Способ контроля газовой негерметичности твэлов ядерного реактора и устройство для его осуществления

 

Способ основан на раздельном измерении параметров импульсов реактивности в диапазонах частот 0,2-5000 Гц и 100-5000 Гц, определении на основании этих измерений функций отклика активной зоны на прохождение первого вышедшего из дефекта пузырька газа и сравнении этой функции отклика с аксиальными распределениями эффективности теплоносителя для каждой ТВС. Работа устройства основана на измерении временных промежутков прохождения газовым пузырьком характерных точек пространства активной зоны, характеризующихся экстремальными или нулевыми значениями величин распределения эффективности теплоносителя и сравнения их с временными прохождениями этих же точек теплоносителем, движущимся через активную зону. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на энергетических и экспериментальных ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем, для определения места нахождения тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом, высоты расположения и величины дефекта, а также интенсивности и количества радиоактивного газа, выходящего из дефекта в теплоноситель.

Газовая негерметичность твэлов в ядерных реакторах приводит к загрязнению газа в газовой подушке продуктами ядерной реакции и является индикатором возможного появления в активной зоне твэла с негерметичностью по топливу. При этом желательно знать место нахождения тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом.

Известен способ, по которому одновременно измеряют импульсы нейтронного потока в диапазонах частот менее 50 Гц и 100-5000 Гц и по совпадению во времени появления этих импульсов определяют наличие газовой негерметичности твэла.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определить местонахождение тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом.

Известно устройство, содержащее пробоотборные трубы, один конец которых находится на выходе контролируемой тепловыделяющей сборки, а другой выведен за пределы бака реактора.

Недостатком известного устройства является необходимость вывода за пределы реактора большого числа пробоотборных трубок, что усложняет конструкцию верхней части реактора.

Наиболее близким к данному изобретению является способ контроля, по которому задают не менее двух базовых точек на временной траектории реактивности от движения одиночного пузырька газа, измеряют длительность временного интервала между этими точками и, сравнивая временную траекторию реактивности от движения одиночного пузырька газа с распределяемыми реактивностей по высоте активной зоны от возмущения единичным газовым объектом, рассчитанным предварительно для различных радиусов, определяют радиус расположения тепловыделяющей сборки с негерметичным твэлом и скорость прохождения пузырьков газа через тепловыделяющую сборку, определяют расход теплоносителя через каждую тепловыделяющую сборку, расположенную на найденном радиусе, сравнивают полученные значения скоростей со скоростью прохождения пузырьков газа через тепловыделяющую сборку и по совпадению величин скоростей определяют области возможного нахождения тепловыделяющей сборки с негерметичным твэлом.

Недостатком известного способа является его малая информативность из-за невозможности получения временной траектории реактивности от движения одиночного пузырька газа при выходе из дефекта группы пузырьков и, в связи с этим, невозможности определения места дефекта, параметров истечения газа из дефекта и оценки величины дефекта.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, содержащее детектор нейтронов, согласующий усилитель, высокочастотный и низкочастотный фильтры, блок анализа динамики движения пузырьков газа, блок анализа динамики роста пузырьков газа, элемент И и индикатор. При одновременном появлении высокочастотного и низкочастотного сигналов устройство выдает сигнал о наличии в активной зоне тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом.

Недостатком известного устройства является то, что оно обладает малой информативностью и не позволяет определить местонахождение тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение информативности за счет определения временной траектории реактивности от движения одиночного пузырька газа, места дефекта, параметров истечения газа из дефекта и оценки величины дефекта.

Для достижения поставленной цели в известном способе определения газовой негерметичности твэлов, включающем задание не менее двух базовых точек на временной траектории реактивности от движения одиночного пузырька газа, измерение длительности временного интервала между этими точками и, путем сравнения временной траектории реактивности от движения пузырька газа с распределениями реактивностей по высоте активной зоны от возмущения единичным газовым объемом, рассчитанным предварительно для различных радиусов, определение радиуса расположения тепловыделяющей сборки с негерметичным твэлом и скорости прохождения пузырьков газа через тепловыделяющую сборку, определение расхода теплоносителя (И) через каждую тепловыделяющую сборку, расположенную на найденном радиусе, сравнение полученных значений скоростей со скоростью прохождения пузырьков газа через тепловыделяющую сборку и определение, по совпадению величин скоростей, области возможного нахождения тепловыделяющей сборки с негерметичным твэлом, дополнительно измеряют величину реактивности [А(т)] в каждый момент времени, т, в диапазоне частот 0,2-5000 Гц, величину амплитуды [A_к(т)] и скорость нарастания переднего фронта каждого импульса реактивности (⊘) в полосе частот выше 100 Гц, фиксируют задний фронт каждого импульса в полосе частот выше 100 Гц, по которому определяют момент времени (Θ_M) измерения величины амплитуды /A_M(Θ_M)/ м-го импульса реактивности и по данным параметрам определяют значения величин реактивностей, вносимых одиночным пузырьком газа, вышедшим из дефектного твэла при его образовании и движении через активную зону реактора: где А_o величина амплитуды первого импульса реактивности, измеренного в диапазоне частот выше 100 Гц; м порядковый номер импульса реактивности, измеренного в диапазоне частот выше 100 Гц; к порядковый номер импульса реактивности, измеряемый в момент времени т в диапазоне частот выше 100 Гц; Φ(т-Θ_M) значение величины удельной реактивности, отнормированной на единичный объем газа, в момент времени (т-Θ_M), по которым находят траекторию реактивности от движения одиночного пузырька газа и параметры, характеризующие радиус и высоту нахождения дефекта, и верхнее значение эквивалентного диаметра отверстия в оболочке твэла: где р удельный вес теплоносителя, кг/м³; И скорость теплоносителя, м/с; ⊘ объемная скорость потока газа через отверстие, м³/c;
б сила поверхностного натяжения теплоносителя, Н/м;
F безразмерный коэффициент лобового сопротивления:

Re критерий Рейнольдса,
по которому определяют степень разрушения твэла.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фильтр высоких частот и последовательно соединенные детектор нейтронов и согласующий усилитель, дополнительно вводится реактиметр, второй фильтр высоких частот, дифференциальный усилитель, блок управления, адаптивный фильтр, задатчик коэффициентов регрессии и регистратор экстремальных и нулевых значений, сигнальный вход которого соединен с выходом адаптивного фильтра, а управляющий вход с выходом блока управления, причем второй и первый фильтры высоких частот соединены последовательно с реактиметром, вход реактиметра соединен с выходом согласующего усилителя, выход первого фильтра высоких частот соединен с минусовым входом дифференциального усилителя, первым входом блока управления и сигнальным входом задатчика коэффициентов регрессии, выход второго фильтра высоких частот соединен с плюсовым входом дифференциального усилителя, входом первого фильтра высоких частот и вторым входом блока управления, управляющий вход задатчика коэффициентов регрессии соединен с выходом блока управления, первый сигнальный вход адаптивного фильтра соединен с выходом дифференциального усилителя, второй сигнальный вход адаптивного фильтра соединен с сигнальным выходом задатчика коэффициентов регрессии и управляющий вход адаптивного фильтра соединен с управляющим выходом задатчика коэффициентов регрессии.

Способ контроля газовой негерметичности твэла в ядерном реакторе осуществляется следующим образом. Измеряют величину нейтронного потока в области высоких (100-5000) Гц и в области низких (менее 50 Гц) частот. При одновременном появлении сигналов в области высоких и низких частот измеряют изменения нейтронного потока во времени и, согласно уравнений кинетики ядерного реактора, переводят эти величины в значения реактивности. Полученные значения реактивности измеряют и фиксируют в диапазоне частот 0,2-5000 Гц. Одновременно измеряют и фиксируют величину амплитуды, длительность, скорость нарастания величины реактивности, характеризующей передний фронт в момент времени, соответствующий заднему фронту каждого импульса реактивности в диапазоне частот 100-5000 Гц. Затем из выражения

где А(т) величина реактивности в момент времени т, измеренная в диапазоне частот 0,2-5000 Гц;
A_o величина амплитуды первого импульса реактивности, измеренного в диапазоне частот 100-5000 Гц;
м порядковый номер импульса реактивности, измеренного в диапазоне частот 100-5000 Гц;
к порядковый номер импульса реактивности, измеряемый в момент времени т в диапазоне частот 100-5000 Гц;
А_к(т) амплитуда к-го импульса реактивности, измеряемая в текущий момент времени т в диапазоне частот 100-5000 Гц;
A_M(Θ_M) амплитуда м-го импульса реактивности, измеренного в момент времени Θ_M в диапазоне частот 100-5000 Гц;
Φ(т-Θ_M) значение величины удельной реактивности в момент времени (т-Θ_M)
определяют значение величины удельной реактивности Ф(т) в момент времени т. По найденным значениям величин удельных реактивностей строят временное распределение этих величин и сравнивают это распределение с распределениями эффективности теплоносителя по высоте активной зоны в зависимости от места расположения тепловыделяющей сборки. По совпадению распределений определяют местоположение тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом, а по отношению линейного масштаба к временному определяют скорость прохождения газовых пузырьков в этих тепловыделяющих сборках. Зная скорость и время с момента выхода первого пузырька из дефекта и начала его миграции и выбрав характерные точки на сравниваемых распределениях, определяют высоту расположения дефекта. Затем измеряют расход теплоносителя через активную зону и по известным величинам дросселирования определяют или, если имеются встроенные в тепловыделяющие сборки расходомеры, измеряют скорость прокачки теплоносителя через каждую тепловыделяющую сборку, определенную ранее на основании сравнения распределений реактивностей. Сравнивают полученные скорости прокачки теплоносителя с определенной выше скоростью прохождения газовых пузырьков и по равенству скоростей уточняют местоположение тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом. Затем, по данным о местоположении тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом и о высоте расположения дефекта определяют расчетное значение величины эффективности теплоносителя в месте расположения дефекта, а по ранее измеренным скоростям нарастания переднего фронта импульсов реактивности в диапазоне частот 100-5000 Гц определяют распределение объема вышедшего газа по времени, полный объем вышедшего газа и величину дефекта, выраженную через эквивалентный диаметр отверстия в оболочке твэла:

где p удельный вес теплоносителя, кг/м³;
И скорость теплоносителя м/с;
⊘ объемная скорость газа через отверстие, м³/с;
б сила поверхностного натяжения теплоносителя, Н/м;
F коэффициент лобового сопротивления, безразмерный;

Re критерий (число) Рейнольдса.

На фиг.1 приведены аксиальные распределения эффективности натрия (для 1 см³ натрия) для различных по радиусу тепловыделяющих сборок гомогенной зоны ядерного реактора.

Для сравнения форм распределений можно, например, использовать нахождение минимума функционала, минимизирующего сумму разностей двух, попарно эквидистантных относительно выбранной характерной точки для обеих кривых, величин отношений значений функции на этих сравниваемых кривых. При этом в качестве меры на каждой кривой можно взять отрезки абсцисс между двумя характерными точками сравниваемых кривых, например, между точками, где функции принимают максимальные и нулевые значения. В дальнейшем, отношение этих мер даст величину скорости теплоносителя в тепловыделяющей сборке с дефектным твэлом.

Для аппаратурной реализации данного способа можно на полученной кривой распределений величины реактивности от прохождения первого газового пузырька выбрать характерные точки (например, экстремумы и нулевые значения), измерить время прохождения этих точек газовым пузырьком и сравнить с временем прохождения подобных точек теплоносителем для каждой тепловыделяющей сборки (по зонам дросселирования). В этом случае, тепловыделяющая сборка, через которую прошла примесь, будет обнаружена с точностью до зоны дросселирования, что вполне приемлемо для эксплуатации. Пример устройства, реализующего способ в таком упрощенном виде, представлен на фиг. 2.

Устройство содержит последовательно соединенные детектор нейтронов 1, согласующий усилитель 2, реактиметр 3, второй фильтр высоких частот 4, первый фильтр высоких частот 5, а также дифференциальный усилитель 6, плюсовой вход которого соединен с выходом второго фильтра высоких частот 4, а минусовой вход с выходом первого фильтра высоких частот 5, блок управления 7, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра высоких частот 5, а второй вход соединен с выходом второго фильтра высоких частот 4, задатчик коэффициентов регрессии 8, сигнальный вход которого соединен с выходом первого фильтра высоких частот 5, а управляющий вход с выходом блока управления 7, адаптивный фильтр 9, первый сигнальный вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 6, второй сигнальный вход с сигнальным выходом задатчика коэффициентов регрессии 8, а управляющий вход с управляющим выходом задатчика коэффициентов регрессии 8, и регистратор экстремальных и нулевых значений 10, сигнальный вход которого соединен с выходом адаптивного фильтра 9, а управляющий вход с выходом блока управления 7.

Дифференциальный усилитель 6 предназначен для получения сигнала реактивности, характеризующего изменения реактивности только движущимися пузырьками газа.

Блок управления 7 предназначен для выработки управляющих сигналов в момент времени, соответствующий заднему фронту импульсов в диапазоне частот 100-5000 Гц при наличии низкочастотной составляющей и содержит, например, селектор заднего фронта импульсов 11, компаратор 12 и элемент И 13, причем вход селектора заднего фронта импульсов 11 соединен с первым входом компаратора 12 и является первым входом блока управления 7, второй вход компаратора 12 является вторым входом блока управления 7, первый вход элемента И 13 соединен с выходом селектора заднего фронта импульсов 11, второй вход элемента И 13 соединен с выходом компаратора 12, а выход элемента И 13 является выходом блока управления 7.

Задатчик коэффициентов регрессии 8 предназначен для формирования коэффициентов регрессии согласно уравнению (1) и содержит, например, динамическое запоминающее устройство 14, делитель 15, первый вход которого соединен с сигнальным входом динамического запоминающего устройства 14 и является сигнальным входом задатчика коэффициентов регрессии 8, а второй вход делителя 15 соединен с выходом динамического запоминающего устройства 14, первый ключ 16, сигнальный вход которого соединен с выходом делителя 15, а выход является сигнальным выходом задатчика коэффициентов регрессии 8, устройство задания уставки 17, компаратор 18, первый вход которого соединен с выходом динамического запоминающего устройства 14, а второй вход с выходом устройства задания уставки 17, измеритель временных интервалов 19, первый управляющий вход которого соединен с выходом компаратора 18, второй делитель 20, вход которого соединен с выходом измерителя временных интервалов 19, тактовый генератор 21, вход которого соединен с выходом второго делителя 20, и второй ключ 22, сигнальный вход которого соединен с выходом тактового генератора 21, а выход является управляющим входом задатчика коэффициентов регрессии 8, причем управляющие входы динамического запоминающего устройства 14, первого ключа 16, второго ключа 22 и второй управляющий вход измерителя временных интервалов 19 соединены вместе и являются управляющим входом задатчика коэффициентов регрессии 8.

Регистратор экстремальных и нулевых значений 10 служит для запоминания характерных точек измеряемого временного распределения величин и содержит, например, ключ 23, сигнальный вход которого является сигнальным входом регистратора экстремальных и нулевых значений 10, а управляющий вход - управляющим входом регистратора экстремальных и нулевых значений 10, квадратичный детектор 24, вход которого соединен с выходом ключа 23, инвертор 25, вход которого соединен с выходом квадратичного детектора 24, первый коммутатор 26, первый сигнальный вход которого соединен с выходом квадратичного детектора 24, а второй с выходом инвертора 25, компаратор 27, второй коммутатор 28, первый сигнальный вход которого соединен с выходом первого коммутатора 26, а второй сигнальный вход с выходом компаратора 27, блок амплитудных детекторов 29, содержащий не менее двух амплитудных детекторов, входы которых подключены к выходам коммутатора 28, блок измерителей временных интервалов 30, содержащий не менее одного измерителя временных интервалов, управляющие входы которых, производящие запуск, соединены вместе и присоединены к одному из выходов коммутатора 28, а управляющие входы, производящие останов отсчета времени, присоединены к различным выходам коммутатора 28 по отдельности, и третий коммутатор 31, сигнальные входы которого соединены с выходами аналоговых детекторов из блока аналоговых детекторов 29, а выход соединен с первым входом компаратора 27, причем второй вход компаратора 27 соединен с выходом первого коммутатора 26, а выход компаратора 27 соединен со вторым сигнальным входом коммутатора 28 и с управляющими входами первого коммутатора 26, второго коммутатора 28 и третьего коммутатора 31.

Адаптивный фильтр 9 предназначен для получения функции отклика активной зоны реактора на прохождение только одного первого газового пузырька, вышедшего из дефектного твэла, и содержит, например, первый сумматор 32, плюсовой вход которого является первым сигнальным входом адаптивного фильтра 9, а выход выходом адаптивного фильтра 9, аналоговую линию задержки с отводами 33, вход которой соединен с выходом первого сумматора 32, сдвиговый регистр 34, сигнальный вход которого является вторым сигнальным входом адаптивного фильтра 9, а управляющий вход управляющим входом адаптивного фильтра 9, блок запоминающих устройств 35, содержащий не менее 2 запоминающих устройств, входы которых присоединены к выходам сдвигового регистра 34, блок умножителей 36, содержащий не менее двух умножителей, первые входы которых соединены с отводами аналоговой линии задержки 33, причем каждый вход соединен только с одним из отводов, а вторые входы соединены по отдельности с выходами запоминающих устройств из блока запоминающих устройств 35, и второй сумматор 37, входы которого по отдельности соединены с выходами умножителей из блока умножителей 36, а выход соединен с минусовым входом первого сумматора 32.

Алгоритм функционирования блока управления 7 состоит в следующем. Блок управления 7 выдает управляющие сигналы в моменты времени, когда на первый вход блока проходит задний фронт импульсного сигнала при условии, что амплитуда этого импульсного сигнала меньше амплитуды сигнала, пришедшего в этот же момент времени по второму входу. Для этого в блок управления 7 введен компаратор 12, который вырабатывает сигнал в том случае, если амплитуда сигнала на его первом входе будет меньше амплитуды сигнала на его втором входе, селектор заднего фронта импульсов 11, который выдает сигналы в моменты времени, соответствующие приходу заднего фронта импульсных сигналов по первому входу блока управления 7, и элемент И, который обеспечивает, в случае совпадения прихода сигналов с компаратора 12 и селектора заднего фронта импульсов 11 во времени, формирование управляющего сигнала на выходе блока управления 7.

Алгоритм функционирования задатчика коэффициентов регрессии 8 состоит в следующем. Задатчик коэффициентов регрессии 8 обеспечивает запоминание амплитуды первого пришедшего на его сигнальный вход импульса, формирование коэффициентов регрессии, равных отношению амплитуды импульса в текущий момент времени к амплитуде первого импульса, и выдаче их на первый сигнальный выход только в момент прихода сигнала на управляющий вход задатчика коэффициентов регрессии 8, и формирование тактовых импульсов на управляющем выходе задатчика коэффициентов регрессии 8, период следования которых составляет долю (например, десятую или сотую часть) от длительности первого импульса, начиная с момента прихода первого управляющего сигнала на управляющий вход задатчика коэффициентов регрессии 8. Это осуществляется следующим образом. При приходе сигнала на сигнальный вход задатчика коэффициентов регрессии 8 он поступает на сигнальный вход динамического запоминающего устройства 14, которое отслеживает текущую амплитуду этого сигнала. В момент прихода на управляющий вход динамического запоминающего устройства 14 управляющего (первого) сигнала оно отключается от входа задатчика коэффициентов регрессии 8 и сохраняет на своем выходе значение амплитуды сигнала на момент прихода первого управляющего импульса. При этом последующие управляющие импульсы никакого влияния на работу динамического запоминающего устройства 14 не оказывают. Аналогичный делитель 15 выдает на выходе сигнал, равный отношению амплитуды сигнала, пришедшего на сигнальный вход задатчика коэффициентов регрессии 8 к амплитуде запомненного динамического запоминающим устройством 14 сигнала, который через ключ 16 подается на сигнальный выход задатчика коэффициентов регрессии 8 в момент прихода управляющего импульса на управляющий вход первого ключа 16. В момент прихода сигнала на сигнальный вход задатчика коэффициентов регрессии 8 он поступает на вход динамического запоминающего устройства 14 и затем на первый вход компаратора 18, где он сравнивается с уставкой, поступающей на второй вход компаратора 18 от устройства задания уставки 17, и в случае превышения уставки, что свидетельствует о появлении полезного сигнала, компаратор 18 вырабатывает управляющий сигнал, который производит запуск (перезапуск) измерителя временных интервалов 19, который, в свою очередь, начинает отсчет времени и переводит его в величину напряжения, пропорционального измеренному промежутку времени. Это напряжение поступает на делитель 20, где оно уменьшается в заданное число раз, и затем на вход тактового генератора, который под действием этого напряжения изменяет период колебаний. В момент прихода первого управляющего импульса на управляющий вход задатчика коэффициентов регрессии 8 этот импульс отключает сигнальный вход динамического запоминающего устройства 14 от входа задатчика коэффициентов регрессии 8 и переводит его в режим хранения, останавливая отсчет времени измерителем временных интервалов 19, воздействуя на его второй управляющий вход, открывает на время его действия первый ключ 16, обеспечивая передачу вычисленного делителем 15 отношения амплитуды входного сигнала к амплитуде первого импульса, хранящегося в динамическом запоминающем устройстве 14, и открывает на все остальное время работы устройства второй ключ 22, обеспечивая тем самым подачу тактовых импульсов на управляющий выход задатчика коэффициентов регрессии 8.

Алгоритм функционирования адаптивного фильтра 9 состоит в следующем. Адаптивный фильтр 9 вычисляет рекурсивную функцию и обеспечивает выделение из общего суммарного сигнала отклика от воздействия первого пришедшего на его первый сигнальный вход импульса. В исходном состоянии запоминающее устройство 35 хранит коэффициенты регрессии, равные нулю. При поступлении сигнала на первый сигнальный вход адаптивного фильтра 9 и отсутствии сигналов на его управляющем входе этот сигнал, пройдя через сумматор 32, подается на выход адаптивного фильтра 9 без каких-либо изменений и попадает на вход аналоговой линии задержки с отводами 33. Но так как в запоминающих устройствах из блока запоминающих устройств 35 хранятся нулевые значения, то этот сигнал не окажет никакого воздействия на входные сигналы и в будущем. Во время прихода первого управляющего импульса на управляющий вход адаптивного фильтра 9, он воздействует через управляющий вход на сдвиговый регистр 34, который производит подключение второго сигнального входа адаптивного фильтра 9 к свободному (к ничему не подключенному) выводу. Все последующие управляющие импульсы, приходящие на управляющий вход сдвигового регистра, будут обеспечивать последовательное подключение второго сигнального входа к одному из запоминающих устройств из блока запоминающих устройств 35, обеспечивая таким образом последовательность задания коэффициентов регрессии. При этом очередность подключения запоминающих устройств определяется очередностью отводов от линии задержки 33, с которым объединено данное запоминающее устройство посредством умножителя из блока умножителей 36. При этом, если на втором сигнальном входе адаптивного фильтра 9 появляется сигнал, отличный от нуля, он запоминается подключенным в данный момент запоминающем устройстве из блока запоминающих устройств 35, обеспечивая тем самым возможность подачи сигнала, поступающего с выхода аналоговой линии задержки 33, на вход второго сумматора 37, с нормировкой его на амплитуду сигнала, записанного в данном запоминающем устройстве с помощью умножителя из блока умножителей 36, соединенного с соответствующим отводом аналоговой линии задержки 33. Просуммированный сигнал с выхода второго сумматора 37 подается на минусовой вход первого сумматора 32, где он вычитается из сигнала, подаваемого на первый сигнальный вход адаптивного фильтра 9.

Регистратор экстремальных и нулевых значений 10 работает следующим образом. В начальном состоянии ключ 23 закрыт и не пропускает сигнал с входа устройства на вход квадратичного детектора 24. При этом первый коммутатор 26 обеспечивает подключение выхода инвертора 25 к первому сигнальному входу второго коммутатора 28 и к второму входу компаратора 27, второй коммутатор 28 обеспечивает подключение первого сигнального входа второго коммутатора 28 к входу первого амплитудного детектора из блока амплитудных детекторов 29 и выхода компаратора 27 к управляющим входам всех измерителей временных интервалов из блока измерителей временных интервалов 30, которые производят запуск (перезапуск) отсчета времени, а третий коммутатор 31 обеспечивает подключение выхода первого амплитудного детектора из блока амплитудных детекторов 29 к первому входу компаратора 27. При поступлении на управляющий вход регистратора экстремальных и нулевых значений 10 первого импульса он открывает ключ 23 и подготавливает регистратор 10 к приему информации. Если сигнал на сигнальном входе регистратора 10 равен нулю, то он не оказывает никакого влияния на состояние элементов регистратора 10. В случае же отличия этого сигнала от нуля, он детектируется квадратичным детектором 24 и через инвертор 25, первый коммутатор 26 и второй коммутатор 28 подается на вход первого амплитудного детектора из блока амплитудных детекторов 29. Опорное напряжение амплитудных детекторов из блока амплитудных детекторов 29 выбирается меньше или равным минимально возможному напряжению на выходе инвертора 25. В начальный момент появления сигнала на входе первого амплитудного детектора (отличного от нуля) он регистрируется и запоминается этим амплитудным детектором и при дальнейшем увеличении амплитуды этого сигнала происходит срабатывание компаратора 27, который выдает сигнал в случае, когда величина сигнала, поступающего на первый вход, становится больше величины сигнала, подаваемого на второй его вход, так как инвертор 25 обеспечивает в данном случае уменьшение величины сигнала, подаваемого на вход первого амплитудного детектора из блока 29, а амплитудный детектор может изменять величину хранящейся в нем амплитуды только в сторону увеличения. Сигнал с выхода компаратора 27 производит запуск на отсчет времени всех измерителей временных интервалов из блока измерителей временных интервалов 30 и переключение коммутаторов 26, 28 и 31. При этом коммутатор 26 обеспечивает соединение выхода квадратичного детектора с первым сигнальным входом второго коммутатора 28 и вторым входом компаратора 27, коммутатор 28 обеспечивает отключение первого амплитудного детектора из блока амплитудных детекторов 29, чем обеспечивает сохранение (запоминание) достигнутого на момент отключения значения амплитуды регистрируемого сигнала, подключение первого сигнального входа второго коммутатора 28 к входу второго амплитудного детектора из блока 29 и выход компаратора 27 к управляющему входу первого измерителя временных интервалов из блока 30, а коммутатор 31 обеспечивает отключение выхода первого амплитудного детектора из блока 29 от первого входа компаратора 27 и подключение к этому входу выхода второго амплитудного детектора из блока 29. В результате переключения коммутатора 26, сигнал на первом входе второго коммутатора 28 инвертируется и, поэтому, вместо того чтобы уменьшаться, начинает возрастать, что отслеживается амплитудным детектором из блока 29. Нарастание амплитуды сигнала на выходе первого коммутатора 26 не вызывает рассогласования величин сигналов на входе и выходе амплитудного детектора из блока 29, подключенного в данный момент посредством коммутаторов 28 и 31 к входам компаратора 27 и поэтому структурное состояние регистратора экстремальных и нулевых значений 10 не изменяется до тех пор, пока амплитуда сигнала на выходе первого коммутатора 26 не начнет уменьшаться, а это произойдет при достижении экстремального значения этой величины сигнала. Поскольку квадратичный детектор обеспечивает сохранение экстремальных значений измеряемого сигала и переводит нулевые значения измеряемого сигнала тоже в экстремальные значения, но с нулевым значением их амплитуды, то отсюда видно, что регистратор экстремальных и нулевых значений 10 регистрирует как экстремальные, так и нулевые значения сигнала, поступающего на его сигнальный вход, при этом обеспечивается запоминание момента времени достижения этого регистрируемого значения р-ым измерителем временных интервалов из блока 30 и его амплитуды (р + 1)-ым амплитудным детектором из блока 29, причем первый амплитудный детектор из блока 29 обеспечивает запоминание амплитуды сигнала в начальный момент времени появления сигналов. При достижении очередного максимального значения сигналом на первом сигнальном входе коммутатора 28 это значение запоминается амплитудным детектором из блока 29, который в данный момент подключен с помощью коммутатора 28 к выходу коммутатора 26. В дальнейшем, когда после достижения этого максимального значения начинается уменьшение величины сигнала, амплитудный детектор из блока 29, подключенный в данный момент к выходу коммутатора 26, перестает отслеживать изменение величины поступающего на его вход сигнала, так как он может изменять величину хранящейся в нем амплитуды только в сторону ее увеличения, и величина сигнала на его входе становится меньше величины сигнала на его выходе, что приводит к срабатыванию компаратора 27, входы которого через коммутатор 28 и 31 подключены к этому амплитудному детектору из блока 29. Срабатывание компаратора 27 приводит к останову отсчета времени измерителем временных интервалов из блока 30, который подключен в данный момент через коммутатор 28 к выходу компаратора 27, включению в схему измерений очередных амплитудного детектора из блока 29 и измерителя временных интервалов из блока 30 с помощью коммутаторов 28 и 31, и инвертирование сигнала на выходе первого коммутатора 26 за счет переключения входа. В результате этих переключений регистратор 10 подготавливается к регистрации очередного экстремального или нулевого значения измеряемого сигнала.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии управляющий вход задатчика коэффициентов регрессии 8 отключен с помощью ключа 22 от управляющего входа адаптивного фильтра 9, сигнальный вход регистратора экстремальных и нулевых значений 10 от выхода адаптивного фильтра 9 с помощью ключа 23, а второй сигнальный вход адаптивного фильтра 9 отключен с помощью ключа 16 от сигнального выхода задатчика коэффициентов регрессии 8.

При отсутствии сигналов в полосе частот более 0,2 Гц, устройство остается в исходном состоянии.

При наличии только высокочастотных сигналов с полосой частот более 100 Гц они не оказывают никакого влияния на состояние устройства из-за компенсации дифференциальным усилителем 6 и отсеиванием компаратором 12 из блока управления 7.

При наличии сигналов с полосой частот 0,2-100 Гц они воспринимаются датчиком нейтронов 1, усиливаются и преобразуются согласующим усилителем 2, преобразуются в величину реактивности реактиметром 3, отфильтровываются фильтром высоких частот 4, подаются на плюсовой вход дифференциального усилителя 6 и на второй вход блока управления 7, затем фильтруется первым фильтром высоких частот 5, и подается на минусовой вход дифференциального усилителя 6 и на первый вход блока управления 7. Поскольку в этом сигнале отсутствуют частотные составляющие с частотами выше 100 Гц, то на выходе первого фильтра высоких частот 5 сигнал отсутствует, а следовательно он отсутствует и на первом входе блока управления 7. Поэтому на выходе блока управления 7 сигнал отсутствует, а следовательно, отсутствуют сигналы и на сигнальном и управляющем входах задатчика коэффициентов регрессии 8, и сигнал, прошедший через дифференциальный усилитель 6, который прошел через второй фильтр высоких частот 4 и попал на плюсовой вход дифференциального усилителя 6, передается на выход адаптивного фильтра 9 без изменений, так как на управляющем входе адаптивного фильтра 9 сигналы отсутствуют, и поступают на вход регистратора экстремальных и нулевых значений 10. Однако этот сигнал регистратором экстремальных и нулевых значений 10 не воспринимается, потому что отсутствует управляющий сигнал на его управляющем входе, который должен поступать с блока управления 7. Таким образом, после прохождения этого сигнала устройство остается в исходном состоянии.

При появлении в активной зоне негерметичного твэла, из него начинает выходить газ, который через пустотный коэффициент реактивности воздействует на активную зону, вызывая тем самым соответствующие изменения нейтронного потока. Эти изменения нейтронного потока сопровождаются одновременным появлением высокочастотных (выше 100 Гц), характеризующих выход газа из твэла и образование газового пузырька, и низкочастотных, характеризующих прохождение газовых пузырьков от места дефекта до выхода из тепловыделяющей сборки, колебаний (менее 50 Гц). Эти колебания нейтронного потока преобразуются детектором нейтронов 1 в электрический сигнал. В качестве детектора нейтронов может использоваться, например, ионизационная камера, которая преобразует колебания нейтронного потока в колебания электрического тока, или датчик прямой зарядки (ДПЗ), который преобразует колебания нейтронного потока в соответствующие колебания электрического напряжения. Эти колебания электрического тока или напряжения преобразуются согласующим усилителем 2 в величину, удобную для дальнейшей обработки (ток, напряжение или частоту) и подаются на вход реактиметра 3, где они преобразуются в величину, пропорциональную величине реактивности колебаний, вызвавших колебаний нейтронного потока, и, в свою очередь, подаются на вход второго фильтра высоких частот 4. Второй фильтр высоких частот 4 отфильтровывает фоновые шумы, частотные составляющие которых ниже 0,2 Гц и подает оставшийся полезный сигнал на вход первого фильтра высоких частот 5, плюсовой вход дифференциального усилителя 6 и второй вход блока управления 7. Первый фильтр высоких частот 5 отфильтровывает низкочастотные колебания, характеризующие прохождение газовых пузырьков от места дефекта до выхода из тепловыделяющей сборки, и подает оставшийся высокочастотный сигнал (выше 100 Гц), характеризующий процесс образования и роста газовых пузырьков в месте расположения дефекта, на минусовой вход дифференциального усилителя 6, первый вход блока управления 7 и сигнальный вход задатчика коэффициентов регрессии 8. Дифференциальный усилитель 6 вычитает сигнал, пришедший с выхода первого фильтра высоких частот 5 из сигнала, пришедшего с выхода второго фильтра высоких частот 4, и подает полученный сигнал, который характеризует прохождение всей совокупности вышедших к настоящему моменту времени из дефекта газовых пузырьков, на вход адаптивного фильтра 9. Поскольку в момент отрыва газового пузырька от дефекта амплитуда высокочастотной составляющей сигнала падает до нуля, а амплитуда низкочастотной составляющей сохраняет достигнутое значение и, следовательно, превышает амплитуду высокочастотной составляющей сигнала, поступающий на первый вход блока управления 7 с выхода первого фильтра высоких частот 5, то в момент отрыва газового пузырька от дефекта, который характеризуется появлением заднего фронта у высокочастотных импульсов, амплитуда сигнала на первом входе блока управления 7 оказывается меньше амплитуды сигнала, подаваемого на второй вход блока управления 7. Это вызывает появление управляющего сигнала на выходе блока управления 7, причем первый управляющий сигнал на выходе блока управления 7 соответствует отрыву первого вышедшего из дефекта газового пузырька и, воздействуя на задатчик коэффициентов регрессии 8, обеспечивает подачу тактовых сигналов с управляющего выхода задатчика коэффициентов регрессии 8 на управляющий вход адаптивного фильтра 9, и выдачу единичного сигнала на второй сигнальный вход адаптивного фильтра 9 с сигнального выхода задатчика коэффициентов регрессии 8, а воздействуя через управляющий вход на регистратор экстремальных и нулевых значений 10, обеспечивает регистрацию этих параметров сигнала, поступающего на его сигнальный вход с выхода адаптивного фильтра 9 с момента прихода этого управляющего сигнала. Так как в момент отрыва первого газового пузырька от дефекта на выходе дифференциального усилителя 6 образуется сигнал, пропорциональный реактивности, внесенной первым газовым пузырьком в месте расположения дефекта, то этот сигнал, пройдя через адаптивный фильтр 9, запоминается в регистраторе экстремальных и нулевых значений 10 и производит запуск измерителей временных интервалов из блока 30 регистратора экстремальных и нулевых значений 10, подготавливая тем самым возможность запоминания временных характеристик измеряемого сигнала. В дальнейшем регистратор экстремальных и нулевых значений 10 автоматически регистрирует все нулевые и экстремальные значения сигнала, подаваемого на его сигнальный вход с выхода адаптивного фильтра 9, и моменты времени им соответствующие. Каждый следующий управляющий импульс, который формируется блоком управления 7 в момент отрыва соответствующего пузырька газа от дефекта, вызывает подачу соответствующего коэффициента регрессии на второй сигнальный вход адаптивного фильтра 9 с сигнального выхода задатчика коэффициентов регрессии 8. При этом адаптивный фильтр 9 меняет свою внутреннюю структуру таким образом, что на его выходе формируется сигнал характеризующий прохождение только одного (первого) газового пузырька от места дефекта до выхода из активной зоны, а регистратор экстремальных и нулевых значений 10 обеспечивает регистрацию всех характерных точек регистрируемого сигнала.

За базу сравнения можно принять техническое решение по авторским свидетельствам N 1380496 и N 1454143, позволяющее контролировать наличие газовой негерметичности твэла ядерного реактора.

По сравнению с базовым, предлагаемые технические решения позволяют определять место расположения тепловыделяющей сборки с дефектным твэлом и, соответственно, сократить время на поиск этой тепловыделяющей сборки с целью удаления ее из активной зоны реактора.

Формула изобретения

1. Способ контроля газовой негерметичности твэлов в ядерном реакторе, заключающийся в том, что задают не менее двух базовых точек на временной траектории реактивности от движения одиночного пузырька газа, измеряют длительность временного интервала между этими точками и, сравнивая временную траекторию реактивности от движения одиночного пузырька газа с распределениями реактивностей по высоте активной зоны от возмущения единичным газовым объемом, рассчитанным предварительно для различных радиусов, определяют радиус расположения тепловыделяющей сборки с негерметичным твэлом и скорость прохождения пузырьков газа через тепловыделяющую сборку, определяют расход теплоносителя через каждую тепловыделяющую сборку, расположенную на найденном радиусе, сравнивают полученные значения скоростей со скоростью прохождения пузырьков газа через тепловыделяющую сборку и по совпадению величин скоростей определяют области возможного нахождения тепловыделяющей сборки с негерметичным твэлом, отличающийся тем, что, с целью повышения информационности способа за счет определения временной траектории реактивности от движения одиночного пузырька газа, места дефекта, параметров истечения газа из дефекта и оценки величины дефекта, дополнительно измеряют величину реактивности A(t) в каждый момент времени t в диапазоне частот 0,2 5000 Гц, величину амплитуды A_к(t) и скорость Θ нарастания переднего фронта каждого импульса реактивности q в полосе частот выше 100 Гц, фиксируют задний фронт каждого импульса в полосе частот выше 100 Гц, по которому определяют момент времени q_м измерения величины амплитуды A_м(Θ_м) м-го импульса реактивности и по данным параметрам определяют значения величин реактивностей, вносимых одиночным пузырьком газа, вышедшим из дефектного твэла при его образовании и движении через активную зону реактора

где A₀ величина амплитуды первого импульса реактивности, измеренного в диапазоне частот выше 100 Гц;
м порядковый номер импульса реактивности, измеренного в диапазоне частот выше 100 Гц;
к порядковый номер импульса реактивности, измеряемый в момент времени t в диапазоне частот выше 100 Гц;
Φ(t-Θ_м) значение величины удельной реактивности, отнормированной на единичный объем газа, в момент времени (t-Θ_м),
по которым находят траекторию реактивности от движения одиночного пузырька газа и параметры, характеризующие радиус и высоту нахождения дефекта, и верхнее значение эквивалентного диаметра отверстия в оболочке твэла

где p удельный вес теплоносителя, кг/м³;
И скорость теплоносителя, м/с;
Θ объемная скорость потока газа через отверстие, м³/с;
s сила поверхностного натяжения теплоносителя, Н/м;
F безразмерный коэффициент лобового сопротивления

Re критерий Рейнольдса, по которому определяют степень разрушения твэла.

2. Устройство для контроля газовой негерметичности твэла в ядерном реакторе, содержащее фильтр высоких частот и последовательно соединенные детектор нейтронов и согласующий усилитель, отличающееся тем, что, с целью определения местоположения ТВС с разгерметизированным твэлом, в него дополнительно введены реактиметр, второй фильтр высоких частот, дифференциальный усилитель, блок управления, адаптивный фильтр, задатчик коэффициентов регрессии и регистратор экстремальных и нулевых значений, сигнальный вход которого соединен с выходом адаптивного фильтра, а управляющий вход с выходом блока управления, причем вход второго фильтра высоких частот соединен с выходом реактиметра, вход реактиметра соединен с выходом согласующего усилителя, выход первого фильтра высоких частот соединен с минусовым входом дифференциального усилителя, первым входом блока управления и сигнальным входом задатчика коэффициентов регрессии, выход второго фильтра высоких частот соединен с плюсовым входом дифференциального усилителя, входом первого фильтра высоких частот и вторым входом блока управления, управляющий вход задатчика коэффициентов регрессии соединен с выходом блока управления, первый сигнальный вход адаптивного фильтра соединен с выходом дифференциального усилителя, второй сигнальный вход адаптивного фильтра соединен с сигнальным выходом задатчика коэффициентов регрессии, а управляющий вход адаптивного фильтра соединен с управляющим выходом задатчика коэффициентов регрессии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2