СПОСОБ КАЛИБРОВКИ КАНАЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПЕРВОГО КОНТУРА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
METHOD OF CALIBRATION OF NEUTRON FLOW DENSITY MEASUREMENT CHANNELS INTENDED FOR MEASUREMENT OF FLOW RATE OF HEAT CARRIER OF FIRST CONTOUR OF NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к метрологии нейтронного излучения, и может быть использовано при калибровке каналов измерения расхода теплоносителя в первом контуре корпусных ядерных реакторов.
Известен способ калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока, включающий измерение и запись величины плотности нейтронного потока при различных условиях его формирования [Лобанков В.М. Калибровка скважинной геофизической аппаратуры, Уфа: «Мастер-Копи». - 2011. с.69.]. Недостатком способа являются его ограниченные функциональные возможности, не позволяющие использовать его применительно к калибровке каналов измерения расхода теплоносителя в первом контуре корпусных ядерных реакторов.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока, включающий измерение и запись величины плотности нейтронного потока при различных условиях его формирования, с помощью ионизационной камеры деления [патент RU №2312374, 10.12.2007].
Недостатком этого способа является то, что калибровка каналов измерения плотности нейтронного потока производится непосредственно на ядерном реакторе и требует либо организации специальных режимов его работы, что нежелательно для реакторов АЭС с точки зрения оптимизации их эксплуатационных характеристик, либо ожидания плановых изменений режима работы ядерного реактора, соответствующих задачам проводимой калибровки, что существенно увеличивает время калибровки. Кроме того, низка точность калибровки, поскольку в процессе ее проведения возможны флуктуации мощности ядерного реактора.
Предлагаемым изобретением решается задача оптимизации режима работы АЭС за счет обеспечения возможности проведения калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока за пределами ядерного реактора, что также позволяет повысить точность калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока и сократить время на ее проведение.
1
1
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока, включающем измерение и запись величины плотности нейтронного потока при различных условиях его формирования с помощью ионизационной камеры деления, согласно изобретению калибровку каналов измерения плотности нейтронного потока производят за пределами реактора, при этом измерение плотности нейтронного потока осуществляют двумя измерительными каналами в два этапа: на первом этапе размещают источник нейтронов напротив датчика первого измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны выхода теплоносителя из реактора, при этом расстояние l от источника нейтронов до этого датчика выбирают таким образом, чтобы скорость счета N в первом измерительном канале соответствовала плотности нейтронного потока на трубопроводе, и регистрируют эту скорость счета N, на втором этапе размещают источник нейтронов напротив датчика второго измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны возврата теплоносителя в реактор, и выбирают расстояние l между источником нейтронов и вторым датчиком по формуле
,
где v - скорость потока теплоносителя;
L - расстояние между датчиками на трубопроводе;
17
τ - период полураспада изотопа N,
2
затем настраивают чувствительность второго измерительного канала таким образом, чтобы его скорость счета N была равна
после чего устанавливают датчики на трубопровод.
Признаки, отличающие предлагаемый способ от наиболее близкого к нему известного способа по патенту RU №2312374:
- калибровку каналов измерения плотности нейтронного потока производят за пределами реактора, при этом измерение плотности нейтронного потока осуществляют двумя измерительными каналами в два этапа;
1
1
1
- на первом этапе размещают источник нейтронов напротив датчика первого измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны выхода теплоносителя из реактора, при этом расстояние l от источника нейтронов до этого датчика выбирают таким образом, чтобы скорость счета N в первом измерительном канале соответствовала плотности нейтронного потока на трубопроводе, и регистрируют эту скорость счета N,
2
- на втором этапе размещают источник нейтронов напротив датчика второго измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны возврата теплоносителя в реактор, и выбирают расстояние l между источником нейтронов и вторым датчиком по формуле
,
где v - скорость потока теплоносителя;
L - расстояние между датчиками на трубопроводе;
17
τ - период полураспада изотопа N,
2
- затем настраивают чувствительность второго измерительного канала таким образом, чтобы его скорость счета N была равна
после чего устанавливают датчики на трубопровод,
обусловливают возможность проведения калибровки независимо от работы ядерного реактора, что позволяет повысить точность калибровки каналов измерения плотности нейтронного потока, поскольку источники нейтронов (например, калифорниевые источники нейтронов) в отличие от ядерного реактора имеют стабильные во времени характеристики нейтронного потока. Также сокращается время проведения калибровки, поскольку устраняется необходимость ожидания плановых изменений режимов реактора, соответствующих задачам калибровки.
Перед описанием работы предложенного способа необходимо пояснить следующее.
17
17
17
1
2
Под воздействием быстрых нейтронов в активной зоне реактора в водном теплоносителе первого контура протекает реакция O(n,p)N, в результате которой образуется короткоживущий радионуклид N (азот-17) с периодом полураспада τ=4,14 с, который, в свою очередь, (преимущественно ~95%) претерпевает радиоактивный распад с образованием кислорода-17 и нейтрона n с энергиями 406 (45% числа распадов), 1220 (45% числа распадов) и 1790 (5% числа распадов) кэВ. Нейтронную активность азота-17 качественно регистрируют датчики на основе урановых ионизационных камер деления. Азотная активность теплоносителя (скорость счета N) в точке расположения первого датчика, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны выхода теплоносителя из реактора, определяет соответствующую активность (скорость счета N) в точке расположения второго датчика на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны возврата теплоносителя в реактор. Указанные скорости счета связаны между собой соотношением, учитывающим расстояние между датчиками, скорость потока теплоносителя и период полураспада азота-17:
Предложенный способ осуществляется следующим образом.
1
1
1
На первом этапе размещают в лабораторных условиях источник нейтронов напротив датчика первого измерительного канала, предназначенного для установки на трубопроводе первого контура ядерного реактора со стороны выхода теплоносителя из реактора. При этом активность источника может быть в достаточной степени произвольной, главные условия, предъявляемые к источнику, это, во-первых, чтобы его линейные размеры были значительно меньше расстояния l от источника нейтронов до датчика, во-вторых, чтобы его активность была достаточной для того, чтобы обеспечить за счет выбора расстояния l заданную величину скорости счета N в первом измерительном канале.
1
1
2
Величину скорости счета N выбирают следующим образом. Из эксплуатационных характеристик реакторов ВВЭР-1150 на АЭС нового поколения (Калининская АЭС) известно, что при работе на номинальной мощности плотность нейтронного потока на прямолинейном участке трубопровода первого контура со стороны выхода теплоносителя из реактора на расстоянии 1 м от его изгиба и на расстоянии 100 мм от тепловой защиты трубопровода (место установки первого датчика) составляет Ф=3 700-5000 н/см с. Ориентировочная скорость счета N в этой точке может быть оценена по формуле
1
N=Фξ, где ξ - импульсная чувствительность измерительного канала.
-2
1
Импульсная чувствительность измерительного канала с камерой деления типа КНК-15-1 и интенсиметром АИССчИТ (разработка ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова») составляет порядка 1 имп.см/н, откуда скорость счета при указанных выше условиях составит N=3700-5000 имп./с.
1
1
Далее выбирают расстояние l таким, чтобы скорость счета в первом измерительном канале была равна N.
Кроме того, известно, что плотность нейтронного потока изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника нейтронов, поэтому правомерно записать выражение:
2
Приравнивая выражения (1) и (2), определяют на каком расстоянии  от источника до датчика второго измерительного канала будет реализована плотность нейтронного потока, при которой скорость счета N во втором измерительном канале должна иметь значение:
и подстраивают чувствительность второго измерительного канала таким образом, чтобы было реализовано именно это значение.
После такой калибровки устанавливают датчики на трубопровод первого контура ядерного реактора на расстоянии L один от другого.
<mrow><msub><mi>N</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>N</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mo>−</mo><mfrac><mi>L</mi><mrow><mi>τ</mi><mi>ν</mi></mrow></mfrac></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0,84</mn><msub><mi>N</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
В качестве примера можно привести расчет данных для параметров, характерных для реактора ВВЭР-1150. Прямолинейный участок трубопровода, на котором устанавливаются датчики, имеет длину L=6 м, скорость потока теплоносителя v=6 м/с. При этих данных калибровка второго измерительного канала должна производиться при установке датчика на расстоянии  от источника нейтронов. Чувствительность канала необходимо настроить таким образом, чтобы обеспечить скорость счета
.
1
Например, при выбранном значении скорости счета N=4000 имп./с скорость счета во втором измерительном канале в указанных условиях должна быть ниже, чем в первом на 16% и составить 3360 имп./с.
Для осуществления предлагаемого способа можно использовать калифорниевые источники нейтронов типа ИНК, в качестве датчиков - ионизационные камеры деления КНК-15-1, в качестве интенсиметров - блоки вычисления интенсивности сигнала, выпускаемые ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова».