Измерительный канал системы внутриреакторного контроля

 

Использование: для контроля параметров топливных кассет в экспериментальных и энергетических водо-водяных и кипящих реакторах. Сущность: измерительный канал, содержащий корпус, внутри которого расположена сборка термоэлектрических преобразователей кабельного типа с заземленными горячими спаями, размещаемыми в потоке теплоносителя внутри реактора, и холодными спаями, размещаемыми вне реактора с возможностью контроля их температуры, и сборка детекторов прямой зарядки, расположенных на заданных по высоте уровнях активной зоны и снабженных кабелями, соединяемыми с линиями связи информационно-измерительной системы. Длина эмиттера каждого детектора прямой зарядки составляет не менее 0,05 м и не более 0,15 м, диаметр эмиттера каждого детектора прямой зарядки составляет не менее 0,001 м и не более 0,005 м. Эмиттер каждого детектора прямой зарядки соединен с одним проводником кабеля, который имеет второй фоновой проводник. Количество детекторов прямой зарядки выбрано не менее пяти, а расстояние по высоте между центрами эмиттеров соседних детекторов прямой зарядки составляет не менее утроенной длины эмиттера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к техническим средствам системы внутриреакторного контроля и может быть использовано для контроля параметров топливных кассет в экспериментальных и энергетических водо-водяных и кипящих реакторах.

Известна система контроля активной зоны ядерного реактора /1/, предназначенная для контроля нейтронного потока и температуры внутри активной зоны и содержащая в своем составе подвижную сборку детекторов. Эта сборка включает термоэлектрический преобразователь (ТЭП), фоновый детектор и группу из нескольких детекторов типа детекторов прямой зарядки (ДПЗ), чувствительных к нейтронному потоку. Все эти детекторы окружают полую трубу, предназначенную для передвижения откалиброванного нейтронного детектора и проходящую через всю сборку. Детекторы и полая труба размещены в защитной арматуре (корпусе). Кроме того, в защитной арматуре около полой трубы могут располагаться несколько распорок, предназначенных для защиты от сдвижки детекторов в пространстве около полой трубы. Электрические сигналы от детекторов поступают в измерительную систему, расположенную вне реактора. Сборка детекторов располагается в трубе, которая приварена к кожуху. Внутри кожуха расположено уплотнение, предназначенное для защиты от возможных протечек между трубой и защитной арматурой сборки. К этому уплотнению приваривается защитная арматура. Нейтронные детекторы типа ДПЗ имеют эмиттер, который под действием ядерного излучения испускает электроны, и коллектор, а также изолятор между ними. Эмиттер изготовлен из высокочувствительного к нейтронам материала (например, родия), имеет длину около 0.1 м и соединен с проводником, имеющим низкую чувствительность к нейтронам (например, нержавеющая сталь).

Фоновый детектор аналогичен нейтронному, только вместо эмиттера используется тот же проводник, имеющий низкую чувствительность к нейтронам. ТЭП имеет защитную оболочку (например, из нержавеющей стали или инконели). Для измерения температуры горячий спай ТЭП контактирует с теплоносителем и размещен около носовой втулки, являющейся частью защитной арматуры сборки. Для предохранения горячего спая ТЭП от износа предусмотрен наконечник.

Наиболее близким к описываемому является измерительный канал системы внутриреакторного контроля, содержащий корпус, внутри которого расположена сборка термоэлектрических преобразователей кабельного типа с заземленными горячими спаями, размещаемыми в потоке теплоносителя внутри реактора, и холодными спаями, размещаемыми вне реактора с возможностью контроля их температуры, и сборка детекторов прямой зарядки, расположенных на заданных по высоте уровнях активной зоны и снабженных кабелями, соединяемыми с линиями связи информационно-измерительной системы /2/. Измерительный канал содержит также электрический соединитель, жестко связанный с корпусом, внутри которого находится пассивный термостат с проводниками линии связи термоэлектрических преобразователей (ТЭП), холодными спаями ТЭП, размещенными вне реактора с возможностью контроля их температуры. Герметичная перегородка отделяет зону высокого давления от зоны низкого давления. На участках канала на входе и выходе из активной зоны расположено по группе горячих спаев ТЭП, расстояние между которыми в группе, расположенной на входе в активную зону, составляет не менее произведения максимально возможной скорости теплоносителя для данной группы на инерционность ТЭП. Один кабель данной группы навит на магниточувствительный сердечник, который имеет магнитную связь с вращающимся постоянным магнитом, закрепленным на оси ротора турбинного расходомера, установленного на входе в активную зону. Сборка детекторов прямой зарядки (ДПЗ), расположенных на заданных по высоте уровнях активной зоны, содержит детекторы с эмиттерами, обладающими преимущественной спектральной чувствительностью к эпитепловым нейтронам, и детекторы с эмиттерами, чувствительными к тепловым нейтронам. Изоляторы и коллекторы ДПЗ, оболочки и изоляторы их кабелей имеют суммарную эффективную толщину не менее трех толщин слоя половинного ослабления бетта-излучения эмиттеров.

Повышение требований к надежности эксплуатации ядерного реактора вызывает необходимость увеличения объема информации о состоянии активной зоны без увеличения количества точек контроля.

Целью изобретения является создание измерительного устройства с увеличенным числом контролируемых параметров топливной кассеты в активной зоне при одновременном повышении точности и надежности контроля.

При достижении поставленной цели реализуются новые технические результаты, заключающиеся в обеспечении возможности определения места локального кипения, измерении расхода и локального кипения теплоносителя двумя независимыми системами с различными физическими принципами контроля и оптимизации размеров эмиттеров. Указанные технические результаты достигаются тем, что в измерительном канале системы внутриреакторного контроля, содержащем корпус, внутри которого расположена сборка термоэлектрических преобразователей кабельного типа с заземленными горячими спаями, размещаемыми в потоке теплоносителя внутри реактора, и холодными спаями, размещаемыми вне реактора с возможностью контроля их температуры, и сборка детекторов прямой зарядки, расположенных на заданных по высоте уровнях активной зоны и снабженных кабелями, соединяемыми с линиями связи информационно-измерительной системы, длина эмиттера каждого детектора прямой зарядки составляет не менее 0,05 м и не более 0,15 м, диаметр эмиттера каждого детектора прямой зарядки составляет не менее 0,001 м и не более 0,005 м, причем эмиттер каждого детектора прямой зарядки соединен с одним проводником кабеля, который имеет второй фоновой проводник, количество детекторов прямой зарядки выбрано не менее пяти, а расстояние по высоте между центрами эмиттеров соседних детекторов прямой зарядки составляет не менее утроенной длины эмиттера, кроме того, в измерительном канале использованы термоэлектрические преобразователи с инерционностью не более 0,05 с, а часть корпуса, располагаемая в пределах активной зоны, выполнена из циркония или его сплавов.

Отличительная особенность описываемого изобретения состоит в выборе числа детекторов прямой зарядки, размеров эмиттеров и их взаимном расположении.

На чертеже представлена общая схема измерительного канала.

Измерительный канал системы внутриреакторного контроля (см. чертеж) содержит электрический соединитель (разъем) 1, жестко связанный с внереакторной частью корпуса 2, внутри которого находится пассивный термостат 3 с проводниками 4 линии связи термоэлектрических преобразователей (ТЭП), холодными спаями 5 ТЭП, проводниками 6 и 7, обеспечивающими возникновение и передачу термо-ЭДС (например, хромель-алюмель), и термосопротивлением 8 (например, из Pt или Cu). Герметичная проходка 9 отделяет зону высокого давления от зоны низкого давления и служит уплотнением для проводников 6 и 7 ТЭП и кабелей 10 детекторов прямой зарядки (ДПЗ). Кабели 10 ДПЗ имеют по два проводника, один из которых соединен с эмиттером ДПЗ, а второй является фоновым. Горячий спай 11 ТЭП расположен над верхней границей 12 активной зоны и находится в контакте с теплоносителем. ДПЗ 13, 14, 15, 16 и 17 в количестве не менее пяти располагаются равномерно по высоте активной зоны.

Под нижней границей 18 активной зоны расположен горячий спай 19 ТЭП, который находится в контакте с теплоносителем. Инерционность горячих спаев 11 и 19 ТЭП не превышает 0,05 с. Горячие спаи 11 и 19 ТЭП, ДПЗ 13, 14, 15,16 и 17 помещены во внутриреакторную часть корпуса 2, которая в пределах активной зоны выполнена из циркония или его сплавов.

Измерительный канал функционирует следующим образом. Сигналы термо-ЭДС, возникающие в горячих спаях 11 и 19 ТЭП и пропорциональные температуре теплоносителя на верхней и нижней границах активной зоны соответственно, передаются по проводникам 6 и 7 в пассивный термостат 3, откуда далее по проводникам 4 через электрический соединитель 1 передаются во внереакторную информационно-измерительную систему (ИИС). В ИИС также поступает сигнал электрического напряжения от термосопротивления 8, пропорциональный температуре холодных спаев 5 ТЭП. Сигнал термо-ЭДС состоит из постоянной и переменной составляющих. По постоянной составляющей сигналов термо-ЭДС от горячих спаев 11 и 19 ТЭП с учетом сигнала напряжения от термосопротивления 8 в ИИС определяется температура теплоносителя на верхней и нижней границах активной зоны соответственно. Переменная составляющая сигнала термо-ЭДС и горячих спаев 11 и 19 ТЭП используется в ИИС для вычисления скорости движения теплоносителя корреляционным методом. Сигналы электрического тока, возникающего в ДПЗ 13, 14, 15, 16 и 17 под действием внутриреакторного ядерного излучения, по индивидуальным кабелям 10 с двумя проводниками, один из которых соединен с эмиттером ДПЗ, через электрический разъем 1 передаются в ИИС. Сигнал электрического тока ДПЗ состоит из постоянной и переменной составляющих. По постоянной составляющей сигналов электрического тока ДПЗ 13, 14, 15, 16 и 17 рассчитывается распределение энерговыделения по высоте активной зоны. Переменная составляющая сигналов электрического тока ДПЗ 13, 14, 15, 16 и 17 используется в ИИС для вычисления скорости движения теплоносителя корреляционным методом и для контроля появления локального кипения теплоносителя около ДПЗ 13, 14, 15, 16 и 17 с помощью статистического анализа.

Экспериментально-расчетным путем установлено следующее. При длине эмиттера менее 0,05 м, а также при расстоянии по высоте между центрами эмиттеров соседних ДПЗ менее утроенной длины эмиттера значительно уменьшается точность определения скорости движения теплоносителя. При длине эмиттера менее 0,05 м, а также диаметре менее 0,001 м существенно уменьшается точность контроля появления кипения теплоносителя около ДПЗ. При длине эмиттера более 0,15 м уменьшается точность определения места появления этого кипения. Возможность реализации этих функций с помощью ДПЗ зависит от наличия в кабеле фонового (не соединенного с эмиттером) проводника. Таким образом, при длине эмиттера ДПЗ не менее 0,05 м и не более 0,15 м, диаметре эмиттера ДПЗ не менее 0,001 м, наличии двух проводников в кабеле ДПЗ, один из которых соединен с эмиттером, и расстоянии между центрами эмиттеров рядом расположенных ДПЗ более утроенной длины эмиттера можно обеспечить измерение и контроль двух параметров топливной кассеты с удовлетворительной точностью. Однако при такой длине эмиттера необходимо не менее пяти ДПЗ, входящих в состав измерительного канала, для расчета распределения энерговыделения по высоте активной зоны с удовлетворительной точностью. Кроме того, максимальный диаметр эмиттера составляет не более 0,005 м. В противном случае за счет экранировки внешними областями эмиттера резко снижается сигнал ДПЗ и соответственно точность измерения. Также экспериментально установлено, что при инерционности горячего спая ТЭП не более 0,05 с с помощью статистического анализа в информационно-измерительной системе (ИИС) переменной составляющей сигнала термо-ЭДС можно контролировать появление локального кипения теплоносителя в месте расположения горячего спая ТЭП и таким образом повысить точность и надежность показаний ДПЗ при появлении кипения в топливной кассете.

Наличие герметичной проходки 9 позволяет выполнить внутриреакторную часть корпуса 2 в пределах активной зоны из циркония или его сплавов, который обладает низким сечением поглощения нейтронов, что повышает точность измерения энерговыделения в активной зоне с помощью ДПЗ, уменьшает наведенную активность корпуса измерительного канала в результате его длительной эксплуатации и продлевает кампанию реактора. Кроме того, механические свойства циркония позволяют уменьшить механические усилия при монтаже или демонтаже измерительного канала.

Формула изобретения

1. Измерительный канал системы внутриреакторного контроля, содержащий корпус, внутри которого расположена сборка термоэлектрических преобразователей кабельного типа с заземленными горячими спаями, размещаемыми в потоке теплоносителя внутри реактора, и холодными спаями, размещаемыми вне реактора с возможностью контроля их температуры и сборка детекторов прямой зарядки, расположенных на заданных по высоте уровнях активной зоны и снабжены кабелями, соединяемыми с линиями связи информационно-измерительной системы, отличающийся тем, что длина эмиттера каждого детектора прямой зарядки составляет не менее 0,05 м и не более 0,15 м, диаметр эмиттера каждого детектора прямой зарядки составляет не менее 0,001 м и не более 0,005 м, причем эмиттер каждого детектора прямой за рядки соединен с одним проводником кабеля, который имеет второй фоновый проводник, количество детекторов прямой зарядки выбрано не менее пяти штук, а расстояние по высоте между центрами эмиттеров соседних детекторов прямой зарядки составляет не менее утроенной длины эмиттера.

2. Канал по п. 1, отличающийся тем, что использованы термоэлектрические преобразователи с инерционностью не более 0,05 с.

3. Канал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что часть корпуса, располагаемая в пределах активной зоны выполнена из циркония или его сплавов.

РИСУНКИ

Рисунок 1