Способ автоматического управления ядерной реакцией подкритического ядерного реактора

Способ автоматического управления ядерной реакцией подкритического ядерного реактора

Реферат

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к способу автоматического управления ядерной реакцией подкритического ядерного реактора, и может быть применено для оперативного (в режиме реального времени) уменьшения возмущения реактивности, вызванного, например, при перегрузке поглощающих или других элементов активной зоны ядерного реактора, находящегося в заглушенном состоянии.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ автоматического управления ядерной реакцией ядерного реактора путем перемещения стержней-поглотителей автоматического регулятора мощности по сигналу рассогласования между текущими сигналами датчиков плотности потока нейтронов и опорным сигналом задатчика уровня мощности (Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. "Канальный ядерный энергетический реактор", М., Атомиздат, 1980 г., с.121-123).

Известный способ позволяет оперативно воздействовать на плотность потока нейтронов и поддерживать тем самым заданный уровень мощности в диапазоне от 1 до 100% номинального значения. В качестве датчиков плотности потока нейтронов в известном способе используют ионизационные камеры, токовые текущие сигналы которых, пропорциональные плотности потока нейтронов, суммируют и сравнивают полученный результат с опорным токовым сигналом задатчика уровня мощности. В качестве опорного сигнала используют значение плотности потока нейтронов, которое получают расчетным путем для заданного уровня мощности. В случае разницы между сравниваемыми величинами подают полученный управляющий сигнал рассогласования на привод автоматического регулятора мощности, с помощью которого осуществляют перемещение стержней-поглотителей для соответствующего их ввода или вывода из активной зоны реактора.

Недостатком известного способа является невозможность его применения для управления ядерной реакцией в режиме подкритического состояния ядерного реактора, когда его мощность составляет величину менее 1% от номинального значения. Это объясняется узким диапазоном работоспособности (около двух декад) автоматического регулятора мощности.

Задачей настоящего изобретения является создание способа автоматического управления ядерной реакцией подкритического ядерного реактора, использование которого позволит расширить диапазон работоспособности автоматического регулятора мощности и тем самым повысить ядерную безопасность заглушенного реактора путем оперативного уменьшения плотности потока нейтронов, величина которой может возрастать, например, при перегрузке поглощающих элементов или при "самоходе" стержней регулирования.

Техническим результатом настоящего изобретения является оперативное уменьшение (в режиме реального времени) положительной реактивности, которая может возникнуть в результате локального или общего увеличения коэффициента размножения нейтронов активной зоны подкритического ядерного реактора, приводящего к возрастанию плотности потока нейтронов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе автоматического управления ядерной реакцией ядерного реактора путем перемещения стержней-поглотителей автоматического регулятора мощности по сигналу рассогласования между текущими сигналами датчиков плотности потока нейтронов и опорным сигналом задатчика уровня мощности, управление осуществляют на уровне мощности, составляющей величину менее 1% от номинального значения мощности ядерного реактора, при этом текущие сигналы получают в импульсном режиме работы датчиков, импульсные сигналы каждого из которых динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера, выбирают из них максимальный по величине сигнал либо формируют сигнал, равный их среднеарифметической величине, и перед сравнением с опорным сигналом последовательно преобразуют полученные цифровые сигналы в аналоговые и токовые, а в качестве опорного сигнала используют импульсные текущие сигналы, которые получают в отсутствии возмущения плотности потока нейтронов, затем динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера и формируют цифровой опорный сигнал, равный их среднеарифметической величине, который вводят в «память» контроллера на заданное время, а затем последовательно преобразуют в аналоговый и токовый сигнал для передачи в задатчик уровня мощности.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего способ автоматического управления ядерной реакцией.

Устройство содержит датчики плотности потока нейтронов (на чертеже показан один датчик), в качестве которых может быть использована высокочувствительная камера 1 деления, выход которой соединен со входом регистрирующей аппаратуры 2, выход которой соединен с входным портом П₁ микропроцессорного контроллера 3, остальные входные порты П₂ и П₃ которого связаны с выходами задатчика 4 данных, в качестве которого может быть использована персональная электронная вычислительная машина. Выходной порт П₄ микропроцессорного контроллера 3 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 5, выход которого связан с входом токового преобразователя 6, выход которого соединен с входом задатчика 7 уровня мощности автоматического регулятора мощности (далее задатчик 7 уровня мощности АРМ). Выходной порт П₅ микропроцессорного контроллера 3 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 8, выход которого связан с входом токового преобразователя 9, выход которого соединен с входом блока 10 автоматического регулятора мощности (далее блок 10 АРМ), выход которого соединен с блоком 11 сравнения автоматического регулятора мощности (далее блок 11 сравнения АРМ). Выход задатчика 7 уровня мощности АРМ соединен с блоком 11 сравнения АРМ, выход которого связан с приводом 12 автоматического регулятора мощности (далее привод 12 АРМ), который соединен со стержнями-поглотителями 13 автоматического регулятора мощности (далее стержни-поглотители 13 АРМ). Выходной порт П₆ микропроцессорного контроллера 3 соединен с входом блока 14 формирования сигналов технологического отклонения, выход которого связан с входом сигнализатора 15 технологического отклонения.

Способ осуществляют следующим образом.

Производят определение величины опорного сигнала в отсутствии возмущения в активной зоне подкритического ядерного реактора. Для этого до начала процесса перегрузок в режиме квазистационарного состояния подкритического ядерного реактора стержни-поглотители 13 АРМ выводят на три четверти из активной зоны при погруженных стержнях ручного регулирования и при взведенных стержнях аварийной защиты (на чертеже не показаны). С помощью камер 1, которые работают в импульсном режиме, в отсутствие возмущения в активной зоне получают текущие импульсные сигналы, пропорциональные плотности потока нейтронов, скорость счета которых регистрируют аппаратурой 2. Далее импульсные сигналы подают на входной порт П₁ контроллера 3, где их динамически усредняют (для каждой камеры отдельно) с учетом емкости фильтра динамического усреднения. Величину емкости задают с помощью задатчика 4 данных, сигнал с которого подают на входной порт П₃ контроллера 3. Далее вычисляют величину опорного сигнала как среднеарифметическое значение полученных результатов динамического усреднения и вводят в «память» контроллера 3 на заданное время, например, на 24 часа. Сформированный в виде цифры опорный сигнал подают с выходного порта ГЦ на цифроаналоговый преобразователь 5 и далее на токовый преобразователь 6 для его преобразования соответственно в аналоговый и токовый сигналы. Из токового преобразователя 6 токовый опорный сигнал подают в задатчик 7 уровня мощности АРМ. Для исключения реакции автоматического регулятора мощности на статистические отклонения сигналов камер 1 деления задают зону нечувствительности, величину которой выбирают равной трем среднеквадратичным погрешностям определения скорости счета опорного сигнала. Выбранную величину в виде цифры вводят в «память» контроллера 3 на заданное время, например, на 24 часа (выбранное время, как правило, совпадает с заданным временем для опорного сигнала). При осуществлении перегрузок в активной зоне подкритического ядерного реактора могут появиться возмущения плотности потока нейтронов, которые регистрируются камерами 1 деления. Импульсные текущие сигналы, пропорциональные плотности потока нейтронов, поступают с камер 1 деления на регистрирующую аппаратуру 2 и далее на входной порт П₁ микропроцессорного контроллера 3, где их динамически усредняют (для каждой камеры отдельно) с учетом емкости фильтра динамического усреднения. Величину емкости задают с помощью задатчика 4 данных, сигнал с которого подают на входной порт П₃ микропроцессорного контроллера 3. Далее формируют текущий сигнал для его сравнения с опорным сигналом. Для этого определяют среднеарифметическое значение динамически усредненных текущих сигналов или выбирают из них максимальное значение. При превышении максимального значения текущего сигнала над среднеарифметическим значением, например, на 20% и более формируют текущий сигнал в виде максимального сигнала (в противном случае формируют текущий сигнал как среднеарифметическое значение динамически усредненных текущих сигналов). Сформированный текущий сигнал подают на выходной порт П₅ и далее в цифроаналоговый преобразователь 8 и токовый преобразователь 9 для его преобразования соответственно в аналоговый и токовый сигналы. Из токового преобразователя 9 токовый текущий сигнал подают в блок 10 АРМ, откуда его подают в блок 11 сравнения АРМ, в котором производят сравнение с токовым опорным сигналом, который подают из задатчика 7 уровня мощности. В случае рассогласования между сигналами полученный управляющий токовый сигнал подают на привод 12 АРМ, с помощью которого осуществляют перемещение стержней-поглотителей 13 АРМ для уменьшения возмущения плотности потока нейтронов.

Управление ядерной реакцией подкритического ядерного реактора по максимальному значению текущего сигнала обеспечивает учет возникающих локальных неоднородностей активной зоны от разовых перегрузок, которые проявляются в пространственном эффекте - зависимости реактивности от вносимого перегрузкой возмущения поля.

В случае, если плотность потока нейтронов не уменьшается по истечении заданного времени на штатную перегрузку, и стержни-поглотители 13 не возвращены в исходное положение (на три четверти из активной зоны), вырабатывают сигнал о технологическом отклонении от штатной перегрузки. Для этого с выходного порта П₆ контроллера 3 подают цифровой сигнал на вход блока 14, где формируют сигнал технологического отклонения, который подают в сигнализатор 15. Оператор, получив сигнал о технологическом отклонении, прекращает перегрузку для выяснения причины нештатного режима, и в случае необходимости (стержни-поглотители не установлены на заданное место или отсутствует поглотитель в стержне) осуществляет соответствующие меры по устранению выявленных недостатков. Если АРМ отключен, то формируют сигнал технологического отклонения по максимальному текущему сигналу, который сохранен по окончании времени на штатную перегрузку. Это существенно повышает ядерную безопасность подкритического реактора при ведении перегрузок, поскольку исключается возможность нового дополнительного введения положительной реактивности. В случае «самохода» стержня происходит аналогичная удалению стержня-поглотителя реакция АРМ с уменьшением положительной реактивности, вызванной «самоходом», с выработкой сигнала о технологическом отклонении.

Способ автоматического управления ядерной реакцией ядерного реактора путем перемещения стержней-поглотителей автоматического регулятора мощности по сигналу рассогласования между текущими сигналами датчиков плотности потока нейтронов и опорным сигналом задатчика уровня мощности, отличающийся тем, что управление осуществляют на уровне мощности, составляющей величину менее 1% от номинального значения мощности ядерного реактора, при этом текущие сигналы получают в импульсном режиме работы датчиков, импульсные сигналы каждого из которых динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера, выбирают из них максимальный по величине сигнал или формируют сигнал, равный их среднеарифметической величине, и перед сравнением с опорным сигналом последовательно преобразуют полученные цифровые сигналы в аналоговые и токовые, а в качестве опорного сигнала используют импульсные текущие сигналы, которые получают в отсутствии возмущения плотности потока нейтронов, затем динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера и формируют цифровой опорный сигнал, равный их среднеарифметической величине, который вводят в «память» контроллера на заданное время, а затем последовательно преобразуют в аналоговый и токовый сигнал для передачи в задатчик уровня мощности.