СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ МОЩНОСТИ ИМПУЛЬСНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2016 года по МПК G21C1/02 G21C7/28 

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при управлении импульсными ядерными реакторами.

Известен способ формирования импульсов мощности посредством модулятора реактивности, примыкающего к активной зоне реактора и выполненного в виде двух отражателей расположенных соосно, применяемый в импульсном реакторе ИБР-2 [Шабалин Е.П. Импульсные реакторы на быстрых нейтронах. М.: Атомиздат, 1976; с. 89-101].

Формирование импульсов мощности происходит за счет периодического изменения реактивности реактора ИБР-2 в результате перемещения части отражателя по отношению к активной зоне реактора при вращении модулятора реактивности. Заданная частота вращения модулятора реактивности позволяет получить определенные параметры импульса мощности (частоту следования импульсов в реакторе, длительность импульса, энерговыделение в импульсе, максимальную мощность в максимуме импульса). Конструкцией модулятора реактивности предусмотрено четыре частоты следования импульсов, отличающихся скоростью вращения модулятора.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения движения модулятора реактивности по закону изменения реактивности импульсного ядерного реактора от времени, так как характеристики модулятора реактивности не могут быть оперативно изменены, что не позволяет формировать импульсы мощности с требуемыми параметрами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ формирования импульсов мощности ядерного реактора путем модуляции реактивности посредством движущегося модулятора, состоящего минимум из трех коаксиальных цилиндров, охватывающих активную зону по высоте [Устройство для модуляции реактивности ядерного реактора. А.с. СССР на изобретение №387621, опубл. 15.05.1985].

Формирование импульсов мощности происходит при вращении цилиндров с дискретно нанесенным на боковые поверхности поглотителем нейтронов за счет периодического изменении поверхности поглощения. Меняя количество вращающихся цилиндров и их скорость вращения, можно получать импульсы мощности с различной скважностью.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения движения модулятора реактивности по закону изменения реактивности импульсного ядерного реактора от времени, так как в нем варьируется только скважность импульсов, что не позволяет формировать импульсы мощности с требуемыми параметрами.

Задача изобретения заключается в исключении указанного недостатка, а именно в обеспечении движения модулятора реактивности импульсного ядерного реактора по закону изменения реактивности импульсного ядерного реактора от времени для формирования импульсов мощности с требуемыми параметрами.

Для исключения указанного недостатка в способе формирования импульсов мощности импульсного ядерного реактора, обеспечивающем модуляцию реактивности, в импульсном ядерном реакторе при движении модулятора реактивности в пределах активной зоны импульсного ядерного реактора предлагается:

- по требуемым параметрам импульса мощности задавать зависимость мощности реактора от времени и функцию распада предшественников запаздывающих нейтронов;

- рассчитывать по соотношению реактивность импульсного ядерного реактора с использованием заданных функций распада предшественников запаздывающих нейтронов и зависимости мощности реактора от времени;

- включать орган регулирования реактивности в виде кнопки;

- запускать орган управления движения модулятора реактивности, состоящий из электродвигателя, приводов и элементов передачи движения модулятора реактивности в виде поглотителя и отражателя нейтронов;

- движение модулятора реактивности обеспечивать согласно соотношению, учитывающего изменение реактивности импульсного ядерного реактора во времени.

Соотношение (1), по которому рассчитывают реактивность импульсного ядерного реактора, следует из уравнения кинетики ядерного реактора в интегро-дифференциальной форме [Юферов А.Г. О численном решении интегральных уравнений точечной нейтронной динамики ядерного реактора. Препринт ФЭИ-2977. 2003. - 36 с.], учитывает взаимосвязь следующих параметров: r - реактивность, 1/с; n - мощность, Вт; - натуральный логарифм мощности реактора; t - время, с; τ - переменная интегрирования по времени, с; h - функция распада предшественников запаздывающих нейтронов, 1/с и определяют по:

В одном частном случае реализации способа предлагается функцию распада предшественников запаздывающих нейтронов задавать в виде конечного набора ее значений, а расчет реактивности импульсного ядерного реактора выполнять по соотношению (2), представляющему собой запись уравнения (1) в конечно-разностном виде, и учитывающему взаимосвязь следующих параметров: r - реактивность, 1/с; n - мощность, Вт; h - функция распада предшественников запаздывающих нейтронов, 1/с; Т - шаг по времени для расчета мощности реактора, с; k, - индексы, соответствующие определенному моменту времени:

В другом частном случае реализации способа предлагается функцию распада предшественников запаздывающих нейтронов задавать в виде набора экспонент:

а расчет реактивности импульсного ядерного реактора выполнять по соотношению (4), получаемому при подстановке (3) в (1), и учитывающему взаимосвязь следующих параметров: r - реактивность, 1/с; n - мощность, Вт; β_эф - эффективная доля запаздывающих нейтронов; Λ - время генерации мгновенных нейтронов, с; a _j - доля предшественников запаздывающих нейтронов, λ_j - постоянная распада предшественников запаздывающих нейтронов, 1/с; j - индекс, соответствующий номеру группы предшественников запаздывающих нейтронов; t - время, с; τ - переменная интегрирования по времени, с:

Примеры конкретного осуществления способа.

Пример 1. Для получения импульса мощности с требуемыми параметрами в виде синусоидальной положительной полуволны с амплитудой А, частотой синусоидального колебания , фоновым значением мощности n₀, задают зависимость мощности реактора от времени по соотношению:

Затем подставляют зависимость (5) в соотношение (4) и получают необходимый закон изменения реактивности импульсного ядерного реактора от времени (6), по которому выполняют движение модулятора реактивности импульсного ядерного реактора.

где , 0≤t≤Δ; Δ - ширина импульса, с; А - амплитуда импульса; - частота синусоидального колебания, Гц; n₀ - фоновый уровень мощности, Вт.

Закон изменения реактивности импульсного ядерного реактора от времени (6) для генерации импульса мощности в форме синусоидальной положительной полуволны с амплитудой 100 относительных единиц, шириной 20 мс, частотой синусоидального колебания 25 Гц и фоновом уровне мощности 1 относительная единица в случае использования в формуле (6) констант запаздывающих нейтронов, приведенных в таблице, и времени генерации мгновенных нейтронов, равном 0,001 с, проиллюстрирован графиком на фиг. 1.

Пример 2. Для получения импульса мощности с требуемыми параметрами в виде формы импульса - треугольник, скорости нарастания s и ширины импульса Δ задают зависимость мощности реактора от времени по соотношению:

Затем подставляют зависимость (7) в соотношение (4) и получают необходимый закон изменения реактивности импульсного ядерного реактора от времени (8) по которому выполняют движение модулятора реактивности импульсного ядерного реактора.

где s - скорость нарастания/спада импульса, 1/с.

Закон изменения реактивности импульсного ядерного реактора от времени (8) для генерации треугольного импульса мощности со скоростью нарастания 99900 с^-1 и шириной 20 мс в случае использования в формуле (8) констант запаздывающих нейтронов, приведенных в таблице, и времени генерации мгновенных нейтронов, равном 0,001 с, проиллюстрирован графиком на фиг. 2.

Технический результат - формирование требуемых импульсов мощности импульсного ядерного реактора. Он достигается за счет движения модулятора реактивности по соотношению, учитывающему изменение реактивности импульсного ядерного реактора от времени.

Изобретение относится к области ядерной техники. Способ формирования импульсов мощности импульсного ядерного реактора обеспечивает модуляцию реактивности в импульсном ядерном реакторе при движении модулятора реактивности импульсного ядерного реактора в пределах активной зоны реактора. По требуемым параметрам импульса мощности задают зависимость мощности реактора от времени и функцию распада предшественников запаздывающих нейтронов. Рассчитывают по соотношению реактивность импульсного ядерного реактора с использованием заданных функций распада предшественников запаздывающих нейтронов и зависимости мощности реактора от времени. Включают орган регулирования реактивности в виде кнопки и запускают орган управления движения модулятора реактивности, состоящий из электродвигателя, приводов и элементов передачи движения модулятора реактивности в виде поглотителя и отражателя нейтронов. Движение модулятора реактивности обеспечивают согласно соотношению, учитывающего изменение реактивности импульсного ядерного реактора во времени. Технический результат - формирование требуемых импульсов мощности импульсного ядерного реактора. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ формирования импульсов мощности импульсного ядерного реактора, обеспечивающий модуляцию реактивности в импульсном ядерном реакторе при движении модулятора реактивности в пределах активной зоны импульсного ядерного реактора, отличающийся тем, что по требуемым параметрам импульса мощности задают зависимость мощности реактора от времени и функцию распада предшественников запаздывающих нейтронов, рассчитывают по соотношению реактивность импульсного ядерного реактора с использованием заданных функций распада предшественников запаздывающих нейтронов и зависимости мощности реактора от времени, включают орган регулирования реактивности в виде кнопки и запускают орган управления движения модулятора реактивности, состоящий из электродвигателя, приводов и элементов передачи движения модулятора реактивности в виде поглотителя и отражателя нейтронов, а движение модулятора реактивности обеспечивают согласно соотношению, учитывающего изменение реактивности импульсного ядерного реактора во времени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функцию распада предшественников запаздывающих нейтронов задают в виде конечного набора ее значений, а расчет реактивности импульсного ядерного реактора выполняют по соотношению:

где
r - реактивность, 1/с;
n - мощность, Вт;
h - функция распада предшественников запаздывающих нейтронов, 1/с;
k - индекс, соответствующий определенному моменту времени;
l - индекс, соответствующий определенному моменту времени;
T - шаг по времени для расчета мощности, с.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функцию распада предшественников запаздывающих нейтронов задают в виде набора экспонент, а расчет реактивности импульсного ядерного реактора выполняют по соотношению:

где
r - реактивность, 1/с;
n - мощность, Вт;
β_эф - эффективная доля запаздывающих нейтронов;
Λ - время генерации мгновенных нейтронов, с;
a _j - доля предшественников запаздывающих нейтронов,
λ_j - постоянная распада предшественников запаздывающих нейтронов, 1/с;
j - индекс, соответствующий номеру группы предшественников запаздывающих нейтронов;
t - время, с;
τ - переменная интегрирования по времени, с.