EP2984653A1 - Dispositif de traitement de signaux detectes par des detecteurs de neutrons et dispositif de controle commande associe - Google Patents

Dispositif de traitement de signaux detectes par des detecteurs de neutrons et dispositif de controle commande associe

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EP2984653A1
EP2984653A1 EP14713508.1A EP14713508A EP2984653A1 EP 2984653 A1 EP2984653 A1 EP 2984653A1 EP 14713508 A EP14713508 A EP 14713508A EP 2984653 A1 EP2984653 A1 EP 2984653A1
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EP
European Patent Office
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pulses
series
neutron detectors
clock
switches
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Withdrawn
Application number
EP14713508.1A
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German (de)
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Inventor
Mounir BAKKALI
Romain Coulon
Stéphane NORMAND
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/10—Structural combination of fuel element, control rod, reactor core, or moderator structure with sensitive instruments, e.g. for measuring radioactivity, strain
    • G21C17/108—Measuring reactor flux
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00—Control of nuclear reaction
    • G21C7/36—Control circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a device for processing signals detected by neutron detectors and the associated nuclear reactor core control device.
  • the control and protection of the core of a civil nuclear power reactor is currently ensured by the use of multi-section neutron detectors providing a continuous signal that covers the height of the core to measure the neutron flux and the axial distribution of power. emitted by the reactor core.
  • Each neutron detector provides a detection signal that is transmitted to the control room.
  • the electrical system that transmits the detection signals to the control room consists of a plurality of cables (there are as many cables as detectors). Such a system is complex in structure and its maintenance is often difficult to implement. It is an expensive system. Moreover, the quality of certain electrical connections may not be excellent because of poor impedance matching of certain connections. Detected signals can then be partially reflected.
  • the transmission system of the invention does not have these disadvantages.
  • the invention relates to a signal processing device detected by a set of n neutron detectors, the device comprising: switches each having an input and an output, each switch receiving, on its input, a detected signal coming from a different detector, the outputs of the n switches being connected together, and
  • a clock generator which comprises a clock circuit and a sequential counter controlled by the clock circuit and able to simultaneously deliver a plurality of series of pulses, each series of pulses of the plurality of series of pulses; constituting the control signal of a different switch, the pulses of any two sets of pulses of the plurality of sets of pulses being temporally disjointed.
  • the signal processing device comprises means for widening the pulse width of at least a first series of pulses with respect to the pulse width of at least a second series of pulses. pulses.
  • the signal processing device further comprises means for electrically isolating the switches from a high DC power supply voltage of the neutron detectors.
  • This characteristic of the invention is implemented in the case where the high DC power supply voltage of the neutron detectors is present where the detection signal is taken.
  • the invention also relates to a nuclear reactor core control device which comprises a plurality of neutron detectors and a signal processing device according to the invention.
  • the neutron detectors are fission chambers.
  • FIG. 1 shows the block diagram of an example of a control device which comprises a detection signal transmission system according to the invention
  • FIG. 2 represents the block diagram of an example of a detection signal transmission system according to the invention
  • FIGS. 3A-3D represent clock signals associated with the transmission system of FIG. 2;
  • FIGS. 4 and 5 illustrate two different modes of operation of an example of a detection signal transmission system of the invention.
  • FIG. 1 represents the block diagram of an exemplary control device which comprises a device for processing detection signals of the invention.
  • a transmission line L and an electrical bushing T make it possible to extract from building B the signal delivered by the processing device D.
  • the neutron detectors of the control device are fission chambers.
  • the neutron detectors are, for example, ionization chambers with boron deposition compensated or not with gamma rays, proportional counters with boron deposition, etc.
  • FIG. 2 represents the block diagram of an exemplary detection signal processing device of the invention.
  • the processing device D. of the invention comprises n analog switches.
  • the sequential counter Sq comprises three cascaded clock circuits Hi, H 2 , H 3 .
  • the clock circuit H operates preferentially autonomously in astable configuration.
  • the clock signal delivered by the clock circuit H controls the clock circuit Hi of the sequential counter.
  • the clock signal Ci delivered by the clock circuit Hi controls the clock circuit H 2 of the sequential counter and constitutes the control signal of the switch Ki.
  • the clock signal delivered by the clock circuit H 2 controls the clock circuit H 3 which delivers a clock signal which constitutes the control signal C 2 of the switch K 2 .
  • the frequency and the duty cycle of the clock signals delivered by the clock circuits Hi, H 2 , H 3 are adjustable using components.
  • FIG. 3A represents the clock signal h delivered by the clock circuit H and FIGS. 3B, 3C, 3D respectively represent the clock signals hi, h 2 , h 3 delivered by the respective clock circuits Hi, H 2 , H 3 .
  • the clock signal h 2 is not used as a switch control signal.
  • the clock signals hi and h 3 constitute the control signals Ci and C 2 of the respective switches K 1 and K 2 .
  • the duration in the high state of the signal delivered by the clock circuit H 2 makes it possible to define the time in the low state between the output of the clock circuit Hi and the output of the clock circuit H 3 .
  • the frequency as well as the duty cycle of the input signal of the sequential counter are defined so that the duration in the low state is identical between the signal C 2 and the signal Ci and between the signal Ci and the signal C 2 .
  • the different currents i, (t) are collected at the output of the processing device D to form a total current i T (t) which is the sum of the currents i, (t).
  • FIGS. 4 and 5 illustrate two different modes of operation of a detection signal transmission system of the invention consisting, by way of non-limiting example, of two transmission paths.
  • the control signals Ci and C 2 consist, respectively, of two series of pulses of the same frequency and the same width.
  • a pulse that participates in the series of pulses constituting the control signal Ci is located, in time, equidistant from two successive pulses which constitute the signal C 2 and vice versa.
  • the control device can identify the appearance of the fault, but it is not possible to identify the fission chamber that has the default.
  • the width of the current pulses ii (t) is set to be different from the width of the current pulses i 2 (t).
  • the width of the current pulses i 2 (t) is set greater than the width of the pulses of current ii (t). This is achieved by a judicious choice of the clock signals which constitute the control signals of the switches K 1 and K 2 .
  • a selection time is then defined for the currents delivered by the different fission chambers different from one fission chamber to the other.
  • the current i T (t) consisting of currents ii (t) and i 2 (t) is then digitized.
  • the digitization of the current i T (t) leads to obtain a different number of digital samples for each fission chamber. It is thus possible to identify the fission chambers. As soon as a fault appears on a fission chamber, it is then possible to identify the chamber concerned by this fault.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de traitement de signaux détectés (iCF1(t), iCF2(t)) par un ensemble de n détecteurs de neutrons (CF1, CF2), le dispositif comprenant : -n commutateurs (K1, K2) ayant chacun une entrée et une sortie, chaque commutateur recevant, sur son entrée, un signal détecté provenant d'un détecteur différent, les sorties des n commutateurs étant reliées entre elles, et -un générateur d'horloge qui comprend un circuit d'horloge (H) et un compteur séquentiel (H1, H2, H3) commandé par le circuit d'horloge et apte à délivrer une pluralité de séries d'impulsions, chaque série d'impulsions de la pluralité de série d'impulsions constituant le signal de commande d'un commutateur différent, les impulsions de deux séries d'impulsions quelconques de la pluralité de séries d'impulsions étant disjointes.

Description

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SIGNAUX DETECTES
PAR DES DETECTEURS DE NEUTRONS ET DISPOSITIF DE CONTROLE COMMANDE ASSOCIE
DESCRIPTION
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne un dispositif de traitement de signaux détectés par des détecteurs de neutrons et le dispositif de contrôle commande de cœur de réacteur nucléaire associé.
Le contrôle et la protection du cœur d'un réacteur nucléaire électrogène civil sont actuellement assurés par l'utilisation de détecteurs neutroniques multi-sections fournissant un signal continu qui couvre la hauteur du cœur afin de mesurer le flux neutronique et la distribution axiale de la puissance émise par le cœur du réacteur. Chaque détecteur neutronique fournit un signal de détection qui est transmis jusqu'à la salle de contrôle commande.
Le système électrique qui transmet les signaux de détection jusqu'à la salle de contrôle commande est constitué d'une pluralité de câbles (il y a autant de câbles que de détecteurs). Un tel système est de structure complexe et sa maintenance est souvent difficile à mettre en œuvre. C'est un système coûteux. Par ailleurs, la qualité de certaines liaisons électriques peut ne pas être excellente du fait d'une mauvaise adaptation d'impédance de certaines connexions. Des signaux détectés peuvent alors être partiellement réfléchis.
Le système de transmission de l'invention ne présente pas ces inconvénients.
Exposé de l'invention
En effet, l'invention concerne un dispositif de traitement de signaux détectés par un ensemble de n détecteurs de neutrons, le dispositif comprenant : -n commutateurs ayant chacun une entrée et une sortie, chaque commutateur recevant, sur son entrée, un signal détecté provenant d'un détecteur différent, les sorties des n commutateurs étant reliées entre elles, et
-un générateur d'horloge qui comprend un circuit d'horloge et un compteur séquentiel commandé par le circuit d'horloge et apte à délivrer simultanément une pluralité de séries d'impulsions, chaque série d'impulsions de la pluralité de série d'impulsions constituant le signal de commande d'un commutateur différent, les impulsions de deux séries d'impulsions quelconques de la pluralité de séries d'impulsions étant temporellement disjointes.
Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le dispositif de traitement de signaux comprend des moyens pour élargir la largeur des impulsions d'au moins une première série d'impulsions par rapport à la largeur des impulsions d'au moins une deuxième série d'impulsions.
Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le dispositif de traitement de signaux comprend, en outre, des moyens pour isoler électriquement les commutateurs d'une haute tension continue d'alimentation des détecteurs de neutrons. Cette caractéristique de l'invention est mise en œuvre dans le cas où la haute tension continue d'alimentation des détecteurs de neutrons est présente là où est prélevé le signal de détection.
L'invention concerne également un dispositif de contrôle commande de cœur de réacteur nucléaire qui comprend une pluralité de détecteurs de neutrons et un dispositif de traitement de signaux conforme à l'invention.
Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les détecteurs de neutrons sont des chambres à fission.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : - La figure 1 représente le schéma de principe d'un exemple de dispositif de contrôle commande qui comprend un système de transmission de signaux de détection selon l'invention ;
- La figure 2 représente le schéma de principe d'un exemple de système de transmission de signaux de détection selon l'invention ;
- Les figures 3A-3D représentent des signaux d'horloge associés au système de transmission de la figure 2 ;
- Les figures 4 et 5 illustrent deux modes de fonctionnement différents d'un exemple de système de transmission de signaux de détection de l'invention.
Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.
Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers de l'invention
La figure 1 représente le schéma de principe d'un exemple de dispositif de contrôle commande qui comprend un dispositif de traitement de signaux de détection de l'invention.
Le dispositif de contrôle commande comprend un ensemble de n chambres à fission CF, (i=l, 2, n) qui délivrent des signaux de détection et un dispositif de traitement de signaux D qui met en série les signaux de détection délivrés par les chambres à fission. Les chambres à fission CF, (i=l, 2, n) sont placées le long du cœur de réacteur 1. Le cœur de réacteur 1, les chambres à fission CF, (i=l, 2, n) et le dispositf de traitement D sont placés dans un bâtiment B. Une ligne de transmission L et une traversée électrique T permettent d'extraire du bâtiment B le signal délivré par le dispositif de traitement D.
Selon le mode de réalisation de l'invention représenté en figure 1, les détecteurs de neutrons du dispositif de contrôle commande sont des chambres à fission. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, les détecteurs de neutrons sont, par exemple, des chambres d'ionisation à dépôt de bore compensées ou non aux rayons gamma, des compteurs proportionnels à dépôt de bore, etc.. La figure 2 représente le schéma de principe d'un exemple de dispositif de traitement de signaux de détection de l'invention.
Sur l'exemple de la figure 2, le dispositif de traitement D comprend deux commutateurs analogiques K, (i=l, 2), un circuit d'horloge H et un compteur séquentiel Sq. De façon plus générale, le dispositif de traitement D de l'invention comprend n commutateurs analogiques.
Chaque commutateur analogique K, reçoit sur son entrée le courant icFi(t) délivré la chambre à fission CF,. Le compteur séquentiel Sq comprend trois circuits d'horloge en cascade Hi, H2, H3. Le circuit d'horloge H fonctionne préférentiellement de manière autonome en configuration astable. Le signal d'horloge délivré par le circuit d'horloge H commande le circuit d'horloge Hi du compteur séquentiel. Le signal d'horloge Ci délivré par le circuit d'horloge Hi commande le circuit d'horloge H2 du compteur séquentiel et constitue le signal de commande du commutateur Ki. Le signal d'horloge délivré par le circuit d'horloge H2 commande le circuit d'horloge H3 qui délivre un signal d'horloge qui constitue le signal de commande C2 du commutateur K2. De façon connue en soi, la fréquence et le rapport cyclique des signaux d'horloge délivrés par les circuits d'horloge Hi, H2, H3 sont ajustables à l'aide de composants.
Afin de séparer correctement dans le temps les impulsions de commande des commutateurs, le signal d'horloge délivré par le circuit d'horloge H2 n'est pas utilisé comme signal de commande. De façon plus générale, dans le cas où le compteur séquentiel Sq comprend n circuits d'horloge, les signaux d'horloge délivrés par la suite de circuits d'horloge Hk (k=2, 4, 6, n+(n-2)) ne sont pas utilisées pour constituer des signaux de commande de commutateur.
A titre d'exemple non limitatif, la figure 3A représente le signal d'horloge h délivré par le circuit d'horloge H et les figures 3B, 3C, 3D représentent respectivement les signaux d'horloge hi, h2, h3 délivrés par les circuits d'horloge respectifs Hi, H2, H3. Le signal d'horloge h2 n'est pas utilisé comme signal de commande de commutateur. Les signaux d'horloge hi et h3 constituent les signaux de commande Ci et C2 des commutateurs respectifs Ki et K2. Le compteur séquentiel fonctionne de telle sorte que le front descendant de l'impulsion qui commande le circuit d'horloge H, (i=l, 2, 3) déclenche le front montant du signal d'horloge qui est délivré par le circuit d'horloge Hi+i. La durée à l'état haut du signal délivré par le circuit d'horloge H2 permet de définir la durée à l'état bas entre la sortie du circuit d'horloge Hi et la sortie du circuit d'horloge horloge H3. La fréquence ainsi que le rapport cyclique du signal d'entrée du compteur séquentiel sont définis de façon que la durée à l'état bas soit identique entre le signal C2 et le signal Ci et entre le signal Ci et le signal C2.
Chaque commutateur analogique K, (i=l, 2) reçoit sur son entrée le courant iCFi(t) délivré par la chambre à fission CF, et délivre un courant i,(t) découpé au rythme du signal de commande . Les différents courant i,(t) sont rassemblés en sortie du dispositif de traitement D pour former un courant total iT(t) qui est la somme des courants i,(t).
Les figures 4 et 5 illustrent deux modes de fonctionnement différents d'un système de transmission de signaux de détection de l'invention constitué, à titre d'exemple non limitatif, de deux voies de transmission.
Dans le premier mode de fonctionnement (cf. figure 4), les signaux de commandes Ci et C2 sont constitués, respectivement, de deux séries d'impulsions de même fréquence et de même largeur. Une impulsion qui participe à la série d'impulsions qui constitue le signal de commande Ci est située, dans le temps, à égale distance de deux impulsions successives qui constituent le signal C2 et réciproquement. Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, il n'est pas possible de distinguer, parmi les impulsions de courant iT(t), les impulsions de courant ii(t) des impulsions de courant i2(t). Lorsqu'un défaut de fonctionnement apparaît sur seulement l'une des deux chambres à fission, le dispositif de contrôle commande permet d'identifier l'apparition du défaut, mais il n'est pas possible d'identifier la chambre à fission qui présente le défaut.
De façon avantageuse, selon un autre mode de fonctionnement de l'invention (cf. figure 5), la largeur des impulsions de courant ii(t) est réglée pour être différente de la largeur des impulsions de courant i2(t). Selon l'exemple choisi, la largeur des impulsions de courant i2(t) est réglée supérieure à la largeur des impulsions de courant ii(t). Ceci s'obtient par un choix judicieux des signaux d'horloge qui constituent les signaux de commande des commutateurs Ki et K2. On définit alors un temps de sélection des courants délivrés par les différentes chambres à fission différent d'une chambre à fission à l'autre.
Le courant iT(t) constitué des courants ii(t) et i2(t) est ensuite numérisé. La numérisation du courant iT(t) conduit à obtenir un nombre d'échantillons numériques différent pour chaque chambre à fission. Il est ainsi possible d'identifier les chambres à fission. Dès lors qu'un défaut apparaît sur une chambre à fission, il est alors possible d'identifier la chambre concernée par ce défaut.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de traitement de signaux détectés (icFi(t), icF2(t)) par un ensemble de n détecteurs de neutrons (CFi, CF2), caractérisé en ce qu'il comprend :
- n commutateurs (Ki, K2) ayant chacun une entrée et une sortie, chaque commutateur recevant, sur son entrée, un signal détecté provenant d'un détecteur différent, les sorties des n commutateurs étant reliées entre elles, et
- un générateur d'horloge qui comprend un circuit d'horloge (H) et un compteur séquentiel (Hi, H2, H3) commandé par le circuit d'horloge et apte à délivrer une pluralité de séries d'impulsions, chaque série d'impulsions de la pluralité de série d'impulsions constituant le signal de commande d'un commutateur différent, les impulsions de deux séries d'impulsions quelconques de la pluralité de séries d'impulsions étant disjointes.
2. Dispositif selon la revendication 1 et qui comprend des moyens pour élargir la largeur des impulsions d'au moins une première série d'impulsions par rapport à la largeur des impulsions d'au moins une deuxième série d'impulsions.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 et qui comprend, en outre, des moyens pour isoler les commutateurs (Ki, K2) d'une haute tension continue d'alimentation des détecteurs de neutrons.
4. Dispositif de contrôle commande de cœur de réacteur nucléaire qui comprend une pluralité de détecteurs de neutrons, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de traitement de signaux détectés conforme à l'une des revendications 1 à 3.
5. Dispositif de contrôle commande de cœur de réacteur selon la revendication 4, dans lequel les détecteurs de neutrons sont des chambres à fission.
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