СПОСОБ НАСТРОЙКИ ЦИФРОВЫХ РЕАКТИМЕТРОВ НА ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ РЕАКТОРА ПО СОСТАВУ ДЕЛЯЩИХСЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПЛИВА Российский патент 2004 года по МПК G21C17/104 

Изобретение относится к контролю характеристик и параметров ядерной безопасности реакторных установок (РУ) атомных электростанций (АЭС) и, в частности, может быть использовано для настройки реактиметров, применяемых на АЭС с реакторами РБМК (реактор большой мощности канальный), на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива.

По мере выгорания топлива, а также в результате перехода на эксплуатацию тепловыделяющих сборок (ТВС) нового типа изменяется соотношение делящихся элементов в топливе. В свою очередь, это вызывает изменение соотношения запаздывающих нейтронов (з.н.), генерируемых различными делящимися изотопами в топливе. Поскольку для каждого делящегося изотопа (U²³⁵, U²³⁸, Pu²³⁹, Pu²⁴¹) распределение генерируемых им з.н. по параметру генерации - λ _i, (i - номер группы з.н.) имеет свои особенности, а указанные распределения влияют на характер поведения реактивности реактора, то при определении реактивности необходима настройка цифрового реактиметра, направленная на учет реального соотношения делящихся элементов в реакторном топливе. Такая настройка позволяет минимизировать систематическую погрешность измерений, обусловленную неучетом детального соотношения различных групп з.н., генерируемых топливной загрузкой реактора.

Известен, взятый в качестве прототипа, способ настройки реактиметра, используемый в цифровом реактиметре ЦВР-9 ("Техническое описание и инструкция по эксплуатации, Э.091.6709.10", инв. №13-177 389, 1996, ГНЦ РФ ФЭИ). В модели реактиметра ЦВР-9 из полного набора изотопов (U²³⁵, U²³⁸, Рu²³⁹, Рu²⁴¹), характеризующих реакторное топливо, учитывают только 2 изотопа - U²³⁵ и Рu²³⁹. Учет большего числа делящихся изотопов ограничен аппаратными возможностями реактиметра. Шкала настройки реактиметра ЦВР-9 прокалибрована в единицах величины вклада Рu²³⁹ в генерацию з.н.

Способ настройки реактиметра-прототипа осуществляется следующим образом:

- в модуль постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) вводят дискретные наборы исходных данных. Отдельный набор представляет собой комплект из 12 значений параметра α _ik (i=1-6 - номер группы з.н., k=l-2 - номер изотопа), характеризующего соотношение различных групп з.н. в топливной загрузке реактора, описываемой композицией делящихся элементов топлива - U²³⁵+Рu²³⁹ (значения параметра α _ik - доли з.н. i-й группы, генерируемых при делении k-го изотопа, в полном числе з.н., генерируемых всеми делящимися изотопами, ). Наборы сформированы в зависимости от величины вклада Рu²³⁹ в генерацию з.н.;

- непосредственно перед выполнением физических измерений на РУ из данных системы централизованного контроля (СЦК) определяют величину среднего выгорания топлива;

- по заданной величине среднего выгорания топлива производят оценку величины вклада Рu²³⁹ в генерацию з.н. - γ _k=β _kq_k/β , где β _k - константы з.н. (табличные данные), соответствующие доле з.н. в полном числе нейтронов, генерируемых при делении k-го изотопа; а q_k – доля нейтронов, генерируемых при делении k-го изотопа в полном числе нейтронов, генерируемых всеми делящимися изотопами (значения величин q_k приведены в табл.1 из "Комплексной методики определения физических и динамических характеристик реакторов РБМК", РДЭО 0137-98);

- устанавливают переключатель учета Рu²³⁹ (с дискретной шкалой в единицах параметра γ _k) в положение, наиболее близкое к реальному значению этого параметра, тем самым выбирают комплект значений величин α _ik, соответствующий текущей композиции делящихся изотопов топлива в активной зоне реактора.

Данный способ настройки реактиметра на текущее состояние активной зоны реактора по составу делящихся элементов топлива имеет ряд недостатков. Недостатками способа настройки реактиметра-прототипа являются:

1. Невысокая точность контроля параметров ядерной безопасности РУ (обусловленная значительной систематической погрешностью измерений реактивности), что не гарантирует обеспечение пределов и условий безопасной эксплуатации РУ.

2. Эффект нарастания систематической погрешности измерений реактивности по мере роста выгорания топлива.

3. Неконсервативный характер результатов измерений (переоценка) критических с точки зрения ядерной безопасности параметров реактора (например, подкритичности).

4. Сложность настройки прибора - требуется предварительная процедура оценки учета вклада Рu²³⁹ в генерацию з.н. для текущего состояния активной зоны реактора.

5. Масштаб шкалы (γ ( Рu²³⁹)=0, 10, 20, 30 и 40%) выбран неудачно - большая ее часть соответствует нереальным на сегодняшний день величинам среднего выгорания топлива, превышающим 15 МВт· сут/кгU.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности контроля параметров ядерной безопасности РУ с реакторами РБМК-1000 за счет снижения (на порядок по сравнению с прототипом) величины систематической погрешности измерений реактивности и упрощения процедуры настройки реактиметра на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе настройки цифрового реактиметра на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива в модуль ПЗУ реактиметра вводят наборы значений параметра α _ik, определяющих доли з.н. i-й группы, генерируемых при делении k-го изотопа, в полном числе з.н., генерируемых всеми делящимися изотопами топлива; определяют величину среднего выгорания топлива из данных СЦК РУ и выбирают соответствующий набор значений параметра α _ik изменением положения переключателя на задней панели реактиметра.

Отличительный признак предлагаемого способа заключается том, что используют наборы значений параметра α _ik, отвечающие композиции делящихся изотопов - U²¹⁵+U²³⁸.

Кроме того, особенностью является то, что шкала настройки реактиметра прокалибрована в единицах среднего выгорания топлива в активной зоне реактора.

Распределения з.н., генерируемых различными делящимися изотопами, по параметру генерации - λ _i (i - номер группы з.н.) различаются между собой.

Причем если для U²³⁵, Рu²³⁹ и Рu²⁴¹ эти различия невелики, то распределение з.н., генерируемых U²³⁸, заметно отличается от характерного для других делящихся изотопов. Указанные распределения влияют на характер поведения реактивности. По этой причине учет характеристик з.н. именно U²³⁸ является условием корректности приближенного описания полной композиции делящихся элементов топлива и позволяет повысить точность контроля параметров ядерной безопасности РУ с реакторами РБМК-1000 за счет существенного снижения систематической погрешности измерений, обусловленной использованием наборов значений параметра настройки, соответствующих любой иной неполной композиции делящихся изотопов, не учитывающей U²³⁸.

Соотношение между вкладами отдельных делящихся изотопов в генерацию нейтронов определяется прежде всего выгоранием топлива. Это соотношение влияет на поведение реактивности в переходных процессах, что отражается в характере поведения сигналов нейтронных датчиков. Определяется указанное соотношение значениями вышеупомянутого параметра q_k, однозначно связанного с параметром q_k, характеризующим вклад отдельных изотопов в генерацию з.н. Поскольку параметры настройки реактиметра - α _ik связаны с γ _k соотношением α _ik=a_ikγ _k, где a_ik - константы з.н. (табличные данные), соответствующие доле з.н. i-й группы в полном числе з.н., генерируемых при делении k-го изотопа, то и α _ik зависят только от выгорания топлива. Тип топлива (обогащение, наличие выгорающего поглотителя) вносит поправку второго порядка малости, что в особенности справедливо в отношении топлива 2,4% и эрбиевых ТВС (ЭТВС) с обогащением 2,6 и 2,8% (см. табл.1).

Отмеченный факт имеет принципиальное значение для технической реализации настройки реактиметров на текущее состояние активной зоны по составу делящихся элементов топлива - такая настройка сводится к настройке на текущее значение среднего выгорания топлива.

В результате практического применения предлагаемого способа повышается безопасность эксплуатации РУ вследствие повышения точности контроля и обеспечения консервативности оценок параметров и характеристик реактора, значительно упрощается процедура настройки реактиметра на текущее состояние реактора по выгоранию топлива.

Так, например (см. табл. 2):

1. Снижается на порядок по сравнению с прототипом систематическая погрешность измерений (сравни колонки 5 и 7 табл.2).

2. Исключается по сравнению с прототипом эффект нарастания систематической погрешности по мере роста выгорания топлива (см. колонку 5 табл. 2).

3. Достигается консервативная оценка (см. колонки 6 табл.2) параметров ядерной безопасности (результатов измерений), что гарантирует обеспечение пределов и условий безопасной эксплуатации РУ.

Данные табл.2 являются результатом опытно-расчетного моделирования измерений, включая моделирование нейтронного сигнала датчиков при введении в реактор "скачка" реактивности 5,0β _ЭФФ. В качестве "опорной" модели при моделировании измерений реактивности рассматривалась модель с учетом полного набора делящихся элементов топлива (U²³⁵, U²³⁸, Рu²³⁹, Рu²⁴¹). Отличие результатов моделирования измерений при использовании других моделей от опорной модели (δ ) рассматривается в качестве оценки систематической погрешности измерений.

Предлагаемый способ настройки цифровых реактиметров на текущее состояние реактора осуществляется следующим образом:

- в модуль ПЗУ реактиметра вводят дискретные наборы исходных данных.

Отдельный набор представляет собой комплект из 12 значений параметра α _ik, характеризующего соотношение различных групп з.н. в топливной загрузке реактора, описываемой композицией делящихся элементов топлива – U²³⁵+U²³⁸. Наборы сформированы в зависимости от величины среднего выгорания топлива в активной зоне реактора (см. табл.3, полученную опытно-расчетным путем);

- непосредственно перед выполнением физических измерений на РУ из данных СЦК определяют величину среднего выгорания топлива;

- устанавливают переключатель настройки реактиметра (с дискретной шкалой в единицах среднего выгорания топлива) в положение, наиболее близкое к реальному значению этого параметра, тем самым выбирают один из пяти комплектов значений величин α _ik, соответствующий текущей композиции делящихся изотопов топлива в активной зоне реактора.

В настоящее время предлагаемый способ внедрен на Смоленской АЭС в промышленную эксплуатацию.

Изобретение относится к контролю характеристик и параметров ядерной безопасности реакторных установок (РУ) атомных электростанций (АЭС) и, в частности, может быть использовано для настройки реактиметров, применяемых на АЭС с реакторами РБМК, на текущее состояние реактора по составу делящихся, а также элементов топлива. Технический результат изобретения - повышение точности контроля параметров ядерной безопасности РУ с реакторами РБМК-1000 за счет снижения (на порядок по сравнению с прототипом) величины систематической погрешности измерений реактивности и упрощения процедуры настройки реактиметра на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива. В способе настройки цифровых реактиметров на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива в модуль ПЗУ реактиметра вводят наборы значений параметра α_ik, определяющих доли з.н. i-й группы, генерируемых при делении k-го изотопа, в полном числе з.н., генерируемых всеми делящимися изотопами топлива; определяют величину среднего выгорания топлива из данных системы централизованного контроля РУ и выбирают соответствующий набор значений параметра α_ik изменением положения переключателя на задней панели реактиметра. Вводимые в реактиметр значения параметра α_ik соответствуют композиции делящихся элементов - U²³⁵+U²³⁸. Шкала настройки реактиметра прокалибрована в единицах среднего выгорания топлива в активной зоне реактора. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ настройки цифровых реактиметров на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива, включающий ввод в модуль постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) реактиметра наборов значений параметра α_ik, определяющих доли запаздывающих нейтронов з.н., генерируемых всеми делящимися изотопами топлива; определение величины среднего выгорания топлива из данных системы централизованного контроля (СЦК) реакторной установки (РУ) и выбор соответствующего набора значений параметра α_ik изменением положения переключателя на задней панели реактиметра, отличающийся тем, что используют наборы значений параметра α_ik, отвечающие композиции делящихся изотопов U²³⁵+U²³⁸.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шкалу настройки реактиметра калибруют в единицах среднего выгорания топлива в реакторе.