49—2反應堆單晶矽輻照資料管理系統的設計與實論文

49—2反應堆單晶矽輻照資料管理系統的設計與實論文

　　對單晶矽的中子嬗變摻雜，是將原始單晶矽放入反應堆孔道中進行輻照，從而實現矽材料的磷摻雜，再經過必要的處理，獲得性能優良的N型(NTD)矽。使用該方法輻照後的N型矽具有摻雜均勻性好、精度高的優點。中子輻照摻雜方法，使原始單晶矽的利用率達到100% ，滿足了市場需求，大大提高了經濟效益。近年來，隨著市場需求的增長，單晶矽輻照的任務量與日遞增，客戶的要求也進一步提高。現有的輻照管理模式中存在的一些弊端，在新形式下逐漸顯露出來，這就對單晶矽輻照的管理和質量控制工作提出了更高的要求。由此提出了透過引入資訊管理系統，最佳化現有輻照管理模式的建議。2011年，經過需求分析、研製開發、執行除錯等過程，49-2堆成功建立了單晶矽輻照管理系統，並在工作實踐中的通過了有效性檢驗，大力保證了49-2堆單晶矽輻照工作高質、高效、安全、有序的開展。

　　1 149-2反應堆單晶矽輻照生產工藝與質量控制

　　1.1 單晶矽輻照摻雜原理

　　1.1.1 單晶矽輻照摻雜的核物理過程

　　單晶矽輻照摻雜的主要核反應為：30Si(n，γ) 31Si→31p。

　　1.1.2 輻照時間的計算

　　已知矽棒的原始和目標電阻率，透過控制單晶矽接受的中子注量，來控制摻雜後31p的濃度，其濃度決定單晶矽輻照後的和電阻率。輻照時間的計算公式：

　　(1)設原始為N型的單晶矽，電阻率為o，輻照目標電阻率t，則有：

　　Фt=K·(1/t-1/o) (1)

　　(2)設原始為P型的單晶矽，電阻率為o，輻照目標為N型、電阻率t，則有：

　　Фt=K·(1/t+3/o) (2)

　　(3)設原始為N/P型的單晶矽，輻照目標為N型、電阻率t，則有：

　　Фt=K·1/t (3)

　　K表示摻雜係數，Фt表示中子注量，已知各孔道中子注量率，則可求輻照時間t。

　　1.2 輻照工藝流程(見圖1)

　　1.3 輻照裝置

　　49-2堆設定單晶矽生產直孔道共計20根，其中9根(Ф70 mm×1.5 mm)固定在堆芯反射層內，另外11根(Ф125 mm×4 mm)固定在堆芯反射層外。孔道為溼孔道。

　　旋轉電機固定在渦頭內，渦頭上部有吊裝孔，透過金屬鏈與單晶矽吊蘭連線，吊車上的吊裝機構抓住吊裝孔後，可實現單晶矽的出入堆操作。未照矽預處理後碼放至操作平臺，用機械手將矽放入吊蘭內，再用吊車吊入孔道內進行輻照。輻照時電機帶動矽樣品旋轉，以保證輻照的徑向均勻性。輻照裝置見圖2。

　　1.4 單晶矽輻照命中率和產量的控制

　　1.4.1 摻雜均勻性的控制

　　用矽樣品旋轉輻照的方法來保證。摻雜的軸向均勻性的控制，用倒頭或換位來保證。

　　1.4.2 控制輻照精度和產量的方法

　　(1)孔道積分通量的測定：49-2堆採用活化探測片(鋁鈷片)隨堆測量與退火資料跟蹤倒推法相結合的方式來測定各個輻照孔道的中子通量;(2)輻照時間控制：採用時間控制法控制輻照精度。使用時間和排位計算程式，根據原始資料進行計算，批次計算出每支矽所需要的輻照時間，並進行組罐和排位;(3)矽尺寸與輻照質量控制：輻照有效段在50 mm至450 mm，兩支矽總長度要求小於400 mm;中子注量率分佈不均(如圖4所示)，所以單支矽要求不超過220 mm;輻照中半時倒頭，保證軸向均勻性。

　　1.5 單晶矽輻照生產現狀

　　單支矽的平均重量約1kg，49-2堆每個執行週期約10天，產量約600 kg，摺合單週期輻照單晶矽支數約為600支;單晶矽庫房通常情況下存放單晶矽約5 t，按平均重量摺合成支數約5000支。可見，單晶矽生產過程所需資料量是比較大的，現有的時間計算與排位程式解決了批次計算與排位的問題，但資料的檢索、糾錯、清點、批次處理等問題仍待解決。

　　2 單晶矽輻照資料管理程式的設計與建立

　　單晶矽輻照管理的主要內容是對單晶矽的實物以及與之對應的資料進行管理，對單晶矽資料的管理滲透到生產過程中的每一個環節。雖然輻照時間計算程式能夠成批次完成輻照時間計算、組合、排位、製表等工作，但其執行需要以詳實的原始資料作為支撐。

　　隨著單晶矽產業的不斷髮展壯大，原始的資料管理方式已經很難適應現今單晶矽輻照工作的需要。2011年初，在對比同行業單晶矽輻照管理先進模式，借鑑其他研究堆單晶矽輻照資料管理經驗的基礎上，49-2堆開展了單晶矽輻照資料管理系統的設計研究工作。

　　2.1 分析實際工作中所遇到的困難

　　舊的資料管理方式是簡單的將不同廠家、不同批次、不同入庫時間的原始資料存入不同的TXT文件以及不同的資料夾中，進行粗獷式的管理。其主要缺點包括：

　　(1)沒有原始資料自動報錯的功能。

　　(2)不能提供實時的與庫存矽相對應的資料。

　　(3)不能對單晶矽的詳細資料進行精確查詢。

　　(4)當單晶矽的某些屬性發生改動時，無法及時的對其資料進行更新。

　　(5)視覺化效果不好，邏輯聯絡不清晰，不緊密，容易造成資料的混亂。

　　長期以來在單晶矽輻照工作中，還有很多老的資料管理方式所帶來的不便，由此產生的各種問題嚴重影響著49-2堆單晶矽輻照工作的順利開展，進而影響了單晶矽輻照的經濟效益。因此單晶矽輻照資料管理系統的設計與建立勢在必行。2.2 設計思想的建立

　　針對前面所提到的問題，作者提出了透過建立資料庫程式管理單晶矽資料並進而管理單晶矽生產的想法。基本的思路是對各廠家提供的每一隻矽的矽名、直徑、長度、矽型、原始電阻、目標電阻等原始資料進行分類管理，對輻照前與輻照後的各種狀態(未輻照矽、正在輻照、已輻照、部分輻照、不輻照)進行實時跟蹤管理，為庫房的庫存矽與歷史資料提供核對依據。

　　2.3 單晶矽輻照管理系統的設計與功能實現

　　(1)開發環境程式執行在現階段廣泛使用的winXP系統下，使用SQLserver2000建立資料庫，用Power Builder建立介面程式。相對普遍的開發環境保證了程式的可相容性和可擴充套件性。

　　用兩臺電腦組建小型網路，可以同時訪問資料庫，工作可同時進行、互不妨礙，提高了資料利用率和工作效率。

　　(2)需求分析根據現有工作方式存在的缺陷，提出了程式設計的需求分析。

　　①單晶矽從運至我單位到發貨返回廠家，需經歷(未輻照、正在輻照、已輻照、部分輻照、不輻照)幾種狀態。因此，資料庫需要透過對這幾種狀態的標註和記錄，對單晶矽的輻照資料進行實時的跟蹤管理。

　　②需要在匯入原始TXT格式資料進入資料庫的過程中，對原始資料進行糾錯處理，並提供報錯，以供核實和修正。

　　③需要將原始資料中的每一個單項區分為一類資料，以便操作人員分類查詢和修改。

　　④需要設定入堆清單製作和匯出項，匯出的資料符合時間計算程式的格式要求。

　　⑤需要設定單晶矽出堆後的資料處理項，並要求可批次修改狀態，達到跟蹤記錄每支矽不同狀態的要求。

　　⑥需要對返照矽進行比對顯示，以挑出改檔返照矽。

　　⑦需要實時顯示查詢清單中資料的總支數與總公斤數。

　　⑧視覺化程度要高，人機互動介面應簡單明瞭易於理解掌握，對不同狀態的資料透過顏色進行區分。

　　(3)功能的實現針對上述需求分析，我們設計了單晶矽資料庫管理系統。具體功能如下。

　　①新資料入庫模組：將原始的txt文字格式資料分類匯入資料庫，在匯入過程中設定糾錯標準，對每支矽的各項引數進行逐一比對，並顯示結果，根據結果修改資料，再次匯入。

　　②矽庫房查詢模組：可查詢項依次包括：廠家、矽名、批次、矽型、輻照狀態、是否為返照、入庫時間、製作入堆清單時間、直徑範圍、長度範圍、重量、目標電阻範圍、備註情況。查詢結果的各分項將顯示在資料欄中，還要顯示符合查詢條件的支數、重量等引數，並且具備刪除和匯出所查資料清單、更改與批次更改資料、增加備註等功能。

　　③建立入堆清單功能：開堆前，透過對產品庫未照矽進行查詢，根據輻照需要，建立對應的入堆新建清單，並且匯出可供計算程式計算的'txt文字格式，以計算輻照時間。該功能會自動記錄制單時間，以方便停堆後的出堆資料處理統計。

　　④輻照後的資料處理功能：停堆後經過5～7天的衰變，單晶矽出堆。此時，可透過查詢瀏覽與出堆介面，根據制單時間查到本次入堆的資料清單，並且根據單晶矽輻照表中人工記錄，進行批次統計和輻照狀態更改，將這些資料分類標定為已輻照、未照、部分輻照等，並用不同顏色顯示出來，支數重量顯示在資料介面中表格的上方。透過對輻照狀態的標定，確保資料庫與產量、庫房實際庫存數目相對應。該功能可匯出出堆走料清單，以供廠家核對。

　　⑤單晶矽輻照資料管理系統執行流程。

　　3 應用過程的總結

　　3.1 在應用過程中，對比舊的資料管理方式，單晶矽資料庫管理軟體的優勢

　　(1)實現了資料糾錯，解決了人因的資料錄入失誤問題。

　　(2)實現了資料庫與庫房的實時對應，減少了檢點庫房的工作量，降低出錯機率。

　　(3)實現了對資料的批次、精確查詢，提高了資料處理的工作效率。

　　(4)批次修改並提供備註，減少了因疏忽遺漏而造成的出錯機率。

　　(5)實現了資料管理的視覺化，使各種資料操作清晰、直觀、明瞭，更易於理解與應用。

　　(6)應用資料庫後，工作人員出錯的機率減少了90%，使用的紙質檔案減少為原來的1/3，工作量減少了3成。

　　3.2 幾點建議

　　(1)目前的輻照管理軟體對單支和批次矽的輻照時間沒有編寫計算程式，需匯出檔案進入原時間計算程式求得輻照時間。下一步可繼續開展這項工作，將時間計算程式與輻照管理軟體有機結合，進而以資料庫為基礎，用單晶矽輻照值班軟體的方式將現有的紙質值班表全部代替。屆時，記錄人員只需在軟體介面中完成點選就可在電腦中準確記錄輻照物件、輻照孔道、入堆時間、出堆時間等詳細資訊，軟體可智慧提示出堆時間等資訊，儘可能避免人因誤操作，大幅提高輻照的整體命中率。

　　(2)目前單晶矽輻照孔道，沒有安裝自給能中子探測器和中子注量積分器，對孔道通量的測量還需採用退火資料倒推法及理論通量測量方法進行，準確率有所欠缺。今後如果加裝自給能探測器和中子注量積分器，並將其接入輻照管理系統中，結合輻照時間計算程式，進行出對時間提醒。這樣，可以大幅提高單晶矽輻照的命中率。

　　4 結語

　　文中介紹了49-2堆單晶矽輻照的工藝理論;而後主要論述了在深入調研原有單晶矽輻照管理工作中存在不足的基礎上，結合先進的資料管理方法，對原有工作方式進行最佳化改良，從而設計和建立一套先進的單晶矽輻照資料管理系統的過程;最後對輻照資料管理系統研究的下一步研究做出了展望。

　　單晶矽輻照資料管理系統的建立與應用，保證了單晶矽輻照工作得以安全、有序、保質、保量順利進行。為49-2室的單晶矽輻照工作提高了輻照效率、節約了輻照成本，增加了輻照產量。對其他反應堆輻照應用工作，具有示範效果，並具有可借鑑、可移植的實際意義。