Способ определения координат неисправного поглощающего элемента ядерного реактора

Изобретение относится к атомной промышленности, в частности к способам определения координат неисправных поглощающих элементов активной зоны атомного реактора, приводящих к локальному росту плотности потока нейтронов.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран способ определения координат локальных возмущений коэффициента размножения в активной зоне подкритического ядерного реактора (RU 2165109 С2 (Производственное объединение "Маяк", RU), 10.04.2001). Данный способ включает следующую последовательность действий:

1. Извлечение по одному отдельных поглощающих элементов полностью из активной зоны в заглушенном реакторе на фиксированную величину;

2. Построение зависимости сигналов датчиков нейтронного потока от расстояния до извлеченного поглощающего элемента;

3. Запуск реактора и выведение в рабочий режим;

4. Регистрация сигналов датчиков потока нейтронов;

5. Определение одного или более датчиков, регистрирующих превышение сигналов заданных значений;

6. Построение схемы активной зоны с изображениями колец с центрами в местах расположения выбранных датчиков и радиусами, полученными из предварительно построенной зависимости по сигналам выбранных датчиков;

7. Определение координат расположения источника роста коэффициента размножения нейтронов как области пересечения колец.

Недостатком ближайшего аналога (прототипа) является невозможность определения координат источника роста потока нейтронов неизвестной амплитуды, вызванного неизвестной неисправностью.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности эксплуатации ядерного реактора за счет увеличения точности определения координат неисправного поглощающего элемента.

Технический результат достигается тем, что способ определения координат неисправного поглощающего элемента ядерного реактора включает пошаговое извлечение поглощающего элемента и регистрацию на каждом шаге скорости роста сигналов датчиков потока нейтронов, определение на основании полученных данных зависимости относительной скорости роста сигнала датчика от расстояния до неисправного поглощающего элемента Ψ(r), определение трех датчиков, регистрирующих максимальную скорость роста сигнала, их нумерацию в порядке убывания скорости роста регистрируемого ими сигнала, при этом первым датчиком является датчик, регистрирующий максимальный рост сигнала, определение двухмерных координат трех датчиков, измерение расстояния попарно между каждыми из трех датчиков, образующих треугольник, определение углов между сторонами треугольника попарно соединяющими каждые из трех датчиков, определения расстояния от первого выбранного датчика до неисправного поглощающего элемента в соответствии с решением совокупности уравнений (I) и (II), определение двухмерных координат неисправного топливного элемента в соответствии с уравнениями (III):

,

угол α(r₁) вычисляется по формуле (II)

где r₁ - искомое расстояние от первого датчика до источника,

- расстояние между первым и третьим детектором,

- расстояние между первым и вторым детектором,

β₂₃ - угол между отрезком, соединяющим первый и второй датчики и отрезком, соединяющим первый и третий датчики,

I₁, I₂, I₃ - сигналы первого, второго и третьего датчиков соответственно,

Ψ(r) - зависимость относительной скорости роста сигнала датчика от расстояния до неисправного элемента.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном способе предусмотрены следующие отличия:

1. перед началом работы системы проводят извлечение поглощающих элементов из погруженного состояния не на фиксированную величину, а пошагово, например на 10%, 30%, 60%, 80% и до полного извлечения. Таким образом, получаемая зависимость роста сигнала датчика от расстояния является достоверной независимо от амплитуды всплеска плотности потока нейтронов;

2. в качестве отклика на перемещения поглощающих элементов регистрируют не непосредственно сигналы датчиков потока нейтронов, а скорость увеличения сигналов;

3. для определения координат неисправного топливного и/или поглощающего элемента используют сигналы и координаты трех датчиков, регистрирующих максимальную скорость роста сигнала;

4. координаты неисправного топливного и/или поглощающего элемента определяют не в виде двухмерного рисунка с вероятной областью расположения неисправного элемента, а в виде численных значений координат, полученных в результате численного решения совокупности уравнений.

Предложенный способ может быть осуществлен следующим образом. Перед началом работы системы проводятся эксперименты по извлечению поглощающих элементов пошагово из полностью погруженного состояния до полного извлечения, по результатам измерений строится зависимость скорости роста сигнала датчиков потока нейтронов от расстояния до источника роста потока нейтронов. В рабочем режиме проводится:

1. регистрация скоростей роста сигналов датчиков потока нейтронов;

2. определение трех датчиков, регистрирующих максимальную скорость роста сигнала, датчики нумеруются в порядке убывания регистрируемого сигнала (первый датчик регистрирует максимальный рост сигнала);

3. определение двухмерных координат трех датчиков, регистрирующих максимальную скорость роста;

4. вычисление расстояний попарно между каждыми из трех датчиков, образующих треугольник;

5. определение углов между сторонами треугольника, попарно соединяющими каждые из трех датчиков (Фиг. 1);

6. определения расстояния от первого выбранного датчика до неисправного топливного и/или поглощающего элемента в соответствии с решением совокупности уравнений (I):

,

где r₁ - искомое расстояние от первого датчика до источника,

- расстояние между первым и третьим детектором,

- расстояние между первым и вторым детектором,

β₂₃ - угол между отрезком, соединяющим первый и второй датчики и отрезком, соединяющим первый и третий датчики,

I₁, I₂, I₃ - сигналы первого, второго и третьего датчиков соответственно,

Ψ(r) - функция зависимости относительной скорости роста сигнала датчика от расстояния до неисправного элемента,

угол α(r) вычисляется по формуле (II):

7. определение двухмерных координат неисправного топливного элемента в соответствии с уравнениями (III)

Изобретение позволяет определять координаты неисправного элемента активной зоны независимо от типа этого элемента (поглощающий элемент, топливный элемент и др.) и независимо от амплитуды увеличения потока нейтронов, вызванного данной неисправностью.

Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующим примером.

Способ был опробован на результатах испытаний, проведенных на реакторе, в которых неисправность топливных элементов имитировалась частичным извлечением поглощающих элементов, что приводило к росту плотности потока нейтронов и его результаты обработаны в программе для ЭВМ.

При возникновении в одной из ячеек активной зоны локального роста потока нейтронов максимальный рост сигнала был зарегистрирован тремя детекторами Д₁, Д₂, Д₃ с координатами (23, 30), (22, 27) и (19, 26). За 10 секунд наблюдений сигналы датчиков камер увеличились на 16,1%, 14,2% и 12,9%, соответственно.

При подстановке данных координат и сигналов в совокупность уравнений (I-III), после их решения получены координаты источника - (20,9, 29,2). Реальные координаты источника при этом были (21, 30). Погрешность определения координат составила 0,4 шага активной зоны, т.е. ячейка с неисправным поглощающим элементом определена верно. Сравнение предсказаний алгоритма и фактических координат источника роста реактивности показано на фиг. 1.

Таким образом, заявленный способ определения координат неисправного топливного и/или поглощающего элемента ядерного реактора позволяет определить с точностью до диаметра ячейки активной зоны координаты неисправного топливного и/или поглощающего элемента, являющегося источником локального роста плотности потока нейтронов в активной зоне ядерного реактора.