Способ контроля нейтронной нестационарности активной зоны ядерного реактора и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G21C17/00 

Ё

Область использования: ядерное приспособление. Сущность изобретения: для повышения безопасности эксплуатации реактора за счет контроля за отклонением динамической доли запаздывающих нейтро нов от его стационарного значения определяют среднеинтегральное значение плотности потока нейтронов по высоте этой группы и отношение суммарного сигнала этих произведений к текущему значению плотности потока нейтронов. С помощью интегратора, блоков умножения, суммирования и деления определяют динамическую долю запаздывающих нейтронов как величину, первоначально сигнализирующую о нейтронной нестационарности ядерного реактора. Контроль отклонения динамической доли запаздывающих нейтронов от эффективной доля запаздывающих нейтронов данного реактора повышает ядерную безопасность эксплуатации реактора

Изобретение относится к ядерному приспособлению, а именно к способам контроля состояния активной зоны реактора.

Преимущественная область использования - для исследовательских и транспортных ядерных реакторов с частыми изменениями мощности.

Цель изобретения - повышение безопасности эксплуатации реактора, для чего определяют отклонение динамической доли запаз дывающих нейтронов от его стационарного значения,

Указанная цель достигается тем, что по способу, состоящему в том, что измеряют плотность потока нейтронов, вычисляют сигналы, пропорциональные плотности потока групп запаздывающих нейтронов, определяют отношение плотности потока запаздывающих нейтронов к текущему значению

плотности потока нейтронов, ионизационными камерами измеряют плотности потока нейтронов на нескольких ярусах по высоте активной зоны, определяют интегральное значение потока нейтронов и произведения плотности потока запаздывающих нейтронов 1-й группы на долю ядер-предшественников запаздывающих нейтронов i-й группы соответственно, суммарное значение произведений, отнесенное к текущему значению плотности потока нейтронов, сравнивают с эффектив ной долей запаздывающих нейтронов.

Изобретение поясняется чертежом, где обозначены: 1 --датчики плотности нейтронного потока: 2 - интегратор: 3 - второй делитель: 4i - вычислители плотности потока запаздывающих нейтронов i-й группы: 5 - умножители: 6 - сумматор: 7 - первый дели тель: 8 - компаратор.

IOO

0 i vi

СП ;Ю iO

Устройство работает следующим образом. Сигнал от ионизационных камер 1 интегрируется по высоте в интеграторе 2 и депится на высоту активной зоны во втором делителе 3. Сигнал после блока 3 n(t) пропорционален нейтронной мощности реактора, он учитывает распределение нейтронов по высоте активной зоны и не меняется для одинаковых уровней мощности в процессе кампании реактора:

/ n(x)dx nM-S-R(1)

где Н - высота активной зоны; х - протяженная координата.

Этот усредненный сигнал поступает параллельно на вычислители плотности потока групп запаздывающих нейтронов 41, сигналы которых умножаются в блоках 5 на доле запаздывающих нейтронов своей группы и суммируется в блоке 6. Суммарный сигнал делится в блоке 7 на сигнал, пропорциональный плотности нейтронного потока от блока 3 и сравнивается с суммарной долей запаздывающих нейтронов

Рэф Ё $

(2)

где m 6 как наиболее точно установленное распределение ядер-излучателей запаздывающих нейтронов по группам для горючего U-235.

Таким образом, сигнал после блока 7 по существу представляет собой динамическую долю запаздывающих нейтронов

ft - V a ft - 0 Рдин - 2/ PI ПАЛ (3)

i 1

.где t3i время запаздывания, равное времени жизни ядер-предшественников запаздывающих нейтронов своей группы, величина постоянная и известная для данного состава горючего активной зоны и принятого распределения запаздывающих нейтронов по группам.

Сигнал Дцин сравнивается с ДЭф, которое соответствует Дцин в статике:

Ддин - Дэф .

(4)

Зная , оператор может судить о характере нестационарного нейтронного процесса в реакторе.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Техническая реализация заявленного способа и устройства не представляет трудностей, так.как все элементы схемы известны в аналоговой и дискретной технике.

Вычислители плотности потока 1-х групп запаздывающих нейтронов практически выполняются как блоки запаздывания с разными постоянными запаздывания ь.. соответствующими данной группе.

Интегратор по пространственной координате и делитель на высоту активной зоны технически при расположении датчиков на одинаковых расстояниях между ярусами могут быть выполнены как сумматор сигналов датчиков и делитель на число датчиков.

Величины tai, Д| и ДЭф, как отмечалось выше, являются постоянными. Например, для деления U-235 тепловыми нейтронами среднее время жизни t3i и доля выхода ядер-предшественников запаздывающих нейтронов Д| по группам распределяется следующим образом (Шульц М. Регулирование энергетических ядерных реакторов. - М.: ПИЛ, 1957, с. 30): tai 0,071 с, /5i 0,00025; t32 0,62 с, Да 0,00084; t33 2,19 с,Дз 0,0024; t34 6,5 с, Д) 0,0021; - 31,7 с, р5 0,0017; t36 - 80,2 с, Дб 0,00026. Суммарная доля запаздывающих нейтронов в этом случае Дэф 0,0075.

При другом ядерном горючем и делении тепловыми нейтронами, например, для Ри-239Дэф «0,0036, для и-233ДЭф «j),0025, Для реакторов на промежуточных нейтронах с горючим U-235 /3Эф -0,0085.

Таким образом, блок задания суммарной зоны запаздывающих нейтронов ДЭф с целью расширения функциональных возможностей устройства (для различных типов реакторов) предлагаем выполнить при аналоговой технологии в виде потенциометра с плавным заданием требуемой величины Дэф в пределах от 0,00200 до 0,00900.

Блоки запаздывания 4i имеют необходимые пределы изменения постоянной запаздывания tai, а умножители 5 - коэффициента /3.

Сходными признаками, по сравнению с известными способами, являются измерение плотности нейтронного потока, вычисление сигналов, пропорциональных плотности потока запаздывающих нейтронов, и определение отношения плотности потока запаздывающих нейтронов к текущему значению плотности потока нейтронов.

Отличительными признаками являются определение среднеинтегрального значения плотности потока нейтронов по высоте активной зоны, произведения плотности r jтока запаздывающих нейтронов i-й группы на долю ядер-предшественников запаздывающих нейтронов 1-й группы соответственно, динамической доли запаздывающих нейтронов и её отклонения от эффективной доли запаздывающих нейтронов в качестве контрольного сигнала нейтронной нестационарности активной зоны ядерного реактора.

Сходными признаками, по сравнению с известными устойствами, являются использование сигналов плотности потока запаздывающих нейтронов и применение в схеме вычислительных блоков суммирования и деления.

Отличительными признаками являются введение интегратора и второго делителя, которые за счет расположения датчиков плотности нейтронного потока на нескольких яруса по высоте за пределами активной зоны реак- тора дают усредненное значение текущей плотности нейтронного потока и не искажают последний, а также введение умножителей, которые дают произведения плотности потока групп запаздывающих нейтронов на долю запаздывающих нейтронов своей группы, и компаратора. При этом схема соединений, показанная на фиг. 1, позволяет получить величину динамической доли запаздывающих нейтронов, отклонение которой от её статического значения, как сигнал нейтронной нестационарности активной зоны, не используется в известных технических решениях, обладая в то же время новыми существенными качествами, повышающими безопасность эксплуатации реактора.

Расчеты показывают, что при установившемся переходном процессе увеличения мощности реактора отклонение динамической доли запаздывающих нейтронов от его статического значения отрицательно, а при установившемся процессе снижения мощности - положительно. Изменение реактивности, производимое оператором при переходных нейтронных процессах с контро- лем динамической доли запаздывающих нейтронов, повышает ядерную безопасность реактора. Кроме того, отклонение динамической доли запаздывающих нейтронов при отсутствии управляющих воздействий с пульта оператора служит сигналом нейтронной нестационарности активной зоны реактора.

Целесообразность предложенного способа и устройства определяется наличием у оператора дополнительного сигнала контро- ля нейтронной нестационарности активной зоны, причем такого, который первоначально определяет ядерную безопасность реактора

и особенно необходим при одни процессах, когда поло итрт;Нлч iiviKTi/mnocTb уже была введено рлньшя.

Формула изобретения

2. Устройство для контроля нейтронной нестационарности активной зоны ядерного реактора, содержащее первый -- i-й датчики плотности потока запаздывающих нейтронов и сумматор, выход которого подключен к первому входу первого делителя, отличающееся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей путем контроля за динамической долей запаздывающих нейтронов, определяющей нейтронную нестационарность активной зоны, в него введены интегратор, второй делитель, умножители и компаратор, при этом первый - 1-й датчики плотности потока нейтронов, расположенные на нескольких ярусах по высоте активной зоны, соединены соответственно с первым - i-м входами интегратора, выход которого через второй делитель соединен с входами первого - 1-го вычислителя плотности потока запаздывающих нейтронов, выходы которых соответственно через первый - 1-й умножитель подключены к первому - i-му входам сумматора, причем выход второго делителя соединен с вторым входом первого делителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого связан с выходом блока задания суммарной доли запаздывающих нейтронов, а выход компаратора является выходом устройства.