Способ градуировки канала измерения плотности нейтронного потока в ядерном реакторе в абсолютных единицах мощности
Владельцы патента RU 2312374:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") (RU)
Предложенное изобретение относится к области измерительной техники и касается вопросов градуировки каналов измерения плотности нейтронного потока в ядерном реакторе в абсолютных единицах мощности, а также проверки правильности работы каналов контроля за безопасным состоянием ядерной энергетической установки. Задачей изобретения является расширение диапазона градуировки каналов измерения плотности нейтронного потока в абсолютных единицах мощности. Способ градуировки канала измерения плотности нейтронного потока в ядерном реакторе в абсолютных единицах мощности заключается в том, что первоначально определяют максимальный диапазон линейности канала измерения плотности нейтронного потока, в котором производят градуировку, для чего в ядерный реактор, находящийся в подкритическом или критическом состоянии, вводят положительное ступенчатое изменение реактивности, переводящее ядерный реактор в надкритическое состояние с непрерывно увеличивающейся мощностью, и осуществляют при этом измерение и запись величин плотности нейтронного потока и средней температуры ядерного реактора, после этого, используя полученные результаты и нестационарные уравнения кинетики ядерного реактора, рассчитывают изменение реактивности во времени с учетом поправки на температурный эффект реактивности, и максимальный диапазон линейности измерения плотности нейтронного потока устанавливают по постоянству в этом диапазоне расчетной реактивности с учетом поправки на температурный эффект, затем при одном значении плотности нейтронного потока, лежащем в указанном линейном диапазоне, производят измерение абсолютной мощности реактора методом активации фольг или калориметрическим методом.
Изобретение относится к области измерительной техники и касается вопросов градуировки каналов измерения плотности нейтронного потока в ядерном реакторе в абсолютных единицах мощности, а также проверки правильности работы каналов контроля за безопасным состоянием ядерной энергетической установки (ЯЭУ), принцип действия которых основан на измерении плотности нейтронного потока.
Известен способ градуировки канала измерения плотности нейтронного потока в ядерном реакторе в абсолютных единицах мощности (М.А.Шульц, "Регулирование энергетических ядерных реакторов". М., Издательство иностранной литературы, 1957 г.) - прототип.
Согласно этому способу осуществляют измерение мощности реактора методом активации фольг, используемым на малых уровнях мощности, и калориметрическим методом, применяемым на больших уровнях мощности.
Однако упомянутый выше способ позволяет провести измерение мощности реактора в абсолютных единицах только в ограниченном диапазоне, составляющем около порядка изменения его величины. Это обусловлено следующими факторами.
Измерение мощности реактора активации фольг заключается в определении среднего потока нейтронов путем облучения калиброванных фольг, устанавливаемых в разных местах активной зоны, измерении наведенной активности с последующим пересчетом на величину плотности нейтронного потока, дальнейшим усреднением ее по объему активной зоны и расчетом энерговыделения. Этот способ легче всего проводить на малых уровнях мощности, когда уровни радиоактивного излучения будут достаточно низкими и ко всем участкам активной зоны можно обеспечить безопасный доступ.
Калориметрический способ измерения мощности реактора основан на измерении теплофизических параметров теплоносителя, проходящего через активную зону реактора, или теплофизических параметров питательной воды и пара в парогенерирующих установках и используется на больших уровнях мощности, когда возможно обеспечить необходимую точность измерения теплофизических параметров теплоносителя и пара (расходов, давления и температур).
Следует отметить, что каналы измерения плотности нейтронного потока в энергетических реакторах, обычно использующие ионизационные камеры, позволяют производить измерения его изменения в диапазоне 6-8 порядков. Таким образом, несколько порядков изменения плотности нейтронного потока в среднем диапазоне изменения плотности нейтронного потока остаются недоступными для градуировки. А экстраполяция результатов калибровки на несколько порядков изменения плотности нейтронного потока требует серьезного обоснования линейности канала измерения. Следует отметить также, что вышеприведенные способы достаточно трудоемки, так как их необходимо проводить на нескольких уровнях мощности.
Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона градуировки каналов измерения плотности нейтронного потока в абсолютных единицах мощности с целью повышения безопасности эксплуатации ядерных энергетических установок.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе градуировки канала измерения плотности нейтронного потока в ядерном реакторе в абсолютных единицах мощности для расширения диапазона градуировки первоначально определяют максимальный диапазон линейности канала измерения плотности нейтронного потока, в котором производят градуировку, для чего в ядерный реактор, находящийся в подкритическом или критическом состоянии, вводят положительное ступенчатое изменение реактивности, переводящее ядерный реактор в надкритическое состояние с непрерывно увеличивающейся мощностью, и осуществляют при этом измерение и запись величин плотности нейтронного потока и средней температуры ядерного реактора, после этого, используя полученные результаты и нестационарные уравнения кинетики ядерного реактора, рассчитывают изменение реактивности во времени с учетом поправки на температурный эффект реактивности по формуле:
ρ0(t)=ρ(t)+α(t)·(T(t)-T0),
где
t - время;
T(t) - средняя температура ядерного реактора;
Т0 - средняя температура ядерного реактора в момент введения положительного скачка реактивности;
α(t) - температурный коэффициент реактивности;
ρ(t) - расчетное изменение реактивности во времени;
ρ0(t) - расчетное изменение реактивности во времени с учетом поправки на температурный эффект,
и максимальный диапазон линейности измерения плотности нейтронного потока устанавливают по постоянству в этом диапазоне расчетной реактивности с учетом поправки на температурный эффект, затем при одном значении плотности нейтронного потока, лежащем в указанном линейном диапазоне, производят измерение абсолютной мощности реактора методом активации фольг или калориметрическим методом.
Поскольку абсолютная мощность реактора N всегда пропорциональна плотности нейтронного потока n («Краткий справочник инженера физика», Госатомиздат, Москва, 1961 г.), то если определен максимальный диапазон линейности показаний канала измерения плотности нейтронного потока n, то можно записать для этого диапазона N=а·n, где а - коэффициент пропорциональности. Линейный закон имеет именно такой вид, так как при значении плотности нейтронного потока n=0 не происходит деления ядер топлива и соответственно мощность реактора N также равна нулю, таким образом, одна точка градуировочной прямой априорно известна. Тогда, если при каком либо значении плотности нейтронного потока n0 определена с необходимой точностью абсолютная мощность реактора N0, то при значении показаний канала измерения плотности нейтронного потока n1, лежащем в указанном линейном диапазоне, абсолютная мощность реактора N1, как легко показать, будет равна:
N1=N0·(n1/n0).
Следовательно, абсолютную мощность реактора, лежащую в линейном диапазоне канала измерения плотности нейтронного потока, можно определить по одному значению абсолютной мощности, измеренному при одном значении плотности нейтронного потока, и нет необходимости проводить градуировочные измерения при других значениях плотности нейтронного потока.
Известно, что если в реактор, находящийся в критическом состоянии, ввести ступенчатое увеличение реактивности, то после первоначального возрастания мощности, обусловленного, главным образом, мгновенными нейтронами, устанавливается экспоненциальный рост мощности реактора с установившимся периодом (М.А.Шульц, «Регулирование энергетических ядерных реакторов». М., Издательство иностранной литературы, 1957 г.), определяющимся запаздывающими нейтронами и в конечном итоге введенным ступенчатым изменением реактивности. Если по результатам измерения плотности нейтронного потока вычислить изменение реактивность во времени и она окажется в каком-то диапазоне изменения плотности нейтронного потока постоянной величиной, это означает, что в этом диапазоне измеренное значение плотности нейтронного потока пропорционально мощности реактора. То есть канал измерения в этом диапазоне линеен.
При приближении реактора к энергетическим уровня мощности из-за изменения средней температуры реактора значения реактивности могут измениться вследствие температурного эффекта, поэтому необходимо ввести соответствующую поправку в расчетное значение реактивности по вышеприведенной формуле.
Способ градуировки канала измерения плотности нейтронного потока в ядерном реакторе в абсолютных единицах мощности, включающий измерение мощности реактора методом активации фольг на малых уровнях мощности или калориметрическим методом на больших уровнях мощности, отличающийся тем, что для расширения диапазона градуировки первоначально определяют максимальный диапазон линейности канала измерения плотности нейтронного потока, в котором производят градуировку, для чего в ядерный реактор, находящийся в подкритическом или критическом состоянии, вводят положительное ступенчатое изменение реактивности, переводящее ядерный реактор в надкритическое состояние с непрерывно увеличивающейся мощностью, и осуществляют при этом измерение и запись величин плотности нейтронного потока и средней температуры ядерного реактора, после этого, используя полученные результаты и нестационарные уравнения кинетики ядерного реактора, рассчитывают изменение реактивности во времени с учетом поправки на температурный эффект реактивности по формуле
ρ0(t)=ρ(t)+α(t)·(T(t)-T0),
где t - время;
T(t) - средняя температура ядерного реактора;
Т0 - средняя температура ядерного реактора в момент введения положительного скачка реактивности;
α(t) - температурный коэффициент реактивности;
ρ(t) - расчетное изменение реактивности во времени;
ρ0(t) - расчетное изменение реактивности во времени с учетом поправки на температурный эффект,
и максимальный диапазон линейности измерения плотности нейтронного потока устанавливают по постоянству в этом диапазоне расчетной реактивности с учетом поправки на температурный эффект, затем при одном значении плотности нейтронного потока, лежащем в указанном линейном диапазоне, производят измерение абсолютной мощности реактора методом активации фольг или калориметрическим методом.
