FI81698B - Foerfarande foer foerhindrande av oavsiktligt kritiskt tillstaond i en kaernbraensledriven elkraftgenererande enhet. - Google Patents

Description

1 81698

Menetelmä tahattoman kriittisen tilan estämiseksi ydinpolttoainetta käyttävässä sähköntuotantoyksikössä Tämä keksintö koskee menetelmää kriittisen tilan tahattoman lähestymisen havaitsemiseksi ydinpolttoainetta käyttävässä sähkötehoa tuottavassa yksikössä, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: kehitetään hetkellistä reaktorin, jonka reaktiivisuusta-so on noin 10“^ prosenttia tai alempi reaktoritehosta, neutroni-vuota vastaava hetkellinen neutronivuon laskentataajuussignaali olosuhteiden havaitsemista, jotka johtaisivat tahattomaan kriittiseen tilaan painevesireaktorin (PWR) ja kiehutusreaktorin (BWR) sisältävässä ydinpolttoainetta käyttävässä sähköntuotantoyksikössä sekä sitä, että aikaansaataisiin tapahtuman päättämiseksi automaattinen toiminta ja/tai hälytys, johon käyttäjä voi reagoida. Se soveltuu erityisesti tahattoman boorilaimennuksen havaitsemiseksi sammutetussa painevesireaktorissa.

Ydinreaktorin, joka on sammutettu, tulee ehdottomasti pysyä ali-kriittisenä eikä se saa tahattomasti palautua tehoa tuottavaksi. Sellainen tapahtuma voisi sattua esim. monimutkaisen ohjausjärjestelmän komponentin vian johdosta tai seurauksena käyttäjän suorittamasta tahattomasta toimenpiteestä. Joka tapauksessa sellaisen tapahtuman aikana reaktori lähestyy kriittistä tilaa ajan suhteen eksponentiaalisesti, mikä tekee käyttäjälle vaikeammaksi havaita tapahtuma ja ryhtyä tarkoituksenmukaiseen toimenpiteeseen ennen reaktoria. Tilanteeseen liittyy edelleen suhteellisen pieni sammutusvara (prosentuaalinen reaktiivisuus alle kriittisen), joka voi esiintyä, kun reaktori on sammutettu. Sydämen sammutusvaranastetta valvotaan valvomalla neutronivuota, kuitenkin matalalla neutronin laskentavilkkaudella neutronivuon lasken-tavilkkaus on satunnaistapahtuma, koska tiheitä neutronien halkeamisia tapahtuu pienen tai olemattoman vilkkauden jaksojen välissä. Ottamalla myös huomioon, että neutronivuon ilmaisimen signaalitaso on matala matalilla laskentavilkkauksilla verrattuna esiintyvään huomattavaan häiriösignaaliin, ja edelleen että ilmaisimesta saatu muokattu signaali on neutronin laskentavilk-kauden logaritminen eikä lineaarinen funktio, voidaan arvioida, että on hyvin vaikeata havaita tahattomasti aiheutettu kriittiseen tilaan lähestyminen tapahtuman aikaisessa vaiheessa ja samanaikaisesti välttää väärät hälytykset.

2 81 698

Reaktorisydämeen sisäänvietäviä ja siitä ulosvedettäviä säätö-sauvoja käytetään hyväksi sekä kiehutus- että painevesireaktori-yksiköissä säätämään reaktorin reaktiivisuutta fissioprosessissa vapautuvien neutronien ohjatulla absorptiolla. Lisäksi paine-vesireaktoriyksiköissä käytetään booria, joka myös on neutroni-absorboi ja, liuotettuna reaktorin jäähdytysveteen säätämään reaktiivisuutta yhdessä sauvasäädön kanssa. Itse asiassa suuret reaktiivisuuden kestovaihtelut tasataan tavallisesti boorisäätö-järjestelmällä. Kun reaktorin on määrä alkaa tuottaa tehoa, booripitoisuutta reaktorin jäähdytysvedessä laimennetaan ohjatussa suhteessa. Samoin kun reaktori on sammutettu, booripitoisuutta lisätään vakauttamaan sammutusvara. Uudelleenlataustoimintojen aikana reaktoriastia täytetään runsasboorisella vedellä samalla kun käytetyt polttoaineyksiköt poistetaan sydämestä ja tilalle asetetaan uudet polttoaineyksiköt.

Boorisäätöjärjestelmä sisältää lukuisia säiliöitä, putkia, venttiilejä ja säätöelimiä, joilla valmistetaan säädetyn booripitoi-suuden omaavaa vettä boorihaposta ja puhtaasta vedestä, jolla säädetään reaktiivisuuden sisäänpanoa ja jota käytetään uudelleen-ladattaessa. Voimakkaasti booripitoinen vesi lisävesisäiliössä soveltuu myös käytettäväksi turvasuihkutusjärjestelmässä, jos normaalit säätöjärjestelmät ovat kykenemättömiä sammuttamaan reaktoria, kun ennalta määrätyt rajoittavat käyttöparametrit saavutetaan.

Normaaleissa käyttöolosuhteissa reaktorin jäähdytysjärjestelmän booripitoisuuden ollessa tarkasti säädetty, on mahdollista, että pitoisuus voisi tahattomasti laimentua siten kuin yllä on mainittu komponentin vian tai tahattoman käyttäjän toimenpiteen johdosta. Jos tämä tapahtuu, kun reaktori on tehoa tuottava tai sen käynnistyksen aikana, jatkuvasti käytössä olevat turvajärjestelmät kuten korkean neutronivuon reaktorin laukaiseminen ja sauvan si-säänpanon rajahälytys varoittavat käyttäjää tilanteesta, ja joissakin tapauksissa aiheuttavat oikaisevan toimenpiteen. Tahaton laimennus uudelleenlatauksen aikana estetään lukitsemalla kiinni 3 81698 venttiilit, joiden läpi laimennusveden pitäisi virrata eristäen siten reaktorin jäähdytysjärjestelmän.

Mikään nykyisistä reaktorin turvajärjestelmistä ei ole sopiva huomaamaan ajoissa tahattomia boorilaimennustapahtu-mia, kun reaktori on sammutettu estääkseen reaktoria menemästä kriittiseen tilaan. Samalla kun tahaton meno kriittiseen tilaan boorilaimennuksen takia ei ole täysin mahdotonta hyväksyä sinänsä, koska kun reaktoriteho kasvaa, kilpailevat vaikutukset kuten polttoaineen lämpötilan nousu aiheuttavat reaktorin menemisen alikriittiseksi ja siten värähtelyn kriittisen ja alikriittisen välillä, eivät painemuutokset, jotka syntyvät näiden poikkeamisten aikana, ole hyväksyttävissä .

Keksinnön pääasiallisena kohteena on menetelmä reaktorin kriittisen tilan lähestymisen havaitsemiseksi.

Keksinnön menetelmässä kehitetään seuraavaksi hetkellisestä neutronivuon laskentataajuussignaalista ensimmäinen ja toinen keskimääräinen vuon laskentataajuussignaali, jotka edustavat keskimääräistä neutronivuon laskentataajuussignaa-lia ensimmäisen ja toisen toisistaan ennalta asetetun aikavälin päässä olevan muutosajänjakson aikana, mikä sisältää hetkellisten neutronivuon laskentataajuussignaalien toistuvan näytteenoton näiden muutosajänjaksojen aikana ja näiden ensimmäisen ja toisen keskimääräisen vuon laskentataajuus-signaalin kehittämisen vastaavien aikavälien aikana otettujen näytteiden keskiarvona, ja verrataan mainittua ensimm-mäistä ja toista keskimääräistä vuon laskentataajuussignaa-lia ja kehitetään hälytys, kun toinen keskimääräinen vuon laskentataajuussignaali ylittää ensimmäisen keskimääräisen vuon laskentataajuussignaalin ainakin ennalta valitulla kertoimella.

Keksinnön mukaan sammutetun ydinreaktorin tahaton kriittisen tilan lähestyminen havaitaan ennen kuin reaktori menee kriittiseksi seuraamalla hetkellistä neutronivuon laskenta-vilkkautta .

4 81698

Koska neutronivuon laskentavilkkaus on tilastollisesti vaihteleva signaali matalilla laskentavilkkauksilla, keskimääräiset neutronivuon laskentavilkkaussignaalit kehitetään edustaen keskiarvoa differentiaaliajanjakson vuon laskentavilkkaudesta. Keskimääräisiä vuon laskentavilkkaussignaaleja, jotka on erotettu ajallisesti ennalta asetetulla aikavälillä, verrataan ja jos viimeisin keskimääräinen vuon laskentavilkkaussignaali ylittää aikaisemman enemmän kuin ennalta valitulla kertoimella, kehitetään hälytys-signaali .

Ennalta asetettu aikaväli keskimääräisten vuon laskentavilkkaus-signaalien välillä ja ennalta valittu kerroin valitaan lukuisten vuorovaikutteisten kriteerien perusteella. Kertoimen pitäisi olla kyllin suuri, että vääriä hälytyksiä ei syntyisi. Kuitenkin jos se on liian suuri, hälytys synnytetään tapahtuman liian myöhäisessä vaiheessa, jotta estettäisiin reaktoria menemästä kriittiseen tilaan, koska neutronivuon laskentavilkkaus sellaisessa tapauksessa kasvaa ajan suhteen eksponentiaalisesti. Kun valitaan pienempi kerroin, aikaväliä täytyy pidentää, mutta liian pitkä aikaväli aiheuttaa hälytyksen syntymisen jossain normaalikäytön tilanteissa. Lisäksi, jos valitaan liian pitkä aikaväli, olosuhteet, joissa kaksi keskimääräistä vuon laskentavilk-kaussignaalia muodostetaan, kuten lämpötila PWR-laitoksessa, voi muuttua, tehden laskelmat vaikeammiksi. On päätetty, että kerroin välillä 1,5 ja 3,0 ja edullisesti 2,0 5-20 minuutin, edullisesti 10 minuutin aikavälin kanssa antaa hyvän reagointi-tuloksen rajoittamatta kohtuuttomasti normaalitoimintaa tai aiheuttamatta vääriä hälytyksiä.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa keskimääräinen neutroni-vuon vilkkaussignaali kehitetään toistuvasti ja jatkuvasti ja peräkkäin kehitettyjä arvoja säilytetään ennalta valittu aikaväli. Tässä suoritusmuodossa, viimeisintä keskimääräistä vuon laskenta-vilkkaussignaalla ci verrata ainoastaan keskimääräiseen neutroni-vuon laskentavilkkaussignaaliin, joka kehitettiin ennalta valitun aikavälin verran aikaisemmin, vaan jokaiseen olevaan keskimääräiseen neutronivuon laskentavilkkaussignaaliin. Tällä tavalla mikä 5 B 1 6 8 tahansa äkillinen lisäys vuon laskentavilkkaudessa havaitaan aikaisemmin ja se sallii sellaisen tapahtuman havaitsemisen joka voisi johtaa palaamiseen kriittiseen tilaan ainakin tunnin kuluttua reaktorin laukaisemisesta kun neutroni laskentavilkkaus on likimain tasoittunut.

Keksimääräinen neutronivuon laskentavilkkaussignaali kehitetään kehittämällä juokseva summa hetkellisen vuon laskentavilkkaus-signaalin arvosta joukosta ajallisesti yhtä kaukana toisistaan olevina hetkinä ja jakamalla sitten summa hetkien lukumäärällä. Tämä voidaan parhaiten suorittaa ohjelmoidulla digitaali laski -mella ja erityisesti nykyisin saatavissa olevilla mikrotietokoneilla. Esillä olevan keksinnön edullisessa suoritusmuodossa keskimääräinen neutronivuon laskentavilkkaussignaali kehitetään yhden minuutin differentiaaliajanjakson yli niin, että 10 sellaista signaalia varastoidaan ja verrataan viimeisen keskiarvosignaa-lin kanssa.

Keksintö soveltuu erityisesti tahattoman boorilaimennuksen havat-semiseen PWR-yksiköissä, vaikka se on hyödyllinen myös muiden tapahtumien havaitsemisessa, jotka voisivat aiheuttaa reaktorin menemisen tahattomasti kriittiseen tilaan. Tässä sovellutuksessa kerroin ja aikaväli on valittu niin, että järjestelmä reagoi tahattomaan boorilaimennustapaukseen riippumatta siitä kuinka suuri tai pieni laimennusaste on ja tekee niin ajoissa sallittuihin toimenpiteisiin ryhtymiseksi, jotta estettäisiin reaktorin meneminen kriittiseen tilaan. Kun hälytyssignaali kehitetään, voidaan venttiilit sulkea keskeyttämään booripitoisen veden virtaus normaalista boorisäätöjärjestelmästä ja avata venttiilit korkeaboorisen veden syöttämiseksi reaktorin jäähdytysjärjestelmään, jolla tarkoitetaan vettä, jonka booripitoisuus on kyllin korkea pitämään reaktori alikriittisessä tilassa. Sellaista kor-keaboorista vettä on normaalisti saatavissa lisävesivarastosäi-liössä. Venttiilit voidaan saada toimimaan reagoimalla häly-tyssignaaliin käsin käyttäjän toimesta tai automaattisesti.

6 816 9 8

Keksintö käsittää sekä menetelmän tahattoman kriittisen tilan lähestymisen havaitsemiseksi että laitteen menetelmän täytäntöön panemiseksi.

Kuvio 1 on kaaviokuva painevesireaktorin höyrynsyöttöjärjestel-mästä ja boorisäätöjärjestelmästä; keksinnön sisältyessä ydinpolttoainetta käyttävään sähkötehoa kehittävään yksikköön; kuvio 2 on graafinen esitys neutronivuosta ajan funktiona tyypillisen kriittisen tilan lähestymisen aikana kuviossa 1 kuvatussa reaktorissa olettaen vakion positiivisen reaktiivisuuden sisään-panon kuten tapahtuisi tahattoman boorilaimennustapahtuman seurauksena ; kuvio 3 on lohkokaaviokuva keksinnön mukaisesta järjestelmästä tahattoman kriittisen tilan lähestymisen havaitsemiseksi kuviossa 1 kuvatussa reaktoriyksikössä; kuvio 4 on graafinen esitys reaktorin tehosta ajan funktiona kuvion 1 reaktorissa reaktorin laukaisemisen jälkeen; kuvio 5 on kaaviokuva keksinnön mukaisesta mikrotietokonejärjestelmästä, joka sopii käytettäväksi kuvion 3 järjestelmässä; ja kuviot 6 ja 7 ovat kulkukaavioesityksiä kuvion 5 mikrotietokone-järjestelmän käyttöön soveltuville ohjelmille keksinnön opetusten mukaisesti.

Joskin keksintö soveltuu tapahtumien havaitsemiseen, jotka voisivat johtaa sammutetun ydinreaktorin tahattomaan kriittiseen tilaan paluuseen kiehutus(BWR)- tai painevesireaktori laitoksessa (PWR) , se kuvataan sovellettuna PWR-laitokseen, missä se on erityisen käyttökelpoinen tahattomien boorilaimennustapahtumien huomaamisessa. Kuten on esitetty kuvassa 1 tällaiseen järjestelmään kuuluu reaktoriastia 1, joka sisältää fissiokelpoista ainetta olevan sydämen 3. Booripitoista paineenalaista vettä olevaa reaktorin jäähdytettä kierrätetään reaktioastian 1 ja sydämen 3 läpi, missä fissioreaktorin kehittämä lämpö nostaa sen lämpötilan. Kuumennettu reaktorin jäähdyte pumpataan reaktorin jäähdytepumpulla 5 kuuma-haaraputken 7 läpi höyryn kehittimeen 9, joka hyödyntää lämmön kehittääkseen höyryä, joka vuorostaan käyttää turbiinigeneraattori-yksikköä (ei esitetty) sekundääripiirissä (ei esitetty) sähkötehon 7 816 9 8 kehittämiseksi. Jäähdyte palaa sitten reaktoriastiaan 1 ja sydämeen 3 kylmähaaraputken 11 kautta, joka sisältää reaktorin jäähdytepumpun 5. Vaikka kuvassa 1 on esitetty vain yksi reaktorin jäähdytepiiri, joka sisältää kuuman haaran, höyrygeneraat-torin ja reaktorin jäähdytepumpun, neljäkin sellaista piiriä voi kuulua PWR-laitokseen, kaikkien piirien ollessa kytkettyinä yhteen reaktoriastiaan ja tunnetaan primääripiireinä. Paineistin 12 ylläpitää reaktorin jäähdytteen paineen primääripiireissä.

Koska höyryn kehittimet 9 eivät pysty absorboimaan lämpöä reaktorin jäähdytejärjestelmässä matalissa lämpötiloissa kuten reaktorin ollessa sammutettuna ja lämpötilan ollessa alle 177°C, reaktorin jäähdytettä kierrätetään uudelleen jäännöslämmön poisto-piirissä, joka sisältää parin sarjaankytkettyjä normaalisti suljettuja moottorikäyttöisiä venttiilejä 13, jäännöslämmön poisto-pumpun 15 ja lämmönvaihtimen 17. Jälleen vaikka vain yksi jään-nöslämmänpoistopumppu on esitetty kuvassa 1 kaksi sellaista piiriä on sovitettu kaupallisissa asennuksissa yhden tai kahden piirin ollessa toiminnassa riippuen reaktorin ja lämmönvaihtimien tilasta.

Reaktorisydämen 3 reaktiivisuutta valvotaan säätösauvajärjestel-mällä (ei esitetty), joka säätää neutroneja absorboivien sauvojen sisäänmenoastetta reaktorisydämeen ja boorisäätöjärjestelmällä, joka säätää neutroniabsorboijan, boorin pitoisuutta reaktorin jäähdytysvedessä. Muutos säätösauvojen asemassa vaikuttaa reaktorisydämen reaktiivisuuteen heti, mutta ne pyrkivät vääristämään tehon kehittämisen jakautumista sydämessä aksiaalisuunnassa, koska ne asetetaan sisään ja vedetään ulos reaktoriastian 1 kannen kautta. Toisaalta koska boorisäätöjärjestelmä vaikuttaa reaktorin jäähdytteen kautta, jota kierrätetään läpi reaktorisydämen 1, se ei vääristä tehon jakautumista; kuitenkin johtuen boorilla väkevöitävän tai laimennettavan jäähdytteen suuresta määrästä tarvitaan huomattavan pitkä aika tehonmuutoksen aikaansaamiseksi. Sen johdosta sauvasäätö ja boorisäätö on tavallisesti käytetty rinnakkain boorisäätöjärjestelmän huolehtiessa pitkän aikavälin tehonmuutoksista.

8 81698

Boorisäätöjärjestelmä kehittää booripitoista vettä, jolla on haluttu booripitoisuus sekoittamalla boorihappoa, joka varastoidaan boorihappovarastosäiliössä (BAST) 19, ja kemiallisesti erityisen puhdasta vettä, joka tunnetaan kaupassa primäärivetenä, joka varastoidaan primääriveden säiliössä (PGWT) 21. Haluttu sekoitussuhde saadaan aikaan sekoittajalla, joka käsittää kaksi tavallisesti suljettua, moottorikäyttöistä, virtauksen säätö-venttiiliä, boorihapon virtauksen säätöventtiilin 23 ja primääri-veden säätöventtiilin 25 sekä virtausmittarin 27. Sekoittaja sisältää myös ohjaimen (ei esitetty), joka reagoi virtausmittarin osoittamaan virtaukseen ja asettaa moottorikäyttöisten venttiilien 23 ja 25 avaukset boorinlisäyksen sekoitussuhteen määräämiseksi, moottorikäyttöinen venttiili 62 avataan niin, että korkean boori-pitoisuuden omaava lisävesi voidaan pumpata jäännöslämmönpoisto-pumpulla 15 lisäveden varastosäiliöstä 55 täyttöputken 64 kautta reaktoriastiaan. Tämän säiliön tilavuus riittää pitämään tarpeeksi korkeaboorista vettä, jotta sydän uppoaisi useita metrejä (yli 3,5 m) booripitoisen veden alle ja jotta uudelleenlatausontelo ja -kanava täyttyisivät. Tätä korkeaboorisen veden suurta määrää käytetään myös turvasuihkutusjärjestelmässä. Jos olosuhteet vaativat sellaisia toimenpiteitä kuin on määritelty Käyttäjän Turval-lisuustoimintajärjestelmässä, tämä korkeaboorisen veden suuri määrä ruiskutetaan reaktorin jäähdytysjärjestelmään venttiilien 57 läpi syöttöpumpulla 35 reaktorin palauttamiseksi nopeasti ali-kriittiseksi. Boorisäätöjärjestelmä sisältää myös johdon 59, joka johtaa suoraan primääriveden syöttöpumpulta 31 syöttöpumppuun 35. Tätä johtoa ei käytetä normaalitoiminnoissa ja virtaus sen läpi on estetty tavallisesti suljetulla käsikäyttöisellä venttiilillä 61.

Boorisäätöjärjestelmän normaalitoiminnassa boorihappovarastosäi-liöstä 19 tuleva boorihappo sekoitetaan sekoittajassa säiliöstä 21 tulevaan primääriveteen ja ruiskutetaan reaktorin jäähdytysjärjestelmään syöttöpumpulla 35. Syöttöveden booripitoisuus on alempi kuin reaktorin jäähdytysjärjestelmässä olevan veden, jos reaktorin reaktiivisuutta on lisättävä ja korkeampi, jos reaktiivisuutta on vähennettävä. Jos edellytetään suurta reaktiivisuuden 9 81698 kasvua, booritonta primäärivettä syötetään reaktorin jäähdytysjärjestelmään kokonaisbooripitoisuuden pienentämiseksi halutulle tasolle. On kuitenkin mahdollista, että ohjain, boorihapon säätöventtiili 23, primääriveden säätöventtiili 25, boorihapon siirtopumppu 29, boorin poistojärjestelmä 51 ja/tai mikä tahansa venttiileistä 37, 45 tai 53 voivat joutua epäkuntoon. On myös mahdollista, että venttiili 61 voi tahattomasti aueta, että käyttäjä voisi erehtyä asettaessaan ohjainta tai virheellinen boorihappopitoisuus voisi olla sekoitettuna boorihappovarasto-säiliössä 19. Mikä tahansa näistä tapahtumista voisi johtaa virheelliseen booripitoisuuteen boorivedessä, joka johdetaan reaktorin jäähdytysjärjestelmään ja joissakin tapauksissa boorittoman veden ruiskuttamiseen, kun se ei ole tarkoituksenmukaista. Jos virhe on sellainen, että booripitoisuus on korkeampi kuin sen pitäisi olla, pysyvää vahinkoa ei ole tehty. Kuitenkin jos booripitoisuus on alempi kuin olosuhteet vaativat siten laimentaen reaktorin jäähdytteen booripitoisuutta, positiivinen reaktiivisuus saadaan tahattomasti aikaiseksi reaktoriin.

Jos boorin laimennustapaus sattuu, kun reaktori tuottaa tehoa tai reaktori tahallisesti lähestyy kriittistä tilaa ja on käyttäjän tarkan ohjauksen alaisena, tahaton boorilaimennus ei aiheuta suurta huolta useista syistä. Ensiksi, säätösauvat ovat ulosve-dettyjä, sallien siten nopean reaktorin sammutuksen. Järjestelmä on myös joustava tehoa tuottavan jäähdytteen lämpötiloissa, koska paineistimessa 12 on höyrykuplia ja paineistimen nestetaso on kohtuullinen niin, että boorilaimennuksesta aiheutuvat painevaihtelut ovat helpommin siedettäviä. Lisäksi reaktorin jäähdytteen paineenkorjausjärjestelmä pystyy huolehtimaan muutos-huipuista, joita paineistin ei tasaa. Edelleen on olemassa hälytyksiä, jotka ilmoittavat riittävän ajoissa käyttäjälle, jotta hän voisi vastata niihin sopivasti. Lopuksi muut syyt sitovat boorilaimennuksen muutosten vaikutukset tehon tuotannossa. Tavallisesti tahaton boorilaimennus ei ole ongelma uudelleenlatauksen aikana, koska mahdollisen laimennusvirtaustien venttiilit on lukittu kiinni.

10 81 698

Vaikeus tahattomassa boori laimennuksessa syntyy, kun reaktorin on määrä pysyä alikriittisenä. Tämä sisältää kuuman tyhjäkäynti-toimintatilan, jolloin keskimääräinen reaktorin jäähdytteen lämpötila on n. 177°C tai sen yli, mutta termistä tehoa ei kehitetä, kuuman sammutustilan, jolloin lämpötila on 93-177°C ja kylmän sammutustilan, jolloin lämpötila on 93°C tai alempi. Samalla kun tahaton kriittinen tila johtaa vaikutuksiin, jotka aiheuttavat reaktorin siirtymisen alikriittiseen tilaan ja yksin jätettynä sen värähtelemiseen alikriittisen ja kriittisen välillä alhaisella tehotasolla, tämä tilanne luo pienen mahdollisuuden poltto-ainevauriolle teho/virtaus epätasapainon johdosta ja poikkeamiselle kuplakiehumisesta poistumiseen (departure from nucleant boiling, DNB). Se luo myös mahdollisuuden ylipaineelle reaktorin jäähdytysjärjestelmässä johtuen nopeasta lämpötilan kasvusta ja ylipainesuojajärjestelmän kykenemättömyydestä seurata muutoksia.

Boorilaimennustapahtuman pahin tilanne syntyy, kun jäännöslämmön-poistojärjestelmä (RHR) on toiminnassa. Tämä johtuu suhteellisen pienestä reaktorin jäähdytysjärjestelmän tilavuudesta jään- 3 nöslämmönpoistoissa (tyypillisesti noin 70-115 m ). Jäännöslämmön- 3 poiston virtausnopeudet ovat myös pieniä (tyypillisesti 13-15 m / min) josta johtuu pitkät silmukkakiertoajat (esimerkiksi 5-7 minuuttia). Tämä tuo mahdollisuuden rajoitetusti sekoitetun laimennusveden hitaalle virtaukselle, jolloin tuloksena on askel-muutokset reaktiivisuudessa, tasaisen virtauksen ja sekoituksen sijasta, jolloin muutokset reaktiivisuudessa ovat jatkuvia.

Lisävaikeus boorilaimennuksessa käytettäessä jäännöslämmönpoisto-järjestelmää johtuu siitä, että näissä olosuhteissa vallitsevissa matalammissa reaktorin jäähdytteen lämpötiloissa reaktorin jäähdytysjärjestelmä on joustamaton, se on joko kiinteä tai vain kova (esim. typpi) kupla on paincistimessa. Edelleen paineen-alennusjärjestelmien ei ole mahdollista käsitellä syntyneitä paineenmuutoksia, koska ne on suunniteltu reagoimaan muihin tapahtumiin. Käytettäessä jäännöslämmönpoistojärjestelmää myös reaktorin jäähdytysjärjestelmän paine on matala, josta on seurauksena 11 81698 korkeat ruiskutusnopeudet keskipakosyöttöpumpuista (tyypillisesti 3 1,1-1,9 m /min). Lopuksi käytettäessä jäännöslämmönpoistojärjestelmää reaktorin sammutusvara on pieni (tyypillisesti noin 1 %) .

Edelleen on otettava huomioon kehitettäessä vastetta boorilai-mennustapahtumalle, kun reaktori on alikriittinen, että Ydinvoiman Säätökomissio (Nuclear Regulatory Comission, NRC) on vaatinut, että käyttäjälle annetaan 15 minuuttia vastata hälytykseen.

Kun on kyse automaattisesta reagoinnista, tarvitaan vain riittävä aika, että järjestelmä aloittaa reagoinnin. Kuitenkin molemmissa tapauksissa tapahtuman havaitsemisen täytyy olla riittävän aikaista, että toimenpiteet voidaan suorittaa, joko käsin tai automaattisesti, jotta estetään reaktoria menemästä kriittiseen tilaan.

Joitakin tekijöitä, jotka täytyy huomioida vastattaessa tapahtumaan, joka johtaa tahattomaan paluuseen kriittiseen tilaan, on kuvattu kuviossa 2, joka on neutronivuon ip käyrä ajan t funktiona tyypillisessä kriittiseen tilaan lähestymisessä olettaen, että positiivinen reaktiivisuuden sisäänpano on vakio, mikä tapahtuisi esim. tahattoman boorilaimennuksen aikana. Kuten käyrästä voidaan nähdä funktio on perustaltaan eksponentiaalinen, jolloin vuo kasvaa hitaasti tapahtuman alkuvaiheessa, jota seuraa nopeasti kasvava vuo, joka johtaa kriittiseen tilaan. Valittaessa suuri muutos vuossa laukaisemaan hälytys erotetaan ilmeisesti tahaton kriittisen tilan lähestyminen odotetusta, jatkuvan ali-kriittisen käytön tilasta, mutta sellainen muutos vuossa esiintyy vasta tapahtuman loppuvaiheessa eikä siksi jää riittävästi aikaa aloittaa toimintaa, joka estäisi reaktorin menemästä kriittiseksi. Tämä on erityisesti totta manuaalisen reagoinnin ollessa kyseessä, jolloin NRC on vaatinut, että on oletettava että käyttäjä ei ryhdy toimenpiteisiin ennen kuin 15 minuuttia hälytyksen syntymisen jälkeen. Hieman pienempi muutos vuossa havaitaan tapahtuman aikaisemmassa vaiheessa. Kuitenkin on mahdollista, että pitkän ajanjakson kuluessa, joka vaaditaan sellaiseen vuon muutokseen, parametrit, kuten reaktorinjäähdytysjärjestelmän lämpötila voivat muuttua järjestelmän lämpenemisestä tai jäähtymisestä johtuen i2 81 698 vaikeuttaen siten arviota. Toisaalta jos valittu vuonmuutos, jota käytetään laukaisemaan hälytys, on liian pieni, voi syntyä vääriä hälytyksiä johtuen matalasta signaalikohinasuhteesta ja reaktorin sammutusvaran mittaamiseen käytetyn neutronivuosig-naalin satunnaisluonteesta alhaisilla laskentavilkkauksilla.

Muut huomioonotettavat tekijät hälytyksen synnyttämiseksi tahattoman kriittisen tilan lähestymisen varalta ovat primääriveden pumpun 31 ominaisuudet, syöttöpumput 35, jäännöslämmönpoistojärjes-telmässä käytettyjen syöttöpumppujen lukumäärä ja varustus ja reaktorin sammutusvara. Näistä määrättiin, että on olemassa 3 mahdollisuus ruiskuttaa 1,5-1,9 m /min puhdasta vettä boorisäätö-iärjestelmästä reaktorisydämeen.

Kuvioon 2 palaten piste A kuvaa reaktorin reaktiivisuutta tapahtuman eräässä kohdassa. Tämän pisteen asema käyrällä on suhteessa reaktorin sammutusvaraan ja aikaan tapahtumassa. Edellä olevassa tarkastelussa edellytettiin, että sopiva tekniikka tahattoman kriittisen tilan lähestymisen havaitsemiseen olisi valita kerroin-tekijä vuon laskentavilkkaudella, joka esiintyisi käyrässä esitetyn pisteen B alueella. Kokeellinen analyysi paljasti, että vuomää-rän kasvaminen kertoimella 2 kymmenen minuutin kuluessa edellyttäisi tätä vastetta. Sellainen vaste sallii tapahtumien havaitsemisen reaktoriperiodilla (aika, joka vaaditaan reaktiivisuuden kasvamiseksi kertoimella e), joka on likimääräisesti yhtä pitkä kuin 800 sekuntia.

Vuomäärän 10 minuutissa kaksinkertaistumisen valinta havaitsemis-kriteeriksi tahattomalle kriittiseen tilaan lähestymiselle tutkittiin sitten NRC:n aikakriteerin valossa. Tämän tekemiseksi, useiden olemassaolevien laitosten käyrät laskentavilkkauden käänteisarvo (inverse count rate ratio (CRR) funktiona reaktorin jäähdytysjärjestelmän booripitoisuudesta (CB) muunnettiin käyriksi laskentavilkkauden käänteisarvo ICRR funktiona ajasta joukolle laimennusasteita, alkuaan 10, 5 ja 2,5 ppm/min. Laskentavilkkauden käänteisarvo ICRR ajan funktiona piirrettiin sitten käyrä- i3 816^8 parvena perustuen laimennusasteeseen kullekin laitokselle, joista arvot oli otettu (2 kaksipiiristä, 2 kolmipiiristä ja 2 neli-piiristä laitosta, tulosten ollessa tyypillisiä arvoja sekä ensi-sydämen että uudelleenlatauksen kriittiseen tilaan lähestymiselle). Käyttäen näitä käyriä todettiin, että hälytystä vuon kaksinkertaistuessa voitiin käyttää vastaamaan NRC:n aikakriteeri. Kriittiset parametrit, joita käytettiin tässä kohdassa olivat booriarvo ja sammutusvara. Määrättiin, että booriarvot 14 pcm/ppm ja 12,5 pcm/ppm (riippuen reaktorin jäähdytysjärjestelmän lämpötilasta) näyttävät olevan kohtuullisen varovaisia. Näitä käytettiin määräämään aloituspisteet käyrillä sammutusvaroi11a 1, 1,6, 1,7 ja 2,0 % ΔΚ/Κ (tyypillisiä sammutusvaravaatimuksia höyrykatkos-transientille tai kylmänä käydessä).

Olettaen erilaisia sammutusvaroja aika vuon kaksinkertaistumisesta kriittiseen tilaan määrättiin ja verrattiin NRC:n kriteeriin kullekin kolmelle laimennusasteelle. Näiden vertailujen tuloksena päädyttiin siihen, että seuraavat rajoitukset ovat tarpeellisia:

Luokan 1 laitokset - laitokset, joissa on automaattinen säätöjärjestelmä

Kuuma valmiustila ja kuuma sammutustila - sammutusvara 1,6 % ΔΚ/Κ laimennusaste 20,0 ppm/min Kylmä sammutustila - sammutusvara 1,0 % ΔΚ/Κ laimennusaste 20,0 ppm/min

Luokan 2 laitokset - laitokset, joissa käyttäjä säätää hälytyksen jälkeen

Kuuma valmiustila ja - sammutusvara 1,6 % ΔΚ/Κ 4-piirinen kuuma sammutustila . __ 0 .__ ,__ ...

(ellei jäännöslämmön- ^ poistojärjestelmä 2,0 % ΔΚ/Κ 2-piirinen käytössä) _ ^a-^mennusaste 3^0 ppm/min

Kylmä sammutustila ja - sammutusvara 1,6 % ΔΚ/Κ 4-piirinen kuuma sammutustila . __ „ ...... ...

(jos ei jaannoslammon ' ^ poisto) 2,0 % ΔΚ/Κ 2-piirinen - laimennusaste 2,5 ppm/min i4 81 6 y 8

Edellä esitetyt laimennusasteet ovat suurimpia tahattomia laimen-nusasteita, jotka voitiin havaita ajoissa NRC:n aikakriteeriin vastaamiseksi viitatuille eri olosuhteille. Luokan 1 laitoksille esitetyt laimennusasteet aiheuttivat järjestelmän säädön aloittamisen noin 2-3 minuuttia ennen kriittistä tilaa. Tämä on riittävä aika automaattiselle säädölle alla kuvattavalla tavalla. Luokan 2 laitosten laimennusasteista on tuloksena hälytys likimain 17-18 minuuttia ennen kriittistä tilaa antaen käyttäjälle aikaa ryhtyä korjaaviin toimenpiteisiin. Tutkimus osoitti myös, että vuon laskentavilkkauden kaksinkertaistumisen 10 minuutissa ollessa edullinen kriteeri tahattoman kriittisen tilan lähestymisen havaitsemiselle, kertoimet noin 1,5-3,0 ja aikavälit noin 5-20 minuuttia antavat tyydyttäviä tuloksia.

Neutronivuon mittaus, joka on osoitus reaktorin sammutusvaran tilasta, suoritetaan ydinteknisellä instrumentointijärjestelmällä. Koska neutronivuo vaihtelee noin tekijällä 11 dekadia, kylmästä sammutustilasta täyteen tehoon, ydintekninen instrumentointijärjestelmä on jaettu kolmeen instrumenttien ryhmään, kukin sovitettu huolehtimaan neutronivuon osoituksesta reaktoritehon määrätyllä alueella. Lähdetilan instrumentointi kattaa tehoalueen alapään -9 -4 noin 10 prosentista noin 10 prosenttiin, välitilan instrumen- -4 tointi huolehtii lukemista noin 10 prosentin tehoon ja tehotilan instrumentointi kattaa noin 10° prosentin yli menevät tehot (likimain kahden dekadin limitysten vallitessa alueiden välillä). Lähdetilan instrumentointi käsittää BF^ (booritrifluoridi) neutronidetektorin, joka sijaitsee betonisuojuksessa reaktorias-tian vieressä. Jokainen neutroni, joka kulkee BF^-detektorin kaasutäytteisen putken läpi, synnyttää pulssin. Kuten on esitetty kuvion 3 lohkokaaviossa, detektori 63 on yhdistetty esivahvis-timeen 65, joka muuntaa pulssit analogisignaaliksi, joka vahvistetaan vahvistimessa 67, joka on kalibroitu tuottamaan logaritminen lähtö. Tällaista neutronivuon mittausjärjestelmää käytetään jo laitoksessa reaktorin toiminnan valvomisessa ja ohjauksessa.

Kuten aikaisemmin tarkasteltiin esiintyy useita ongelmia käytettäessä tätä signaalia tahattoman kriittisen tilan lähestymisen

II

is 81 6 9 8 aikaiseen havaitsemiseen. Ensiksi, detektori 63 kehittää pulsseja ja kehitetyn pulssisignaalin tilastollisuus on hyvin huono matalilla laskentavilkkauksilla, joita esiintyy kun reaktori on sammutustilassa tai kuumassa valmiustilassa. Toiseksi, signaali esivahvistimesta 65 sisältää paljon häiriöitä. Lopuksi, tapahtumalle odotettu pitkä aikavakio yhdistettynä vahvistimen 67 logaritmiseen kalibrointiin merkitsee, että muutos lähtösignaalin suuruudessa tapahtuman aikaisten vaiheiden aikana on pieni pitkiä ajanjaksoja. Jotta vältettäisiin väärät hälytykset, on sen vuoksi tarpeellista valita kerroin kyllin suureksi näiden vaikeuksien voittamiseksi pitäen mielessä, että liian suuri kerroin aiheuttaa hälytyksen liian myöhäisessä vaiheessa tapahtumaa kuten edellä on mainittu. Nämä tarkastelut olivat syynä valittaessa kertoimeksi 1,5-3,0 ja edullisesti noin 2.

Vahvistimen 67 lähdössä kehitetyn neutronivuon laskentavilkkaus-signaalin puutteiden voittamiseksi määrättiin, että jokaisena ajanhetkenä, jona vuon laskentavilkkaussignaalia tarvitaan, kehitettäisiin keskimääräinen vuon laskentavilkkaussignaali, joka edustaa keskimääräistä vuon laskentavilkkautta differentiaa-liajänjaksona. Keskimääräiset vuon laskentavilkkaussignaalit kehitetään ottamalla näyte analogisesta vuon laskentavilkkaus-signaalista lukuisina ajanhetkinä kunkin differentiaaliajanjakson aikana, muodostamalla kunkin hetken signaalin suuruuden juokseva summa ja jakamalla sitten tämä summa näytteenottohetkien lukumäärällä. Mukavuuden vuoksi ja signaalihäiriöiden merkityksen vähentämiseksi differentiaaliajanjaksoksi valittiin yksi minuutti, joka sopii mukavasti 10 minuutin aikaväliin, joka valittiin vuon laskentavilkkaussignaalin kaksinkertaistumiseen.

Nykyisin saatavissa olevat mikrotietokoneet ovat ihanteellisia kehitettäessä keskimääräinen vuon laskentavilkkaussignaali ja hälytys tämän signaalin kasvaessa valitulla kertoimella valitun aikavälin kuluessa. Niiden joustavuus sallii myös haluttaessa valittujen parametrien muuttelun pienellä vaivalla. Kehitetyn keksinnön erityisessä suoritusmuodossa, mikrotietokoneyksikkö 69, i6 81698 esitetty kuviossa 3, ottaa näytteen analogisesta vuon laskenta-vilkkaussignaalista vahvistimesta 67 ja muuntaa sen digitaali-signaaliksi laskeakseen keskiarvoon 4096 kertaa minuutissa eli joka 14,64 mikrosekunti. Keskimääräistä otosten lukumäärää keskimääräisen vuon laskentavilkkaussignaalin laskemiseksi ei ole tehty kiinteäksi, mutta sen pitäisi olla riittävän suuri edustavan tuloksen varmistamiseksi.

Mikrotietokoneyksikkö 69 kehittää toistavasti ja jatkuvasti keskimääräisen neutronivuon laskentavilkkaussignaalin joka minuutti ja tallentaa viimeiset kymmenen arvoa jonoon. Joka minuutin lopussa keskimääräisen neutronivuon laskentavilkkaussignaalin viimeisintä arvoa verrataan 10 minuuttia aikaisemmin kehitettyyn arvoon ja jos se on kasvanut valitulla kertoimella, synnytetään hälytys. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tätä viimeisintä arvoa verrataan myös jokaiseen viimeisen 10 minuutin aikana tallennettuun arvoon, jolloin hälytys synnytetään, jos se ylittää minkä tahansa näistä valitulla kertoimella. Tämä aiheuttaa aikaisemman hälytyksen syntymisen hyvin suurilla laimennusmäärillä ja myös paremman suojan reaktorin laukaisemisen jälkeen. Viimeksimainittu voidaan paremmin käsittää kuvion 4 avulla, joka on tyypillisen neutronivuon vaimenemisen käyrä ajan funktiona reaktorin laukaisemisen jälkeen. Kuten voidaan nähdä neutronivuo laskee eksponentiaalisesti ja esimerkiksi yhden tunnin jälkeen laukaisemisesta on olemassa vielä pieni vaimenemisaste. Täten esimerkiksi kymmenen minuutin ajanjakson yli viimeisin keskimääräinen vuo-signaali olisi pienempi kuin aikaisempi signaali normaaliolo-suhteissa. Siksi ei tilaa, joka voisi johtaa tahattoman kriittisen tilan lähestymiseen, huomattaisi kuin tapahtuman hyvin pitkälle kehittyneessä vaiheessa. Toisaalta viimeisimmän keskimääräisen vuon laskentavilkkaussignaalin vertaaminen kunkin viimeisen 10 minuutin vastaavaan signaaliin synnyttäisi hälytyksen paljon nopeammin. Itse asiassa on päätetty, että esillä oleva keksintö havaitsee tahattoman boorilaimennustapahtuman NRC:n esittämän aika-kriteerin mukaisesti yhden tunnin kuluessa reaktorin laukaisemisen jälkeen.

li i7 81 698

Kuvioon 3 palaten jokainen mikrotietokoneyksikön 69 kehittämä hä-lytyssignaali syötetään turvajärjestelmälle 71, joka esittää hälytvsosoituksen käyttäjälle ja automaattisäädössä kehittää signaalit, jotka käynnistävät moottorit kemiallisen ja tilavuuden säätöjärjestelmän venttiilien 39 sulkemiseksi ja lisävesisäiliön venttiilien 55 avaamiseksi. Useimmissa tapauksissa tämä lopettaa täysin laimennetun veden virtauksen reaktoriin ja tuo reaktorin jäähdytysjärjestelmän sisään korkeaboorista vettä lisävesivaras-tosäiliöstä (RWST) sen varmistamiseksi, että reaktori pysyy alikriittisenä. Kaikki tämä, sisältäen reaktorin jäähdytysjärjestelmään johtavien putkien tyhjentämisen puhtaasta vedestä, tapahtuu noin 2-3 minuutin kuluessa mikrotietokoneen synnyttämästä hälytyksestä. Jos laimentava vesi tulee käsikäyttöisen venttiilin 61 läpi, joka jostain syystä on joutunut häiriön vuoksi normaalisti suljetusta asennostaan, automaattijärjestelmän toiminta ei päätä virtausta. Johdon 59 koko verrattuna RWST:stä tuleviin on kuitenkin pieni niin, että korkeaboorinen lisävesi pystyy tehokkaasti pitämään reaktorin alikriittisenä. Kuviossa 3 kuvattu järjestelmä on toinen kahdesta identtisestä, redundan-tista järjestelmästä, jotka varmistavat suojauksen tahattoman kriittisen tilan lähestymisen varalta.

Kuvan 3 mikrotietokoneyksikkö 69 on esitetty yksityiskohtaisemmin kuvassa 5. Yksikön sydän on yksisiruinen mikrotietokone 73, joka sisältää keskusyksikön, ohjelmoitavan lukumuistin (PROM) ohjelmointia varten, hakumuistin (RAM) datan tallentamiseksi, rinnakkaisen syöte/tulostekovon ja kovoajastimen. Mikrotietokone 73 ohjaa kaikkia mikroprosessoriyksikön 69 toimintoja sisältäen kaikkien oheislaitteiden ohjauksen ja kaikki laskemiset. Sen toiminnot ovat tuloksena kiinteän ohjelmiston toteuttamisesta, joka kuvataan yksityiskohtaisesti alla ja joka on tallennettu sen haihtumattomaan PROM:iin. Keksinnön kanssa soveltuvat käytettäväksi esimerkiksi mikrotietokoneet Intel 8748, 8749 tai 8751 riippuen ROM:n, RAM:n ja vaadittavan ohjelmiston pituuden määristä. 8748:aa käytettiin alkuperäisessä yksikössä. Kide 75 tuottaa ajoituspulssit mikrotietokoneella.

is 81698

Mikroprosessoriyksikkö 69 sisältää tulokanavointilaitteen 77, joka valitsee mikrotietokoneen ohjauksen alaisena ulkopuolisen signaalin, joka syötetään mikrotietokoneeseen. Syötteet ovat differentiaalinen vuon laskentavilkkauden analogiasignaali vahvistimelta 67, lähdetilan kyllä/ei-signaali, joka osoittaa onko lähdetilan instrumentointi käytössä, muuttuva jännite, joka edustaa käytettävää kerrointa verrattaessa vuon laskentavilkkaus-signaalin peräkkäisiä arvoja ja vakiojännite, jota käytetään kalibrointiin alla kuvattavalla tavalla. Vuon laskentavilkkauden analogiasignaali, joka vaihtelee välillä 0-10 volttia ja kyllä/ei-signaali, joka on joko O tai 10 volttia, syötetään molemmat kanavointilaitteeseen tulovahvistimen 79 kautta. Tämä muuttuva jännite voidaan säätää muuttamaan kerrointa noin alueella 1,5-3,0. Koska vuon laskentavilkkauden analogiasignaali on logaritminen, kerrointa voidaan soveltaa aikaisempiin vuon laskentavilkkaus-signaaleihin lisäämällä se tallennettuihin arvoihin verrattaessa niitä viimeisimpään arvoon.

Valittu syöttösignaali tuodaan mikrotietokoneeseen näytteenottoja pitopiirin 81 ja komparaattorin 83 kautta. Näitä komponentteja yhdessä lähdön digitaali-analogia-muuntimen 85 kanssa käytetään saamaan aikaan syöttösignaalin analogia-digitaalimuunnos mikrotietokoneen käyttöön. Mikrotietokone suorittaa tämän muunnoksen perättäisellä approksimaatiolla olettamalla digitaaliarvon analogiselle syöttösignaalille, muuntamalla tämän oletetun arvon analo-gisignaaliksi muuntimessa 85 ja vertaamalla sitä komparaattorissa 85 näytteenotto- ja pitopiiriin 81 tallennetun analogisignaalin kanssa. Oletettua arvoa säädetään ylös tai alas riippuen siitä onko analogisignaali suurempi vai vastaavasti pienempi kuin edeltä käsin oletettu arvo, ja kierto toistetaan kunnes oletettu arvo on kyllin lähellä analogista syöttösignaalin arvoa.

Mikrotietokoneyksikkö 69 sisältää myös tehopiirin 87, joka syöttää alustussignaalin mikrotietokoneelle 73 ja kuolleen miehen ajastimen 89. Kuolleen miehen ajastin palautetaan alkutilaan joka kerran, kun mikrotietokone käyttää hälytyksen synnyttävää ohjelmaa. Jos mikrotietokone joutuu sattumalta tuntemattomaan tilaan li i9 81 698 tehonsyötön häiriön tai muun arvaamattoman syyn takia, niin että hälytyksen synnyttävä piiri ei toimi toistavasti kuten se on suunniteltu toimimaan, kuolleen miehen ajastin 89 käy sopivan ajan ja lähettää signaalin tehopiirille 87 mikrotietokoneen uudelleen alustamiseksi.

Ensimmäinen mikrotietokoneen 73 lähtö on pari releajureita 91, jotka demagnetoidaan, kun mikrotietokone synnyttää hälytyssignaa-lin signaalin antamiseksi turvajärjestelmälle 75 (kuvio 3), että tahaton kriittisen tilan lähestymistapahtuma on kehittymässä. Toinen lähtö muodostetaan D/A-muuntimella 85, näytteenotto- ja pitopiirillä 93 ja lähtövahvistimella 95. Tämä analoginen lähtösignaali edustaa viimeisimmän keskimääräisen vuon laskentavilkkaussignaalin arvon ja 10 minuuttia aikaisemman, tallennetun arvon välistä eroa. Mikrotietokoneyksikkö 69 sisältää myös paikallisen digitaalinäytön 97. 16-asentoinen pyörivä kytkin 99 määrää näytettävän informaation. Näyttövalinta sisältää: analogiset syötteet, tallennettujen keskimääräisten näytteiden lukumäärän (kymmeneen asti), tilanteen keskimääräisen yhden minuutin jakson aikana, joitain keskimääräisiä yhden minuutin arvoja ja tyhjän paikan näytön katkaisemiseksi. Kytkimen 99 asento määrää myös mitä diagnostisia testejä on suoritettava mikrotietokoneella.

Yllä tarkastellut mikrotietokoneelle annetut tehtävät suoritetaan algoritmilla, joka on kuvattu kuvioiden 6 ja 7 kulkukaa-vioissa. Algoritmi jaetaan kahteen päälohkoon: päärutiini, joka alustaa mittauksen ja siirtyy sitten päättymättömään silmukkaan, ja aikakeskeytysrutiini, joka keskeyttää päärutii-nin joka 14,64 millisekunti (4069 kertaa minuutissa) huolehtiakseen ajankulusta ja kerätäkseen näytteitä keskimääräisen syöttö-jännitteen luomiseksi. Pääohjelman aloittaa, kuten on esitetty kuvion 6 kulkukaaviossa tehomoduulin 87, kuvassa 5, antaman signaalin seurauksena parametrien alustus kuten on osoitettu lohkossa 101. Tämä alustus sisältää: vuon laskentavilkkaussignaalin syöttönäytteiden juoksevan summan nollauksen, yhden 20 81 6^8 minuutin laskurin asetuksen laittamisen yhteen minuuttiin, minuutin loppuun kulumisen osoittavan lipun asettamisen nollaksi, osoituksen nollaamisen tallennettujen yhden minuutin keskiarvojen listan pohjalta ja asettamalla lähtö osoittamaan ei-hälytystä, kunnes tarpeeksi tietoja on analysoitu todellisen tilan määräämiseksi. Seuraavaksi pääohjelma aloittaa tarvittaessa eräitä diagnostisia rutiineja kuten on esitetty lohkossa 103. Järjestelmän ollessa käytössä ainoa diagnostinen tarkistus on digitaali-analogia-muunnoksen kalibroinnin tarkistus. Tämä tarkistus tehdään vertaamalla kanavointilaitteen viimeiseen analogituloon syötetyn vakiojännitteen muunnettua arvoa sen jännitteen tallennettuun arvoon. Erot syötetään kaikkiin analogia-syöttösignaaleihin poikkeamana. Muut, järjestelmän ollessa pois käytöstä suoritetut diagnostiset testit sisältävät riutumistes-tejä näytteenotto- ja pitopiireille ja porrasdiagnostisen rutiinin, joka tarkistaa kiinteän digitaali-analogia-muunnosohjelman. Alustus päätetään käynnistämällä keskeytysohjelman ajastin ja sallimalla keskeytys kuten on esitetty lohkossa 105.

Alustuksen jälkeen kuvion 5 pääohjelma siirtyy päättymättömään silmukkaan palauttamalla kuolleen miehen ajastin alkuarvoon lohkossa 107. Kuten aikaisemmin on esitetty kuolleen miehen ajastimen aika-asetus ylittää huomattavasti ajan, joka tarvitaan päättymättömään silmukan kuhunkin toistoon niin, että normaalisti kuolleen miehen ajastin ei koskaan käy loppuun. Jos jostakin syystä ohjelma kuitenkin juuttuu kiinni, kuolleen miehen ajastin käy loppuun ja aloittaa pääohjelman uudelleen aikaisemmin tarkastellulla tavalla. Kuolleen miehen ajastimen asetuksen jälkeen pyörivällä kytkimellä 99 (katso kuvio 5) valitut arvot tuodaan paikalliseen digitaalinäyttöön 97 kuten on esitetty lohkossa 109. Seuraavaksi tehdään lohkossa 111 tarkistus onko yksi minuutti jo kulunut. Tämä yksi minuutti on aikaväli, jonka keskeytysoh jelma kerää datoja keskimääräisten neutronivuon laskenta-vilkkaussignaalien muodostamiseksi. Jos yksi minuutti ei ole kulunut, pääohjelma palaa lohkoon 107 ja asettaa kuolleen miehen ajastimen alkuarvoon silmukan aloittamiseksi yhä uudelleen. Jos yksi minuutti on kulunut, viimeisintä keskimääräistä neutronivuon 2i 81698 laskentavilkkaussignaalia verrataan kuhunkin tallennettuun, aikaisempaan keskiarvosignaaliin. Ensimmäisen minuutin toiminnan jälkeen vain yksi keskimääräinen signaali on olemassa eikä mitään vertailua voida tehdä. Kunkin lisätoimintaminuutin aikana tulee yksi keskiarvosignaali lisää vertailuun, kunnes päästään kymmeneen aikaisempaan arvoon. Jos viimeisin keskimääräinen neutronivuon laskentavilkkaussignaali ylittää minkä tahansa olemassa olevan vanhan keskiarvon valitulla tai sitä suuremmalla kertoimella, kuten määrätään lohkossa 115, lohkossa 117 synnytetään hälytys demagnetoimalla mikrotietokoneen releajurilähdöt 91. Jos viimeisin keskiarvosignaali on pienempi kuin kaikki vanhat arvot kertoimella kerrottuna, hälytys estetään lohkossa 119 johtamalla jännite releajureihin. Kummassakin tapauksessa pääohjelma palaa lohkoon 107 aloittaakseen uuden päättymättömän silmukan. Koska analogiset vuon laskentavilkkaussignaalit, joita mikrotietokone käyttää tehdessään keskimääräisiä vuon laskentavilkkaussignaaleja, ovat logaritmisia, kertominen voidaan helposti suorittaa lisäämällä kertoimen logaritmi kuhunkin vanhaan arvoon.

Joka 14,64 millisekunti, kun mikrotietokoneen sisäinen ajastin käy loppuun, siirrytään kuvion 7 ajankeskeytysohjelmaan, jolloin ajastin nollataan ja minuuttilaskuria lisätään yhdellä kuten on esitetty lohkossa 121. Viimeisimmän ja vanhimman tallennetun keskiarvon välinen ero tulostetaan sitten D/A-muuntimen 85 kautta näytteenotto- ja pitopiiriin 93 joka 3,75 sekunti kuten on esitetty lohkossa 123. Jos yksi minuutti on kulunut, tarkistettaessa lohkossa 125, asetetaan lippu lohkossa 127 osoittamaan minuutin loppuminen ja viimeisen minuutin aikana kertynyt juokseva summa jaetaan yhteenlaskettujen näytteiden lukumäärällä 4096, viimeisimmän vuon laskentasignaalin keskiarvon saamiseksi. Tämä viimeisin keskiarvo viedään sitten listan ylimmäiseksi kunkin muun siirtyessä alaspäin yhdellä paikalla ja vanhimman arvon poistuessa. Näiden vaiheiden päätyttyä juokseva summa nollataan lohkossa 129 seuraavan yhden minuutin keskiarvon laskemiseen valmistautumiseksi. Oli minuutti kulunut tai ei lohkon 125 tarkistuksessa, uusi analoginen vuon laskentavilkkaus- 22 81 698 signaalin hetkellisarvo viedään mikrotietokoneeseen ja lisätään juoksevaan summaan lohkossa 131. Tämä vaatii kiinteän analogi-digitaali-muunnoksen käyttöä ja siksi mikrotietokoneen ja siihen liittyvän muuntimen rekistereiden ja porttien käyttöä yllä tarkastellulla tavalla. Koska pääohjelma käyttää myös kiinteää digitaali-analogia-muunnosohjelmaa muodostaessaan pyörivällä kytkimellä 99 valittujen eri tulosignaalien osoituksia paikallisessa digitaalinäytössä 97, on tarpeellista tallentaa pääohjelman täyttämien rekistereiden ja lähtöjen sisällöt, kun se keskeytetään aikakeskeytysrutiinilla. Tästä johtuen keskeytys-rutiini palauttaa kaikki portit ja rekisterit pääohjelman arvoihin lohkossa 133 ennen palaamista pääohjelmaan.

Täten esillä oleva keksintö valvoo neutronivuon laskentavilkkaus-signaalia, kehittää yhden minuutin keskimääräiset vuon laskenta-vilkkaussignaalit, tallentaa ne kymmeneksi minuutiksi, vertaa viimeisintä keskiarvoa kunkin tallennetun arvon kanssa ja synnyttää hälytyksen, jos viimeisin keskiarvo ylittää minkä tahansa tallennetun arvon enemmän kuin ennalta valitulla kertoimella. Kuvatulla mikrotietokonetta käyttävällä tekniikalla voitetaan tilastollisesti köyhän ja luontaisesti häiriöisen lähdealueen neutronivuon ilmaisimen synnyttämän signaalin puutteet. Mikrotietokone sallii myös kertoimen säätämisen säätämällä pelkästään vertailujännitesyötön suuruutta ja muita parametrejä voidaan muutella suorilla säädöillä ohjelmassa.

Vaikka keksinnön erityisiä suoritusmuotoja on kuvattu yksityiskohtaisesti, alan ammattimiehet pystyvät kehittämään erilaisia muutoksia ja vaihtoehtoja näihin yksityiskohtiin selityksen kokonaisajatuksen valossa. Sen mukaisesti selitetyt erityiset toimenpiteet on tarkoitettu olemaan vain havainnollistavia eikä rajoittavia keksinnön puitteille, mikä käsittää liitettyjen vaatimusten koko laajuuden ja minkä hyvänsä niiden vastineen.

Claims (3)

23 81698

1. Menetelmä kriittisen tilan tahattoman lähestymisen havaitsemiseksi ydinpolttoainetta käyttävässä sähkötehoa tuottavassa yksikössä, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: kehitetään hetkellistä reaktorin, jonka reaktii-visuustaso on noin 10-* prosenttia tai alempi reaktoritehosta, neutronivuota vastaava hetkellinen neutronivuon laskenta taa juussignaali, tunnettu siitä, että seuraavaksi kehitetään hetkellisestä neutronivuon laskentataajuussignaalista ensimmäinen ja toinen keskimääräinen vuon laskentataajuussignaali, jotka edustavat keskimääräistä neutronivuon laskentataa juussignaalia ensimmäisen ja toisen toisistaan ennalta asetetun aikavälin päässä olevan muutosajänjakson aikana, mikä sisältää hetkellisten neutronivuon laskentataa juussignaalien toistuvan näytteenoton näiden muutosajan-jaksojen aikana ja näiden ensimmäisen ja toisen keskimääräisen vuon laskentataajuussignaalin kehittämisen vastaavien aikavälien aikana otettujen näytteiden keskiarvona, ja verrataan mainittua ensimmmäistä ja toista keskimääräistä vuon laskentataajuussignaalia ja kehitetään hälytys, kun toinen keskimääräinen vuon laskentataajuussignaali ylittää ensimmäisen keskimääräisen vuon laskentataajuussignaalin ainakin ennalta valitulla kertoimella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ennalta valittu aikaväli on mainitun muutosajänjakson monikerta ja että se sisältää vaiheina näiden keskimääräisten vuon laskentataajuussignaalien kehittämisen toistuvasti ja jatkuvasti, viimeisten sellaisten signaalien tallentamisen, joiden lukumäärä on tämä monikerta ja valinnan mainituksi toiseksi keskimääräiseksi vuon laskentataa juussignaaliksi viimeisimmän sellaisen kehitetyn signaalin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viimeisintä keskimääräistä vuon laskentataajuussignaalia verrataan jokaiseen tallennettuun keskimääräiseen vuon laskentataajuussignaaliin ja hälytyssignaali kehitetään, kun se ylittää minkä tahansa näistä tallennetuista 24 81 698 keskimääräisistä vuon laskentataajuussignaaleista ainakin mainitulla kertoimella.