CS204573B1 - Kompenzované vnitroreaktorové termické čidlo - Google Patents

Description

Vynález se týká kompenzovaného vnitroreaktorového termického čidla pro měření vývinu štěpného tepla a neutronového toku v jaderném reaktoru.

U vnitroreaktorových čidel pro měření neutronového toku, ať už u štěpných komor, beta emisních detektorů nebo termických čidel, je část signálu tvořena parazitními interakcemi, zejména s gama zářením. Problém se řeší u komor zvláštní konstrukcí gama kompenzovaných komor včetně' zvláštního přívodu napájení, u beta emisních detektorů je problém řešen zpravidla kompenzačním zapojením přívodního kabelu k čidlu, zřídkakdy úplnou kompenzací včetně délky emitoru. V případě termických detektorů, u nichž se se zmenšováním rozměrů mění nepříznivým směrem poměr objemů detekčního tělíska a konstrukčního materiálu, je kompenzace parazitního ohřevu v aktivní zóně obtížná, zejména z důvodů geometrických. Kompenzace parazitního gama ohřevu se u termických vnitroreaktorových čidel se štěpným i neštěpným materiálem řeší zpravidla výpočtem za určitých předpokladů o gama spektru v místě měření. Druhý používaný způsob spočívá v nezávislém měření hustoty toku energie gama záření, případně přímo parazitního ohřevu konstrukčního materiálu čidla před nebo po experimentu zvláštním čidlem stejného geometrického provedení jako má detekční (aktivní) čidlo a přepočítáváním hodnot. Třetí možností je používání detekčního tělíska z materiálu obohaceného izotopem, na kterém probíhá utitečná reakce a tím snížení vlivu reakcí parazitních. To vede v delším provozu čidla k nesouhlasu fyzikálních vlastností materiálu detekčního tělíska a okolního materiálu aktivní zóny. Žádný z uvedených způsobů neřeší gama kompenzaci uspokojivě.

Nedostatky gama kompenzace vnitroreaktorových termických čidel odstraňuje kompenzované vnitroreaktorové termické čidlo podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že uvnitř vakuotěsného pláště, po jehož stranách jsou připojeny odlehčené chladiče, jsou v držácích proti sobě ve vzdálenosti umožňující kompenzaci parazitního ohřevu od gama záření umístěny jednak detekční tělísko, jednak kompenzační tělísko, z nichž každé je opatřeno systémem pro měření teploty.

Délka kompenzačního tělíska je navržena tak, aby byl respektován rozdíl ve velikosti účinných průřezů pro absorbci energie gama záření v kompenzačním a detekčním tělísku. Systém pro měření teploty na držáku štěpného i kompenzačního tělíska umožňuje určit ze spádu teploty uvolněné teplo odváděné do chladičů. Výhodou a předností kompenzovaného vnitroreaktorového termického čidla je pak možnost přímého vyhodnocení štěpného vývinu tepla v detekčním tělísku a okolním jaderném palivu, t. j. v podstatě oddělení účinků neutronové složky směsného reaktorového záření z každého měření. Kompenzace umožňuje rozšířit použitelnost vnitroreaktorového termického čidla až o jeden řád směrem k nižšímu výkonu. Pro snímání a záznam signálu kompenzovaného vnitroreaktorového termického'čidla lze použít standardního vybavení pro měřeni teplot, instalovaném na každém reaktoru. Systém měření teplot čidla je necitlivý na vznik parazitního signálu v důsledku reakcí reaktorového záření s materiály přívodních kabelů.

Praktické provedení čidla podle vynálezu je znázorněno na výkresu.

Konkrétním příkladem provedení čidla je detekční tělísko o rozměrech -72-4 mm z kysličníku uranu, obohaceného na 3,6 °₀, kompenzační tělísko z wolframu o rozměrech Z 2 x 3,6 mm, roztečná vzdálenost obou tělísek 15 mm a držáky tělísek z niklu. Jako systém měření teploty se používají miniaturní plášťové termočlánky, vždy dva v držáku detekčního i kompenzačního tělíska.

Jak patrno, detekční tělísko 1 i kompenzační tělísko 5 jsou zalisována v držácích 2 a vakuotěsně zavíčkována. Držáky přecházejí v chladiče 4, které jsou spojeny vakuotěsným pláštěm 6 v jeden celek. Na držácích 2 detekčního tělíska 1 i kompenzačního tělíska 5 je ve dvou různých průřezech umístěn systém měření teploty 3. Prostor uvnitř termického čidla je vyvakuován.

V aktivní zóně pracujícího reaktoru po interakcích štěpného materiálu detekčního tělíska 1 s reaktorovým zářením dochází k vývinu tepla. V kompenzačním tělísku 5 dochází rovněž k vývinu tepla. Protože toto tělísko je z neštěpného materiálu, vývin tepla je úměrný pouze neštěpným reakcím s reaktorovým zářením. Vhodnou volbou délky tělíska je možné dosáhnout velmi dobré shody vývinu tepla v kompenzačním tělísku 5 včetně jeho pokrytí s vývinem tepla v pokrytém štěpném detekčním tělísku 1 v podmínkách nasazení v konkrétní aktivní zóně. Kompenzační tělísko 5 je vyrobené z materiálu, který má podobné fyzikální vlastnosti jako detekční tělísko 1, zejména velikost a závislost účinného průřezu pro absorpci gama záření na energii v rozsahu nejvíce zastoupených energií gama záření v aktivní zóně. Konstrukční materiál držáku 2 kompenzačního tělíska je shodný s materiálem 2 kompenzačního tělíska je shodný s materiálem držáku 2 detekčního tělíska I. Pro systém měření teploty 3 se nejčastěji používají plášťové termočlánky, ale i miniaturní platinové odporové teploměry, případně termistory.

Kompenzované vnitroreaktorové termické čidlo lze použít pro měření distribuce štěpného výkonu a neutronového toku v aktivních zónách energetických i výzkumných reaktorů všech typů. Další použití je při měření radiačního ohřevu a hustoty toku energie gama záření v aktivních zónách. V tomto případě je detekční tělísko z neštěpného materiálu a na místě kompenzačního tělíska je dutina.

Claims (3)

1. Kompenzované vnitroreaktorové termické čidlo pro měřeni vývinu štěpného tepla a neutronového toku v jaderném reaktoru, vyznačené tím, že uvnitř vakuotěsného pláště (6), po jehož stranách jsou připojeny odlehčené chladiče (4), jsou v držácích (2) proti sobě ve vzdálenosti umožňující kompenzaci parazitního ohřevu od gama záření umístěny detekční tělísko (1) a kompenzační tělísko (5), z nichž každé je opatřeno systémem (3) pro měření teploty.

YNÁLEZU

2. Kompenzované vnitroreaktorové termické čidlo podle bodu 1 vyznačené tím, že systém (3) pro měření teploty je tvořen nejméně dvěma plášťovými termočlánky v každém držáku (2).

3. Kompenzované vnitroreaktorové termické čidlo podle bodu 1 vyznačené tím, že systém (3) pro měření teploty je tvořen nejméně dvěma miniaturními odporovými teploměry nebo nejméně dvěma termistory v každém držáku (2).