СПОСОБ ИМИТАЦИИ СИГНАЛА РЕАКТИВНОСТИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
METHOD OF NUCLEAR REACTOR REACTIVITY SIGNAL IMITATION

Изобретение относится к области реакторных измерений и может быть использовано для настройки приборов измерения реактивности ядерных реакторов (реактиметров) и оперативной проверки их работоспособности.
В процессе пуска ядерного реактора, вывода его на минимально контролируемый уровень мощности, при работе реактора на мощности, а также при нейтронно-физических измерениях, периодически проводимых во время кампании с целью определения текущих характеристик ядерного реактора, вычисляется его реактивность в динамических режимах с помощью специальных приборов - реактиметров. При настройке и проверке работоспособности реактиметров применяются аналоговые или цифровые имитаторы реактивности, использующие при формировании выходного сигнала решение уравнений кинетики ядерного реактора.
Известен способ имитации сигнала реактивности, реализованный в [Патент RU №2211485], при котором формируют аналоговый сигнал, соответствующий изменению во времени мощностного параметра реактора для заданной реактивности, и по нему формируют выходные сигналы имитатора.
Недостатком такого способа является то, что при его реализации, во-первых, имеет место весьма значительное время готовности имитатора к работе (до десяти минут) при переходе от одного режима к другому. Во-вторых, в процессе формирования выходного сигнала в импульсном режиме амплитуда выходных импульсов напряжения имитатора одинакова, а интервалы между импульсами носят регулярный характер, что не соответствует спектрометрическому характеру потока импульсов с детектора нейтронов, помещенного в реальный ядерный реактор, и снижает точность проводимой в соответствии с этим способом настройки реактиметра.
Известен способ имитации сигнала реактивности, реализованный в [патент RU 2287853], включающий формирование массива данных, соответствующих изменению во времени мощностного параметра реактора для заданной реактивности, сохранение этого массива данных в относительных единицах в устройстве памяти и его использование для управления выходным устройством, формирующим сигнал, соответствующий заданной реактивности. Данный способ наиболее близок к предлагаемому. В этом способе устранен недостаток способа, описанного в патенте RU №2211485, связанный с большим временем готовности имитатора к работе при переходе от одного режима к другому, но сохраняется недостаток, связанный с отсутствием спектрометрического характера потока выходных импульсов имитатора, соответствующего характеру потока импульсов с детектора нейтронов, используемого в реальных условиях ядерного реактора. Следствием такого отсутствия является недостаточно высокая точность настройки реактиметра, производимой с помощью имитатора, работа которого основана на этом способе имитации сигнала реактивности.
Предлагаемым изобретением решается задача увеличения точности настройки реактиметра и, как следствие, повышение достоверности измерений реактивности ядерного реактора.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе имитации сигнала реактивности ядерного реактора, включающем формирование массива данных, соответствующих изменению во времени мощностного параметра реактора для заданной реактивности, сохранение этого массива данных в относительных единицах в устройстве памяти и его использование для управления выходным устройством, формирующим сигнал, соответствующий заданной реактивности, согласно изобретению с помощью ионизационной камеры деления (ИКД), источника нейтронов и усилительно-преобразовательной аппаратуры регистрируют зависимость скорости счета импульсов тока ИКД, пропорциональной плотности нейтронного потока, от ее расстояния до источника нейтронов, нормируют эту зависимость на заданное число X и сохраняют в относительных единицах в виде первого массива данных в устройстве памяти, задают величину реактивности и формируют в устройстве памяти зависимость мощностного параметра реактора от времени, соответствующую заданной реактивности, нормируют эту зависимость на то же число X и сохраняют в относительных единицах в виде второго массива данных, затем сопоставляют последовательные во времени нормированные значения мощностного параметра из второго массива данных с равными им нормированными значениями плотности нейтронного потока из первого массива данных и находят значения расстояния от ИКД до источника нейтронов, соответствующие этим нормированным значениям, сохраняют их в устройстве памяти в виде третьего массива данных, определяющих зависимость расстояния от ИКД до источника нейтронов от времени, перемещают ионизационную камеру деления относительно источника нейтронов, задавая величину расстояния от ИКД до источника нейтронов в зависимости от времени по значениям третьего массива данных, при этом сигнал с ИКД используют для формирования сигнала, соответствующего заданной реактивности.
Признаки, отличающие предлагаемый способ от наиболее близкого к нему известного способа по патенту RU №2287853:
- регистрируют зависимость скорости счета импульсов тока ИКД, пропорциональной плотности нейтронного потока, от ее расстояния до источника нейтронов;
- нормируют зависимость скорости счета импульсов тока ИКД от ее расстояния до источника нейтронов на заданное число X и сохраняют в относительных единицах в виде первого массива данных в устройстве памяти;
- задают величину реактивности и формируют в устройстве памяти зависимость мощностного параметра реактора от времени, соответствующую заданной реактивности,
- нормируют зависимость мощностного параметра реактора от времени, соответствующую заданной реактивности, на то же число X и сохраняют в относительных единицах в виде второго массива данных;
- сопоставляют последовательные во времени нормированные значения мощностного параметра из второго массива данных с равными им нормированными значениями плотности нейтронного потока из первого массива данных;
- находят значения расстояния от ИКД до источника нейтронов, соответствующие этим нормированным значениям, сохраняют их в устройстве памяти в виде третьего массива данных, определяющих зависимость расстояния от ИКД до источника нейтронов от времени;
- перемещают ионизационную камеру деления относительно источника нейтронов, задавая величину расстояния от ИКД до источника нейтронов в зависимости от времени по значениям третьего массива данных;
- используют сигнал с ИКД для формирования сигнала, соответствующего заданной реактивности.
Совокупность вышеуказанных отличительных признаков позволяет при реализации способа в устройстве обеспечить качественно новые характеристики выходного сигнала имитатора, а именно организовать его в виде спектрометрического потока импульсов напряжения со случайным распределением импульсов по амплитуде и случайным распределением временных интервалов между импульсами, что соответствует реальным процессам в ядерном реакторе, а следовательно, увеличить точность настройки реактиметра, производимой с помощью такого имитатора, и тем самым обеспечить большую достоверность измерений реактивности при использовании реактиметра на реальном ядерном реакторе.
i
i
На фиг. 1 приведены диаграммы, иллюстрирующие преобразование массивов данных. В первом квадранте в относительных единицах N [o.e] приведен нормированный на X график зависимости скорости счета, пропорциональной плотности нейтронного потока, от расстояния S между ионизационной камерой деления и источником нейтронов. Этот график соответствует первому массиву данных b, сохраняемых в устройстве памяти. Во втором квадранте приведен в относительных единицах Р [о.е] нормированный на X график зависимости мощностного параметра ядерного реактора от времени для заданной величины реактивности. Этот график соответствует второму массиву данных а, сохраняемых в устройстве памяти. В четвертом квадранте приведен график зависимости расстояния S между ионизационной камерой деления и источником нейтронов от времени t, построенный сопоставлением первого и второго массивов данных. Этот график соответствует третьему массиву данных c, сохраняемых в устройстве памяти. Стрелками на диаграмме показан порядок нахождения данных третьего массива, используемых в дальнейшем для формирования сигнала, соответствующего заданной реактивности.
На фиг. 2 приведены графики изменения расстояния между ионизационной камерой деления и источником нейтронов во времени.
На фиг. 2а приведены графики изменения расстояния между ионизационной камерой деления и источником нейтронов во времени для заданных отрицательных значений реактивностей ρ=-0,1 β, ρ=-0,5 β, ρ=-1 β, а на фиг. 2b - для заданных положительных значений реактивностей ρ=0,1 β, ρ=0,2 β, ρ=0.3 β, где β - эффективная доля запаздывающих нейтронов. Расстояния отложены по осям ординат в метрах, время отложено по осям абсцисс в секундах.
Работа предложенного способа осуществляется следующим образом.
На первом этапе перемещают ИКД относительно источника нейтронов и с помощью усилительно-преобразовательной аппаратуры регистрируют в фиксированных точках скорость счета импульсов тока ИКД, пропорциональную плотности нейтронного потока, таким образом получают зависимость, пропорциональную плотности нейтронного потока, от расстояния до источника нейтронов. Полученную зависимость нормируют на произвольно заданное число X и сохраняют ее в относительных единицах в виде первого массива данных в устройстве памяти.
На втором этапе задают величину реактивности с фиксированным значением и формируют в устройстве памяти зависимость мощностного параметра реактора от времени, соответствующую заданной реактивности. Эту зависимость вычисляют в соответствии с известными уравнениями кинетики ядерного реактора [Кипин Дж.Р. Физические основы кинетики ядерных реакторов. Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1967 г. ]. Далее нормируют эту зависимость на то же число X и сохраняют ее в относительных единицах в виде второго массива данных в устройстве памяти.
i
i
i
На третьем этапе, который иллюстрируется диаграммой, представленной на фиг. 1, сопоставляют последовательные во времени нормированные значения мощностного параметра из второго массива данных с равными им нормированными значениями плотности нейтронного потока из первого массива данных (точки a и b соответственно) и находят значения расстояния S от ИКД до источника нейтронов, соответствующие этим нормированным значениям, сохраняют их в устройстве памяти в виде третьего массива данных (точки c), определяющих зависимость расстояния от ИКД до источника нейтронов от времени.
На четвертом этапе перемещают ионизационную камеру деления относительно источника нейтронов, задавая величину расстояния от ИКД до источника нейтронов в зависимости от времени S(t) по значениям третьего массива данных. На фиг. 2 приведены графики, иллюстрирующие изменение расстояния между ионизационной камерой деления и источником нейтронов во времени S(t) для различных заданных положительных и отрицательных значений реактивности. При построении графиков была использована зависимость плотности нейтронного потока от расстояния до источника нейтронов (база 2 м) для поверочной установки нейтронного излучения УКПН с формирователем поля тепловых нейтронов с источником ИБН-24.
На пятом, последнем, этапе в процессе перемещения ИКД ее сигнал используют для формирования сигнала усилительно-преобразовательной аппаратуры, соответствующего заданной реактивности. Этот сигнал используется при настройке реактиметра.
Таким образом, описанный выше способ имитации сигнала реактивности благодаря своим отличительным признакам позволяет при его реализации в устройстве увеличить точность настройки реактиметра за счет качественно новых характеристик выходного сигнала имитатора, организованного в виде спектрометрического потока импульсов напряжения со случайными распределениями временных интервалов между импульсами и случайным распределением импульсов по амплитуде. В этом случае выходной сигнал имитатора по амплитудно-временным характеристикам соответствует реальным процессам в ядерном реакторе, а следовательно, использование реактиметра, настроенного с помощью такого имитатора, увеличивает достоверность в измерениях реактивности на реальном ядерном реакторе.
При практической реализации способа могут быть использованы в качестве ИКД - камера КНК15-1, в качестве движителя - профильные рельсы LLTHC 15 SA-T1 Р5 с кареткой LLTHC 15 SA и максимальной базой до 4 м, в качестве двигателя - шаговые двигатели серии ASD-A2 с редуктором и ременным зубчатым ремнем.