Устройство для контроля кипения металлического теплоносителя в ядерном реакторе Советский патент 1991 года по МПК G21C17/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на энергетических и экспериментальных ядерных реакторах с жид- кометал-пическим теплоносителем для контроля процесса кипения теплоносителя .

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит детектор нейтронов - ионизационную камеру 1, соединенную с измерителем 2 сигнала ионизационной камеры, импульсный усилитель 3, вход которого соединен с выходом измерителя сигнала 2, а выход - с последовательно соединенными дискриминатором импульсов по амплитуде 4 селектором импульсов по длительности 5, измерителем 6 временного интервала между импульсами и пороговый блок 7, второй вход которого соединен с задатчиком 8 граничных значений временного интервала, а выход порогового блока 7 является выходом 9 устройства.

Кроме того, устройство содержит измеритель 10 скорости изменения интервала времени между импульсами, выход которого является первым дополнительным выходом 11 устройства Устройство может содержать также дополнительный пороговый блок 12 и дополнительный задатчик 13. Выход дополнительного порогового блока 12 является вторьпм дополнительным выходом 14 устройства.

Устройство работает следующим образом..

По мере повьппения температуры ТВС наступает момент, когда происходит закипание жидкометаллического тепло- носителя, например натрия. Начальной стадией закипания является образование пузьфьков пара (пузырьковое кипение) , Пузырьки.могут образоваться в местах микроскопических выступов или впадин на нагретой поверхности. Основными зародышами образования пузырьков является растворенный в натрии газ. Образовавшийся пузырек движется и, попадая в основной объем натрия, температура которого значительно ниже температуры кипения, схлопывается. Появление и исчезновение пузырьков пара приводят к импульсному иэменению реактивности ядерног

реактора. Импульсное изменение реактивности приводит к изменению плотности потока нейтронов. Форму импульсов в сигнале детектора Нейтронов определяют из уравнений кинетики ядерного реактора. При этом, в связи с быстропротекающими процессами, запаздывающие нейтроны целесообразно объединить в одну группу, так как их влияние на форму импульса практически несущественно.

Уравнение кинетики ядерного реактора в этом случае можно записать в следующем виде:

SK „ . „ По тг- п

d dt

где п - плотность потока нейтронов, пропорциональная мощности ядерного реактора; (Гк - реактивность; р - относительная доля запаздывающих нейтронов ( 0,004), 1 - эффективное среднее время

жизни одного поколения нейт- роНов Пд - начальная плотность потока

нейтронов.

Решение уравнения при единичном скачке реактивности имеет вид

n(t)

Л

р -1 ,

35

где

Передний и задний фронты импульса арактеризуются постоянной време- ни Г, .

Значение j зависит оток. Напри- ер, для реактора БН-350 изменение 8к при образовании одного пузырька составляет 0,036 цента, что соот- ветствует 0,00000144. Постоянная времени t 2,5 с (для 1 10 с и (5V « 1,410 ). Амплитуда импульсного сигнала за счет возникновения пузырька пара составляет

А - По А 0,00036 п , т.е.

около 0,04% от среднего уровня сигнала нейтронного потока. Длительность импульса зависит от времени существования пузырька пара, которое, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями тепловыделяющих сборок. Для реактора БН-350 длительность Импульса 0,0001-0,005 с

Частота импульсов находится в пределах 0,01-0,05 с.

Измеритель 2 сигнала осуществляет преобразование выходного тока ионизационной камеры 1 в сигнал, удобный для дальнейшей обработки (например, в напряжение). Для выделения и усиления импульсной составляющей сигнала с измерителя 2 используется импульсный усилитель 3, а для исключения возможности регистрации ложных сигналов от шумов и помех усиленные импульсы отбираются по амплитуде дискриминатором 4 и селектируют- 15 ния теплоносителя на более ранней.

ся по длительности селектором 5.

При возникновении закипания импульсы нейтронного потока, генерируемые пузырьками naiTa, селектируются и подаются на вход измерителя 6 между импульсами. На выходе измерителя 6 между импульсами появляется сигнал, пропорциональный интенсивности тепловыделения, вызывающего закипание теплоносителя. Затем измеренный временной интервал сравнивается в пороговом блоке 7 с заданными граничными значениями, задаваемыми задатчиком 8. При появлении импульсов зйданной длительности с заданным интервалом следования пороговый блок 7 вьфабатьшаёт сигнал закипания натрия на выходе 9 устройства.

Кроме того, сигнал с выхода измерителя 6 интервала вр.нени между импульсами поступает на йход измерителя 10 скорости изменения интервала времени между импульсами, на выходе 11 которого получается сигнал, простадии, когда еще не достигнута критическая плотность теплового потока, и своевременно принять меры для предотвращения кипения теплоносителя.Это

20 повышает ядерную безопасность зкс- плуатации ядерной энергетической установки с металлическим теплоносителем.

Кроме того, использование предла25 гаемого устройства позволит обнаружить и контролировать«тенденцию и скорость развития аварийного состояния ядерной установки, связанного с закипанием теплоносителя в отдельной

30 тепловыделяющей сборке ядерного реактора, что, в свою очередь, позволит контролировать выход установки из данного аварийного состояния.

35 Форму л а изобретения

I

1. Устройство для контроля кипения металлического теплоносителя в ядерном реакторе, содержащее иониза- порциональный скорости изменения теп-ь40 ционную камеру, соединенную с измери- ловьделения, вызывающего закипание телем сигнала, задатчик, выход кото- теплоносителя .рого соединен с первым входом порого- Кроме того, сигнал с выхода изме- вого блока, выход которого является

рителя 10 скорости изменения интерва- выходом устройства, о

т л и ч а ю - с целью повыла времени между импульсами поступает на один из входов дополнительного порогового блока 12, где его значение сравнивается с заданными граничными значениями, задаваемыми дополнительным задатчиком 13, по которым на вто- QQ пульсов по длительности и измеритель ром дополнительном выходе 14 устройства формируются предупредительный или аварийный сигналы.

Предлагаемое устройство позволяет обнаружить раннюю стадию закипа- нНя натрия, которая сам по себе не является опасной, и длительность работы при этой стадии кипения может быть не ограничена. Однако ин55

временного интервала между импульсами, выход которого соединен с вторым входом порогового блока, а вход импульсного усилителя соединен с вьгхо- дэм измерителя сигнала.

2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся

тем, что в него

введен измеритель скорости изменения интервала времени между импульсами.

формация о появлении этой стадии в совокупности с -информацией о других процессах является полезной для проведения диагностики состояния реакторной установки в том смысле, что является возможность принятия необходимых мер по нормализации процессов до появления опасных ситуаций, что в значительной степени снижает . вероятность быстрого вынужденного, останова реакторной установки.

Использование изобретения позволит обеспечить обнаружение закипастадии, когда еще не достигнута критическая плотность теплового потока, и своевременно принять меры для предотвращения кипения теплоносителя.Это

повышает ядерную безопасность зкс- плуатации ядерной энергетической установки с металлическим теплоносителем.

Кроме того, использование предлагаемого устройства позволит обнаружить и контролировать«тенденцию и скорость развития аварийного состояния ядерной установки, связанного с закипанием теплоносителя в отдельной

тепловыделяющей сборке ядерного реактора, что, в свою очередь, позволит контролировать выход установки из данного аварийного состояния.

Форму л а изобретения

выходом устройства, о

Щ е е с я

тем, что,

т л и ч а ю - с целью повышения чувствительности, в него введены последовательно соединенные импульсный усилитель, дискриминатор импульсов по амплитуде, селектор импульсов по длительности и измеритель

временного интервала между импульсами, выход которого соединен с вторым входом порогового блока, а вход импульсного усилителя соединен с вьгхо- дэм измерителя сигнала.

2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся

тем, что в него

введен измеритель скорости изменения интервала времени между импульсами.

вход которого соединен с вторым входом порогового блока, а выход является первым дополнительным выходом устройства.

3. Устройство, по пп. 1 и 2, о т- лйЧ аю1цееся тем, что в него введены дополнительный задатчик и дополнительный пороговый блок, перСоставитель О.Божёнков Редактор Т.Иванова Техред м.Ходанич Корректор.И.Муска

Заказ 3130 - Тираж 269Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5 ;

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, &

вый вход которого соединен с выходом дополнительного задатчика, второй вход - с первым дополнительньм выходом устройства, а выход является вторым дополнительным выходом устройства.

Приоритеты по пунктам:

18.03.85 по п. 1.

18.09.85 по пп. 2 и 3.

9

ю

г;

/2

W

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на энергетических и экспериментальных ядерных реакторах с зкидкометаллическим теплоносителем для контроля процесса кипения теплоносителя. Цель изобретения - повы- шенче чувствительности устройства. Ус 1)ойство для контроля кипения содержит ионизационную камеру с измерителем сигнала и пороговый блок с задатчиком. Введение в устройство последовательно соединенных импульсного усилителя,дискриминатора пульсов по амплитуде, селектора импульсов по длительности и измерителя временного интервала между импульсами позволило повысить чувствитель- 1 ность устройства. Это дает возможность обнаружения закипания теплоносителя на более ранней стадии закипания и тем самым позволяет повысить ядерную безопасность эксплуатации ядерной энергетической установки с металлическим теплоносителем. Кроме того, введение в устройство измерителя скорости изменения интервала времени между импульсами, дополнительного порогового блока и задат- чика позволяет также контролировать тенденцию и скорость развития про- цесса кипения. 1 ил. . (S « СО 05 ЬЭ СО со,