Способ контроля наличия инородных примесей в теплоносителе ядерного реактора и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: в диапазонах частот менее 50 Гц и от 100 до 5000 Гц измеряют импульсы нейтронного потока и сравнивают моменты их появления во времени. Определяют характер измерения реактивности во времени от начала ее появления до момента исчезновения и сравнивают с характером изменения реактивности по высоте активной зоны, рассчитанные предварительно. По этим данным определяют радиус активной зоны, на котором расположена тепловыделяющая сборка, через которую прошла примесь. Дополнительно измеряют расход теплоносителя через активную зону, и, с учетом величины дросселирования проходного сечения каждой тепловыделяющей сборки на данном радиусе, определяют расход теплоносителя через каждую тепловыделяющую сборку данного радиуса. Затем определяют скорость прохождения примеси и по совпадению величин скоростей определяют местоположение тепловыделяющей сборки, через которую прошла примесь. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения места расположения в активной зоне быстрого реактора тепловыделяющей сборки (ТВС), через которую прошла инородная примесь, попавшая в теплоноситель.

Попадание инородных примесей с теплоносителем в тепловыделяющую сборку может привести к снижению теплосъема и, как следствие, к перегреву оболочки твэлов. Такой перегрев снижает ресурс работы тепловыделяющей сборки и в некоторых случаях может привести к разгерметизации или плавлению твэлов. Поэтому в случае обнаружения факта попадания инородных примесей в активную зону требуется ревизия тепловыделяющих сборок, через которые прошла эта примесь, на предмет возможности их дальнейшей эксплуатации.

Известен способ, по которому содержание примесей в теплоносителе контролируют по выпаданию осадка при пониженных температурах [1] Недостатком этого способа является то, что он требует отбора пробы теплоносителя на выходе каждой тепловыделяющей сборки.

Известно устройство, содержащее охлаждаемую диафрагму и канал измерения величины расхода, которое по зависимости величины расхода от температуры диафрагмы определяет количество примеси в теплоносителе [1] Недостатком данного устройство является то, что оно для целей идентификации наличия примесей в каждой тепловыделяющей сборке требует отбора пробы теплоносителя на выходе каждой сборки и, кроме того, обладает большой инерционностью из-за необходимости изменения температуры диафрагмы.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля, по которому измеряют импульсы нейтронного потока в диапазоне частот менее 50 Гц и в диапазоне частот от 100 до 5000 Гц, сравнивают моменты появления этих импульсов, фиксируют количество данных импульсов, время прохождения каждого импульса, знак первоначально внесенной реактивности и характер изменения реактивности во времени от начала ее появления до момент ее исчезновения и по данным параметрам определяют место дефекта, с точностью до радиуса расположения тепловыделяющей сборки с негерметичным по газу твэлом [2] Однако этот способ не позволяет определить район расположения сборки на данном радиусе. Указанный недостаток определяется тем, что в данном способе не учитывается скорость прохождения примеси через сборку.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее детектор нейтронов, измеритель сигнала, низкочастотный и высокочастотный полосовые фильтры, элемент НЕ, схему И и индикатор. При появлении низкочастотного сигнала и отсутствии высокочастотного сигнала устройство сигнализирует о наличии в теплоносителе инородных примесей.

Однако данное устройство не позволяет определить местонахождение тепловыделяющей сборки, через которую прошла инородная примесь, попавшая в теплоноситель ядерного реактора.

Целью изобретения является повышение информативности, за счет чего достигается более точное определение района расположения тепловыделяющей сборки, через которую прошла примесь.

Для этого в способе контроля, включающем измерения импульсов нейтронного потока в диапазоне частот менее 50 Гц и в диапазоне частот от 100 до 5000 Гц, сравнение моментов их появления во времени и определение наличия инородных примесей в теплоносителе, фиксацию характера изменения реактивности во времени от начала ее появления до момента ее исчезновения и определение по результатам сравнения его с характером изменения реактивности по высоте активной зоны, рассчитанным предварительно, радиуса, где расположена тепловыделяющая сборка, через которую прошла примесь, дополнительно измеряют расход теплоносителя через активную зону и, учитывая величины дросселирования проходного сечения каждой тепловыделяющей сборки, определяют расход теплоносителя через каждую тепловыделяющую сборку, расположенную на данном радиусе, задают не менее двух базовых точек на фиксируемой временной траектории реактивности и измеряют длительность временного интервала между этими точками, по совпадающим временной и аксиальной формам распределений реактивностей определяют скорость прохождения примеси через тепловыделяющую сборку, сравнивают полученные значения с найденными скоростями прокачки теплоносителя и по совпадению величин скоростей определяют области возможного нахождения тепловыделяющей сборки, через которую прошла примесь, попавшая в теплоноситель.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее детектор нейтронов, измеритель сигнала, вход которого соединен с выходом детектора нейтронов, и низкочастотный полосовой фильтр, дополнительно вводятся реактиметр, два ключа, запоминающее устройство, таймер и селектор экстремальных и нулевых значений, вход которого соединен с выходом низкочастотного полосового фильтра, а выход с первым управляющим входом запоминающего устройства и входом таймера, причем вход реактиметра соединен с выходом измерителя сигнала, сигнальный вход первого ключа соединен с выходом реактиметра, вход низкочастотного полосового фильтра соединен с выходом первого ключа, сигнальный вход запоминающего устройства соединен с выходом низкочастотного полосового фильтра, сигнальный вход второго ключа соединен с выходом таймера, второй управляющий вход запоминающего устройства соединен с выходом второго ключа, а управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа соединены вместе и являются управляющим входом устройства.

Способ контроля наличия инородных примесей в теплоносителе ядерного реактора осуществляется следующим образом. Измеряют величину нейтронного потока в области высоких (100-5000 Гц) и в области низких (менее 50 Гц) частот. При появлении в области высоких частот сигналов их принимают за показатель кипения теплоносителя или газовой негерметичности твэл и в этом случае появление сигналов в области низких частот не принимают во внимание. При появлении же сигнала в области низких частот (менее 50 Гц), в случае отсутствия сигналов в области высоких частот, измеряют изменения нейтронного потока во времени и согласно уравнениям кинетики переводят эти величины в значения реактивности. Полученные величины реактивности фиксируют в порядке их измерения во времени. Сравнивают зафиксированное распределение величин реактивности с предварительно рассчитанной ее аксиальной зависимостью на всех возможных радиусах расположения тепловыделяющей сборки в активной зоне. По форме и знаку распределений добиваются совпадения сравниваемых распределений. По совпадению распределений определяют радиус размещения тепловыделяющей сборки, а по отношению линейного масштаба к временному определяют скорость прохождения примеси. Затем по измеренному ранее расходу теплоносителя через активную зону и по известным величинам дросселирования расхода через различные тепловыделяющие сборки определяют или, если имеются встроенные в сборки расходометры, измеряют скорость прокачки теплоносителя через каждую сборку, расположенную на найденном выше радиусе. Сравнивают полученные скорости прокачки теплоносителя с определенной выше скоростью прохождения примеси и по равенству скоростей определяют местоположение тепловыделяю- щей сборки, через которую прошла эта примесь.

Положительный эффект при осуществлении данного способа достигается за счет того, что на одном и том же радиусе располагаются тепловыделяющие сборки, расход теплоносителя через которые различен. В его основе лежит измерение распределения эффективности натрия (замещаемого примесью) в месте прохождения примеси.

На фиг. 1 приведены аксиальные распределения эффективности натрия (для 1 см³ натрия) для различных по радиусу тепловыделяющих сборок (видна техническая осуществимость данного способа); на фиг. 2 показано устройство, позволяющее измерить время прохождения примесью таких характерных точек, как точки расположения экстремальных и нулевых значений эффективности распределения теплоносителя.

Устройство для контроля инородных примесей в теплоносителе ядерного реактора содержит детектор 1 нейтронов, измеритель 2 сигнала, вход которого подключен к выходу детектора 1 нейтронов, реактиметр 3, вход которого подключен к выходу измерителя 2 сигнала, первый ключ 4, сигнальный вход которого подключен к выходу реактиметра 3, низкочастотный полосовой фильтр 5, вход которого подключен к выходу первого ключа 4, селектор 6 экстремальных и нулевых значений, вход которого подключен к выходу низкочастотного полосового фильтра 5, таймер 7, вход которого подключен к выходу селектора 6 экстремальных и нулевых значений, второй ключ 8, сигнальный вход которого подключен к выходу таймера 7, и запоминающее устройство 9, сигнальный вход которого подключен к выходу низкочастотного полосового фильтра 5, первый управляющий вход подключен к выходу селектора 6 экстремальных и нулевых значений, а второй управляющий вход подключен к выходу второго ключа 8, причем управляющий вход первого ключа 4 и управляющий вход второго ключа 8 соединены вместе и являются управляющим входом устройства.

Первый ключ 4 и второй ключ 8 предназначены для отключения устройства и сохранения информации о параметрах, характеризующих прохождение примеси через активную зону.

Таймер 7 предназначен для подготовки устройства к восприятию информации после прихода ложного сигнала.

Селектор 6 экстремальных и нулевых значений предназначен для формирования импульсов управления в моменты достижения величины сигнала, поступающего с выхода низкочастотного полосового фильтра 5, своих экстремальных и нулевых значений и содержит, например, квадратичный детектор 10, вход которого является входом селектора 6 экстремальных и нулевых значений, инвертор 11, вход которого подключен к выходу квадратичного детектора 10, коммутатор 12, первый сигнальный вход которого подключен к выходу квадратичного детектора 10, а второй сигнальный вход подключен к выходу инвертора 11, амплитудный детектор 13, сигнальный вход которого подключен к выходу коммутатора 12, и компаратор 14, первый вход которого подключен к выходу амплитудного детектора 13, второй вход подключен к выходу коммутатора 12, а выход является выходом селектора 6 экстремальных и нулевых значений, причем управляющий вход коммутатора 12 и управляющий вход амплитудного детектора 13 подключены к выходу компаратора 14.

Запоминающее устройство 9 предназначено для запоминания значений экстремальных и нулевых величин сигнала, поступающего с выхода низкочастотного полосового фильтра 5, и интервалов времени между этими значениями и содержит, например, коммутатор 15, первый вход которого является сигнальным входом запоминающего устройства 9, а второй вход первым управляющим входом запоминающего устройства 9, блок 16 динамических запоминающих устройств, содержащий не менее двух динамических запоминающих устройств, входы которых подключены к выходам коммутатора 15, и блок 17 измерителей временных интервалов, содержащий не менее одного измерителя временных интервалов, управляющие входы которых, производящие запуск (перезапуск), соединены вместе и присоединены к выходу коммутатора 15, а управляющие входы, производящие останов отсчета времени, присоединены к выходам коммутатора 15 по отдельности, причем первый управляющий вход коммутатора 15 присоединен к второму входу коммутатора 15, а второй управляющий вход коммутатора 15 является вторым управляющим входом запоминающего устройства 9.

Алгоритм функционирования селектора 6 экстремальных и нулевых значений состоит в следующем. Сигнал, поступающий с выхода низкочастотного полосового фильтра 5, в общем случае произвольной формы (см. пример на фиг. 3), детектируется квадратичным детектором 10 и подается на первый сигнальный вход коммутатора 12 и на вход инвертоpа 11. Инвертором 11 сигнал инвертируется и подается на второй сигнальный вход коммутатора 12. Таким образом на сигнальных входах коммутатора 12 имеются прямой и инвертированный однополярные сигналы. Коммутатор 12, который может быть выполнен, например, как реле, управляемое триггером со счетным входом, соединяет вход амплитудного детектора 13 с выходом инвертора 11 либо с выходом квадратичного детектора 10. Опорное напряжение амплитудного детектора 13 выбирается меньшим или равным минимально возможному напряжению на выходе инвертора 11. Компаратор 14 сравнивает величины напряжений на входе и на выходе амплитудного детектора 13 и выдает сигнал, если напряжение на выходе амплитудного детектора 13 становится больше величины напряжения на его входе. Этот сигнал переключает коммутатор 12 на другой вход и сбрасывает значение амплитуды амплитудного детектора 13 до опорного уровня, после чего величины на входе и выходе амплитудного детектора выравниваются и компаратор 14 приходит в первоначальное состояние и находится в нем до тех пор, пока напряжение на выходе амплитудного детектора 13 опять не станет больше напряжения на его входе. Таким образом компаратор 14 формирует управляющие импульсы на выходе селектора 6 экстремальных и нулевых значений. Работа блоков селектора 6 экстремальных и нулевых значений поясняется на фиг. 3. На фиг. 3 видно, что если в первоначальном состоянии амплитудной детектор 13 присоединен к выходу инвертора 11, то формируется дополнительный импульс, который может быть использован для получения дополнительной информации, а именно о времени начала обнаружения аномальной реактивности.

Алгоритм функционирования запоминающего устройства 9 состоит в следующем. До прихода сигнала коммутатор 15 обеспечивает подключение первого динамического запоминающего устройства из блока 16 динамических запоминающих устройств к выходу низкочастотного полосового фильтра 5 и управляющих входов измерителей временных интервалов из блока 17 измерителей временных интервалов с выходом селектора 6 экстремальных и нулевых значений. До тех пор, пока не придет сигнал с селектора 6 экстремальных и нулевых значений, динамическое запоминающее устройство из блока 16 динамических запоминающих устройств отслеживает уровень сигнала, поступающего с выхода низкочастотного полосового фильтра 5. В момент прихода первого импульса с выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений происходит запуск (перезапуск) измерителей временных интервалов из блока 17 измерителей временных интервалов на отсчет времени и перекоммутация входов в блоке динамических запоминающих устройств 16 и блоке 17 измерителей временных интервалов, причем вход первого динамического запоминающего устройства из блока 16 отключается от входа низкочастотного полосового фильтра 5, чем обеспечивается запоминание значения величины сигнала в момент прихода сигнала с выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений, вход второго динамического запоминающего устройства из блока 16 присоединяется к выходу низкочастотного полосового фильтра 5 и становится сигнальным входом запоминающего устройства 9, отключаются управляющие входы измерителей временных интервалов из блока 17 от выхода селектора 6 экстремальных значений, а к выходу селектора 6 экстремальных и нулевых значений подключается управляющий вход первого измерителя временных интервалов из блока 17 измерителей временных интервалов, который производит останов отсчета времени и становится первым управляющим входом запоминающего устройства 9. Все эти переключения производятся коммутатором 15 под действием импульса, поступающего с выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений на первый управляющий вход коммутатора 15.

С настоящего времени и до прихода следующего импульса с выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений динамическое запоминающее устройство из блока 16 отслеживает уровень сигнала, поступающего с выхода низкочастотного полосового фильтра 5. В момент прихода очередного импульса с выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений, этот импульс через второй вход коммутатора 15 подается на вход измерителя временных интервалов из блока 17 и производит останов отсчета времени данным измерителем временных интервалов. Кроме того, этот импульс производит переключение коммутатора 15. При этом происходит отключение ранее присоединенного динамического запоминающего устройства из блока 16 от низкочастотного полосового фильтра 5, чем обеспечивается запоминание величины сигнала на момент прекращения отсчета времени соответствующим измерителем временных интервалов из блока 17 измерителей временных интервалов, подключение входа следующего динамического запоминающего устройства из блока 16, который становится сигнальным входом запоминающего устройства 9, к выходу низкочастотного полосового фильтра 5, отключение входа управляющего остановом отсчета времени ранее присоединенного измерителя временных интервалов из блока 17 от выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений и подключение входа управляющего остановом отсчета времени следующего измерителя временных интервалов из блока 17, который становится первым управляющим входом запоминающего устройства 9, к выходу селектора 6 экстремальных и нулевых значений, после чего запоминающее устройство 9 продолжает работу в данном состоянии до прихода следующего сигнала с выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений и т.д.

В случае прихода управляющего сигнала на второй управляющий вход запоминающего устройства 9, он поступает на второй управляющий вход коммутатора 15, который под воздействием этого сигнала приводит все коммутации запоминающего устройства 9 в первоначальное состояние, подготавливая тем самым запоминающее устройство 9 к запоминанию новой информации.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в активной зоне примесей в теплоносителе детектор 1 нейтронов не фиксирует соответствующих изменений нейтронного потока, которые могут вызываться появлением или перемещением через активную зону примесей в теплоносителе. При этом сигналы не воздействуют на устройство и оно остается в режиме ожидания.

При появлении в активной зоне примеси в теплоносителе она вызывает изменение нейтронного потока, так как вносит соответствующую реактивность. Эти изменения нейтронного потока преобразуются детектором 1 нейтронов в колебания электрического тока или напряжения, затем измеритель 2 сигнала переводит их в вид, удобный для дальнейшей обработки реактиметром 3 (например, в напряжение, ток или частоту), преобразуется реактиметром 3 в величины реактивности, через первый ключ 4 подается на вход низкочастотного полосового фильтрa 5, где происходит фильтрация низких частот реактивности. Отфильтрованный сигнал анализируется на наличие в нем экстремальных и нулевых значений величины реактивности селектором 6 экстремальных и нулевых значений, который в момент достижения экстремального или нулевого значения выдает управляющий сигнал на первый управляющий вход запоминающего устройства 9 и на вход таймера 7. Под воздействием этого управляющего сигнала запоминающее устройство 9 начинает начало отсчета времени или фиксирует интервал времени от первого экстремального значения до текущего и запоминает соответствующую этому экстремуму величину реактивности. В то же время первый управляющий импульс, пришедший с выхода селектора 6 экстремальных и нулевых значений на вход таймера 7, запускает таймер 7 в работу, который через заданный период времени выдает управляющий импульс. Этот период задается из расчета максимального интервала времени прохода примеси через активную зону.

Устройство фиксирует полученную информацию только по сигналу о наличии в активной зоне инородной примеси в теплоносителе, попавшей в теплоноситель вне активной зоны. Этот сигнал может быть получен, например, от устройства-прототипа или от оператора. При этом на управляющий вход устройства поступает сигнал о наличии примеси, который, воздействуя на первый ключ 4, отключает вход низкочастотного полосового фильтра 5 от выхода реактиметра 3, обеспечивает сохранение накопленной информации в запоминающем устройстве 9, и, воздействуя на второй ключ 8, отключает второй управляющий вход запоминающего устройства 9 от выхода таймера 7, обеспечивая тем самым сохранение запоминающим устройством 9 достигнутого состояния.

В случае появления в активной зоне примеси в виде газа, выделяющегося из негерметичной по газу твэл, сигнал о наличии в теплоносителе инородной примеси, попавшей в теплоноситель вне активной зоны, не поступает на управляющий вход устройства и поэтому первый ключ 4 и второй ключ 8 остаются открытыми, подготавливая переход устройства в исходное состояние. По истечении заданного времени таймер 7 выдает управляющий импульс, который, пройдя через второй ключ 8, поступает на второй управляющий вход коммутатора 15 и возвращает его в исходное состояние, обеспечивая при этом подключение первого динамического запоминающего устройства из блока 16 к выходу низкочастотного полосового фильтра 5 и управляющих входов измерителей временных интервалов из блока 17, которые производят запуск (перезапуск), с выходом селектора 6 экстремальных и нулевых значений. В результате устройство снова готово к работе.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет определить области возможного нахождения тепловыделяющей сборки, через которую прошла примесь, попавшая в теплоноситель, и соответственно сократить время поиска этой сборки с целью инспекции ее на предмет возможности дальнейшей эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ контроля наличия инородных примесей в теплоносителе ядерного реактора, заключающийся в том, что измеряют импульсы нейтронного потока в диапазоне частот менее 50 Гц и в диапазоне частот от 100 до 5000 Гц, сравнивают моменты их появления во времени и по полученным данным определяют наличие инородных примесей в теплоносителе, фиксируют характер изменения реактивности во времени от начала ее появления до момента ее исчезновения и, сравнивая его с характером изменения реактивности по высоте активной зоны, рассчитанного предварительно, определяют радиус, где расположена тепловыделяющая сборка, через которую прошла примесь, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности способа, дополнительно измеряют расход теплоносителя через активную зону и, учитывая величины дросселирования проходного сечения каждой тепловыделяющей сборки, определяют расход теплоносителя через каждую тепловыделяющую сборку, расположенную на данном радиусе, задают не менее двух базовых точек на фиксируемой временной траектории реактивности и измеряют длительность временного интервала между этими точками, по совпадающим временной и аксиальной формам распределений реактивностей определяют скорость прохождения примеси через тепловыделяющую сборку, сравнивают полученные значения с найденными скоростями прокачки теплоносителя и по совпадению величин скоростей определяют области возможного нахождения тепловыделяющей сборки, через которую прошла примесь, попавшая в теплоноситель.

2. Устройство для контроля наличия инородных примесей в теплоносителе ядерного реактора, содержащее детектор нейтронов, измеритель сигнала, вход которого соединен с выходом детектора нейтронов, и низкочастотный полосовой фильтр, отличающееся тем, что в него дополнительно введены реактиметр, два ключа, запоминающее устройство, таймер и селектор экстремальных и нулевых значений, вход которого соединен с выходом низкочастотного полосового фильтра, а выход с первым управляющим входом запоминающего устройства и входом таймера, причем вход реактиметра соединен с выходом измерителя сигнала, сигнальный вход первого ключа соединен с выходом реактиметра, вход низкочастотного полосового фильтра соединен с выходом первого ключа, сигнальный вход запоминающего устройства соединен с выходом низкочастотного полосового фильтра, сигнальный вход второго ключа соединен с выходом таймера, второй управляющий вход запоминающего устройства соединен с выходом второго ключа, а управляющий вход первого ключа и управляющий вход второго ключа соединены вместе и являются управляющим входом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3