СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОСТИ ЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ВЫВОДЕ ЕЕ В КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
METHOD OF DETERMINING REACTIVITY OF NUCLEAR PLANT WHEN IT IS BROUGHT TO CRITICAL STATE

эфф
эфф
эфф
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(t) в диапазоне значений от 0.95 до 0.99 или реактивности ρ(t)=[k(t)-1]/k(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).
эфф
эфф
Для этого предварительно любым известным способом определяют эффективную интенсивность источника нейтронов Q (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, что является самостоятельной сложной и трудоемкой задачей.
эфф
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является снижение трудоемкости определения реактивности в диапазоне значений эффективного коэффициента размножения 0.95<k<0.99 для обеспечения ядерной безопасности при выводе ЯУ в критическое состояние.
эфф
эфф
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 в диапазоне от 0.95 до 0.99, рассчитывают значения эффективной интенсивности источника нейтронов Q 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.
эфф
Кроме того, увеличивают реактивность при увеличении эффективного коэффициента размножения k 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.
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
Способ основан на том, что функция ρ(t) (или k(1)) принимает постоянное значение одновременно с наступлением паузы и вплоть до следующего шага перемещения стержня регулирования. Задание начальных значений k 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. Заданные начальные значения k и результаты определения значений Q 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).
эфф
эфф
На фиг.2 приведены результаты расчетов приращений реактивности относительно нулевого момента времени для ряда (неизвестных до этого) значений функции k(0) из диапазона значений 0.99≥k(0)≥0.95.
На фиг.3 приведены приращения реактивности во время паузы на третьем цикле перемещений стержня регулирования.
эфф
На фиг.4 в зависимости от значений функции k(0) приведены суммарные значения приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования.
эфф
эфф
На фиг.5 приведены результаты расчетов приращений реактивности относительно момента времени t=1200 секунд для ряда значений k(1200) из диапазона значений 0.99≥k≥0.95.
На фиг.6 приведены приращения реактивности во время паузы на третьем цикле перемещении стержня регулирования.
эфф
На фиг.7 в зависимости от значений функции k(1200) приведены суммарные значения приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования.
Способ осуществляется следующим образом.
эфф
эфф
В подтверждение возможности определения реактивности в заявленном диапазоне значений 0.99≥k≥0.95 предложенным способом проведено численное моделирование процесса пуска ЯУ из исходного стационарного состояния с неизвестным до опыта значением k.
эфф
эфф
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 от 0.95 до 0.99 моделируются шагами, во время шага изменения k линейны во времени, суммарное увеличение k за шаг принято равным 0.001.
Скорость счета детектора в исходном стационарном состоянии ЯУ 1000 отсчетов в секунду, интервал дискретности Δt=1 секунда.
эфф
эфф
По заданным значениям функции k(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(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.
1
2
3
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
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 T=5 сек, Т=65 сек, Т=125 сек. Требуется по этим данным определить значение k(t) при t=0. Решение этой задачи начинается с задания ряда значений k: 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99. Рассчитываются соответствующие значения Q по известному значению v(0). Из точечных уравнений кинетики по результатам «измерений» v(t), зная значения k и Q, 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.
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
20
21
22
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
эфф
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(0) из диапазона значений 0.99≥k(0)≥0.95. Из фиг.2 следует, что при задании k(0)=0.95 приращения реактивности относительно начального значения во время трех пауз в перемещении стержня регулирования имеют постоянные значения. При заданиях k(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(0) приведены суммарные значения приращений реактивности во время пауз трех циклов перемещений стержня регулирования. Эта линия используется для определения искомого значения k(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(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 Т=1205 сек, T=1265 сек, Т=1325 сек. Требуется по этим данным определить значение k при t=1200. Решение этой задачи аналогично начинается с задания ряда значений k 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99. Также рассчитываются соответствующие значения O по известному значению v(1200). Из точечных уравнений кинетики по результатам «измерений v(t)», зная значения k и Q, 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(1200) из диапазона значений 0.99≥k≥0.95. Из фиг.5 следует, что при задании k(1200)=0.97 приращения реактивности относительно начального значения во время трех пауз в перемещении стержня регулирования имеют постоянные значения. При заданиях k(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(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(1200)=0.97, что и требовалось определить предлагаемым способом.
эфф
Таким образом, данный способ позволяет, не проводя трудоемких измерений Q, в ходе самого пуска ЯУ, постоянно знать значение реактивности, что повышает ядерную безопасность работы ЯУ.