WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Препрашт КИЯИ-88-42 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ КИНЕТИКИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ да 621.039.512 В.И.Борисенко, А.И.Головач, Ф.А.Гриневич, ...»

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР

ИНСТИТУТ

ЯДЕРНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Препрашт КИЯИ-88-42

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

МОДЕЛИРОВАНИЯ КИНЕТИКИ ЯДЕРНЫХ

РЕАКТОРОВ

да 621.039.512

В.И.Борисенко, А.И.Головач, Ф.А.Гриневич, В.В.Лукьянец,

Н.М.Сидорук

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

КИНЕТИКИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

Важным направлением в обеспечении безопасной работы АЭС является развитие рациональных методов диагностики состояния ядерного реактора. Основным покателем состояния ядерного реактора является реактивность. Определение реактивности является довольно сложной задачей, решаемой обычно с помошью средств аналоговой или цифровой вычислительной техники .

В работе рассмотрены теоретические вопросы, связанные с.выбором математической модели, на основе которой строится прибор для определения реактивности - реактиметр. Основное внимание уделено техническим вопросам, связанным с разработкой и созданием аналогового измерителя мгновенной реактивности АИМР-8-2м. Показана принципиальная возможность использования реактиметра АИМР-6-2М для определения глобальной реактивности ядерного реактора. Получено выражение для переходной функции реактивности в случае одногругоювого приближения по запаздывающим нейтронам .

The development of rational methods of nuclear reactor etate diagnostics ie an important trend in a safety control of NTS operation. The reactivity ie the main factor of nuclear reactor state .

The reactivity determination is rather a complex problem, solved by analog and digital computer facilities .

In т Ш з paper the theoretical questions were discussed, related to snathematic model selection on the basis of which the device for reactivity determination- a reactimeter ie made. A basic attention was paid to technical questions, related to the working out and creation of an analog meter of instantaneous reactivity- АИМ? -b-2ii. The principle possibility of use of this

•levice for determination of nuclear reactor global reactivity is shown. The expressionis obtained for reactivity transition function in case of one-group approximation by delayed neutrons .

The theoretical and practical questions on modeling of nuclear rector kinetics .

Печатается пс постановлению Ученого совета Института ядерных исследований АН УССР

АКАДЕМИЯ НАУК УССР

В.И.Борисенко, А.И.Головач, Ф.А.Гриневич, В.В.Лукьянец, Н.М.Сидорук

ТЕОРЕтаЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕШИРОВАНИЯ

КИНЕТИКИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

Киев, Институт ядерных исследований, IS88

Ключевые слова:

безопасность реактора, кинетика реактора, реактивность, аппаратура реакторного контроля, усилители, аналоговые вычислительные машины, реакторы типа ВВЭР

–  –  –

Ядерный реактор характеризуется разнообразными переходными процессами, постоянно протекающими в его активной зоне. Важное место среди этих процессов занимает круг задач ядерной яинетикч реактора. Для изучения переходных режимов, протекающих в ядернйч реакторе, в настоящее время широко применяются численные, анастатические и экспериментальные методы. Вез большее применен'/, о получают численные методы, позволяющие производить, исследования с использованием сложных математических моделей, достаточно точно описывающих объект исследования .





При решении обыкновенных дифференциальных уравнений, описавающих модели с сосредоточенными параметрами, удобно пользоваться простыми средствами аналогового моделирования, примером котсры/ являются аналоговые приборы, решающие обращенное уравнение кинетики реактора в реальном масштабе времени - реактиметры, Такие приборы способствуют обеспечению ядерной безопасности при пусках и эксплуатации АЭС, а также при проведении экспериментов, связанных с исследованием динамических характеристик ядерных реакторов, когда необходимо постоянно контролировать основной кинетический параметр реактора - мгноэеккое значение реактивности .

Однако при экспериментах на современных энергетических реакторах часто возникают вопросы определения погрешностей при вычислении реактивности, обусловленных влиянием пространственных эффектов .

В данной работе рассмотрены математические модели кинетики реактора по пространственной распределенное™ в следующей классификации:

1. Модель с сосредоточенными параметрами, которые является функциями только времени .

2. Модель с распределенными параметрами, которые являются функциями времени и пространственных координат .

Также рассмотрены практические вопросы аналогового моделирования и технического конструирования реактиметров .

I. МОДЕЛЬ КИНЕТИКИ РЕАКТОРА С СОСРЕДОТОЧЕНШШ ПАРАМЕТРАМИ

Одним из важнейших направлений в обеспечении надежной и безопасной работы современных АЭС является развитие рациональных методов управления и диагностики ядерных реакторов. Важной задачей в этом направлении является оценка физического состояния ядерного реактора. Для оценки нейтронно-физического состояния можно пользоваться либо переменными, либо параметрами состояния, с помощью которых описывается математическая модель кинетики реактора .

К переменным состояниям ядерного реактора можно отнести:

плотность нейтронов или плотность потока нейтронов; концентрацию ядер-предшественников запаздывающих нейтронов С .

К параметрам состояния можно отнести:

эффективный коэффициент размножения Рэф ; макроскопические сечения деления,*-/ поглощения 2-я., рассеяния и некоторые другие; среднее число всех образующихся нейтронов на одно деление ") ; аффективную долю запаздывавших нейтронов Jfa, a также реактивность Р, определяемую, как отклонение эффективного коэффициента размножения нейтронов &эф от единицы, отнесенное Беэ преувеличения можно утверждать, что важнейшим показателем состояния ядерного реактора является реактивность. Иманно реактивность входит * уравнения. • тики нейтронов ядерного реактора и определяет скорость изменения интенсивности деления Б зависимости от знака и абсолютной величины значения реактивности. Реактивностью особенно удобно пользоваться для анализа нестационарных процессов, так как при отклонении от критического состояния относительное изменение реактивности Р значительно больше, чем изменение эффективного коэффициента размножения ^эф .

Реактивность зависит от многих физических величин, характеризующих состояние реактора, таких,как его размеры, изотопный состав топлива, нейтронные сечения, температура материалов активной зоны и многие другие, а также связана с предисторией работы реактора. Все это не позволяет просто выделить разные составляющие, далщие вклад в суммарную реактивность. По этой причине в период ^зического пуска и физэкспериментов проводятся измерения коэТфициентов реактивности по температуре теплоносителя, топлива, по давлению теплоносителя, которые при работе реактора на мощности позволяет оценить вклад отдельно каждого кэ эффектов в суммарную реактивность .

Система уравнений кинетики реактора может быть получена, например, из рассмотрения лроцеасов нестационарной диффузии «ейтронов в реактсре [I J 5 она имеет следующий вид:

где все обозначения общепринятме .

При получении системы уравнений кинетики реактора (1,2.) были приняты некоторые допущения и предположения. В частности, рассматрирается одиогрупповая по спектру нейтронов модель; считается, «то справедливо точечное приближение, т.е. все макропараметры берутся усредненными по всему объему реактора, Т&кжа считается, что Функции потока нейтронов и концентрации предшественников запаздывающих нейтронов допускеют разделение переменных по пространственным координатам и времени. Примем отношение пространственной функции потока к пространственной Функции концентря[!ии грецчтеетвенников эапазц"п*ю'аитс неРтроиов ость ЛОСТОНННОЙ П!1-'.м., КОТОрОе Д Л Я ПрОСТОТН :Х\''У;НОГО ЯНГ.Ч^ЧГ'ИЯ П р И нят7 рпрни'л единице. Дополнительно Tpe'Jv г.я «••чс:гнг1!/р устп.'/л !'1'! r '•'•• ' ;:•• ' W j l O

--|i i44 ПС-ТО ка (пространственной его составляющей) к самому нейтронному потоку и аффективного внешнего. источника нейтронов к пространственной функции нейтронного потока .

Главный недостаток точечного приближения в уравнениях кинетики реактора состоит в том, что оно малопригодно для описания динамических эффектов, появляющихся при изменении пространственновнергетического распределения нейтронного потока во время нестационарных процессов. Проявление этих эффектов определяется конечной скоростью распространения по объему активной зоны реактора локальных возмущений нейтронного потока. В целом эти эффекты называются пространственными и играют чрезвычайно важную роль в больших энергетических реакторах. К тому же при больших отклонениях от точно критического состояния применение точечной модели становится неоправданной даже для "малых" реакторов .

Физическая природа пространственной неустойчивостиддя водоводяных реакторов характеризуется особенностью уран-водной размножающей решетки - малой длиной миграции нейтронов. В сочетании с большим запасом реактивности для активных зон эта особенность определяет "локальные критичности" или "местные котлы" 2 j .

Каждый такой критический объем топлива в активной зоне пространственно обособлен и требует рассмотрения условий, которые будут обеспечивать устойчивость данного критического объема. В частности, необходимо равномерное размещение органов и средств компенсации реактивности. При этом необходимо также учитывать сильную зависимость распределения нейтронного поля в реакторе от перемещения "крупного" органа компенсации реактивности в зоне с макскьным нейтронно-статистическим весом. По этой причине в больших реакторах ВВЭР произведен переход в системе органов регулирования с«нейтронной ловушки" для реакторов ВВЭР-440 к кластерной системе регулирования для реакторов ВЮР-1000 .

Пространственные изменения в распределении нейтронного потока в активной зоне реактора возникают и при возмущении его структуры, например, перемещение стержней регулирования, изменение средней температуры теплоносителя и т.д. Изучению данного вопроса посвящено большое количество исследований на различных реакторах 3,4,5,67 .

Наибольшее влияние пространственные эффекты оказывают на измерение эффективности органов регулирования и эффектов реактивности. Это связано с тем, что значение вычисленной мгновенной реактивности существенно зависит от места расположения детектора, нейтронов, подключенного к реактиметру. Поэтому возникает важная задача в определении связи между значением реактивности, вычисленной на основе показаний определенного детектора, с глобальной реактивность!) реактора .

Проведенныеисследования f5,6j показывают, что при определенных режимах работы ядерной энергетической установки в ее активной зоне могут быть определены места, которые в наименьшей степени подвержены пространственным изменениям. Ори расположении в этих местах детекторов нейтроноввозможна регистрация реактивности с минимальной систематической погремностьв .

В больших энергетических реакторах пространственная устойчивость должна быть отнесена к важным показателям безопасности .

Рациональным способом контроля за сохранением зтого динамического показателя в допустимых пределах является простраиственно-распреяелекный контроль мгновенной реактивности .

Реиая систему уравнений кинетики реактора (1.2) относительно реактивности JD, получим обращенное (инверсное) уравнение кинетики нейтронов в ядерном реакторе:

–  –  –

где f - % .

Для реакторов ВВЭР-IOOO величина Я/ изменяется от 4,2 мс в случае свежей загрузки, до 5,3 мс в конце компании. Обращенное уравнение кинетики нейтронов (1.4) непосредственно решается с помощью цифрового или аналогового моделирования .

I I. Ш10Г0ВШ» ИЗМЕРИШЬ РЕАКТИВНОСТИ В И И А УССР разработан и изготовлен геирокодиапьзонный ЯН реактииатр, в основе работы которого лежит аналоговое моделирование обращенного уравнения кинетики точечной модели реактора ( I. 4. ), что определяет его простоту и надежность в эксплуатадои .

Реактиметр имеет импульсный канал измерения нейтронного потока, расширяющий диапазон его работы по входному сигналу до 10 •••екад, начиная с плотности потока нейтронов в честе установки де ектора 0,3 н/см^с. Прибор снабжен ячейками контроля превышены уровней мощности и реактивности, что дает возможность использовать его в системах управления и защиты ЯЭУ .

Реактиметры, построенные на основе моделирования уравнения ( П. З. ) принято называть реактиметрами с работой по "разомкнутому" циклу. Блок-схема такого прибора представлена на рис. И Л .

Ток ионизационной камеры I поступает на входной усилитель2, преобразовывается в напряжение 1С п^, пропорциональное плотности нейтронов в месте установки детектора, которое далее подается на вход блока 3, моделиругдего запаздывающие и мгновенные нейтроны, а также на делительное устройство 5. Решающий усилитель 4 совместно с блоком моделирования нейтронов 3 Армирует сигнал напряжения, пропорциональный сумме который подается в качестве делимого на делительное устройство 5 .

С выхода последнего снимается сигнал, пропорциональный реактивности в долях Jl), выведенный на индикатор б [ 7] .

–  –  –

Функциональная схема реактиметра представлена на рис. П.Й .

На ьходе используется восьиидекадный преобразователь ток-напряжение У/ с двумя независимыми выходными каналами, каждый из которых имеет рабочий динамический диапазон по входному сигналу 4,5 порядка. К выходам усилителя постоянно подключены идентичные Рис. 2.1„ Блок-схема реактиметра, работающего по разомкнутому циклу CM CM независимые имитаторы кинетики реактора на пассивных последовательных КС -цепях, работающе непрерывно в указанных диапазонах язиенения выходных напряжений усилителя. Выходные сигналы блоков имитации в зависимости от величины входного т о п поочередно подключаются ко входу решающего усилителя Уд или закорачивавтея на "земляную вину *. Далее следует делительное устройство, использующее в качестве делимого выходной сигнал решающего усилителя V/,, а в качестве делителя - выходкой сигнал входного усилителя 7i (через масштабный усилитель /$ ) .

Непрерывная работ» реактиметра в диапазоне 4,5 декад каждого из каналов обеспечивается разбиением его на два поддиапазона величиной в 2,5 и 2 декады и изменением коэффициента усиления ц, и Уу на два порядка в зависимости от поддиапазона, чтобы обеспечить величины и диапазон входных сигналов делительного устройства в соответствии с его техническими характеристиками .

Переключение каналов входного усилителя и коэффициентов усиления % и ) осуществляется при помощи компараторов Уу и V ;, соответственно. В приборе предусмотрена возможность смещения динамического диапазона входного усилителя при помощи изменения сопротивлений в цепи обратной связи. Это дает возможность при измерении больших отрицательных реехтивиоетей выбрать начальный ток на пределе верхнего значения т а л ы усилителя. Для расширения динамического диапазона реактиметра создан импульсный какал измерения мощности реактора со счетчиком тепловых нейтронов СШ-18 в качестве детектора. Начальная плотность потока нейтронов 0,3 н/емге. Использование нейтронного счетчика потребовало создания дополнительных устройств: импульсного предусилитеяя, нечувствительного к емкости кабеля yg » дискриминатора-формирователя F и усреднителя ^ [ I O J .

В реактиметре имеются схемы контроля и сигнализации превышения установленных величин входного тока и реактивности для предупреждающей сигнализации и аварийной защиты, схема автоматического переключения шкалы на -20„^ при превышении шпалы любого меньшего поддиапазона отрицательной реактивности и схема контроля исправности основных узлов реавтиметра, а также блоки стабилизированного питания и компенсации ^"-фона ионизационной камеры к счетчика нейтронов. На бдае дифференцирующего усилителя % и пороговых схем собран узел контроля и сигнализации превышения допустимой скорости ввода реактивности (7.1Г*/3/с) .

J II Индикация величины входного тока, реактивности и скорости ввода реактивности осуществляется при помощи цифрового дисплея или стрелочных приборов .

II.2. Входной усилитель

Входной усилитель т1 собран на основе серийных операционных усилителей тала K8I6 УД2В и KI40 УДб с транзисторными расширителями выходного напряжения. Принципиальная схема усилителя представлена на рис. II.3. Микросхема K8I6 УД2В имеет защиту по входу от пробоя высоким напряжением при помощи ограничительного сопротивления и микросхемы KI НТ591, включенной по диодной схеме параллельно со входом .

Усилители типа K8I6 УДОВ отбирались по величине температурного дрейфа, которая не должна превышать 10 ыкВ/°С .

Входной усилитель реактиметра позволяет измерить тох ионизационной камеры от Ю~**А до 10 А и работать непрерывно при .

изменении входного сигнала в диапазоне 4,8 декад по каждому входу, При этом напряжение на каждом выходе может изменяться с незначительными погрешностями за счет дрейфов "нуля" от 1 мВ до 60 В. Для повышения точности измерения при малых величинах выходного напряжения принимает рабочий диапазон для каждого выхода равным о* 4,5 декадам с изменением напряжения на выходе усилителя от 2 мВ до 60 В. Такой рабочий диапазон выходных сигналов позволяет охватить 8 декад иэмен^'тия входного тока с перекрытием каналов входного усилителя на одну декаду .

–  –  –

Выпишем масштабные множители для соответствующих величин, входящих в уравнения ( П. 1, 11.2, I I. 3, I I. 4 ) .

Произведем подстановку масштабов в уравнения ( I I. I ) и ( I I. 2 ) :

–  –  –

R o c ( 2j5) - 67,13 кОм В ос (0,02^) • 6,7130 R o c ( lfi) • 134,52 кОм R o c (0,0^) - 13,426 МОи R oc (0,5$). 268,52 кОн В блоке используются резисторы МРХ-0,25 и пленочные конденсаторы K7I-4 .

II.4. Решающий усилите»

В качестве решавшего усилителя в соответствии с указанными выше величинами Лчк^ЕЗу;- используемся схема на основе И Ж К544 УД1А и HI40 УДб. Принципиальная схема решающего усилителя представлена на рис. П. 4. Особенностью решающего усилителя является то, что он составлен из двух каскадов, первый из которых обеспечивает измерения на фиксированной шкале 0,5^, что необходимо для организации защиты по реактивности в цепях СУЗ, второй позволяет проводить измерения в каком-либо из имеющихся диапазонов реактивности (0,01^ «• 10 ) .

II.5. Делительное устройство Делительное устройство должно обеспечивать работу в области ~4 декад изменения входного сигнала по и, а по Я не менее iv6 декад. Для перекрытия такого диапазона изменения входных сигналов можно создать делительное устройство, основанное на намерении отношения токов путем их логарифмирования. Но, к сожалению, логарифмические устройства обладают довольно сильной чувствительностью к изменениям температуры окружающей среды. Эзу чувствительность можно компенсировать, но ето требует значительного усложнения схемы. Однако при этом трудно добиться общей погрешности на уровне I % даже в ограниченном интервале температур/!9J .

Делительные устройства, основанные на широтно-импульсной и амплитудной модуляции входтс: сигналов при изменении У в области "-г,8 декад от 0,02 В до 12,5 В обеспечивают точность не хуже 0,Ь%, просты по устройству и обладают высокой надзнноетью f IOj .

Принципиальная схема делительного устройства представлена на рис. II.5 .

Деление осуществляется на операционном усилителе HI53 УД2, в цепи обратной смжи которого включен дадаггель. В состав множителя входя*** •иротио-импуяьсный модулятор, масштабный и инвертирующий усилители, траииёторяяй перекидной ключ н даухзвенннй фильтр .

Основный м м о и миошительно-двлитйд^;иг- ;^*ройгг»е является UMM .

Б охам» множителя иопмьвуется автокрл?ботельный ЯИМ с минимальной величиной гистермаоа, построенный на окросхеме KI53 УД2.Устраиеми* гистереаиса в M f данного типа исхлючает существенную мелаIS8 <

–  –  –

Рис. 2.5. Принципиальная схема делительного устройства нейность и уменьшает диапазон изменения рабочей частоты в зависимости от величины входного сигнала. Реализация беэгистерезксного ШИМа невозможна. Однако в этом нет необходимости, поскольку малая величина гистерезиса на рабочие характеристики влияет незначительно, но наличие гистерезиса способствует уменьшению длительности фронтов выходных импульсов модулятора [ 10 J. В реальной схеме, представленной на рис. II.5, для повышения линейности одна из трех, емкостей фильтра в кепи обратной связи выбрана значительно больше других. Для уменьшения влияния зтой емкости на временные характеристики модулятора она включена на входе усилителя. Температурный и временной дрейф модулятора осуществляется соответствующими характеристиками усилителя и ограничительных стабилитронов и зависит от величины входного сопротивления и суммарного сопротивления обратной связи. При входном сопротивлении 120 кОм и трех сопротивлениях обратной связи по 33 кОм и С,* С А « I000 пФ, С 5 * 0,015 мк# погрешность преобразования не превышает 0,1!%. Минимальное и максимальное отношение ширин импульсов К * 0,002 * 0,996. Максимальная рабочая частота равна 6 кГц, длительность фронтов выходного напряжения не превышает 0,1 мкс. Перекидкой ключ выполнен на двух германиевых транзисторах разной проводимости типа МП 42Б и МП 38. Малая длительность фронтов управляющего напряжения обеспечивает пренебрежимую ошибку за счет переходных процессов ключа и не требует применения для ключа МОП транзисторов .

II.6. Компаратор

Компаратор построен по одноходовой регенеративной схеме на операционном усилителе типа К553 УД1А. Принципиальная схема компаратора представлена на рис. II.6 .

В связи с тем, что предусматривается производить сравнение сигналов, величина каждого из которых превышает допустимую величину дя^оренциальногр входного напряжения, на входе усилителя зключены встречно-параллельно два стабилизирующих диода ДОП. В схеме для обеспечения стабильной работы при шумах входных сигналов предусмотрен гистерезис, величина которого определяется как

•А-ЯГ. - у*

–  –  –

Рис. 2.6. Принципиальная схема компаратора II.7. Источники напряжения питания ИК Высоковольтный стабилизатор напряжения рис.II.7, обеспечиэаьт получение высокого напряжения на выходе без использования первичного источника высокого напряжения, высоковольтные транзисторов или стабилизирующих диодов. Он представляет собой повышающий преобразователь постоянного напряжения 25 * 30 В в постоянное напряжение 500 В и состоит из низковольтного стабилизатора напряжения, генератора напряжения приблизительно прямоугольной формы с повышающим трансформатором, выпрямителя с удвоением напряжения и сглаживающего фильтра .

В качестве стабилизирующего усилителя в низковольтном источнике напряжения используется микросхема KI40 УД7. Проходной регулирующий составной транзистор выполнен на основе малосигнального транзистора КТ 60IA и мощного КТ 903Б. Опорное напряжение снимается со стабилитрона ДЭ08,нагруженного тоном 8 мА .

Генератор на транзисторах МП 26Б, включенного по схеме с 03,' работает по принципу двухтактного генератора с трансформаторной обратной связью [ I2J. Элементы схемы подобраны таким образом, что в случае замыкания выхода накоротко генерация прекращается и обеспечивается защита от короткого замыкания .

Частота генерации прямоугольных колебаний напряжения равна 4 кГц, что позволяет осуществить фильтрации выходного напряжения при помощи малогабаритных конденсаторов. Коэффициент стабилизации выходного напряжения Kt!.r = 10, уровень пульсаций не превышает 10 мВ. Источник питания ИК отличается наличием узла контроля напряжения, представляющего собой компаратор напряжения, срабатывающий при уменьшении выходного напряжения ниже 450 6 .

II.8. Импульсный канал контроля нейтронного потока

–  –  –

?ис. 2. 7. Принципиальная схема стабилизированного источника напряжения компенсации J - фена вРис. 2.8. Схема входного импульсного уеилитедя оходкое сопротивление не меьее 10 • Ом;

ксч-тфициент усиления с разомкнутой обратной связью 1,5-10° .

Импульсный какал рассчитывается на максимальную скорость счета 10 -имп/с, при этом токовый канал реактимётра должен находиться в начале первого поддиапазона. Расчет показывает, tiro емкость,компенсируемая ЗУ, составляет 2200 пФ, что дает для кабеля PK-5G длину около 40 м .

Дифференцирующий усилитель включен после ЗУ и предназначен цля выделения и усиления импульсов, а также для компенсации затухания сигнала в кабеле, соединяющем входной усилитель к дискриминатор-формирователь. Он собран на ос ^ве серийного операционного усилителя KI40 УД1В и дифференцируящей цепочки С, Rj. Так как постоянная выхода уровня ЗУ изменяется в пределах 0 * 10 В, то С, выполняет также функции разделительного конденсатора. При этом внходная секция действует как дифференцирующая цепь с постоянной г.ремени ЯУ ж С, R .

По постоянному току усилитель охвачен 100-?5-ной обратной связью. Имлульсь^ продифференцированные и усиленные в 10 раз,подаются яа эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе КГ 36IA. Он предназначен для согласования выходного сопротивления дифференцирующего усилителя с сопротивлением кабеля. Использование в качестве линии связи между входным усилителем к дискриминаторомформирователем согласованного кабеля (нагруженного на волновое сопротивление) позволяет повысить помехоустойчивость канала .

II„9. Дискриминатор-формирователь .

Выходной канал предусилителя вкличае? импульсы за счет р«гистрации счетчиком CHM-I6 нейтронов и "f -излучения, а также ш/~

•т аппаратуры и помехи. Дискриминатор-^формироватетгь предназначен для выделения импульсов регистрации нейтронов и их нормирование по амплитуде и длительности. Он выполнен на серийном компараторе K52L СА2 и транзисторах ЙТ 312Б и КТ 315ft. Схема дискриминатораформирователя представлена на рис.II.9 .

Длительность импульса формирователя для исключения просчетов необходимо уменьшать, а дкя надежной работы уерэдш'гтеля келательно увеличивать. Исходя из того, что разрешающая способность входного импул?.г;чсго усилителя доставляет 3 мке, то для исключения просветов се I о»

к «ч за счет формирователя, длительность импульсов формирователя выбрана 2 икс, восстановление 0,5 мкс .

Далее импульсы ограничиваются до амплитуды 15 В. С коллектора транзистора V T. 3 снимаются импульсы одинаковой амплитуды и длительности. Фиксация амплитуды на уровне питания достигается тем, что транзисторы VT2, VT5 работают в ключевом режиме .

Эмиттерный повторитель собран на транзисторе V7*4.Он необходим для получения ниэкоомного выхода формирователя. Это обстоятельство делает независимым работу усреднителя при подключении к формирователе пересчетных устройств .

II.10. Усреднитель Усреднитель предназначен для получения аналогового сигнала, пропорционального частоте следования импульсов с датчика нейтронного потока. Схема усреднителя представлена на рис. Н Л О. Он выполнен на базе серийного операционного усилителя KI40 УД6. На усреднитель подаются импульсы, сформированные по длительности и амплитуде с дискриминатора-формирователя. Усреднитель работает по принципу интегратора. В соответствии с функциональной схемой реактиметра, учитывающей использование импульсного канала рис.П.2., выходной сигнал усреднителя должен находиться в пределах 6*600 мВ .

II.II. Блоки контроля и защиты .

Аналого-цифровой преобразователь .

Блоки контроля и защиты по реактивности, току и скорости введения реактивности построены по принципу "безопасного отказа" на основе блокинг-генератора, который при достижении заданного напряжения на входе блока (обычно - 6 В, выводится из режима генерации и отключает исполнительное реле .

Аналого-цифровой преобразователь реактиметров с цифровой индикацией представляет собой двуполярный преобразователь напряжения в частоту, счетчик с фиксированными временными воротами и дешифратор с регистром для запоминания и индикации в десятичном коде каждой десятой выборки контролируемой величины. Индикация осуществляется с помощью четырех газоразрядных цифровых индикаторов ИН-12 и ряда светодиодов, указывающих порядок входного тока .

-MB

Рис. 2.10. Принципиальная схема усреднителя 11.12. Технические печные .

1. Детектор нейтронов -ионизационные камеры типа КНК-56,КНК-53М, КНК-4, счетчик нейтронов СНЯ-18 .

2. Начальный уровень рабочего тока - К Г 1 2 А .

3. Динамический диапазон непрерывной работы:

- при повышении мощности - 9 декад, до 10 А ( с учетом импульсного канала);

•при понижении мощности - 7 декад, от Ю" 4 А до I0"" 1 1 А, разбит на 4 поддиапазона: Ю " П А * К Г 9 А, КГ® А • К Г 7 А, ГО"8 А • flO" 6 Af I 0 " 6 А • И " 4 А .

4. Осуществляется контроль превышения заданных уровней входного тока. Уровни входного тока разбиты на два канала и равны:

0, 1 ; 0, 2 ; 0, 5 ; 1,0; 2,0; 5,0; 10; 20; 50; 100 % от значения входного тока канала .

Предупреждающая сигнализация срабатывает при 80 % заданного уровня входного тока, а аварийная при 100 %. Аварийная и предупреждающая сигнализация осуществляется при помощи индикаторных ламп и реле,контакты которых могут быть заведены во внешние схемы .

5. Основная погрешность определения тока:

- на поддиапазоне ГО"* А * ГО"9 А - + 4 %\

- на поддиапазоне 10"" А * НГ^А - + 2,5 $ .

6. Дрейф нулевого тока - 3*Ю~ 1 3 А/ч .

7. Динамический диапазон импульсного канала - от 30 до 10000 имп/с .

8. Разрешающее время канала - 3 икс .

9. Вероятность просчета на максимальной частоте следования импульсов - не более 0, 0 1 .

10. Индикация величины тока и реактивности осуществляется при помощи цифрового дисплея или стрелочного прибора .

11. Выходное напряжение тока и реактивности 0 * 10 В на шкалу .

12. Обеспечивается плавный переход с импульсного канала на токовый при вычислении реактивности в сторону увеличения нейтронного потока .

13. Диапазоны измеряемых реактивностей:

- 0, 1 ; - 0, 8 ; - 0, 5 ; - 1, 0 ;

-2,0; - 5, 0 ; -10; - 2 0 $ с возможностью повышения чувствительности на один порядок переключателей J*.10 .

14. Осуществляется контроль превышения положительных реактивностей 0,2 и 0, 3 j # с сигнализацией при помощи индикаторных ламп и релейный выходом .

15. Предусмотрено автоматическое переключение шкал реактивное»

на -20^ Дри превышении любого меньшего диапазона отрицательной реактивности и подача сигнала на повышение скорости записи на самописце или включение другого быстродействующего устройства .

16. Частотный диапазон измерения реактивности определяется уровнем входного сигнала и при входном токе 10 А + 1 0 ^ А достигает 15 Гц .

17. Погрешность измерения реактивности:

- В поддиапазоне 10 А • 10 А - 5 % от полной шкалы;

- в поддиапазоне 10 А * 10 А - 3 % от полной шкалы .

18. Диапазон измерения скорости введения реактивности 0,005 * 0,15 $

19. Осуществляется контроль превышения уровня скорости ввода реактивности 7. I 0 " 2 J$/c с предупреждающей 80 % и аварийной Ю Я О сигнализацией .

20. Прибор оснащен блоками питания и компенсации У -фона ионизационных камер и счетчика CHM-I8. «

21. Внешнее исполнение прибора настольное .

Габаритные размеры - 480 х 360 х 130;

масса не более 15 кг;

потребляемая мощность не более 70 Вт .

I. ПОДО. ЮНПММ РЕАКТОРА С РАСВДРШИШ ШВУПРянИ

–  –  –

Ооведемм нейтронного погона в ядерной реакторе можно описать с помов*» транспортного уравнения Больцмаиа, которое нонет бить образом l, B J :

гае все обозначения общепринятые .

Уравнение д м преднествеимиков аалааднвенивх наЩроиов будет В работе i l l покйэано, что ренение уравнений (III.I) и (III.2) может бить записано в виде:

"Основная иода" - собственная функция Уе, соответствувщая яеябольнеиу собственному значение вффективного ховффиционта рааниожеиия ~9Ф является хороним приближенным реиениен при малых отклонениях от равновесного состояния .

Внракение fJ^Ht^ir) может быть полным ранением в случае, если переменные допускают разделение пврвиешид по пространству я времени, по скорости и времени .

Уравнение ( Ш. 1 ) можно привести к уже известному виду уравнений кинетики реактора (1.2), дхя этого необходимо функцию нейтронного потока р представить в виде:

^ * } - амплитудная функция;

" функция формы (.в общем случае, когда V содержит ffit) время, называется случаем с неразделящииися переменными) .

В атом случае поел* некоторых преобразований уравнение (1.1) можно привести * ввду:

где знак ^... означает интегрирование по всему •естииерному фаговому пространству г" * & ;

фу рру

–  –  –

А

- оператор деления, который имеет вид для быстрых нейтронов:

дя л Ш.2. Измерение глобальной реактивности с использованием распределенной модели реактора, .

Для того чтобы применять уравнение (Ш.12) для определения глобальной реактивности,необходимо определить временное поведение двух функционалов: Л Измерение этих функционалов в реакторе может быть проведено при помощи внутризснных детекторов нейтронного потока. Объем реактора для дтого необходимо разбить на •v объемов V и в каждый поместить детектор нейтронов с эффективностьв%С^Ь-"). В этом случае можно представить где & =

–  –  –

Рассмотрим применение системы уравнений (Ш.5.) для одногруппового приближения. Пусть все объемы 1^ одинаковы и равны VQ, С учетом уравнений (Ш.9) получим выражения для функционалов Это и ёе следовательно

–  –  –

где все величины, входящие в уравнения могут быть определены дд любого алемента обгема разбиения. При этом необходимо ящь прндерживаться требования, чтобы внутри элемента объема разбиения можно было пренебречь неравномерностью распределения потока нейтронов .

Из системы уравнений (Ш.12) можно определить глобальную реактивность реактора. В этом случае удается в значительной степени учесть пространственное перераспределение потока нейтронов, которое в основном и определяет пространственные эффекты при определении реактивности .

Сравнивая вид системы уравнений (1.2), полученных при рассмотрении точечной модели реактора и системы уравнений (Ш.12), полученной при выводе соотношений для глобальной реактивности, мовно заметить, что вычисление реактивности в первом я во втором случае можно производить по одному алгоритму. Различие состоят в том, что в случав «очечной модели на вход вычислителя подается сигнал непосредственно с детектора нейтронов, а в случав модели глобальной реактивности на вход вычислителя необходимо подавать сигнал, являвшийся интегральным откликом системы с учетом статистического веса области У ;, в которой расположен детектор нейтронов .

1.4. Переходной процесс мгновенной реактивности в практических измерениях Рассмотрим аналитический характер изменения реактивности, например, при скачке значения нейтронного потока в ядерном реакторе. Используя выражение для передаточной функции реактора С О • и положив г 5 Х 7 и Pst~Of a Здесь 71 -О и Щ Ю приращения потока нейтронов и эффективного коэффициента^ размножения соответственно;

^ « ^ и 1i=(A$ время диффузии мгновенных и время жизни запаздывающих нейтронов ^ -ой группы соответственно .

В качестве простой иллюстрации примем следующие значения « 1*10 с и J 3 ж 75* Ю " 4 характерные для водо-водяных реакторов. Запаздывающие нейтроны объединим в одну группу, приняв ш 0,083 с .

Таким образом, уравнение (11.20) примет следующий вид:

Г ЛФОШ кз которого получим выражение для нахождения величины приращения коэффициента размножения Выражение для оригинала выражения (Ш.22) будет иметь следующий На рис. i.I. приведен вид зависимости *i?J от времени для случая, когда приращение функции потока приняло эначение7?&« I в момент времени • 0. Видно, что даже после установления потока нейтронов на постоянном уровне значение аффективного коеффицкента размножения принимает постоянное значение только спустя время, равное 60 + 60 с, что соответствует 4 * 5 величинам постоянно! спада *& .

Риг. 3. 1. З н а ч е н и е ^ f к/ в переходком периоде ЗАКЛЮЧЕНИЕ В современных энергетических реакторах, несмотря на значительные отклонения поведения нейтронного потока от описываемого точечной моделью, в большинстве практически важных случаях, когда iPfcJh) иямерение эффектов реактивности допускает применение точечной модели при правильном выборе расположения детектора .

Наиболее точные результаты будут получены, если использовать в качестве входного сигнала интегральный отклик системы детекторов с учетом статистических весов областей их расположения .

В ИЯИ АН УССР разработан широкодиапазонный аналоговый измеритель реактивности АИМР-8-2м, используемый на Запорожской, Ровенской АЭС и ряде исследовательских реакторов .

Применение реактиметров сокращает время, затрачиваемое на подготовительные работы по эагруэке топлива, а также время проведения пусконаладочных работ при отработке технологических режимов реакторов АЭС в соответствии с правилами ядерной безопасности(ПБЯ), особенно на этапе физического пуска. Они могут применяться и как информационные устройства при изучении систем управления реакторов, для определения эффективности органов регулирования (с учетом интерференции). В системе управления реактиметр может использоваться для осуществления аварийной защиты реактора и его регулирования, если подавать в обратную связь системы управления выходной сигнал реактиметра для ограничения или поддержания заданной величины реактивности во время переходного процесса вместо сигнала периода .

Непрерывная запись реактивности полезна при анализе рабочих характеристик реактора и при установлении причин аварий на реакторе ( в активной зоне ) .

В работе рассмотрена возможность измерения глобальной реактивности реактора с использованием сигналов от внутризонных детекторов нейтронного потока. Показан характер установления стационарного значения реактивности при скачке нейтронного потока .

ЛИТЕРАТУРА

1. Хетрин Д. Динамика ядерных реакторов./Пер. с англ/ М.:Атомиздат, 1975,-400с .

2. Сидоренко В.А. Вопросы безопасной работы реакторов ВВЭР .

М.:Атомизд&т, 1977,-216с .

3. Сборнии статей. Атомные электрические станции.М.:Энергия,198б .

4. Сборник статей. Атомные электрические станции.М.:Энергия,1987 .

5. ХессельТ., Малетти Д., Шуман П., Цигенбайн Д..Использование электронно-эмиссионных детекторов с родиевым эмиттером для динамических измерений реактивности в реакторах типа ВВЭР .

Совещание тематической группы "Обор эксплуатационных данных" .

Москва, 1980 .

6. C o l l a t e S., Grundman U., M a l e t t i R., Rohde U., a i e g e n b e i n D, i t e r n e n e r g i e, B d. 2 4, 19B1 .

7. Гриневич Ф.А. Аналоговые измерители реактивности.-Изв.АН серич: физика, энергетика. 2, 16-24 (1983) .

8. Кипин Дж.Р. Физические основы кинетики ядерных реакторов .

/Пер. с англ. М.:Атомиздат, 19б7,~428с .

9. Ромеш Э.М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры. М.:Энерп«1, 1975 .

10.Борисов С.Я., Царьков В.А, Широтно-импульсные модуляторы на основе интегральных операционных усилителей. Электронная техника в автоматике, вып.4, 1973. ••

–  –  –

СКТБ с ЭП Института ядерных исследований АН УССР



Похожие работы:

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Инженерная школа информацион...»

«л 1 Ж Артамонов Евгений Иванович [| ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОСЕВА СЕМЯН АМАРАНТА МЕТЕЛЬЧАТОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С п е ц и а л ь н о с т ь 05.20.01 т е х н о л о г и и и средства ме...»

«Редакционная коллегия: Моллер А.Б., профессор, доктор техн. наук – главный редактор, редактор по направлению сортопрокатное производство; Салганик В.М., профессор, доктор техн. наук – заместитель главного редактора; Тулупов О.Н., профессор, доктор техн. наук – ответственный редакт...»

«Универсальный раствор для MULTIFUGE ® заполнения швов (ширина швов 3 – 30 мм) Свойства и назначение: ми с помощью силикона SUPAX® S 5. Такие швы необходимо закрывать Multifuge – быстротвердеющая заперед затиранием профилем, чтобы тирка для швов шириной от 3...»

«Годовой план работы на 2017-2018 учебный год Горноправдинск 2017 ЦЕЛЕВЫЕ ОРИЕНТИРЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДОШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ НА 2017-2018 УЧЕБНЫЙ ГОД Исходя из условий и потребностей дошкольного учреждения и окружающего социума, считаем основными направлениями развития образователь...»

«Масла моторные универсальные всесезонные РПБ № 84035624.19.47953 стр. 3 G-Energy Expert G по СТО 84035624-037-2011 Действителен до 28.08.2022 г. из 16 1 Идентификация химической продукции и сведения о производителе и/или поставщике 1.1 Идентификация химической продукции 1.1.1 Техническое наименование Ма...»

«12+ Z1 4-МОТОРНЫЙ СКЛАДНОЙ ДРОН РУ ИНСТРУКЦИЯ ОСОБЕННОСТИ: 4-моторная конструкция обеспечивает высокую скорость и хорошую маневренность, что позволяет летать как внутри помещений, так и на улице. 6-осевая система стабилизации обеспечивает точное удержание положения в полете. Модульная конструкция облегчает сборку...»

«МИХАЙЛЕНКО ЕКАТЕРИНА ВИКТОРОВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРЯМОТОЧНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ МОБИЛЬНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ Специальность 05.14.04 -Промышленная теплоэнергетика Я I // _АВТОРЕФЕРАТ ІІ Мл. диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук 1 2 ФЕ ?™9 Москва, 2009 год Работа выполнена на...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.