ИМИТАТОР КИНЕТИКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2005 года по МПК G06G7/54 G21C17/104 

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техники и может быть использовано для поверки приборов измерения реактивности ядерных реакторов (реактиметров).

Известно устройство моделирования реактора [1], содержащее три последовательно соединенных интегратора, дополнительный интегратор, суммирующий усилитель, перемножитель и инвертирующий усилитель.

Недостатками устройства являются единственное значение задаваемой реактивности и воспроизведение реактивности в упрощенном виде: по одно-групповой модели учета запаздывающих нейтронов.

Известен имитатор кинетики ядерного реактора [2], содержащий измерительный усилитель, охваченный обратной связью, состоящей из шести RC-цепочек, инвертирующий усилитель, группу входных резисторов с ключами задания величины реактивности, резисторы формирования выходного тока с ключами выбора величины тока, коммутатор знака реактивности, преобразователь напряжения - частота, формирователь импульса тока камеры деления и высоковольтный усилитель. В этом имитаторе устранены недостатки, связанные с одно-групповым упрощением модели учета запаздывающих нейтронов и расширен диапазон значений задаваемых реактивностей.

Недостатком такого имитатора является, во-первых, весьма значительное время готовности к работе (до десяти минут) при переходе от одного режима к другому, которое определяется необходимостью установления начальных условий в шести RC-цепочках с большими постоянными времени. Во-вторых, значения RC-цепочек такого имитатора подбираются под конкретный состав топлива и для конкретного типа реактора. Поэтому имитатор такого типа не может быть использован для поверки реактиметров, предназначенных для вычисления реактивности ядерных реакторов с отличающимся от выбранного составом топлива либо реакторов другого типа. В третьих, в таком имитаторе в процессе формирования выходного сигнала, соответствующего отрицательной реактивности, резко нарастает погрешность задания реактивности после третьей-четвертой декады изменения выходного сигнала (“погрешность в дальнем поле”), поскольку в этом случае величина полезного выходного сигнала измерительного усилителя, изменяясь на три-четыре декады, становится соизмеримой с его собственными шумами.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения функциональных возможностей имитатора за счет возможности имитировать с его помощью реактивность реакторов разного типа с различным составом топлива при одновременном снижении времени его готовности к работе при переходе от одного режима к другому и снижении погрешности задания реактивности в дальнем поле.

Поставленная задача решается тем, что в известный имитатор кинетики ядерного реактора, содержащий измерительный усилитель и N параллельно соединенных последовательных резистивных цепочек, в каждой из которых началом является ключ выбора величины тока, концом - резистор формирования выходного тока, а концы всех цепочек объединены с выходом имитатора, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь с выходом, подключенным ко входу измерительного усилителя, выход которого соединен с объединенными началами резистивных цепочек, и блок программного управления с информационным выходом, подключенным ко входу цифроаналогового преобразователя, и управляющими выходами, выполненный с возможностью ввода в имитатор управляющих данных при выборе начального значения тока и знака реактивности и поочередного переключения ключей выбора величины тока при поступлении данных, соответствующих окончанию каждой декады тока, в сторону нарастания значений сопротивлений этих резисторов - в случае выбора отрицательного знака реактивности, и в сторону убывания сопротивлений - в случае выбора положительного знака реактивности, причем ключи выбора величины тока выполнены в виде электронных коммутаторов, ко входам управления которых подключены управляющие выходы блока программного управления.

Признаки, отличающие предлагаемый имитатор кинетики от прототипа, - наличие цифроаналогового преобразователя с выходом, подключенным ко входу измерительного усилителя, выход которого соединен с объединенными началами резистивных цепочек, и блока программного управления с информационным выходом, подключенным ко входу цифроаналогового преобразователя, и управляющими выходами, подключенными ко входам управления ключей выбора величины тока. Ключи выбора величины тока выполнены в виде электронных коммутаторов. Блок программного управления выполнен с возможностью ввода в имитатор управляющих данных при выборе начального значения тока и знака реактивности и поочередного переключения ключей выбора величины тока при поступлении данных, соответствующих окончанию каждой декады тока, в сторону нарастания значений сопротивлений этих резисторов - в случае выбора отрицательного знака реактивности, и в сторону убывания значений сопротивлений - в случае выбора положительного знака реактивности. Совокупность вышеперечисленных отличительных признаков позволяет многократно сократить время готовности имитатора кинетики к работе при переходе от одного режима к другому, обеспечивает возможность имитировать реактивность ядерных реакторов различного типа и с разным составом топлива и увеличивает отношение сигнал/шум на выходе измерительного усилителя, снижая тем самым относительную погрешность задания реактивности в дальнем поле.

На фиг.1 приведена электрическая схема имитатора кинетики ядерного реактора и показана блок-схема алгоритма управления, реализуемого блоком управления. На фиг.2 показаны диаграммы, иллюстрирующие работу имитатора.

Имитатор содержит цифроаналоговый преобразователь 1, измерительный усилитель 2, группу 3 из N последовательных резистивных цепочек из резисторов формирования выходного тока и электронных коммутаторов, блок программного управления 4. Информационный выход блока программного управления 4 подключен ко входу цифроаналогового преобразователя 1, выход которого соединен со входом измерительного усилителя 2. Выход измерительного усилителя 2 подключен к объединенным началам группы 3 последовательных резистивных цепочек, объединенные концы которых соединены с выходом имитатора. Управляющие выходы блока программного управления 4 подключены ко входам управления электронных коммутаторов в резистивных цепочках группы 3.

Имитатор работает следующим образом.

На вход цифроаналогового преобразователя 1 от блока программного управления 4 по программе подаются управляющие коды, в соответствии с текущими значениями которых на выходе измерительного усилителя 2 формируется изменяющийся во времени аналоговый сигнал. Скорость изменения этого сигнала аналогична скорости изменения тока с детектора, установленного в ядерном реакторе. Под воздействием напряжения аналогового сигнала через одну из последовательных цепочек группы 3, подключенную к выходу имитатора соответствующим электронным коммутатором, протекает ток, формируя выходной сигнал имитатора. Алгоритм работы блока программного управления 4 изображен на фиг.1, где использованы следующие обозначения: П₁ П₂,... П_N - порты ввода управляющих сигналов электронных коммутаторов, П_Ц - порт ввода данных на вход цифроаналогового преобразователя, U_вкл, U_выкл - сигналы включения, выключения, соответственно, электронных коммутаторов, ρ - реактивность, j - текущий номер последовательной цепочки из группы 3, n - счетчик декад тока. Резисторы формирования выходного тока в группе 3 имеют следующие значения: R_j=10^j·^{R1, где R₁ - сопротивление резистора в первой цепочке из группы 3, a R_j - сопротивление резистора в цепочке с номером j из группы 3.}

В блок с данными предварительно загружена информация о необходимом относительном изменении во времени уровня выходного сигнала при имитации заданного значения реактивности. Эта информация подготовлена и сгруппирована следующим образом.

Из решения уравнения кинетики ядерного реактора выбранного типа с выбранным составом топлива формируется массив данных, отражающий изменение во времени нейтронного потока в относительных единицах для заданного значения реактивности. Этот массив разбивается на декады и каждая декада нормируется на значение 2^к, где к - разрядность цифроаналогового преобразователя 1. Отнормированный массив заносится в блок данных, откуда в процессе работы имитатора производится выборка данных в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.1. Такие управляющие массивы данных могут быть сформированы для любого заданного значения реактивности, поэтому переключение с одного режима работы имитатора на другой, то есть переход от формирования сигнала при одном уровне начального тока с одним значением реактивности к формированию сигнала при другом уровне начального тока с другим значением реактивности практически не требует времени. Это переключение сводится лишь к выбору управляющего массива в блоке данных и включению одного из электронных коммутаторов группы 3 (выбор начального выходного тока). Количество цепочек в группе 3 определяется возможностями использованных в них электронных коммутаторов, в частности, оно ограничивается их шумами.

Более детально работа имитатора может быть пояснена с помощью диаграмм, приведенных на фиг.2, на примере формирования выходного сигнала имитатора, соответствующего отрицательной реактивности с некоторым заданным постоянным значением. На фиг.2 применены следующие обозначения:

U_m - максимальное выходное напряжение измерительного усилителя при входном коде цифроаналогового преобразователя, равном 2^к;

t₁, t₂, t₃,... t_N - моменты времени, соответствующие окончанию декад изменения тока ионизационной камеры.

На диаграмме а) показано в относительных единицах изменение во времени выходного параметра детектора нейтронного потока (тока ионизационной камеры) ядерного реактора, рассчитанное из решения уравнения кинетики для некоторого отрицательного значения реактивности. На диаграмме б) показано изменение во времени входных кодов цифроаналогового преобразователя при считывании массива данных из блока данных. На диаграммах в), г), д) показаны, соответственно, изменение во времени аналогового сигнала на выходе измерительного усилителя, текущие значения сопротивления резисторов формирования выходного тока и выходной ток имитатора, скорость изменения которого аналогична скорости изменения тока с детектора, установленного в ядерном реакторе при выбранном значении отрицательной реактивности. Из диаграммы в) очевидно, что в предлагаемом имитаторе отношение сигнал/шум на выходе измерительного усилителя одинаково во всех декадах изменения его выходного сигнала, поскольку во всех декадах изменения выходного сигнала имитатора, выходной сигнал измерительного усилителя изменяется только в пределах одной декады.

Таким образом, предлагаемый имитатор может быть использован для поверки реактиметров, имеющих токовый вход и предназначенных для вычисления реактивности ядерных реакторов различного типа с разным составом топлива, обладает практически мгновенной готовностью к работе при переходе от одного режима к другому и имеет низкую относительную погрешность задания реактивности в дальнем поле.

В качестве измерительного усилителя, цифроаналогового преобразователя и электронных коммутаторов могут быть использованы, например, микросхемы 140УД17, КР572 ПА2 и 561КП1, соответственно, а в качестве резисторов формирования тока-резисторы типа МРХ, МВСГ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. Б.Я.Коган. Москва. 1963 г., стр. 426, рис. 251.

2. Заявка на изобретение №2001120680/09, G 06 G 7/48, Бюл. №18, 2003 г.

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техники и может быть использовано для проверки приборов измерения реактивности ядерных реакторов (реактиметров). Техническим результатом является расширение функциональных возможностей имитатора за счет возможности имитировать с его помощью реактивность реакторов разного типа с различным составом топлива при одновременном снижении времени его готовности к работе при переходе от одного режима к другому и снижении погрешности задания реактивности в дальнем поле. Устройство содержит цифроаналоговый преобразователь, измерительный усилитель, группу из N последовательных резистивных цепочек из резисторов формирования выходного тока и электронных коммутаторов, блок программного управления. 2 ил.

Имитатор кинетики ядерного реактора, содержащий измерительный усилитель и N параллельно соединенных последовательных резистивных цепочек, в каждой из которых началом является ключ выбора величины тока, а концом – резистор формирования выходного тока, причем концы всех цепочек объединены с выходом имитатора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь с выходом, подключенным ко входу измерительного усилителя, выход которого соединен с объединенными началами резистивных цепочек, и блок программного управления, выполненный с возможностью ввода в имитатор управляющих данных при выборе начального значения тока и знака реактивности и поочередного переключения ключей выбора величины тока при поступлении данных, соответствующих окончанию каждой декады тока, в сторону нарастания значений сопротивлений этих резисторов – в случае выбора отрицательного знака реактивности и в сторону убывания сопротивлений – в случае выбора положительного знака реактивности, информационный выход блока программного управления подключен ко входу цифроаналогового преобразователя, а управляющие выходы - ко входам управления ключей выбора величины тока, причем ключи выбора величины тока выполнены в виде электронных коммутаторов.