李 楠，昝懷啟，程多云，李 華

（1.中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 102401；2.中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102488）

0 引言

眾所周知，某些特殊環(huán)境下的反應(yīng)堆（如快中子增殖堆、鉛基堆、高溫氣冷堆、聚變堆等），是國(guó)家綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)，不僅具有不可估量的科研價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也具有強(qiáng)大的軍事價(jià)值。

控制用中子探測(cè)器用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的運(yùn)行狀態(tài)，相當(dāng)于人體的眼睛，它將反應(yīng)堆內(nèi)中子注量率的大小和變化速率轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸入到相應(yīng)的控制設(shè)備，達(dá)到監(jiān)控反應(yīng)堆正常運(yùn)行的目的。

特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器從運(yùn)輸、安裝，再到正常運(yùn)行，所處的環(huán)境條件十分惡劣，可能經(jīng)受嚴(yán)酷機(jī)械振動(dòng)沖擊；極高溫和極低溫交替沖擊；堆內(nèi)中子、γ射線、宇宙射線及強(qiáng)電磁場(chǎng)的影響[1,2]，有些甚至還要求在真空環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行，且不可維修和更換。

基于這些嚴(yán)酷環(huán)境和高性能的指標(biāo)要求，不僅對(duì)研制提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，也對(duì)質(zhì)量監(jiān)控工作提出了新的挑戰(zhàn)。

1 對(duì)特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器質(zhì)量監(jiān)控的淺析

1.1 提高對(duì)其質(zhì)量監(jiān)控重要性的新認(rèn)知

中國(guó)核工業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了3 個(gè)階段：第一階段“兩彈一艇”時(shí)代，這時(shí)期的核工業(yè)為中國(guó)成為核大國(guó)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；第二階段“二堆一器”時(shí)代，和平利用核能和核科研的成就，進(jìn)一步提高了中國(guó)核大國(guó)的話語(yǔ)權(quán)并為“一帶一路走出去戰(zhàn)略”作出重大貢獻(xiàn)；現(xiàn)正處于第三階段，中國(guó)將從核大國(guó)向核強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，最能體現(xiàn)中國(guó)核強(qiáng)國(guó)地位的就是這些應(yīng)用于特殊環(huán)境條件下的新型反應(yīng)堆，打破國(guó)外核壟斷地位，將為世界能源結(jié)構(gòu)，交通動(dòng)力和太空探索做出重大貢獻(xiàn)。作為探測(cè)這些新型反應(yīng)堆的“眼睛”，它的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程和質(zhì)量監(jiān)管過(guò)程均十分重要，對(duì)其提出了新的挑戰(zhàn)，有了新的認(rèn)知，其中質(zhì)量監(jiān)控重要性的新認(rèn)知從轉(zhuǎn)變觀念開始。

1.2 質(zhì)量監(jiān)控觀念的轉(zhuǎn)變——強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)控的合理建議權(quán)

現(xiàn)有質(zhì)量監(jiān)控模式強(qiáng)調(diào)的是控制，弱化了合理化建議，即按照質(zhì)保體系等相關(guān)規(guī)定對(duì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，檢查其執(zhí)行程序的合規(guī)性；對(duì)照法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，檢查其最終結(jié)果的符合性。這種監(jiān)控方式是傳統(tǒng)的，也是被動(dòng)的。

通過(guò)對(duì)特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器項(xiàng)目的全過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控，認(rèn)識(shí)到其方式從被動(dòng)到主動(dòng)轉(zhuǎn)變的重要意義?！爱a(chǎn)品質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造出來(lái)的，不是監(jiān)控出來(lái)的”，所以產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的設(shè)計(jì)水平和制造工藝水平是關(guān)鍵因素，要求質(zhì)量監(jiān)控環(huán)節(jié)延伸到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在深入了解原理的基礎(chǔ)上，適時(shí)提出合理化建議。同時(shí)，有效的質(zhì)量監(jiān)控不僅要判斷結(jié)果，而且對(duì)結(jié)果要究其原因，對(duì)正向結(jié)論，要究其是否存在偶然性；對(duì)負(fù)向結(jié)論，要判定失效原因并盡可能給出合理化建議。

案例——對(duì)充氣工藝取舍的質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)施，充分體現(xiàn)了強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)控合理建議權(quán)的效果。

某特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器項(xiàng)目，其產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書中的指標(biāo)要求中子探測(cè)器除了電極涂B-10 外，還需充入一定量的He-3 氣作為靈敏物質(zhì)，目的為增加其中子靈敏度。

核反應(yīng)式如公式（1）和公式（2）所示：

B-10 與熱中子的核反應(yīng)截面為3840b，He-3 與熱中子的核反應(yīng)截面為5330b。因此，充入一定量He-3 氣體，應(yīng)能增加探測(cè)器的中子靈敏度。

質(zhì)量監(jiān)控人員根據(jù)核反應(yīng)理論知識(shí)向技術(shù)人員提出質(zhì)疑，He-3 與中子反應(yīng)生成氚，氚為放射性核素，衰變過(guò)程中會(huì)不斷釋放出能量為18Kev 的β 電子，半衰期為12.26年，從而會(huì)增加探測(cè)器本底信號(hào)，進(jìn)而影響探測(cè)器的相關(guān)性能。

這一質(zhì)疑引起了技術(shù)人員的重視，經(jīng)過(guò)充分討論，決定使用制作樣管進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，并理論分析及計(jì)算的方法。比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果表明：充入He-3 氣的比未充入He-3 氣的樣管中子靈敏度僅提高約10%，但未充入He-3 氣的樣管中子靈敏度測(cè)試數(shù)據(jù)同樣也能滿足技術(shù)要求的指標(biāo)。對(duì)此試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步分析計(jì)算，充He-3 氣后探測(cè)效率（即中子靈敏度）增加約10%，E2=1.12=1.21（注：探測(cè)器品質(zhì)因子Q=E2/B，其中：E 為探測(cè)效率，B 為本底）。同時(shí)經(jīng)分析，本底信號(hào)將隨著探測(cè)器使用時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，當(dāng)本底因氚的影響增加大于21%，從公式可計(jì)算出，品質(zhì)因子Q 將會(huì)降低。同時(shí)，用充He-3 氣增加探測(cè)效率（即中子靈敏度）的方式，對(duì)后續(xù)制造工藝實(shí)現(xiàn)的可能會(huì)產(chǎn)生如下影響：

1）充純凈He-3 氣增加探測(cè)器制造工藝的復(fù)雜性。

2）對(duì)氚產(chǎn)生本底形成的信號(hào)，需由電子線路的甄別器調(diào)節(jié)甄別閾來(lái)解決，將增加后級(jí)信號(hào)處理線路的負(fù)擔(dān)和調(diào)試工作量。

3）將增加生產(chǎn)成本。

通過(guò)綜合分析，研制團(tuán)隊(duì)決定在研制樣本時(shí)，不再充入He-3 氣。

這一案例說(shuō)明，質(zhì)量監(jiān)控人員不僅要按照大綱程序等進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)管，還應(yīng)深入了解技術(shù)原理，與技術(shù)人員共同研討，對(duì)某些指標(biāo)和工藝提出質(zhì)疑，盡可能規(guī)避存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而使產(chǎn)品質(zhì)量更加安全可靠。

1.3 質(zhì)量監(jiān)控中堅(jiān)持質(zhì)量?jī)?yōu)先、指標(biāo)盈余的原則

質(zhì)量監(jiān)控包含兩個(gè)方面：一是監(jiān)督研制全過(guò)程是否符合相關(guān)程序要求，二是檢查結(jié)果是否符合相關(guān)技術(shù)要求，對(duì)于檢查的結(jié)果須堅(jiān)持質(zhì)量?jī)?yōu)先、指標(biāo)盈余的原則。

案例——某特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器使用的鎧裝電纜在選擇廠家時(shí)，堅(jiān)持質(zhì)量?jī)?yōu)先和指標(biāo)盈余的原則。

探測(cè)器信號(hào)傳輸使用的鎧裝電纜作為探測(cè)器重要的組成部分，其性能至關(guān)重要，它能否經(jīng)受惡劣環(huán)境（如：高溫、低溫、強(qiáng)輻照、強(qiáng)振動(dòng)沖擊、甚至真空環(huán)境等）的考核是確保探測(cè)器安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

圖1 熱真空試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the test equipment of the thermal vacuum

目前國(guó)內(nèi)新建的一般環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器的鎧裝電纜均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。某特殊環(huán)境反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器項(xiàng)目組的研制人員在對(duì)國(guó)內(nèi)兩家和國(guó)外一家主要電纜廠生產(chǎn)的鎧裝電纜樣本進(jìn)行了高溫絕緣性能測(cè)試，選取測(cè)量溫度值分別為100℃、250℃（工作溫度）、400℃（極限溫度），結(jié)果表明：100℃時(shí)，3 個(gè)廠家電纜樣本均能滿足大于1×1012Ω 的指標(biāo)要求；250℃時(shí)，國(guó)外廠家樣本能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，兩家國(guó)內(nèi)廠家樣本接近技術(shù)指標(biāo)，但無(wú)盈余；400℃時(shí)，國(guó)外廠家樣本能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，且尚有盈余，而國(guó)內(nèi)廠家樣本與技術(shù)指標(biāo)差距較大。

項(xiàng)目組人員對(duì)以上測(cè)量結(jié)果，初步提出兩種選擇方案：方案一，采用國(guó)外廠家生產(chǎn)的鎧裝電纜；方案二，在不影響反應(yīng)堆安全前提下，對(duì)于不滿足技術(shù)指標(biāo)的可讓步接收。技術(shù)人員解決問(wèn)題的思路是選擇方案一，理由為反應(yīng)堆在功率運(yùn)行期間，輸出電流范圍在0.1nA ～uA 量級(jí)，探測(cè)器絕緣電阻偏低對(duì)測(cè)量精度的影響在可接受范圍內(nèi)。質(zhì)量監(jiān)控人員堅(jiān)持選擇方案二，理由為僅有方案二實(shí)測(cè)結(jié)果在各個(gè)溫度值均滿足技術(shù)指標(biāo)要求，方案一雖測(cè)量精度影響可能不大，但對(duì)測(cè)量范圍下限的精度和穩(wěn)定性存在很大的不確定性，且在250℃時(shí)，國(guó)內(nèi)廠家樣本雖接近技術(shù)指標(biāo)，但無(wú)盈余，同時(shí)考慮此項(xiàng)目探測(cè)器處于特殊環(huán)境條件，運(yùn)行期間不能維修和更換，基于這些特點(diǎn)，應(yīng)盡可能消除一切可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。最終質(zhì)量監(jiān)控人員與技術(shù)人員充分溝通，堅(jiān)持質(zhì)量第一和指標(biāo)盈余的原則，選擇了方案一使用指標(biāo)符合要求的國(guó)外廠家生產(chǎn)的鎧裝電纜。

1.4 在質(zhì)量監(jiān)控中對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題堅(jiān)守歸零原則

質(zhì)量監(jiān)控全過(guò)程須堅(jiān)守問(wèn)題歸零原則[3-5]：“定位準(zhǔn)確、機(jī)理清楚、問(wèn)題重現(xiàn)、措施有效、舉一反三”，確保了最終產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。

案例——某特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器項(xiàng)目中對(duì)熱真空循環(huán)試驗(yàn)不符合項(xiàng)的處理，充分體現(xiàn)了問(wèn)題歸零原則。

在某特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器樣件的熱真空循環(huán)試驗(yàn)中，處于真空環(huán)境，同時(shí)探測(cè)器需耐受多次高低溫循環(huán)沖擊，以測(cè)試探測(cè)器的環(huán)境適應(yīng)性。

熱真空循環(huán)試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

探測(cè)器置于加熱區(qū)，端蓋有鎧裝電纜密封結(jié)構(gòu)，抽氣接口，下端有水套降溫，探測(cè)器外壁有熱電偶溫度監(jiān)測(cè)，因普通加熱裝置達(dá)不到試驗(yàn)溫度，故使用管式爐加熱。高溫真空試驗(yàn)完成后，待溫度降至室溫，再將試驗(yàn)筒整體轉(zhuǎn)移至低溫試驗(yàn)箱，進(jìn)行低溫試驗(yàn)，低溫試驗(yàn)完成后再升溫至室溫，轉(zhuǎn)至管式爐進(jìn)行高溫真空試驗(yàn)。如此反復(fù)，循環(huán)進(jìn)行高低溫循環(huán)沖擊。

根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求，判定合格依據(jù)為在所有循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中，本底電流均應(yīng)小于10-9A，絕緣電阻均應(yīng)大于1GΩ。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，從樣件第5 次循環(huán)開始，到第8 循環(huán)，均出現(xiàn)本底電流大于10-9A 的現(xiàn)象，最大值出現(xiàn)在第7 次循環(huán)為2.1×10-7A，在第9 次循環(huán)恢復(fù)至大于10-9A。

本司質(zhì)量監(jiān)控人員對(duì)此現(xiàn)象開具了不符合項(xiàng)報(bào)告，按照質(zhì)保監(jiān)管程序要求查找失效原因，針對(duì)原因制定有效的糾正措施并組織實(shí)施。

項(xiàng)目組首先對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查，經(jīng)比對(duì)后，高真空指示準(zhǔn)確，復(fù)測(cè)探測(cè)器樣件常溫下的性能均符合要求。然后拆開試驗(yàn)筒，發(fā)現(xiàn)熱電偶未與探測(cè)器外殼緊密接觸，而懸于真空室內(nèi)，基于此初步判斷為此操作失誤可能造成探測(cè)器所處位置的溫度與實(shí)際溫度產(chǎn)生差異，最終使探測(cè)器溫度過(guò)高，導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程幾組數(shù)據(jù)超差。

質(zhì)量監(jiān)控人員要求重現(xiàn)此現(xiàn)象，故技術(shù)人員重新安裝了一支熱電偶，發(fā)現(xiàn)在真空室中懸空時(shí)，測(cè)得數(shù)值比緊密接觸時(shí)高約70℃。據(jù)此可判斷，問(wèn)題定位準(zhǔn)確，同時(shí)對(duì)問(wèn)題機(jī)理開展了進(jìn)一步分析，由于熱電偶安裝懸空，未按規(guī)定接觸到位，在真空環(huán)境下熱傳導(dǎo)效率低，測(cè)得溫度數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

基于對(duì)上述不符合現(xiàn)象的重現(xiàn)及對(duì)問(wèn)題機(jī)理的分析，可認(rèn)定“問(wèn)題的定位是準(zhǔn)確的，機(jī)理是清楚的”，后續(xù)將對(duì)如何處理此不符合項(xiàng)（即制定有效措施）面臨兩種選擇：一是因探測(cè)器并未損壞，在同一樣本試驗(yàn)條件糾正后，重復(fù)進(jìn)行一次試驗(yàn)；二是考慮到試驗(yàn)溫度超差70℃，對(duì)探測(cè)器性能及試驗(yàn)可能產(chǎn)生影響，制作新樣件后重新試驗(yàn)。這是一個(gè)兩難的選擇，選擇其一是可順利地完成試驗(yàn)，進(jìn)度有保障，但存在不能預(yù)知的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；選擇其二，進(jìn)度延后半年，成本增加，但能有效規(guī)避不能預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)也深入了解了航天新產(chǎn)品研制過(guò)程，通常一般為3 個(gè)階段，首先對(duì)產(chǎn)品使用材料進(jìn)行可用性、可靠性、可替代性等分析和試驗(yàn)，滿足要求后再進(jìn)行部件分析和試驗(yàn)，遇不符合項(xiàng)則停止后續(xù)工作，分析原因，定位不符合的確定因素，經(jīng)過(guò)修正，重新制作樣件，開展各項(xiàng)試驗(yàn)和測(cè)試。如此反復(fù)，直到所有部件無(wú)一缺陷，裝配成整個(gè)樣件，進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)和測(cè)試。

基于上述分析，此項(xiàng)目在溫度試驗(yàn)中使用操作方式有誤導(dǎo)致試驗(yàn)溫度超差的現(xiàn)象對(duì)探測(cè)器性能產(chǎn)生影響不可預(yù)計(jì)的情況下，質(zhì)量監(jiān)控人員要求制作新樣件，重新開展試驗(yàn)。后續(xù)項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)近10 個(gè)月的努力，在質(zhì)量監(jiān)控人員監(jiān)管下，完成了新樣件的制作，通過(guò)了機(jī)械性能試驗(yàn)、核電性能測(cè)試、環(huán)境試驗(yàn)、壽命考核試驗(yàn)，最終產(chǎn)品通過(guò)了科研鑒定，順利進(jìn)入了試生產(chǎn)階段。

2 結(jié)論

通過(guò)對(duì)特殊環(huán)境下反應(yīng)堆控制用中子探測(cè)器項(xiàng)目的全過(guò)程質(zhì)量監(jiān)管，從中提煉了典型的經(jīng)驗(yàn)反饋和良好實(shí)踐，將總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)固化至質(zhì)量監(jiān)管作業(yè)程序中，不斷提高質(zhì)量監(jiān)管水平，強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)管預(yù)防為主，真正為用戶提供安全可靠的產(chǎn)品[6]。