一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置

摘要

本发明公开一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，涉及核安全临界事故报警技术领域，该装置包括前置监测单元、脉冲获取与处理单元、状态输出单元。前置监测单元包括裂变电离室、前置放大器、电源管理模块和屏蔽体。脉冲获取与处理单元采用脉冲信号计数、均方电压测量和电流测量三种模式进行中子计数率的互补校正；状态输出单元采用裂变电离室的自发α粒子信号在线监测系统的稳定性，可在ms量级内实现宽量程中子计数率在100‑1010 n/s范围内变化的实时监测，满足对最小临界事故的瞬变响应报警及1 kGy/h辐射过载下正常工作的需求，完整记录临界事故的辐射释放历程，为事故的重建、评价和安全分析提供详实的数据支撑。

权利要求

1.一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，其特征在于，包括：前置监测单元；所述前置监测单元至少包括三套独立的裂变电离室和配套的前置放大器、电源管理模块及屏蔽体；所述裂变电离室装有电阳极和电阴极并内充有工作气体；所述电阴极上沉积有易裂变物质；

所述裂变电离室，用于捕获监测场景中的源场中子，所述源场中子和所述易裂变物质发生核反应产生裂变碎片；

所述裂变电离室为所述裂变碎片和所述工作气体提供电离空间；

所述电阳极用于在所述裂变碎片和所述工作气体电离反应时收集感应电流，并输出脉冲信号；

所述前置放大器，与所述裂变电离室连接，用于放大所述脉冲信号；

所述电源管理模块包括高压电源通道和低压电源通道，所述高压电源通道为所述裂变电离室提供直流工作高压，所述低压电源通道为所述前置放大器提供直流工作电压；

所述屏蔽体为所述前置放大器和所述电源管理模块提供辐射屏蔽，以确保在最大临界事故下所述前置监测单元的电子学不发生损伤故障；

脉冲获取与处理单元；所述脉冲获取与处理单元至少包括三套独立的信号处理通道；

每套信号处理通道至少包括脉冲调理模块、模数转换模块、脉冲甄别模块、均方电压测量模块、电流测量模块和中子计数率互补模块；

所述脉冲调理模块用于调理所述前置放大器输出的脉冲信号以匹配所述模数转换模块的输入；

每个所述模数转换模块均包括第一ADC组件和第二ADC组件，所述模数转换模块用于将调理后的脉冲信号进行AD转换；

所述脉冲甄别模块用于对所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号进行脉冲幅度和形状的分析，甄别得到α粒子事件率和裂变碎片对应的中子事件率；

所述均方电压测量模块用于根据所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号提取均方电压，根据坎贝尔原理得到正比于所述均方电压的脉冲堆积模式下的中子计数率；

所述电流测量模块用于对所述第二ADC组件转换后的数字脉冲信号进行处理，得到电流值，并根据所述电流值计算得到正比的平均中子计数率；

所述中子计数率互补模块用于对所述脉冲甄别模块、所述均方电压测量模块和所述电流测量模块获得的中子计数率进行量程互补校对，输出归一后的中子计数率；

状态输出单元；所述状态输出单元包括系统稳定性监测模块、宽量程中子计数率记录模块和中子临界事故报警模块；

所述系统稳定性监测模块，与所述脉冲甄别模块相连，用于将每个通道的α粒子事件率与第一设定阈值区间进行比较，并当所述α粒子事件率落于所述第一设定阈值区间内时输出通道稳定信号，当所述α粒子事件率落于所述第一设定阈值区间外时输出通道异常信号；

所述宽量程中子计数率记录模块，与每个通道的中子计数率互补模块相连，用于记录

0  10 

系统对源场响应的归一后的中子计数率，所述归一后的中子计数率的量程为10 n/s‑10n/s，为临界事故的重建和历程反演奠定基础；

所述中子临界事故报警模块，与所述宽量程中子计数率记录模块相连，用于将每通道的归一后的中子计数率进行转换，得到中子剂量率，将所述中子剂量率与设定的整定阈值进行比较，当有至少两个通道的中子剂量率大于或者等于所述整定阈值的两倍时输出临界报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，其特征在

235 238 239 232

于，所述易裂变物质的核素为 U或 U或 Pu或 Th；

当所述监测场景为裸金属铀、钚系统时，所述裂变电离室选铀裂变电离室，所述易裂变物质为铀的氧化物，所述铀的氧化物为UO2或者U3O8，所述易裂变物质的质量厚度为不大于1 2

mg/cm；

当所述监测场景为存在慢化或反射的铀、钚金属，或者存在慢化或反射的溶液系统时，

239

所述裂变电离室选 Pu裂变电离室，所述易裂变物质为钚的氧化物，所述钚的氧化物为2

PuO2，所述易裂变物质的质量厚度不大于0.5 mg/cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，其特征在于，所述裂变电离室包覆有cm量级厚度的高密度聚乙烯层慢化入射中子，以平均各能区中子的能量响应。

4.根据权利要求1所述的一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，其特征在于，所述脉冲甄别模块用于对所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号进行脉冲幅度和形状的分析，并通过二维谱甄别得到α粒子事件率和裂变碎片对应的中子事件率。

5.根据权利要求1所述的一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，其特征在于，所述系统稳定性监测模块的自检周期依赖于非事故情况下电离室的α计数率。

6.根据权利要求1所述的一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，其特征在于，所述电流测量模块获得的电流值中应扣除非事故情况下电离室的自发α事件平均本底电流值。

7.根据权利要求1所述的一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，其特征在

0 

于，所述宽量程中子计数率记录模块的最小分时间隔小于等于1 ms，记录量程为10 n/s‑

10

10  n/s，完整反演最大临界事故历程。

说明书

一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置

技术领域

[0001] 本发明涉及核安全临界事故报警技术领域，特别是涉及一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置。

背景技术

[0002] 用于加工、处理、操作、贮存易裂变材料的设备，存在发生意外临界事故或超临界事故的潜在风险，国内外公开报道的堆外超临界事故已超过二十起。因此，国标 GB 15146.9‑94 《反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界事故探测与报警系统的性能及检
 
验要求》在4.2条款中明确了限制及一般要求：在一个独立区域内，凡涉及总量超过 700 g
235 233
U、520 g  U、450 g 钚的易裂变同位素或 450 g 这些易裂变同位素的任意组合物的操作活动，必须评价设置临界事故报警系统的必要性。

[0003] 根据最新相关国标GB/T12787‑2020《辐射防护仪器临界事故报警设备》中4.2条款的探测要求：临界报警系统的设计应使其迅速探测到所关注的最小事故。对于该目的，在典型的无屏蔽条件下，可假设最小临界事故为：60 s 内在距反应物体2 m处的自由空气中所引起的中子和γ辐射的总吸收剂量为0.2 Gy。在辐射探测器的设计中，可假设辐射瞬变过程的最短持续时间为1ms半高宽（FWHM）。临界报警系统对该持续时间的瞬变过程应有响应并能发出自锁报警信号。另根据同一国标6.6.1条款中过载特性的要求：对于进行过载特性试验时所产生的大于触发报警所需的辐射剂量或剂量率，报警部件应被触发并保持直到手动复位为止。试验后，设备应正常工作。应在至少1 kGy/h的剂量率下对探测部件进行试验，并至少持续1min。

[0004] 在统计已发生的临界事故中，总的裂变次数超过1015，且在ms量级时间内泄漏中子较核材料本底中子有迅速的增殖，这一中子突增行为是临界事故区别于其它源项异常现象3
的一个特征。但目前基于He正比计数管的中子临界报警装置（《核电子学与探测技术》2019年第39卷第3期第384‑386页）时间分辨约为10μs量级，中子计数率的动态范围受限于系统
5
的死时间，当计数率大于10 n/s时，会造成系统响应饱和堵塞而无法及时报警。另外，该类监测报警系统投入使用后，无法直接检验探测器是否异常，其稳定性需要中断实时监测任务，通过外源触发进行检测。

发明内容

[0005] 鉴于此，本发明提供了一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，一方面可基于易裂变物质自发α粒子的输出信号实时监测系统稳定性，另一方面通过瞬态中子剧增行为关联监测临界事故状态。

[0006] 为实现上述目的，本发明装置的结构包括如下所述：

[0007] 前置监测单元；所述前置监测单元至少包括三套独立的裂变电离室和配套的前置放大器、电源管理模块及屏蔽体；所述裂变电离室装有电阳极和电阴极并内充有工作气体；所述电阴极上沉积有易裂变物质；

[0008] 所述裂变电离室，用于捕获监测场景中的源场中子，所述源场中子和所述易裂变物质发生核反应产生裂变碎片；

[0009] 所述裂变电离室为所述裂变碎片和所述工作气体提供电离空间；

[0010] 所述电阳极用于在所述裂变碎片和所述工作气体电离反应时收集感应电流，并输出脉冲信号；

[0011] 所述前置放大器，与所述裂变电离室连接，用于放大所述脉冲信号；

[0012] 所述电源管理模块包括高压电源通道和低压电源通道，所述高压电源通道为所述裂变电离室提供直流工作高压，所述低压电源通道为所述前置放大器提供直流工作电压；

[0013] 所述屏蔽体为所述前置放大器和所述电源管理模块提供辐射屏蔽，以确保在最大临界事故下所述前置监测单元的电子学不发生损伤故障；

[0014] 脉冲获取与处理单元；所述脉冲获取与处理单元至少包括三套独立的信号处理通道；每套信号处理通道至少包括脉冲调理模块、模数转换模块、脉冲甄别模块、均方电压测量模块、电流测量模块和中子计数率互补模块；

[0015] 所述脉冲调理模块用于调理所述前置放大器输出的脉冲信号以匹配所述模数转换模块的输入；

[0016] 每个所述模数转换模块均包括第一ADC组件和第二ADC组件，所述模数转换模块用于将调理后的脉冲信号进行AD转换；

[0017] 所述脉冲甄别模块用于对所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号进行脉冲幅度和形状的分析，甄别得到α粒子事件率和裂变碎片对应的中子事件率；

[0018] 所述均方电压测量模块用于根据所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号提取均方电压，根据坎贝尔原理得到脉冲堆积模式下正比于所述均方电压的的中子计数率；

[0019] 所述电流测量模块用于对所述第二ADC组件转换后的数字脉冲信号进行处理，得到电流值，并根据所述电流值计算得到正比的平均中子计数率；

[0020] 所述中子计数率互补模块用于对所述脉冲甄别模块、均方电压测量模块、和电流测量模块获得的中子计数率进行量程互补校对，输出归一后的中子计数率；

[0021] 状态输出单元；所述状态输出单元包括系统稳定性监测模块、宽量程中子计数率记录模块和中子临界事故报警模块；

[0022] 所述系统稳定性监测模块，与所述脉冲甄别模块相连，用于将每个通道的α粒子事件率与第一设定阈值区间进行比较，并当所述α粒子事件率落于所述第一设定阈值区间内时输出通道稳定信号，当所述α粒子事件率落于所述第一设定阈值区间外时输出通道异常信号；

[0023] 所述宽量程中子计数率记录模块，与每个通道的中子计数率互补模块相连，用于0 
记录系统对源场响应归一后的中子计数率，所述归一后的中子计数率的量程为10 n/s‑
10 
10 n/s，为临界事故的重建和历程反演奠定基础；

[0024] 所述中子临界事故报警模块，与所述宽量程中子计数率记录模块相连，用于将每通道归一后的中子计数率进行转换，得到中子剂量率，将所述中子剂量率与设定的整定阈值进行比较，当有至少两个通道的中子剂量率大于或者等于所述整定定阈值的两倍时输出临界报警信号。

[0025] 可选地，所述易裂变物质的核素为235U或238U或239Pu或232Th；

[0026] 当所述监测场景为裸金属铀、钚系统时，所述裂变电离室选铀裂变电离室，所述易裂变物质为铀的氧化物，所述铀的氧化物为UO2或者U3O8，所述易裂变物质的质量厚度为不2
大于1 mg/cm；

[0027] 当所述监测场景为存在慢化或反射的铀、钚金属，或者存在慢化或反射的溶液系239
统时，所述裂变电离室选 Pu裂变电离室，所述易裂变物质为钚的氧化物，所述钚的氧化物
2
为PuO2，所述易裂变物质的质量厚度不大于0.5 mg/cm。

[0028] 可选地，所述裂变电离室可包覆有cm量级厚度的高密度聚乙烯层慢化入射中子，以平均各能区中子的能量响应。

[0029] 可选地，所述脉冲甄别模块用于对所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号进行脉冲幅度和形状的分析，并通过二维谱甄别得到α粒子事件率和裂变碎片对应的中子事件率。

[0030] 可选地，所述系统稳定性监测模块的自检周期依赖于非事故情况下电离室的α计数率。

[0031] 可选地，所述电流测量模块获得的电流值中应扣除非事故情况下电离室的自发α事件平均本底电流值。

[0032] 可选地，所述宽量程中子计数率记录模块的最小分时间隔小于等于1ms，记录量程0  10
为10 n/s‑10  n/s，可完整反演最大临界事故历程。

[0033] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0034] 本发明基于对γ射线不敏感的裂变电离室来测量瞬时剧增的中子行为，来关联监测核材料的临界事故状态，与现有基于正比管的中子脉冲计数报警系统相比，本发明通过裂变电离室的自发α粒子信号来在线监测系统的稳定性，并采用脉冲信号计数、均方电压测量、电流测量三种模式进行互补校正，可在ms量级内实现对源场中子宽量程计数率变化的实时监测，除了满足对最小临界事故的瞬变响应报警及1000 Gy/h辐射过载下正常工作的需求外，还可完整记录最大临界事故的辐射释放历程，为事故的重建、评价和安全分析提供详实的数据支撑。

附图说明

[0035] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0036] 图1为本发明基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置的结构示意图；

[0037] 图2为本发明裂变电离室的粒子脉冲高度甄别示意谱图。

[0038] 附图标记：前置监测单元101、裂变电离室111、屏蔽体112、电源管理模块113、前置放大器114、脉冲获取与处理单元201、脉冲调理模块211、模数转换模块212、脉冲甄别模块213、均方电压测量模块214、电流测量模块215、中子计数率互补模块216、状态输出单元
301、系统稳定性监测模块311、宽量程中子计数率记录模块312、中子临界事故报警模块
313。

具体实施方式

[0039] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0040] 由于基于3He、BF3等正比计数管的中子临界报警装置的时间分辨约为10 μs量级，只采用脉冲计数模式存在中子响应量程受限的问题，且无法直接检验探测器是否异常，其稳定性需要中断实时监测任务，通过外源触发进行检测。为此，本发明提供了一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，一方面可通过裂变室自发α粒子的输出信号在线监测0  10 
系统稳定性，另一方面可实时记录中子计数率的宽量程（10 n/s‑10 n/s）变化，通过瞬态中子的剧增行为关联监测临界事故状态。

[0041] 该宽量程临界事故报警装置由前置监测单元、脉冲获取与处理单元、状态输出单元组成。其中，前置监测单元由至少三套独立的裂变电离室、电源管理模块、前置放大器和屏蔽体组成；脉冲获取与处理单元由至少三套独立的信号处理通道组成，每套信号处理通道至少包括脉冲调理模块、模数转换模块、脉冲甄别模块、均方电压测量模块、电流测量模块、中子计数率互补模块；状态输出单元由系统稳定性监测模块、宽量程中子注量率记录模块、中子临界事故报警模块构成。

[0042] 该宽量程临界事故报警装置的工作原理：将裂变电离室置于核材料操作场所的优235 238 239 232
化布局位置，源项中子进入裂变电离室中诱发易裂变核素（ U、 U、 Pu、 Th等）裂变并释放出约 200 MeV/次的能量，其中，两个裂变碎片共携带约 165 MeV的能量并在裂变电离室中近似完全沉积，而γ射线最多在裂变电离室中沉积的能量为MeV量级，两者差异显著，因此采用裂变电离室可在高γ辐射场下准确甄别中子信号。裂变电离室输出的信号通过前置放大器调理后经屏蔽电缆远距离传输至脉冲获取与处理单元。

[0043] 对裂变电离室输出的信号进行处理时，有三种测量模式：脉冲模式、坎贝尔（Campbell）模式和电流模式。在正常情况下，监测源场的中子通量水平比较低，每次中子响应事件裂变电离室输出独立的脉冲信号，通过脉冲计数可测量低量程的中子计数率；当发生临界事故时源项泄漏中子瞬时增加，裂变电离室输出的信号相互叠加，根据坎贝尔信号涨落原理此时测得的脉冲信号均方值与中子计数率水平成正比；如中子通量进一步增加，则电离室的感应电流可达到μA量级以上，通过电流的I/V转换测量可提取强辐射场下的平均中子计数率。通过对三种模式得到的中子计数率进行互补和校正输出，可实现对源场中0  10
子计数率的宽量程（10 n/s‑10  n/s）变化的实时监测。

[0044] 以上原理的具体实施方案为：将裂变电离室输出的信号经过调理和模数转换后得到三路数字信号：对第一路数字信号进行粒子脉冲甄别分析，以用于分区间实时监测α计数率和中子计数率，并由三个通道的α计数率监测系统稳定性；对第二路数字信号进行均方电压分析，可得到脉冲堆积模式下的中子计数率；对第三路数字信号进行电流测量，可得强源辐射场下的平均中子计数率；将以上三路不同量程响应的中子计数率进行互补校正后汇入宽量程中子注量率记录单元进行数据保存，继而汇入中子临界事故报警单元，转换为中子剂量率后与整定阈值比较，其中三通道中有任意两通道的剂量率超过或等于整定阈值的两倍则触发报警。

[0045] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0046] 专业术语：

[0047] 临界事故报警装置：通过探测临界事故产生的γ辐射和/或中子，而发出报警的装置。

[0048] 裂变电离室：一种涂有易裂变物质灵敏层，用来探测中子的电离室。在充有工作气体（如氩气等）的不锈钢密闭容器中装有电极，电阴极上沉积有易裂变物质，中子和电阴极235 238 239 232
中的裂变核素（如 U、 U、 Pu、 Th等）发生核反应，产生的裂变碎片使电离室内气体电离，在电离室阳极上收集感应电流。同时，这些易裂变物质本身放出的α粒子也会使气体电离，但它的能量比裂变碎片的低得多。另外，中子场均伴有γ本底，相对而言，由γ辐射引起的电离电荷与裂变碎片产生的电离电荷相比更少，所以裂变电离室具有强的γ本底甄别能力。

[0049] 本发明实施例提供了一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置，解决了现有核安全领域基于正比计数管的中子临界事故报警系统易堵塞、且无法对探测器的稳定性进行在线自检的问题。

[0050] 如图1所示，本发明实施例提供的一种基于裂变电离室的宽量程临界事故报警装置包括：

[0051] 前置监测单元101；所述前置监测单元101至少包括三套独立的裂变电离室和配套的前置放大器、电源管理模块及屏蔽体，每套组成相同。以通道1为例，包括裂变电离室111、屏蔽体112、电源管理模块113和前置放大器114。

[0052] 所述裂变电离室111装有电阳极和电阴极并内充有工作气体；所述电阴极上沉积有易裂变物质。

[0053] 所述裂变电离室111，用于捕获监测场景中的源场中子，所述源场中子和所述易裂变物质发生核反应产生裂变碎片。

[0054] 所述裂变电离室111为所述裂变碎片和所述工作气体提供电离空间。

[0055] 所述电阳极用于在所述裂变碎片和所述工作气体电离反应时收集感应电流，并输出脉冲信号。

[0056] 所述前置放大器114，与所述裂变电离室111连接，用于放大所述脉冲信号。

[0057] 所述电源管理模块113包括高压电源通道和低压电源通道，所述高压电源通道为所述裂变电离室111提供直流工作高压，所述低压电源通道为所述前置放大器114提供直流工作电压。

[0058] 所述屏蔽体112为所述前置放大器114和所述电源管理模块113提供辐射屏蔽，以确保在最大临界事故下所述前置监测单元101的电子学不发生损伤故障。

[0059] 脉冲获取与处理单元201；所述脉冲获取与处理单元201至少包括三套独立的信号处理通道，每通道组成相同。每套信号处理通道至少包括脉冲调理模块、模数转换模块、脉冲甄别模块、均方电压测量模块、电流测量模块和中子计数率互补模块。以通道1为例，包括脉冲调理模块211、模数转换模块212、脉冲甄别模块213、均方电压测量模块214、电流测量模块215和中子计数率互补模块216。

[0060] 所述每套裂变电离室111和配套的前置放大器114、电源管理模块113及屏蔽体112与同一通道的信号处理通道连接。

[0061] 所述脉冲调理模块211用于调理所述前置放大器114输出的脉冲信号以匹配所述模数转换模块212的输入。

[0062] 每个所述模数转换模块212均包括第一ADC组件和第二ADC组件，所述模数转换模块212用于将调理后的脉冲信号进行AD转换。

[0063] 所述脉冲甄别模块213用于对所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号进行脉冲幅度和形状的分析，甄别得到α粒子事件率和裂变碎片对应的中子事件率。

[0064] 所述均方电压测量模块214用于根据所述第一ADC组件转换后的数字脉冲信号提取均方电压，根据坎贝尔原理得到脉冲堆积模式下正比于所述均方电压的的中子计数率。

[0065] 所述电流测量模块215用于对所述第二ADC组件转换后的数字脉冲信号进行处理，得到电流值，并根据所述电流值计算得到正比的平均中子计数率。

[0066] 所述中子计数率互补模块216用于对所述脉冲甄别模块213、均方电压测量模块214和电流测量模块215获得的中子计数率进行量程互补校对，输出归一后的中子计数率。

[0067] 状态输出单元301；所述状态输出单元301包括系统稳定性监测模块311、宽量程中子计数率记录模块312和中子临界事故报警模块313。

[0068] 所述系统稳定性监测模块311，与每套信号处理通道的所述脉冲甄别模块213相连，用于将每套通道的α粒子事件率与第一设定阈值区间进行比较，并当所述α粒子事件率落于所述第一设定阈值区间内时输出通道稳定信号，当所述α粒子事件率落于所述第一设定阈值区间外时输出通道异常信号。

[0069] 所述宽量程中子计数率记录模块312，与每套通道的中子计数率互补模块216相0 
连，用于记录系统对源场响应归一后的中子计数率，所述归一后的中子计数率的量程为10
10 
n/s‑10 n/s，为临界事故的重建和历程反演奠定基础。

[0070] 所述中子临界事故报警模块313，与所述宽量程中子计数率记录模块312相连，用于将每通道的归一后的中子计数率进行转换，得到中子剂量率，将所述中子剂量率与设定的整定阈值进行比较，当有至少两个通道的中子剂量率大于或者等于所述整定阈值的两倍时输出临界报警信号。

[0071] 其中，裂变电离室的裂变核素可选235U或者238U或者239Pu或者232Th等。当所述监测场景为裸金属铀、钚系统时，所述裂变电离室可选铀裂变电离室，所述易裂变物质为UO2或2
者U3O8等铀的氧化物，所述易裂变物质的质量厚度不大于1 mg/cm ；当所述监测场景为存在
239
慢化和反射的铀、钚金属，或存在慢化和反射的溶液系统时，所述裂变电离室可选 Pu裂变电离室，所述易裂变物质为PuO2等钚的氧化物，所述易裂变物质的质量厚度不大于0.5 mg/
2
cm。

[0072] 根据监测场景，所述裂变电离室可选择包覆cm量级厚度的高密度聚乙烯以增加源场泄漏中子能谱响应的一致性和提升系统的探测效率。

[0073] 裂变电离室的α粒子幅度一般高于电子学噪声，如图2所示，将区间卡阈后的α计数用于监测系统的稳定性，可及时地发现系统异常并发出警示信号。

[0074] 本发明采用脉冲信号计数、均方电压、平均电流测量三种模式进行中子计数率的0  10 
互补校正，可在ms量级内实现中子计数率在10 n/s‑10 n/s范围内变化的实时监测，除了满足对最小临界事故的瞬变响应报警及1000 Gy/h辐射过载下正常工作的需求外，还可完
15 19
整记录（约10 次裂变）到最大临界事故（约10 次裂变）的辐射释放历程，为事故的重建、评价和安全分析提供详实的数据支撑。

[0075] 为简明地介绍本发明的实施过程，以无慢化、无反射的全裸239Pu金属装置的临界快瞬变过程为源项输入。根据国标 GB 15146.9‑94 《反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界事故探测与报警系统的性能及检验要求》在附录A的A1假设条件f，对于该类系统的最15
小临界事故，在离事故中心2 m处的中子剂量为0.185 Gy，即源项相当于发生了1.86×10次裂变；进一步按文献《原子能科学技术》2019年第53卷第11期第2204‑2208页中最小核临界事故源项分析的结果，取值如下：每次裂变平均产生3.158个中子，每个裂变中子按平均泄漏率为0.6743。

[0076] 一个示例：本发明提供的报警装置设置在距源项5 m处，裂变电离室的直径为1.3 9
cm时，进入裂变电离室的中子数为1.673×10 ，设定最小脉冲持续时间为1 ms，报警阈值的‑7
计数为1000，则至少需要裂变电离室对泄漏中子的探测效率为5.975×10 。经基于蒙特卡
3 2
诺程序的模拟计算：当易裂变物质选取为U3O8、密度为8.3 g/cm 、质量厚度为1 mg/cm 、铀
238 ‑7
同位素组成为100%的 U时其探测效率为6.805×10 ，以上设计均可确保实现1 ms内对最
7 10 
小临界事故的探测，同时对最大临界事故响应的中子计数约10 ，即在10 n/s的监测记录范围。

[0077] 一个示例：本发明提供的报警装置设置在距源项10 m处，裂变电离室的直径为2 8
cm时，进入裂变电离室的中子数为9.902×10 ，设定最小脉冲持续时间为1 ms，报警阈值的‑6
计数为1000，则至少需要裂变电离室对泄漏中子的探测效率为1.01×10 。经基于蒙特卡诺
239 3 2、
程序的模拟计算：当易裂变物质选取为 PuO2、密度为11.5 g/cm、质量厚度为0.3 mg/cm
252 ‑6
时，其对 Cf源自发裂变中子（与钚诱发裂变中子能谱相近）的探测效率为1.165×10 ，该设计可确保实现1 ms内对最小临界事故的探测，同时对最大临界事故响应的中子计数约为
7 10
10，即在10 n/s的监测记录范围。

[0078] 本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0079] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。