Патент на изобретение №2169956

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА, В ЧАСТНОСТИ В ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к атомной технике, в частности к способу определения плотности нейтронного потока излучающего нейтроны источника. Сущность изобретения: для формирования широкодиапазонного сигнала W, зависящего от плотности нейтронного потока (n), используют первый измерительный сигнал S₁ и второй измерительный сигнал S₂, отличные друг от друга. Сигналы S₁ и S₂ являются монотонными функциями плотности нейтронного потока (n). В диапазоне малых значений плотности нейтронного потока n < n₁ широкодиапазонный сигнал W равен первому измерительному сигналу S₁. При значениях плотности нейтронного потока n > n₂ сигнал W равен второму измерительному сигналу S₂. В диапазоне перекрытия (), находящемся между n₁ и n₂, сигнал W приравнен монотонной функции обоих измерительных сигналов S₁, S₂. В качестве измерительных сигналов S₁, S₂ используют измерительный сигнал ионизационной камеры, камеры деления, камеры бора, SPN-детектора или счетчика заряженных частиц. Устройство для определения плотности нейтронного потока включает в себя измерительное устройство оценки. Способ позволяет просто и надежно определять в широком диапазоне плотность нейтронного потока, начиная с выключенного до нормального состояния работы ядерной энергетической установки. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для определения плотности нейтронного потока источника, излучающего нейтроны, в частности содержащей множество тепловыделяющих элементов активной зоны реактора ядерной энергетической установки.

В ядерной энергетической установке часто для контроля процессов запуска и остановки используют устройство для определения плотности нейтронного потока, так называемую нейтронно-измерительную систему. Она содержит детекторы нейтронов, которые дают, в частности, сигнал, пропорциональный плотности нейтронного потока. Плотность нейтронного потока в отключенном подкритическом состоянии ядерной энергетической установки отличается от таковой при работе на мощности ядерной энергетической установки на несколько десятичных порядков.

Книга “Излучение и техника измерения излучения на атомных электростанциях”, издатель Elmar Schruefer, издательство Elitera, Берлин, 1974 подробно обсуждает конструкцию и принцип действия детекторов нейтронов, в частности, в разделах 3.4, 6.1 и 6.2. Как описано в разделе 6.1, измерительные системы нейтронного потока с детекторами нейтронов служат для определения мощности реактора ядерной энергетической установки. При этом детектор нейтронов может быть расположен как вне, так и внутри активной зоны реактора между соседними тепловыделяющими элементами. Детектор нейтронов может быть выполнен так, что он является подвижным вдоль главной оси. Таким образом, во время нормальной работы на мощность ядерной энергетической установки он может выводиться из активной зоны реактора.

Относительно принципа действия и точности измерения различают три различные системы детекторов нейтронов. В случае ядерной энергетической установки с кипящей водой так называемые импульсные системы применяют предпочтительно там, где должна достигаться высокая чувствительность при сильном гамма-излучении. Так как при этом низкие частоты повторения импульсов могут измеряться легче, чем очень малые токи, с помощью импульсных систем могут также еще измеряться низкие плотности нейтронного потока. Малая высота гамма-импульса позволяет различение нейтронов по сравнению с гамма-излучением, например, за счет использования дискриминаторов порогового значения. Область применения импульсной системы распространяется на плотности нейтронного потока в диапазоне порядка от 10^-1 нейтронов/(см²с) до порядка 10⁵ нейтронов/(см²с). Это соответствует мощности реактора до порядка 10^-3%.

Так называемые системы постоянного тока являются предпочтительно пригодными для средних и высоких нейтронных потоков в диапазоне от порядка от 10² нейтронов/ (см²с) до порядка 10⁹ нейтронов/(см²с). Различение нейтронов по сравнению с гамма-излучением происходит предпочтительно через так называемые гамма-компенсированные ионизационные камеры. В случае малых нейтронных потоков использование системы постоянного тока ограничивается, как правило, воздействием гамма-излучения. Детектор нейтронов системы постоянного тока базируется предпочтительно на камере деления и/или камере бора, как она описана, например, в разделе 3.4 выше названной книги.

В случае так называемой системы переменного тока для образования информации привлекают переменный ток, наложенный на постоянный ток, созданный в камере деления, ионизационной камере или камере бора. Вследствие высоких степеней ионизации газа такой камеры отдельные импульсы ионизированного газа не могут быть раздельно отличимыми. За счет этого в среднем создается постоянный ток, на который наложен переменный ток. Квадратичное среднее значение сигнала переменного тока, как и постоянный ток является непосредственно пропорциональным плотности нейтронного потока. По сравнению с системой постоянного тока отношение сигнала детектированных нейтронов к сигналу, вызванному гамма-излучением, в системе переменного тока может лежать в 1000 раз выше. Поэтому система переменного тока является предпочтительно пригодной для диапазона средней, а также высокой мощности реактора с плотностями нейтронного потока между 10⁶ нейтронов/(см²с) и 10¹⁴ нейтронов/(см²с). Таким образом, система переменного тока является пригодной также для диапазона мощности ядерной энергетической установки.

Задачей изобретения является указание способа, при котором через различные измерительные сигналы просто и надежно определяют в широком диапазоне плотность нейтронного потока, в частности, из отключенного до нормального диапазона мощности ядерной энергетической установки. Другая задача предусматривает указание устройства для определения плотности нейтронного потока излучающего нейтроны источника, в частности, в ядерной энергетической установке.

Согласно изобретению задача, направленная на способ для определения плотности нейтронного потока источника, излучающего нейтроны, решается признаками пункта 1 формулы изобретения. При этом предусмотрено, что первый измерительный сигнал и второй измерительный сигнал, которые отличны друг от друга и соответственно зависят от плотности нейтронного потока, используют для формирования однозначно зависящего от плотности нейтронного потока широкодиапазонного сигнала, причем первый измерительный сигнал вплоть до значений плотности нейтронного потока, меньших чем первая граничная плотность потока, является монотонной функцией плотности нейтронного потока, что широкодиапазонный сигнал приравнивают первому измерительному сигналу для значений первого измерительного сигнала, которые соответствуют плотности нейтронного потока меньше нижнего граничного значения, которое опять-таки меньше, чем первая граничная плотность потока, и широкодиапазонный сигнал при значениях первого измерительного сигнала, которые соответствуют плотности нейтронного потока большей, чем нижнее граничное значение, образуют как функцию второго измерительного сигнала и первого измерительного сигнала так, что широкодиапазонный сигнал является непрерывным на своем нижнем граничном значении и широкодиапазонный сигнал служит в качестве основы для определения плотности нейтронного потока.

Вследствие однозначной зависимости широкодиапазонного измерительного сигнала от плотности нейтронного потока в случае ядерной энергетической установки можно определять мощность реактора ядерной энергетической установки. Это справедливо, в частности, для ядерной энергетической установки с реактором с кипящей водой или реактором, охлаждаемым водой под давлением. При этом нижнему граничному значению, а также первой граничной плотности потока плотности нейтронного потока соответственно однозначно придано в соответствие значение первого измерительного сигнала так, что вместо значения плотности нейтронного потока всегда можно использовать также приданное ему в соответствие значение первого измерительного сигнала. Приданное в соответствие нижнему граничному значению первое сигнальное значение первого измерительного сигнала может тем самым служить при осуществлении способа в качестве граничного значения, до которого широкодиапазонный сигнал образуют из первого измерительного сигнала. При значениях первого измерительного сигнала больше, чем первое сигнальное значение, широкодиапазонный сигнал образуют как функцию первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала. Эта функция зависит от первого и второго измерительного сигнала так, что при равенстве значений первого измерительного сигнала с первым сигнальным значением она как раз соответствует первому сигнальному значению. За счет этого обеспечивается, что независимо от выбора первого сигнального значения, то есть нижнего граничного значения плотности нейтронного потока, широкодиапазонный сигнал в любом случае проходит непрерывно.

Предпочтительно при значениях плотностей нейтронного потока, которые являются большими, чем вторая граничная плотность потока, причем вторая граничная плотность потока является меньше, чем первая граничная плотность потока, второй измерительный сигнал является монотонной функцией плотности нейтронного потока. В способе используют диапазон перекрытия, который определяют между нижним граничным значением и верхним граничным значением, причем верхнее граничное значение плотности нейтронного потока является больше, чем вторая граничная плотность потока. За счет этого обеспечено, что в диапазоне перекрытия в определенном первой и второй граничной плотностью потока интервале как первый измерительный сигнал, так также и второй измерительный сигнал соответственно являются монотонной функцией плотности нейтронного потока. Предпочтительно оба измерительных сигнала являются монотонно возрастающими или оба монотонно падающими. За счет этого обеспечена простым образом однозначная зависимость широкодиапазонного сигнала от плотности нейтронного потока также в диапазоне перекрытия. Вследствие монотонности первого измерительного сигнала при плотностях нейтронного потока ниже первой граничной плотности потока и монотонности второго измерительного сигнала при плотностях нейтронного потока выше второй граничной плотности потока диапазон перекрытия однозначно определен первым сигнальным значением первого измерительного сигнала и вторым сигнальным значением второго измерительного сигнала. Тем самым без знания плотности нейтронного потока, лишь на основе значений первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала может производиться определение диапазонов, в которых широкодиапазонный сигнал приравнивают первому измерительному сигналу или образуют как функцию первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала. Это не зависит от того, проходит ли первый измерительный сигнал и второй измерительный сигнал монотонно возрастающе или монотонно падающе.

Разумеется, что аналогично к определению диапазона перекрытия с монотонным широкодиапазонным сигналом в качестве функции первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала может быть определен дальнейший диапазон перекрытия. В таком дальнейшем диапазоне перекрытия, который примыкает к меньшим или большим значениям плотности нейтронного потока к названному первым диапазону перекрытия, широкодиапазонный сигнал может составляться из третьего измерительного сигнала и первого или второго измерительного сигнала, так что имеется непрерывный переход широкодиапазонного сигнала на границах диапазона дальнейшего диапазона перекрытия аналогично названному первым диапазону перекрытия.

Прежде всего в ядерных энергетических установках, в которых широкодиапазонный сигнал вводится также в систему аварийной защиты ядерной энергетической установки, способ имеет особое преимущество, так как система аварийной защиты в качестве инициирующего критерия для аварийного останова ядерной энергетической установки может содержать быстрое или неожиданное изменение плотности нейтронного потока, которые оба могут распознаваться за счет широкодиапазонного сигнала. Ненепрерывность в широкодиапазонном сигнале могла бы при известных обстоятельствах приводить к необоснованному аварийному останову ядерной энергетической установки. Это исключается здесь в способе с самого начала вследствие указанного определения широкодиапазонного сигнала.

Предпочтительно при значениях второго измерительного сигнала, которым придана в соответствие плотность нейтронного потока большая, чем верхнее граничное значение, широкодиапазонный сигнал приравнивают ко второму измерительному сигналу. Широкодиапазонный сигнал является таким образом по диапазонно определенной функцией, которая различным образом определена в трех соответственно непосредственно граничащих друг с другом диапазонах. Только в диапазоне перекрытия он является функцией как первого измерительного сигнала, так и второго измерительного сигнала, причем на границах диапазона перекрытия обеспечен непрерывный переход.

Как уже упоминалось, широкодиапазонный сигнал может быть различно определен в четырех или более диапазонах, причем, конечно, на каждой границе диапазона переход широкодиапазонного сигнала должен быть непрерывным и в каждом диапазоне должна иметься монотонность широкодиапазонного сигнала.

Эти непрерывные переходы предпочтительно обеспечиваются функцией, которая вследствие своего состава из первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала совпадает на нижнем граничном значении с первым измерительным сигналом и на верхнем граничном значении со вторым измерительным сигналом. На границах диапазона и вне диапазона перекрытия функция тем самым является зависящей всегда только от одного единственного измерительного сигнала, а именно от измерительного сигнала, который вне диапазона перекрытия вплоть до соответствующего граничного значения является монотонной функцией плотности нейтронного потока. Функция внутри диапазона перекрытия предпочтительно образована как сумма из произведения первого измерительного сигнала с коэффициентом, зависящим от второго измерительного сигнала, и произведения из второго измерительного сигнала с коэффициентом, зависящим от первого измерительного сигнала. Зависящий от второго измерительного сигнала коэффициент образован так, что он принимает значение нуль, если второй измерительный сигнал соответствует второму сигнальному значению, то есть если имеет место верхнее граничное значение плотности нейтронного потока диапазона перекрытия. Зависящий от первого измерительного сигнала коэффициент аналогично определен так, что он принимает значение нуль в случае, если первый измерительный сигнал принимает первое сигнальное значение, то есть если имеет место нижнее граничное значение диапазона перекрытия. Зависящий от второго измерительного сигнала коэффициент является предпочтительно частным из разницы из второго сигнального значения и второго измерительного сигнала и разницы из второго сигнального значения и первого сигнального значения; зависящий от первого измерительного сигнала коэффициент является соответственно частным из разницы из первого измерительного сигнала и первого сигнального значения и разницы из второго сигнального значения и первого сигнального значения.

Предпочтительно широкодиапазонный сигнал является монотонно возрастающей функцией плотности нейтронного потока. Это имеет место, например, тогда, когда в качестве измерительных сигналов используют без необходимости пересчета или преобразования измерительные сигналы нейтронно-измерительной системы, которая содержит ионизационную камеру, камеру деления, камеру бора, так называемый детектор нейтронов с собственным питанием “self powered neutron-детектор” (SPN-детектор) или счетчик заряженных частиц.

Первый измерительный сигнал, а также второй измерительный сигнал предпочтительно получают в ионизационной камере, камере деления, камере бора, SPN-детекторе или счетчике заряженных частиц, причем оба измерительных сигнала могут получаться в той же самой камере или в том же самом счетчике заряженных частиц. Конструкция, а также принцип действия детектора нейтронов для получения измерительного сигнала, который является, в частности, пропорциональным плотности нейтронного потока, описаны в немецкой полезной модели G 93 05 956.6, a также в книге “Детектирование и измерение радиации” Glenn F. Knoll, John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 2-издание, 1985 г., в частности, главы 5 и 14. При этом речь идет, в частности, о детекторе нейтронов с камерой деления или камерой бора, которые выполнены настолько компактными, что они являются пригодными для использования внутри реактора, то есть так называемом внутриреакторном контрольно-измерительном оборудовании.

Первый измерительный сигнал является предпочтительно так называемым импульсным сигналом ионизационной камеры, который получается за счет ионизированных нейтронами атомов газа или, соответственно, молекул газа. Импульсный сигнал отличается тем, что он, в частности, при низких плотностях нейтронного потока ниже 10⁵ нейтронов/(см²с) является измерительным сигналом, особенно хорошим и однозначно различимым от других радиоактивных излучений, в частности гамма-излучения. Импульсный сигнал при малых плотностях нейтронного потока пропорционален плотности нейтронного потока.

Второй измерительный сигнал является предпочтительно сигналом постоянного или переменного тока той же самой ионизационной камеры. Сигнал тока при высоких плотностях нейтронного потока, при которых отдельные импульсы ионизированных атомов газа или молекул газа больше не разделимы четко друг от друга, является измерительным сигналом, пропорциональным плотности нейтронного потока. Из сигнала тока могут быть надежно зарегистрированы плотности нейтронного потока от порядка 10³ нейтронов/ (см²с) до порядка 10¹⁰ нейтронов/(см²с).

В созданном в ионизационной камере ионизированными атомами газа или, соответственно, молекулами газа токе за счет флуктуации числа импульсов содержится составляющая переменного тока. Путем возведения в квадрат и последующего усреднения этой составляющей переменного тока получают сигнал переменного тока, который пропорционален плотности нейтронного потока.

Предпочтительно сигнал переменного тока определяют по так называемому методу взаимной корреляции, при котором снимают соответственно по одному сигналу как с внутреннего, так и с внешнего электрода ионизационной камеры. Эти сигналы отличаются их полярностью, однако в остальном они равны. Из них образуют взаимную корреляционную функцию, которая пропорциональна среднему квадрату составляющей переменного тока и тем самым плотности нейтронного потока. Методом взаимной корреляции могут исключаться паразитные связи и статистические помехи (шумы), которые содержатся соответственно только в одном из сигналов.

Образованный таким образом второй измерительный сигнал непосредственно пропорционален плотности нейтронного потока вплоть до нижней плотности нейтронного потока порядка 10³ нейтронов/(см²с). Максимально измеряемая плотность нейтронного потока для второго измерительного сигнала лежит примерно при 10¹⁰ нейтронов/(см²с). За счет этого может надежно регистрироваться плотность нейтронного потока, в частности, ядерной энергетической установки, охлаждаемой водой под давлением, в диапазоне от 10^-5% до 100% мощности реактора. Выше сказанное аналогично справедливо для камеры деления, а также для счетчика заряженных частиц.

Предпочтительно способ для определения плотности нейтронного потока применяется в ядерной энергетической установке. При этом излучающим нейтроны источником является активная зона реактора ядерной энергетической установки с множеством тепловыделяющих элементов, причем плотность нейтронного потока определяют вне активной зоны реактора, а также с помощью так называемого внутриреакторного контрольно-измерительного оборудования между тепловыделяющими элементами внутри активной зоны реактора. Путем создания широкодиапазонного сигнала, который однозначно зависит от плотности нейтронного потока, определение плотности нейтронного потока является осуществимым во время процесса запуска, процесса останова или нормальной работы ядерной энергетической установки во всем диапазоне мощностей. За счет по диапазонного определения широкодиапазонного сигнала таким образом, что широкодиапазонный сигнал на границах диапазона по определению переходит непрерывно, даже при изменениях внутри активной зоны реактора, например при выгорании тепловыделяющих элементов или материальном или температурном старении, надежно обеспечивается регистрация плотности нейтронного потока.

Направленная на устройство для определения плотности нейтронного потока излучающего нейтроны источника задача согласно изобретению решается за счет устройства, которое содержит измерительное устройство для получения и передачи первого и второго измерительного сигнала, которые отличны друг от друга и соответственно зависят от плотности нейтронного потока, и устройство оценки для образования широкодиапазонного сигнала, однозначно зависящего от плотности нейтронного потока. Первый измерительный сигнал при значениях плотности нейтронного потока, которые меньше первой граничной плотности потока, является монотонной функцией плотности нейтронного потока, в частности монотонно возрастающей. В устройстве оценки происходит определение плотности нейтронного потока из широкодиапазонного сигнала. Широкодиапазонный сигнал при этом является идентичным с первым измерительным сигналом, пока первый измерительный сигнал является меньше или больше заданного первого сигнального значения, в зависимости от того, является ли первый измерительный сигнал монотонно возрастающим или монотонно падающим в зависимости от плотности нейтронного потока. Если первый измерительный сигнал является больше, чем первое сигнальное значение (монотонно возрастающая характеристика), то широкодиапазонный сигнал образован из функции, которая зависит как от первого измерительного сигнала, так и от второго измерительного сигнала. Функция имеет то свойство, что она является идентичной с первым измерительным сигналом, в случае если он как раз принимает первое сигнальное значение. За счет этого имеет место непрерывный переход широкодиапазонного сигнала на первом сигнальном значении, а именно независимо от значения второго измерительного сигнала и независимо от характеристики второго измерительного сигнала в зависимости от плотности нейтронного потока. Соответствующее справедливо при понижении ниже первого сигнального значения для случая, что первый измерительный сигнал имеет монотонно падающую характеристику в зависимости от плотности нейтронного потока. Соответствующая непрерывность действует также на переходе, на котором широкодиапазонный сигнал образован другой функцией из одного или нескольких, по меньшей мере двух, измерительных сигналов. Для определения плотности нейтронного потока устройство оценки может быть реализовано, например, в виде ЭВМ с программой ЭВМ или в виде электронной схемы.

Измерительное устройство может содержать наряду с детектором нейтронов, ионизационной камерой, камерой деления, камерой бора, SPN-детектором или счетчиком заряженных частиц также соответствующие электрические линии, а также операционные усилители.

Способ и устройство согласно изобретению поясняются с помощью чертежей. При этом показывают:
фиг. 1 схематически в продольном сечении защитную оболочку ядерной энергетической установки с кипящей водой с представленным не в масштабе устройством для определения плотности нейтронного потока и
фиг. 2 характеристику широкодиапазонного сигнала W для определения плотности нейтронного потока n ядерной энергетической установки с кипящей водой в зависимости от этой плотности нейтронного потока n.

На фиг. 1 схематически и не в масштабе представлена в продольном сечении защитная оболочка 8 ядерной энергетической установки с кипящей водой с устройством 7 для определения плотности нейтронного потока n. Защитная оболочка 8 заключает корпус реактора под давлением 9, в котором расположена активная зона реактора 3. Защитная оболочка 8, а также корпус реактора под давлением 9 направлены вдоль главной оси 17. В активной зоне реактора 3 расположено множество также направленных вдоль главной оси 17 тепловыделяющих элементов 4. Тепловыделяющие элементы 4 образуют источник 1, который излучает нейтроны вследствие расщепления ядра.

Между некоторыми соседними тепловыделяющими элементами 4 предусмотрены направленные параллельно главной оси 17 сборки детекторов 13, из которых для наглядности представлены только две. Вне корпуса реактора под давлением 9 каждая сборка детекторов 13 содержит привод 10 для перемещения выдвижной трубы 12 в сборке детекторов 13. В каждой выдвижной трубе 12 на ее концах расположена ионизационная камера 2, образующая детектор нейтронов, в частности так называемая камера деления. За счет привода 10 ионизационная камера 2 является вводимой в активную зону реактора 3 между тепловыделяющими элементами 4, что, в частности, является важным при работе на мощность ядерной энергетической установки, а также снова выводимой из нее.

Каждая ионизационная камера 2 соединена через соединительный кабель 11, при необходимости через несколько соединительных кабелей 11, с предварительным усилителем 14, который расположен вне защитной оболочки 8. Ионизационная камера 2, а также предварительный усилитель 14 относятся к измерительному устройству 5 для получения и передачи первого измерительного сигнала S₁ и второго измерительного сигнала S₂, которые служат для образования широкодиапазонного сигнала W, однозначно приданного в соответствие плотности нейтронного потока n.

Каждый предварительный усилитель 14 соединен с устройством оценки 6, в котором определяют широкодиапазонный сигнал W. Устройство оценки 6 соединено с устройством вывода 15, в частности, для отображения широкодиапазонного сигнала W, например, на экране дисплея или печатающем устройстве. Устройство оценки 6 соединено, кроме того, с системой безопасности реактора 16 ядерной энергетической установки. Таким образом, плотности нейтронного потока, а также, в частности, сильные изменения плотности нейтронного потока, которые приводят к выводу о быстром изменении мощности реактора, могут регистрироваться через устройство 7 и вводиться в систему безопасности реактора 16. Определенная из широкодиапазонного сигнала W плотность нейтронного потока n затем может привлекаться в качестве надежного сигнала для инициирования аварийного останова реактора.

Фиг. 2 показывает схематически характеристику (показанного сплошной линией) широкодиапазонного сигнала W в зависимости от плотности нейтронного потока n ядерной энергетической установки. Широкодиапазонный сигнал W является по диапазонно определенной функцией с тремя диапазонами, непосредственно примыкающими друг к другу. Первый диапазон проходит от плотности нейтронного потока n = 0 до плотности нейтронного потока n = n₁. Второй диапазон проходит от плотности нейтронного потока n = n₁ до плотности нейтронного потока n = n₂. К нему примыкает третий диапазон. Второй диапазон обозначается как диапазон перекрытия . В диапазоне перекрытия широкодиапазонный сигнал W является монотонно возрастающей функцией, которая образуется из первого измерительного сигнала S₁ и второго измерительного сигнала S₂. Первый измерительный сигнал S₁ от плотности нейтронного потока n = 0 до плотности нейтронного потока n = n₁₀ является монотонной функцией плотности нейтронного потока n. В случае первого измерительного сигнала S₁ речь идет предпочтительно об импульсном сигнале ионизационной камеры 2. Второй измерительный сигнал S₂ в диапазоне плотности нейтронного потока n, который начинается со второй граничной плотности потока n₂₀, является монотонно возрастающей функцией плотности нейтронного потока n.

В первом диапазоне, то есть до плотности нейтронного потока n = n₁, широкодиапазонный сигнал W приравнивают первому измерительному сигналу S₁. Так как на практике плотность нейтронного потока n = n₁ не известна, идут по обратному пути, то есть в качестве нижней границы диапазона перекрытия принимают однозначно приданной в соответствие плотности нейтронного потока n = n₁ первое сигнальное значение N₁ первого измерительного сигнала S₁. Если первый измерительный сигнал S₁ меньше или равен этому первому сигнальному значению N₁, то широкодиапазонный сигнал W устанавливают идентичным первому измерительному сигналу S₁. Аналогично, широкодиапазонный сигнал W при значениях плотности нейтронного потока n больше, чем n₂, образуется вторым измерительным сигналом S₂. Так как второй измерительный сигнал S₂ в этом диапазоне также является монотонной функцией плотности нейтронного потока n, плотности нейтронного потока n = n₂ однозначно придано в соответствие сигнальное значение N₂ второго измерительного сигнала S₂. Второе сигнальное значение N₂ является больше, чем первое сигнальное значение N₁. В качестве критерия для приравнивания широкодиапазонного сигнала W второму измерительному сигналу S₂ согласно этому выбирают условие, что второй измерительный сигнал S₂ является большим, чем второе сигнальное значение N₂. Данный плотностями нейтронного потока n₁ и n₂ диапазон перекрытия таким образом однозначно определен первым сигнальным значением N₁ и вторым сигнальным значением N₂. По меньшей мере, в частичном диапазоне диапазона перекрытия первый измерительный сигнал S₁, а также второй измерительный сигнал S₂ соответственно являются монотонной функцией плотности нейтронного потока n. В этом диапазоне перекрытия широкодиапазонный сигнал W определяется как из первого измерительного сигнала S₁, так и из второго измерительного сигнала S₂, именно так, что широкодиапазонный сигнал W является суммой из произведения первого измерительного сигнала S₁ с зависящим от второго измерительного сигнала S₂ предкоэффициентом и из произведения второго измерительного сигнала S₂ с зависящим от первого измерительного сигнала S₁ предкоэффициентом . Предкоэффициенты , выбраны соответственно так, что широкодиапазонный сигнал W при плотности нейтронного потока n₁ совпадает с первым сигнальным значением N₁, то есть с первым измерительным сигналом S₁, а при плотности нейтронного потока n₂ совпадает со вторым сигнальным значением N₂, то есть со вторым измерительным сигналом S₂. Далее предкоэффициенты , выбраны так, что широкодиапазонный сигнал W в диапазоне перекрытия является монотонной функцией плотности нейтронного потока n. Это достигается, в частности, тем, что зависящий от первого измерительного сигнала S₁ предкоэффициент пропорционален разности из первого сигнального значения N₁ и первого измерительного сигнала S₁. Аналогично другой предкоэффициент пропорционален разности из второго измерительного сигнала S₂ и второго сигнального значения N₂. За счет этого выбора при плотности нейтронного потока n = ₁ независимо от значения второго измерительного сигнала S₂ обеспечивается, что широкодиапазонный сигнал W непрерывно переходит в диапазон перекрытия . То же самое справедливо для границы диапазона, данной плотностью нейтронного потока n = n₂. Даже при смещении начала пропорциональной зависимости первого измерительного сигнала S₁, а также второго измерительного сигнала S₂ от плотности нейтронного потока n, например, вследствие временного изменения физических условий в ионизационной камере 2 способом обеспечивается, что широкодиапазонный сигнал W всегда является однозначной функцией плотности нейтронного потока n.

Изобретение отличается способом для определения плотности нейтронного потока, в частности, в активной зоне реактора ядерной энергетической установки с кипящей водой или с водой под давлением, при котором в диапазоне перекрытия обеспечен переход широкодиапазонного сигнала при соблюдении однозначного придания в соответствие плотности нейтронного потока. При малых плотностях нейтронного потока широкодиапазонный сигнал является предпочтительно идентичным импульсному сигналу ионизационной камеры, а при больших плотностях нейтронного потока, примерно до 10¹⁴ нейтронов/(см²с), широкодиапазонный сигнал является идентичным сигналу переменного тока той же самой ионизационной камеры. В диапазоне перекрытия широкодиапазонный сигнал определяется комбинацией импульсного сигнала и сигнала переменного тока, причем комбинация обеспечивает, что широкодиапазонный сигнал на границах диапазона перекрытия соответственно непрерывно переходит в соответствующий измерительный сигнал, импульсный сигнал или, соответственно, сигнал переменного тока. Широкодиапазонный сигнал в диапазоне перекрытия предпочтительно образован суммой из произведения импульсного сигнала с коэффициентом, зависящим от сигнала переменного тока, и произведения сигнала переменного тока с коэффициентом, зависящим от импульсного сигнала. Образованный таким образом широкодиапазонный сигнал позволяет производить определение плотностей нейтронного потока ядерной энергетической установки, начиная с выключенного состояния до работы на мощность со 100% номинальной мощностью ядерной энергетической установки. Способ является, в частности, пригодным для определения плотностей нейтронного потока в активной зоне реактора ядерной энергетической установки с кипящей водой.

Формула изобретения

1. Способ для определения плотности нейтронного потока (n) излучающего нейтроны источника (1), при котором первый измерительный сигнал S₁ и по меньшей мере один второй измерительный сигнал S₂, которые отличны друг от друга и соответственно зависят от плотности нейтронного потока (n), используют для образования однозначно зависящего от плотности нейтронного потока (n) широкодиапазонного сигнала W, причем а) первый измерительный сигнал S₁, при значениях плотности нейтронного потока (n), которые являются меньше первой граничной плотности потока (n₁₀), является монотонной функцией плотности нейтронного потока (n), b) широкодиапазонный сигнал W при значениях первого измерительного сигнала S₁, которые соответствуют плотности нейтронного потока (n) меньше, чем нижнее граничное значение (n₁), которое является меньше, чем первая граничная плотность потока (n₁₀) и которому поставлено в соответствие первое сигнальное значение N₁ первого измерительного сигнала S₁, приравнивают к первому измерительному сигналу S₁ согласно уравнению W = f₁ (S₁) = S₁ c) широкодиапазонный сигнал W при значениях первого измерительного сигнала S₁, которые соответствуют плотности нейтронного потока (n), большей, чем нижнее граничное значение (n₁), формируют в качестве функции f₂ измерительных сигналов S₁, S₂ согласно уравнению W = f₂ (S₁, S₂); d) широкодиапазонный сигнал W на нижнем граничном значении (n₁) является непрерывным согласно уравнению f₁(N₁) = f₂(N₁, S₂), и e) широкодиапазонный сигнал W служит в качестве основы для определения плотности нейтронного потока (n).

2. Способ по п.1, причем f) второй измерительный сигнал S₂ является монотонной функцией плотности нейтронного потока (n), а именно при значениях плотности нейтронного потока (n), которые являются большими, чем вторая граничная плотность потока (n₂₀), причем вторая граничная плотность потока (n₂₀) является меньше, чем первая граничная плотность потока (n₁₀); g) определяют диапазон перекрытия () с нижним граничным значением (n₁) и верхним граничным значением (n₂), причем верхнее граничное значение (n₂) больше, чем вторая граничная плотность потока (n₂₀) и меньше, чем первая граничная плотность потока (n₁₀), и этому верхнему граничному значению (n₂) однозначно придано в соответствие второе сигнальное значение N₂ второго измерительного сигнала S₂.

3. Способ по п.2, при котором функция f₂ образована следующим образом:
f₂= (S₂)S₁+(S₁)S₂.

с предкоэффициентами (S₂ = N₂) = 0 и (S₁ = N₁) = 0.

4. Способ по п. 2 или 3, при котором в диапазоне перекрытия () функция f₂ образована следующим образом:
f₂= (S₁+S₂)/(+)
с предкоэффициентами = (N₂ – S₂) / (N₂ – N₁) и = (S₁ – N₁) / (N₂ – N₁).

5. Способ по любому из пп.2 – 4, при котором для значений второго измерительного сигнала S₂, которым придана в соответствие плотность нейтронного потока (n) большая, чем верхнее граничное значение (n₂), широкодиапазонный сигнал W приравнивают второму измерительному сигналу S₂.

6. Способ по п. 12, при котором со вторым измерительным сигналом S₂ и третьим измерительным сигналом, который зависит от плотности нейтронного потока (n) и является отличным от первого измерительного сигнала S₁ и второго измерительного сигнала S₂, аналогично к образованию диапазона перекрытия () определяют непосредственно примыкающий к нему следующий диапазон перекрытия.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, при котором широкодиапазонный сигнал W определяют в качестве монотонно возрастающей функции плотности нейтронного потока (n).

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, при котором в качестве измерительных сигналов S₁, S₂ используют соответственно измерительный сигнал ионизационной камеры, камеры деления, камеры бора, SPN-детектора или счетчика заряженных частиц.

9. Способ по п.8, при котором в качестве первого измерительного сигнала S₁ используют импульсный сигнал ионизационной камеры (2) и в качестве второго измерительного сигнала S₂ – сигнал постоянного тока или переменного тока той же самой ионизационной камеры (2).

10. Способ по любому из предыдущих пунктов в ядерной энергетической установке с активной зоной реактора (3), которая содержит в качестве излучающего нейтроны источника (1) множество тепловыделяющих элементов (4), причем плотность нейтронного потока (n) определяют между тепловыделяющим элементами (4) и/или вне активной зоны реактора (3).

11. Устройство (7) для определения плотности нейтронного потока (n) излучающего нейтроны источника (1) с измерительным устройством (5) для получения и передачи первого измерительного сигнала S₁ и второго измерительного сигнала S₂, которые отличны друг от друга и соответственно зависят от плотности нейтронного потока (n), причем первый измерительный сигнал S₁, при значениях плотности нейтронного потока (n), которые являются меньше, чем первая граничная плотность потока (n₁₀), является монотонной функцией плотности нейтронного потока (n), и с соединяемым с измерительным устройством (5) устройством оценки (6) для образования однозначно зависящего от плотности нейтронного потока (n) широкодиапазонного сигнала W, который служит для определения плотности нейтронного потока (n) и а) который соответствует первому измерительному сигналу S₁ согласно уравнению W = f₁(S₁) = S₁, если этот измерительный сигнал S₁ принимает значения, которые соответствуют плотности нейтронного потока (n), меньшей чем нижнее граничное значение (n₁), которое является меньше, чем первая граничная плотность потока (n₁₀), и которому придано в соответствие первое сигнальное значение N₁ измерительного сигнала S₁; b) который является функцией f₂ измерительных сигналов S₁ и S₂ согласно уравнению W = f₂(S₁, S₂), если первый измерительный сигнал S₁ принимает значения, которые соответствуют плотности нейтронного потока (n), большее, чем нижнее граничное значение (n₁), а также с) который на нижнем граничном значении (n₁) является непрерывным согласно уравнению f₁(N₁) = f₂(N₁, S₂).

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.12.2007

Извещение опубликовано: 20.07.2010 БИ: 20/2010