Способ определения реактивности ядерной установки при выводе ее в критическое состояние

Способ определения реактивности ядерной установки при выводе ее в критическое состояние

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к физике реакторов и может быть использовано при эксплуатации ядерных реакторов и критических сборок, именуемых далее ЯУ (ядерные установки), в частности, при выводе ЯУ в критическое состояние, т.е. в процессе ее пуска. Пуск ЯУ относится к категории ядерно-опасных работ. Порядок проведения этих работ регламентирован рядом нормативных и руководящих документов, основой которых являются «Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций» ПБЯ РУ АС-89. Нормы и правила вывода критических сборок в критическое состояние изложены в документе НП-008-04 «Правила ядерной безопасности критических стендов». Пуск, как правило, осуществляют посредством выведения стержней регулирования ЯУ. Стержни регулирования выводят циклами по типу «шаг-пауза» для постоянного контроля состояния ЯУ. Контроль состояния ЯУ осуществляют, наблюдая результаты измерений во времени потока нейтронов - n(t), излучаемого ЯУ. Нормативные и руководящие документы предписывают, помимо визуального наблюдения этих результатов, проведение мониторинга эффективного коэффициента размножения k_эфф(t) в диапазоне значений от 0.95 до 0.99 или реактивности ρ(t)=[k_эфф(t)-1]/k_эфф(t) в процессе выполнения ядерно-опасных работ.

Известен способ определения ρ(t), принятый в качестве прототипа (Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. «Экспериментальные методы физики реакторов». М.: Энергоатомидат, 1984., стр.93).

Для этого предварительно любым известным способом определяют эффективную интенсивность источника нейтронов Q_эфф (см., например, патенты РФ №№2231145, 2302676 и др.), измеряют детектором нейтронов величину потока нейтронов n(t), излучаемого ЯУ, и рассчитывают ρ(t) из точечных уравнений кинетики. Основной недостаток способа-прототипа заключается в необходимости проведения предварительных экспериментов по измерению Q_эфф, что является самостоятельной сложной и трудоемкой задачей.

Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является снижение трудоемкости определения реактивности в диапазоне значений эффективного коэффициента размножения 0.95<k_эфф<0.99 для обеспечения ядерной безопасности при выводе ЯУ в критическое состояние.

Для этого предложен способ определения реактивности ρ(t) ядерной установки (ЯУ) при выводе ЯУ в критическое состояние, заключающийся в измерении потока нейтронов n(t), излучаемого ЯУ, как скорости счета детекторов нейтронов v(t) и вычислении ρ(t) реактивности ЯУ, при этом увеличение реактивности проводят циклами по типу «шаг-пауза», измеряют значения Ti - текущее время начала паузы i-го цикла и, задавая ряд значений эффективного коэффициента размножения k_эфф в диапазоне от 0.95 до 0.99, рассчитывают значения эффективной интенсивности источника нейтронов Q_эфф из точечных уравнений кинетики по результатам измерений v(t), после чего рассчитывают значения функций ρ(t), а за искомое значение реактивности из ряда варьируемых принимают то, при котором значения реактивности, отнесенные ко времени i-й паузы, имеют наименьшее отклонение по абсолютной величине от постоянного значения реактивности ρ во время этой паузы.

При этом измеряют Тi - текущее время начала паузы i-го цикла и v(t)скорости счета детекторов нейтронов с интервалом дискретности Δt не более 1 секунды.

Кроме того, увеличивают реактивность при увеличении эффективного коэффициента размножения k_эфф за один шаг цикла не менее чем на 0.001 за время не более 10 секунд с выдержкой паузы не менее 50 секунд после очередного увеличения реактивности.

При этом значение v(t) в исходном стационарном состоянии ядерной установки не менее 1000 отсчетов в секунду.

Увеличение реактивности проводят, например, изменением положения стержней регулирования ЯУ.

Способ основан на том, что функция ρ(t) (или k_эфф(1)) принимает постоянное значение одновременно с наступлением паузы и вплоть до следующего шага перемещения стержня регулирования. Задание начальных значений k_эфф от 0.95 до 0.99 позволяет по результатам измерений v(t) в исходном стационарном состоянии ЯУ из точечных уравнений кинетики рассчитать соответствующие значения Q_эфф. Заданные начальные значения k_эфф и результаты определения значений Q_эфф позволяют по экспериментальным данным за один или несколько циклов вывода стержней регулирования рассчитать значения функций ρ(t) из точечных уравнений кинетики. За искомое значение ρ выбирают то, при котором эти рассчитанные значения ρ(t), отнесенные ко времени пауз, менее всего отличаются по абсолютной величине от постоянного значения ρ на каждом исследуемом цикле вывода стержней регулирования. Конкретные значения величин, рекомендуемые для осуществления способа, выбирались исходя из обеспечения требуемой точности измерения.

На фиг.1. приведены результаты расчета функции n(t), нормированные на исходное значение n(0).

На фиг.2 приведены результаты расчетов приращений реактивности относительно нулевого момента времени для ряда (неизвестных до этого) значений функции k_эфф(0) из диапазона значений 0.99≥k_эфф(0)≥0.95.

На фиг.3 приведены приращения реактивности во время паузы на третьем цикле перемещений стержня регулирования.

На фиг.4 в зависимости от значений функции k_эфф(0) приведены суммарные значения приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования.

На фиг.5 приведены результаты расчетов приращений реактивности относительно момента времени t=1200 секунд для ряда значений k_эфф(1200) из диапазона значений 0.99≥k_эфф≥0.95.

На фиг.6 приведены приращения реактивности во время паузы на третьем цикле перемещении стержня регулирования.

На фиг.7 в зависимости от значений функции k_эфф(1200) приведены суммарные значения приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования.

Способ осуществляется следующим образом.

В подтверждение возможности определения реактивности в заявленном диапазоне значений 0.99≥k_эфф≥0.95 предложенным способом проведено численное моделирование процесса пуска ЯУ из исходного стационарного состояния с неизвестным до опыта значением k_эфф.

Моделируется вывод стержня регулирования ЯУ в течение 40 минут, одинаковыми циклами по типу «шаг-пауза», продолжительность каждого цикла 60 секунд, время перемещения стержня регулирования - «шаг» 5 секунд в каждом цикле, «пауза» 55 секунд. Увеличение значений k_эфф от 0.95 до 0.99 моделируются шагами, во время шага изменения k_эфф линейны во времени, суммарное увеличение k_эфф за шаг принято равным 0.001.

Скорость счета детектора в исходном стационарном состоянии ЯУ 1000 отсчетов в секунду, интервал дискретности Δt=1 секунда.

По заданным значениям функции k_эфф(0) рассчитаны значения функции n(t) из точечных уравнений кинетики (Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. «Экспериментальные методы физики реакторов». М.: Энергоатомидат, 1984., стр.93). Результаты расчета, нормированные на исходное значение n(0), приведены на фиг.1. Ставиться задача предложенным способом определить ρ(t) и k_эфф(t) по известным значениям n(t) и известному закону перемещения стержней регулирования во времени. Возможность проведения экспериментальных оценок предложенным способом демонстрируется на примере обработки данных, относящихся к трем циклам перемещения стержня регулирования.

В первом примере использованы значения функции n(t), моделирующие результаты измерений v(t) на отрезке времени 180 сек≥t≥0 сек, а также использованы известные значения T₁=5 сек, Т₂=65 сек, Т₃=125 сек. Требуется по этим данным определить значение k_эфф(t) при t=0. Решение этой задачи начинается с задания ряда значений k_эфф: 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99. Рассчитываются соответствующие значения Q_эфф по известному значению v(0). Из точечных уравнений кинетики по результатам «измерений» v(t), зная значения k_эфф и Q_эфф, определяются значения функции ρ(t), а за искомую реактивность из ряда варьируемых функций ρ(t) принимают ту, значения которой в интервалах времени (5,60), (65,120) (125,180) имеют наименьшее отклонение по абсолютной величине от постоянного значения реактивности во время этих пауз.

На фиг.2 в качестве пояснения реализации предложенного способа оценки реактивности приведены результаты расчетов приращений реактивности относительно нулевого момента времени для ряда (неизвестных до этого) значений функции k_эфф(0) из диапазона значений 0.99≥k_эфф(0)≥0.95. Из фиг.2 следует, что при задании k_эфф(0)=0.95 приращения реактивности относительно начального значения во время трех пауз в перемещении стержня регулирования имеют постоянные значения. При заданиях k_эфф(0), отличных от 0.95, приращения реактивности во время этих пауз переменны и эти два обстоятельства являются ключом к решению поставленной задачи. На фиг.3, для примера, приведены приращения реактивности во время паузы на третьем цикле перемещений стержня регулирования. На фиг.4 в зависимости от значений функции k_эфф(0) приведены суммарные значения приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования. Эта линия используется для определения искомого значения k_эфф(0) по результатам расчета приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования. В данном демонстрационном варианте моделирования приращение, равное 0, соответствует исходному значению k_эфф(0)=0.95. Во втором примере использованы значения функции n(t), моделирующие результаты измерений v(t) на отрезке времени 1380 сек≥t≥1200 сек, а также использованы известные значения Т₂₀=1205 сек, T₂₁=1265 сек, Т₂₂=1325 сек. Требуется по этим данным определить значение k_эфф при t=1200. Решение этой задачи аналогично начинается с задания ряда значений k_эфф 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99. Также рассчитываются соответствующие значения O_эфф по известному значению v(1200). Из точечных уравнений кинетики по результатам «измерений v(t)», зная значения k_эфф и Q_эфф, определяются значения функции ρ(t), а за искомую реактивность из ряда варьируемых функций ρ(t) принимают ту, значения которой в интервалах времени (1205, 1260), (1265, 1320), (1325, 1380) имеют наименьшее отклонение по абсолютной величине от постоянного значения реактивности во время этих пауз. На фиг.5 приведены результаты расчетов приращений реактивности относительно момента времени t=1200 секунд для ряда значений k_эфф(1200) из диапазона значений 0.99≥k_эфф≥0.95. Из фиг.5 следует, что при задании k_эфф(1200)=0.97 приращения реактивности относительно начального значения во время трех пауз в перемещении стержня регулирования имеют постоянные значения. При заданиях k_эфф(1200), отличных от 0.97, приращения реактивности во время этих пауз переменны. На фиг.6 приведены приращения реактивности во время паузы на третьем цикле перемещений стержня регулирования. На фиг.7 в зависимости от значений функции k_эфф(1200) приведены суммарные значения приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования. По данным, приведенным на фиг.7, приращение, равное 0, соответствует исходному значению k_эфф(1200)=0.97, что и требовалось определить предлагаемым способом.

Таким образом, данный способ позволяет, не проводя трудоемких измерений Q_эфф, в ходе самого пуска ЯУ, постоянно знать значение реактивности, что повышает ядерную безопасность работы ЯУ.

1. Способ определения реактивности ρ(t) ядерной установки (ЯУ) при выводе ее в критическое состояние, заключающийся в измерении потока нейтронов n(t), излучаемого ЯУ, как скорости счета детектора нейтронов v(t) при увеличении мощности ЯУ и вычислении ρ(t) реактивности ЯУ, отличающийся тем, что увеличение реактивности проводят циклами по типу «шаг-пауза», измеряют значение Ti - текущее время начала паузы i-го цикла и, задавая ряд значений эффективного коэффициента размножения k_эфф в диапазоне от 0.95 до 0.99, рассчитывают значения эффективной интенсивности источника нейтронов Q_эфф из точечных уравнений кинетики по результатам измерений v(t), после чего рассчитывают из этих уравнений реактивность ρ(t), а за искомое значение ρ(t) из ряда варьируемых принимают то, при котором значения ρ(t), отнесенные ко времени i-й паузы, имеют наименьшее отклонение по абсолютной величине от постоянного значения реактивности во время паузы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют значения Ti - текущее время начала паузы i-го цикла и v(t) - скорости счета детектора нейтронов с интервалом дискретности Δt не более 1 с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличивают реактивность при увеличении эффективного коэффициента размножения k_эфф за один шаг цикла не менее чем на 0.001 за время не более 10 с, с выдержкой паузы не менее 50 с после очередного увеличения реактивности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость счета детектора в исходном стационарном состоянии ядерной установки не менее 1000 отсчетов в секунду.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение реактивности проводят, например, изменением положения стержней регулирования ЯУ.