СПОСОБ ИМИТАЦИИ СИГНАЛА ИОНИЗАЦИОННОЙ КАМЕРЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
METHOD OF IMITATING SIGNAL OF NUCLEAR REACTOR IONISATION CHAMBER

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техники и может быть использовано для настройки и поверки приборов измерения мощности и реактивности ядерных реакторов и оперативной проверки их работоспособности.
На разных этапах жизнедеятельности ядерных реакторов - при физпуске, эксплуатации на мощности, остановке реактора, проведении ремонтных работ осуществляется контроль за состоянием активной зоны с помощью приборов измерения мощностного сигнала и реактиметров. Для того, чтобы обеспечить достоверность измерений эти приборы должны в процессе эксплуатации подвергаться периодическим поверкам, а непосредственно перед их подключением в измерительную схему проходить оперативную проверку работоспособности. При этом используются специально предназначенные для этих целей устройства - имитаторы сигнала ионизационной камеры ядерного реактора, в которых реализованы те или иные способы имитации спектрометрического сигнала, пропорционального нейтронному потоку ядерного реактора.
Известен способ имитации сигнала ионизационной камеры (ИК) ядерного реактора, реализованный в генераторе пуассоновского импульсного потока [патент №2246174, опубл. 10.02.2005], при котором формируют аналоговый сигнал, адекватный сигналам ионизационной камеры. Однако при работе указанного устройства в соответствии с реализованным в нем способом имитации отсутствует привязка выходных сигналов к мощности конкретного ядерного реактора и имеет место ограниченный набор дискретных амплитуд имитационных импульсов и интервалов между ними, что не удовлетворяет требованиям по точности настройки проверяемой аппаратуры и затрудняет ее калибровку.
Перед авторами стояла задача расширить амплитудно-временной спектр выходных сигналов, имитирующих сигналы ионизационной камеры ядерного реактора, и осуществить их привязку к мощности конкретного ядерного реактора.
Предложенный авторами способ имитации сигнала ионизационной камеры ядерного реактора позволяет при его реализации в устройстве осуществить привязку выходных имитационных сигналов к мощности конкретного реактора при одновременном расширении их амплитудно-временного спектра, что обеспечит увеличение точности настройки проверяемой импульсной аппаратуры и достоверности проводимых в дальнейшем с помощью этой аппаратуры измерений непосредственно на данном ядерном реакторе.
В настоящей заявке предлагается способ имитации сигнала ионизационной камеры ядерного реактора, включающий формирование аналогового сигнала, адекватного сигналам ионизационной камеры, отличающийся тем, что устанавливают ядерный реактор на фиксированный уровень мощности, регистрируют импульсные сигналы датчиков нейтронного потока с помощью аппаратуры, задают фиксированный интервал времени Δt, на этом интервале интегрируют по времени цифровые сигналы аппаратуры и заносят их в оперативную память, повторяют интегрирование на следующем интервале Δt, задают точность совпадении интегральных значений и производят сравнение полученных интегральных значений по формуле
1
2
S-S≤δ, где
1
S - первое интегральное значение,
2
S - второе интегральное значение,
δ - заданная точность совпадения интегральных значений,
увеличивают интервал Δt и повторяют процессы интегрирования и сравнения, повторяют процессы увеличения интервала Δt интегрирования и сравнения до выполнения указанного неравенства, после чего последний набор цифровых сигналов из оперативной памяти переносят в ПЗУ и сохраняют там, в дальнейшем сохраненный набор вновь переносят в оперативную память и с помощью циклической выборки из нее используют этот набор для преобразования в аналоговую форму, имитирующую сигнал ионизационной камеры ядерного реактора, причем интервал Δt выбирают из условия
, где f - средняя частота импульсов ионизационной камеры.
a
На чертеже приведены графики изменения во времени выходных сигналов аппаратуры (импульсного выходного напряжения), пропорциональных току ионизационной камеры ядерного реактора, при уровне мощности реактора, соответствующем импульсному режиму аппаратуры. Вертикальной стрелкой обозначена ось ординат, по которой отложено выходное напряжение аппаратуры U. Горизонтальными одноконечными стрелками обозначены оси абсцисс, по которым отложено время t. Горизонтальными двухконечными стрелками обозначены длительности интервалов интегрирования выходных сигналов аппаратуры: Δt, Δt+Δt', Δt+kΔt'. Вертикальными пунктирными линиями обозначены границы интервалов интегрирования.
1
2
1
2
1
2
1
2
Буквами А обозначены массивы данных, периодически перезаписываемых в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и записываемых в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в конечном итоге, при выполнении условия S-S≤δ. Буквами Б обозначены массивы данных, периодически сравниваемых с массивами А в пределах одинаковых интервалов времени. На чертеже а) показаны сравниваемые по интегральным характеристикам массивы данных А и Б на двух равных интервалах Δt, при которых не выполняется условие S-S≤δ. На чертеже б) показаны сравниваемые по интегральным характеристикам массивы данных А и Б на двух равных интервалах Δt+Δt', при которых не выполняется условие S-S≤δ. На чертеже в) показаны сравниваемые по интегральным характеристикам массивы данных А и Б на двух равных интервалах Δt+kΔt', при которых выполняется условие S-S≤δ. На чертеже г) показан последовательно считываемый из ПЗУ массив данных А, преобразованный в аналоговую форму.
При работе предлагаемого способа имитации сигнала ионизационной камеры ядерного реактора используется тот факт, что при выборе достаточно большого интервала времени регистрации сигнала ионизационной камеры циклическое повторение зарегистрированных импульсов на входе настраиваемой аппаратуры идентично спектрометрическому потоку импульсов ионизационной камеры, при этом критерием приближения имитируемого сигнала к реальному служит выбор заданной точности совпадения интегральных значений сигналов ионизационной камеры, пропорциональных суммарному заряду импульсов, на равных интервалах времени.
С учетом сказанного работа предложенного способа осуществляется следующим образом. Устанавливают ядерный реактор с размещенными в нем датчиками нейтронного потока, выполненными на основе ионизационных камер, на фиксированный уровень мощности, при котором аппаратура еще различает отдельные импульсы. Подключают ионизационные камеры к аппаратуре, преобразующей импульсы тока в импульсы напряжения, и через АЦП подают на цифровую обработку в компьютер. Выбирают интервал времени Δt из условия
, где f - средняя частота импульсов ионизационной камеры.
1
2
Программным способом задают интервал времени Δt и на протяжении этого интервала (чертеж, а, интервал А), производят запись в оперативную память поступающей цифровой информации, ее интегрирование во времени и сохранение в оперативной памяти полученного первого интегрального значения S, повторяют интегрирование на следующем интервале Δt (чертеж, а, интервал Б) и получают второе интегральное значение S, задают точность совпадения интегральных значений и производят сравнение их значений по формуле
1
2
S-S≤δ, где
δ - заданная точность совпадения интегральных значений.
1
2
1
2
Поскольку полученные интегральные значения пропорциональны суммарному заряду ионизационной камеры на интервале Δt, то тем самым производится сопоставление суммарных зарядов ИК на двух одинаковых временных интервалах. Если указанное неравенство не выполняется, то увеличивают интервал интегрирования на величину Δt', проводят новую запись в оперативную память цифровой информации на интервале Δt+Δt' (чертеж, б, интервал А), взамен прежней, получают новые значения S и S, соответствующие интервалам А и Б, чертеж, б) и снова сравнивают их разность с заданной точностью совпадения δ. Повторяют увеличение интервала интегрирования, запись в оперативную память цифровой информации на увеличенном интервале, вычисление новых значений S и S до выполнения указанного неравенства на интервале Δt+kΔt' (чертеж, в, интервалы А и Б). При выполнении неравенства переписывают информацию из оперативной памяти в ПЗУ* (*под ПЗУ мы понимаем в данном случае постоянное запоминающее устройство в виде винчестера компьютера.) и сохраняют там, заканчивая на этом первый, измерительный этап. Далее переходят к следующему этапу, этапу собственно имитации сигнала ионизационной камеры ядерного реактора. Для этого вновь переносят информацию, записанную на первом этапе на интервале А чертеж, в, из ПЗУ в оперативную память и производят ее циклическое считывание с преобразованием в аналоговую форму, как это показано на (чертеж, г). Необходимость повторного переписывания информации из ПЗУ в оперативную память объясняется большой инерционностью ПЗУ, не позволяющей обеспечить высокую скорость циклического считывания информации, необходимую для адекватной имитации импульсов ионизационной камеры.
6
Таким образом, в предложенном способе формируется спектрометрический поток импульсов, идентичный реальному потоку с ионизационной камеры ядерного реактора при заданной его мощности. По сравнению со способом-прототипом, обеспечивающим на выходе ограниченный набор амплитуд импульсов и интервалов между ними (набор от одного до нескольких десятков различных значений), в предлагаемом способе, при соответствующем выборе δ, обеспечивается практически полный набор возможных амплитуд и интервалов между ними - до 10 и более различных значений, учитывающий реальные наложения импульсов, соответствующие заданной мощности ядерного реактора. Все это по сравнению с прототипом обеспечивает в предложенном способе существенно более высокую точность настройки импульсной проверяемой аппаратуры, поскольку импульсные сигналы подаются на вход проверяемой аппаратуры точно в том виде, в каком поступают сигналы с реального ядерного реактора, работающего на заданном уровне мощности.
Способ может быть реализован на базе современной высокоскоростной техники: компьютерах с оперативной памятью порядка 1 Гб и частотой шины в сотни МГц, АЦП и ЦАП со скоростью обмена сотни МГц. Действительно, при длительности импульсов тока ионизационной камеры порядка 100 нс и требовании порядка 20 точек отсчета на протяжении импульса, требуется скорость считывания информации порядка 200 МГц.
6
7
Учитывая указанную длительность импульса, средняя частота импульсов ионизационной камеры не должна превышать величины порядка 5·10 имп/сек, следовательно, должно выполняться  Выбирая Δt =200 мс (т.е. в миллион раз больше, чем 1/f) при скорости считывания информации 200 МГц получаем 4·10 точек отсчета. При использовании двенадцатитиразрядного АЦП получаем массив данных порядка 60 Мб. При увеличении интервала Δt до 1 сек требования к объему ОЗУ возрастают до 300 Мб. Реализовать требования, близкие к указанным можно, например, на базе процессора Intel Original LGA 775 Core2Duo-E8400 (3.0/1333/6mb) Box (SLAPL) 90801, ОЗУ 2048 Mb (2×1024 Mb) PC2-6400 800 MHz DDR2 DIMM Corsair XMS2 и 12-разрядных АЦП МАХ1219 и ЦАП МАХ5873 с полосой 200 МГц.