Метод за наблюдение на състоянието на активната зона на ядрения реактор

Употреба: в ядрената енергетика, а именно при наблюдение на състоянието на ядрения реактор с вода под налягане в аварийни ситуации. Същност: методът се състои в измерване на интегралната плътност на спектралната мощност на температурния шум от термодвойки, разположени на различни височини над ядрото, и определяне на функцията на кохерентност между съседни термодвойки в честотата вода 0,05 - 1 Hz. Когато интегралната спектрална плътност на мощността на температурния шум се промени най-малко с порядък и намалее до нула, функциите на кохерентност се оценяват върху появата на обем на пара-газ и неговия размер.

Изобретението се отнася до ядрената енергетика, а именно да контролира състоянието на сърцевината на ядрения реактор с вода под налягане.

Известен е метод за наблюдение на състоянието на ядрото на ядрен реактор, който се състои в измерване на спектралната плътност на мощността на шума под налягане в нискочестотната област, за да се определи обемът на пара-газ над ядрото на ядрен реактор [1] Недостатъкът на този метод е, че той не позволява да се наблюдава появата и развитието на обема пара-газ под капака на реакторния съд в резултат на кипене на охлаждащата течност.

Най-близкият до описания метод е методът за наблюдение на състоянието на ядрото на ядрен реактор, който се състои в измерване на спектралната плътност на мощността на температурния шум [2]. Известният метод включва също измерване на спектралната мощност на шума под налягане и изчисляване функцията на кохерентност между спектралните плътности на мощността на шума от температура и налягане, които се използват за преценка за кипене на охлаждащата течност и появата на пара над сърцевината.

Известният метод обаче не позволява да се наблюдава появата и развитието на обема на пара-газ в реакторния съд при спадане на налягането на охлаждащата течност, което намалява безопасността на реактора при аварийни ситуации.

Целта на изобретението е да създаде метод за наблюдение на състоянието на активната зона, имащ повишена надеждност и бързина, което повишава безопасността при експлоатация на ядрен реактор, особено при аварийни ситуации.

В резултат на решаването на този проблем се прилага нов технически резултат, който се състои в осигуряване на възможност за наблюдение на появата на обем на пара-газ над сърцевината и неговото развитие, когато налягането на охлаждащата течност падне до сърцевината.

Този технически резултат се постига от факта, че в метода за наблюдение на състоянието на сърцевината на ядрен реактор, който се състои в измерване на спектралната плътност на мощността на температурния шум, интегралната плътност на спектралната мощност на температурния шум на охлаждащата течност е измерена в честотната лента 0,05-1 Hz по височината над сърцевината, функцията кохерентност между шума на температурите на охлаждащата течност по височината над сърцевината и от промяната в интегралната спектрална плътност на мощността на шума от температурите на охлаждащата течност поне с 10 пъти и изчезването на кохерентността между шума на температурите на охлаждащата течност по височината над сърцевината, може да се прецени появата и големината на обема на пара-газ.

Същността на изобретението е следната. Както показват теоретични и експериментални изследвания, в реактор с вода под налягане по време на нормална експлоатация практически няма обем на пара-газ в охлаждащата течност, запълваща реакторния съд. Поради температурни колебания в честотната лента 0,05 1 Hz, стойността на интегралната спектрална плътност на мощността на шума от температурата на охлаждащата течност във всяка точка по височината над сърцевината има определена стойност. В същото време има съгласуваност между шума от температурите на охлаждащата течност по височината над сърцевината. Изборът на честотния диапазон 0,05-1 Hz се дължи на следното съдържание. Константата на време за пренос на топлина от сърцевината към охлаждащата течност е най-малко 1 s, т.е. В честотния диапазон, по-малък от 1 Hz, спектралната плътност на мощността на шума от температурата на охлаждащата течност е максимална, поради което промяната в нейната интегралност в този честотен диапазон увеличава чувствителността на мониторинга на състоянието на ядрото на ядрения реактор. Константата на времето на температурния сензор не надвишава 20 s, така че долната граница на честотната област на измерване трябва да бъде най-малко 0,05 Hz.

В допълнение, измерването на интегралната стойност на плътността на спектралната мощност на температурния шум вместо измерването на самата спектрална плътност увеличава точността, надеждността и бързината на управление, тъй като грешката при измерване е обратно пропорционална на широчината на честотната област и времето на измерване.

В случай на авария, причинена от спад на налягането в реактора поради пещта с охлаждаща течност или незатваряне на предпазния клапан на компенсатора на налягането след аварийното му отваряне, или ако циркулацията на охлаждащата течност през активната зона е прекъсната, парогазова смес започва да се образува в обема на охлаждащата течност над активната зона на реактора. Това явление се придружава от увеличаване на порядъка на интегралната спектрална плътност на мощността на шума от температурата на охлаждащата течност в горния обем на охлаждащата течност, запълваща реакторния съд, и намаляване на функцията на кохерентност между шума на температурата на охлаждащата течност по височината на обема на охлаждащата течност над ядрото. С развитието на аварийна ситуация, свързана с спада на налягането в реактора, в горния обем на охлаждащата течност водата се замества от парогазова смес, първо в наситено състояние, след това в прегрята, чийто обем се увеличава с напредването на произшествието. Това е придружено от спад от най-малко 100 пъти в интегралната спектрална плътност на мощността на температурния шум по височината на обема на охлаждащата течност в корпуса на реактора от главата му до активната зона. В този случай съгласуваността между температурния шум в обема на охлаждащата течност над сърцевината изчезва в същата посока.

По този начин процесът на образуване на балон от пара-газ в обема на охлаждащата течност над сърцевината води до увеличаване поне на порядък в честотната лента 0,05 1 Hz на интегралната спектрална плътност на мощността на шума на температурата на охлаждащата течност в реакторният съд, който се разпространява в обема на охлаждащата течност в посока от реакторната глава към активната зона. В този случай съгласуваността между температурния шум ще намалее в същата посока. Процесът на развитие на обема на пара-газ се придружава допълнително от намаляване с два порядъка на интегралната стойност на плътността на спектралната мощност на температурния шум в обема на пара-газ и изчезването на корекцията на температурния шум в то в честотната лента 0,05 1 Hz.

Като пример за използване на предложения метод, ние разглеждаме приложението му за наблюдение на състоянието на реактор VVER-1000.

По време на работата на струйната инсталация в реално време се измерва интегралната спектрална плътност на мощността на температурния шум в честотната лента 0,05-1 Hz и функцията на кохерентност на температурния шум в обема на охлаждащата течност над сърцевината. За това се използват стандартни термодвойки за управление в сърцевината, разположени на различни височини над сърцевината. Към тях са свързани нискошумови предусилватели, поради капацитета, на чийто вход се измерват само променливите компоненти на температурните сигнали. Компонентите с променлива температура, усилени от предусилвателя и след това от усилвателя, чиято честотна лента е от 0,05 до 1 Hz, се подават към анализатора на спектъра, който измерва интегрираната спектрална плътност на мощността на температурния шум и функцията на кохерентност. По време на нормалната работа на реакторната централа измерената интегрална спектрална плътност на мощността на температурния шум, регистрирана от най-малко три термодвойки, разположени в обема на охлаждащата течност над активната зона на различни височини (T1, T2, T3), има определени стойности o T1, o T2, o T3. В този случай стойността на функцията на кохерентност между шума на температурите, измерен от две термодвойки, разположени една след друга на височина над активната зона, е не по-малка от 0,4. Образуването на парогазова смес в обема на охлаждащата течност над активната зона под ядрото под капака на реактора в резултат на аварийни ситуации води до увеличаване на интегралната спектрална плътност на мощността на температурния шум, контролиран от най-отдалечената от сърцевината термодвойка, което приема стойност от поне 10 o T3. В този случай функцията на кохерентност между температурния шум, измерена от тази термодвойка и следващата, разположена по-близо до сърцевината, пада под стойността от 0,4. Развитието на аварийна ситуация води до появата на парогазова смес в обема на охлаждащата течност от главата на реактора до местоположението на термодвойката, която е най-отдалечена от активната зона. Размерът на този обем е приблизително 1,1 m 3. Появата на парогазова смес в този обем се записва чрез 100-кратно намаляване на интегралната спектрална плътност на мощността на температурата, контролирана от най-отдалечената от сърцевината термодвойка, която е не повече от 0,16 o Т3. В същото време, функцията на кохерентност между температурния шум, измерен от тази термодвойка и следващия, разположен по-близо до сърцевината, приема нула. С увеличаване на обема на парата, описаният по-горе процес на промяна на интегралната спектрална плътност на мощността на температурния шум и кохерентната функция на температурния шум, измерен от термодвойки, съседни на височина над сърцевината, се простира до температурния шум, измерен от термодвойки, разположени по-близо до сърцевината.

Този метод дава възможност да се повиши безопасността на АЕЦ с реактор с водно охлаждане поради непрекъснат и надежден мониторинг на появата и развитието на обем на пара-газ в обема на охлаждащата течност в случай на аварийни ситуации. Надеждният контрол върху размера на обема на пара-газ над сърцевината позволява да се вземат мерки за предотвратяване на разпространението му в сърцевината и по този начин да се предотврати сериозна авария.

Метод за наблюдение на състоянието на сърцевината на ядрен реактор, който се състои в измерване на спектралната равнина на мощността на температурния шум, характеризиращ се с това, че интегралната плътност на спектралната мощност на шума от температурата на охлаждащата течност се измерва в честотната лента (0,05-1 ) Hz по височината над сърцевината, функцията на кохерентност между шума на температурите на охлаждащата течност по височината над сърцевината и промяната в стойността на интегралната спектрална плътност на мощността на шума от температурите на охлаждащата течност с поне 10 пъти и изчезване на кохерентността между шума на температурите на охлаждащата течност по височината над сърцевината, може да се прецени появата и големината на обема на пара-газ.