CN105247620A

CN105247620A - 用于堆芯监测和保护的混合反应堆堆芯内探测器组件

Info

Publication number: CN105247620A
Application number: CN201380077019.XA
Authority: CN
Inventors: 车均皓; 申好澈; 卢璟琥; 崔裕鲜; 裵成万; 全黄龙
Original assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Current assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI; Korea Hydro and Nuclear Power Co Ltd
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2016-01-13
Also published as: EP3007175A1; WO2014192995A1; EP3007175A4

Abstract

本发明涉及一种用于堆芯监测和保护的混合反应堆堆芯内探测器组件，并且具体地，涉及一种用于同时执行反应堆堆芯监测功能和反应堆堆芯保护功能的混合反应堆堆芯内探测器组件，该混合反应堆堆芯内探测器组件包括：钒探测器和背景探测器，所述钒探测器和所述背景探测器用于执行所述反应堆堆芯监测功能；铂探测器，所述铂探测器用于执行所述反应堆堆芯保护功能；以及一个集成堆芯出口热电偶。根据本发明，由于使用钒探测器和铂探测器的反应堆堆芯内探测器组件是混合型的，所以能够同时执行反应堆堆芯监测功能和反应堆堆芯保护功能。

Description

用于堆芯监测和保护的混合反应堆堆芯内探测器组件

技术领域

本发明涉及堆芯内探测器组件，并且更具体地，涉及一种能够同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能的混合堆芯内探测器组件。

背景技术

针对核反应堆的安全操作的最重要的指标是功率峰值系数，并且为了监测功率峰值因子的值，必须连续且精确地测量三维堆芯功率分布。用于执行核电站的堆芯监测的堆芯内探测器被分为(用于WH型核电站的)移动型和(用于OPR1000核电站的)固定型。

移动型堆芯内探测器能够精确地测量三维堆芯功率分布，但是由于仅周期性地测量功率分布，所以不能执行在线测量。另一方面，固定型堆芯内探测器能够执行在线测量，但是因为其在轴向堆芯探测器的数量方面受限制，并且反应时间慢且在堆芯中燃烧，所以必须定期地用新的固定型堆芯内探测器来更换。

此外，在OPR1000核电站中使用的固定型堆芯内探测器组件在正常操作期间被插入和固定到位于核燃料组件的中心内的导管中，并且以超过20％的额定热功率实时地监测核反应堆堆芯的中子通量分布。45个固定型堆芯内探测器组件被安装在核反应堆的被判断为能够监测堆芯中的功率分布的堆芯内位置处。

如图1和图2所示，常规堆芯内探测器组件10包括五个铑探测器11、一个背景探测器12、能够测量堆芯的冷却剂出口温度的两个堆芯出口热电偶(堆芯出口T/C)13、用于填充中央构件组件与探测器之间的空间的填充焊丝14、设置在内部的延伸管15和设置在外部的护套管16。

另外，设置在各个堆芯内探测器组件10内的五个铑探测器11在长度上约为16英寸(40cm)，并且分别是核燃料组件的高度的10％、30％、50％、70％和90％以监测堆芯的功率分布。

此外，由于使用堆芯外探测器，所以常规堆芯保护系统需要保守计算以便计算作为主要堆芯安全参数的偏离泡核沸腾比(departurefromnucleateboilingratio)和局部功率密度。在使用堆芯外探测器的情况下，由于不可能精确地测量作为针对核反应堆的安全操作的最重要的指标的三维堆芯功率分布，所以使用虚拟保守功率分布来计算偏离泡核沸腾比和局部功率密度。

因此，如果使用安全级别的堆芯内探测器直接计算三维堆芯功率分布并且将该三维堆芯功率分布应用于堆芯保护系统，则能够获得大的停堆裕度(shutdownmargin)或安全裕度。因此，已强调了安全级别的堆芯内探测器的重要性。然而，常规铑堆芯内探测器具有一些缺陷，所述缺陷在于它是一种具有两至三个周期(三至四年)的寿命的消耗型探测器，并且因为它由于测量信号的时间延迟而具有不确定性，所以其不能被用于安全系统中。

常规堆芯内探测器用作堆芯监测功能，并且堆芯外探测器用作堆芯保护功能。另外，具有两至三个周期的寿命的该常规铑堆芯内探测器导致探测器更换成本升高，并且要求用于存储高放射性废料的空间安全。因此，常规堆芯内探测器增加了运营核电站的负担。

此外，现有技术公开了一种混合型堆芯内探测器组件，该混合型堆芯内探测器组件包括：铂固体探测器，该铂固体探测器具有形成在形成集电极的包壳管(claddingtube)内的中部的发射极、被连接至发射极的一端以用于传输信号的轴向电缆、以及被填充在所述包壳管与所述轴向电缆所连接的发射极之间的空间中的绝缘体；钒探测器，该钒探测器具有形成在形成集电极的包壳管内的中部的发射极、被连接至发射极的一端以用于传输信号的轴向电缆、以及被填充在所述包壳管与所述轴向电缆所连接的发射极之间的空间中的绝缘体；以及背景探测器，该背景探测器具有形成在形成集电极的包壳管内以用于传输信号的轴向电缆和被填充在所述包壳管与所述轴向电缆之间的空间中的绝缘体。铂固体探测器、钒探测器和背景中子探测器被一体形成。

发明内容

技术问题

因此，本发明致力于解决在现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供一种混合堆芯内探测器组件，该混合堆芯内探测器组件能够同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能，并且能够利用非消耗或低消耗材料作为对中子反应的发射体材料来延长探测器的寿命。

技术方案

为实现以上目的，本发明提供了一种能够同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能的混合堆芯内探测器组件，所述混合堆芯内探测器组件包括：钒探测器和背景探测器，所述钒探测器和所述背景探测器用于执行所述堆芯监测功能；铂探测器，所述铂探测器用于执行所述堆芯保护功能；以及一个集成堆芯出口热电偶。

这里，从所述钒探测器生成的信号被输入到堆芯监测系统中并且被用于计算三维堆芯功率分布以执行所述堆芯监测功能。

此外，所述钒探测器的数量是5，并且5个所述钒探测器具有预定长度且高度分别是核燃料组件的高度的10％、30％、50％、70％和90％。

另外，从所述铂探测器生成的信号被输入到堆芯保护系统中以执行所述堆芯保护功能。

此外，所述铂探测器的数量是3，并且所述铂探测器被布置为分别负责堆芯的三分之一。

有益效果

利用钒探测器和铂探测器，根据本发明的混合堆芯内探测器组件能够同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能。

另外，因为能够快速响应的铂被用作发射体材料，所以根据本发明的混合堆芯内探测器组件能够直接测量堆芯的状态以在应用基于堆芯内探测器的堆芯保护系统时，增强计算三维功率分布的精度。因此，根据本发明的混合堆芯内探测器组件能够通过消除在使用堆芯外探测器时的保守并且增大偏离泡核沸腾比和局部功率密度的裕度来有助于核电站的功率增加。

另外，根据本发明的混合堆芯内探测器组件能够通过应用非消耗材料或低消耗材料(诸如钒或铂)作为对中子反应的发射体材料来延长探测器的寿命。因此，根据本发明的混合堆芯内探测器组件在使用高放射性材料之后能够将堆芯内探测器废料的量减少达现有技术的三分之一，并且因此它能够保证使用高放射性废料的空间且降低核电站工人的辐射暴露。

附图说明

图1是常规铑堆芯内探测器组件的结构的截面图。

图2是该常规铑堆芯内探测器组件的结构的概念图。

图3是根据本发明的优选实施方式的用于堆芯监测和堆芯保护的混合堆芯内探测器组件的结构的概念图。

图4是根据本发明的优选实施方式的用于堆芯监测和堆芯保护的该混合堆芯内探测器组件的结构的截面图。

具体实施方式

参照附图，现在将详细参照本发明的优选实施方式。在本发明的描述中，当判断出对与本发明相关的已知功能或结构的详细描述可能会使关键点不清楚时，将省略对该已知功能或结构的详细描述。另外，虽然本文将详细描述本发明的优选实施方式，但是应理解，并不旨在将本发明的技术构思限制为所公开的特定形式，而是相反，能够以落入本发明的技术范围内的各种方式对本发明的实施方式进行变更和修改。

下文中，现在将参照附图，详细参照本发明的优选实施方式。

图3是根据本发明的优选实施方式的用于堆芯监测和堆芯保护的混合堆芯内探测器组件的结构的概念图，并且图4是根据本发明的优选实施方式的用于堆芯监测和堆芯保护的混合堆芯内探测器组件的结构的截面图。

根据本发明的优选实施方式的用于堆芯监测和堆芯保护的混合堆芯内探测器组件的技术要点在于同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能，并且利用非消耗或低消耗材料作为对中子反应的发射体材料来延长探测器的寿命。

如图所示，根据本发明的优选实施方式的混合堆芯内探测器组件100能够同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能，并且包括：用于执行堆芯监测功能的五个钒探测器110和一个背景探测器；用于执行堆芯保护功能的三个铂探测器130；以及一个集成堆芯出口热电偶140。附图标记“150”表示设置在外部的护套管。

也就是说，为执行堆芯监测功能，该五个钒探测器110和一个背景探测器120像在常规堆芯工作极限监控系统(COLSS)中使用的铑探测器一样被设置。在该情况下，从五个钒探测器110生成的信号被输入到堆芯监测系统中并且被用于计算三维堆芯功率分布以执行堆芯监测功能。换句话说，这些信号被用于精确地监测堆芯功率分布并且提供局部中子分布的信息。五个钒探测器110各自长度为30英寸(76cm)，并且高度分别是核燃料组件的高度的10％、30％、50％、70％和90％。

另外，为了执行堆芯保护功能，三个铂探测器130被分别布置为负责堆芯的三分之一并且能够使用上部堆芯外探测器输入算法、中部堆芯外探测器输入算法和下部堆芯外探测器输入算法这三种算法。在该情况下，从铂探测器130生成的信号被输入到堆芯保护系统中以执行堆芯保护功能。

另外，常规的铑堆芯内探测器包括两个分开的堆芯出口热电偶，但是本发明包括一个集成堆芯出口热电偶140。在该情况下，该堆芯出口热电偶140可以被布置在常规堆芯内探测器的中央构件组件空间中。

如上所述，根据本发明的优选实施方式的混合堆芯内探测器组件100采用使用钒探测器110和铂探测器130的混合模式来同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能。

另外，由于能够快速响应的铂被用作发射体材料，所以根据本发明的混合堆芯内探测器组件能够直接测量堆芯的状态，以在应用基于堆芯内探测器的堆芯保护系统时，增强计算三维功率分布的精度。因此，根据本发明的混合堆芯内探测器组件能够通过消除在使用堆芯外探测器时的保守并且增大偏离泡核沸腾比和局部功率密度的裕度来有助于核电站的功率增加。

另外，根据本发明的混合堆芯内探测器组件能够通过应用非消耗材料或低消耗材料(诸如钒或铂)作为对中子反应的发射体材料来延长探测器的寿命。因此，根据本发明的混合堆芯内探测器组件在使用高放射性材料之后能够将堆芯内探测器废料的量减少达现有技术的三分之一，并且因此它能够保证使用高放射性废料的空间并且减少核电站工人的辐射暴露。

下表1示出了根据本发明的混合堆芯内探测器组件与常规铑探测器之间的规格和效果的比较。

[表1]

另外，在根据本发明的优选实施方式的用于堆芯监测和堆芯保护的混合堆芯内探测器组件100的情况下，优选地使用探测器的灵敏度函数来估计满足信噪比的钒探测器110和铂探测器130的最小电流水平，并且考虑堆芯内探测器的生产来确定钒探测器110和铂探测器130的发射体直径以便决定机械构造(诸如直径、长度等)。

此外，由于与铑相比，钒和铂在中子吸收截面方面相对小，所以与铑相比，具有相同标准的钒和铂在探测器信号方面相对小。因此，优选地，根据本发明的优选实施方式的用于堆芯监测和堆芯保护的混合堆芯内探测器组件100保持与铑探测器组件相同的外径，但是将钒探测器110和铂探测器130的发射体直径增加为常规铑探测器的发射体直径的2.5倍大，以保持常规铑探测器的信号水平。

此外，虽然根据本发明的用于堆芯监测和保护的混合堆芯内探测器组件已被具体示出并且参照其具体实施方式被描述，但是本领域普通技术人员将理解，本发明的范围不限于特定实施方式和各种另选实施方式，在不偏离本发明的技术构思和范围的情况下，可以对其进行各种替代、变更和修改。

因此，将理解，本发明中公开的实施方式和附图并不限制本发明的技术构思，而是旨在描述本发明，并且本发明的技术和保护范围将由例示的实施方式和附图限定。还应当理解，本发明的保护范围由随附的权利要求书和在属于本发明的技术范围的等同范围内的所有技术构思来解释。

Claims

1.一种能够同时执行堆芯监测功能和堆芯保护功能的混合堆芯内探测器组件(100)，所述混合堆芯内探测器组件(100)包括：

钒探测器(110)和背景探测器(120)，所述钒探测器(110)和所述背景探测器(120)用于执行所述堆芯监测功能；

铂探测器(130)，所述铂探测器(130)用于执行所述堆芯保护功能；以及

一个集成堆芯出口热电偶(140)。

2.根据权利要求1所述的混合堆芯内探测器组件，其中，从所述钒探测器(110)生成的信号被输入到堆芯监测系统中并且被用于计算三维堆芯功率分布以执行所述堆芯监测功能。

3.根据权利要求1所述的混合堆芯内探测器组件，其中，所述钒探测器(110)的数量是5，并且5个所述钒探测器具有预定长度且高度分别是核燃料组件的高度的10％、30％、50％、70％和90％。

4.根据权利要求1所述的混合堆芯内探测器组件，其中，从所述铂探测器(130)生成的信号被输入到堆芯保护系统中以执行所述堆芯保护功能。

5.根据权利要求1所述的混合堆芯内探测器组件，其中，所述铂探测器(130)的数量是3，并且所述铂探测器被布置为分别负责堆芯的三分之一。