СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСТОЧНИКА НЕЙТРОНОВ ЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2004 года по МПК G21C17/104 

Изобретение относится к физике ядерных реакторов, а именно к обеспечению ядерной безопасности ядерных реакторов и критических сборок, именуемых далее ЯУ (ядерные установки), и может быть использовано в дальнейшем при оценке таких основных параметров подкритического реактора как эффективный коэффициент размножения, реактивность. Под обеспечением ядерной безопасности при работах, связанных с изменением состава или геометрии ЯУ, в данном случае понимается предоставление оператору результатов экспериментальной оценки значения к_эф (эффективного коэффициента размножения) ЯУ на каждом этапе ядерно-опасной работы, в том числе при регламентных работах на остановленных реакторах АЭС.

Определение эффективной интенсивности источника нейтронов ядерной установки Q_эф регламентировано различными нормами: Общие положения обеспечения безопасности атомных станций ОПБ-88/97, Правила ядерной безопасности критических стендов ПБЯ-КС-98, Правила ядерной безопасности исследовательских реакторов ПБЯ-ИР-98. Все они предусматривают определение Q_эф в отсутствии в ЯУ делящегося вещества. В дальнейшем Q_эф используется, например, для определения реактивности реактора (патент РФ №2088983, МПК G 21 C 17/00, 1997 г.).

Известен способ определения эффективной интенсивности источника нейтронов ЯУ (Правила ядерной безопасности критических стендов ПБЯ-КС-98 - прототип), заключающийся в измерении скорости счета детектора нейтронов в стационарном состоянии при отсутствии в ЯУ делящегося вещества и определении эффективной интенсивности источника нейтронов Q_эф из формулы

v(к_эф) - скорость счета экспериментального детектора нейтронов в стационарном состоянии ЯУ.

При измерении скорости счета детектора нейтронов v(0) в стационарном состоянии при отсутствии в ЯУ делящегося вещества К_эф=0, а следовательно, Q_эф=v(0).

Измеренное однажды в этом калибровочном эксперименте значение Q_эф принимается в качестве неизменного параметра и используется далее для оценок к_эф по формуле (1) по результатам измерений v(к_эф) при всех изменениях состава и геометрии ЯУ. Однако значение Q_эф может измениться на несколько порядков вследствие изменения состава и геометрии ЯУ, что снижает достоверность оценки состояния, а следовательно, безопасности ЯУ.

Задача изобретения - повышение безопасности работы ЯУ за счет повышения достоверности измерения значения Q_эф.

Для этого предложен способ определения эффективной интенсивности источника нейтронов ядерной установки, заключающийся в том, что измеряют скорость счета от ЯУ детектором нейтронов и рассчитывают значение эффективной интенсивности источника нейтронов ядерной установки Q_эф, при этом измерение ведут при наличии в ЯУ делящегося вещества с интервалом дискретности по времени не менее 1 секунды до, во время и после ввода стержней регулирования в ЯУ, время ввода стержней не превышает 5 секунд, а суммарная эффективность вводимых стержней - больше 1%.

При этом суммарное время измерения скорости счета детектора нейтронов v(t) не менее 300 секунд, а время измерения до начала сброса стержней регулирования выбирают равным 10-20 секундам.

Покажем возможность определения Q_эф указанным способом.

Предлагаемый способ определения Q_эф основан на уравнениях кинетики реактора в следующем исходном виде:

i=1-6

Начальные условия:

{dn(t)/dt=0, dC_i(t)/dt=0} при -∞<t≤0, n(0)=n₀. Q_эф=Const

Обозначения в уравнениях (2-8), общепринятые (см. Дж.Р.Кипин. Физические основы кинетики ядерных реакторов. Перевод с английского. Атомиздат, 1967 г.).

Функция n(t)/l измеряется в относительных единицах как скорость счета детектора нейтронов v(t).

Не внося существенных погрешностей в результаты измерений Q_эф, положим, что (dn(t)/dt)≈0 после сброса стержней. Введем обозначения: S(t)=∑λ_iC_i(t). Измерив значения функции n(t)/l до, во время и после сброса стержней регулирования, из уравнений (2-8) с учетом начальных условий можно определить значения функции S(t). Если в уравнение (2) подставить значения функций n(t) и S(t) для 2-х моментов времени после сброса стержней регулирования, то в результате преобразований получится следующая формула расчета Q_эф:

где t₁ и t₂ - любые два момента времени после сброса стержней.

Способ осуществляется следующим образом.

В ЯУ с делящимся веществом устанавливают детектор нейтронов для измерения скорости счета, что соответствует измерению функции n(t)/l в относительных единицах.

Источниками нейтронов ЯУ является спонтанные деления ядер делящихся веществ, находящихся в объеме ЯУ; в остановленном реакторе источниками нейтронов являются также некоторые изотопы, наработанные во время кампании и фотонейтроны. В случаях, когда интенсивность этих источников нейтронов недостаточна, для измерений скорости счета детектора нейтронов с приемлемой погрешностью внутрь ЯУ или у ее поверхности следует установить дополнительный источник нейтронов. Предложенным способом будет измерена эффективная суммарная интенсивность источников, излучающих нейтроны в объем ЯУ.

Основным элементом технического обеспечения измерений Q_эф является компьютер PC, сопряженный с электронной аппаратурой. PC используется для настройки, наладки и поверки экспериментальной аппаратуры, для сбора во времени, обработки и отображения экспериментальной информации. В реальных условиях для обеспечения необходимой точности измерений желательно использовать несколько детекторов нейтронов, работающих в импульсном режиме, что определяет и прочую электронную аппаратуру: усилители, дискриминаторы, регистры поштучного счета импульсов с выхода усилителей. Состав электронной аппаратуры и требования к ее характеристикам аналогичны составу и требованиям, предъявляемым к аппаратуре, используемой при реализации измерений Q_эф способом-прототипом.

После подготовки всей аппаратуры к работе, осуществляется пуск PC для измерений v(t) электронной аппаратурой в течение 300 секунд с интервалом дискретности Δt=1 секунде.

Для того, чтобы свести к минимуму случайную погрешность измерения значений функции n(t)/l следует проводить измерения при максимально возможной скорости счета детекторов нейтронов, а также использовать в эксперименте систему из нескольких детекторов. Время измерений до начала сброса стержней не менее 10 секунд, определяется необходимостью измерить значения функции n(t)/l с приемлемой погрешностью в стационарном состоянии ЯУ. После чего проводят сброс стержней регулирования с суммарной эффективностью более 1%, время сброса стержней не должно превышать 5 секунд, в исходном стационарном состоянии до сброса стержней эффективный коэффициент размножения должен находится в следующем диапазоне: 1>к_эф>0,95. Эти практические рекомендации связаны с требованиями измерений разности [v(t₁)-v(t₂)] в формуле расчета Q_эф с приемлемой погрешностью.

Общее время измерения должно быть не менее 300 секунд, что определяется временем выхода ЯУ на стационарный режим.

После этого по указанному выше алгоритму производится расчет Q_эф и соответствующей случайной погрешности измерений Q_эф.

Таким образом, данный способ позволит определить эффективную интенсивность источника нейтронов ядерной установки при наличии в ней ядерного вещества, что в свою очередь даст возможность в каждом состоянии ЯУ знать такие основные параметры ЯУ, как эффективный коэффициент размножения и реактивность с большей степенью достоверности, чем в способе-прототипе.

Способ определения интенсивности источника нейтронов ядерной установки предназначен для использования в области ядерной энергетики. Способ включает в себя измерение скорости счета. Последнее проводят при наличии в ядерной установке делящегося вещества. Скорость счета измеряют во времени с интервалом дискретности не менее 1 секунды до, во время и после введения стержней регулирования в установку. Время введения стержней не превышает 5 секунд. Суммарная эффективность вводимых стержней больше 1%. При суммарном времени измерения скорости счета не менее 300 секунд время измерения скорости счета до начала введения стержней выбрано в интервале 10-20 секунд. Обеспечивается повышение безопасности работы ядерной установки. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения интенсивности источника нейтронов ядерной установки, заключающийся в том, что измеряют скорость счета от ядерной установки детектором нейтронов и рассчитывают эффективную интенсивность источника нейтронов, отличающийся тем, что измерение скорости счета ведут при наличии в ядерной установке делящегося вещества, а скорость счета измеряют во времени с интервалом дискретности не менее 1 с до, во время и после введения стержней регулирования в установку, при этом время введения стержней не превышает 5 с, суммарная эффективность вводимых стержней больше 1%.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарное время измерения скорости счета не менее 300 с, а время измерения скорости счета до начала введения стержней выбрано в интервале 10-20 с.