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Verfahren zur Gewinnung eines die augenblickliche Leistung eines Kernreaktors
repräsentierenden Meßsignals Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung
eines die augenblickliche Leistung eines Kernreaktors repräsentierenden Meßsignals
durch funktionelle Verknüpfung des Meßsignals einer Neutronenflußmessung mit einem
Signal, welches von der vom Reaktor abgegebenen thermischen Leitung abhängig ist
und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Meßsignal der Neutronenflußmessung
laufend durch einen Korrekturfaktor korrigiert wird, den man durch funktionelle
Verknüpfung eines von der Neutronenflußmessung abgeleiteten Signals mit dem Signal
der thermischen Leistung erhält, wobei die Korrektur in dem Sinn erfolgt, daß Ungenauigkeiten
der Neutronenflußmessung bezüglich der Reaktorleistung behoben werden.
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Beim Betrieb von Atomkernreaktoren wird für verschiedene Zwecke unter
anderem auch für die Regelung ein Meßsignal benötigt, welches die augenblickliche
Leistung des Reaktors mit großer Genauigkeit abbildet. Für Regelzwecke von Atomkernreaktoren
wird vielfach als Maß der Leistungsabgabe des Reaktors eine Messung des Neutronenflusses
verwendet. Sie hat den Vorteil, daß sie bei Leistungsänderungen rasch anspricht,
jedoch den Nachteil, daß sie nicht genau die wirkliche Leistung des Reaktors wiedergibt,
da sie als Einzelmessung kein genaues Bild vom gesamten Neutronenfluß geben kann.
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Die Leistung eines Reaktors wird auch auf Grund der Energiedifferenz
des zugeführten und des abgeführten Reaktorkühlmittels bestimmt. Eine solche Bestimmung
wirkt jedoch sehr träge, da der Reaktor eine bedeutende Speicherfähigkeit aufweist.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem Kernreaktor eine Regelvorrichtung
anzuordnen, bei welcher, z. B. durch gekuppelte Potentiometer, der Neutronenfluß
mit dem Kühlmitteldurchfluß in eine vorherbestimmte konstante Beziehung zueinander
gebracht werden. Das Verhältnis kann zeitweise von Hand korrigiert werden. Auf diese
Weise ist es jedoch nicht möglich, ein Meßsignal zu gewinnen, welches der tatsächlichen
augenblicklichen Leistung eines Reaktors entspricht.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, Meßsignale des Neutronenflusses
und der Umwälzmenge des Reaktorkühlmittels in der Regelvorrichtung einer Atomkernreaktoranlage
einem Organ zuzuführen, in welchem eine zeitliche Ableitung der Differenz der beiden
Meßsignale gebildet wird. Da dabei beide Signale als gleichwertig in der Regelanordnung
wirken, kann auch hier nicht ein Wert gewonnen werden, der tatsächlich der augenblicklichen
Leistung des Reaktors entspricht. Schließlich ist es bei einer Sicherheitsvorrichtung
eines Atomkernreaktors vorgeschlagen worden, das Meßsignal des Neutronenflusses
mit einem Meßsignal der Strömungsmenge des Reaktorkühlmittels miteinander in eine
funktionelle Verknüpfung zu bringen. Bei dieser Anordnung wird als wesentliche Sicherheitsgröße
die Temperatur der Spaltstoffstäbe durch ein Signal abgebildet. Die Bildung eines
Meßsignals, welches die augenblickliche Leistungsabgabe eines Atomkernreaktors darstellen
würde, wird bei dieser Anordnung nicht angestrebt und auch nicht erzielt.
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Die Erfindung hat ein Verfahren zur Bildung eines AtomkeTnreaktor-Meßsignals
zum Ziel, welches mit bisher nicht erreichter Genauigkeit die augenblicklich vom
Reaktor abgegebene Leistung wiedergibt und dabei bei Leistungsänderungen rasch reagiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren und der entsprechende Atomkernreaktor verbinden dabei
Vorteile der Messung des Neutronenflusses mit denen .der Messung der Energiedifferenz
des zugeführten und des abgeführten Reaktorkühlmittels, ohne deren Nachteile aufzuweisen.
Die
Erfindung wird an Hand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Kemreaktoranlage mit der zugehörigen Leistungsregelung,
F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 mit geänderter Schaltung der Regeleinrichtung.
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In F i g. 1 ist ein Reaktor 1 an einem durch Rohrleitungen 2, 3 und
einen Wärmeübertrager 4 gebildeten Kühlmittelkreislauf angeschlossen. In den im
Wärmeübertrager 4 angeordneten Rohren 5 wird ein Arbeitsmittel, z. B. Wasser, verdampft
und überhitzt. Der überhitzte Arbeitsmitteldampf wird durch eine Rohrleitung 6 einer
Turbinenanlage 7 zugeführt und gelangt aus dieser in einen Kondensator B. Das flüssige
Arbeitsmittel wird aus dem Kondensator 8 durch eine Kondensatpumpe 10 in einen Speisebehälter
11 gepumpt. Aus dem Speisebehälter 11 wird das flüssige Arbeitsmittel durch eine
Speisepumpe 12 wieder in die Rohre 5 eingespeist. Der Kreislauf des Reaktorkühlmittels,
welches z. B. ein Gas sein kann, enthält ein in der Rohrleitung 2 angeordnetes Temperaturmeßorgan
13 und ein in der Rohrleitung 3 befindliches Umwälzorgan 14. Das Temperaturmeßorgan
13 beeinflußt mit seinem Signal einen Regler 15, welcher entsprechend dem Signal
die vom Umwälzorgan 14 geförderte Kühlmittelmenge verändert. Auf diese Weise wäd
durch Veränderung der Umwälzgeschwindigkeit des Reaktorkühlmittels. eine konstante
Austrittstemperatur des Reaktorkühlmittels aus dem Reaktor aufrechterhalten. Da,
wie dies bei Atomkemreaktoranlagen üblicherweise der Fall ist, der Wärmeübertrager
4 eine große Wärmeübertragungsfläche aufweist, ist auch die Austrittstemperatur
des abgekühlten Reaktorkühlmittels aus dem Wärmeübertrager 4 praktisch konstant
und befindet sich in der Nähe der Temperatur des eingespeisten Arbeitsmittels. Da
zudem auch der Druck des Reaktorkühlmittels im Kreislaufsystem konstant ist, kann
mit ausreichender Genauigkeit die Umwülzgeschwindigkeit des Reaktorkühlmittels zur
Bestimmung der durch dieses aus dem Reaktor transportierten Wärmeleistung dienen.
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Die Einstellung der Leistungsabgabe des Reaktors 1 erfolgt in bekannter
Weise durch Regelstäbe 20,
welche von einem Servomotor 21 verstellt werden.
Die Betätigung des Servomotorts 21 erfolgt durch einen Regler 22, welcher seinen
einzuhaltenden Sollwert von einem übergeordneten Regler 23 erhält. Der Regler 23
steht seinerseits unter dem Einfluß eines Sollwertsignals 24 für die gewünschte
Leistung der Anlage und eines Meßsignals einer Druck-Meßvorrichtung 25 in der Dampfleitung
6. Der Regler 23 vergleicht diese beiden Signale und sendet ein entsprechendes Signal
als Leistungssollwert dem Regler 22. Der Regler 22 seinerseits vergleicht das ihm
vom Regler 23 zugeleitete Sollwertsignal mit dem Signal einer Signalleitung 26,
welches die augenblickliche Leistungsabgabe des Reaktors darstellt und für diese
repräsentativ ist, und führt eine entsprechende Verstellung der Stäbe 20 durch.
Das für die augenblickliche Leistungsabgabe des Reaktors repräsentative Signal .der
Signalleitung 26 wird durch eine Kombination der Meßsibanale einer Neutronenfluß-Meßvorrichtung
27 und einer Meßvorrichtung 28 für die Umwälzgeschwindigkeit des Reaktorkühlmittels
in der Rohrleitung 3 gewonnen. Das Signal des Neutronenfluß-Meßgerätes 27 wird einem
Multiplizierorgan 30 zugeführt, auf welches auch über ein Integrierorgan 31 das
Meßsignal der Meßvorrichtung 28 einwirkt. Das Ausgangssignal der Multipl:iziervorrichtung
30 wirkt über die Leitung 26 und eine an die Leitung 26 angeschlossene Signalleitung
32 auch auf- eine zwischen dem Meßgerät 28 und dem Integriergerät 31 angeordnete
Vergleichsvorrichtung 33. In der Vorrichtung 33 wird das von der Meßvorrichtung
28 kommende Signal mit dem in der Signalleitung 26 herrschenden Signal verglichen
und dem Integrierorgan 31 ein der Differenz der beiden Signale entsprechendes Signal
übermittelt. Das Signal der Leitung 26 kann außerdem noch in einer Addierstelle
34 dem Signal überlagert werden, welches vom Regler 15 dem Umwälzorgan 14 zugeführt
wird.
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Durch die Multiplikation der beiden Signale wird auf einfache Weise
eine Kombination des genauen, jedoch trägen Meßwertes der thermischen Leistung mit
dem rasch reagierenden, jedoch zur thermischen Leistung nicht linear verlaufenden
Meßwert des Neutronenflusses. Die Rückführung mit Hilfe der Leitung 32 bewirkt,
daß das Signal der Meßvorrichtung 28 einen grundlegenden Einfluß auf den. Leistungswert
der Signalleitung 26 ausübt. Das Signal des Neutronenfluß-Meßgerätes 27 erhöht die
Reaktionsgeschwindigkeit der Regelanordnung bei plötzlichen Änderungen der Leistungsabgabe
des Reaktors. Durch die überlagerung des Signals der Signalleitung 26 in der Addserstelle
34 mit dem Signal des Reglers 15 wird zusätzlich noch eine größere Gleichmäßigkeit
der Ausgangstemperatur des Reaktors erzielt.
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Das Multiplikationsorgan kann z. B. bei elektrischer Ausführung ein
Potentiometer sein, an dessen feste Kontakte eine der Signalleitung, z. B. die vom
Neutronenfluß-Meßgerät führende Leitung, angeschlossen ist. Der bewegliche Kontakt
wird dann von einem Servomotor verstellt, der bei der Ausführungsform nach F i g.
1 in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz im Punkt 33 betätigt wird. Die am beweglichen
Kontakt abgenommene Spannung wäre dann das dem Regler 22 zuzuführende Signal.
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Die Funktion der Anordnung kann zusätzlich durch die Verwendung eines
(gestrichelt in F i g. 1 gezeichneten) Verzögerungsgliedes 35 in der Signalleitung
32 verbessert werden. Durch dieses Verzögerungsglied werden Störungen von der Seite
des Neutronenflusses verzögert zur Auswirkung im Regelsystem gebracht, wodurch die
dadurch verursachten Schwankungen der Regelung vermindert werden. Ein Optimum wird
dann erreicht, wenn das Verzögerungsglied die gleiche übergangsfunktion aufweist
wie der Reaktor.
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Die F i g. 2, welche einen Ausschnitt aus F i g. 1 darstellt, zeigt
eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung. Die der F i g. 1 entsprechenden
Teile sind in dieser Figur mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet worden.
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Bei der Ausführungsform .nach Fi..g. 2 wird das Meßsignal der Neutronenfluß-Meßvorrichtung
27 einerseits der Mulripliziervorrichtung 30 zugeführt, andererseits einer Dividiervorrichtung
40, die auch das Meßsignal der Mengenmeßvorrichtung 28 über eine Signalleitung
erhält. In der Dividiervorrichtung wird ein Signal gebildet, welches dem Verhältnis
mgg entspricht. Das Ausgangssignal der Dividiervorrichtung wird dann über eine Glättevorrichtung
41, in welcher dieses Signal z. B. durch ein Dämpfungsorgan geglättet wird, der
Multipliziervorrichtung 30
zugeführt. Diese sendet ihr Ausgangssignal
in die Signalleitung 26, durch welche es in der bereits beschriebenen Weise den
Regler 22 bzw. die Umwälzvorrichtung 14 beeinflußt.