DE1439830A1 - Messverfahren zum Messen der negativen Reaktivitaet eines Kernreaktors - Google Patents

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ 8 München 27, Pienzenouersfroße 28

DR. DIETER MORF 1439830 Telefon 483225 und 486415 ·

Telegramme: Chemindus München

Patentanwälte

16. Mai I968 P-36O/U 10 539

Äser Zeichen, WHe unbedingt angeben:

P 14 39 830· 2
Heue Unterlagen

QNTEBD STAICBS ATOMIC BRBROY COMMISSION Oermantown Maryland» V.St«A.

Messverfahren zum Messen der negativen Reaktivit&t eines Kernreaktors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der negativen Reaktivität eines Kernreaktors, bei dem das Ausgangesignal eines dem Neutronenstrom in dem Reaktor ausgesetzten Neutronendet ekt ore verstärkt und gefiltert wird« um getrenrfe Signale in wenigstens zwei diskreten« unterschiedlichen Frequenzkanälen zu erhalten« und bei den die spektrale Dichte jedes dieser getrennten Signale ermittelt wird.

Die Messung der negativen Reaktivität, die in dieser Beschreibung aueh als Absehaltbereieh des Reaktors bezeichnet wird, eines

BAD OFWGlNAt

Mtktors ist für eine sichere Betriebsweise von grosser Bedeutung. Die Kenntnis des Absohaltbereiohe des Reaktors ermöglicht der Reaktorbedienung Hassnahmen in dem Reaktorkern Eur Vergrößerung der Reaktivität mit gröseerer Sicher» heit und Zuverlässigkeit zu treffen als wenn die negative Reaktivität nioht genau feststeht. Beispielsweise wird das Risiko beim Auswechseln von Brennstoff, dass der Reaktor in unvorhergesehener Weise kritisch wird und durchgeht, wesentlich verringert werden»

Ein erschwerender Faktor fUr die Bestimmung des Reaktorabsohaltbereichs ist die Tatsache, dass die Überschuss- . reaktivität, die in dem Reaktorkern entsteht, infolge der Brennetofferschöpfung, der Erzeugung von Spaltstoffprodukten und dem Zerfall derselben sowie der Tomperaturein-= Wirkungen nicht gleichbleibend ist, sondern schwankt. Der Wert und die Wirkung der verschiedenen Steuerstäbe ändern sich ebenfalls infolge des Abbrandea der in diesen Stäben befindlichen Neutronenfangstoffe. Alle diese Paktoren haben die Bestimmung des Absohaltbereichs des Reaktors bisher sehr erschwert.

In den meisten Reaktoren, die mit Neutronenflussdiohten von 10. Neutronen/cm /see oder grosser arbeiten, bildet sich nach dem Abschalten des Reaktors das in starkem Masse Neutronen absorbierende Xenon 135 und erreicht einen Spit-

909812/0604
-' 2-

BAD* ORIGINAL u.

ο c ■:■/ r- · \ ; " ■ ■

■ - H39830

M60 3

■anwart in etna 10 Stunden» wonach ee wieder abnimmt. Diese Bildimg von Xenon 1J5 ist ton der Betriabageeohiohte ι inebeaoadere ron 4er Länge de· Betrieb· und der Grus·· de« Veutronenfluesea während des Betrieb· abhängig· In Tielen Reaktoren, die ein· begrenste tibersohusareaktivität ereeugen, etellt die eohnelle Xenon-Bildung insofern eine Bohwierigkeit dar» al· der Reaktor erat wieder naoh einer bestimmten Zeit in Betrieb genossen werden kann· Wenn die tiederinbetriebnahae mehr rereugert wird als dieser bestimmten Seit enteprioht, kann ·· erforderlich βein» einen Sag oder langer eu warten, ehe das Xenon ninrelohend abgebaut l«t, um dl· Wlederinbetrlebnahee des Reaktor· cu ermöglichen. Eine solche TerBögerung 1st kostspielig, da eie einen teueren Reaktor aueser Betrieb eetst und darüber hinaus können Versuche, die eine ununterbrochene Neutronenbestrahlung erfordern» misslingen·

Alle bekannten Verfahrenemasenahmen sum Hessen des Abeohaltberelohes eines Reaktors fussen auf der Messung der fieaktorempfindllohkeit oder Reaktoranspreohbarkelt gegenüber vorsätzlich verursaohten Störungen des Syatarne» Die Art der Störung hängt von dem lfeutronenbombardement auf oseilllerende neutronenabsorber ab· Biese Störungen sind deshalb unerwünscht, weil sie den Reaktorbetrieb beeinflussen und die Inatrumente, die ei ob. in dem Reaktor befinden» eerstören

9 0 981 27§6,04

BA& ORiGINAl.

_t. U39830

P-360 T

können. Au·βerdem sind die bekannten Messmethoden unvorteilhaft, weil sie diekontinuierlioh und zeitraubend sind sowie die besondere Aufmerksamkeit einer Bedienungsperson beanspruchen« Die Unsicherheit, die durch die Verwendung von Messmethoden zum Messen der negativen Reaktivität be* dingt sind, die nur eine verzögerte und diskontinuierliche Ablesung der Messwerte ermöglichen, begrenzen die Anpassungsfähigkeit und Sicherheit des Reaktorbetriebs in nachteiligster Weise. Verfahrensmassnahmen, die die Auf· merksamkeit einer Bedienungsperson erfordern, sind darüber hinaus schon deshalb nachteilig, weil die Bereitstellung dieser Bedienungeperson den Reaktorbetrieb verteuert und wenn keine eigene Bedienungsperson bereitgestellt wird, dann wird die Bedienungsperson, die den Reaktor betreibt, an anderen Tätigkeiten, wie zum Beispiel dem Auswechseln des Brennstoffs oder dem Ingangsetzen des Reaktors, gehindert.

Et ist deshalb die Hauptaufgabe dieser Erfindung, ein Ver** fahren eu schaffen, um die negative Reaktivität von Neutronenmultiplikationeeyetemen schnell festzustellen¹.

Bins andere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung •Ines Verfahrens, um die negative Reaktivität in Neutronenaultiplikationeayattmen kontinuierlich zu bestimmen.

SAD OBlGlNAL

U39830

Sine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin» die negativ« Reaktivität von neutronenioultipllzlerenden Syste-OMii genmund schnell zu messen« «Arne den Betriebsablauf des System zu stören oder zu beeinflussen·

Hoch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin» ein Messverfahren zum Bestianen der negativen Reaktivität von neutronenaultlplisierenden Systemen zu schaffen» das nicht die Bedienung des Reaktors beansprucht«.

Oenäss der Erfindung ist das erf indungsgemfisse Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die spektralen Dichten dieser getrennten Signale miteinander verglichen werden» wobei vier diskrete Trequenzkanale ^₁, 4>₂» ω* und *ty verwendet werden» zwei dieser Prequensücanäle ^ und wg unter der Oren&frequens und zwei FrequenzkanSle ca* und (J^ über die Qrenfrequenz gewählt werden» die spektralen Dichten N₁, Hg» N, und Nj^ dieser getrennten Trequenzkanäle benutzt werden» um die negative Reaktivität des Reaktors gemäsa folgender Gleichung zu be* rechnen:

- die Orensfrequenz bei' kritischen Reaktor nit verzögerten neutronen}

9098 1 2/0*6 04

die Orenzfrequens bei der negativen Reaktivität f; der effektive Bruchteil verzögerter Neutronen;

- log"

log

log

log

Ui₄

und

log

Zur Messung wird eine neutronen«Bpfindliche Ionisationskam-■er in oder in der HMhe dtta Reaktorkerns angeordnet« Der Ausgang dieser Ioniaationskaoeer enthalt eine Olelchstrom« konponente« der Signale mit vielen Frequenzen Überlagert sind« Bei Verwendung geeigneter Filter können die Amplitu-

S09812/G604

BAO ORIGINAL

_ U39830

P-360 T

den von Signalen mit ganz bestimmten Frequenzen gleichzeitig gemessen und mit dem Abschaltbereich oder der Reaktivität des Reaktors in Beziehung gesetzt werden.

Die spektrale Dichte eines Systems entspricht dem mittleren Amplitudenquadrat des Teile der Störung, die in einem beetimoten Frequenzband enthalten ist, geteilt durch die Bandbreite, gemessen in Hertz. Es kann gezeigt werden, dasβ die spektrale Dichte einer Eingangseteuerfunktion eines Systems mit der spektralen Dichte der entsprechenden Auegangsfunktion durch folgende Gleichung in Beziehung EU setzen 1st:

wobei ^₀₀(¹O) und ^ii^ ) ^die spektralen Dichten bei den Frequenzintervallen am Ausgang und am Eingang und H(o) ) die Systemfunktion oder der Durchlaßabereich (frequency response) des Systems bedeuten.

In einem Kernreaktorsyatem setzt sich die Eingangsβteuerfunkt ion aue der kombinierten Wirkung der Quellenschwankungen und der inherenten Reaktivitätsschwankungen des Systeme zueammen. Da sowohl die von der Neutronenquelle frei werdenden neutronen sehr gering ale auoh die Reaktivitäteechwankungen des Systeme sehr klein und beide Effekte

BAD OWGINAt

t -H39830

etatietisohen Schwankungen unterworfen sind, kann die spektrale Dichte der Eingangseteuerfunktion in Hinblick auf die Frequenz für din subkritisohes System als konstant angenommen werden. iDie spektrale Dichte am Ausgang des uub~ kritischen Systems ist deshalb eine Konstante multipliziert mit dem Quadrat der Durchlassfrequenz des Systems. Die spektrale Dichte des Systemauegange entspricht dem gemessenen Wert und wird auf den Abschalter el oh des Neutronenmultiplikation88yetem8 bezogen,

I₀₀(Io ) kann experimentell duroh Filtern, Quadrieren und Zeltmittelung des Ausgangβsignalβ einer nautronenempfind* liehen Ionisationskammer und durch Dividieren durch die Bandbreite der ?iltorschaltung bestimmt worden.

Durch die Definition der spektralen Dichte ist die Ermittlung von Grenzwerten erforderlich. Deshalb ist experimentell nur eine annähernde Bestimmung von ^₀₀(M) möglioh.

Anhand der Piguren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert,

Figur 1 zeigt die spektrale Dichteverteilung der neutronenfluss chwankung eines typischen Reaktors sowohl für subkritisohe als auch für verzögert kritische Bedingungen.

- 7 909812/0604

BAD ORIGINAL

P-360 I

Figur 2 zeigt ein Blookschaltaohema einer erfindungeg·- attesen Anordnung.

Bit verschiedenen in dieser Beschreibung verwendeten Symbole können direkt auf die Darstellung in Figur 1 bezogen werden·

Die Kurven A und B zeigen die Frequenzabhängigkeit der spektralen Dichte der Schwankungen der Höhe des Feutronenflueses in einem typischen Reaktor für kritische und für subkritieche Bedingungen. Die Kurren A und B sind auf die Reaktorleistung normalisiert» Die Schwankungen des Signals am Auegang der Neutronen wahrnehmenden Ionisationskammer werden über einen bestimmten Frequenzbereich analysiert; um das Frequenzspektrum der Schwankungen oder Oszillationen zu erhalten. Die Amplitude des Signals oder, die spektrale Dichte ist auf der Ordinate in Figur 1 aufgetragen, während die Frequenz dee Signals den Abszissertwert darstellt. Die Grenzfrequenzen 6>_B(o) und Og(p) der Kurven A beziehungsweise B werden durch die Sohnittpunkte der geradlinigen Extrapolationen der oberen und mittleren frequenzbereiche der Kurven bestimmt. Der obere Frequenzteil jeder Kurve ist der relativ geradlinig abfallende Kurventeil über der Grenzfrequenz.De? mittlere Frequenz-

* 8 909812/0604

BAD ORIQiNAU

teil let der relativ gerade und horizontal verlaufende Teil der Kurve unterhalb der Grenzfrequenzc Die mittleren und oberen Prequenzteile der Kurve werden durch gerade Linien angenähert ι die duroh Messpunkte bei U)^ und (O2 *^{ur die} Mittelfrequenzbereiche und bei 4/3 und U?^ für die oberen Frequenzbereiche ermittelt werden. Die Kurve B ist eine aus einer Kurvenachar. Für jeden Wert der negativen Reaktivität existiert eine eigene Kurve. Die mittleren und oberen Prequenzteile der gesamten Kurveneohar bleiben in denselben allgemeinen Fr@quenzberei-> öhen. Dadurch können dieselben diskreten Fr-equenzintervalle ^/.j, &2» £/» und A^ zum Messen dar Signalamplituden Über einen weiten Bereich der negativen Reaktivität dee Reaktors verwendet wenden.

Sie Bestimmung dee Reektorabsohaltbereiehs oder negative Reaktivität durch Messung der spektralen Dichten der schwankenden Neutronenfluastärken bei verschiedenen diskreten Prequenzen kann auf folgende Welsen erfolgen:

1. Vier Prequenzkanäie CO'^₁ /^, #4 und ^A werden verwendet, um die Grenzfrequenz bei subkritiocher Einstellung des Reaktors zu messen* Zwei der flrequenzkanäle CJ^ und ii) 2 werden unterhalb der Grenzfrequenz in dem Uittelfrequenzbereich und zwei der Kanäle ^fC und ^Λ werden Über

9098if>0f04

BAD ORIGINAL

U39830

P-36Ö M

der Grenzfrequenz in dem oberen Frequenzbereich verwendet. Die vier Frequenzen bestimmen zwei gerade Linien, deren Schnittpunkt die Grensfrequenz, wie in Figur 1 dargestellt, bestimmt. Se muss sorgfältig vermieden werden, dass 4^j einem solchen Hoohfrequenzkanal zugeordnet wird, Aase das Detektorrauschen ins Gewicht fällt. Die Grenzfrequenz für den subkritischen Zustand des Reaktors li)%(f>) kann aus folgender Gleichung gelöst werden» die die Lösung für den Schnittpunkt von zwei geraden Linien, die auf einer logarithttisohen Skala aufgetragen sind, darstellt:

ÜrjA. AM B

loj

Dieser Wert für die Grenzfrequenz,der aus den Meeeungen für die spektrale Dichte bestimmt wird, kann in folgende Gleichung für die negative Reaktivität eingesetzt werden:

f ^ee

wobei ^L(O) * die Grenzfrequenz bei verzögert kritischen Bedingungen ist, die aus Gleichung (1) bestimmt werden kann, indem die Werte der epektralen Dichte verwendet werden, die bei verzögert kritischem Zustand gemessen wurden)

· die Grenefrequeni fOr den aubkritieohen Zu-

•tand de· Reaktor»ι
ο - die negative Reaktivität in B-Binheiten

(dollar·) und

ß_ « der effektiv vereögerte Heutrontnbruohteil

Ut;; ■ ■'..-■.-

V₁1 N₂, Hj und H₄ ein4 die Werte für di· epektrAlea Diohten bei trefaensen CJ^₉ CJ₂* &% und 4Λ und A, B, O₉ 9 lind S eind Konetenten, die von den gewählten fre^uensen abhängen und die dnroh folgend· Gleichungen berechnet werden:

B ■ -log ^- .

Bineetfeen der fUr die kombinierten Gleichungen (1) und (iß) erforderlichen Informationen direkt in einen einfachen Computer wird ein Wert fUr die negative Reaktivität oder den Abeohaltbereloh η erhalten«

909812/0604

M6O Jft

2. Zwei Frequenekanäle CJ^ und Q^ werden soweit ale praktisch möglich voneinander verschieden gewählte. Das Verhält nis der spektralen Dichten ,' die diesen zwei Frequenzen
entsprechen, wird berechnet und die nagetive Reaktivität aufgrund folgender Gleichung bestimmti

wobei A die Neutronenlebenszeit ist*

Da der dritte Term auf der rechten Seite der Gleichung (3) im Vergleich zu dem zweiten Term für Frequenzen von 3C Herta oder grosser klein ist, kann eine gute Annäherung durch Vernachlässigen des dritten Terms gefunden v/erden, intern die Gleichung für die Reaktivität ο wie folgt gelöst
wird:

Mit einem geeignet geeichten Messgerät kann das Verhältnis der epektralen Dichten ^K-j/N, direkt &Xa Wert für di« Reaktivität ρ abgelesen werden.

3· Die spektrale Dichte im verzögert kritischen Zustand
des Reaktors wird bei einer einzigen Frequenz U)^ gemessen. Diese Frequenz '-Q ₁ soll unterhalb der Grenzfrequenz

«- 12 "

909812/0604 BAD ORIGINAL

, U39830

Ar

liegen. Unter Verwendung der vorher gemessenen spektralen Diohte N₁₀ bei verzögert kritischem Zustand de« Reaktors als Bezuganormal, wird die spektrale Diohte bei derselben Frequenz U) ^ in einem verzögert kritischen Zustand des Reaktors gemessen. Das Verhältnis der subkritischen spektralen Dichte zu der verzögert kritischen spektralen Dichte wird dann verwendet, um den Abschaltbereich direkt

anhand folgender Gleichung zu errechnen:

■ - 1 (5)

R a die subkritische spektrale Sichte bei ^1 die verzögert kritisch®"spektrale Dichte

- Nj~»

Q » das Verhältais a@s Heutronenflueses, gemessen

bei der nag® isiven Reaktivität ο zu dem Neu-

j^ bsi derselben Reaktorleistung, bei der der Bezugswert N₁₀ der verzögert kritischen spektralen Dichte gemessen wurde·

In Figur 2 ist sine AusfUhrungsform eines Systems dargestellt, um den Absohaltbereich des Reaktors gemäsa dieser Erfindung zu messen. Die Schwankungen der Stärke des Neutronenfluss es in dem Reaktor 1 werden von einer neutronen

~ 13 * '

909812/0604
BAÖ

U39830

P-360 >

empfindlichen Kammer 2 abgetastet, deren Auegangsstrom . duroh eine Leitung 3 su eines Breitbandverstärker 4 geleitet wird. Der Spannungsauegang des Verstärken wird su einer sohaltung geleitet, die feste frequen-fliter 5 aufweist, deren Zahl von 1 bis 4 in Abhängigkeit von dea Messverfahren variieren kann. Vier feste Frequensfliter sind fttr dl· Methode, die unter 1., swei sind für die Methode, die unter 2« und einer ist fttr-die Methode, die unter 3· genannt wurde,erforderlich. Das Signal wird dann in Sohaltvorriohtungen 6 quadriert und die Zeitmittelung in den Schaltungen 4 vorgenommen. Die einzelnen Ausgänge dar Zeitaittelungseinriohtungen sind die spektralen Dichten, die »it jedes festen frequenskanal gemessen wurden· Si· Messwerte, die den spektralen Liohttn entsprechen, werden von den Zeitmittelungsvorrichtungen su einer Rechenmaschine geleitet, die so eingestellt ist,dass sie den Reaktorabsohaltsbereloh gemäss einem der drei oben beschriebenen Messverfahren berechnet.

Jedes der drei Messverfahren sum Bestimmen der negativen Reaktivität des Reaktors hat bestimmte Tortelle und Hachteile. Beispielsweise erfordert das unter 1. beschriebene Verfahren rier filter mit engen Durchlassberelohen. Bis Ergebnisse können direkt und genau erhalten werden· Auch andere Parameter können gleichseitig bestimmt werden. Der

- 14 -

909812/OfeOA

BAD

U39830

P-360 θ

Reohenaufwand ist verhältniamäasig groaa und erfordert einen komplizierteren Computer als er für die Meseverfahren_f die unter 2. und 3. genannt würden', erforderlich ist. Die Methode, die twei Jrequenekanäle benötigt und unter 2. beaohrieben wird, iat für die meisten Zwecke hinreiohend genau und ist ein einfache β Verfahren, um den Abeohaltbereich eines Reaktors su bestimmen. Dadurch, dass für dieses Verfahren als Messgrösse dae Verhältnis von spektralen Dichten verwendet wird, wird automatisch die Notwendigkeit der Kompensation der Gleichstromkomponente beseitigt und ebenso können viele Streusignale ausgeschaltet werden, die nicht von der Neutronenquelle selbst aus· gehen. Das dritte Verfahren sua Bestimmen des Abschaltbereiohs erfordert nur einen frequenskanal* Üs ist jedoch ein stabilerer Instrumentenaufbau erforderlich als bei den anderen beschriebenen Verfahren. Dieser Mehraufbau an Geräten ist dadurch bedingt, dass als Bezugswert die verzögert kritische Spektraldichte N₁₀ gespeichert werden ■use.

Meohanieohe 8toreffekte, die in einem Reaktorsystem erseugt werden,können ausgeschaltet werden, indem die Prequenekanale sorgfältig abgestimmt werden» Meohanieohe Störungen sind auf verschiedene Weisen möglich, beispielsweise durch Schwingungen der Regel- oder Brennstoffstäbe und duroh Schwankungen der Dichte oder der Strömungsgesohwin-

BAD

• U39830

Ρ·36Ο « Al

digkeit des Reaktorkühlmittele. Ba mechanische Störungen meistens in engen, eioh nicht Überschneidenden Frequenzbereichen auftreten, ermöglicht ein sorgfältiges Studium dee Reaktorfrequenzspektrums die Auswahl von Frequenzen für die Verfahrenemassnahmen, die unter 1., 2. und 3« beschrieben wurden und die von mechanischen Störungen un~ beeinfluesbar sind.

Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemässen Massnahmen besteht in der Geschwindigkeit der Messung des Reaktor» abschaltbereichea mittels der gleichzeitigen Messung mit einigen wenigen diskreten Frequenzkanälen. Deshalb-wird selbst wenn genügend Zeit gegeben wird, um gute statist!» sehe Mittelwerte zu erhalten, der Wert für die negative Reaktivität fast unmittelbar erhalten. Im Gegensatz hierzu waren mit bekannten Verfahren etwa 20 Minuten erforderllch, um das ganze Frequenzspektrum abzutasten«, Unter Bedingungen, bei denen dar Reaktorabschaitbereich sich infplge der Xenon-Bildung ändert, werden beim Abtasten des gesamten Frequenzspektrums Amplitudenwerte bei den verschiedenen Frequenzen erhalten, die nicht dieselben Reaktivitätsbedingungen wiedergeben. Der Mitfcelfrequenzteil der Kurve B in Figur 1 zum Beispiel, kann auf verschiedene Welse durch die sich ständig ändernden Reaktivitätsbedingungen bei den langen Zelten, die erforderlich sind, um das Frequenzspektrum abzutasten, beeinflusst werden. Bei

BAD ORIGINAL '

P-360 fl%

zunehmender Xenon-Konzentration und deshalb bei zunehmender negativer Reaktivität neigt die Kurve B₁ wenn das Fr·» qüenzspektruia von niederen zu höheren Werten der Frequenz, abgetastet wird, dazu, sich zunehmend in dem mittleren Frequenzbereich zu krümmen, wobei eine gröesere Neigung in den oberen Mittelfrequenzbereiohen zu verzeichnen ist. Sie dem mittleren Frequenzbereich entsprechende spektrale Sichte nimmt mit zunehmenden Frequenzen ab und zeigt eine Grenzfrequenz an, die höher als die Grenzfrequenz 1st, die den tatsächlichen Reaktorabschaltbereioh zn Irgendeiner Zeit wiedergibt, während der die Fretu-ensmessung stattfindet. Wenn die Abtastung des Flusses von höheren zu niederen Frequenzen bei zunehmender negativer Reaktivität erfolgt, wird eine Grenzfraqusnz gemessen, die zu klein 1st. Zusätzliche Schwierigkeiten treten infolge der Tatsache auf, das3 die negative Reaktivität während des Xenon-Abbaus abnehmen kann. Wenn von niederen zu höheren Frequenzen abgetastet wird und die negative Reaktivität abnimmt, wird eine Grenzfrequenz gemessen, die kleiner ist als die Grenzfrequenz; die der tatsächlich in dem Reaktor herrschenden negativen Reaktivität zu jeder Zeit entspricht, während die Amplituden der Frequenzen gemessen werden. Wenn von höheren zu niederen Frequenzen abgetastet wird, wird die resultierende Grenzfrequenz als zu gering bestimmt.

- 17 -

909812/0604

BAD ORIGINAL

ij

'·'■·" '■■■· ' ■' B e i β pi e 1 ■■

die Durchführbarkeit der Messung der negativen Reaktititit durch Analyst dtr Schwankungen der spektralen Dichte detiÄeutronenflueeet eu demonstrieren, wurde mit einem naih den trfindungegejnäeeen Prineipien konstruierten Ana« lyfcatör die negative Reaktivität de· Bulk Shielding Reactor le Oak Ridge National Laboratory gemessen. .* · ·

8eehs fette Prequenekanäle wurden gewählt, von denen die Werte gleichzeitig verwertet werden konnten. Die Mittelfrequenaen der Kanäle waren 6, 10, 20, 40, 60 und 100 Herte alt festen Bandbreiten von 6 Herte (Breite bei halbem Maximal· wert).Dae Filter, das fUr jeden dieser Kanäle verwendet wurde, bestand aus einen Üblichen Verstärker mit einer Twin-T oder Parallel-Brückenechaltung in dem RUokkopplunge·» kreis« Dtr Eingang zu den Filtern war der Ausgang eines Breitbandverstärkers (1 - 600 Herte) auf den der Ström einer alt Stickstoff gefüllten und mit Bor überzogenen Ionisationskammer gegeben wurde. Der Ausgang jedes Filters wurde eineein quadriert und Über die Ze¹It gemittelt. Die mittleren Quadratwerte oder die spektralen Dichten wurden auf einem Zeiger-Voltmeter abgelesen.

Bin transistorgesteuerter Analogcomputer, TR-IO, wurde in Verbindung mit den Twin-T-Piltern verwendet, um die Quadrie-

*., -' ■.
909812/0604

U39830

rung und die Zeitmittelung durchzuführen. Der Neutronendetektor war eine stickstoff gefüllte, mit Bor überzogene Ionisationskammer (R8H-76A) τοη Reuter-Stokea und der Breitbandverstärker war besondere fUr die Sturanalyee konstruiert. Der Breitbandverstärker besasa einen Veretärkungegrad von 2,5 x .10* und das Verstärkerrauaohen, beeogen auf den Eingang» betrug 4 Mikrovolt bei Einstellung auf den Höchstwert.

Der mittlere quadratische Wert oder die spektrale Diohts, die mit jedem Prequenrkanal gemessen wurde, wurde einsein duroh Schalten dee Voltmetera abgelesen. Alle Messungen der spektralen Dichte wurden entsprechend dem Störpegel korrigiert. Die Werte für die negative Reaktivität wurde dann unter Verwendung der Gleichung (3) nach dem ob#n unter 2. beaohriebenen Verfahren berechnet. Dieses unter 2· beschriebene Verfahren wurde aussohliesslioh in dieser Anordnung verwendet, da es die einfachste und.geeignetste Methode war. Negative Beeugsreaktivitaten wurden ermittelt unter Verwendung des wohlbekannten Verfahrene, das ■it verteiltem Heutronenfanger arbeitet. Ein Vergleich der Ergebnisse, die mit dem erfindungagemäaaen Verfahren erhalten wurden, mit den Ergebnissen, die mit bekannten Verfahr enimaasnahmen in demselben Reaktor bei gleichen Bedingungen ermittelt wurden, ist in nachfolgender Tabelle aufgeführt t

909812/0604

BAD ORIGINAL

H39830 *-360

HbtUi Bubkritleohe Verhältnisse

legative Ätaktivität bestimat nach

dim bekannten Verfahren unter Verwsnr

dung Ton verteiltem Heutronenfänger-

■aterial 0,28 0,66 0,99

legative BeaktlTltät ermittelt durch

Analyse der spektralen Diohte nach

dieser Erfindung 0,27 0,66 1,1

Es 1st «war klar, dass die Berechnungen der negativen Reaktivitäten entsprechend Gleichung (3) von Hand gemacht werden können, es wird jedoch eine einfache elektronische Rechenmaschine bevorzugt, wenn daa Verfahren routineaäeslg durchgeführt wird« Eine Rechenmaechine fuhrt die

erforderlichen Berechnungen schneller aus als es von Hand möglich ist und ermöglicht weiter eine kontinuierliche Ablesung der Werte.

Viele Abänderungen und Abweichungen von dem beschriebenen Beispiel sind in Rannen der Erfindung möglich. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal aue der PiIterachaltung anstelle des Quadrieren vor der Zeltmlttlung gleichgerichtet werden.

- 20 909Θ11/0«04

Claims (3)

1. .) Verfahren zum Messen der negativen Reaktivität eines Kernreaktors, bei dem das Ausgangesignal eines den Neutronenstron in dem Reaktor ausgesetzten Neufcronendetektors verstärkt und gefiltert wird, um getrennte Signale in wenigstens sWei, diskreten, unterschiedlichen Frequenzkanälen au erhalten, und bei dem die spektrale Diente Jede· dieser getrennten Signale ermittelt wird, dadurch . gekennseiciuiet, daO die spektralen Dichten dieser getrennten Signale Miteinander verglichen werden, wobei

   vier diskret· Frequenskanäle U^, (J^, Ou und CJ ^ verwendet werden, «wei dieser FrequenzkanäiaW_? und LJ₀ unter der Orenefrequenz und zwei Frequenzkanäle tJ und (Jl übir die Grensfrequenz gewählt wmrden, die spektralen . Dichten N*, M., N« und N. dieser getrennten Frequenzkanale benutzt, werden» um die negative Reaktivität des Reaktors geraäfl folgender Gleichung zu berechnen*

   wobei

   Q_n(O) » die Orenzfrequenz bei kritisch·».Reaktor eit versugerten Neutronen ι

   §09/

   Neuo ünteriastfen ^- ^

   BAD OWGlHAL

   die Grenzfrequenss bei der negativen Reaktivität O \

   der effektive Bruchteil verzögerter Neutronen ι

   log τ—"⁴ und
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß zwei Frequenskanttle w^ und CJ. getrennt werden, daß die spektralen Dichten N. und Nr dieser Frequenckanäle verwendet werden, ua die negative Reaktivität O des Reaktors nach folgender Gleichung eu berechnen

   1 ♦

   909812/0104

   BAD ORIGINAL

   wobei A · di· lf*utronenleb«nedauer und

   · der effektiv rereögerte Bruchteil der neutronen let*
3. 3. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi ewe! beetiMite Irequetiakaiiale CO ^ uod ^^ leoliert werden, daO die Frequen»kanäle_O^ und Q^ eioh wenig·tene ue 30 Berts unterscheiden« dafl die epektralen Dichten N₁ und M. dieser getrennten Frequens lcanäle verwendet werden, na die negative Reaktivität dee Reaktors nach folgender Gleichung su bereohnent

   wobei A · die ITeutronenlebensdauer und

   A_% m der effektiv vsrstgerte »eutrenenbruchtell iet

   909812Γ0604