Измерительное устройство для определения концентрации бора

 

Изобретение относится к измерительному устройству для определения концентрации бора в теплоносителе контура охлаждения ядерной энергетической установки. Сущность изобретения: измерительное устройство содержит мобильный передатчик и мобильный приемник с промежуточным включением, по меньшей мере, одной охлаждаемой пространственной области для расположения на ведущей теплоноситель компоненте контура охлаждения. Пространственная область содержит канал охлаждения, обтекаемый охлаждающей средой. В качестве охлаждающей среды служит воздух. Передатчик и приемник расположены каждый в соответствующей ему камере. В качестве передатчика служит источник нейтронов, а в качестве приемника - счетчик заряженных частиц. В устройстве предусмотрены устойчивые к температуре и растяжению дистанцирующие средства. Эти устройства выполнены таким образом, что длина измерительного пути между передатчиком и приемником является постоянной при изменении окружающих условий. Технический результат: данное устройство позволяет производить измерение концентрации бора без вмешательства в контур охлаждения и особенно простым образом. 15 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительному устройству для определения концентрации бора в теплоносителе контура охлаждения ядерной энергетической установки.

В теплоносителе контура охлаждения ядерной энергетической установки используют бор в качестве поглотителя нейтронов. За счет бора регулируется и компенсируется выгорание топливных стержней, так как в зависимости от концентрации бора нейтроны поглощаются в более сильной или более слабой степени, то есть отвлекаются от цепной реакции. Неравномерности в распределении плотности мощности за счет обычных механических управляющих органов могут таким образом исключаться, причем возможно повышение мощности. Вследствие этого должна контролироваться концентрация бора в теплоносителе, в частности в теплоносителе первого контура или подчиненных контуров.

Из документа "Атомная энергия", N 11, 1967, стр. 337 - 339, известно определение концентрации борной кислоты посредством способа измерения поглощения нейтронов. Использованное при этом измерительное устройство позволяет определять концентрацию борной кислоты при нормальных условиях эксплуатации, то есть при температуре окружающей среды до 120^oC и при системном давлении 120 бар. Обычно, однако, в контурах охлаждения, в частности в первом контуре ядерной энергетической установки, возникают температуры до 380^oC при системном давлении 180 бар. Вследствие этих повышенных системных условий по сравнению с нормальными условиями эксплуатации описанное в этом документе измерительное устройство используют в контрольных шкафах, а именно на достаточно большом удалении от контура охлаждения.

В случае известного измерительного устройства является необходимым вмешательство в контур охлаждения. Ответвленный от контура охлаждения байпасный трубопровод для определения концентрации борной кислоты проходит через измерительное устройство. Использование подобного измерительного устройства, которое выполнено в виде проточного измерительного устройства, является ограниченным относительно его мобильности. Монтаж является очень сложным и приводит к большим временам простоя ядерной энергетической установки.

В основе изобретения поэтому лежит задача указания измерительного устройства для определения концентрации бора в теплоносителе контура охлаждения ядерной энергетической установки, которое позволяет производить измерение концентрации бора без вмешательства в контур охлаждения и особенно простым образом.

Согласно изобретению эта задача решается за счет измерительного устройства для определения концентрации бора в теплоносителе контура охлаждения ядерной энергетической установки, причем предусмотрены мобильный передатчик и мобильный приемник с промежуточным включением по меньшей мере одной охлаждаемой пространственной области для расположения на ведущей теплоноситель компоненте контура охлаждения.

Изобретение исходит при этом из соображения, что вместо байпасного трубопровода для проточного измерительного устройства может быть использована часть самой системы контура охлаждения. Измерительное устройство предпочтительно выполнено таким образом, что оно может быть непосредственно закреплено на контуре охлаждения. При этом оно является особенно стойким к температуре и излучению, за счет чего является также возможным применение при экстремальных условиях окружающей среды.

Предпочтительные формы выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Чтобы можно было защитить передатчик и приемник от высоких температур компоненты, является предпочтительным располагать канал охлаждения, обтекаемый охлаждающей средой, на компоненте по меньшей мере в соответствующей пространственной области передатчика и приемника. Например, канал охлаждения может быть расположен в пространственной области между передатчиком и компонентой, а также в пространственной области между приемником и компонентой. Под компонентой в данном случае понимают бак, котел, отрезок трубы или тому подобное, при необходимости, также направляющий или содержащий охлаждающую среду резервуар большой площади.

Для обеспечения простого, хорошего охлаждения, то есть по возможности постоянного и надежного охлаждения передатчика и приемника, в качестве охлаждающей среды может предпочтительно служить воздух. Для этого воздух или охлаждающий воздух продувают через канал охлаждения, например, посредством вентилятора. Кроме того, целесообразно температура охлаждающего воздуха является задаваемой. Задаваемая при этом температура обеспечивает, что охлаждающий воздух не превышает и не опускается ниже граничного значения. Для этого, например, на поток охлаждающего воздуха оказывается воздействие через мощность вентилятора. За счет этого обеспечивается, что измерительное устройство во всех частях защищено от перегрева.

Также пространственная область или обе пространственные области передатчика и приемника предпочтительно содержат изолирующий слой, который расположен непосредственно на компоненте контура охлаждения. В изолирующем слое в качестве изолятора применяют, например, воздух. Передатчик и приемник предпочтительно расположены в соответствующей камере. Таким образом имеется пространственное разделение, за счет чего передатчик и приемник размещены защищено относительно слишком высокой температуры.

Чтобы можно было определять концентрацию бора с помощью способа измерения поглощения нейтронов, в качестве передатчика служит источник нейтронов, а в качестве приемника служит по меньшей мере один счетчик заряженных частиц. По причинам излучения источника нейтронов, а также вследствие оказания влияний на измерения внешних факторов, как, например, влажности, предусмотрен экран, при необходимости один общий или соответственно по одному для источника нейтронов и счетчика заряженных частиц. Целесообразно экран содержит первый слой из поглощающего замедлителя и второй слой из поглощающего нейтроны материала, например кадмиевого листа, а также третий слой из аустенитного материала, например из стального листа.

Посредством поглощающего замедлителя, например замедлителя из полиэтилена, поток нейтронов, производимый передатчиком, тормозится и частично отражается. Тем самым, в частности, за счет использования поглощающего замедлителя и кадмиевого листа обеспечивается малая радиационная нагрузка на работающий персонал.

В предпочтительной форме выполнения передатчик и приемник расположены в одно- или многочастном, в частности двухчастном корпусе. При этом, например, передатчик может быть расположен в первой части корпуса, а приемник во второй части корпуса.

Чтобы можно было особенно просто и прочно крепить передатчик и приемник к компоненте или отрезку трубопровода системы контура охлаждения, передатчик и приемник являются прикрепляемыми к компоненте или, соответственно, отрезку трубопровода посредством по меньшей мере одного крепежного средства. Для этого обе части корпуса, например, могут быть приложены с геометрическим замыканием к отрезку трубопровода и свинчены друг с другом крепежными средствами. В случае компоненты большой площади крепление может осуществляться, например, через несущие конструкции. Во всех случаях компонента, на которой производят измерение, не повреждается или не подвергается какой-либо опасности. Таким образом, не требуются никакие строительные меры, ни операции на компоненте.

Так как способ измерения поглощения нейтронов в значительной степени зависит от постоянства измерительной геометрии, предусмотрено множество дистанционирующих средств такого выполнения, что длина измерительного пути между передатчиком и приемником является приблизительно постоянной также при изменении условий окружающей среды. Это справедливо, само собой разумеется, для прямолинейного измерительного пути или для измерительного пути с по меньшей мере одним местом отражения. Подобные дистанционирующие средства, например несущие конструкции, выполнены целесообразно устойчивыми к температуре и растяжению.

Целесообразно передатчик и приемник расположены на компоненте по меньшей мере прибизительно противоположно. Таким образом образуется прямолинейный прямой измерительный путь. Это является выгодным для компонент с относительно малыми строительными размерами. Альтернативно передатчик и приемник могут быть расположены на компоненте таким образом, что принятый приемником измерительный сигнал в основном является отраженным измерительным сигналом. Эта форма выполнения применяется особенно в компонентах большого объема. При этом сигнал, переданный передатчиком, может отражаться однократно или многократно.

Чтобы можно было представлять концентрацию бора в качестве временной функции независимо от воздействий давления, температуры и излучения, по меньшей мере приемник соединен с блоком оценки. С помощью основанных на моделях вероятностных и расчетных алгоритмов паразитные воздействия могут исключаться так, что обеспечено точное представление измерительных значений концентрации бора в среде.

Достигнутые изобретением преимущества заключаются, в частности, в том, что вследствие простой конструкции измерительного устройства, в частности вследствие мобильности передатчика и приемника, для определения концентрации бора не требуется вмешательства в контур охлаждения ядерной энергетической установки. Кроме того, измерительное устройство посредством охлаждаемой пространственной области выполнено таким образом, что оно является пригодным для применения при экстремальных системных условиях или режимных условиях, например до рабочих температур в 380^oC. Таким образом измерительное устройство является особенно пригодным для мобильного применения, а также для дооснащения в старых установках.

Примеры выполнения изобретения поясняются более подробно с помощью чертежей, где на фиг. 1 показано схематическое представление измерительного устройства для определения концентрации бора в продольном сечении; на фиг. 2 - схематически измерительное устройство согласно фиг. 1 в поперечном сечении.

Соответствующие друг другу части снабжены на обеих фигурах одинаковыми ссылочными позициями.

Представленное в примере выполнения согласно фиг. 1 и расположенное вокруг компоненты, отрезка трубопровода или трубы для среды 1 измерительное устройство 2 или измерительная ячейка является частью не представленной более подробно ядерной энергетической установки. При этом труба для среды 1 является частью системы контура охлаждения, например системы первого контура.

Измерительное устройство 2 содержит первую имеющую форму оболочки часть корпуса 4 и вторую имеющую форму оболочки часть корпуса 6. При этом соответствующая внутренняя стенка 8 и соответствующая внешняя стенка 10 первой части корпуса 4 и второй части корпуса 6 предпочтительно состоят из аустенитной стали. На соответствующих внутренних сторонах внешних стенок 10 прикреплен кадмиевый экран 12 в виде кадмиевых листов для улавливания тепловых нейтронов.

В первой части корпуса 4 предусмотрена камера источника 14 для принятия источника нейтронов 16, служащего в качестве передатчика. Во второй части корпуса 6 расположена камера счетчика заряженных частиц 17 для приема двух параллельных друг к другу счетчиков заряженных частиц 18, которые служат в качестве приемников. Направленная к внешней стенке 10 стенка 19 камеры счетчика заряженных частиц 17 также содержит кадмиевый экран 12. Возможны также формы выполнения с несколькими передатчиками и/или приемниками, которыми могут регистрироваться, например, падения концентрации или разности сигналов.

Для защиты источника нейтронов 16 и счетчиков заряженных частиц 18 от высоких температур трубы для среды 1 между камерой источника 14 и внутренней стенкой 8 или, соответственно, камерой счетчика заряженных частиц 17 и внутренней стенкой 8 расположен канал охлаждения 20.

Длина канала охлаждения 20 в вертикальном направлении соответствует при этом по меньшей мере длине измерительного устройства 2. В зависимости от формы выполнения трубы для среды 1 канал охлаждения 20 может быть выполнен, например, кольцевым или плоским.

Канал охлаждения 20 протекается охлаждающей средой 22 в направлении стрелок 23. Охлаждающая среда 22, например воздух, посредством вентилятора 24 прогоняется через канал охлаждения 20. Вентилятор 24 расположен, например, на нижнем конце первой части корпуса 4. На противоположном конце первой части корпуса 4 расположен температурный датчик 26 для определения температуры охлаждающей среды 22. Определенное измерительное значение температурного датчика 26 подводят к не представленной более подробно системе регулирования температуры. Не представленная более подробно система регулирования температуры обеспечивает то, что температура охлаждающей среды 22 не превышает или не опускается ниже граничного значения. Для этого воздействуют на мощность вентилятора 24 и результирующийся отсюда поток охлаждающего воздуха.

Далее первая часть корпуса 4 и вторая часть корпуса 6 содержат между внутренней стенкой 8 и каналом охлаждения 20 при необходимости дополнительный к каналу охлаждения 20 изолирующий слой 28, причем в качестве изолятора служит воздух. Аналогично каналу охлаждения 20 изолирующий слой 28 может быть выполнен, например, кольцевым или плоским.

Находящееся между внутренней стенкой 8 и внешней стенкой 10 первой части корпуса 4 промежуточное пространство может быть заполнено поглощающим замедлителем 30.

При этом в качестве поглощающего замедлителя 30 использован полиэтилен. Аналогично этому во второй части корпуса 6 промежуточное пространство также заполнено поглощающим замедлителем 30. Поглощающий замедлитель 30, выполненный из поглощающего нейтроны материала кадмиевый экран 12 и выполненная из аустенитного материала внешняя стенка 10 образуют слоистый экран 31 для созданного источником нейтронов 16 излучения.

В изолирующем слое 28 и в канале охлаждения 20 в радиальном направлении заключены устойчивые к температуре и растяжению дистанционирующие средства 32. С помощью дистанционирующих средств 32, например несущих устройств, исключается обусловленное температурой изменение измерительной геометрии, в частности длины измерительного пути. Например, в качестве устойчивого к температуре и растяжению материалу используют керамику или слюдяное стекло.

Фиг. 2 показывает измерительное устройство 2 в поперечном сечении. Согласно фиг. 2 первая часть корпуса 4 и вторая часть корпуса 6 соединены между собой посредством множества установленных снаружи крепежных элементов 34. При этом все измерительное устройство 2 охватывает или обжимает трубу для среды 1. Крепежные элементы 34 выполнены, например, в виде зажимов, болтов или стопорных приспособлений. В этой проекции можно видеть, что предусмотрены два счетчика заряженных частиц 18; могут быть предусмотрены также больше, чем два счетчика заряженных частиц 18. Источник нейтронов 16 и оба счетчика заряженных частиц 18 расположены в камере источника 14 или, соответственно, в камере счетчика заряженных частиц 17.

Для охлаждения источника нейтронов 16 и обоих счетчиков заряженных частиц 18 вокруг трубы для среды 1 проходят концентрично изолирующий слой 28 и канал охлаждения 20. Кроме того, на равномерных расстояниях в изолирующий слой 28 и в канал охлаждения 20 вмонтированы дистанционирующие средства 32. Внешняя стенка 10, а также стенка 19 камеры счетчика заряженных частиц 17 содержат аналогично фиг. 1 также кадмиевый экран 12.

Посредством источника нейтронов 16 нейтронный поток 36 излучают через текущий в трубе для среды 1 теплоноситель 38. Нейтронный поток 36 пронизывает обогащенный бором теплоноситель 38. В зависимости от концентрации бора в теплоносителе 38 нейтронный поток 36 ослабляется. Измененный нейтронный поток 36 определяют посредством нейтронных детекторов, например счетчиков заряженных частиц 18.

Образованные счетчиками заряженных частиц 18 измерительные значения подводят к блоку оценки 40. Блок оценки 40 определяет из скорости счета и температуры теплоносителя 38 (измерительный датчик не представлен) концентрацию бора или борной кислоты. В то время как источник нейтронов 16 расположен диагонально относительно обоих счетчиков заряженных частиц 18, нейтронный поток 36 пронизывает теплоноситель 38 по всей ширине диаметра d трубы для среды 1. При этом в основном образован прямолинейный измерительный путь в трубе для среды 1 между источником нейтронов 16 и счетчиками заряженных частиц 18.

Описанное измерительное устройство 2 имеет вследствие его высокоэффективной, активной теплоизоляции канала охлаждения 20 за счет потока охлаждающего воздуха, на который можно оказывать влияние, хорошие характеристики относительно тепловых воздействий при определении концентрации бора. Измерительное устройство 2 таким образом является особенно пригодным для непосредственного применения в первом контуре реакторной установки, в котором могут возникать температуры до 380^oC. Измерительное устройство 2 выполнено механически таким образом, что даже сильные колебания температуры не вызывают никаких изменений геометрии и тем самым воздействий на способ измерения.

Возможно остающиеся зависимости способа измерения поглощения нейтронов от термодинамического состояния теплоносителя 38 и гидравлического режима эксплуатации системы в первом контуре охлаждения могут быть исключены за счет компьютеризованных способов оценки в блоке оценки 40. При этом для повышения точности и более быстрой индикации наряду с измерительным сигналом измерительного устройства 2 используют также другие существенные для измерения концентрации бора информации процесса. Их обрабатывают в блоке оценки 40 за счет применения основанных на моделях вероятностных и вычислительных алгоритмов. За счет экранирующей излучение конструкции измерительного устройства 2 также исключается достойная упоминания радиационная нагрузка на работающий персонал.

В случае компонент 1 большой площади может применяться подобное измерительное устройство 2, причем тогда источник нейтронов 16 и счетчики заряженных частиц 18 расположены в одночастном корпусе. В подобном устройстве является выгодным использование отраженного измерительного сигнала. При этом сигнал, излучаемый источником нейтронов 16, отражается внутри компоненты 1 и затем принимается счетчиками заряженных частиц 18.

Формула изобретения

1. Измерительное устройство для определения концентрации бора в теплоносителе контура охлаждения ядерной энергетической установки, содержащее передатчик и приемник, отличающееся тем, что передатчик и приемник выполнены мобильными и с промежуточным включением, по меньшей мере, одной охлаждаемой пространственной области для расположения на ведущий теплоноситель компоненте (1) контура охлаждения, причем пространственная область содержит канал (20) охлаждения, обтекаемый охлаждающей средой (22), и что предусмотрены устойчивые к температуре и растяжению дистанцирующие средства (32) таким образом, что длина измерительного пути между передатчиком и приемником является примерно постоянной также и при изменении окружающих условий.

2. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве охлаждающей среды (22) служит воздух.

3. Измерительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что температура охлаждающей среды (22) является задаваемой.

4. Измерительное устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что пространственная область содержит дополнительный изолирующий слой (28).

5. Измерительное устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что передатчик и приемник расположены каждый в соответствующей ему камере (14, 17).

6. Измерительное устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что в качестве передатчика служит источник (16) нейтронов.

7. Измерительное устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что в качестве приемника служит, по меньшей мере, один счетчик (18) заряженных частиц.

8. Измерительное устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что передатчик и приемник соответственно окружены экраном (31).

9. Измерительное устройство по п.8, отличающееся тем, что экран (31) содержит первый слой из поглощающего замедлителя (30).

10. Измерительное устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что экран (31) содержит второй слой из поглощающего нейтроны материала (12).

11. Измерительное устройство по одному из пп.8-10, отличающееся тем, что экран (31) содержит третий слой из аустенитного материала (10).

12. Измерительное устройство по одному из пп.1-11, отличающееся тем, что передатчик и приемник расположены в корпусе (4, 6), состоящем из одной или нескольких частей, в частности, из двух частей.

13. Измерительное устройство по одному из пп.1-12, отличающееся тем, что предусмотрено, по меньшей мере, одно крепежное средство (34), с помощью которого, по меньшей мере, передатчик и приемник закреплены на компоненте (1).

14. Измерительное устройство по одному из пп.1-13, отличающееся тем, что предусмотрен блок (40) оценки, с которым соединен, по меньшей мере, один приемник (18).

15. Измерительное устройство по одному из пп.1-14, отличающееся тем, что передатчик и приемник закреплены на компоненте (1), по меньшей мере, примерно противоположно.

16. Измерительное устройство по одному из пп.1-15, отличающееся тем, что передатчик и приемник расположены на компоненте (1) так, что принимаемый приемником измерительный сигнал является в основном отраженным измерительным сигналом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2