Спосіб контролю за станом активної зони ядерного реактора
Використання: в ядерній енергетиці, а саме при контролі стану ядерного реактора з водою під тиском при аварійних ситуаціях. Сутність: спосіб полягає у вимірюванні інтегральної спектральної щільності потужності шуму температур від термопар, розміщених на різній висоті над активною зоною, та визначення функції когерентності між сусідніми термопарами в частотній воді 0,05 - 1 Гц. При зміні інтегральної спектральної щільності потужності шуму температур не менше ніж на порядок та зменшення до нуля функції когерентності судять про виникнення парогазового обсягу та його розмір.
Винахід відноситься до ядерної енергетики, а саме контролю за станом активної зони ядерного реактора з водою під тиском.
Відомий спосіб контролю за станом активної зони ядерного реактора, що полягає у вимірюванні спектральної щільності потужності шуму тиску в низькочастотній області з метою визначення парогазового об'єму над активною зоною ядерного реактора [1] Недолік даного способу полягає в тому, що він не дозволяє здійснювати контроль за виникненням і розвитком парогазового об'єму під кришкою корпусу реактора внаслідок скипання теплоносія.
Найбільш близьким до описуваного є спосіб контролю за станом активної зони ядерного реактора, що полягає у вимірі спектральної щільності потужності шумів температури [2] про скипання теплоносія та появу пари над активною зоною.
Однак відомий спосіб не дозволяє здійснювати контроль за виникненням та розвитком паргоразового об'єму в корпусіреактора при падінні тиску теплоносія, що знижує безпеку реактора в аварійних ситуаціях
Завданням винаходу є створення способу контролю за станом активної зони, що володіє підвищеною надійністю та експресністю, що підвищує безпеку експлуатації ядерного реактора, особливо в аварійних ситуаціях.
В результаті розв'язання цього завдання реалізується новий технічний результат, який полягає у забезпеченні можливості контролю появи парогазового об'єму над активною зоною та його розвитку при падінні тиску теплоносія до активної зони.
Даний технічний результат досягається тим, що у способі контролю за станом активної зони ядерного реактора, що полягає у вимірі спектральної щільності потужності шумів температури, вимірюють інтегральну спектральну щільність потужності шуму температури теплоносія в частотній смузі 0,05 1 Гц за висотою над активною зоною, визначають функцію когерентності між шумами температур теплоносія по висоті над активною зоною і зміни інтегральної спектральної щільності потужності шуму температур теплоносія не менше ніж в 10 разів і зникненню когерентності між шумами температур теплоносія по висоті над активною зоною судять про виникнення і розмір парогазового об'єму.
Сутність винаходу полягає у наступному. Як показали теоретичні та експериментальні дослідження, реактор з водою під тиском при нормальній експлуатації практично відсутній парогазовий об'єм в теплоносії, що заповнює корпус реактора. Внаслідок флуктуації температури частотної смузі 0,05 1Гц значення інтегральної спектральної щільності потужності шуму температури теплоносія в кожній точці по висоті над активною зоною має певне значення. При цьому існуєкогерентність між шумами температури теплоносія по висоті над активною зоною. Вибір частотного діапазону 0,05 1 Гц обумовлений такими змістами. Постійна часу теплопередачі від активної зони до теплоносія щонайменше 1 з, тобто. у частотному діапазоні менше 1 Гц спектральна густина потужності шуму температури теплоносія максимальна, тому зміна її інтегральності в цій частотній області підвищує чутливість контролю за станом активної зони ядерного реактора. Постійна часу температурного датчика не перевищує 20 с, тому нижня межа частотної області вимірювання повинна бути не менше ніж 0,05 Гц.
Крім того, вимірювання інтегрального значення спектральної густини потужності шуму температури замість вимірювання самої спектральної густини підвищує точність, надійність і експресність контролю, т.к. похибка вимірювання обернено пропорційна ширині частотної області та часу вимірювання.
При виникненні аварійної ситуації, викликаної падінням тиску в реакторі через печі теплоносія або незакриття запобіжного клапана компенсатора тиску після його аварійного відкриття або при зриві циркуляції теплоносія через активну зону, починається утворення парогазової суміші в об'ємі теплоносія над активною зоною реактора. Це супроводжується збільшенням на порядок величини інтегральної спектральної щільності потужності шуму температури теплоносія у верхньому об'ємі теплоносія, що заповнює корпус реактора, і зменшенням функції когерентності між шумами температури теплоносія по висоті об'єму теплоносія над активною зоною. При розвитку аварійної ситуації, пов'язаної з падінням тиску в реакторі, у верхньому обсязі теплоносія вода заміщується парогазовою сумішшю спочатку в насиченому стані, потімперегрітом, обсяг якої збільшується з розвитком аварії. Це супроводжується падінням не менш ніж у 100 разів інтегральної спектральної щільності потужності шуму температури по висоті об'єму теплоносія в корпусі реактора від кришки до активної зони. При цьому когерентність між шумами температур обсягом теплоносія над активною зоною зникає в цьому ж напрямку.
Таким чином, процес виникнення парогазового міхура в обсязі теплоносія над активною зоною призводить до збільшення не менш ніж на порядок у частотній смузі 0,05 1Гц інтегральної спектральної щільності потужності шуму температури теплоносія в корпусі реактора, яке поширюється в об'ємі теплоносія в напрямку від кришки реактора до активної зони. При цьому в тому ж напрямку зменшуватиметься когерентність між шумами температур. Процес розвитку парогазового обсягу супроводжується подальшим падінням на два порядки інтегрального значення спектральної щільності потужності шуму температури в парогазовому об'ємі та зникненням у ньому корекції температурних шумів у частотній смузі 0,05 1 Гц.
Як приклад використання запропонованого способу розглядається його застосування контролю за станом реактора ВВЕР-1000.
При роботі реактивної установки здійснюють вимірювання в реальному режимі часу величини інтегральної спектральної щільності потужності шуму температур у частотній смузі 0,05 Гц і функції когерентності шумів температур в об'ємі теплоносія над активною зоною. Для цього використовують штатні термопари внутрішньореакторного контролю, розташовані на різній висоті над активною зоною. До них підключені малошумливі підсилювачі, завдяки ємності на вході яких вимірюються лише змінні компоненти температурних сигналів. Змінні складовітемператур, посилені передпідсилювачем, а потім підсилювачем, смуга пропускання яких від 0,05 до 1 Гц надходить на спектральний аналізатор, який вимірює інтегральну спектральну щільність потужності шумів температур і функцію когерентності. При нормальній роботі реакторної установки виміряна інтегральна спектральна щільність потужності шуму температур, що реєструється принаймні трьома термопарами, розміщеними в обсязі теплоносія над активною зоною на різній висоті (T1, T2, T3), має певні значення o T1, o T2, o T3 При цьому значення функції когерентності між шумами температур, що вимірюються двома розташованими один за одним по висоті над активною зоною термопарами, не менше 0,4. Утворення парогазової суміші в обсязі теплоносія над активною зоною під кришкою реактора в результаті аварійної ситуації призводить до збільшення інтегральної спектральної щільності потужності шуму температури, контрольованої найбільш віддаленої від активної зони термопарою, яка набуває значення не менше 10 o T3 При цьому функція когерентності між шумами температур, вимірюваних цією термопарою та наступною, розташованою ближче до активної зони, падає нижче значення 0,4. Розвиток аварійної ситуації призводить до виникнення парогазової суміші обсяг теплоносія від кришки реактора до місця розташування термопари, найбільш віддаленої від активної зони. Розмір цього обсягу становить приблизно 1,1 м3. Виникнення парогазової суміші в цьому обсязі реєструється зі зменшення в 100 разів інтегральної спектральної щільності потужності температури, контрольованої найбільш віддаленої від активної зони термопарою, яка дорівнює не більше 0,16 o T3 до активної зони,набуває нульового значення. У міру збільшення паргозового обсягу вищеописаний процес зміни інтегральної спектральної щільності потужності шуму температур та функції когерентності шумів температур, що вимірюються сусідніми по висоті над активною зоною термопарами, поширюється на шуми температур, що вимірюються термопарами, розташованими ближче до активної зони.
Даний спосіб дозволяє підвищити безпеку АЕС з водоводяним реактором за рахунок безперервного та надійного контролю за виникненням та розвитком парогазового обсягу в об'ємі теплоносія при виникненні аварійних ситуацій. Надійний контроль за розміром парогазового об'єму над активною зоною дозволяє вжити заходів, що виключають поширення його в активну зону, і запобігти цим важкій аварії.
Спосіб контролю за станом активної зони ядерного реактора, що полягає у вимірі спектральної площини потужності шумів температури, який відрізняється тим, що вимірюють інтегральну спектральну щільність потужності шуму температур теплоносія в частотній смузі (0,05 1) Гц за висотою над активною зоною, визначають функцію когерентності між шумами температур теплоносія по висоті над активною зоною і зміни величини інтегральної спектральної щільності потужності шуму температур теплоносія не менше ніж в 10 разів і зникненню когерентності між шумами температур теплоносія по висоті над активною зоною судять про виникнення і розмір парогазового обсягу.