CN104678424A - 核电站模拟机的中子计数系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电仿真技术，提供一种核电站模拟机的中子计数系统及方法，适用于核电厂全范围模拟机环境，所述系统包括源量程探测器、通用控制平台及视听计数模块，其中，所述源量程探测器用于利用线性插值法将中子通量信号转换成中子计数信号并发送；所述通用控制平台包括控制板卡，用于接收所述中子计数信号并转换为通断信号，依据所述通断信号产生通断电脉冲信号并输出；所述视听计数模块，包括喇叭，用于根据所述通断电脉冲信号产生中子撞击声，本发明的所述系统和方法模拟实际核电厂环境，模拟实际源量程探测器的功能，并发出模拟的中子撞击声，有助于对技术人员的相关培训。

Description

核电站模拟机的中子计数系统及方法

技术领域

本发明涉及核电站技术领域，具体地说，涉及基于核电站全范围模拟机的中子计数系统及方法。

背景技术

核电站由于其技术复杂、难度高以及涉及到核安全的特点，对运行和维护人员资格和能力的要求也比较高。核电站必须由称职的工作人员按照设计标准和规范进行运行和维护。根据国际惯例和国家和安全法规的要求，核电站操纵员必须持有国家安全局办法的运行执照，而取得相应的执照必须通过核电站全范围仿真机的学习、培训和考试。

核电站全范围模拟机是核电站操纵员培训和考试取照的必要设备。全范围模拟机一般由模拟核电站控制室的监控和显示设备、电厂设备状态和运行参数仿真计算过程模型、电厂数字化控制系统仿真模型、教学控制系统以及计算机网络等设备组成，能够连续、实时地模拟实际核电机组的运行。

其中关于核仪表系统的培训属于核电站操纵员的一项重要培训内容。核电站反应堆堆芯功率分布（或称中子通量密度分布）是核电仪表系统中的一个极其重要的物理量。在发电运行之前进行的零功率分布试验，除了检验燃料组件装堆的正确性之外，对堆芯的物理设计是一个很好的验证。在核电站正常运行时要定期进行测量。堆芯分布直接影响燃料元件的燃耗深度，燃料组件每年都要进行部分更换和重新排列，而换料方案主要就是依据其测量数据来制定。

现有核电仿真机中涉及到堆芯功率分布的测量或利用中子计数判断中子通量的模型及仿真程序考虑的环节较多，结构复杂，不易实现，不适于应用在培训核电工作人员的仿真器上。

发明内容

本发明要解决的关键技术在于，针对现有技术的上述堆芯功率（或中子通量）测量系统结构复杂，不易实现的缺陷，提供核电站模拟机的中子计数系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

构造一种核电站模拟机的中子计数系统，适用于核电厂全范围模拟机环境，所述核电站模拟机的中子计数系统包括源量程探测器、通用控制平台及视听计数模块，其中：

所述源量程探测器，用于利用线性插值法将中子通量信号转换成中子计数信号并发送至所述通用控制平台；

所述通用控制平台，包括控制板卡，所述控制平台用于接收所述中子计数信号并转换为通断信号、依据所述通断信号产生通断电脉冲信号并输出至所述视听计数模块；

所述视听计数模块与所述通用控制平台连接，包括喇叭，所述视听计数模块用于根据所述通断电脉冲信号产生中子撞击声。

本发明所述的核电站模拟机的中子计数系统中，所述系统还包括连接到所述源量程探测器的中子通量信号存储器，所述中子通量信号存储器用于存储所述中子通量信号，所述中子通量信号为核电站现场采集获得的连续信号或通过建模产生的信号。

本发明所述的核电站模拟机的中子计数系统中，所述源量程探测器还包括运算单元，所述运算单元利用所述线性插值法将所述中子通量信号转换成所述中子计数信号，所述中子计数信号为有理数信号。

本发明所述的核电站模拟机的中子计数系统中，所述通用控制平台还包括通量信号处理模块，所述通量信号处理模块用于将所述中子计数信号转换为适用于所述控制板卡的模拟量。

本发明所述的核电站模拟机的中子计数系统中，所述视听计数模块还包括显示器，所述显示器用于显示与所述中子通量信号相对应的等效核功率。

本发明还提供一种核电站模拟机的中子计数方法，适用于核电厂全范围模拟机环境，所述方法包括：

A.输入中子通量信号到源量程探测器，所述源量程探测器利用线性插值法将所述中子通量信号转换成中子计数信号并发送；

B.通过包含控制板卡的通用控制平台接收所述中子计数信号并转换为通断信号，依据所述通断信号产生通断电脉冲信号并输出；

C.将所述通断电脉冲信号输入到视听计数模块，根据所述通断电脉冲信号产生中子撞击声。

本发明所述的核电站模拟机的中子计数方法中，所述中子通量信号为核电站现场采集获得的连续信号或通过建模产生的信号。

本发明所述的核电站模拟机的中子计数方法中，所述中子计数信号为有理数信号。

本发明所述的核电站模拟机的中子计数方法中，所述步骤B还包括：将所述中子计数信号转换为适用于所述控制板卡的模拟量

本发明所述的核电站模拟机的中子计数方法中，所述步骤C还包括：显示与所述中子通量相对应的等效核功率。

实施本发明的一种核电站模拟机的中子计数系统及方法，具有以下有益效果：本发明的核电站模拟机的中子计数系统结构简单，易于实现，通过上述系统和方法模拟实际核电厂环境，完成实际源量程探测器的功能，并发出模拟的中子撞击声，有助于对技术人员的相关培训。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明核电站模拟机的中子计数系统第一实施例的结构示意图；

图2是本发明核电站模拟机的中子计数系统第二实施例的结构示意图；

图3是本发明核电站模拟机的中子计数方法的第一实施例的流程图；

图4是图3所示方法的步骤S303的信号转换流程图。

具体实施方式

首先介绍本发明的中子计数系统的实施例。

实施例一

如图1所示，在本发明的核电站模拟机的中子计数系统的第一实施例中，包括源量程探测器101、通用控制平台102、以及视听计数模块103。

其中，源量程探测器101用于模拟实际核电厂中的源量程中子传感器，实现将中子通量信号转换为中子计数信号的功能。

源量程探测器101，包括IO数据接口，所述IO数据接口与外部数据源相连接，经由所述IO数据接口输入中子通量信号F。中子通量信号F指单位时间内通过单位面积的中子数，单位为n.cm^-2.s^-1，其与核功率具有线性插值函数关系。

所述中子通量信号F包括经建模产生的模拟信号，或者直接由实际核电厂对应的信号采集器采集获得的信号，其中所述建模的方法包括蒙特卡罗法或依据多群中子扩散方程矩阵获得堆芯模型的节块展开法。应当理解，采用展开法利用矩阵节点获得模型的结块展开方法的具体方法步骤属于现有技术，在此不做赘述。源量程探测器101内部还包括运算单元，所述运算单元利用线性插值法将所述中子通量信号F转换成中子计数信号N，所述中子计数信号N为有理数信号，其转换处理过程属于现有技术，所以此处不做描述。

中子计数信号N与中子通量信号F具有线性插值函数关系，如表1是CPR1000核电站堆型源量程探测器的中子通量信号F与中子计数信号N的插值表，利用表1的对应关系经线性插值可以得出本实施例中适用于CPR1000核电站堆型源量程探测器。本发明的核电站模拟机的中子计数系统可以应用于不同类型的核电站堆型模拟机，因此依据不同的核电站模拟机类型，中子计数信号N与中子通量信号F的线性关系存在一定的差异，但是所述运算单元始终可以对获得的所述中子通量信号F进行线性插值运算转换成中子计数信号N。

中子通量信号（F）	中子计数信号（N）	等效核功率
			10-1n.cm-2.s-1	8*10-1c/s	10-9%FP
2*105n.cm-2.s-1	1.6*106c/s	10-3%FP

表1.中子通量、中子计数值及等效核功率对应关系表

本发明实施例中的中子计数系统属于全范围模拟机系统的一个子系统，在全范围模拟机系统的局域网内设置了覆盖本发明所述系统的子网络，源量程探测器101产生的中子计数信号N经所述子网络发出。

通用控制平台102，包括控制板卡，与所述源量程探测器101共同接入所述子网络，经所述子网络接收上述的中子计数信号N。本实施例中的控制板卡适用的模拟量为16位的整数，因此本实施例的通用控制平台102还包括信号处理模块。所述信号处理模块通过将所述中子计数信号乘以细分倍数K，使所述中子计数信号转变为整数信号，然后将所述整数信号传递给与所述信号处理模块相连接的控制板卡。所述控制板卡依据所述整数信号产生通断电脉冲信号S并经第一数据接口输出。

通断电脉冲信号S产生方法如下：

设立延时函数：Dt＝1/N单位是秒，通断电脉冲信号S的时间间隔与延时函数相关，在每个脉冲信号间隔产生一个通断电脉冲信号S＝δ(t)。

视听计数模块103与所述通用控制平台102连接，经所述第一数据接口接入上述通断电脉冲信号S。视听计数模块102包括喇叭，所述通断电脉冲信号S传递到所述喇叭，产生中子撞击声，喇叭通过接收所述通断电脉冲信号产生撞击声的具体过程属于现有技术，在此不作赘述。

实施例二

与第一实施例的区别之处在于，所述通用控制平台102的控制板卡还具有第二数据接口，该第二数据接口连接到视听计数模块103，所述通用控制平台102的控制板卡还依据所述中子计数信号N生成与之等效的核功率，并将所述等效核功率经所述第二数据接口输出。此外，本实施例所述的中子计数系统主要模拟实际核电厂中的源量程测量通道，参考表1所示的中子通量、中子计数值及等效核功率对应关系表，本实施例中的中子通量的变化范围可以为10^-1n.cm^-2.s^-1～2×10⁵n.cm^-2.s^-1。

例如中子通量信号F为10^-1n.cm^-2.s^-1时，其中子计数信号N为8×10^-1c/s,而与上述的中子通量信号F及中子计数信号N相对应的等效核功率为10^-9%FP；中子通量信号F为2×10⁵n.cm^-2.s^-1时，其中子计数信号N为1.6×10⁶c/s,而与上述的中子通量信号F及中子计数信号N相对应的等效核功率为10^-3%FP；中子通量信号F为1×10²n.cm^-2.s^-1时，其中子计数信号N为0.8×10³c/s,而与上述的中子通量信号F及中子计数信号N相对应的等效核功率为10^-6%FP。

本实施例中视听计数模块还可以包括显示屏，所述显示屏经所述第二数据接口与所述控制板卡相连接，用于显示与所述中子通量信号F相对应的等效核功率，以便受训人员根据听到从喇叭处发出的中子撞击声的同时，加深对核功率的了解。

应当理解，本发明的中子通量信号F的变化范围不限于10^-1n.cm^-2.s^-1～2×10⁵n.cm^-2.s^-1，适用于不同的核电站堆型中子通量探测器模拟机时，中子通量信号F的变化范围具有一定的差异，特别地，对应CP1000系统中，对应的中子通量变化范围为10^-1n.cm^-2.s^-1～2×10⁵n.cm^-2.s^-1。

如图2所示为本发明中子计数系统的第三实施例。其与所述第一实施例的主要区别在于，所述系统还包括中子通量信号存储器200，用于存储中子通量信号F，因此，本实施例的中子计数系统可独立使用，无需依赖外部系统。

以下为本发明中子计数方法的具体实施例。

如图3所示，为本发明中子计数方法的实施例的流程图。本实施例的中子计数方法包括：

S301.输入中子通量信号F到源量程探测器101，所述源量程探测器101利用线性插值法将中子通量信号F转换成中子计数信号N并发送至通用控制平台102。

其中，所示中子通量信号F存储在中子通量信号存储器200中，或者，所述中子通量信号由外部数据源提供，直接经数据接口输入。中子通量信号F指代单位时间内通过单位面积的中子数，单位为n.cm^-2.s^-1，其与核功率具有线性关系。所述中子通量信号F包括经建模产生的模拟信号，或者直接由实际核电厂采集获得的信号，其中所述建模的方法包括蒙特卡罗法或依据多群中子扩散方程矩阵获得堆芯模型的方法。

通过源量程探测器101内部具有运算单元，上述运算单元利用线性插值法将所述中子通量信号F转换成中子计数信号N，所述中子计数信号N为有理数信号，例如利用上述表1数据拟合的函数关系：N=8×F对中子通量信号F进行转换。

S302.通过包含控制板卡的通用控制平台102接收所述中子计数信号N并转换为通断信号，依据所述通断信号产生通断电脉冲信号并输出。

通断电脉冲信号S产生方法如下：

设立延时函数：Dt＝1/N单位是秒，通断电脉冲信号S的时间间隔与延时函数相关，在每个脉冲信号间隔产生通断信号，形成一个通断电脉冲信号S＝δ(t)。

S303.将所述通断电脉冲信号S输入到视听计数模块103，根据所述通断电脉冲信号产生中子撞击声。

本发明实施例中的中子计数系统属于全范围模拟机系统的一个子系统，在全范围模拟机系统的局域网内设置了本发明所述系统的子网络，源量程探测器101与控制平台102在该子网络中进行通信。

具体地，如图4所示，S302详细步骤为：

S302-1，源量程探测器101产生的中子计数信号N经所述子网络发出。包含控制板卡的通用控制平台102，与所述源量程探测器共同接入所述子网络，经所述子网络接收上述的中子计数信号N。

步骤S302-2，控制平台根据控制板卡的特性将所述中子计数信号N转换为整数信号。本实施例中的控制板卡适用的模拟量为16位的整数，因此本实施例的通用控制平台102还包括信号处理模块，将所述中子计数信号转换为适用于所述板卡的模拟量。具体包括通过将所述中子计数信号成以细分倍数K，使所述中子计数信号转变为整数信号后，将所述整数信号传递给与所述信号处理模块相连接的控制板卡。

步骤S302-3，所述控制板卡将所述整数信号转换为通断信号，在步骤S302-4依据所述通断信号产生通断电脉冲信号S并经第一数据接口输出。

视听计数模块103与所述通用控制平台连接，经所述第一数据接口接入上述通断电脉冲信号S。视听计数模块102包括喇叭，所述通断电脉冲信号S传递到所述喇叭，产生中子撞击声。

实施例二

与第一实施例的区别之处在于，所述步骤S302，通用控制平台102的控制板卡还依据所述中子计数信号N生成与之等效的核功率，并将所述等效核功率经第二数据接口输出。此外，本实施例所述的中子计数系统主要模拟实际核电厂中的源量程测量通道，因此本实施例中的中子通量的变化范围为10^-1n.cm^-2.s^-1～2×10⁵n.cm^-2.s^-1。应当理解，本发明的中子通量信号F的变化范围不限于10^-1n.cm^-2.s^-1～2×10⁵n.cm^-2.s^-1。

例如中子通量信号F为10^-1n.cm^-2.s^-1时，其中子计数信号为8×10^-1c/s,而与上述的中子通量信号F及中子计数信号N相对应的等效核功率为10^-9%FP；中子通量信号F为2×10⁵n.cm^-2.s^-1时，其中子计数信号N为1.6×10⁶c/s,而与上述的中子通量信号F及中子计数信号N相对应的等效核功率为10^-3%FP；中子通量信号F为1×10²n.cm^-2.s^-1时，其中子计数信号N为0.8×10³c/s,而与上述的中子通量信号F及中子计数信号N相对应的等效核功率为10^-6%FP。

实施例三

本实施例与本发明的中子计数方法第一实施例的不同之处在于，所述方法还包括，利用视听计数模块103的显示屏经所述第二数据接口与所述控制板卡相连接，显示与所述通断电脉冲信号相对应的等效核功率，以便受训人员在听到从喇叭处发出的中子撞击声的同时，加深对核功率的了解。

本发明的核电站模拟机的中子计数系统结构简单，通过上述系统模拟实际核电厂环境，完成实际源量程探测器的功能，并发出模拟的中子撞击声，有助于对技术人员的相关培训，相应地也降低了培训的成本，同时本发明的核电站模拟机的中子计数系统还可以与现有的核电站全范围模拟机连用，进一步完善和丰富对相关技术人员的培训。

以上所述是根据特定实施例对本发明进行描述，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (10)

1.核电站模拟机的中子计数系统，适用于核电厂全范围模拟机环境，其特征在于，包括源量程探测器（101）、通用控制平台（102）及视听计数模块（103），其中：

所述源量程探测器（101），用于利用线性插值法将中子通量信号转换成中子计数信号并发送至所述通用控制平台（102）；

所述通用控制平台（102），包括控制板卡，所述控制平台（102）用于接收所述中子计数信号并转换为通断信号、依据所述通断信号产生通断电脉冲信号并输出至所述视听计数模块（103）；

所述视听计数模块（103）与所述通用控制平台（102）连接，包括喇叭，所述视听计数模块（103）用于根据所述通断电脉冲信号产生中子撞击声。

2.根据权利要求1所述的核电站模拟机的中子计数系统，其特征在于，所述系统还包括连接到所述源量程探测器（101）的中子通量信号存储器（200），用于存储所述中子通量信号，所述中子通量信号为核电站现场采集获得的连续信号或通过建模产生的信号。

3.根据权利要求2所述的核电站模拟机的中子计数系统，其特征在于，所述源量程探测器（101）还包括运算单元，所述运算单元利用所述线性插值法将所述中子通量信号转换成所述中子计数信号，所述中子计数信号为有理数信号。

4.根据权利要求3所述的核电站模拟机的中子计数系统，其特征在于，所述通用控制平台（102）还包括通量信号处理模块，所述通量信号处理模块用于将所述中子计数信号转换为适用于所述控制板卡的模拟量。

5.根据权利要求1-4任一项所述的核电站模拟机的中子计数系统，其特征在于，所述视听计数模块（103）还包括显示器，所述显示器用于显示与所述中子通量信号相对应的等效核功率。

6.核电站模拟机的中子计数方法，适用于核电厂全范围模拟机环境，其特征在于，所述方法包括：

A.输入中子通量信号到源量程探测器（101），所述源量程探测器（101）利用线性插值法将所述中子通量信号转换成中子计数信号并发送；

B.通过包含控制板卡的通用控制平台（102）接收所述中子计数信号并转换为通断信号，依据所述通断信号产生通断电脉冲信号并输出；

C.将所述通断电脉冲信号输入到视听计数模块（103），根据所述通断电脉冲信号产生中子撞击声。

7.根据权利要求6所述的核电站模拟机的中子计数方法，其特征在于，所述中子通量信号为核电站现场采集获得的连续信号或通过建模产生的信号。

8.根据权利要求7所述的核电站模拟机的中子计数方法，其特征在于，所述中子计数信号为有理数信号。

9.根据权利要求8所述的核电站模拟机的中子计数方法，其特征在于，所述步骤B还包括：将所述中子计数信号转换为适用于所述控制板卡的模拟量。

10.根据权利要求6-9任一项所述的核电站模拟机的中子计数方法，其特征在于，所述步骤C还包括：显示与所述中子通量相对应的等效核功率。