УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО ИСПЫТАНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ Российский патент 2017 года по МПК G21C7/08 

Область техники

Изобретение относится к устройству и способу для физического испытания активной зоны реактора на быстрых нейтронах.

Уровень техники

Физическое испытание активной зоны представляет собой испытание, которое используется для испытаний нейтронных характеристик активной зоны ядерного реактора, а именно испытаний для измерения изменений температурного коэффициента теплоносителя (или реактивной способности пустот натриевого теплоносителя), и подобного для активной зоны, что получается из возмущений, создаваемых в активной зоне. Поэтому для физического испытания активной зоны могут быть возмущены все испытательные стержневые тепловыделяющие элементы, формирующие целевую активную зону, и могут быть измерены изменения, вызванные возмущением. Далее, среди используемых в нижеследующем описании компонентов стержневой тепловыделяющий элемент и топливный стержень следует понимать как испытываемый стержневой тепловыделяющий элемент и испытываемый топливный стержень.

При этом для возмущения одного из стержневых тепловыделяющих элементов, по меньшей мере, некоторые из компонентов, включенных в соответствующий стержневой тепловыделяющий элемент, должны быть заменены или размещены в другом порядке. Например, если стержневой тепловыделяющий элемент имеет форму, в которой приблизительно 200 дископодобных компонентов расположены один за другим в трубе, выполненной из определенного материала, для возмущения стержневого тепловыделяющего элемента некоторые из дисков, расположенных один за другим в трубе, должны быть расположены в другом порядке или заменены другими материалами или пустыми дисками. Процесс возмущения может быть сконфигурирован таким образом, что оператор, выполняющий физическое испытание активной зоны, извлекает каждый стержневой тепловыделяющий элемент из активной зоны и размещает компоненты извлеченного стержневого тепловыделяющего элемента вручную.

Физическое испытание активной зоны обычно используется для измерения нейтронных характеристик легководного реактора. Легководный реактор относится к ядерным реакторам, использующим легкую воду в качестве теплоносителя и замедлителя. В легководном реакторе нейтронная характеристика всей активной зоны может быть отражена при использовании нескольких десятков (приблизительно 64) стержневых тепловыделяющих элементов. Меньшее число стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону, может облегчить возмущение относительно каждого стержневого тепловыделяющего элемента и измерение изменений нейтронных характеристик активной зоны вследствие возмущения.

Однако современная тенденция заключается в использовании реактора на быстрых нейтронах, который представляет собой так называемый реактор мечты вместо легководного реактора. Это связано с тем, что в реакторе на быстрых нейтронах может быть повторно использовано отработанное ядерное топливо так, что значительно сокращается количество ядерных отходов по сравнению с легководным реактором. Однако реактор на быстрых нейтронах включает в себя почти 1000 стержневых тепловыделяющих элементов, которые сконфигурированы для отражения нейтронных характеристик всей активной зоны, что делает проблематичным применение к реактору на быстрых нейтронах обычного физического испытания активной зоны. Для легководного реактора, в котором используется только несколько десятков (приблизительно 64) стержневых тепловыделяющих элементов, вполне возможно возмущение каждого из стержневых тепловыделяющих элементов, но для реактора на быстрых нейтронах, включающего в себя приблизительно 1000 стержневых тепловыделяющих элементов, трудно даже представить возмущение каждого из 1000 стержневых тепловыделяющих элементов таким же образом, как это применяется к легководному реактору.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поэтому объект подробного описания заключается в предоставлении испытательного устройства и способа для физического испытания активной зоны, более подходящих для реактора на быстрых нейтронах, которые могут позволить выполнение измерений нейтронных характеристик активной зоны реактора на быстрых нейтронах посредством возмущения стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны реактора на быстрых нейтронах.

Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целью данной спецификации, реализованной и подробно описанной здесь, предоставляется способ испытаний для физического испытания активной зоны, способ, включающий в себя предоставление возможности выбора типа физического испытания активной зоны, контроля характеристик возмущения в соответствии с выбранным типом физического испытания активной зоны, вычисления количества возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора, на основании характеристики возмущения, задания положений возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны реактора, выполнения физического испытания активной зоны по отношению к активной зоне, в которой только некоторые стержневые тепловыделяющие элементы были возмущены в соответствии с вычисленным числом и заданными положениями, и измерения нейтронных характеристик активной зоны реактора в соответствии с результатом физического испытания активной зоны.

В одном раскрытом здесь варианте реализации задание положений топливных стержней может быть этапом такого задания положений, при котором среднее расстояние разделения для вычисленного числа топливных элементов имеет максимальное значение.

В одном раскрытом здесь варианте реализации вычисление числа топливных стержней может быть этапом вычисления числа возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны на основании характеристики возмущения, и задание положений топливных стержней может быть этапом задания положений возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны.

В одном раскрытом здесь варианте реализации множество областей может представлять собой области, в которые вставлены топливные стержни различных типов соответственно и могут быть областями, исключающими область вставки регулирующего стержня среди стержневых тепловыделяющих элементов.

В одном раскрытом здесь варианте реализации активная зона может быть полномасштабной макетной моделью, в которой реальные стержневые тепловыделяющие элементы представляют собой вставляемые элементы, и предоставляется возможность измерения нейтронных характеристик в соответствии со вставленными стержневыми тепловыделяющими элементами.

В одном раскрытом здесь варианте реализации вычисление числа топливных стержней может включать в себя вычисление площади активной зоны, когда активная зона расширяется в данной установленной степени расширения, для каждой области активной зоны, в случае, когда данное установленное физическое испытание активной зоны представляет собой испытание расширения натриевого теплоносителя, и вычисление числа дополнительных натриевых охлаждающих стержней, требующихся для каждой области активной зоны, посредством сравнения вычисленной площади активной зоны с площадью нормальной активной зоны.

В одном раскрытом здесь варианте реализации задание положений топливных стержней может быть этапом задания положений для вставки натриевых охлаждающих стержней для каждой из множества областей активной зоны таким образом, что натриевые охлаждающие стержни имеют максимальное среднее расстояние разделения между ними.

Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целью данной спецификации, реализованной и подробно описанной здесь, предоставляется испытательное устройство для физического испытания активной зоны, устройство, включающее в себя память, включающую в себя характеристику возмущения для каждого из множества физических испытаний активной зоны, и информацию, относящуюся к физическим испытаниям активной зоны, блок, вычисляющий число возмущений, пригодный для вычисления числа возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора, на основании характеристики возмущения выбранного определенного физического испытания активной зоны, когда выбрано определенное физическое испытание активной зоны, блок, задающий положение возмущения, пригодный для задания положений возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны реактора, блок, выполняющий физическое испытание активной зоны, соединенный с активной зоной реактора и пригодный для выполнения физического испытания активной зоны применительно к активной зоне реактора и для измерения нейтронных характеристик активной зоны реактора в соответствии с результатом испытаний, и контроллер, пригодный для обеспечения возможности выбора одного из множества физических испытаний активной зоны и управляющий физическим испытанием активной зоны, выполняемым блоком для выполнения физического испытания активной зоны относительно активной зоны реактора, в которой возмущаются только некоторые из стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора, когда возмущению подвергаются только некоторые топливные стержни, в соответствии с числом и положениями, заданными посредством управления блоком, вычисляющим число возмущений, и блоком, задающим положение возмущения.

В одном раскрытом здесь варианте реализации контроллер может управлять блоком, задающим положение возмущения, для задания положения возмущаемых топливных стержней таким образом, что среднее расстояние разделения между топливными стержнями имеет максимальное значение.

В одном раскрытом здесь варианте реализации контроллер может управлять блоком, вычисляющим число возмущений, для вычисления числа возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны реактора на основании характеристики возмущения, и может управлять блоком, задающим положение возмущения, для задания положения возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны реактора.

В одном раскрытом здесь варианте реализации активная зона реактора может быть полномасштабной макетной моделью, в которой реальные стержневые тепловыделяющие элементы представляют собой вставляемые элементы, и имеется возможность измерения нейтронных характеристик в соответствии со вставленными стержневыми тепловыделяющими элементами.

Дополнительно пределы применимости настоящей заявки станут более понятными из приведенного ниже подробного описания. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, показывающие предпочтительные варианты реализации изобретения, приводятся исключительно в качестве иллюстраций, поскольку специалистам в данной области техники из подробного описания будут очевидны различные изменения и модификации в пределах принципов и объема притязаний данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопровождающие чертежи, которые включены для предоставления дополнительного понимания изобретения, введены в эту спецификацию, и составляют часть этой спецификации, иллюстрируют примерные варианты реализациии вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения.

На чертежах:

Фиг.1 изображает блок-схему испытательного устройства для физического испытания активной зоны в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 - вид, иллюстрирующий структуру стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора на быстрых нейтронах;

Фиг.3 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс выполнения физического испытания активной зоны в испытательном устройстве для физического испытания активной зоны в соответствии с раскрытым здесь примерным вариантом реализации;

Фиг.4A и 4B - примерные виды, иллюстрирующие примеры, в которых положения возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов заданы в соответствии с раскрытым здесь примерным вариантом реализации;

Фиг.5 - вид, иллюстрирующий результаты сравнения нейтронной характеристики (реактивная способность утечки), который измерен посредством физического испытания активной зоны, выполненного в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, с нейтронной характеристикой (реактивная способность утечки) реальной активной зоны реактора на быстрых нейтронах;

Фиг.6 - вид, иллюстрирующий результаты сравнения нейтронной характеристики (реактивная способность захвата), измеренного посредством физического испытания активной зоны, выполненного в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, с нейтронной характеристикой (реактивная способность захвата) реальной активной зоны реактора на быстрых нейтронах;

Фиг.7 - вид, иллюстрирующий результаты сравнения нейтронной характеристики (реактивная способность деления), измеренного посредством физического испытания активной зоны, выполненного в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, с нейтронной характеристикой (реактивная способность деления) реальной активной зоны реактора на быстрых нейтронах; и

Фиг.8 - примерный вид, иллюстрирующий пример компонентов, вставленных в топливный стержень реактора на быстрых нейтронах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приводится подробное описание в соответствии с раскрытыми здесь примерными вариантами реализации и в связи с сопровождающими чертежами. Для краткости описания в связи с чертежами те же самые или эквивалентные компоненты могут быть снабжены теми же самыми или эквивалентными цифровыми обозначениями, и их описание не повторяется. Вообще говоря, в отношении элементов или компонентов может быть использован такой термин как "модуль" и "блок". Использование такого термина служит только для облегчения описания спецификации и сам термин не предназначен для представления какого-либо специального значения или функции. В настоящем раскрытии то, что хорошо известно специалистам в данной области техники, как правило, опускается для краткости. Сопровождающие чертежи используются для облегчения понимания различных технических признаков и следует понимать, что представленные здесь варианты реализации не ограничиваются сопровождающими чертежами. При этом настоящее раскрытие следует рассматривать как распространяющееся на любые вариации, эквиваленты и замены, в дополнение к тем, которые, в частности, представлены на сопровождающих чертежах.

Для облегчения полного понимания настоящего изобретения вначале описывается основной принцип настоящего изобретения. В настоящем изобретении выбраны только некоторые из стержневых тепловыделяющих элементов, которые моделировали активную зону реактора на быстрых нейтронах, и возмущения вносятся только стержневыми тепловыделяющими элементами, выбранными посредством определения нейтронных характеристик легководного реактора и реактора на быстрых нейтронах. Для реактора на быстрых нейтронах, как реактора, в котором самоподдерживающаяся цепная реакция поддерживается быстрыми нейтронами с высокой кинетической энергией, быстрые нейтроны имеют кинетическую энергию, которая приблизительно в 10⁶ раз выше, чем у нейтронов легководного реактора. Поэтому в отличие от нейтронов легководного реактора, которые имеют близкую к 0 длину свободного пробега, нейтроны реактора на быстрых нейтронах имеют очень большую длину свободного пробега. Соответственно, нейтроны могут двигаться не только к возмущаемому стержневому тепловыделяющему элементу, но также и в окрестностях стержневого тепловыделяющего элемента. Поэтому эффект возмущения, примененный ко всей активной зоне, может быть измерен посредством возмущения только некоторых из стержневых тепловыделяющих элементов реактора на быстрых нейтронах, что может предоставить возможность измерения нейтронных характеристик активной зоны.

С этой целью в настоящем изобретении можно выбрать число возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов из стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны реактора на быстрых нейтронах, и положения выбранных стержневых тепловыделяющих элементов в соответствии с установленной характеристикой возмущения в данном установленном физическом испытании активной зоны, выполнить физическое испытание активной зоны, для которого отражены число и положения возмущенных топливных стержней, и измерить нейтронные характеристики активной зоны реактора на быстрых нейтронах из полученного результата.

На Фиг.1 показана блок-схема испытательного устройства для физического испытания активной зоны в соответствии с настоящим изобретением, и на Фиг.2 показан принципиальный вид, иллюстрирующий структуру стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора на быстрых нейтронах.

Относительно Фиг.1 испытательное устройство 100 для физического испытания активной зоны реактора на быстрых нейтронах, в соответствии с раскрытым здесь примерным вариантом реализации может включать в себя контроллер 102 и память 104, блок 106, вычисляющий число возмущений, блок 108, задающий положение возмущения, и блок 110, выполняющий физическое испытание активной зоны, каждый из которых соединен с контроллером 102.

Здесь блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислять число возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов среди стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора на быстрых нейтронах. Блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислять число возмущаемых топливных стержней на основании характеристики испытания данного выбранного физического испытания активной зоны. Например, блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислять число вставляемых стержневых тепловыделяющих элементов в соответствии со степенью теплового расширения площади исходной решетки тепловыделяющей сборки в пределах реактора на быстрых нейтронах, когда данное выбранное (или данное установленное) физическое испытание активной зоны представляет собой испытание расширения натриевого теплоносителя. Или блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислить число стержневых тепловыделяющих элементов для включения пустых дисков, вместо натрия, в соответствии с установленным уровнем пустот натриевого теплоносителя при испытании пустот натриевого теплоносителя, когда данное установленное физическое испытание активной зоны представляет собой испытание пустот натриевого теплоносителя.

Блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислять число возмущаемых топливных стержней для каждой области активной зоны реактора на быстрых нейтронах. Здесь каждая область активной зоны может относиться к области, в которую вставлены различные типы стержневых тепловыделяющих элементов. Например, относительно Фиг.2, если активная зона реактора на быстрых нейтронах разделена на внутреннюю область активной зоны, внешнюю область активной зоны, область регулирующего стержня, область стального радиального отражателя и область борсодержащего экранирующего стержня, область регулирующего стержня, внутренняя область активной зоны, внешняя область активной зоны, область стального радиального отражателя и область борсодержащего экранирующего стержня могут быть областями, в которые вставлены различные типы стержневых тепловыделяющих элементов. В этом случае блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислять число возмущаемых топливных стержней для каждой области активной зоны. Число возмущаемых топливных стержней также может быть вычислено для каждого типа топливных стержней.

Например, в случае, когда выполняемое физическое испытание активной зоны представляет собой испытание расширения натриевого теплоносителя с 1%-ным относительным расширением, блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислить, сколько стержневых тепловыделяющих элементов должно быть дополнительно введено во внутреннюю активную зону для расширения площади внутренней активной зоны на 1%, и задавать число стержневых тепловыделяющих элементов, вводимых во внутреннюю активную зону, в соответствии с результатом вычисления. Аналогично блок 106, вычисляющий число возмущений, может вычислить число топливных стержней, которые будут вставлены в каждую область: число топливных стержней, которые будут вставлены во внешнюю область активной зоны, число топливных стержней, которые будут вставлены в область стального радиального отражателя, и число топливных стержней, которые будут вставлены в область борсодержащего экранирующего стержня соответственно, которые должны дополнительно расширять площадь активной зоны на 1%.

Однако регулирующий стержень может быть исключением. Регулирующий стержень должен управлять числом расщеплений, создаваемых в активной зоне ядерного реактора и, таким образом, не может быть объектом возмущения при физическом испытании активной зоны.

Блок 108, задающий положение возмущения, может задавать положения стержневых тепловыделяющих элементов согласно числу вводимых стержневых тепловыделяющих элементов, вычисленному в блоке 106, вычисляющем число возмущений, в соответствии с каждым типом топливного стержня. Здесь блок 108, задающий положения возмущения, может задать положения каждого топливного стержня таким образом, что расстояние между возмущаемыми стержневыми тепловыделяющими элементами может быть наибольшим. С этой целью блок 108, задающий положение возмущения, может задать положения возмущения топливных стержней таким образом, что среднее расстояние разделения между стержневыми тепловыделяющими элементами может быть наибольшим. Это следует из того, что эффект возмущения может быть равномерно применен ко всей активной зоне, когда возмущаемые стержневые тепловыделяющие элементы распределены в пределах активной зоны настолько однородно, насколько это возможно.

При этом блок 110, выполняющий физическое испытание активной зоны, может быть компонентом, соединенным с моделью реактора на быстрых нейтронах, которая может быть субъектом физического испытания активной зоны. Здесь модель реактора на быстрых нейтронах может быть полномасштабной макетной моделью, которая соответствует реальному реактору на быстрых нейтронах и в котором стержневые тепловыделяющие элементы используются в реальном реакторе на быстрых нейтронах и представляют собой вставляемые элементы. Когда некоторые из стержневых тепловыделяющих элементов, связанных с моделью активной зоны реактора на быстрых нейтронах, возмущены в соответствии с числом и позициями возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов, заданных блоком 106, вычисляющим число возмущений, и блоком 108, задающим положения возмущения, блок 110, выполняющий физическое испытание активной зоны, может выполнить физическое испытание активной зоны в соответствии с данным установленным порядком физического испытания активной зоны и измерить нейтронные характеристики модели реактора на быстрых нейтронах в соответствии с результатом выполнения.

Предшествующее описание относилось к примеру, в котором блок 110, выполняющий физическое испытание активной зоны, соединен с моделью реактора на быстрых нейтронах. Однако это только иллюстрация в соответствии с раскрытым здесь вариантом реализации и, таким образом, настоящее изобретение не обязательно ограничивается этим. Таким образом, блок 110, выполняющий физическое испытание активной зоны, может также быть соединен с реальным реактором на быстрых нейтронах для измерения нейтронных характеристик активной зоны соединенного с ним реактора на быстрых нейтронах.

При этом память 104 может хранить данные для поддержания различных функций устройства 100 физического испытания активной зоны в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Например, память 104 может хранить различную информацию, требуемую для выполнения физического испытания активной зоны на основании каждого из различных физических испытаний активной зоны. Примеры информации, сохраненной в памяти 104, могут включать в себя информацию, относящуюся к различным процедурам, требуемую для каждого физического испытания активной зоны, и информацию, относящуюся к характеристике возмущения, требуемую для каждого физического испытания активной зоны (например, испытание расширения натриевого теплоносителя - степень расширения, испытание пустот натриевого теплоносителя - степень уменьшения).

Память 104 может также хранить различные данные, требуемые для блока 106, вычисляющего число возмущений, и блока 108, задающего положения возмущения. То есть память 104 может включать в себя информацию, относящуюся к типам стержневых тепловыделяющих элементов, составляющим активную зону реактора на быстрых нейтронах, и к каждой области активной зоны, в которую вставлены различные типы стержневых тепловыделяющих элементов. Также, память 104 дополнительно может хранить информацию, относящуюся к числу стержневых тепловыделяющих элементов для каждого из различных типов, вставленных в каждую область активной зоны.

При этом контроллер 102 может управлять каждым соединенным с ним компонентом, а именно блоком 106, вычисляющим число возмущений, блоком 108, задающим положения возмущения, и блоком 110, выполняющим физическое испытание активной зоны. Контроллер 102 может предоставлять пользователю возможность выбора типа физического испытания активной зоны и считывать характеристику возмущения в соответствии с выбранным типом физического испытания активной зоны из памяти 104. Контроллер 102 может управлять блоком 106, вычисляющим число возмущений, и блоком 108, задающим положения возмущения для задания числа и положения возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов среди стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих данную активную зону реактора на быстрых нейтронах в соответствии со считанной характеристикой возмущения.

Контроллер 102 может управлять блоком 110, выполняющим физическое испытание активной зоны для выполнения физического испытания активной зоны. То есть когда возмущение стержневых тепловыделяющих элементов, вставленных в активную зону модели реактора на быстрых нейтронах, соединенной с блоком 110, выполняющим физическое испытание активной зоны, завершено в соответствии с положениями и числом возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов, контроллер 102 может управлять блоком 110, выполняющим физическое испытание активной для выполнения физического испытания активной зоны, на основании выполнения процедуры данного выбранного физического испытания активной зоны. Также контроллер 102 может измерять нейтронные характеристики активной зоны модели реактора на быстрых нейтронах, образованные от данного возмущения, в соответствии с результатом выполненного физического испытания активной зоны.

На Фиг.3 показана блок-схема последовательности операций физического испытания активной зоны в испытательном устройстве для физического испытания активной зоны в соответствии с раскрытым здесь примерным вариантом реализации.

Относительно Фиг.3 контроллер 102 устройства 100 физического испытания активной зоны в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения может предоставить пользователю возможность выбора одного из множества физических испытаний активной зоны (S300). Физическое испытание активной зоны представляет собой испытание для испытания нейтронной характеристики активной зоны, такой как температурный коэффициент теплоносителя (реакционная способность пустот натриевого теплоносителя). Существуют различные типы физических испытаний активной зоны. Однако для пояснения в качестве примера будет дано описание испытания расширения натриевого теплоносителя, в котором предполагается, что натрий как теплоноситель расширяется, как пример физического испытания активной зоны. Однако настоящее изобретение может не ограничиваться испытанием расширения натриевого теплоносителя, но также может быть применено к любому другому физическому испытанию активной зоны (например, испытанию пустот натриевого теплоносителя и т.д.).

На этапе S300, когда выбрано физическое испытание активной зоны, контроллер 102 может определить характеристику возмущения в соответствии с данным выбранным физическим испытанием (S302) активной зоны. Здесь характеристика возмущения может относиться к тому, какой тип возмущения применяется к стержневым тепловыделяющим элементам, составляющим активную зону в соответствии с данным выбранным физическим испытанием активной зоны. Например, когда данное выбранное физическое испытание активной зоны представляет собой испытание расширения натриевого теплоносителя, контроллер 102 может определить количество дополнительного натриевого теплоносителя, которое еще требуется вследствие расширения натриевого теплоносителя, как характеристику возмущения. Когда данное выбранное физическое испытание активной зоны представляет собой испытание пустот натриевого теплоносителя, контроллер 102 может определить количество, на которое уменьшился натриевый теплоноситель вследствие высвобождения натриевого теплоносителя, как характеристику возмущения.

При этом, когда характеристика возмущения в соответствии с данным выбранным физическим испытанием активной зоны и различного типа информация, требуемая для выполнения физического испытания активной зоны, проверена на этапе S302, контроллер 102 может задать число возмущаемых топливных стержней в соответствии с характеристикой возмущения выбранного физического испытания (S304) активной зоны. Например, для испытания расширения натриевого теплоносителя контроллер 180 может вычислить число дополнительно необходимых натриевых охлаждающих стержней на основании относительного расширения, заданного в соответствии с характеристикой возмущения.

[Уравнение 1]

Степень относительного расширения (%)=((Расширенная площадь исходной решетки топливной сборки/Площадь исходной решетки топливной сборки)-1)×100

В Уравнении 1 площадь исходной решетки тепловыделяющей сборки может указывать на площадь активной зоны. Активная зона может быть реальной активной зоной реактора на быстрых нейтронах, соединенной с блоком 110, выполняющим физическое испытание активной зоны, и для которой должно быть выполнено физическое испытание активной зоны, или полномасштабным макетом активной зоны реактора на быстрых нейтронах, в котором реальные стержневые тепловыделяющие элементы представляют собой вставляемые элементы. В этом случае контроллер 102 может вычислить площадь решетки исходной топливной сборки, когда активная зона была расширена с данной установленной степенью расширения, а именно площадь активной зоны, когда активная зона была расширена, на основании степени расширения, данной установленной как характеристика возмущения, и площадь активной зоны, для которой должно быть выполнено физическое испытание активной зоны, проверяются на этапе S304. Контроллер 102 может также вычислить число дополнительно необходимых натриевых охлаждающих стержней посредством сравнения вычисленной площади активной зоны (расширенной активной зоны) с площадью нормальной активной зоны (нерасширенной активной зоны).

Здесь контроллер 102 может вычислить число натриевых охлаждающих стержней, которые дополнительно необходимы, когда натрий расширен до размера, соответствующего данной установленной степени расширения для каждой области активной зоны. Таким образом, как показано на Фиг.2, для активной зоны, включающей в себя регулирующий стержень, внутреннюю активную зону, внешнюю активную зону, стальной радиальный отражатель и борсодержащий экранирующий стержень, контроллер 102 может вычислить число дополнительных натриевых охлаждающих стержней, требуемых в связи с относительным расширением, для каждой области активной зоны, за исключением области регулирующего стержня, а именно для внутренней области активной зоны, внешней области активной зоны, области стального радиального отражателя и области борсодержащего экранирующего стержня.

В нижеследующей Таблице 1 показан пример, в котором число дополнительных натриевых охлаждающих стержней вычислено в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, когда степень относительного расширения составляет от 1% до 8%.

Таблица 1 Степень расширения площади (%) Степень расширения площади (%) 1,03 2,02 2,99 3,98 5,02 5,98 6,99 7,99 Число дополнительных натриевых стержней в IC 3 6 12 15 18 21 24 27 Число дополнительных натриевых стержней в OC 6 9 12 18 21 24 30 36 Число дополнительных натриевых стержней в CR 0 0 0 0 0 0 0 0 Число дополнительных натриевых стержней в SRR 6 12 18 24 30 36 45 51 Число дополнительных натриевых стержней в BSR 6 15 21 27 39 48 54 63 Общее число дополнительных натриевых стержней 21 42 63 84 108 129 153 177

В Таблице 1 IC обозначает внутреннюю активную зону, OC обозначает внешнюю активную зону, CR' обозначает регулирующий стержень, SRR обозначает стальной радиальный отражатель и BSR обозначает экранирующий борсодержащий стержень. То есть в соответствии с Таблицей 1 можно видеть, что в общей сложности должно быть дополнительно вставлено 177 натриевых охлаждающих стержней, а именно 27 натриевых охлаждающих стержней, 36 натриевых охлаждающих стержней, 51 натриевый охлаждающий стержень и 63 натриевых охлаждающих стержня должны быть дополнительно вставлены во внутреннюю активную зону, внешнюю активную зону, стальной радиальный отражатель и экранирующий борсодержащий стержень соответственно, чтобы допустить случай 8%-ного расширения (7,99% в Таблице 1).

При этом когда число возмущаемых топливных стержней задано на этапе S304, контроллер 102 может задать положения возмущаемых топливных стержней (S306). В данном случае контроллер 102 может увеличить зазор между возмущаемыми стержневыми тепловыделяющими элементами среди стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны настолько, насколько это возможно. Это может позволить максимально равномерно распределить возмущаемые стержневые тепловыделяющие элементы по всей площади активной зоны, что может привести к измерению общей характеристики активной зоны в связи с возмущением. С этой целью контроллер 102 может задать на этапе S306 положения возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов в соответствии с числом, вычисленным на этапе S304, так, что среднее значение расстояний разделения между возмущаемыми топливными стержнями может иметь максимальное значение. В этом случае, если натриевые охлаждающие стержни дополнительно вставлены на площади в соответствии с относительным расширением, как показано в вышеупомянутом испытании расширения натриевого теплоносителя, контроллер 102 может задать положения дополнительных натриевых охлаждающих стержней, равномерно распределяемых по всей области активной зоны.

При этом контроллер 102 может задать положения возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов для каждой области активной зоны при задании положений на этапе S306. То есть контроллер 102 может задать положения возмущаемых топливных стержней для каждой из областей активной зоны: внутренней области активной зоны, внешней области активной зоны, области стального радиального отражателя и области борсодержащего экранирующего стержня так, что топливные стержни могут быть максимально равномерно распределены в каждой области.

На Фиг.4A и 4B показаны примерные виды, иллюстрирующие примеры, в которых положения возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов заданы в соответствии с раскрытым здесь примерным вариантом реализации.

Как можно видеть, на Фиг.4A и 4B показаны примеры, в которых когда натриевый теплоноситель расширяется от 1% до 8% в испытании расширения натриевого теплоносителя, натриевые охлаждающие стержни 410, соответствующие относительному расширению, вставлены в каждую область активной зоны.

Ниже приводится описание в связи с чертежом, показывающим пример, в котором натрий расширяется на 1% (случай 1%-ного расширения). Можно отметить, что положения вставки для 3 натриевых охлаждающих стержней заданы во внутренней области 402 активной зоны, и положения вставки для 6 натриевых охлаждающих стержней заданы во внешней области 404 активной зоны, в области 406 стального радиального отражателя и в области 408 борсодержащего экранирующего стержня соответственно, исключая область 400 вставки регулирующего стержня, в соответствии с числами, вычисленными в Таблице 1. Кроме того, как показано в случае 1%-ного расширения на Фиг.4A, положения вставки вставляемых натриевых охлаждающих стержней могут быть заданы таким образом, чтобы быть максимально отделенными друг от друга в каждой из областей 402, 404, 406 и 408.

При этом, даже в случае, когда относительное расширения составляет 2% до 8%, число и положения вводимых натриевых охлаждающих стержней могут быть заданы подобно вышеупомянутому случаю. То есть, как показано в Таблице 1, когда число вводимых натриевых охлаждающих стержней вычислено в соответствии с каждым относительным расширением, контроллер 102 может задать положения вставки натриевых охлаждающих стержней так, что каждое расстояние разделения между охлаждающими стержнями может быть наибольшим для каждой области активной зоны. Случай 2%-ного расширения и вплоть до случая 8%-ного расширения на Фиг.4A и 4B показывают, что положения вставки натриевых охлаждающих стержней заданы в соответствии с каждым относительным расширением.

При этом когда число и положения возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов заданы на этапах S304 и S306, может быть выполнено (S308) возмущение, в котором отражены заданные число и положения. Например, на этапе S308, в соответствии с числом и положениями возмущаемых стержневых тепловыделяющих элементов по меньшей мере один стержневой тепловыделяющий элемент (например, натриевый охлаждающий стержень и т.д.) может быть дополнительно вставлен в активную зону реактора на быстрых нейтронах или модель активной зоны, соединенную с блоком 110, выполняющим физическое испытание активной зоны (в случае испытания расширения натриевого теплоносителя), или могут быть изменены конструкционные материалы топливных стержней, соответствующих положениям, заданным на этапе S306, среди стержневых тепловыделяющих элементов, вставленных в активную зону или модель активной зоны. Например, для испытания пустот натриевого теплоносителя стержневые тепловыделяющие элементы, содержащие меньшее количество натриевого теплоносителя, чем количество натриевого теплоносителя, содержащегося в других стержневых тепловыделяющих элементах на уровень пустоты, установленный при испытании пустот натриевого теплоносителя, могут быть вставлены в положения, заданные на этапе S306.

Таким образом, когда выполнено возмущение стержневых тепловыделяющих элементов посредством отражения числа и положений, заданных на этапе S304 и S306, контроллер 102 может выполнить физическое испытание активной зоны в соответствии с процедурой данного установленного физического испытания активной зоны. Когда физическое испытание активной зоны завершено, контроллер 102 может измерить нейтронные характеристики реактора на быстрых нейтронах, используя результат физического испытания активной зоны.

При этом на Фиг.5-7 показаны нейтронные характеристики, измеренные в случае, когда характеристика возмущения составляет 8%-ное расширение (то есть случай 8%-ого расширения). На Фиг.5 показан вид, иллюстрирующий сравнение между реактивностью утечки нейтронных характеристик, измеренных в реальной активной зоне реактора на быстрых нейтронах (целевая активная зона) в соответствии с результатами физического испытания активной зоны, и реактивностью утечки, измеренной в модели активной зоны (макетной модели), в которой возмущены только некоторые стержневые тепловыделяющие элементы в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. И на Фиг.6 показан вид, иллюстрирующий сравнение между реактивностями захвата, измеренными в целевой активной зоне в соответствии с результатами физического испытания, и реактивностями захвата, измеренными в макетной модели, в которой возмущены только некоторые стержневые тепловыделяющие элементы в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Кроме того, на Фиг.7 показан вид, иллюстрирующий сравнение между реактивностями деления, измеренными в целевой активной зоне в соответствии с результатами физического испытания активной зоны, и реактивностями деления, измеренными в макетной модели, в которой возмущены только некоторые стержневые тепловыделяющие элементы в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.5-7, можно отметить, что нейтронные характеристики, измеренные в макетной модели, в которой возмущены только некоторые стержневые тепловыделяющие элементы в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, представляют собой почти то же самое, что и нейтронные характеристики, измеренные, когда возмущение однородно применено ко всей области целевой активной зоны в пределах заданного доступного диапазона.

При этом приведенное описание относится только к случаю, когда натриевые охлаждающие стержни вставлены дополнительно. Однако это следует из предположения о том, что физическое испытание активной зоны представляет собой испытание расширения натриевого теплоносителя, и физические испытания активной зоны, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, могут не ограничиваться этим. То есть различные физические испытания активной зоны могут быть применены выборочно, и соответственно могут быть установлены другие характеристики возмущения.

Например, испытание пустот натриевого теплоносителя может быть физическим испытанием активной зоны для измерения нейтронных характеристик активной зоны, когда количество натриевого теплоносителя уменьшено в стержневом тепловыделяющем элементе на заданную степень. В этом случае характеристика возмущения может быть уменьшенным содержанием натриевого теплоносителя. Соответственно, возмущение может быть выполнено в смысле уменьшения натрия в заданной степени среди конструкционных материалов стержневого тепловыделяющего элемента в активной зоне.

Например, как показано на Фиг.8, стержневой тепловыделяющий элемент может быть сконфигурирован в форме пустой трубы, в которой различные конструкционные материалы, каждый в дискообразной форме, располагаются пакетированными. В этом случае, когда число дискообразных составляющих материалов изменяется, может быть применено возмущение. То есть стержневой тепловыделяющий элемент, из которого был высвобожден натрий, а именно стержневой тепловыделяющий элемент, к которому применено возмущение, может быть сформирован таким образом, что в него введен пустой диск вместо натриевого диска, пакетированного в конкретном стержневом тепловыделяющем элементе.

В этом случае в соответствии с настоящим изобретением заданное число стержневых тепловыделяющих элементов может быть вычислено для каждой области активной зоны на основании степени высвобождения натриевого теплоносителя. Например, для испытания уменьшения натриевого теплоносителя на 5% может быть вычислено количество натриевого теплоносителя, включенного в стержневой тепловыделяющий элемент для каждой области, и количество натриевого теплоносителя для каждой области в соответствии с числом стержневых тепловыделяющих элементов, вставленных в каждую область. Затем количество натриевого теплоносителя, соответствующего 5%, может быть вычислено в зависимости от количества натриевого теплоносителя для каждой области. Тогда число стержневых тепловыделяющих элементов, к которым должно быть применено возмущение, а именно из которых должен быть удален натриевый диск, может быть вычислено для каждой области активной зоны на основании количества натриевого теплоносителя, включенного в один стержневой тепловыделяющий элемент для каждой области активной зоны.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением могут быть выбраны стержневые тепловыделяющие элементы в количестве, соответствующем вычисленному числу, для каждой области активной зоны. В данном случае выбранные стержневые тепловыделяющие элементы могут иметь максимальное среднее расстояние разделения между ними. Кроме того, когда возмущение выполнено в ответ на замену конструкционного материала выбранных стержневых тепловыделяющих элементов, может быть выполнено физическое испытание активной зоны для измерения нейтронных характеристик активной зоны в состоянии уменьшенного количества натриевого теплоносителя.

Таким образом, вышеприведенное описание представляет собой описание конкретных вариантов реализации, но много модификаций или вариаций может быть осуществлено без отступления от объема притязаний настоящего изобретения. Конкретно, в варианте реализации настоящего изобретения в качестве примера показано, что стержневой тепловыделяющий элемент сформирован в такой форме, что дископодобные составляющие материалы пакетированы один за другим в трубе стержневого тепловыделяющего элемента. Однако это только иллюстрация и настоящее изобретение не обязательно ограничивается формой стержневого тепловыделяющего элемента.

Таким образом, настоящее изобретение может также быть применено к стержневому тепловыделяющему элементу, выполненному в другой форме, отличной от дискообразной формы, так, что может быть изменено композиционное отношение составляющих материалов, а также применено к любому случаю, в котором используются различные формы, образованные для облегчения замены внутренних составляющих материалов, так же как и цилиндрическая форма, подобная стержню.

Эффекты от испытательного устройства и способа в соответствии с настоящим изобретением будут описаны следующим образом.

В соответствии по меньшей мере с одним из вариантов реализации настоящего изобретения нейтронные характеристики всей активной зоны могут быть измерены посредством эффекта возмущения, примененного только к некоторым из стержневых тепловыделяющих элементов реактора на быстрых нейтронах, что может привести к значительному сокращению человеческих ресурсов и времени, требуемого для применения возмущения к стержневым тепловыделяющим элементам.

Настоящее изобретение может быть осуществлено как читаемые компьютером коды на носителе с записанными программными данными. Читаемый компьютером носитель может включать в себя все типы регистрирующих устройств, хранящих данные, читаемые компьютерной системой. Примеры таких читаемых компьютером носителей могут включать в себя жесткий диск (HDD), твердотельный диск (SSD), кремниевый дисковод (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, магнитную ленту, гибкий диск, оптический элемент хранения данных и т.п. Кроме того, читаемый компьютером носитель может также быть осуществлен в формате несущего электромагнитного сигнала для передачи модулированной информации (например, передачи через Интернет). Компьютер может включать в себя контроллер 102.

Однако следует также понимать, что вышеописанные варианты реализации не ограничены какими-либо деталями предшествующего описания, если это специально не указано, и фактически должны пониматься широко в пределах объема притязаний, определенного в приложенной формуле, и поэтому все изменения и модификации, которые находятся в границах и пределах формулы, или эквивалентны этим границам и пределам предназначены для использования в соответствии с приложенной формулой.

Изобретение относится к испытательному устройству и способу для физического испытания активной зоны реактора на быстрых нейтронах. Способ испытания включает в себя предоставление возможности выбора типа физического испытания активной зоны, контроль характеристики возмущения в соответствии с выбранным типом физического испытания, вычисление числа возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора, задание положений возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны реактора, выполнение физического испытания активной зоны относительно активной зоны, в которой только некоторые стержневые тепловыделяющие элементы были возмущены в соответствии с вычисленным числом и заданными положениями, и измерение нейтронных характеристик активной зоны реактора в соответствии с результатом физического испытания активной зоны реактора. Технический результат – эффективное тестирование активной зоны быстрого ядерного реактора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Способ испытания для физического испытания активной зоны в способе выполнения физического испытания активной зоны для измерения нейтронных характеристик активной зоны реактора, при этом способ содержит:

предоставление возможности выбора типа физического испытания активной зоны;

контроль характеристики возмущения в соответствии с выбранным типом физического испытания активной зоны;

вычисление числа возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора, на основании характеристики возмущения;

задание положений возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны реактора;

выполнение физического испытания активной зоны относительно активной зоны, в которой только некоторые стержневые тепловыделяющие элементы были возмущены в соответствии с вычисленным числом и заданными положениями; и

измерение нейтронных характеристик активной зоны реактора в соответствии с результатом физического испытания активной зоны.

2. Способ по п.1, в котором задание положений топливных стержней представляет собой этап задания положений топливных стержней таким образом, что среднее расстояние разделения для вычисленного числа топливных стержней имеет максимальное значение.

3. Способ по п.1, в котором вычисление числа топливных стержней представляет собой этап вычисления числа возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны на основании характеристики возмущения,

причем задание положений топливных стержней представляет собой этап задания положений возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны.

4. Способ по п.3, в котором множество областей представляет собой области, в которые вставлены топливные стержни различных типов соответственно, и

причем множество областей являются областями, исключая область вставки регулирующего стержня среди стержневых тепловыделяющих элементов.

5. Способ по п.1, в котором активная зона представляет собой полномасштабную макетную модель, в которой реальные стержневые тепловыделяющие элементы являются вставляемыми элементами, и имеется возможность измерения нейтронных характеристик в соответствии со вставленными стержневыми тепловыделяющими элементами.

6. Способ по п.1, в котором вычисление числа топливных стержней содержит:

вычисление площади активной зоны, когда активная зона расширена в данной установленной степени относительного расширения, для каждой области активной зоны в случае, когда данное установленное физическое испытание активной зоны представляет собой испытание расширения натриевого теплоносителя; и

вычисление числа дополнительных натриевых охлаждающих стержней, необходимых для каждой области активной зоны, посредством сравнения вычисленной площади активной зоны с площадью нормальной активной зоны.

7. Способ по п.6, в котором задание положений топливных стержней представляет собой этап задания положений для вставки натриевых охлаждающих стержней, для каждой из множества областей активной зоны, так, что натриевые охлаждающие стержни имеют максимальное среднее расстояние разделения между ними.

8. Испытательное устройство для физического испытания активной зоны в устройстве выполнения физического испытания активной зоны для измерения нейтронных характеристик активной зоны реактора, при этом устройство содержит:

память, включающую в себя характеристики возмущения для каждого из множества физических испытаний активной зоны, и информацию, относящуюся к физическим испытаниям активной зоны;

блок, вычисляющий число возмущений, пригодный для вычисления числа возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора, на основании характеристики возмущения выбранного определенного физического испытания активной зоны, когда выбрано определенное физическое испытание активной зоны;

блок, задающий положение возмущения, пригодный для задания положений возмущаемых топливных стержней среди стержневых тепловыделяющих элементов активной зоны реактора;

блок, выполняющий физическое испытание активной зоны, соединенный с активной зоной реактора, и пригодный для выполнения физического испытания активной зоны для активной зоны реактора и для измерения нейтронных характеристик активной зоны реактора в соответствии с результатом испытания; и

контроллер, имеющий возможность предоставления возможности выбора одного из множества физических испытаний активной зоны и управления физическим испытанием активной зоны, выполняемым блоком для выполнения физического испытания активной зоны относительно активной зоны реактора, в которой возмущены только некоторые из стержневых тепловыделяющих элементов, составляющих активную зону реактора, когда возмущению подвергаются только некоторые топливные стержни, в соответствии с числом и положениями, заданными посредством управления блоком вычисления числа возмущений и блоком задания положения возмущения.

9. Устройство по п.8, в котором контроллер управляет блоком, задающим положение возмущения для задания положений возмущаемых топливных стержней, так, что среднее расстояние разделения между топливными стержнями имеет максимальное значение.

10. Устройство по п.8, в котором контроллер управляет блоком, вычисляющим число возмущений для вычисления числа возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны реактора на основании характеристики возмущения,

причем контроллер управляет блоком, задающим положение возмущения, для задания положений возмущаемых топливных стержней для каждой из множества областей активной зоны реактора.

11. Устройство по п.8, в котором активная зона реактора представляет собой полномасштабную макетную модель, в которой реальные стержневые тепловыделяющие элементы представляют собой вставляемые элементы, и имеется возможность измерения нейтронных характеристик в соответствии со вставленными стержневыми тепловыделяющими элементами.