Детектор кипения теплоносителя на поверхности твэла в активной зоне ядерного реактора

 

Изобретение относится к ядерной энергетике и позволяет осуществлять контроль кипения и плотности теплоносителя в разных состояниях реактора. Детектор кипения прост и обладает высокой чувствительностью. Детектор кипения является детектором прямого заряда, в котором в качестве эмиттера электронов использован сердечник твэла, а в качестве коллектора электронов изолированные секции, размещенные вокруг твэла. Одна из секций коллектора электронов непосредственно примыкает к оболочке твэла, а между другими секциями и оболочкой имеется зазор, внутри которого находится слой теплоносителя, факт кипения которого или его плотность устанавливаются. 2 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к внутризонному контролю ядерного реактора с помощью детекторов прямого заряда (ДПЗ).

Известно устройство, в котором бета-излучение используется для измерения плотности вещества (1). По величине плотности можно контролировать режим кипения теплоносителя в канале ядерного реактора. Принцип действия таких приборов основывается на том, что величина измеряемого потока электронов, регистрируемого приемником, зависит от плотности вещества между излучателем и приемником электронов.

Недостатком подобных систем измерения плотности вещества является сложность конструкции, обусловленная необходимостью специального размещения излучателя и приемника бета-частиц. Это привело к тому, что такие измерения не получили большого распространения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является детектор температуры (2) керамический электрический термометр сопротивления, в котором используется свойство материала детектора уменьшать свое электрическое сопротивление с ростом температуры.

Его недостатками является необходимость индивидуальной градуировки и низкая чувствительность.

Настоящее изобретение обеспечивает контроль кипения теплоносителя путем определения его плотности в разных состояниях реактора. Кроме того, с помощью тех же элементов детектора могут проводиться измерения для нахождения энерговыделения в твэле. Такой технический результат достигается тем, что в бета-сборном детекторе, являющемся детектором прямого заряда, содержащем в качестве эмиттера электронов делящееся вещество сердечника твэла и размещенный вокруг твэла, выполненный в виде отдельных секций коллектор электронов, этот коллектор выполнен в виде, как минимум, двух внешних по отношению к твэлу изолированных секций, одна из которых примыкает непосредственно к оболочке твэла, а между другими секциями и этой оболочкой имеется зазор. Внутри этого зазора находится слой теплоносителя, плотность которого или факт кипения устанавливается. Толщина слоя зависит от геометрии расположения твэлов в канале и в то же время толщина определяет чувствительность детектора к определяемой величине плотности теплоносителя. В случае уменьшения плотности теплоносителя в зазоре (повышение температуры или начало процесса кипения) количество электронов, дошедших до второй секции коллектора, начнет увеличиваться. В то же время доля электронов, достигающих первой секции коллектора, не зависит от плотности теплоносителя в зазоре. Если каждую секцию коллектора соединить измерительной цепью с землей, то величина электрического тока в цепи будет определяться долей электронов, долетевших из эмиттера до соответствующей секции. Таким образом, величина разности токов в цепях первой и второй секции коллектора электронов зависит от величины плотности теплоносителя в зазоре. Если там теплоносителя нет, то эта разность близка к нулю. По величине разности токов находится плотность теплоносителя вблизи поверхности твэла и проводится контроль за режимом кипения: На фиг.1 представлено схематическое изображение детектора кипения, а на фиг.2- сечение детектора по А-А, изображенного на фиг.1 В представленной конструкции твэл имеет цилиндрическую форму и состоит из сердечника 1 и оболочки твэла 2.

К поверхности оболочки твэла 2 примыкает секция коллектора 3 электронов, окруженная диэлектрическим изолятором 4. Изолятор окружен металлической оболочкой. Твэл заземлен. В режиме работы реактора на мощности в соответствии с принципом действия датчика прямого заряда между коллектором 3 и сердечником 1 твэла образуется разность потенциалов. Она приводит к электрическому току, текущему во внешней цепи детектора и регистрируемому прибором 5. По величине этого тока определяется энерговыделение в твэле.

Между второй секцией коллектора 7, окруженной диэлектрическим изолятором 8, и оболочкой твэла 2, находится зазор 6 с теплоносителем. Вторая секция коллектора выполнена аналогично первой и если их поменять местами, то ток в цепи прибора 5 практически не должен от этого измениться.

Секция коллектора 7 через прибор 9 соединяется с заземленным твэлом. В качестве этого прибора, так же как и прибора 5, могут быть взяты микроамперметры.

Определение плотности теплоносителя и контроль за его кипением состоит в изменении токов, текущих через приборы 5 и 9, и нахождении их разности. Она, как это было отмечено выше, непосредственно связана с величиной плотности теплоносителя в зазоре 6. По разности токов с помощью расчетной программы, определяющей эффективность попадания электронов на секции коллектора при разной плотности теплоносителя, находится плотность теплоносителя в зазоре 6. Найденная величина позволяет осуществлять режим контроля за кипением теплоносителя в канале реактора.

В сравнении с прототипом предлагаемое устройство позволяет дополнительно определять плотность теплоносителя и осуществлять контроль за его кипением в действующем реакторе в режиме реального времени в условиях, когда нет возможности помещать в канал реактора отдельный эмиттер электронов. Коллектор электронов имеет достаточно простую форму и является элементом детектора энерговыделения, чьи функции по измерению величин, определяющих энерговыделение в твэле, в данном устройстве достаточно просто совмещены с определением величины плотности теплоносителя.

Формула изобретения

Детектор кипения теплоносителя на поверхности твэла в активное зоне ядерного реактора, отличающийся тем, что он является детектором прямого заряда, содержащим в качестве эмиттера электронов делящееся вещество сердечника твэла и размещенный вокруг твэла коллектор электронов, выполненный в виде отдельных изолированных секций, одна из которых непосредственно примыкает к наружной поверхности твэла, а другие отделены от него зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2