Малоинерционное миниатюризированное устройство с собственным источником энергии для ярусного обнаружения нейтронного потока в ядерном реакторе

 

Изобретение относится к атомной энергетике. Устройство содержит множество идентичных активных элементов 22, распределенных в трубчатой наружной оболочке 18 вдоль продольной оси этой оболочки. Каждый из активных элементов 22 является чувствительным к локальному нейтронному потоку. Технический результат заключается в обеспечении непрерывного контроля изменений потока по всей высоте активной зоны реактора при помещении в один из каналов для регистрирующих детекторов. Все соединительные провода 24, присоединенные к активным элементам 22, имеют ту же самую длину, что и компенсирующий провод, помещенный также в оболочку 18. 21 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к малоинерционному миниатюризированному устройству, предназначенному для осуществления ярусного обнаружения нейтронного потока, преимущественно, в ядерном реакторе.

Термин "миниатюризированный" означает, что заявленное устройство имеет наружный диаметр меньше чем приблизительно 6 мм.

Выражение "с собственным источником энергии" означает, что устройство работает без необходимости подключения к внешнему источнику питания.

Выражение "малоинерционный" означает, что выходные сигналы устройства изменяются почти мгновенно, когда изменяется нейтронный поток, в котором оно находится.

Наконец, выражение "ярусное обнаружение" означает, что измерения осуществляются в различных участках вдоль устройства.

Устройство, заявленное в изобретении, благодаря его быстрой реакции, пригодно, в частности, для осуществления непрерывного контроля за изменениями нейтронного потока в активной зоне ядерного реактора и для обеспечения защиты последнего. Более конкретно, оно рассчитано на введение в активную зону реактора через один из трубопроводов, называемых "каналами для регистрирующих детекторов", которые соединяют активную зону ядерного реактора с водой под давлением с внешним измерительным постом и через которые обычно периодически вводят перемещаемые детекторы, осуществляя локальные измерения нейтронного потока. Затем предлагаемый детектор можно оставить на весь период работы в существующем канале для регистрирующего детектора, расположив по всей высоте активной зоны реактора.

В ядерных реакторах с водой под давлением для управления реактором необходим точный контроль изменений локальной плотности энергии в активной зоне. Для осуществления этого контроля в точно определенные места периодически вводят перемещаемые детекторы для измерения нейтронного потока, с помощью которых делают локальные измерения.

Например, в патенте Франции 2693310 А-2 описано оборудование, позволяющее осуществлять с измерительного поста введение перемещаемого зонда для измерения нейтронного потока в активную зону ядерного реактора.

Особенностью такого оборудования является преимущественно очень небольшой внутренний диаметр каналов для регистрирующих детекторов, например, приблизительно 6 мм.

Также известны многочисленные детекторы для измерения нейтронного потока, которые можно использовать в оборудовании этого типа. Как раскрыто преимущественно в патентах Франции 2423794 А-2, 2507328 А-2, 2426915 А-2 и США 4363970 А-4, эти детекторы содержат, как правило, активную часть, называемую "эмиттером", и электропроводную наружную оболочку, называемую "коллектором", а также электроизоляционный материал, размещенный между эмиттером и коллектором. Чтобы обеспечить возможность введения детектора в канал для регистрирующего детектора, эмиттер обычно делают цилиндрической формы и располагают соосно внутри трубчатого коллектора. Когда детектор установлен в нужное положение в активной зоне реактора, эмиттер и коллектор соединены проводами с аппаратурой для измерения тока, находящейся на измерительном посту.

В таком детекторе эмиттер выполнен из материала, способного захватывать тепловые и надтепловые нейтроны, которые немедленно вызывают эмиссию мгновенных γ-лучей. Часть этой эмиссии сразу же поглощается в эмиттере с освобождением быстрых электронов высокой энергии. Соответствующая реакция, обозначаемая как (n, γ), (γ, e^-), в дальнейшем будет называться "основной реакцией". Основная часть быстрых электронов достигает коллектора, что приводит к образованию между эмиттером и коллектором "мгновенного электрического тока", пропорционального нейтронному потоку, и этот ток измеряется аппаратурой, расположенной на измерительном посту.

В патентах Франции 2423794 А-2 и 2507328 А-2, уже упомянутых выше, описаны детекторы, которые дополнительно чувствительны к γ-излучению, которое с задержкой испускается активной зоной реактора с нейтронами в случае ядерных реакторов на природном уране и ядерных реакторов с тяжелой водой. Эта реакция, обозначенная как (γ, e^-), в дальнейшем будет называться "первой вторичной реакцией". В этом случае эмиттер содержит наружный слой, выполненный из чувствительного к γ-излучению материала, чтобы обеспечить освобождение электронов низкой и средней энергии. Поэтому "задержанный электрический ток", созданный между эмиттером и коллектором под воздействием освобожденных электронов, также измеряется аппаратурой, размещенной на измерительном посту.

Более того, как раскрыто в патенте Франции 2426915 А-2, материалу, из которого выполнен эмиттер перемещаемого детектора нейтронного потока, кроме того, присущ эффект испускания задержанных β^--лучей, когда он находится в потоке тепловых и надтепловых нейтронов. Соответствующая реакция обозначается как (n, β^-) и в дальнейшем будет называться "второй вторичной реакцией". Эти β^--лучи приводят к появлению "задержанного электрического тока" между эмиттером и коллектором. Когда желательно осуществлять измерения для определения почти в реальном масштабе времени локального изменения энергии в активной зоне ядерного реактора, важно подавить эти эффекты настолько, насколько это возможно, поскольку они растянуты во времени. В случае, описанном в патенте Франции 2426915 А-2, этого результата достигают путем покрытия наружной поверхности эмиттера и внутренней поверхности коллектора проводящими слоями, поглощающими β^--лучи, но являющимися прозрачными для электронов низкой энергии.

Когда детектор нейтронного потока размещен в активной зоне ядерного реактора, участок соединительного провода, соединяющего эмиттер с измерительной аппаратурой, который расположен внутри активной зоны, также испускает электроны высокой энергии вследствие захвата тепловых и надтепловых нейтронов материалом, из которого он изготовлен. Это явление приводит к образованию вихревого тока. В патенте США 4363970 А-4 предложено этот ток измерять отдельно преимущественно путем введения в изоляционный материал детектора компенсирующего провода, выполненного из того же самого материала, что и соединительный провод, и имеющего ту же длину и тот же диаметр.

Все эти известные детекторы являются детекторами, имеющими один эмиттер, что позволяет осуществлять только одно локальное измерение в конкретном месте активной зоны реактора. Для выполнения измерений в различных местах детектор необходимо перемещать в канале для регистрирующего детектора. Поэтому с помощью этого оборудования почти невозможно осуществить истинный непрерывный контроль изменений локального нейтронного потока в активной зоне ядерного реактора и последующую защиту в реальном масштабе времени.

В патенте Франции 2195799 А-2 предложен детектор локального нейтронного потока, содержащий два эмиттера, которые могут быть расположены преимущественно параллельно друг другу внутри коллектора. Однако два эмиттера выполняют различные функции, поскольку один обладает чувствительностью к нейтронному потоку и к γ-излучению, тогда как другой обладает чувствительностью только к гамма-излучению. Поэтому, согласно этому патенту, предусматривается выполнение двух различных локальных измерений, по существу, в одной и той же точке, а не осуществление непрерывного контроля изменений локального нейтронного потока в активной зоне реактора. Кроме того, размещение двух эмиттеров в одной и той же секции детектора приводит к необходимости использовать эмиттеры очень малого диаметра, вследствие чего уровень чувствительности в значительной мере не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Аналогично, в патенте Франции 2493530 А-2 предложен перемещаемый детектор для измерения нейтронного потока, который содержит эмиттер, чувствительный к тепловым нейтронам, и эмиттер, чувствительный к надтепловым нейтронам, при этом оба они помещены внутрь одного и того же коллектора в ряд или один за другим. Хотя расположение двух эмиттеров один за другим решает проблему размеров, но в этом патенте также предусматривается выполнение двух различных локальных измерений, по существу, в одном и том же месте. В этом патенте также не рассматривается проблема непрерывного контроля изменений локального нейтронного потока в активной зоне реактора.

Кроме того, в патенте Франции 2094195 А-2 предложено осуществлять непрерывный контроль изменений локального нейтронного потока по всей высоте активной зоны реактора. С этой целью предложено помещать на нужном уровне устройство, содержащее, в основном, некоторое количество обычных детекторов нейтронного потока, расположенных в кольцевом пространстве, предусмотренном между наружной защитной оболочкой и трубой, размещенной по оси оболочки. Осевая труба позволяет время от времени вводить в устройство другие обычные детекторы нейтронного потока, чтобы калибровать детекторы, находящиеся в устройстве.

Хотя это устройство рассчитано на размещение в трубе, вводимой в активную зону реактора, очевидно, что этой трубой не может быть канал для регистрирующего детектора, используемый для введения перемещаемого детектора нейтронного потока известной конструкции, поскольку поперечное сечение устройства приблизительно в десять раз больше.

Задача изобретения заключается в создании малоинерционного миниатюризированного устройства с собственным источником энергии, предназначенного для ярусного обнаружения нейтронного потока, преимущественно по всей высоте активной зоны ядерного реактора, при этом устройство помещается в один из каналов для регистрирующего детектора, которыми обычно снабжен такой реактор, и имеет чувствительность, эквивалентную чувствительности существующих перемещаемых детекторов.

Как заявлено в изобретении, этот результат достигается с помощью устройства для ярусного обнаружения нейтронного потока по всей высоте активной зоны ядерного реактора, содержащего трубчатую наружную оболочку, пригодную для введения в канал регистрирующего детектора; некоторое количество идентичных активных элементов, расположенных один за другим в оболочке, при этом каждый активный элемент выполнен из одного и того же материала, способного испускать электроны при помещении в нейтронный поток; электрически изолированные соединительные провода, помещенные в оболочку, для направления к одному концу устройства электрического тока, созданного каждым активным элементом; и по меньшей мере, один электрически изолированный компенсирующий провод, помещенный в оболочку и соединенный с указанным концом устройства; в котором все соединительные и компенсирующие провода выполнены из одинакового материала того же самого вида, что и оболочка, ориентированы, по существу, параллельно продольной оси оболочки и имеют одно и то же поперечное сечение и одну и ту же длину в пределах длины активного элемента.

Следует отметить, что применение соединительных проводов, которые все имеют, по существу, одинаковую длину, позволяет использовать, если это необходимо, только один компенсирующий провод для одновременного измерения вихревого тока, созданного каждым из соединительных проводов. По мере возрастания числа активных элементов эта характеристика становится все более важной. Это происходит потому, что, если длина соединительных проводов существенно изменяется от одного активного элемента к другому, то необходимо использовать столько же компенсирующих проводов, сколько имеется соединительных проводов. Это быстро приводит к невозможности размещения узла, состоящего из активных элементов и разных проводов, внутри оболочки с учетом ограничений, налагаемых размерами каналов для регистрирующих детекторов.

В первом варианте осуществления каждый соединительный провод и его участок расширения подсоединены к разным концам активного элемента.

Кроме того, компенсирующий провод может быть расположен, по существу, по направлению продольной оси оболочки, при этом активные элементы и соединительные провода распределены вокруг этого компенсирующего провода.

С другой стороны, активные элементы могут быть расположены, по существу, по направлению продольной оси оболочки, при этом соединительные провода и компенсирующие провода распределены вокруг этих активных элементов.

В этом первом варианте осуществления изобретения оболочка может быть выполнена из электропроводного материала с тем, чтобы образовать коллектор. Кроме того, электроизоляционный материал помещен в оболочку с тем, чтобы изолировать активные элементы и соединительные провода от оболочки, и с тем, чтобы изолировать компенсирующие провода от оболочки, активных элементов и соединительных проводов.

В качестве варианта каждый из активных элементов окружен коллектором, отличным от оболочки. Кроме того, активный элемент отделен от коллектора электроизоляционным материалом, а один изолированный провод соединяет друг с другом все коллекторы до первого конца устройства. Кроме того, суммарная длина коллекторов и изолированного провода, по существу, равна длине компенсирующего провода.

С достижением выгоды каждый из активных элементов помещен в защитный чехол, закрытый на его концах заглушками, к которым присоединены соединительные провода и их участки расширения, при этом защитный чехол и заглушки выполнены из одинакового электропроводного материала. В этом случае защитный кожух и заглушки обеспечивают механическую прочность и, по меньшей мере, частично поглощают замедленную среду и электроны низкой энергии, освобожденные в активной части согласно первой и второй вторичным реакциям (γ, e^-) и (n, β^-). Поэтому защитный чехол и заглушки создают задержанный положительный ток, который при определенном уровне компенсирует задержанный отрицательный ток, обусловленный дезактивацией материала (стали или сплава), из которого выполнены оболочка и канал для регистрирующего детектора.

Для достижения положительного результата защитные чехлы, заглушки и провода выполнены из того же самого материала, что и наружная оболочка, например, из нержавеющей стали.

Во втором варианте осуществления каждый активный элемент окружен коллектором и отделен от него электроизоляционным материалом. Кроме того, каждый соединительный провод и его участок расширения присоединены к разным концам коллектора, а все активные элементы помещены в один защитный чехол, выполненный из электропроводного материала.

В этом случае активные элементы разделены распорными деталями внутри защитного чехла. Более точно, два последовательных активных элемента могут быть разделены одной распорной деталью, выполненной из электропроводного материала, или распорной деталью, выполненной из электроизоляционного материала и помещенной между двумя распорными деталями, выполненными из электропроводного материала.

Для достижения положительного результата защитный чехол и распорные детали, выполненные из электропроводного материала, изготовлены из того же самого материала, что и наружная оболочка, например, из нержавеющей стали.

Предпочтительно, каждый защитный чехол покрыт слоем электропроводного материала, способного частично поглощать гамма-лучи низкой энергии. Этот материал также способствует устранению эффектов первой вторичной реакции (γ, e^-) в активных элементах. Он имеет более высокое атомное число, чем электропроводный материал, использованный для защитного чехла. Он может состоять преимущественно из циркония, молибдена или ниобия.

В дополнение к этому слой, покрывающий защитный чехол, может быть получен посредством вакуумного осаждения, либо с помощью намотанного провода или обшивочного листа.

В предпочтительных вариантах осуществления каждый активный элемент содержит кобальт-59.

В более общих чертах, каждый активный элемент выполнен из материала, оформленного в виде стержня, набора шариков, порошка, пучка одножильных волокон или пучка многожильных волокон.

Кроме того, компенсирующий провод и соединительные провода выполнены либо в виде одной жилы, либо в виде нескольких скрученных жил, изготовленных из одинакового материала или из различных материалов.

Наконец, компенсирующий провод и соединительные провода могут быть изолированы материалом, таким, как кремнеземная оплетка, покрытие из глинозема, покрытие из магнезии или покрытие из кремнезема.

Теперь с помощью неограничивающих примеров различные варианты осуществления предлагаемого изобретения будут описаны со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 - схематичное частичное изображение в разрезе части известного оборудования для контроля нейтронного потока в активной зоне ядерного реактора; фиг. 2 - вид в продольном разрезе устройства для ярусного обнаружения нейтронного потока, которое можно поместить в канал регистрирующего детектора в оборудовании из фиг. 1, этим устройством представлен первый вариант осуществления устройства; фиг. 3 - вид в сечении по линии III-III на фиг. 2; фиг. 4 - вид в продольном разрезе, сопоставимый с представленным на фиг. 2, иллюстрирующий вариант устройства для ярусного обнаружения, заявленный в изобретении; фиг. 5 - вид в сечении по линии IV-IV на фиг. 4; фиг. 6 - вид в продольном разрезе второго варианта осуществления устройства для ярусного обнаружения, заявленного в изобретении; фиг. 7 - вид в продольном разрезе в более крупном масштабе одного из активных элементов, которыми снабжены устройства из фиг. 2, 4 и 6; и фиг. 8 - вид в продольном разрезе третьего варианта осуществления изобретения.

На фиг. 1 позицией 10 обозначен корпус ядерного реактора с водой под давлением. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, в этом корпусе 10 удерживается активная зона 12 реактора. Эта активная зона 12 образована путем расположения рядом некоторого количества блоков ядерного топлива, прямоугольных или шестиугольных в поперечном сечении, установленных вертикально.

Чтобы персонал, ответственный за управление реактором, мог иметь в своем распоряжении схему нейтронных потоков внутри активной зоны 12, реактор снабжен оборудованием для контроля за этим потоком. В состав оборудования входит некоторое количество трубопроводов 14, только один из которых изображен. Эти трубопроводы 14 связывают активную зону 12 реактора с измерительным постом 15, находящимся за пределами корпуса 10. Эти трубопроводы 14 проходят через активную зону 12 по всей ее высоте в определенных местах, распределенных по всему поперечному сечению активной зоны реактора. Чтобы сохранить герметичность корпуса 10, они закрыты на своих торцах, находящихся вблизи верхней части активной зоны 12 реактора. По этой причине трубопроводы 14 часто именуют "каналами для регистрирующих детекторов". Из соображений экономии объема внутренний диаметр трубопроводов 14 для регистрирующих детекторов не должен превышать примерно 6 мм.

Обычно трубопроводы 14 для регистрирующих детекторов используют для введения в активную зону 12 перемещаемых зондов для измерения нейтронного потока, с помощью которых осуществляют локальные измерения нейтронного потока в точках, в которых они находятся. Чтобы сделать измерения в других точках, зонды необходимо переместить, а после получения схемы нейтронных потоков возвратить на измерительный пост.

Как заявлено в изобретении, трубопроводы 14 для регистрирующих датчиков, имеющиеся на современных ядерных реакторах, используют для непрерывного осуществления контрольных и защитных измерений после изменений нейтронного потока в активной зоне 12 реактора посредством устройства 16 для ярусного обнаружения нейтронного потока, которое вытянуто, по существу, по всей высоте активной зоны и остается на своем месте во время работы реактора. Поэтому устройство 16 для обнаружения в соответствии с предлагаемым изобретением является миниатюризированным устройством с собственным источником энергии. В дополнение к этому оно рассчитано на достижение малой инерционности, т. е. на работу почти в реальном масштабе времени, и имеет достаточную гибкость, чтобы его можно было ввести в трубопровод 14 для регистрирующего детектора или извлечь из него, когда реактор остановлен, несмотря на кривизну некоторых участков трубопровода.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, устройство 16 для обнаружения содержит трубчатую наружную оболочку 18, закрытую на переднем торце (т. е. на верхнем торце, когда устройство находится в активной зоне 12) закругленной головкой 20, которая облегчает введение устройства в трубопровод 14 для регистрирующего детектора. Длина трубчатой наружной оболочки 18 равна, по меньшей мере, высоте активной зоны 12 реактора. Оболочка 18 и ее головка 20 выполнены из относительно гибкого электропроводного материала, такого, как нержавеющая сталь. Наружный диаметр оболочки 18 меньше, чем внутренний диаметр трубопроводов для регистрирующих детекторов, т. е. находится в пределах приблизительно от 4 до 5 мм.

Устройство 16 для ярусного обнаружения в соответствии с фиг. 2 содержит, кроме того, некоторое количество одинаковых эмиттеров 22, которые расположены один за другим внутри оболочки 18 таким образом, что распределены по всей высоте активной зоны реактора, когда устройство находится на своем месте. Эмиттеры выполнены в виде удлиненных цилиндров, ориентированных параллельно продольной оси оболочки 18, и расположены на некотором расстоянии друг от друга. Например, девять эмиттеров 22 с диаметром приблизительно 2 мм можно поместить в оболочку 18 с диаметром приблизительно от 4 до 5 мм. Необходимо отметить, что такой диаметр является существенным для получения состоятельных результатов измерений. Конструкция эмиттеров 22 будет описана ниже.

Устройство 16 для ярусного обнаружения содержит, кроме того, изолированные соединительные провода 24, которые обеспечивают электрическое соединение каждого из эмиттеров 22 с аппаратурой для измерения электрического тока (непоказанной), размещенной на измерительном посту 15 (фиг. 1) контрольного оборудования. Более точно, соединительные провода 24 ориентированы параллельно оси оболочки 18. Они имеют магистральный участок 24а, обеспечивающий электрическое соединение каждого из эмиттеров 22 с измерительной аппаратурой, и участок 24b расширения (за пределами магистрали), исключая эмиттер 22, наиболее близкий к головке 20, который содержит только магистральный участок 24а. Для всех других эмиттеров 22 участки 24b расширения начинаются от конца эмиттера, обращенного к головке 20, и вытянуты до уровня обращенного к головке 20 конца эмиттера 22, который находится ближе всего к этой головке. Поэтому все соединительные провода 24 имеют, по существу, одну и ту же длину.

Устройство 16 для ярусного обнаружения содержит, кроме того, по меньшей мере, один изолированный компенсирующий провод 26 (фиг. 3), который расположен параллельно продольной оси оболочки 18, и длина которого, по существу, равна суммарной длине соединительного провода 24 и эмиттера 22.

Компенсирующий провод 26 и соединительные провода 24 выполнены из одного электропроводного материала или из одних и тех же материалов и имеют одинаковое поперечное сечение.

Как заявлено в этом случае, каждый соединительный провод 24 и каждый компенсирующий провод 26 образованы одной или несколькими скрученными жилами (из скрученных проводников), изготовленными из одного материала, такого, как нержавеющая сталь, или из нескольких различных материалов в случае многожильного провода. Поэтому многожильный провод можно изготовить из стальной жилы и двух циркониевых, ниобиевых или молибденовых жил. Использование последних материалов позволяет сделать соединительные провода практически нечувствительными к гамма-излучению, которое возникает в активной зоне реактора, поскольку они обеспечивают образование обратных электрических токов. Во всех случаях диаметр проводов должен быть меньше по сравнению с диаметром эмиттеров.

Соединительные и компенсирующие провода изолированы кремнеземной оплеткой постоянной толщины. Эти провода можно также покрыть или бронировать природными изоляционными материалами, такими, как глинозем, магнезия или кремнезем.

Устройство 16 для ярусного обнаружения в соответствии с фиг. 2 и 3 содержит, кроме того, электроизоляционный материал 27, который заполняет трубчатую наружную оболочку 18 и обеспечивает электрическую изоляцию между этой оболочкой и различными элементами, которые помещены в нее, а также между каждым из узлов, состоящих из эмиттера 22 и соединительного провода 24, и компенсирующим проводом 26.

В вариантах осуществления, показанных на фиг. 2 и 3, компенсирующий провод 26 расположен, по существу, по направлению продольной оси оболочки 18. В дополнение к этому эмиттеры 22 и соединительные провода 24, которые связаны с ними, распределены по окружности в оболочке 18 вокруг компенсирующего провода 26, причем таким образом, что каждый из эмиттеров 22 расположен между компенсирующим проводом и оболочкой 18 в различных угловых секторах последней.

На фиг. 4 и 5 показан видоизмененный первый вариант осуществления изобретения, в котором все эмиттеры 22 расположены, по существу, по направлению продольной оси оболочки 18, тогда как соединительные провода 24 и компенсирующий провод 26 распределены в оболочке 18 вокруг этих эмиттеров.

Устройство для ярусного обнаружения, показанные на фиг. 2 и 3, а также на фиг. 4 и 5, работают одинаковым образом.

В частности, в обоих случаях трубчатая наружная оболочка 18 образует коллектор из электропроводного материала. Поэтому для каждого из эмиттеров 22 измерение электрического тока, который протекает между соединительным проводом 24, подключенным к этому эмиттеру, и трубчатой наружной оболочкой 18, указывает на нейтронный поток в среде активной зоны в месте расположения рассматриваемого эмиттера 22. Поскольку устройство содержит некоторое количество эмиттеров 22, распределенных по всей высоте активной зоны реактора, понятно, что наличие устройства такого типа в каждом из трубопроводов 12 для регистрирующих детекторов контрольного оборудования, которыми снабжен реактор, делает возможным осуществление непрерывного контроля изменений локального нейтронного потока в активной зоне реактора.

Во втором варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 6 и представляющем собой видоизмененное устройство из фиг. 4 и 5, устройство для ярусного обнаружения имеет трубчатую наружную оболочку 18, заканчивающуюся головкой (непоказанной), некоторое количество цилиндрических эмиттеров 22, расположенных один за другим по направлению оси этой оболочки, и соединительные провода 24 одинаковой длины, которые связывают каждый из эмиттеров 22 с измерительным устройством (непоказанным), размещенным на измерительном посту 15. Устройство 16 содержит, кроме того, компенсирующий провод (непоказанный), расположенный аналогично соединительным проводам 24 в кольцевом пространстве, которое отделяет эмиттеры 22 от оболочки 18. Как и раньше, компенсирующий провод изготовлен из того же самого электропроводного материала, что и соединительные провода 24, и имеет аналогичное поперечное сечение, а также длину, равную длине каждого из соединительных проводов 24, увеличенной на длину эмиттера 22.

Вариант осуществления, показанный на фиг. 6, отличается от варианта, показанного на фиг. 4 и 5, в основном, тем, что устройство 16 для ярусного обнаружения дополнительно содержит трубчатые коллекторы 28, которые соосно окружают каждый из эмиттеров 22 и в то же время отделены от последних, а также от оболочки 18 электроизоляционным материалом 27. Каждый из коллекторов 28 имеет длину, по существу, равную той, которую имеет эмиттер 22, окружаемый им. Один изолированный провод 30 соединяет вместе все коллекторы 28, а его дальний конец подключен к измерительному устройству (непоказанному), размещенному на измерительном посту 15. В этом случае, когда устройство подвергается воздействию нейтронного потока, измеряют электрический ток, протекающий между каждым из эмиттеров 22 и коллектором 28, который соответствует ему. Необходимо отметить, что суммарная длина коллектора 28 и изолированного провода 30, по существу, равна длине компенсирующего провода (непоказанного).

В вариантах осуществления, только что последовательно описанных со ссылками на фиг. 2-6, каждый из эмиттеров 22 имеет конструкцию, которая теперь будет описана со ссылкой на фиг. 7.

Как показано на фиг. 7, каждый эмиттер 22 содержит, в основном, активную часть 32, цилиндрическую по форме, выполненную из материала, способного испускать электроны при помещении его в нейтронный поток. Этим материалом может быть преимущественно кобальт-59. Активная часть 32 помещена в отдельный трубчатый защитный чехол 34, закрытый на торцах заглушками 36.

Активная часть 32 эмиттера 22, как предложено в этом случае, может быть выполнена в виде стержня, набора шариков, порошка или пучка одножильных или многожильных волокон, помещенных в защитный чехол 34.

Защитный чехол 34 и заглушки 36 выполнены из электропроводного материала того же самого вида, что и наружная оболочка 18, например, из нержавеющей стали. Конструкция выполнена таким образом, что между активной частью 32, защитным чехлом 34 и заглушками 36 обеспечивается электрический контакт.

Одна из функций защитного чехла 34 заключается в обеспечении механической прочности активной части 32, а преимущественно в предотвращении в случае аварии рассеяния облученного кобальта после нахождения в активной зоне.

Кроме этого, еще одна функция защитного чехла 34 заключается в ускорении процесса измерений устройством путем частичного или полного поглощения замедленной среды или электронов низкой энергии, освобождаемых из активной части 32 эмиттера под действием первой вторичной реакции (γ, e^-) и второй вторичной реакции (n, β^-).

Это функциональное значение защитного чехла 34 также является результатом создания в нем задержанного положительного тока, который в точке, где находится эмиттер, компенсирует задержанный отрицательный ток, обусловленный дезактивацией оболочки 18 устройства и трубопровода 14 для регистрирующего детектора.

Различные функции, выполняемые защитным чехлом 34, связаны с увеличением его толщины. Однако при условии, что суммарный диаметр эмиттера 22 не должен превышать приблизительно 2 мм, чтобы устройство можно было вводить в существующие каналы для регистрирующих детекторов, толщина защитного чехла 34 также должна быть достаточно малой, чтобы не влиять на активную часть 32, эффективность которой возрастает с увеличением ее диаметра. Удовлетворительный компромисс достигается, когда защитный чехол имеет толщину примерно 0,1 мм.

Как показано на фиг. 7, защитный чехол выходит за пределы каждого из концов активной части 32 настолько, что он окружает заглушки 36. Последние прикреплены к защитному чехлу 34 с помощью любого средства, обеспечивающего хорошую механическую прочность и хороший электрический контакт, но преимущественно посредством сварки, пайки или опрессовки.

Аналогично защитному чехлу 34 заглушки 36 осуществляют механическое удержание активной части 32 и имеют функциональное значение. Более конкретно, поскольку толщина защитного чехла 34 относительно мала, его значение в компенсации задержанных токов соответственно ограничено. Поэтому наличие заглушек 36 делает возможным внести добавку в компенсацию задержанных электрических токов.

Необходимо отметить, что соединительные провода 24 присоединены к концам эмиттеров 22 путем приваривания к наконечникам 38, вытянутым по оси от заглушек 36.

Предпочтительно, защитный чехол покрыт снаружи слоем электропроводного материала 40, способного поглощать некоторое количество гамма-лучей низкой энергии. Более конкретно, гамма-лучи возникают в результате более или менее медленного распада продуктов деления и продуктов активации в активной зоне реактора. Вследствие первой вторичной реакции (γ, e^-) они обычно создают в активной части 32 эмиттера 22 задержанный электрический ток, при этом известно, что приблизительно 30% гамма-лучей, приходящих из активной зоны, задерживаются.

Поэтому наличие слоя 40 делает возможным уменьшение чувствительности активной части 32 к гамма-лучам, приходящим из активной зоны ядерного реактора. Вследствие этого полученные измерения являются более быстрыми и более избирательными, что способствует применению устройства 16, заявленного в изобретении, для контроля и для защиты ядерного реактора, благодаря уменьшению времени реакции устройства на изменения энергии.

Слой 40 также имеет значение для регулирования износостойкости кобальта-59, из которого образована активная часть 32.

Более конкретно, каждый захват нейтрона атомом кобальта-59 в активной части 32 приводит к преобразованию этого атома с образованием кобальта-60. Поэтому постепенно активная часть эмиттера включает в себя все меньше и меньше кобальта-59 и в меньшей степени способна захватывать другие нейтроны. Следовательно, это указывает на то, что кобальт, из которого образована активная часть 32, утратил свои первоначальные свойства. Эта утрата приводит со временем к изменению доли задержанного электрического тока, обусловленного первой вторичной реакцией (γ, e^-) и сопоставимого с суммарным электрическим током, созданным детектором. Слой 40 позволяет разрешить эту проблему путем исключения части электрического тока, которая не является следствием основной реакции (n, γ), (γ, e^-).

Слой 40 выполнен из материала, который механически, термически и химически устойчив в своей окружающей среде. Кроме того, этот материал должен быть хорошим электрическим проводником и должен быть электрически соединен с активной частью 32 эмиттера 22 с помощью защитного чехла 34. Кроме того, слой 40 должен иметь небольшую чувствительность к активации нейтронами, чтобы не вносить какого-либо задержанного ложного эффекта. Поэтому атомное число материала, использованного для выполнения слоя 40, выше, чем атомное число материала, использованного для выполнения защитного чехла 34. Слой 40 может быть выполнен преимущественно из циркония при толщине приблизительно 17 мкм или может быть выполнен из циркония или молибдена при толщине, составляющей примерно несколько десятков микрометров.

Слой 40 можно получить путем вакуумного осаждения или с помощью провода, намотанного в виде соприкасающихся витков, или с помощью металлической полоски, покрывающей защитный чехол 34.

Участок каждого из соединительных проводов 24, находящийся в активной зоне реактора, обуславливает появление вихревого тока, который, в основном, является следствием поля гамма-излучения, приходящего из активной зоны реактора, и в меньшей степени следствием помех, возникающих на участке каждого из соединительных проводов, находящихся за пределами активной зоны.

Известно, что для компенсации помехи, обусловленной соединительным проводом одного эмиттера, в существующий перемещаемый детектор можно поместить компенсирующий провод, идентичный этому соединительному проводу и той же самой длины, и который проходит параллельно ему. Этот компенсирующий провод создает электрический ток, идентичный электрическому току, который поступает от соединительного провода эмиттера. Поэтому путем вычитания двух сигналов можно избавиться от вихревого тока, созданного соединительным проводом.

Однако использование, как заявлено в изобретении, нескольких эмиттеров, распределенных по длине устройства, естественно, приводит к применению соединительных проводов различной длины для разных эмиттеров. В этих обстоятельствах один компенсирующий провод должен быть связан с каждым эмиттером, что быстро приводит к неприемлемому увеличению диаметра устройства, когда число эмиттеров возрастает.

В предлагаемом изобретении эта проблема разрешена путем искусственного продолжения соединительных проводов 24, связанных с каждым из эмиттеров 22, вследствие чего каждый из этих проводов имеет, по существу, одну и ту же длину, как это описано выше со ссылкой на фиг. 2. Вследствие этого вихревые токи, созданные соединительными проводами эмиттеров, являются, в принципе, равными, при этом компенсация этих токов может быть достигнута с помощью одного компенсирующего провода, как это описано выше.

Однако, если доступный объем внутри оболочки 18 позволяет, можно добавить один или несколько дополнительных компенсирующих проводов к проводу 26. Это позволяет усреднить значения компенсирующего тока и, следовательно, повысить точность измерений. В случае случайного обрыва одного из компенсирующих проводов можно продолжить измерения.

Теперь со ссылкой на фиг. 8 будет описан еще один вариант осуществления изобретения, согласно которому устройство 16 для обнаружения в соответствии с предлагаемым изобретением содержит, как и ранее, трубчатую наружную оболочку 18, закрытую на своем переднем торце головкой (непоказанной). Однако, вместо некоторого числа эмиттеров, как в вариантах осуществления, описанных ранее, в этом случае оболочка 18 содержит только один эмиттер 22, который вытянут по всей высоте активной зоны 12 реактора. Поэтому, чтобы обеспечить возможность введения устройства 16 в трубопровод 14 для регистрирующего детектора, единственный эмиттер 22 имеет, как и оболочка 18, определенную податливость или гибкость.

Более конкретно, единственный эмиттер 22 состоит из одного трубчатого защитного чехла 34, в котором размещены один за другим несколько активных частей 32, расположенных на расстоянии друг от друга и распределенных по всей высоте активной зоны. Последовательные активные части 32 разделены либо одной прокладкой 41, изготовленной из того же самого материала, что и защитный чехол 34, и выполняющей те же самые функции, что и заглушки 36 на фиг. 7, либо распорной деталью 42, выполненной из электроизоляционного материала и расположенной между двумя распорными деталями 44, выполненными из электропроводного материала, который идентичен материалу, образующему защитный чехол 34. В последнем случае распорные детали 44 сами выполняют те же самые функции, что и заглушки 36 на фиг. 7.

Как и в случае, когда устройство содержит несколько отдельных эмиттеров, защитный чехол 34 покрыт слоем (непоказанным), сопоставимым со слоем 40 на фиг. 6.

Единственный эмиттер 22 помещен внутрь электрически изолированной оболочки 46, а вокруг него расположены трубчатые коллекторы 28. Каждый из коллекторов 28 окружает одну из активных частей 32 и имеет по сравнению с ней несколько большую длину. Коллекторы 28 выполняют функцию, аналогичную функции коллекторов 28, показанных на фиг. 6. Однако, поскольку в этом случае устройство содержит единственный эмиттер 22, необходимость измерений электрического тока на различных уровнях в активной зоне реактора обуславливает раздельное подключение каждого из коллекторов 28 к измерительному устройству (непоказанному) с помощью электрически изолированных соединительных проводов 24, которые проходят между оболочкой 18 и коллекторами 28. Чтобы упростить картину, только один из этих соединительных проводов 24 представлен на фиг. 8.

По той же причине, что и ранее, каждый из соединительных проводов 24 продолжен за пределы соответствующего коллектора, вследствие чего все соединительные провода имеют, по существу, одинаковую длину. Здесь также можно осуществить компенсацию вихревого тока, создаваемого соединительными проводами, с помощью одного компенсирующего провода 26, а может быть, двух, трех, если позволяют размеры.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, вместо образования двух участков соединительного провода 24, приваренных к концам коллектора, каждый соединительный провод 24 можно пропустить между этим коллектором и электрически изолированной оболочкой 46. При этом зачищают часть соединительного провода, находящуюся между коллектором 28 и изолированной оболочкой 46, чтобы тем самым обеспечить электрическое соединение посредством контакта между соединительным проводом и соответствующим коллектором. Этот контакт можно получить преимущественно путем обжатия оболочки 18, например, с помощью проковки.

Формула изобретения

1. Устройство для ярусного обнаружения нейтронного потока по всей высоте активной зоны ядерного реактора, содержащее трубчатую наружную оболочку, обеспечивающую ввод в канал регистрирующего детектора, множество идентичных активных элементов, расположенных один за другим в оболочке, при этом каждый активный элемент выполнен из одного и того же материала, способного испускать электроны при помещении в нейтронный поток, электрически изолированные соединительные провода, помещенные в оболочку, для направления к одному концу устройства электрического тока, созданного каждым активным элементом, и, по меньшей мере, один электрически изолированный компенсирующий провод, помещенный в оболочку и соединенный с указанным концом устройства, в котором все соединительные провода и компенсирующие провода выполнены из одинакового материала того же самого вида, что и оболочка, ориентированы, по существу, параллельно продольной оси оболочки и имеют одно и то же поперечное сечение и одну и ту же длину в пределах длины активного элемента.

2. Устройство по п. 1, в котором, за исключением соединительного провода, присоединенного к активному элементу, ближайшему ко второму, закрытому торцу оболочки, все соединительные провода имеют участок расширения, присоединенный к активному элементу и вытянутый по направлению ко второму, закрытому торцу оболочки.

3. Устройство по п. 2, в котором каждый соединительный провод и его участок расширения присоединены к разным концам активного элемента.

4. Устройство по п. 3, в котором компенсирующий провод расположен, по существу, по направлению оси оболочки, при этом активные элементы и соединительные провода распределены вокруг компенсирующего провода.

5. Устройство по п. 3, в котором активные элементы расположены, по существу, по направлению продольной оси оболочки, при этом соединительные провода и компенсирующий провод распределены вокруг этих активных элементов.

6. Устройство по п. 3, в котором оболочка выполнена из электропроводного материала, а электроизоляционный материал помещен в оболочку, с одной стороны, вокруг активных элементов и соединительных проводов и, с другой стороны, вокруг компенсирующего провода.

7. Устройство по п. 3, в котором каждый активный элемент окружен коллектором и отделен от последнего электроизоляционным материалом, при этом один изолированный провод соединяет друг с другом все коллекторы до первого конца устройства, суммарная длина коллектора и изолированного провода, по существу, равна длине компенсирующего провода.

8. Устройство по п. 3, в котором каждый активный элемент помещен в защитный чехол, закрытый на его торцах заглушками, к которым присоединены соединительные провода и их участки расширения, при этом защитный чехол и заглушки выполнены из одинакового электропроводного материала.

9. Устройство по п. 8, в котором защитные чехлы, заглушки и провода выполнены из того же самого материала, что и наружная оболочка.

10. Устройство по п. 2, в котором каждый активный элемент окружен коллектором и отделен от последнего электроизоляционным материалом, при этом каждый соединительный провод и каждый участок расширения присоединены к разным концам коллектора, все активные элементы помещены в защитный чехол, выполненный из электроизоляционного материала.

11. Устройство по п. 10, в котором активные элементы разделены распорными деталями внутри защитного чехла.

12. Устройство по п. 11, в котором два последовательных активных элемента разделены распорной деталью, выполненной из электропроводного материала.

13. Устройство по п. 11, в котором два последовательных активных элемента разделены распорной деталью, выполненной из электропроводного материала и помещенной между двумя распорными деталями из электропроводного материала.

14. Устройство по п. 10, в котором защитный чехол и распорные детали, выполненные из электропроводного материала, изготовлены из того же самого материала, что и наружная оболочка.

15. Устройство по п. 8, в котором защитный чехол покрыт слоем электропроводного материала, способного поглощать гамма-лучи низкой энергии.

16. Устройство по п. 15, в котором материал, способный поглощать гамма-лучи, имеет более высокое атомное число, чем электропроводный материал, использованный для защитного чехла.

17. Устройство по п. 16, в котором материал, способный поглощать гамма-лучи, выбран из группы, содержащей цирконий, молибден и ниобий.

18. Устройство по п. 15, в котором указанный слой выполнен в виде, выбранном из группы, содержащей вакуумное осаждение, намотанный провод и обшивочный лист.

19. Устройство по п. 1, в котором каждый активный элемент содержит кобальт-59.

20. Устройство по п. 1, в котором каждый активный элемент выполнен из материала в виде, выбранном из группы, содержащей стержень, набор шариков, порошок, пучок одножильных волокон и пучок многожильных волокон.

21. Устройство по п. 1, в котором компенсирующий провод и соединительные провода выполнены в виде, выбранном из группы, содержащей одну жилу, несколько скрученных жил из одинакового материала или несколько скрученных жил из различных материалов.

22. Устройство по п. 1, в котором компенсирующий провод и соединительные провода изолированы материалом, выбранным из группы, содержащей кремнеземную оплетку, глиноземное покрытие, магнезиевое покрытие и кремнеземное покрытие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.09.2004

Извещение опубликовано: 20.04.2006        БИ: 11/2006

---