способ настройки цифровых реактиметров на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива

Формула изобретения

1. Способ настройки цифровых реактиметров на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива, включающий ввод в модуль постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) реактиметра наборов значений параметра _ik, определяющих доли запаздывающих нейтронов з.н., генерируемых всеми делящимися изотопами топлива; определение величины среднего выгорания топлива из данных системы централизованного контроля (СЦК) реакторной установки (РУ) и выбор соответствующего набора значений параметра _ik изменением положения переключателя на задней панели реактиметра, отличающийся тем, что используют наборы значений параметра _ik, отвечающие композиции делящихся изотопов U ²³⁵+U²³⁸.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шкалу настройки реактиметра калибруют в единицах среднего выгорания топлива в реакторе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контролю характеристик и параметров ядерной безопасности реакторных установок (РУ) атомных электростанций (АЭС) и, в частности, может быть использовано для настройки реактиметров, применяемых на АЭС с реакторами РБМК (реактор большой мощности канальный), на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива.

По мере выгорания топлива, а также в результате перехода на эксплуатацию тепловыделяющих сборок (ТВС) нового типа изменяется соотношение делящихся элементов в топливе. В свою очередь, это вызывает изменение соотношения запаздывающих нейтронов (з.н.), генерируемых различными делящимися изотопами в топливе. Поскольку для каждого делящегося изотопа (U²³⁵ , U²³⁸, Pu²³⁹, Pu²⁴¹) распределение генерируемых им з.н. по параметру генерации - _i, (i - номер группы з.н.) имеет свои особенности, а указанные распределения влияют на характер поведения реактивности реактора, то при определении реактивности необходима настройка цифрового реактиметра, направленная на учет реального соотношения делящихся элементов в реакторном топливе. Такая настройка позволяет минимизировать систематическую погрешность измерений, обусловленную неучетом детального соотношения различных групп з.н., генерируемых топливной загрузкой реактора.

Известен, взятый в качестве прототипа, способ настройки реактиметра, используемый в цифровом реактиметре ЦВР-9 ("Техническое описание и инструкция по эксплуатации, Э.091.6709.10", инв. №13-177 389, 1996, ГНЦ РФ ФЭИ). В модели реактиметра ЦВР-9 из полного набора изотопов (U²³⁵, U²³⁸, Рu²³⁹, Рu²⁴¹ ), характеризующих реакторное топливо, учитывают только 2 изотопа - U²³⁵ и Рu²³⁹. Учет большего числа делящихся изотопов ограничен аппаратными возможностями реактиметра. Шкала настройки реактиметра ЦВР-9 прокалибрована в единицах величины вклада Рu²³⁹ в генерацию з.н.

Способ настройки реактиметра-прототипа осуществляется следующим образом:

- в модуль постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) вводят дискретные наборы исходных данных. Отдельный набор представляет собой комплект из 12 значений параметра _ik (i=1-6 - номер группы з.н., k=l-2 - номер изотопа), характеризующего соотношение различных групп з.н. в топливной загрузке реактора, описываемой композицией делящихся элементов топлива - U²³⁵+Рu²³⁹ (значения параметра _ik - доли з.н. i-й группы, генерируемых при делении k-го изотопа, в полном числе з.н., генерируемых всеми делящимися изотопами, ). Наборы сформированы в зависимости от величины вклада Рu ²³⁹ в генерацию з.н.;

- непосредственно перед выполнением физических измерений на РУ из данных системы централизованного контроля (СЦК) определяют величину среднего выгорания топлива;

- по заданной величине среднего выгорания топлива производят оценку величины вклада Рu²³⁹ в генерацию з.н. - _k= _kq_k/ , где _k - константы з.н. (табличные данные), соответствующие доле з.н. в полном числе нейтронов, генерируемых при делении k-го изотопа; а q_k – доля нейтронов, генерируемых при делении k-го изотопа в полном числе нейтронов, генерируемых всеми делящимися изотопами (значения величин q_k приведены в табл.1 из "Комплексной методики определения физических и динамических характеристик реакторов РБМК", РДЭО 0137-98);

- устанавливают переключатель учета Рu²³⁹ (с дискретной шкалой в единицах параметра _k) в положение, наиболее близкое к реальному значению этого параметра, тем самым выбирают комплект значений величин _ik, соответствующий текущей композиции делящихся изотопов топлива в активной зоне реактора.

Данный способ настройки реактиметра на текущее состояние активной зоны реактора по составу делящихся элементов топлива имеет ряд недостатков. Недостатками способа настройки реактиметра-прототипа являются:

1. Невысокая точность контроля параметров ядерной безопасности РУ (обусловленная значительной систематической погрешностью измерений реактивности), что не гарантирует обеспечение пределов и условий безопасной эксплуатации РУ.

2. Эффект нарастания систематической погрешности измерений реактивности по мере роста выгорания топлива.

3. Неконсервативный характер результатов измерений (переоценка) критических с точки зрения ядерной безопасности параметров реактора (например, подкритичности).

4. Сложность настройки прибора - требуется предварительная процедура оценки учета вклада Рu ²³⁹ в генерацию з.н. для текущего состояния активной зоны реактора.

5. Масштаб шкалы ( ( Рu²³⁹)=0, 10, 20, 30 и 40%) выбран неудачно - большая ее часть соответствует нереальным на сегодняшний день величинам среднего выгорания топлива, превышающим 15 МВт· сут/кгU.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности контроля параметров ядерной безопасности РУ с реакторами РБМК-1000 за счет снижения (на порядок по сравнению с прототипом) величины систематической погрешности измерений реактивности и упрощения процедуры настройки реактиметра на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе настройки цифрового реактиметра на текущее состояние реактора по составу делящихся элементов топлива в модуль ПЗУ реактиметра вводят наборы значений параметра _ik, определяющих доли з.н. i-й группы, генерируемых при делении k-го изотопа, в полном числе з.н., генерируемых всеми делящимися изотопами топлива; определяют величину среднего выгорания топлива из данных СЦК РУ и выбирают соответствующий набор значений параметра _ik изменением положения переключателя на задней панели реактиметра.

Отличительный признак предлагаемого способа заключается том, что используют наборы значений параметра _ik, отвечающие композиции делящихся изотопов - U ²¹⁵+U²³⁸.

Кроме того, особенностью является то, что шкала настройки реактиметра прокалибрована в единицах среднего выгорания топлива в активной зоне реактора.

Распределения з.н., генерируемых различными делящимися изотопами, по параметру генерации - _i (i - номер группы з.н.) различаются между собой.

Причем если для U²³⁵, Рu²³⁹ и Рu ²⁴¹ эти различия невелики, то распределение з.н., генерируемых U²³⁸, заметно отличается от характерного для других делящихся изотопов. Указанные распределения влияют на характер поведения реактивности. По этой причине учет характеристик з.н. именно U²³⁸ является условием корректности приближенного описания полной композиции делящихся элементов топлива и позволяет повысить точность контроля параметров ядерной безопасности РУ с реакторами РБМК-1000 за счет существенного снижения систематической погрешности измерений, обусловленной использованием наборов значений параметра настройки, соответствующих любой иной неполной композиции делящихся изотопов, не учитывающей U²³⁸.

Соотношение между вкладами отдельных делящихся изотопов в генерацию нейтронов определяется прежде всего выгоранием топлива. Это соотношение влияет на поведение реактивности в переходных процессах, что отражается в характере поведения сигналов нейтронных датчиков. Определяется указанное соотношение значениями вышеупомянутого параметра q_k, однозначно связанного с параметром q _k, характеризующим вклад отдельных изотопов в генерацию з.н. Поскольку параметры настройки реактиметра - _ik связаны с _k соотношением _ik=a_{ik k}, где a_ik - константы з.н. (табличные данные), соответствующие доле з.н. i-й группы в полном числе з.н., генерируемых при делении k-го изотопа, то и _ik зависят только от выгорания топлива. Тип топлива (обогащение, наличие выгорающего поглотителя) вносит поправку второго порядка малости, что в особенности справедливо в отношении топлива 2,4% и эрбиевых ТВС (ЭТВС) с обогащением 2,6 и 2,8% (см. табл.1).

Отмеченный факт имеет принципиальное значение для технической реализации настройки реактиметров на текущее состояние активной зоны по составу делящихся элементов топлива - такая настройка сводится к настройке на текущее значение среднего выгорания топлива.

В результате практического применения предлагаемого способа повышается безопасность эксплуатации РУ вследствие повышения точности контроля и обеспечения консервативности оценок параметров и характеристик реактора, значительно упрощается процедура настройки реактиметра на текущее состояние реактора по выгоранию топлива.

Так, например (см. табл. 2):

1. Снижается на порядок по сравнению с прототипом систематическая погрешность измерений (сравни колонки 5 и 7 табл.2).

2. Исключается по сравнению с прототипом эффект нарастания систематической погрешности по мере роста выгорания топлива (см. колонку 5 табл. 2).

3. Достигается консервативная оценка (см. колонки 6 табл.2) параметров ядерной безопасности (результатов измерений), что гарантирует обеспечение пределов и условий безопасной эксплуатации РУ.

Данные табл.2 являются результатом опытно-расчетного моделирования измерений, включая моделирование нейтронного сигнала датчиков при введении в реактор "скачка" реактивности 5,0 _ЭФФ. В качестве "опорной" модели при моделировании измерений реактивности рассматривалась модель с учетом полного набора делящихся элементов топлива (U²³⁵, U²³⁸ , Рu²³⁹, Рu²⁴¹). Отличие результатов моделирования измерений при использовании других моделей от опорной модели ( ) рассматривается в качестве оценки систематической погрешности измерений.

Предлагаемый способ настройки цифровых реактиметров на текущее состояние реактора осуществляется следующим образом:

- в модуль ПЗУ реактиметра вводят дискретные наборы исходных данных.

Отдельный набор представляет собой комплект из 12 значений параметра _ik, характеризующего соотношение различных групп з.н. в топливной загрузке реактора, описываемой композицией делящихся элементов топлива – U²³⁵+U²³⁸. Наборы сформированы в зависимости от величины среднего выгорания топлива в активной зоне реактора (см. табл.3, полученную опытно-расчетным путем);

- непосредственно перед выполнением физических измерений на РУ из данных СЦК определяют величину среднего выгорания топлива;

- устанавливают переключатель настройки реактиметра (с дискретной шкалой в единицах среднего выгорания топлива) в положение, наиболее близкое к реальному значению этого параметра, тем самым выбирают один из пяти комплектов значений величин _ik, соответствующий текущей композиции делящихся изотопов топлива в активной зоне реактора.

В настоящее время предлагаемый способ внедрен на Смоленской АЭС в промышленную эксплуатацию.