HU189344B

HU189344B - Nuclear critical system

Info

Publication number: HU189344B
Application number: HU833474A
Authority: HU
Inventors: Lajos Gacsi; Antal Gizella; Zoltan Szabo
Original assignee: Mta Koezponti Fizikai Kutato Intezet,Hu
Priority date: 1983-10-07
Filing date: 1983-10-07
Publication date: 1986-06-30
Also published as: HUT35415A

Abstract

The proposed assembly comprises an active zone in a so-called zone vessel, which is itself located in a pressure containing reactor vessel. Heater and cooling coil are provided for the moderator inside the reactor vessel. Water level and temperature can be determined with great accuracy by suitable instruments.

Description

A találmány tárgya nyomottvizes, vízszintszabályozású nukleáris kritikus rendszer, amely nagypontosságú reaktorfizikai kísérleteket tesz lehetővé elsősorban 20-130’C-ig terjedő hőmérséklettartományban.The present invention relates to a pressurized, water level controlled nuclear critical system which enables high precision reactor physics experiments at temperatures ranging from 20 to 130'C.

A nukleáris kritikus rendszer egyszerű felépítésű, kis teljesítményű atomreaktor, segítségével olyan kísérleti vizsgálatok végezhetők, amelyek nagyteljesítményű (pl. erőművi) reaktorzónákon nem kivitelezhetők. A kísérletek a következő alapvető követelményeket támasztják a kritikus rendszerrel szemben:The nuclear critical system is a simple, low-power nuclear reactor that allows experimental studies that cannot be performed in high-power (eg power plant) reactor zones. Experiments have the following basic requirements for a critical system:

- a reaktor teljesítményének a szabályozása abszorbens rúddal, vagy a vízszint változtatásával történjen;- the reactor power is controlled by means of an absorbent bar or by changing the water level;

- az üzemi hőfoktartomány szobahőfoktól legalább 130’C-ig terjedjen;- the operating temperature range should be from room temperature to at least 130'C;

- az aktív zónában a kísérletek ideje alatt térben és időben állandó legyen a hőmérséklet;- the temperature in the core must remain constant in space and time during the experiments;

- legyen lehetőség precíziós hőmérséklet- és vízszintmérésre az aktív, zónában.- enable accurate temperature and water level measurements in the active zone.

Ismertek olyan kritikus rendszerek, amelyek a fenti követelményeknek részben eleget tesznek. A vízszintszabályozású kritikus rendszerek maximális üzemi hőfoka általában 90 ’C. A nyomás alatt 100’C felett működő rendszerek többnyire nem vízszintszabályozásúak. Egyetlen nyomottvizes, vízszintszabályozású kritikus rendszert ismerünk, amely nyomástartó reaktortartályban elhelyezett zónatartályt, és a zónatartályban levő aktív zóna hőmérsékletét mérő hőelemet tartalmaz. Az aktív zóna vízszintjét a reaktortartályon kívül, közlekedő edény segítségével mérik. A hőelem mérési hibája és a hőtágulás miatt a hőmérséklet és a vízszint mérése viszonylag pontatlan. A víz üzemi hőfokra történő feífütésére, ill. lehűtésére szolgáló víztér a reaktortartályon kívül van kialakítva és a zónatartállyal szivattyún, szelepen és töltőcsövön át van összekötve. Ez a megoldás nem biztosítja a zónatartályban az egyenletes és állandó hőfokeloszlást. Bár az ismert nyomottvizes, vízszintszabályozású kritikus rendszer felépítése bonyolult, mégsem tesz eleget a hőfokeloszlásra és a mérési pontosságra vonatkozó követelményeknek és nem alkalmas felső reflektoros mérésekre.Critical systems that partially meet the above requirements are known. Critical water level critical systems typically have a maximum operating temperature of 90 ° C. Systems operating under pressure above 100'C are mostly non-water level controlled. There is a single pressurized water level critical control system comprising a zone vessel in a pressurized reactor vessel and a thermocouple that measures the temperature of the core in the vessel. The water level of the core is measured using a moving vessel outside the reactor vessel. Due to the measurement error of the thermocouple and the thermal expansion, the measurement of temperature and water level is relatively inaccurate. The water is brought to operating temperature or cooled. The water space for cooling water is formed outside the reactor vessel and is connected to the zone vessel via a pump, valve and filling pipe. This solution does not ensure a uniform and constant temperature distribution in the zone tank. Although the known pressurized water level critical control system is complex in structure, it does not meet the requirements for temperature distribution and measurement accuracy and is not suitable for upper reflector measurements.

Célunk a találmánnyal egy olyan nyomottvizes, vízszintszabályozású nukleáris kritikus rendszer létrehozása, amely maradéktalanul kielégíti a fent ismertetett követelményeket.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pressurized, water level controlled nuclear critical system that fully satisfies the above requirements.

A kritikus rendszer felépítésének elve a következő: Az aktív zóna a nyomástartó reaktortartály belsejében egy második tartályban, az ún, zónatartályban kerül elhelyezésre. A rendszer moderátora desztillált vagy bórsavas víz (a továbbiakban: víz), amelyet a reaktortartályban fűtünk fel, illetve hűtünk le az üzemi hőfokra, majd innen töltjük fel a zónatartályba. Az aktív zónában a víz megjelenésekor indító neutronforrás, vagy (γ,η) reakció hatására beindul a hasadási láncreakció. Egy adott vízszintnél - az úri. kritikus vízszintnél - a hasadási láncreakció önfenntartóvá válik. A zónatartály és a reaktortartály konstrukciója, valamint a zónatartály töltésére szolgáló cső elhelyezése egyenletes és időben állandó hőfokeloszlást biztosít a zónatartályban a mérések ideje alatt. A töltőrendszer lehe2 tőséget ad a zónatartály vízszintjének finom szabályozására. A vízszint és a hőmérséklet kis megváltoztatásai jelentős mértékben hatnak a kritikus vízszintre, ezért a vízszint és a hőmérséklet mérésére különleges, nagypontosságú mérőrendszerek nyertek alkalmazást. A reaktor gyors leállítását abszorbens rudak és gyorsüritö szelepek teszik lehetővé. Utóbbiak - szükség esetén - néhány másodperc alatt automatikusan ürítik a vizet a zónatartályból a reaktortartályba.The principle of the critical system is as follows: The core is located inside a pressure vessel inside a second tank, the so-called zone tank. The system is moderated by distilled or boric acid water (hereafter referred to as "water"), which is heated or cooled to the operating temperature in the reactor vessel and subsequently filled into the zone vessel. In the core, a fission chain reaction is triggered by the initiation of a neutron source or (γ, η) reaction when water appears. At a given water level - gentleman. at critical water levels - the fission chain reaction becomes self-sustaining. The design of the zone tank and the reactor vessel, as well as the location of the pipe for filling the zone vessel, ensures a uniform and timely distribution of the temperature in the zone vessel during the measurements. The filling system provides the ability to fine-tune the water level in the zone tank. Small changes in the water level and temperature have a significant impact on the critical water level, which is why special high-precision measuring systems have been used to measure water level and temperature. Absorbent rods and quick-acting valves allow rapid shutdown of the reactor. The latter automatically drain the water from the zone tank to the reactor tank, if necessary, within a few seconds.

A találmány szerinti kritikus rendszerben - a fentieknek megfelelően - a víz fűtésére és hűtésére szolgáló víztér a reaktortartály belsejében, a zónatartály alatt van kialakítva. A höelem hidegpontja az aktív zóna hőmérsékletére beállított ultratermosztátban helyezkedik el. Az ultratermosztát kalibrált hőmérővel van ellátva. A reaktortartályban a vízszintmérő eszköz függőlegesen elrendezett vízszintmérő rudat és hitelesítő kontaktussal ellátott kvarcrudat tartalmaz, a vízszintmérő rúd mérőtüvel ellátott alsó vége benyúlík a zónatartályba. Felső vége tömszelencén át ki van vezetve a reaktortartályból és ott egyrészt hajtóművel és elmozdulásmérővel, másrészt ellenállásmérővel van összekötve. A kvarcrúd alsó vége a zónatartályban az aktív zóna alján van rögzítve.In the critical system of the present invention, as described above, the water space for heating and cooling the water is formed inside the reactor vessel below the zone vessel. The cold point of the thermocouple is located in an ultra-thermostat set to the core temperature. The ultra-thermostat is equipped with a calibrated thermometer. In the reactor vessel, the level gauge means comprises a vertically arranged level gauge bar and a quartz rod with a calibration contact, the lower end of the gauge bar having a gauge needle extending into the zone tank. Its upper end is led out of the reactor vessel via a cable gland and is connected therewith to a gear and displacement meter on the one hand and a resistance meter on the other. The lower end of the quartz rod is fixed in the zone tank at the bottom of the active zone.

A találmányt a továbbiakban kiviteli példa és rajzok alapján részletesen ismertetjük. A rajzokon azThe invention will now be described in more detail by way of example and drawings. In the drawings it is

1. ábra a kritikus rendszer vázlatos metszeti rajza, és aFigure 1 is a schematic sectional view of the critical system, and

2. ábra az aktív zóna hőmérsékletét mérő elrendezés.Fig. 2 is an arrangement for measuring the temperature of the core.

Az 1. ábrán látható a kritikus rendszer vázlatos metszeti rajza. Az 1 reaktortartály belsejében található a 2 zónatartály, amely a 3 aktív zónát foglalja magában. A reaktortartály alsó vízterében található a 4 fűtőtest és az 5 hűtőspirál. Ide csatlakozik a 6 szivattyú, amely a 7, 8 és 9 szelepekkel áll összeköttetésben. A 8 és 9 szelep a 10 töltöcső felé továbbítja a vizet. A 2 zónatartály vízterébe a 11 vízszintmérő rúd nyúlik be, amelyhez a 12 elmozdulásmérő és a 13 ellenállásmérő (megohm-mérő) csatlakozik. A 2 zónatartály vízterében a 15 hőelem található. A 2 zónatartályon több gyorsüritö 14 szelep van, amelyek közül csak egyet tüntettünk fel az ábrán.Figure 1 is a schematic sectional view of the critical system. Inside the reactor vessel 1 is the zone vessel 2 which comprises the active zone 3. In the lower water space of the reactor vessel are the radiators 4 and the coil 5. The pump 6 is connected here and is connected to the valves 7, 8 and 9. Valves 8 and 9 convey water to the filler pipe 10. The water level bar 11 extends into the water space of the zone container 2, to which the displacement meter 12 and the resistance meter 13 (megohm meter) are connected. The thermocouple 15 is located in the water space of the zone tank 2. The zone container 2 has a plurality of fast-acting valves 14, only one of which is shown in the figure.

A találmány szerinti kritikus rendszer üzemeltetése az alábbiak szerint történik:The critical system of the present invention is operated as follows:

A nyomástartó 1 reaktortartály alsó terében elhelyezett vizet a 4 fűtőtest segítségével fűtjük fel, illetve az 5 hűtőspirál segítségével hütjük le az üzemi hőfokra, amely 20°C-130°C lehet. Felfütés alatt a vizet a 6 szivattyúval a 7 szelepen keresztül keringetjük, ezalatt a töltő 9 szelep zárva, a gyorsürítő 14 szelep pedig nyitva van. Az üzemi hőfok elérése után a 2 zónatartályt a fűtőrudakat tartó talplemez közepe táján betorkolló 10 töltőcsövön át feltöltjük a kritikus vízszintig. Ennek érdekében zárjuk a gyorsüritö 14 szelepet, majd a töltő 9 szelep nyitásával szabad utat biztosítunk a 6 szivattyú által keringetett víznek a 2 zónatartály felé. A töltés sebességét a fojtó 8 szelep segítségével állítjuk be az adott zónánál megkívánt értékre. Felső reflektoros üzemmódnál a biztonságvédelmi rudakon kívül még egy kézi szabályozásra szolgálóThe water in the lower compartment of the pressure vessel 1 is heated by means of the radiator 4 and cooled by means of the coil 5 to an operating temperature of 20 ° C to 130 ° C. During heating, the water is circulated through the pump 6 via the valve 7, while the filling valve 9 is closed and the quick drain valve 14 is open. Once the operating temperature has been reached, the zone container 2 is filled to the critical water level through a filler pipe 10 around the center of the base plate holding the heating rods. To do this, close the quick-acting valve 14 and then open the filling valve 9 to provide a free path for the water circulated by the pump 6 towards the zone container 2. The charge rate is set using the throttle valve 8 to the value required for the particular zone. In the upper reflector mode, there is one manual control in addition to the safety bars

189 344 abszorbens rúd, a 26 szabályozórúd kerül beépítésre. Ebben az esetben a 2 zónatartály teljes feltöltése vízzel leengedett 26 szabályozórúddal történik, és ennek felemelésével a láncreakció indítása és a teljesítmény szabályozása.189,344 absorbent rods, the regulating rod 26 is incorporated. In this case, the zone tank 2 is completely filled with water-lowered control rod 26, raising it to initiate the chain reaction and regulate the power.

A hőmérsékletmérés elrendezése a 2. ábrán látható. A 3 aktív zónában elhelyezett 15 hőelem a 16 feszültségmérőhöz (millivoltmérőhöz) csatlakozik.The arrangement of the temperature measurement is shown in Figure 2. The thermocouple 15, located in the active zone 3, is connected to the voltage meter 16 (millivoltmeter).

A 15 hőelemek hidegpontját a 18 ultratermosztátban helyeztük el. A 18 ultratermosztátot a 3 aktív ¹zónában kívánt hőmérsékletre fűtjük fel, hőmérsékletét a kalibrált higanyos 19 hőmérővel mérjük. Ilymódon a 2 aktív zónában lévő hőmérséklet közvetlenül leolvasható a higanyos 19 hőmérőn. Amennyiben a termofeszültség ψ 0, kalibrációs ¹táblázat segítségével korrigáljuk a hőmérséklet értéket. A 3 aktív zóna tetszés szerinti pontjaiban több 15 hőelem van elhelyezve, amelyek hőmérsékletét a 17 mérőhelyátkapcsoló segítségével mérhetjük. ² The cold point of the thermocouples 15 is located in the ultra-thermostat 18. 18 ultratermosztátot heated to the desired ^one of the three active zone, the temperature is measured at 19 calibrated mercury thermometer. In this way, the temperature in the active zone 2 can be read directly on the mercury thermometer 19. If the thermal voltage is ψ 0, adjust the temperature using calibration table ¹ . A plurality of thermocouples 15 are located at arbitrary points in the active zone 3, the temperature of which can be measured by means of a measuring switch 17. ²

A vízszint mérése az alábbiak szerint történik (1. ábra): A 11 vízszintmérő rúd alsó végén található a 24 mérőtü, amelyet a lecsapódó párától a 22 teflon-harang véd. A 11 vízszintmérő rúd felső vége a 21 tömszelencén át a nyomás alatti téren kívülre ²nyúlik ki. A 11 vízszintmérő rúd függőleges irányú mozgatása a 20 hajtómű segítségével történik. A 11 vízszintmérő rúd felső végéhez illeszkedő 12 elmózdulásmérö a rúd függőleges elmozdulásainak a mérését teszi lehetővé. A 11 vízszintmérő rúd felső ³vége és a test közé a 13 ellenállásmérő van kapcsolva, amely akkor tér ki, ha a 24 mérőtű érintkezik a 2 zónatartályban lévő vízzel. A 2 zónatartály alsó részéhez - pontosabban a talplemezhez, amelyen a fütőrudak állnak - a 25 kvarc-rúd van rögzítve, ³amelyen lOOmm-enként a 23 hitelesítő kontaktusok vannak. A 23 hitelesítő kontaktusnál, a 24 mérőtühöz hasonlóan, megohm-méréssel állapítható meg, hogy a kontaktust ellepi-e a víz, vagy nem.The water level is measured as follows (Figure 1): At the lower end of the water gauge bar 11 is a gauge needle 24 protected by a Teflon bell 22 against condensation. The upper end of the level gauge bar 11 extends through the gland 21 outside the pressurized space ² . The gauge bar 11 is moved vertically by means of a gear 20. The displacement gauge 12, which fits to the upper end of the level gauge bar 11, allows the vertical displacement of the bar to be measured. Between the upper end ^{3 of the} level gauge bar 11 and the body, a resistance gauge 13 is disposed which expands when the gauge needle 24 contacts the water in the zone container 2. The lower part of the reservoir zone 2 - more specifically, the base plate having the heating rod are - 25 quartz rod is attached to ³ which are the loom every 23 verifier contacts. At the calibration contact 23, similarly to the probe 24, it is possible to determine by megohm whether the contact is covered by water or not.

Méréskor a vízszintet úgy állítjuk be, hogy az 4 éppen érintkezzék a 23 hitelesítő kontaktussal. Ezután a 24 mérőtüt addig süllyesztjük, amíg érintkezésbe nem lép a víz felszínével. Ekkor nullázzuk a 12 elmozdulásmérőt. A továbbiakban a 24 mérőtű magassága a 23 hitelesítő kontaktushoz képest a 12 4 elmozdulásmérőn olvasható le. A 24 mérőtűt ezután felemeljük, a vízszintet a kívánt mértékben megváltoztatjuk, majd a 24 mérőtüt addig süllyesztjük, amíg a 13 ellenállásmérő érintkezést nem jelez. A 23 hitelesítő kontaktushoz képest mért 5 vízszint ekkor leolvasható a 12 elmozdulásmérőn.During the measurement, the water level is adjusted so that it 4 is just in contact with the certification contact 23. The dipstick 24 is then lowered until it contacts the surface of the water. The motion sensor 12 is then reset to zero. Hereinafter, the height of the measuring needle 24 relative to the certification contact 23 can be read on the displacement meter 12 4. The gauge needle 24 is then raised, the water level is adjusted as desired, and the gauge needle 24 is lowered until the resistance gauge 13 indicates contact. The water level 5 relative to the calibration contact 23 can now be read on the displacement meter 12.

A találmány előnyei a következőkben foglalhatók össze: Az ismertetett konstrukció, amelynél az aktív zóna a nyomástartó reaktortartályon belül, egy második tartályban, a zónatartályban foglal 5 helyet, továbbá a víz fűtésére, ill. hűtésére szolgáló víztér is a reaktortartályban van kialakítva, biztosítja a kísérletek által megkívánt egyenletes és időben állandó hőfokeloszlást. A zónatartály feltöltése után a vízben 1 °C-on belül egyenletes hőfokeloszlás alakul ki, amely a többórás kísérletek ideje alatt sem változik, mivel az alsó víztérben a víz hőmérséklete 2-3 °C-al melegebb, mint a zónatartályban.Advantages of the invention may be summarized as follows: The described construction, in which the active zone occupies 5 spaces in the pressure vessel, in a second vessel, in the zone vessel, and for heating and / or heating the water. The cooling water space is also provided in the reactor vessel, providing the uniform and timely temperature distribution required by the experiments. Once the zone tank is filled, the water will have a uniform temperature distribution within 1 ° C, which will not change over several hours of experimentation as the water temperature in the lower water space is 2-3 ° C warmer than in the zone tank.

A hőmérsékletmérésnél alkalmazott megoldás előnye, hogy a hőelem mérési hibája csak az aktív zóna és az ettől kis mértékben eltérő hidegpont hőmérsékletküíönbségének a mérését terheli; a hidegpont hőmérsékletének a mérésére pedig nagypontosságú, kalibrált higanyos hőmérőt alkalmazunk. A mérési pontosság ezért a 20-130 °C-os tartományban ±0,1 °C.The advantage of the temperature measurement solution is that the measurement error of the thermocouple is limited to the measurement of the temperature difference between the core and the slightly different cold spot; and a high-precision calibrated mercury thermometer is used to measure the temperature of the cold spot. The accuracy of measurement is therefore within the range of 20-130 ° C ± 0.1 ° C.

A vízszintmérő előnye, hogy a 20-130 °C-os hőfok tartományban fellépő mm nagyságrendű hőtágulások ellenére lehetőséget ad az aktív zóna vízszintjének precíziós mérésére. Az alkalmazott elrendezéssel a zónatartály vízszintje a zóna aljától 0,1 mm-es pontossággal mérhető, amíg a hitelesítő kontaktusok közötti tartományban a vízszint változásai 0,02 mm pontossággal határozhatók meg.The advantage of the level gauge is that, in spite of thermal expansion in the temperature range of 20-130 ° C, it allows accurate measurement of the water level of the active zone. With the arrangement used, the water level of the zone tank can be measured with an accuracy of 0.1 mm from the bottom of the zone, while changes in the water level between the calibration contacts can be determined with an accuracy of 0.02 mm.

Az egyenletes és időben állandó hőfokeloszlás, a precíziós vízszint- és hőmérsékletmérő rendszer a kritikus rendszert nagypontosságú reaktorfizikai kísérletek végzésére teszik alkalmassá.The steady and constant temperature distribution, the precision water level and temperature measuring system make the critical system capable of performing high precision reactor physics experiments.

Claims

Nuclear Critical System for High Precision Reactor Physics Experiments, which includes a zone vessel in a pressurized reactor vessel, the temperature of the core in the vessel, and the temperature of the reactor. water level thermocouple, respectively. water level measuring device and system for heating water to operating temperature, having a water space for cooling, which is connected to the zone tank via a pump, valve and filling pipe, characterized in that the water space for heating and cooling the water is formed inside the reactor vessel (1) below the zone of the thermocouple (15) located in an ultra-thermostat (18) adjusted to the temperature of the active zone (3) and provided with a calibrated thermometer, the water leveling device being a vertically arranged water leveling bar (11) and a quartz rod (23) 25), the lower end of the level gauge rod (11) having a measuring needle (24) extends into the zone tank (2), its upper end is led out of the reactor vessel (1) via a gland (21) and therein with a gear (20) ), on the other hand its resistance meter! Connected (13), the lower end of the quartz rod (25) is secured in the zone tank (2) at the bottom of the active zone (3).