Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ

Изобретение относится к области ядерной техники, а именно, к контролю герметичности оболочек (КГО) ТВЭЛов по активности продуктов деления (ПД) в теплоносителе, и может быть использовано на ядерных энергетических установках (ЯЭУ) с водным теплоносителем.

Известно устройство контроля КГО ТВЭЛов, содержащее детектор нейтронов и аппаратуру обработки сигналов детектора. Пробы теплоносителя, отбираемые из топливных сборок, контролируются на присутствие запаздывающих нейтронов, носителями которых являются Br⁸⁷ и J¹³⁷ с периодами полураспада 56 и 22 с соответственно /М.П.Шальман, В.И.Плютинский. Контроль и управление на атомных электростанциях. - М.: Энергия, 1979 г., с.114-115/. В качестве детекторов применяются ионизационные камеры для регистрации нейтронов.

Недостатками данного устройства является невысокая надежность получаемой информации в условиях электромагнитных помех в линии связи между детектором и аппаратурой обработки на уровне малой интенсивности информационного сигнала.

Известна система обнаружения дефекта твэла /Патент США № 3786257, 1974/, содержащая байпасную линию, подключенную к контуру трубопровода с теплоносителем. К байпасной линии подключены: охладитель проб теплообменника, два детектора нейтронов, гамма-детектор, расходомер, регулирующий клапан, расширительный бак. Детекторы нейтронов подключены через преобразователь счет-ток к аппаратуре обработки сигналов, на выходе которых формируется сигнал о наличии негерметичности твэлов.

Данная система принята за прототип.

Недостатком прототипа является то, что подключение байпаса к трубопроводу с теплоносителем снижает его герметичность, а дополнительные устройства: охладитель, расходомер, регулирующий клапан - снижают надежность устройства. Кроме того, преобразователь счет-ток обладает малой помехоустойчивостью в условиях малой интенсивности сигнала с детекторов, так как в байпас попадает малая часть ПД от переносимого в трубопроводе.

Задачей изобретения является создание устройства контроля герметичности оболочек твэлов, обеспечивающего высокую степень оперативности и надежности контроля.

Эта задача решается тем, что в известном устройстве обнаружения дефекта твэла, содержащем два детектора нейтронов, введены два канала преобразования, магистраль и процессор. Каждый канал преобразования состоит из дифференциального трансформатора, усилителя импульсов тока, дискриминатора, преобразователя счет-код. Электрические выходы детекторов подключают к входам своих трансформаторов. Детекторы нейтронов размещены на трубопроводе так, чтобы они были чувствительны к нейтронам контролируемых ПД на расстоянии друг от друга, учитывающем затухание источников нейтронов в теплоносителе.

Признаки, отличающие предлагаемое устройство от прототипа, - наличие дифференциального трансформатора, усилителя импульсов тока, дискриминатора, преобразователя счет-код, магистрали и процессора, - позволяют в условиях электромагнитных помех при низкой интенсивности сигналов детекторов нейтронов повысить надежность формирования информационного сигнала за счет подавления синфазной помехи дифференциальным трансформатором и благодаря программной обработке сигналов. Кроме того, размещение детекторов нейтронов непосредственно на трубопроводе, без использования байпасного подключения, не приводит к нарушению герметичности оборудования первого контура.

На чертеже изображена схема устройства контроля герметичности оболочек твэлов.

Устройство содержит детекторы нейтронов 1₁, 1₂, каналы преобразования и питания 2₁, 2₂ детекторов нейтронов, магистраль 3 и процессор 4. Каждый из каналов преобразования 2₁, 2₂ состоит из дифференциального трансформатора 5, усилителя импульсов тока 6, дискриминатора 7 и преобразователя счет-код 8. Детекторы нейтронов 1₁, 1₂ размещены на трубопроводе ЯЭУ, по которому проходит теплоноситель.

Выходы детектора 1₁ подключены к входам трансформатора 5 канала 2₁. Выход трансформатора 5 соединен с входами усилителя 6, выход которого соединен с входом дискриминатора 7. Выход дискриминатора 7 соединен с входом преобразователя счет-код 8, выход которого соединен с магистралью 3 устройства. К магистрали 3 подключен процессор 4, выход которого соединен с персональной ЭВМ. Питание детекторов осуществляется путем подачи на положительный электрод детектора нейтронов высокого напряжения U_п, кроме того, этот электрод соединен через конденсатор с входом трансформатора. Канал преобразования 2₂ сигнала детектора нейтронов 1₂ аналогичен каналу 2₁.

Устройство работает следующим образом.

При наличии герметичности твэлов уровень фоновой активности теплоносителя определяется уровнем загрязнения теплоносителя и трубопровода ЯЭУ и может изменяться по мере эксплуатации на два - три порядка от начального значения. Поэтому уровень фонового облучения детекторов нейтронов 1₁ и 1₂, расположенных на различных расстояниях от начала трубопровода, одинаков, и количество импульсов с выходов детектора 1₁ и детектора 1₂ близки по величине. Импульсы с каждого детектора 1₁ и 1₂ поступают на входы своих дифференциальных трансформаторов 5 в противофазе и складываются, а помехи, поступающие синфазно, - вычитаются. С выхода трансформатора 5 сигнал поступает на усилитель импульсов тока 6 и далее - на дискриминатор 7, который обеспечивает дискриминацию шумов усилителя и формирует стандартные импульсы для преобразователя счет-код 8. С каждого преобразователя счет-код каналов 2₁, 2₂ сигналы через магистраль 3 поступают на процессор 4. Процессор обеспечивает обработку поступающих сигналов по заданной программе: сравнивает количество поступающих импульсов, определяет моменты возрастания количества импульсов по каждому каналу и формирует сигнал на ПЭВМ, на мониторе которой формируется сигнал о состоянии твэлов.

Появление микротрещин на оболочке твэла приводит к выбросу запаздывающих нейтронов (изотопы брома и йода) в теплоноситель, и, соответственно, к увеличению сигнала с детектора нейтронов 1₁ и увеличению счета канала 2₁. Процессор фиксирует момент t₁ времени поступления сигнала и увеличение частоты импульсов и запоминает данные. Через время, равное отношению расстояния между детекторами нейтронов 1₁ и 1₂ к скорости теплоносителя, формируется увеличенный сигнал с детектора 12 и, соответственно, с канала 2₂. Появление задержанного увеличения сигнала с канала 2₂ направляется на процессор и далее на ПЭВМ, где фиксируется момент времени t₂ поступления сигнала с детектора 1₂ и увеличение счета с канала 2₂. Информация о наличии увеличения сигналов в моменты времени t₁ и t₂, величина сигналов с каналов 2₁, 2₂ обрабатывается по заданному алгоритму.

Экспериментальная проверка на базе малочувствительных к гамма-излучению камер деления КНК-15-1, размещенных вблизи напорных коллекторов, подтвердила работоспособность устройства контроля герметичности оболочек твэлов. Так, при негерметичности твэлов (определялось радиометрической аппаратурой) разность скорости счета увеличивалась до 5-6 имп/с. При этом после выгрузки негерметичной тепловыделяющей сборки показания устройства уменьшались до исходной величины.