检验中怀疑的部位应该仔细观察，必要时可用放大镜进行观察。若在检验过程中无法确认某一部位是否存在缺陷时，可采用其他无损检验方法来确认该部位情况。

2.5.5 验收准则

使用放大镜进行目视检测，所有焊缝不允许有裂纹、未焊透、表面气孔、母材溶蚀（针对钎焊）等缺陷。

2.6 泄漏检测

2.6.1 人员要求

从事泄漏检测人员在上岗前应进行泄漏检测培训，满足HAF602 的有关规定要求取得相应证书，并在有效期内。

2.6.2 检验设备和器材氦质谱检漏仪、喷枪、标准漏孔、工装、氦气、卡尺等，使用的仪器设备必须经过标定或校验合格，并保证其在有效期内。

2.6.3 检验先决条件

1）检验开始前，所有焊缝应经目视检验合格，被检件表面清洁干燥，确保漏道无堵塞。确定被检件产品型号、编号及检测部位正确无误。

2）检漏工作场地附近应无强磁场干扰，无较大的振动。仪器设备与被检件连接部位有较好的密封，密封材料应不包含示踪气体。

2.6.4 检验实施

在探测器冷端密封前，使用真空喷氦法对探测器与信号线外壳的焊缝及探测器封头焊缝进行氦质谱检漏。

2.6.5 验收准则

探测器与信号线外壳的焊缝及探测器封头焊缝氦气泄漏率应不大于1E-9Pa·m3/s。

2.7 液体渗透检测

2.7.1 人员要求

从事液体渗透检测人员在上岗前应进行液体渗透检测培训，并按照有关法规的要求取得相应证书，满足HAF602的有关规定，并在有效期内。

2.7.2 检验设备及器材

检验所使用的设备包括温度计、照度计、量具、照相机、渗透检测剂、试块等。

2.7.3 检验先决条件

1）检验要求

检验前，检验人员应对被检表面作外观检查；被检表面不应有任何污垢、油脂、纤维屑、锈皮、油或其他有碍检验的物质；被检表面粗糙度Ra 不应超过6.3μm。

2）检验时机

液体渗透检验应在最终机加工后进行。

2.7.4 检验实施

采取浸渍、刷涂或喷涂的方法施加渗透剂，渗透结束后，擦除多余渗透剂。多余渗透剂清除后，经干燥应立即进行显像。缺陷显示迹痕应在施加显像剂后的10min ～60 min 内观察，并作出最终判断。被检表面的光照度应不低于1000lx。

2.7.5 验收准则

对探测器与信号线外壳的焊缝及探测器封头焊缝进行液体渗透检测，出现下列显示的缺陷均为不可接受：

1）任何裂纹或线状显示。

2）尺寸大于3/16in（5mm）的圆形显示。

3）在一条直线上有4 个或4 个以上且边缘相距小于或等于1/16in（1.5mm）的圆形显示。

2.8 涡流检测

2.8.1 人员要求

所有无损检验都必须由持有与其从事的检验方法相应的有效资格证书的检验人员进行，其资格应符合HAF602中的规定。

2.8.2 检测设备及器材

涡流探伤仪、探头、卡尺、卷尺、对比样管，使用的仪器设备必须经过标定或校验合格，并保证其在有效期内。

表2 壁厚的单个条形显示长度限值Table 2 Length limit of single bar display of wall thickness

2.8.3 检验先决条件

1）表面条件

表面进行清洗，表面应清洁、无毛刺、无影响检测的粉尘及其他污染，不得损坏被检表面，表面粗糙度满足相关产品技术条件要求，确保设备和零件的标识号准确无误。

2）检验区域

检验区域部位材料应100%检验，盲区部分应不超过100mm。

3）检验时机

产品最终加工后进行。

2.8.4 检验实施

探头与探测器相对匀速运动，速度不超过300mm/s。采集数据应可以保存电子记录，记录名称应包括产品编号、检验日期等信息。

2.8.5 验收准则

1）经检验，未发现报警信号或缺陷记录幅度低于标准报警幅度时，被检件判为合格。

2）经检验，发现报警信号的缺陷为不允许缺陷，被检件判为不合格。

3）被检件盲区应被切除，切除长度不小于100mm。

2.9 射线检测

2.9.1 人员要求

从事射线检测人员在上岗前应进行辐射安全知识的培训，并按照有关法规的要求取得相应证书，满足HAF602的有关规定，并在有效期内。

2.9.2 仪器设备及器材

X 射线机、胶片、增感屏、滤光板、遮挡板、黑度计、阶梯黑度校验片、观片灯、个人报警仪、暗盒、标记符号、显影液和定影液，使用的仪器设备必须经过标定或校验合格，并保证其在有效期内。

对探测器发射体与信号线连接处上下各51mm 范围内，从与探测器轴向垂直的方向进行射线检测，探测器如存在裂纹、夹渣或不连续等缺陷，应视为不合格。

2.9.3 射线防护

现场进行X 射线检验时，应按GBZ 117 X 射线探伤防护要求的规定划定控制区和管理区、设置警告标志。检验作业时，应围绕控制区边界测定辐射水平，控制区边界外空气比释动能率应低于15μGy/h，监督区外边界空气比释动能率应不大于2.5μSv/h。检验工作人员应佩戴个人剂量计，并携带剂量报警仪。

2.9.4 检验实施

射线检验应在焊接接头制造完工后进行，对有延迟裂纹倾向的材料至少应在焊接完成24h 后进行。检验区域应包括焊缝本身及焊缝每边至少13mm 范围内的相邻母材，如焊缝边缘区域小于13mm 时，则取焊缝每边的全部区域。

2.9.5 验收准则

在射线照相底片上发现任何下列类型的焊缝缺陷均为不合格：

1）任何具有裂纹、未熔合、未焊透特征的显示。

2）长度大于表2 中所列值的任何单个条形显示，t 为焊缝较薄部分的厚度。

3）在12t 长度内，任一组排列成直线的条状显示的累计长度大于t 的任一组显示。但相邻显示间的最小距离超过6L 时可除外，此时累计长度不限，L 为最大的显示长度。

4）内部焊根的状态在射线照相所示的黑度不是突变时是可以接受的，但在这种焊根状态的任一端上，射线照相的条形显示达到表2 的规定时，则是不可接受的。

5）圆形显示的验收应无尺寸大于1/4t 的圆形缺陷。

6）对于探测器封头应无明显的裂纹、刻痕、裂口、气孔、掺杂物或者析出物，具有以上任何明显症状的探测器封头都按报废处理。

2.10 水压试验

2.10.1 检验设备及材料

水压试验机、压力表、绝缘表、试验工装，有检定要求的设备必须合格并在有效期内。

2.10.2 检验实施

除冷端引线外，探测器其余部分放入试验工装内，进行28MPa 水压试验。

2.10.3 验收准则

试压经10min 不得泄漏，并且其常温绝缘电阻无明显下降。

3 结束语

屏蔽双绞式自给能探测器测试方法的确定，可以为探测器加工和生产提供指导意见。