Устройство для контроля размножающих свойств среды

 

Использование: определение нейтронно-физических свойств размножающих сред в системах, контроль параметров ядерной безопасности при радиохимической переработке отработавшего ядерного топлива реакторов. Сущность изобретения: устройство содержит емкость для контролируемой среды и счетчики для регистрации потока нейтронов от среды в емкости, а также регистрирующую аппаратуру. Устройство также содержит дополнительные счетчики для измерения потоков нейтронов от порций среды до ввода их в емкость. Это позволяет повысить точность и надежность контроля параметров ядерной безопасности системы, находящейся в подкритических состояниях, при колебаниях удельного выхода нейтронов в поступающей в систему размножающей среде. 2 ил.

Изобретение относится к области определения нейтронно-физических свойств (НФС) среды, в частности к устройствам для контроля размножающих свойств среды (РСС) в системах путем измерения нейтронного излучения (НИ).

Изобретение может быть использовано при определении НФС размножающих сред (РС) в системах для контроля параметров ядерной безопасности (ПЯБ) при радиохимической переработке (РХП) отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) реакторов.

Известно устройство для определения РСС, реализующее экспоненциальный метод. Устройство состоит из сборки с определенными формой и размерами, тепловой колонны, внутри которой расположен посторонний источник нейтронов (ПИН), канала вдоль оси сборки, перпендикулярного к излучающей поверхности колонны, регистрирующей аппаратуры (РА) и счетчиков нейтронов (СН), которыми измеряют в канале относительное пространственное распределение плотности потока тепловых нейтронов. После обработки результатов измерений (РИ) получают искомые параметры: материальный параметр (критические размеры системы), после измерения диффузионных и замедляющих свойств среды коэффициент размножения среды, а также другие параметры, определяющие НФС среды.

Устройство обладает следующими недостатками: оно сложное, требует больших затрат, воздействует на сборку, непригодно для контроля ПЯБ при РХП ОЯТ.

Известно устройство для определения РСС в системе, реализующее метод критического ансамбля (1). Устройство состоит из сборки, которую доводят до критического состояния (КС) или близкого к КС, ПИН, СН и РА.

Искомые параметры определяют путем измерения относительного изменения скоростей счета нейтронов (ССН) при специальных изменениях нейтронно-физических параметров сборки (размеров, состава среды и т.д.), ведущих к КС, и соответствующей обработки РИ: строя кривые обратной ССН и экстраполируя кривые к нулю после каждого изменения параметра сборки, получают прогнозные значения критического параметра (КП), при котором система становится критичной. По известным зависимостям получают и другие параметры, определяющие НФС РС.

Устройство имеет следующие недостатки: оно сложное, требует больших затрат, усложнит использование существующего контроля, поскольку воздействует на сборку.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству (ЗУ) является выбранное в качестве прототипа устройство для контроля РСС, содержащее емкость для контролируемой среды, счетчики для регистрации потока нейтронов от контролируемой среды в емкости в процессе ввода ее в емкость и РА (2). По РИ ССН в процессе ввода среды в емкость строят кривые обратной ССН счетчиками нейтронов, экстраполируя кривые к нулю прогнозируют величину КП. По известным зависимостям находят и другие параметры, определяющие НФС РС.

Недостатком известного устройства является следующее: при колебаниях удельного выхода нейтронов (УВН) в порциях РС, поступающей в емкость, уменьшается точность определения РСС в емкости. Это характерно, например, при РХП ОЯТ реакторов.

В этом случае при использовании известного устройства будет иметь место погрешность, которая тем больше, чем больше колебания УВН в поступающей в емкость РС, и контроль за РСС в емкости (прогнозирование величины КП и оценка других ПЯБ) затруднен или невозможен. Это не позволяет обеспечить контроль за соблюдением условий ЯБ.

Задачей изобретения является повышение точности и надежности контроля за ПЯБ системы, находящейся в подкритических состояниях, при колебаниях УВН в поступающей в систему РС.

Поставленная задача решается с помощью введения в устройство дополнительных счетчиков для измерения потоков нейтронов от порций среды до ввода их в емкость.

На фиг. 1 представлена схема ЗУ для контроля РСС в системе; на фиг.2 - кривые обратной ССН.

ЗУ для контроля РСС содержит основные счетчики 1 для регистрации потока нейтронов от емкости 2 с контролируемой средой 3 и РА 4. ЗУ содержит дополнительные счетчики 5 для измерения потоков нейтронов от порций среды до ввода их в емкость.

ЗУ работает следующим образом. Порции среды 3 поступают к дополнительным счетчикам 5, которые измеряют ССН N_1i от каждой i-й порции среды. Они поступают далее в емкость 2 от которой, после ввода в нее каждой порции, измеряют ССН N^Σ_2i основными счетчиками 1 от всех поступивших в емкость порций. ССН N_1i и N^Σ_2i регистрируются с помощью РА 4.

По РИ ССН основных N^Σ_2i и дополнительных N_1i СН строят соответствующие зависимости и определяют необходимые параметры.

На фиг. 2 показаны зависимость 6 обратной ССН (N^Σ₂)^-1, построенная по РИ устройства, выбранного за прототип, и зависимость 7 обратной ССН ((N^Σ₁/N^Σ₂)), построенная по РИ ЗУ, от относительного содержания (массы или концентрации) вводимого размножающего вещества в емкости. В зависимости 7 N^Σ_1i ССН дополнительных СН от всех уже поступивших в емкость порций, определенные суммированием ССН N_1i.

Зависимости построены для случая, когда в емкость при равных условиях измерений поступают одинаковые порции РС, но с разным УВН в них, поскольку положительный эффект, достигаемый с использованием ЗУ, связан именно с тем, что оно позволяет учесть колебания УВН в порциях. В общем случае в емкость могут поступать разные порции РС. Именно колебаниями УВН в порциях обусловлены скачки в ходе зависимости 6 на графике. Если УВН в порциях изменяется, то изменится и ход кривой 6, даже если зависимость РСС от С при вводе порций среды не изменится.

По зависимости 7 возможно более точно и надежно прогнозировать величину КП в глубоко подкритических состояниях задолго до приближения к КС. РСС в подкритических состояниях также определяются по ней.

Действительно, ССН N^Σ₁ пропорциональна УВН в порциях среды, поступивших в емкость, а следовательно выходу нейтронов в емкости. НИ, которое возникает в среде в результате спонтанного распада нуклидов, является тем внутренним НИ, который вызывает деление размножающего вещества. Следовательно, поток нейтронов в емкости и ССН N^Σ₂ также будут пропорциональны выходу нейтронов в емкости. Математическая обработка РИ дополнительных и основных СН N^Σ₁/N^Σ₂ позволяет исключить зависимость от УВН в порциях РС, поступивших в емкость, и тем самым повысить точность и надежность контроля за РСС в емкости по зависимости 7.

Каждая из зависимостей 6 и 7 нормирована на ее значение, полученное по РИ после ввода в емкость первой порции. Это позволяет сравнить ход зависимостей на одном графике и наглядно показать положительный эффект, достигаемый при использовании ЗУ. Это также позволяет по зависимости 7 следить за изменением РСС в подкритических состояниях системы: поскольку она не зависит от колебаний УВН в поступающих порциях РС в емкость, то отклонение зависимости от первоначального (для любого последующего от предыдущего) состояния связано с изменением РСС в системе (содержания, коэффициента умножения нейтронов (КУМ), эффективного коэффициента размножения нейтронов (ЭКР) в рассматриваемом диапазоне, а экстраполяция зависимости к нулю дает прогнозное значение КП (С_кр), соответствующее КУМ = ∞, а ЭКР 1.

Зависимости обратных ССН, аналогичные изображенной на фиг.2 зависимости 7, могут быть построены и от других параметров, влияющих на РСС в системах.

Для контроля за РСС в системах можно строить одновременно и относительные зависимости другого вида, например прямые ССН N^Σ₂/N^Σ₁. При этом зависимость от УВН в порциях среды также исключается. По прямым ССН удобно следить за изменением КУМ, ЭКР и С в емкости.

Вышеизложенное подтверждено измерениями ССН на технологических аппаратах при РХП ОЯТ реакторов, математическим моделированием на ЭВМ переноса нейтронов в технологических аппаратах и измерений приборов нейтронного контроля, определением зависимостей полученных ССН приборов от НФС РС и от технологических параметров.

Обработку РИ (суммирование, деление и т.д.) можно проводить с использованием известных устройств, например, сумматора, делителя и т.д. вручную или на ЭВМ.

При использовании ЭВМ можно автоматизировать контроль за соблюдением условий ЯБ: ЭВМ может обрабатывать сигналы, поступающие от СН, строить необходимые зависимости и отображать их на дисплее в наглядной и удобной форме, определять необходимые параметры и сравнивать их с предельными значениями, введенными заранее в ЭВМ, задавать предупредительные сигналы операторам при приближении системы к заданным предельным значениям параметров, а при их достижении сигналы на блокировки для прекращения ввода РС в систему, что предотвращает превышение заданных значений и наступление опасных состояний.

Использование ЗУ позволяет повысить точность и надежность контроля РСС, находящихся в подкритических состояниях, при колебаниях УВН в РС, поступающей в системы, например, контроля ПЯБ при РХП ОЯТ реакторов.

Формула изобретения

Устройство для контроля размножающих свойств среды, содержащее емкость для контролируемой среды, счетчики для регистрации потока нейтронов от контролируемой среды в емкости в процессе ввода ее в емкость и регистрирующую аппаратуру, отличающееся тем, что устройство содержит дополнительные счетчики для измерения потоков нейтронов от порций среды до ввода их в емкость, при этом в состав регистрирующей аппаратуры введены сумматор и делитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2