СПОСОБ АТТЕСТАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЯ РЕАКТИВНОСТИ Российский патент 2019 года по МПК G21C7/36 

Область техники

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано в системах управления ядерными реакторами.

Уровень техники

Реактивность ядерного реактора - безразмерная величина, характеризующая поведение цепной реакции деления в активной зоне ядерного реактора и выражаемая соотношением: ρ=ƒ(n),

где n - плотность потока нейтронов.

Реактивность служит важнейшей характеристикой ядерного реактора, влияющей не только на процесс управления, но и на безопасность.

В настоящее время аттестация вычислителя реактивности не производится.

Отсутствие аттестации вычислителя реактивности сдерживает практическую возможность его применения в каналах управления ядерным реактором. Поэтому необходимость аттестации вычислителя реактивности является важной задачей.

Аттестация (поверка) измерительных приборов по точности (погрешности) измерения параметра осуществляется путем сравнения показания аттестуемого прибора с показанием измерителя того же параметра, точность которого на класс выше аттестуемого измерителя, прибора. Высшим классом точности обладает эталон параметра.

Способ аттестации, применяющийся к измерителю параметра, не пригоден для аттестации вычислителя реактивности т.к. реактивность не параметр ядерного реактора, а характеристика его динамического состояния, относительный коэффициент размножения нейтронов которой для разных ядерных реакторов имеет разные значения. Соответственно невозможно создать один эталон вычисления реактивности для всех типов ядерных реакторов.

В случае использования сигнала вычисленной реактивности в канале управления ядерным реактором необходимо знать быстродействие вычислителя реактивности, насколько вычисленная величина реактивности отстает по времени от фактической величины реактивности при разных скоростях ее изменения в ядерном реакторе.

Следовательно, вид аттестации должен быть другим, чем известная аттестация измерителей параметра.

Эталоном для аттестуемого вычислителя реактивности служит величина реактивности математической модели ядерного реактора, которая создается на основе математической модели системы управления ядерным реактором, математических расчетов и математического моделирования, результаты которых подтверждены экспериментами.

Особенность предлагаемого технического решения состоит в том, что аттестацию каждого вычислителя реактивности осуществляют только для конкретного типа и определенной конструкции ядерного реактора. При этом измерение параметров при аттестации математической модели ядерного реактора и вычислителя реактивности по реактивности и скорости ее изменения проводится стандартными метрологическими аттестованными средствами измерения.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и точности определения показателей погрешности и быстродействия при физическом пуске и эксплуатации ядерного реактора.

Для достижения технического результата предложен способ аттестации вычислителя реактивности, заключающийся в том, что сигнал плотности потока нейтронов аттестованной по реактивности математической модели ядерного реактора вводят в формирователь сигнала детектора, в котором сигнал плотности потока нейтронов преобразуют в сигнал, идентичный реальному сигналу нейтронного детектора, который направляют в преобразователь сигнала нейтронного детектора в электрический сигнал, преобразованный электрический сигнал нейтронного детектора подают на вход аттестуемого вычислителя реактивности, из которого сигнал реактивности аттестуемого вычислителя реактивности направляют в регистрирующую аппаратуру, где этот сигнал сравнивают с эталонной величиной реактивности математической модели ядерного реактора, по разнице которых аттестуют вычислитель реактивности.

Кроме того, для аттестации вычислителя реактивности по погрешности в переходных режимах изменения реактивности с постоянной скоростью в момент достижения в аттестованной математической модели ядерного реактора заданных параметров вычисляют разницу величин сигналов реактивности аттестуемого вычислителя реактивности и реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора.

Кроме того, для аттестации вычислителя реактивности в переходных режимах изменения реактивности с постоянной скоростью по быстродействию, в момент достижения в аттестованной математической модели ядерного реактора заданных параметров, вычисляют разницу времени достижения величины реактивности аттестуемого вычислителя реактивности и реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора.

Кроме того, для аттестации вычислителя реактивности в установившемся режиме по погрешности на заданном уровне аттестованной математической модели ядерного реактора, определяют разность установившихся значений сигналов реактивности в аттестованной математической модели ядерного реактора и в аттестуемом вычислителе реактивности.

Кроме того, для аттестации вычислителя реактивности в установившемся режиме реактивности по быстродействию, определяют разницу времени наступления установившегося режима реактивности в аттестованной математической модели ядерного реактора и в аттестуемом вычислителе реактивности.

Описание чертежей

Аттестация вычислителя реактивности производится с использованием аппаратуры, выполненной на любой элементной базе, которая не должна искажать динамические характеристики реального нейтронного детектора, пример которой схематично показан на фиг. 1, где:

1 - ММЯР (аттестованная математическая модель ядерного реактора в установившихся и переходных режимах изменения реактивности, действующая в реальном масштабе времени);

2 - ФСД (формирователь сигнала плотности потока нейтронов в аттестованной математической модели ядерного реактора в сигнал нейтронного детектора с параметрами, соответствующими параметрам сигнала реального нейтронного детектора);

3 - ПСДЭ (аппаратура преобразования сигнала нейтронного детектора в электрический сигнал);

4 - BP (аттестуемый вычислитель реактивности);

5 - РА (регистрирующая аппаратура);

ρ_м - сигнал реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

ρ_в - сигнал реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

ППН - сигнал плотности потока нейтронов;

- сигнал нейтронного детектора;

ЭлС - электрический сигнал;

РЛС - реальная линия связи;

На фиг. 2 показан график аттестации вычислителя реактивности по показателям погрешности и быстродействию, где:

ρ - реактивность;

t - время;

ρ_м - сплошная линия, изменение реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

ρ_в - пунктирная линия, изменение сигнала реактивности на выходе аттестуемого вычислителя реактивности;

индекс «м» в параметрах времени t и реактивности ρ означает, это параметры математической модели;

индекс «в» в параметрах времени t и реактивности ρ означает, это параметры вычислителя реактивности;

0_м - начало первого участка переходного режима изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

t_a1м - момент времени, когда реактивность ρ_м (точка а1м) равна реактивности ρ_в (точка al) в момент времени t_к1м;

t_a2м - момент времени, когда реактивность ρ_м (точка а2м) равна реактивности ρ_в (точка а2) в момент времени t_к2м;

t_0в - момент времени начала первого участка переходного режима изменения сигнала реактивности аттестуемого вычислителя реактивности, определяющего его быстродействие;

t_к1м - момент времени конца переходного режима и начала установившегося режима первого участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

t_к1в - момент времени конца переходного режима и начала установившегося режима первого участка изменения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

t_н2м - момент времени конца установившегося режима первого участка и начала переходного режима второго участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

t_к2м - момент времени конца переходного режима и начала установившегося режима второго участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

t_к2в - момент времени конца переходного режима и начала установившегося режима второго участка изменения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

участок от 0_м до t_к1м - время переходного режима первого участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

участок от t_к1м до t_н2м - время установившегося режима первого участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

участок от t_н2м до t_к2м - время переходного режима второго участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

участок от t_к2м и далее - время установившегося режима второго участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

участок от t_0в до t_к1в - время переходного режима первого участка изменения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

участок от t_к1в до t_н2в - время установившегося режима первого участка изменения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

участок от t_н2в до t_к2м - время переходного режима второго участка изменения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

участок от t_к2в и далее - время установившегося режима второго участка изменения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

ρ_к1м - величина введенной реактивности в конце переходного режима, в начале и конце установившегося режима первого участка, а также начале переходного режима второго участка введения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

ρ_к1в - величина введенной реактивности в конце переходного режима, в начале и конце установившегося режима первого участка, а также начале переходного режима второго участка введения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

ρ_к2м - величина введенной реактивности в конце переходного режима и в начале установившегося режима второго участка введения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

ρ_к2в - величина введенной реактивности в конце переходного режима и в начале установившегося режима второго участка введения реактивности аттестуемого вычислителя реактивности;

ρ_a1 - величина реактивности аттестуемого вычислителя реактивности в момент окончания переходного режима первого участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

ρ_а2 - величина реактивности аттестуемого вычислителя реактивности в момент окончания переходного режима второго участка изменения реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора;

a1 - точка, которая обозначает момент времени соответственно t_к1м, при котором регистрируется разность между реактивностью ρ_к1м аттестованной математической модели ядерного реактора и реактивностью ρ_а1 вычислителя реактивности, по которой определяется погрешность, а также разность времени t_к1м и временем t_а1м, в моменты достижения одинаковой реактивности ρ_а1, которая характеризует быстродействие аттестуемого вычислителя реактивности;

а2 - точка, которая обозначает момент времени соответственно t_к2м, при котором регистрируется разность между реактивностью ρ_к2м аттестованной математической модели ядерного реактора и реактивностью ρ_а2 вычислителя реактивности, по которой определяется погрешность, а также разность времени t_к2м и временем t_а2м, в моменты достижения одинаковой реактивности ρ_а2, которая характеризует быстродействие аттестуемого вычислителя реактивности;

к1м, н2м, к1в, н2в, к2м, к2в - точки, обозначающие начало и конец установившихся и переходных режимов изменения реактивности.

Δt2 - время отставания величины вычисленной реактивности ρ2 вычислителя реактивности от такой же величины реактивности ρ, которая введена в математическую модель ядерного реактора, начиная от момента второй остановки введения реактивности.

Осуществление изобретения

Аттестация вычислителя заключается в следующем.

Сигнал плотности потока нейтронов аттестованной математической модели ядерного реактора 1 поступает на формирователь сигнала плотности потока нейтронов в сигнал нейтронного детектора 2, в котором он преобразуется в сигнал, идентичный реальному сигналу нейтронного детектора. Преобразованный сигнал нейтронного детектора по реальной линии связи РЛС поступает на вход аттестуемого вычислителя реактивности 4. Вычисленный в нем сигнал реактивности поступает в регистрирующую аппаратуру 5, где он сравнивается с сигналом реактивности, одновременно поступающим из математической модели ядерного реактора 1.

Аттестацию вычислителя реактивности 4 по погрешности в переходном режиме изменения реактивности проводят в те моменты времени, в которых переходной режим сохраняется одновременно в аттестованной математической модели ядерного реактора 1, и в аттестуемом вычислителе реактивности 4.

В этом случае по разнице Δρ_п=ρ_м - ρ_в величин реактивности характеристик ρ_м и ρ_в на фиг. 2 для каждого момента времени аттестуют вычислитель реактивности 4 по величине погрешности вычисленной реактивности.

Δρ_п=ρ_м - ρ_в - разность между реактивностью аттестованной математической модели ядерного реактора 1 и реактивностью на выходе аттестуемого вычислителя реактивности 4 в каждый момент времени ее изменения в переходном режиме реактивности, которая характеризует абсолютную погрешность аттестуемого вычислителя реактивности 4 в переходном режиме изменения реактивности.

Например, Δρ_п=ρ_к1м - ρ_a1 или Δρ_п=ρ_к2м - ρ_а2.

Отношение Δρ_п/ρ_м в каждый момент времени изменения реактивности характеризует относительную погрешность аттестуемого вычислителя реактивности 4.

Δρ_у=ρ_м - ρ_в- разность между реактивностью аттестованной математической модели ядерного реактора 1 и реактивностью на выходе аттестуемого вычислителя реактивности 5 в каждый момент времени ее изменения в установившемся режиме реактивности характеризует абсолютную погрешность аттестуемого вычислителя реактивности 4 в установившемся режиме.

Например, Δρ_у=ρ_к1м - ρ_к1в или Δρ_у=ρ_к2м - ρ_к2в.

Отношение Δρ_у/ρ_м в каждый момент времени установившегося режима реактивности в аттестованной математической модели ядерного реактора 1 и аттестуемом вычислителе реактивности 4 характеризует относительную погрешность аттестуемого вычислителя реактивности в установившемся режиме.

Аттестацию вычислителя реактивности 4 по быстродействию в переходных режимах проводят на тех участках изменения реактивности, на которых переходной режим сохраняется одновременно как в аттестованной математической модели ядерного реактора 1, так и в аттестуемом вычислителе реактивности 4.

Например, разность Δt_п=t_к1м - t_а1м - время отставания реактивности вычислителя реактивности 4 от такой же величины реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора 1, характеризует абсолютное быстродействие аттестуемого вычислителя реактивности через время t_к1м после начала увеличения реактивности с ее установленной скоростью.

Отношение Δt_п/t_к1м - это быстродействие аттестуемого вычислителя реактивности 4 при установленной скорости изменения реактивности.

Необходимо исключать искажения сигналов, отображающих скорости мгновенных и запаздывающих нейтронов в аттестованной математической модели ядерного реактора 1, на сигнал, поступающий с ее выхода на вход аттестуемого вычислителя реактивности. Поэтому при аттестации вычислителя реактивности 4 должны включаться все реальные элементы, аппаратуры канала связи, а преобразователь сигнала плотности потока нейтронов 2 должен отображать реальный сигнал нейтронного детектора.

Изобретение относится к средству определения быстродействия и точности вычислителя реактивности. Сигнал плотности потока нейтронов аттестованной по реактивности математической модели ядерного реактора вводят в формирователь сигнала детектора, в котором сигнал плотности потока нейтронов преобразуют в сигнал, идентичный реальному сигналу нейтронного детектора, который направляют в преобразователь сигнала нейтронного детектора в электрический сигнал, преобразованный электрический сигнал нейтронного детектора подают на вход аттестуемого вычислителя реактивности, из которого сигнал реактивности аттестуемого вычислителя реактивности направляют в регистрирующую аппаратуру. Далее этот сигнал сравнивают с эталонной величиной реактивности, по разнице которых аттестуют вычислитель реактивности. Техническим результатом является повышение достоверности и точности определения показателей погрешности и быстродействия при физическом пуске и эксплуатации ядерного реактора. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ аттестации вычислителя реактивности, заключающийся в том, что сигнал плотности потока нейтронов аттестованной по реактивности математической модели ядерного реактора вводят в формирователь сигнала детектора, в котором сигнал плотности потока нейтронов преобразуют в сигнал, идентичный реальному сигналу нейтронного детектора, который направляют в преобразователь сигнала нейтронного детектора в электрический сигнал, преобразованный электрический сигнал нейтронного детектора подают на вход аттестуемого вычислителя реактивности, из которого сигнал реактивности аттестуемого вычислителя реактивности направляют в регистрирующую аппаратуру, где этот сигнал сравнивают с эталонной величиной реактивности математической модели ядерного реактора, по разнице которых аттестуют вычислитель реактивности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для аттестации вычислителя реактивности по погрешности в переходных режимах изменения реактивности с постоянной скоростью в момент достижения в аттестованной математической модели ядерного реактора заданных параметров вычисляют разницу величин сигналов реактивности аттестуемого вычислителя реактивности и реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для аттестации вычислителя реактивности в переходных режимах изменения реактивности с постоянной скоростью по быстродействию в момент достижения в аттестованной математической модели ядерного реактора заданных параметров вычисляют разницу времени достижения величины реактивности аттестуемого вычислителя реактивности и реактивности аттестованной математической модели ядерного реактора.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для аттестации вычислителя реактивности в установившемся режиме по погрешности на заданном уровне аттестованной математической модели ядерного реактора определяют разность установившихся значений сигналов реактивности в аттестованной математической модели ядерного реактора и в аттестуемом вычислителе реактивности.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для аттестации вычислителя реактивности в установившемся режиме реактивности по быстродействию определяют разницу времени наступления установившегося режима реактивности в аттестованной математической модели ядерного реактора и в аттестуемом вычислителе реактивности.