Способ контроля плотности нейтронного потока Российский патент 2021 года по МПК G21C17/08 

Изобретение относится к области реакторных измерений и может быть использовано в системах управления, контроля и защиты ядерных установок.

Известен способ [патент РФ №2193245, опубл. 20.11.2002], включающий регистрацию нейтронов ионизационной импульсно-токовой камерой деления, одноуровневую дискриминацию сигнала по амплитуде, формирование формализованных импульсов, преобразование импульсов в код, пропорциональный количеству импульсов N_D с дискриминатора, формирование сигнала в ПЭВМ, пропорционального скорости счета импульсного сигнала N_ВЫХ камеры деления.

Недостатком способа является невысокая точность измерения скорости счета в режиме перехода из импульсного режима измерения на токовый (считается, что в импульсном режиме скорость счета, а ток в токовом - пропорциональны плотности нейтронного потока в точке расположения детектора), что обусловлено высоким процентом наложенных импульсов при росте загрузки канала N_ВХ выше 10⁵ имп/с. Результирующий сигнал от наложенных импульсов при дальнейшем росте загрузки по амплитуде превышает величину порога дискриминации, что приводит к возникновению просчетов импульсов.

Наиболее близким по технической сущности из известных технических решений является реализованный посредством устройства, описанного в патенте РФ №2240609 [опубл. 20.11.2004], способ измерения плотности нейтронного потока в импульсном диапазоне. Известный способ включает регистрацию нейтронов ионизационной импульсно-токовой камерой деления, трехуровневую дискриминацию сигнала по амплитуде, формирование формализованных импульсов, преобразование импульсов в код, пропорциональный количеству импульсов N_D с дискриминатора, формирование сигнала в ПЭВМ, пропорционального скорости счета импульсного сигнала N_ВЫХ камеры деления. В способе, по сравнению с ранее описанным аналогом, путем использования трехуровневой дискриминации сигнала по амплитуде, расширен динамический диапазон измерения плотности нейтронного потока в импульсном режиме за счет корректировки просчетов импульсов и учета двойных, тройных наложений импульсов, возникающих при высоких N_вх (выше 10⁵имп/с). Несмотря на увеличение диапазона измерения плотности нейтронного потока в импульсном режиме, при переходе из импульсного режима измерения на токовый, в диапазоне N_ВХ выше 10⁶имп/с, точность измерения остается недостаточной.

К недостаткам прототипа также можно отнести и сложность процедуры выбора уровней дискриминации. Недостаточно высокая точность и сложность выбора уровней дискриминации обусловлены тем фактом, что авторы, при учете просчетов импульсов, принимают во внимание только двух- и трехкратные наложения импульсов, тогда как при росте загрузки выше 10⁶ имп/с увеличивается число не только двух- и трехкратных наложений, но и четырех-, пяти- и т.д. наложений. Кроме этого, помимо влияния величины загрузки канала, на возникновение наложений импульсов влияет и длительность импульсов τ_имп, что делает процесс выбора уровней дискриминации еще более неопределенным и трудоемким. Вопрос учета просчетов импульсов при различных значениях τ_имп актуален, поскольку в составе функционирующих каналов контроля плотности нейтронного потока широко применяются различные камеры деления (КНК-15-1, ПИК-34 и т.д.), которые на выходе, в силу своих конструктивных особенностей, формируют импульсы различной длительности. Например, длительность импульсов, формируемых КНК-15-1, составляет 120-150 нс, а длительность импульсов с подвески камер ПИК-34 - до 350 нс. Методом математического моделирования получена зависимость доли многократных наложений импульсов в сигнале камеры деления от скорости счета для различных значений τ_ИМП: при частоте загрузки канала измерения порядка 1⋅10⁶имп/с доля наложенных (четыре и более) импульсов длительностью 120 не составляет около ~1%, а при τ_ИМП=350 нс~3%; при частоте загрузки порядка 5⋅10⁶ имп./с.для тех же τ_имп 120 и 350 нс, - 10% и 65% соответственно; при частоте загрузки порядка 10⁷ имп/с для τ_имп 120 и 350 нс, доля наложенных (четыре и более) импульсов составляет 34% и 67%. Для повышения точности необходимо увеличивать число уровней дискриминации, однако это приведет к усложнению реализующего способ устройства, увеличению его габаритов и энергопотребления. Следует отметить, что для обработки импульсного сигнала камеры деления дискриминаторы и делители, входящие в состав реализующего способ-прототип устройства, выполнены на элементной базе, обладающей большим быстродействием и, следовательно, повышенным энергопотреблением.

Настоящее техническое решение направлено на решение указанных проблем путем создания способа контроля плотности нейтронного потока ядерных установок. Техническим результатом является повышение точности и достоверности измерения скорости счета импульсного сигнала камеры деления в диапазоне от 0,1 до 10⁷ имп/с. при контроле плотности нейтронного потока ядерных установок за счет уменьшения потери импульсов из-за просчетов.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения плотности нейтронного потока ионизационной импульсно-токовой камерой деления регистрируют поток нейтронов, а посредством дискриминатора выполняют дискриминацию импульсного сигнала по амплитуде. Далее с помощью формирователя выполняют формирование формализованных импульсов. Затем, используя преобразователь импульсов, преобразуют формализованные импульсы в код, пропорциональный количеству импульсов с дискриминатора и с помощь блока управления и обработки формируют сигнал, пропорциональный скорости счета импульсного сигнала камеры деления. Согласно заявляемому техническому решению перед формированием сигнала, пропорционального скорости счета импульсного сигнала камеры деления, выполняют корректировку количества импульсов с дискриминатора, для чего вводят блок корректировки, включающий алгоритм вычисления скорости счета импульсного сигнала камеры деления по корректировочной характеристике просчетов импульсов, при этом указанная характеристика представляет собой зависимость скорости счета импульсного сигнала камеры деления от количества импульсов с дискриминатора при различньгх значениях загрузки импульсного измерительного канала.

Возможны дополнительные варианты выполнения способа, в которых целесообразно, чтобы скорость счета импульсного сигнала камеры деления определяли по формуле:

где - функция, определяющая значения числа импульсов с дискриминатора при различных значениях загрузки измерительного канала N_ВХ, имп/с;

- функция, определяющая величину просчетов импульсов с дискриминатора при различных значениях загрузки измерительного канала N_ВХ.

Зависимость является корректировочной характеристикой просчетов импульсов.

Признаком, отличающим предлагаемый способ от прототипа, является выполнение дополнительной процедуры: корректировки количества импульсов N_D с дискриминатора по корректировочной характеристике просчетов импульсов, благодаря чему появляется возможность учета просчетов импульсов, что повышает точность и достоверность результатов измерения нейтронного потока.

Способ контроля плотности нейтронного потока ядерных установок согласно изобретению, осуществляется следующим образом.

Поток нейтронов регистрируют ионизационной импульсно-токовой камерой деления. В рабочем диапазоне передаточная характеристика измерительного канала должна иметь линейный характер (линия 1, фиг. 1). При увеличении загрузки появляется эффект наложения импульсов, который вызывает обусловленное просчетами отклонение от линейности передаточной характеристики измерительного канала, использующего для обработки сигнала камеры дискриминатор (линия 2, фиг. 1). Производят пересчет импульсов, поступающих от дискриминатора, по формуле вида (1).

Для реализации предлагаемого способа контроля плотности нейтронного потока авторы предлагают в устройство по прототипу внести изменения, которые позволят значительно повысить точность и достоверность результатов измерения скорости счета импульсного сигнала камеры деления при осуществлении контроля плотности нейтронного потока ядерных установок и, кроме того, существенно упростить конструкцию устройства-прототипа и снизить его энергопотребление.

Структурная схема устройства, реализующего предложенный способ, приведена на фиг. 2, где позициями обозначены:

1 - импульсно-токовая камера деления,

2 - спектрометрический усилитель,

3 - электрометрический усилитель,

4 - преобразователь сигнала усилителя в код,

5 - дискриминатор,

6 - формирователь,

7 - преобразователь счет-код,

8 - блок корректировки,

9 - блок управления и обработки.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

С увеличением загрузки канала от 0,1 имп/с до 10⁷имп/с импульсы с импульсно-токовой камеры деления 1 через разделительный конденсатор поступают на вход спектрометрического усилителя 2. С выхода спектрометрического усилителя 2 усиленные импульсы поступают на вход дискриминатора 5. Уровень дискриминации дискриминатора 5, как и в прототипе, равен 0,3-0,5 от номинального значения усиленного импульса. На выходе дискриминатора формируются импульсы, которые поступают на формирователь 6. Импульсы с дискриминатора 5 формируются по длительности формирователем 6 и поступают на вход преобразователя счет-код 7. На выходе преобразователя счет-код 7 формируется код, пропорциональный количеству импульсов с дискриминатора 5, который поступает в блок корректировки 8 просчетов импульсов, где по заданному алгоритму с учетом корректировочной характеристики вычисляется скорость счета импульсного сигнала N_ВЫХ с камеры деления. На выходе блока корректировки 8 формируется код, соответствующий вычисленному значению N_ВЫХ, который через магистраль поступает в блок управления и обработки 9. где формируется сигнал в ЭВМ, соответствующий значению скорости счета импульсов N_ВЫХ с камеры деления.

При дальнейшем увеличении загрузки канала выше 10⁷имп/с измерения целесообразно проводить по величине тока, который поступает с нулевого электрода ионизационной импульсно-токовой камеры деления 1 на вход электрометрического усилителя 3 и через преобразователь сигнала усилителя в код 4 и магистраль - в блок управления и обработки 9.

Для осуществления предлагаемого способа, блок вычисления скорости счета импульсного сигнала камеры деления предлагается исполнить на базе микропроцессора, в память которого зашит алгоритм корректировки просчетов. Блоки высоковольтного питания камеры деления, блоки усилителя и обработки сигнала камеры деления выпускаются в ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова» для поставки на АЭС.

Заявителем разработана документация, в которой описано конструктивное решение устройства и его основные технические характеристики. В устройстве предусмотрена возможность реализации методики измерения скорости счета с учетом разработанного алгоритма корректировки просчетов импульсов.

В настоящее время ведется работа по изготовлению импульсно-токового измерителя, в котором применен алгоритм вычисления измеренной скорости счета импульсов камеры деления по корректировочной характеристике просчетов импульсов.

Таким образом, за счет уменьшения потери импульсов из-за просчетов повышена точность измерения скорости счета импульсного сигнала камеры деления от 0,1 до 10⁷ имп/с, что позволяет получать достоверные результаты контроля плотности нейтронного потока ядерных установок в широком диапазоне, повысить уровень защиты реактора и увеличить надежность и безопасность его эксплуатации. Кроме того, данный способ позволяет расширить возможности импульсного измерительного канала в части использования его не только для контроля плотности нейтронного потока в составе реактиметров, но также, как отдельный (специализированный) прибор в системах контроля герметичности оболочек твелов и системах измерения расхода водного теплоносителя корпусных ядерных реакторов, где диапазон загрузки регистрируемой активности N¹⁷ не превышает величину (1-1,5)⋅10⁶ имп/с.

Изобретение относится к области реакторных измерений, а именно к способу контроля плотности нейтронного потока, и может быть использовано в системах управления, контроля и защиты ядерных установок. Ионизационной импульсно-токовой камерой деления регистрируют поток нейтронов, выполняют дискриминацию импульсного сигнала по амплитуде и формирование формализованных импульсов. Затем преобразуют формализованные импульсы в код, пропорциональный количеству импульсов с дискриминатора и выполняют корректировку количества импульсов с дискриминатора по алгоритму вычисления скорости счета импульсного сигнала камеры деления по корректировочной характеристике просчетов импульсов, после чего формируют сигнал, пропорциональный скорости счета импульсного сигнала камеры деления. Корректировочная характеристика представляет собой зависимость скорости счета импульсного сигнала камеры деления от количества импульсов с дискриминатора при различных значениях загрузки измерительного канала. Техническим результатом является повышение точности контроля плотности потока нейтронов в широком диапазоне измерений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ контроля плотности нейтронного потока, заключающийся в том, что ионизационной импульсно-токовой камерой деления регистрируют поток нейтронов, посредством дискриминатора выполняют дискриминацию импульсного сигнала по амплитуде и с помощью формирователя выполняют формирование формализованных импульсов, затем преобразуют формализованные импульсы в код, пропорциональный количеству импульсов с дискриминатора, и формируют сигнал, пропорциональный скорости счета импульсного сигнала камеры деления, отличающийся тем, что перед формированием сигнала, пропорционального скорости счета импульсного сигнала камеры деления, выполняют корректировку количества импульсов с дискриминатора, для чего вводят блок корректировки, включающий алгоритм вычисления скорости счета импульсного сигнала камеры деления по корректировочной характеристике просчетов импульсов, при этом указанная характеристика представляет собой зависимость скорости счета импульсного сигнала камеры деления от количества импульсов с дискриминатора при различных значениях загрузки импульсного измерительного канала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость счета импульсов сигнала камеры деления определяют по формуле

где - функция, определяющая значения числа импульсов с дискриминатора при различных значениях загрузки измерительного канала N_ВХ, имп/с;

- функция, определяющая величину просчетов импульсов с дискриминатора при различных значениях загрузки измерительного канала N_ВХ.