Разработка алгоритмов определения оптимального положения блоков детектирования аппаратуры контроля нейтронного потока по высоте канала ионизационных камер реакторов типа ВВЭР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.03, кандидат наук Томилин Артем Александрович

• Томилин Артем Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Томилин Артем Александрович

Введение

Глава 1 Обзор литературы

1.1 История проблемы

1.2 Пути решения возникшей проблемы

1.3 Описание современной аппаратуры

1.4 Проблемы современной аппаратуры контроля нейтронного потока

1.5 Заключение по разделу

Глава 2 Алгоритмы определения оптимального положения блоков детектирования аппаратуры контроля нейтронного потока по высоте измерительного канала

2.1 Принцип действия ионизационной камеры

2.2 Модель ионизационной камеры

2.3 Методы определения оптимального положения блоков детектирования

2.3.1 Метод наименьшей ошибки

2.3.1.1 Размещение блоков детектирования при определении интегральной мощности реактора

2.3.1.2 Размещение блоков детектирования при определении значения максимального энерговыделения

2.3.1.3 Учет работы аппаратуры коррекции показаний мощности при размещении блоков детектирования

2.3.1.4 Определение рационального количества блоков детектирования

2.3.1.5 Оценка погрешности метода

2.3.1.6 Заключение по разделу

2.3.2 Информационный метод

2.3.2.1 Определение количества информации

2.3.2.2 Проверка работоспособности алгоритма

2.3.2.3 Размещение блоков детектирования при определении интегральной мощности реактора

2.3.2.4 Размещениеблоков детектирования при определении значения

максимального энерговыделения

2.3.2.5 Оценка погрешности метода

2.3.2.6 Заключение по разделу

Глава 3 Экспериментальное обоснование

3.1 Исходные данные

3.2 Постановка задачи

3.3 Решение поставленной задачи

3.3.1 Расчет индивидуальных коэффициентов усиления токов блоков детектирования по стандартному методу

3.3.2 Расчет индивидуальных коэффициентов усиления токов блоков детектирования по методу наименьшей ошибки

3.3.3 Оценка момента времени достижения уставки аварийной защиты по показаниям аппаратуры контроля нейтронного потока

3.4 Результаты сравнительного анализа

Заключение

Список сокращений

Список использованной литературы

Список иллюстративного материала

Введение

На современном этапе развития атомной энергетики основными задачами являются повышение надежности и безопасности эксплуатации энергоблоков АЭС. Для обеспечения надежной и безопасной работы действующих и вводимых в эксплуатацию энергоблоков необходимо обеспечивать надежный контроль параметров и характеристик реактора, которые определяют безопасность как активной зоны, так и оборудования РУ в целом. В частности, в соответствии с требованиями нормативных документов необходимо достоверно контролировать распределение энерговыделения в активной зоне реакторов, оценивать выгорание топлива, определять флюенс нейтронов на корпус, который является результатом утечки нейтронов из активной зоны [1]. Утечка нейтронов и пространственно-энергетическое распределение потока нейтронов вне активной зоны определяются нейтронно-физическими характеристиками периферийной части активной зоны и свойствами околозонного пространства.

и и и и

Одной из важнейших частей системы управления и защиты реакторной установки является аппаратура контроля нейтронного потока (АКНП). Она необходима для контроля нейтронной мощности реактора, периода удвоения мощности, реактивности и является источником входных сигналов систем безопасности реакторной установки. Под термином «нейтронная мощность» далее по тексту понимается мощность реактора, рассчитанная по показаниям внереакторных ионизационных камер (ИК) аппаратуры контроля нейтронного потока.

Работа аппаратуры основывается на обработке сигналов от ионизационных камер (или блоков детектирования нейтронного потока, далее по тексту - БД), размещенных в каналах в бетонной шахте реактора (каналы ионизационных камер) и счетчиков нейтронов, размещаемых в каналах выгородки активной зоны (внутри корпуса реактора). Далее под блоками детектирования понимаются только ионизационные камеры, размещаемые в каналах бетонной шахты реактора. Сигналы от блоков детектирования преобразуются, усиливаются и передаются в устройства накопления и обработки информации, которые обеспечивают дальнейшую обработку этих сигналов (формирование сигналов аварийной защиты по периоду, мощности и т.д.).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов определения оптимального положения блоков детектирования аппаратуры контроля нейтронного потока по высоте канала ионизационных камер реакторов типа ВВЭР»

Актуальность темы

При проектировании аппаратуры контроля нейтронного потока необходимо уделять особое внимание способу восстановления целевого функционала по показаниям блоков детектирования и условиям размещения этих блоков в канале ионизационных камер. Под термином «целевой функционал АКНП» далее по тексту понимается параметр активной зоны реактора (интегральная мощность, аксиальный офсет и т.п.), контролируемый при помощи аппаратуры контроля нейтронного потока. Наличие различных конструктивных элементов в промежутке между активной зоной и блоками детектирования напрямую влияет на выходной сигнал этих блоков. Например, верхний детектор располагается в районе опорной фермы (см. рисунок 1), что приводит к ослаблению фиксируемого нейтронного потока примерно в 100 раз.

Кроме того, распределения энерговыделения активной зоны меняется в зависимости от загрузки, времени с начала топливной кампании, положения органов регулирования и т.п. Это означает, что выходной сигнал блока детектирования зависит не только от интегральной мощности реактора, но и её распределения по высоте активной зоны.

Поэтому при проектировании аппаратуры контроля нейтронного потока встает вопрос о выборе оптимального положения блоков детектирования в канале ионизационных камер. Для выбора этого положения необходимо учитывать:

- конструктивные особенности шахты реактора;

- особенности эксплуатации, т.е. наиболее часто используемые режимы работы реактора, так как учёт этих особенностей позволит определить оптимальное положение детекторов для наиболее часто встречающихся состояний реактора;

- параметры блоков детектирования, используемых в составе АКНП;

- логику обработки сигналов от блоков детектирования, а также возможность использования сигналов от других датчиков технологических параметров реакторной установки (например, температура в холодных и горячих нитках циркуляционных петель, положения органов регулирования системы управления и защиты, индикатор состояния работы главных циркуляционных насосных агрегатов (ГЦНА) и т.п.).

Как будет показано далее, неоптимальное расположение блоков детектирования приводит к увеличению ошибки восстановления целевого функционала. Поэтому

разработка обоснованного подхода к размещению и обработке сигналов от БД АКНП является практически важной и актуальной задачей.

Корпус реактора

Активная зона

Выгородка

Рисунок 1 - Схема размещения блоков детектирования в канале ионизационных камер

(H - высота активной зоны)

Для решения задачи были разработаны два метода оптимизации размещения блоков детектирования и обработки сигналов от них. Первый из них обеспечивает достижение минимальной среднеквадратичной ошибки восстановления целевого функционала по показаниям блоков детектирования, второй - обеспечивает получение максимального количества информации о целевом функционале, получаемой по сигналам блоков детектирования.

Данные методы реализованы в виде программ на языке программирования Python [2].

Цель диссертационной работы

Целью работы является разработка метода определения оптимального положения блоков детектирования аппаратуры контроля нейтронного потока по высоте каналов ионизационных камер в бетонной шахте реактора и расчет индивидуальных коэффициентов усиления (ИКУ) сигналов блоков детектирования.

Объект исследования

Объектом исследования выступает аппаратура контроля нейтронного потока применительно к реакторным установкам (РУ) с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР).

Описанные методы подходят для РУ с реакторами корпусных типов, в состав систем контроля и управления которых входит АКНП - для этого необходимы минимальные доработки в плане формирования исходных данных.

Предмет исследования

Предметом настоящего исследования является задача оптимизации структуры измерительных каналов АКНП, в том числе размещению БД по высоте измерительного канала.

Научная новизна

В диссертационной работе были получены следующие новые научные результаты:

1. Впервые предложен способ оценки эффективности размещения блоков детектирования в каналах ионизационных камер для реакторов ВВЭР на основе информационного подхода, позволяющий оценить количество информации о целевом функционале, получаемое по сигналам блоков детектирования.

2. Разработана инженерная методика оценки параметров АКНП (количество блоков детектирования, их размещение и индивидуальные коэффициенты усиления, функция восстановления мощности по показаниям БД и т.д.), впервые в практике проектирования учитывающая влияние алгоритмов корректировки показаний БД на конструкцию АКНП.

Практическая значимость

Создан программный комплекс, позволяющий на основе предложенных в работе алгоритмов рассчитать оптимальное положение и значения индивидуальных коэффициентов усиления сигналов блоков детектирования АКНП.

Работа позволяет решить следующие практические задачи:

- выбор оптимального количества блоков детектирования;

- обоснование расположения блоков детектирования по высоте канала ионизационных камер (с учётом параметров детекторов, конструктивных особенностей ИК, особенности эксплуатации реакторной установки) и определение индивидуальных коэффициентов усиления сигналов детекторов для выбранных положений;

- уменьшение числа операций калибровки каналов АКНП;

- уменьшение погрешности контроля мощности реактора в переходных режимах (когда калибровка каналов АКНП по СВРК невозможна);

- формирование поканальных уставок срабатывания систем защиты для несимметричных активных зон (когда поле энерговыделения несимметрично в силу различных обстоятельств, например при неполном числе работающих главных циркуляционных насосах);

- повышение безопасности РУ в аварийных режимах за счет уменьшения времени срабатывания систем безопасности.

Полученные данные предполагается использовать:

1. При разработке алгоритмов коррекции показаний мощности.

2. При разработке новых проектов АКНП.

3. Учитывать при разработке анализов безопасности, в том числе, для реактивностных аварий.

В 2019 году получен Акт о внедрении результатов диссертационной работы при разработке алгоритмов корректировки показаний АКНП для энергоблока № 6 Нововоронежской АЭС. Результаты работы использовались при анализе проектных положений БД АКНП, анализе требований к точности показаний БД.

Благодарность

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю Семенову Андрею Артемьевичу, осуществлявшему чуткое руководство в процессе выполнения работы, всегда готовому прийти на помощь при решении той или иной проблемы.

Автор признателен Увакину Максиму Александровичу за оказанную поддержку, объективный подход и здоровую критику в процессе рассмотрения и защиты диссертационной работы, а также Петкевичу Ивану Геннадьевичу и Синегрибовой Анастасии Ивановне за помощь в освоении ПК «КОРСАР/ГП» и подготовку исходных данных для проведения численного эксперимента.

Отдельная благодарность сотрудникам бюро аспирантуры ОКБ «ГИДРОПРЕСС» за их внимательное отношение к аспирантам и высокие профессиональные качества.

Глава 1 Обзор литературы 1.1 История проблемы

В 1980 году, сразу после пуска первого блока с реактором ВВЭР-1000 (5 блок Нововоронежской АЭС) возникла проблема рассогласованности измеренной по показаниям АКНП нейтронной мощности и тепловой мощности.

В то время на РУ ВВЭР-1000 устанавливался комплекс АКНП «Далар» (АКНП-3, [3]). Комплекс АКНП-3 предназначен для контроля нейтронной мощности и периода реактора в диапазоне от 10-10 до 120 % Кном по значению плотности нейтронного потока и скорости его изменения. В состав аппаратуры входили:

- два независимых комплекта аппаратуры, каждый из которых состоит из трех сдвоенных каналов энергетического диапазона, трех каналов промежуточного диапазона и трех каналов диапазона источника;

- аппаратура контроля с резервного щита управления (РЩУ);

- аппаратура контроля нейтронного потока при перегрузке (загрузке) топлива.

В один комплект для контроля уровня мощности в энергетическом диапазоне входило шесть блоков детектирования, которые располагались в трех каналах ионизационных камер по два в каждом канале. Каждая пара детекторов, расположенных в одном канале, вместе с сопутствующей аппаратурой составляет независимый канал контроля уровня мощности. Средний сигнал двух детекторов должен быть прямо пропорционален тепловой мощности реактора, однако опыт эксплуатации показал, что пропорциональность выполняется со значительной погрешностью, достигающей 12 % от текущего значения мощности реактора.

Комплекс АКНП «Далар», как и современная аппаратура позволял варьировать значения трех параметров, влияющих на точность измерения уровня мощности в энергетическом диапазоне, а именно: установить индивидуальные коэффициенты усиления сигналов детекторов, изменить положение детекторов относительно активной зоны (имеется в виду положение гирлянды в целом) и изменить расстояние между детекторами. Первая операция могла выполняться на работающем блоке, вторая и третья - только на остановленном, либо при первоначальном размещении детекторов в измерительных каналах, либо при их замене.

1.2 Пути решения возникшей проблемы

Для выработки рекомендаций по снижению погрешности контроля уровня мощности АКНП специалистами Курчатовского института был выполнен ряд расчетных и экспериментальных исследований [4-12] с целью определения причин возникновения и структуры этой погрешности.

Кроме того, в 1983-1988 годах ИАЭ, СНИИП и УралВТИ проводили исследования, целью которых являлось создание для ВВЭР-1000 системы контроля энергораспределения и мощности реактора, построенной на внереакторных детекторах, аналогичных детекторам энергетического диапазона АКНП (аппаратура контроля энергораспределения (АКЭ) в составе АКНП появилась в начале 1990-х годов). Решение этой задачи, как и задачи улучшения характеристик АКНП, базируется на детальном изучении влияния энергораспределения в активной зоне на показания установленного вне реактора нейтронного детектора.

Окончательной работой в направлении снижения погрешности контроля уровня мощности АКНП, объединяющей в себе предыдущие работы, является отчет о научно-исследовательской работе «Особенности контроля уровня мощности ВВЭР-1000 внереакторными детекторами. Способы снижения погрешности контроля» [13]. Этот отчет включает:

- анализ причин возникновения погрешности контроля мощности системой АКНП;

- структуру этой погрешности с выделением устранимых и неустранимых составляющих;

- рекомендации по выбору расстояния между детекторами и размещению детекторов в измерительных каналах;

- метод определения и описание процедуры установки оптимальных коэффициентов усиления сигналов детекторов.

Анализ причин погрешности контроля мощности системой АКНП позволил установить следующий набор факторов, влияющих на показания БД:

1. Аксиальный офсет. Между показаниями внереакторного детектора и значением аксиального офсета существует зависимость с коэффициентом корреляции

~(0,90 ^ 0,95). Ширина доверительного интервала линии регрессии зависит от расположения детектора относительно активной зоны.

2. Положение рабочей группы органов регулирования ОР СУЗ. Перемещение рабочей группы на 10% высоты активной зоны может привести к изменению показания детектора на величину до (2 ^ 3) % от текущего значения мощности реактора.

3. Температуры теплоносителя на входе в реактор. Увеличение или уменьшение температуры теплоносителя на входе в реактор на 1 ^ приводит к увеличению или, соответственно, уменьшению показания детектора на величину ~ 1 % от текущего значения.

4. Температура теплоносителя на выходе из реактора. Увеличение или уменьшение подогрева теплоносителя в активной зоне на 1 °С приводит к увеличению или, соответственно, уменьшению показания детектора на величину ~ 0,3 % от текущего значения.

5. Выгорание ядерного топлива. При прочих равных условиях, за 10 эффективных суток показание детектора возрастает на ~0,4 % текущего значения из-за изменения плотности нейтронного потока в процессе выгорания.

Кроме того, в отчете «Внереакторный контроль энергораспределения в реакторах PWR» [11] приведен анализ влияния расположения детектора относительно центра активной зоны реактора на его показания для различных значений аксиального офсета. Влияние распределения мощности в активной зоне на показания внереакторного детектора можно описать с помощью весовой функции этого детектора. Эта функция зависит от положения детектора по высоте измерительного канала и задает чувствительность детектора к излучению участков активной зоны, имеющих разную высотную координату. При этом каждому положению детектора соответствует своя весовая функция.

На основании расчетных и экспериментальных данных, авторами отчета был сделан вывод о том, что если для всех возможных положений детекторов известны их весовые функции, то можно предсказать влияние распределения мощности на показание любого произвольно расположенного детектора. Однако корректное определение весовых функций является трудоемкой задачей, требующей к тому же экспериментального материала, включающего показания внереакторных детекторов при больших значениях офсета и экзотических формах распределения мощности по

высоте активной зоны (что на действующих энергетических установках несовместимо с требованиями безопасности).

По причине невозможности оценки весовых функций, авторами доклада [13] были приведены пути уменьшения погрешности контроля мощности ВВЭР-1000 системой АКНП для варианта с размещением двух блоков детектирования в канале ионизационных камер:

1. Блоки детектирования необходимо разместить следующим образом: один детектор - напротив нижней половины активной зоны, второй - напротив верхней.

2. Осуществить подбор индивидуальных коэффициентов усиления сигналов блоков детектирования.

Основная задача при выборе ИКУ - сделать так, чтобы полусумма показаний детекторов не зависела от офсета (т.к. система измерения интегральной мощности реактора не должна реагировать на изменение офсета). Исходя из того, что если из двух детекторов один имеет возрастающую зависимость показаний от офсета, а другой -убывающую (т.е. один детектор находится напротив нижней половины активной зоны, а второй - напротив верхней) и известны параметры этой зависимости, то сумму показаний детекторов можно сделать не зависящей от значения офсета. Даны формулы для расчета индивидуальных коэффициентов детекторов, каждый из которых выражен через коэффициенты регрессионной зависимости, связывающей показания данного детектора со значением аксиального офсета.

3. Влияние размещения связки детекторов относительно активной зоны на амплитуду колебаний сигналов детекторов при изменении аксиального офсета.

Так как выходные сигналы измерительного канала АКНП (выходные сигналы БД) имеют системные ограничения (выходной сигнал не должен превышать некоего максимума), то установка индивидуальных коэффициентов усиления может привести к тому, что при некотором значении офсета сигнал одного из детекторов (при определенном положении этого детектора) превысит допустимый уровень. Таким образом, при заданном расположении детекторов их сигналы не превысят граничного уровня, если значение офсета удерживается в некотором конечном интервале. В отчете приведен анализ зависимости допустимого интервала изменения офсета при заданных системных ограничениях на выходной сигнал детекторов, а также приведен алгоритм определения такой области, что при размещении центра связки детекторов в её пределах

сигналы детекторов не превысят допустимых значений для любого значения офсета из допустимого интервала.

Алгоритм определения этой области следующий:

1) Имея предельно допустимое значение выходного сигнала детектора (системное ограничение на величину сигнала), а также зависимость сигналов детекторов от значения офсета (подразумевается, что индивидуальные коэффициенты усиления уже установлены), можно оценить границы интервала допустимых значений офсета в зависимости от центра связки детекторов;

2) Задав предполагаемые границы изменения офсета (например, границы изменения офсета в энергетическом диапазоне в нормальных режимах эксплуатации РУ), можно найти границы области размещения центра связки детекторов. Для этой области, при изменении офсета в заданных границах, сигналы детекторов никогда не превысят допустимых значений.

Таким образом, чтобы иметь возможность установить индивидуальные коэффициенты усиления сигналов детекторов, обеспечивающие независимость суммы показаний детекторов от значения аксиального офсета, изменяющегося в заданном интервале, центр связки детекторов должен быть расположен в строго определенной области, ширина которой зависит от расстояния между детекторами.

4. Зависимость погрешности контроля мощности от размещения связки детекторов относительно активной зоны.

Так как зависимости показаний детекторов от аксиального офсета в указанном отчете регрессионные, причем ширина доверительного интервала линии регрессии зависит от расположения детектора относительно активной зоны, то после установки индивидуальных коэффициентов усиления дисперсия суммарного сигнала будет зависеть от расположения детекторов относительно активной зоны. Из отчета следует, что дисперсия полусуммы показаний детекторов близка к меньшей из дисперсий, т.е. близка к дисперсии детектора, расположенного ближе к горизонтальной плоскости, проходящей через центр активной зоны. Другими словами, несмотря на то, что дисперсия показаний отдельного детектора резко возрастает при удалении детектора от горизонтальной плоскости, проходящей через центр активной зоны, дисперсия полусуммы показаний детекторов (если установлены индивидуальные коэффициенты

усиления сигналов) слабо зависит от положения этих детекторов и близка к меньшей из двух дисперсий.

5. Выбор расстояния между детекторами и размещения связки детекторов относительно активной зоны.

На основе п. 1-3 был предложен метод выбора оптимального расстояния между детекторами и оптимального размещения центра связки относительно активной зоны. Если заданный интервал изменения аксиального офсета симметричен относительно 0, то при заданном расстоянии между детекторами максимальную ширину симметричного интервала обеспечивает такое положение связки, при котором детекторы являются физически симметричными. Детекторы называются физически симметричными, если показания детекторов после установления индивидуальных коэффициентов усиления одинаковы при значении аксиального офсета равного 0 (т.е. прямые, показывающие зависимость показаний детекторов от значения аксиального офсета пересекаются в точке, соответствующей нулевому значению офсета).

Расположив детекторы физически симметрично, остается только выбрать расстояние между детекторами. При заданном расстоянии между детекторами и заданном интервале изменения аксиального офсета существует некоторая ограниченная область допустимого расположения центра связки. При увеличении расстояния между детекторами, они удаляются от центра связки, что приводит к возрастанию тангенса угла наклона прямых, выражающих зависимость показаний детекторов от аксиального офсета - значит, существует предельное расстояние между детекторами, при котором сигналы детекторов еще не превышают предельного значения (системного ограничения на величину сигнала) в заданном интервале изменения аксиального офсета. В отчете, с учетом различных допущений, приведены формулы для расчета граничного расстояния между детекторами, полуширины области допустимого расположения центра связки детекторов и расстояния между ними.

Таким образом, на основании изученных материалов, формируется следующий алгоритм размещения блоков детектирования АКНП по высоте канала ионизационных камер и расчета индивидуальных коэффициентов усиления для сигналов этих детекторов:

1. Установить между детекторами оптимальное расстояние на основании заданного значения предельно допустимого сигнала детектора (системное ограничение) и оценочного интервала изменения аксиального офсета в процессе эксплуатации.

2. Установить связку детекторов в физически симметричное положение. Как следует из отчета [13], если расстояние между детекторами не превышает 160 см, то физическая симметрия близка к геометрической, т.е. центр связки детекторов (середина отрезка, соединяющего центры чувствительного объема детекторов) для ВВЭР-1000 должен быть расположен практически напротив центра активной зоны. Таким образом, при первоначальном размещении детекторов или их замене нужно стараться поставить связку именно в такое симметричное положение.

3. Для выбранного положения связки детекторов необходимо определить параметры линейной зависимости показаний каждого детектора от аксиального офсета. Для решения этой задачи наилучшим способом является возбуждение свободных ксеноновых колебаний на мощности ~ (70^80) % ^ном с автоматической регистрацией значений интегральной мощности, аксиального офсета и показаний блоков дететирования. При этом желательно, чтобы в процессе ксеноновых колебаний офсет достигал предельных для заданного интервала значений.

4. Вычислив параметры линейной зависимости показаний каждого детектора от аксиального офсета, по описанной в отчете схеме можно вычислить величину отклонения связки детекторов от позиции с физически симметричным расположением детекторов. Если это отклонение находится в пределах погрешности определения положения связки (~ 10 см), то данное положение можно считать оптимальным. Если нет - то связку необходимо переместить на найденную величину, т.е. привести в позицию с физически симметричным положением детекторов.

5. Установив сборку детекторов в оптимальное положение и вычислив параметры зависимости показаний каждого детектора от аксиального офсета необходимо установить индивидуальные коэффициенты усиления сигналов детекторов, расположенных в одном измерительном канале (описанная в отчете процедура применима только для детекторов энергетического диапазона). Условия для установки индивидуальных коэффициентов усиления:

- реактор в стационарном состоянии;

- уровень мощности ~ 90% Кном;

- рабочая группа ОР СУЗ - в основном положении (~ 80%).

При этом установка индивидуальных коэффициентов усиления сигналов детекторов не устраняет зависимости показаний АКНП от выгорания ядерного топлива, поэтому в течение кампании неизбежна периодическая подстройка (калибровка) каналов АКНП под текущее значение тепловой мощности. При подстройке должна быть сохранена величина отношения установленных ранее индивидуальных коэффициентов усиления сигналов детекторов. Способ периодической подстройки каналов АКНП под значение тепловой мощности также приведен в отчете. Данный подход обладает рядом недостатков:

- данный алгоритм применим только к системам из двух детекторов. В настоящее время используются сборки блоков детектирования вплоть до 6 детекторов по высоте;

- настройка АКНП требует большого объема экспериментальных работ;

- расстояние между детекторами выбирается на основе физических ограничений БД, которые могут существенно отличаться в разных проектах;

- нет возможности оценить влияние количества и характеристик БД на точность контроля интегральной мощности;

- акцент в настройке сделан на измерение мощности, однако, для отдельных режимов работы РУ важна не полная мощность установки, а максимальная локальная мощность в активной зоне.

1.3 Описание современной аппаратуры

Современная аппаратура контроля нейтронного потока [13, 14] представляет собой сложную систему, выполняющую большой набор разнообразных функций. Традиционные функции АКНП - контроль и защита реактора по нейтронной мощности и периоду - дополнены другими функциями, которые реализуют:

- контроль и защиту реактора по мощности с учетом энергораспределения в активной зоне, выгорания ядерного топлива, положения управляющих групп и температуры теплоносителя;

- контроль аксиального энергораспределения;

- контроль и защиту по нарушению допустимых пределов энергонапряженности топлива (линейное энерговыделение) и запаса до достижения критического теплового потока;

- контроль фиксации внутрикорпусных устройств по результатам фазочастотного анализа флуктуаций сигналов внереакторных датчиков нейтронного потока.

Решение вопроса размещения БД в каналах ионизационных камер для современной аппаратуры АКНП осталось прежним [14]. В ходе пусконаладочных работ выполняется комплекс мероприятий, направленных на минимизирование влияния изменения аксиального офсета на показания БД в процессе эксплуатации.

Учет других факторов, влияющих на показания АКНП (таких как изменение распределения потока нейтронов в процессе выгорания топлива, изменении температуры теплоносителя на входе и на выходе реактора, положение управляющих групп ОР СУЗ, ксеноновые колебания) осуществляется аппаратурой контроля энергораспределения, предназначенной для повышения точности вычисления мощности АКНП.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Томилин Артем Александрович, 2021 год

Список использованной литературы

1. Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций НП-082-07, Москва, 2007.

2. Лутц М. «Программирование на Python» - Пер. с англ. - СПб: Символ-Плюс, 2002. - 1136 с.

3. Электронный ресурс: http://studfiles.net/preview/5782618/page: 17.

4. Камышан А.Н., Лужнов А.М., Махоньков А.С. и д.р. «О применении внереакторных детекторов для определения мощности реактора и среднего энергораспределения по высоте активной зоны», изд. Атомная энергия, 1984, т. 54, вып., стр. 18-21;

5. Камышан А.Н., Крайнов Ю.А., Лужнов А.М. и д.р. «Исследование влияния неравномерности энергораспределения на показания внереакторных ионизационных камер», изд. Атомная энергия, 1985, т. 58, вып. 2, стр. 91-93;

6. Богачек Л.Н., Газарян К.А., Лужнов А.М. и д.р. «Влияние положения группы органов СУЗ на интегральный поток нейтронов через боковую поверхность корпуса реактора ВВЭР-440», изд. Атомная энергия, 1985, т. 59, вып. 4, стр. 297-298;

7. Камышан А.Н., Крайнов Ю.А., Лужнов А.М. и д.р. «Расчетно-экспериментальное исследование влияния положения групп органов СУЗ ВВЭР-1000 на показания внереакторных ионизационных камер», изд. Атомная энергия, 1986, т. 60, вып. 6, стр. 421-422;

8. Арутюнян А.Х., Богачек Л.Н., Грубман В.Я. и д.р. «Контроль азимутальных перекосов распределения мощности в активной зоне ВВЭР-1000 по показаниям внереакторных ионизационных камер», Теплоэнергетика, 1987, № 4, стр. 26-27;

9. Жернов В.С., Звездочкина В.Б., Камышан А.Н. и д.р. «Математическая модель связи показаний установленного вне реактора нейтронного детектора с распределением мощности в активной зоне», изд. Атомная энергия, 1988, т. 64, вып. 3, стр. 180-188;

10. Жернов В.С., Звездочкина В.Б., Каленский М.С. и д.р. «Испытание прототипа системы внереакторного контроля мощности реактора и её распределения по объему активной зоны», изд. Атомная энергия, 1988, т. 64, вып. 3, стр. 174-180;

11. Камышан А.Н., Лужнов А.М., Морозов В.В. и д.р. «Внереакторный контроль энергораспределения в реакторах PWR», Атомная техника за рубежом, 1986, №9, стр. 3-8;

12. Изъюров А.С., Лужнов А.М., Морозов В.В. и д.р. «Применение внереакторных дететкоров для контроля за распределением энерговыделения по высоте активной зоны реакторов PWR», Обзорная информация, М: Информэнерго, 1985, 28 стр.

13. А.Н. Камышан, А.М. Лужнов - Отчет о научно-исследовательской работе «Особенности контроля уровня мощности ВВЭР-1000 внереакторными детекторами. Способы снижения погрешности контроля», Москва, 1989 г. - 186 с.

14. И.А. Сергеев - Внереакторная система контроля энергораспределения и параметров РУ в системе управления и защиты реакторов типа ВВЭР. 2009. http://www. atominfo .ru/news/air6680.htm

15. А.М.Гусаров. Статья. Электронный ресурс. «Современное построение аппаратуры контроля нейтронного потока», ЗАО «СНИИП-СИСТЕМАТОМ». Москва, 2007. http://proatom.ra/modules.php?na:me=News&Шe=artide&sid=975;

16. Бай В.Ф., Богачек Л.Н., Лачугин А.В., Макаров С.В. Некоторые проблемы, возникающие при эксплуатации АКНП-7 на блоке № 3 Калининской АЭС. материалы 6-ой международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». Москва, ФГУП «Концерн Росэнергоатом», 21 -23 мая 2008;

17. Выговский С.Б., Зимин В.Г., Семенов А.А. и д.р. Программный комплекс ПРОСТОР (версия 1). Приложение к аттестационному паспорту № 182 от 28.10.2004.

18. Электронный ресурс: http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_PuЫic/38/071/38071923.pdf;

19. Электронный ресурс: http://msd.com.ua/schetehiki-nevidimyx-chastic-i-izluchenij/kak-rabotaet-ionizacionnaya-kamera;

20. А.Б. Дмитриев, Е.К. Малышев «Нейтронные ионизационные камеры для реакторной техники». Атомиздат. Москва, 1975 - 93 с;

21. Ф.Е. Темников, В.А. Афонин, В.И. Дмитриев, «Теоретические основы информационной техники», изд. второе, исправленное и дополненное, «Энергия», Москва, 1979 г - 512с.

22. Программный комплекс КОРСАР/ГП, аттестационный паспорт программного средства. Колл. авт. - М. : НТЦ ЯРБ, 2009. № 263 от 23.09.2009.

23. Томилин А.А., Увакин М.А., Петкевич И.Г., Синегрибова А.И., Семенов А.А. «Результаты применения метода наименьшей ошибки при восстановлении мощности РУ ВВЭР по показаниям блоков детектирования АКНП». ВАНТ, Серия: «Физика ядерных реакторов», Выпуск 1, стр. 135 - 142, 2017;

24. Дружаев А.А. Диссертация «Интегрированные математические модели активных зон ядерных реакторов для контроля распределения энерговыделения в режиме реально времени». НИЯУ «МИФИ», Москва, 2015.

25. Томилин А.А., Семенов А.А., Дружаев А.А., Щукин Н.В «Алгоритм определения оптимального положения блоков детектирования аппаратуры контроля нейтронного потока по высоте измерительного канала». Журнал «Ядерная физика и инжиниринг», том 4, № 8, с. 749-757, 2013;

26. Боровков А.А. «Теория вероятностей», Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, Москва, 1976.

27. Томилин А.А., Увакин М.А., Синегрибова А.И., Семенов А.А. «Результаты применения метода наименьшей ошибки при размещении блоков детектирования аппаратуры контроля нейтронного потока по высоте измерительного канала». ВАНТ, Серия: «Физика ядерных реакторов», Выпуск 2, стр. 35 - 43, 2018.

28. Климов А.Н. «Ядерная физика и ядерные реакторы», Москва, Энергоатомиздат, 2002.

29. Галанин А.Д. «Теория ядерных реакторов на тепловых нейтронах», Атомиздат, Москва, 1959.

30. Галанин А.Д. «Введение в теорию ядерных реакторов на тепловых нейтронах», Энергоиздат, Москва, 1990.

31. Шихов С.Б., Троянский В.Б. «Теория ядерных реакторов (газокинетическая теория)», Энергоатомиздат, Москва, 1983.

32. Филипчук Е.В., Потапенко П.Т. «Регулирование пространственного распределения энерговыделения в ядерном реакторе. Часть 1. Математическое описание реактора как многомерного объекта управления», Изд. МИФИ, 1978.

33. Филипчук Е.В., Потапенко П.Т., Постников В.В. «Управление нейтронным полем ядерного реактора», Энергоиздат, Москва, 1981.

34. Белл Д., Глестон С. «Теория ядерных реакторов» (Перевод с английского языка), Атомиздат, Москва, 1974.

35. Вейнберг А., Вигнер Е. «Физическая теория ядерного реактора» (Перевод с английского языка), Издательство иностранной литературы. Москва, 1961.

36. Бать Г.А. «Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов», Энергоиздат, Москва, 1982.

37. Галанин А.Д. «Теория ядерных реакторов на тепловых нейтронах», Атомиздат, Москва, 1959.

38. Галанин А.Д. «Введение в теорию ядерных реакторов на тепловых нейтронах», Энергоиздат, Москва, 1990.

Список иллюстративного материала

1. Схема размещения блоков детектирования в канале ионизационных камер..............6

2. Гамма-компенсированная ионизационная камера......................................................................................................25

3. Графики распределения мощности и плотности нейтронного потока по высоте а.з. (Первая загрузка 3-го блока Калининской АЭС, 0 эффективных суток, мощность 10% ^ом)................................................................................................................................................................................................................27

4. Структурная схема метода наименьшей ошибки..........................................................................................................31

5. График зависимости а от координат двух блоков детектирования ^7, Z2)..................36

6. График зависимости а от координат двух блоков детектирования ^1, Z2)..................38

7. О бласти размещения блоков детектирования при решении комплексной задачи ..............................................................................................................................4.. 0

8. График зависимости а от координат блоков детектирования ^7, Z2) без учета аппаратуры коррекции показаний мощности..................................................................................................43

9. График зависимости а от координат блоков детектирования ^7, Z2) с учетом аппаратуры коррекции показаний мощности......................................................................................................................44

10. Зависимость среднеквадратичных отклонений от количества блоков детектирования в канале..........................................................................................................................................................................................46

11. График зависимости а от координат блоков детектирования ^7, Z2)....................................50

12. График зависимости Да от координат блоков детектирования ^7, Z2)................................51

13. График зависимости 8а от координат блоков детектирования ^7, Z2)................................52

14. Структурная схема информационного метода..................................................................................................................57

15. График зависимости информативности сигнала блока детектирования от его положения..........................................................................................................................................................................................................................................58

16. Пример случайного разброса тока блока детектирования............................................................................59

17. Пример двух случайных реализаций плотности нейтронного потока в канале ионизационных камер..................................................................................................................................................................................................61

18. График зависимости суммарной плотности вероятности обеих реализаций от положения блока детектирования............................................................................................................................................................62

19. График зависимости суммарной информационной энтропии от положения блока детектирования....................................................................................................................................................................................................64

20. График отсчетов функций уф) и у2(г)....................................................................... 65

21. Графики теоретической и экспериментальной зависимости информационной энтропии от положения блока детектирования ..........................................................6.. 6

22. Графики зависимости информационной энтропии от положения двух блоков детектирования............................................................................................................ 68

23. График зависимости количества информации об интегральной мощности реактора от положения блока детектирования......................................................... 69

24. График зависимости количества информации об интегральной мощности реактора от положения двух блоков детектирования.............................................. 70

25. График зависимости количества информации о максимуме энерговыделения

от положения двух блоков детектирования.............................................................. 72

26. О бласти размещения блоков детектирования при решении комплексной задачи............................................................................................................................ 73

27. Графики плотности вероятности для нормального распределения....................... 76

28. График зависимости АРР(к) при «=1000 ................................................................... 78

29. График зависимости АРР(п) при к=100..................................................................... 78

30. График суммарной плотности вероятности.............................................................. 79

31. График суммарной плотности вероятности.............................................................. 80

32. График зависимости АРР(к) сложного закона распределения при пя = 1000....... 82

33. График зависимости АРР(п) сложного закона распределения при к-я = 500......... 82

34. График зависимости относительной ошибки расчета информационной энтропии от количества реализаций мощности....................................................... 84

35. Графики зависимости нейтронной мощности реактора от времени...................... 88

36. Пример профилей распределения поля нейтронного потока по высоте каналов ионизационных камер (Проектная авария «Выброс органа регулирования системы управления и защиты»)..................................................... 89

37. Схема расположения каналов ионизационных камер рабочего диапазона комплекта аппаратуры контроля нейтронного потока относительно активной зоны............................................................................................................................... 90

38. Схема расположения групп органов регулирования системы управления и защиты в активной зоне реактора ................................................................................9.. 0

39. График изменения мощности во времени для аварии «Непредусмотренное открытие предохранительного клапана (ИПУ ПГ)». Расчет мощности аппаратуры контроля нейтронного потока производится по стандартной методике....................................................................................................................... 96

40. График изменения мощности во времени для аварии «Непредусмотренное открытие предохранительного клапана (ИПУ ПГ)». Расчет мощности аппаратуры контроля нейтронного потока производится по методу наименьшей ошибки.................................................................................................... 97