KR20130079340A - 핵 원자로에서 엑스코어 검출기를 캘리브레이팅하는 방법 - Google Patents

핵 원자로에서 엑스코어 검출기를 캘리브레이팅하는 방법 Download PDF

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KR20130079340A
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Abstract

가압수형 원자로(PWR)(1)를 위한 엑스코어 검출기를 캘리브레이팅하는 방법은: 코어(9) 주변 주위로 이격된 복수의 위치에 배치된 엑스코어 검출기(33)를 사용하여 주변 코어 플럭스 신호를 측정하는 단계, 및 코어 모니터링 시스템(43) 또는 인-코어 플럭스 측정(69) 중 어느 하나로부터 측정된 파워 분포를 사용하는 단계를 포함한다. 엑스코어 검출기(33)의 캘리브레이션은 두 개의 부분으로 나누어진다: (1) 엑스코어 검출기 신호와 가중된 주변 조립체 축방향 오프셋 사이의 관계, 및 (2) 가중된 주변 조립체 축방향 오프셋과 코어 평균 축방향 오프셋 사이의 관계. 관계(2)는 대표 중성자 모델에 의해 결정될 수 있다. 중성자 해법의 정확성은 노드의 예측된 3-차원 파워 분포(75)에 대한 측정된 3-차원 파워 분포의 비율을 나타내고, 예측된 시나리오가 실제 원자로 코어(9)에서 실제로 수행됐다면 측정될 수 있는 것에 매칭하도록 중성자 결과를 정정하는, 노드 캘리브레이션 요소를 적용시키는 것(83)에 의해 개선된다.

Description

핵 원자로에서 엑스코어 검출기를 캘리브레이팅하는 방법{METHOD OF CALIBRATING EXCORE DETECTORS IN A NUCLEAR REACTOR}
개시된 개념은 일반적으로 핵 원자로에 관한 것이고, 더 구체적으로 가압수형 원자로(PWR)와 같은, 핵 원자로에서 엑스코어 파워 범위 검출기를 캘리브레이팅하는 방법에 관한 것이다.
현대의 상업적 핵 파워 원자로의 코어는 수직 원자로 용기 내에 장착된 다수의 연신된 연료 조립체에 의해 형성된다. 가압된 냉각제가 조립체에 포함된 핵분열성 연료에서의 핵 반응에 의해 발생된 열을 흡수하도록 연료 조립체를 통해 순환된다. 코어를 통한 파워의 분포는 연료 조립체로의 제어 봉의 삽입의 강도와 같은, 많은 요소에 의해 영향받는다. 파워 분포를 정확하게 결정하는 것은 원자로 작동 한계가 초과되지 않는다는 것을 보장하기 위해 중요하다.
한 예를 들면, 가압수형 원자로(PWR)에서 파워 분포를 결정하도록 개발된 하나의 시스템은 BEACON™(Best Estimate Analysis for Core Operation-Nuclear) 시스템이다. 다른 혜택들 가운데, 펜실베니아, 먼로빌에 사무소를 둔, 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨로부터의 라이센스에 의해 이용가능한, BEACON은 현재 이용가능한 계장을 사용하여 기존 PWR에서 계속적인 코어 모니터링에 관한 능력을 제공한다. BEACON은 출구 열전대, 엑스코어 파워 범위 검출기 및 이동가능한 인코어 검출기의 조합, 또는 코어의 측정된 파워 분포를 결정하도록 기준 3-차원 파워 분포와 조합해서, 고정된 인코어 검출기 시스템 중 어느 하나를 사용한다. BEACON에 의해 수행되는 기능 중에는 코어 모니터링, 코어 분석, 반응성 밸런스, 및 온-라인 정지 여유 평가, 추정된 임계 조건 계산, 로드 마누버(load maneuver) 시뮬레이션 및 엑스코어 검출기 캘리브레이션과 같은 예측 기능을 포함하는 인코어 검출기 신호 처리와 분석이 있다.
엑스코어 검출기는 종래에 이전 주기 또는 현재 주기로부터의 작동 정보의 분석에 기반한 다중-포인트 또는 단일-포인트 캘리브레이션 기법 중 어느 하나를 채용하여 캘리브레이팅되었다. 논의될 바와 같이, 이들 기법 모두는 그들 자신만의 고유한 한계의 세트를 가진다.
다중-포인트 캘리브레이션은 데이터를 발생시키도록 연료 조립체의 일부에서 계장 딤블을 통해 이동가능한 검출기(즉, 인코어 검출기)를 작동시키는 것을 일반적으로 포함한다. 이러한 데이터의 수집은 코어에서 의도적으로 유도된 축방향 파워 진동 동안 다중의 빈번한 포인트에서 발생한다. 그런 후에 그 데이터는 각각이 플럭스 맵으로 언급되는, 코어 파워 분포의 다중 맵을 생성하도록 처리된다. 엑스코어 검출기의 응답 및 플럭스 맵 결과로부터의 축방향 정보와 함께, 계수가 엑스코어 검출기를 캘리브레이팅하도록 유도된다. 다른 불이익 가운데, 다중-포인트 캘리브레이션은 시간 소모적이고 노동 및 비용 집약적이라는 것이다. 특히, 데이터 수집을 완료하기 위해, 코어에서 제논 진동을 도입하기 위해, 또는 그 둘 모두를 위해 유틸리티는 낮은 파워 레벨에서 시간을 소비하도록 강제된다. 이것은 원치않게 추가적인 발전소 직원 및 손실된 파워 발생을 요구한다. 한 예를 들면, 감소된 파워에서 최초 기동 동안 세 개의 포인트에 관해 데이터를 얻는 것은 약 16시간을 요구하고, 코어가 평형상태(equilibrium)에 이르게 하는 것은 약 24시간을 요구한다. 게다가, 일부 유틸리티는 파워에 오르기 전에 모든 데이터가 감소되고 엑스코어 검출기로 다이얼링되는 또 다른 요구사항을 가지며, 그것은 며칠이 걸릴 수 있다. 부가적으로, 이동가능한 인코어 플러스 맵은 정확한 코어 파워 분포를 제공하는 반면에, 상대적으로 드물게 수행된다(예, 기동 동안 그리고 원자로의 작동 동안 약 한 달에 한 번의 간격에서). 이것은 검출기가 원자로의 정상 작동 동안 계속적인 토대 상에 사용된다면, 인코어 검출기의 방사성 방출 및 열 노출이 초기 오작동을 초래할 수 있기 때문이다. 코어에 갇혀지는 인코어 센서에 관한 우려로 인해, 인코어 검출기가 계장 딤블을 통해 삽입되어야만 하는 빈도를 최소화하는 것 역시 소망된다.
BEACON 없이, 발전소 라이센싱 요구사항은 파워 분포 측정이 31일보다 더 크지 않은 빈도에서 취해지는 것을 일반적으로 지시한다. BEACON이 발전소에 라이센싱될 때, BEACON은 측정된 파워 분포를 생성하는데 있어서 이동가능한 플럭스 맵을 대체한다. 따라서, BEACON은 발전소가 6개월까지 동안 또 다른 이동가능한 플럭스 맵을 취하는 것을 지연시키는 것을 유리하게 허용한다.
다중-포인트 캘리브레이션과 연관해 앞서 언급된 불이익의 관점에서, 단일 포인트 캘리브레이션을 수행하는 것이 소망된다. 단일 포인트 캘리브레이션은 예측 중성자 해법 모델을 사용하여, 진동의 시뮬레이션으로, 코어에서 생성될 수 있는 실제 파워 진동을 대체하는 것을 일반적으로 포함한다. 그러한 기법이 지닌 문제는 특정 환경 하의 예측 모델이 물리적 코어를 정확하게 나타내지 않을 수 있다는 것이다. 예를 들어, 측정된 파워 분포와 예측된 파워 분포가 매칭하지 않을 수 있다. 매우 다양한 요소가 그러한 부정확성에 기여할 수 있다. 예를 들어, 예측 모델이 부정확하도록 할 수 있는 여러 요소는 코어에서 연료의 비대칭 로딩, 조립체의 실제 반응성과 모델링된 반응성 사이의 미스매치, 또는 코어의 작동된 히스토리와 모델링된 히스토리 사이의 차이로 인한 조립체 연소에서의 미스매치, 및 중성자 해법 방법에서의 한계이다. 즉, 코어는 일반적으로 등가의 세그먼트로 나누어지고(예, 제한 없이, 사분의(quadrants) 또는 육분의(sextants)), 여기서 다른 사분의 또는 육분의와 동일하게 거동하지 않는 코어의 임의의 사분의 또는 육분의는 코어의 비대칭을 초래한다.
따라서, 공지된 단일-포인트 기법이 지닌 기존 문제는 그 기법들이 근원적인 가정에 일반적으로 의존한다는 것이다. 하나의 가정은 원자로 코어가 앞서 언급된 바와 같이, 대칭으로 로딩된다는 것이다. 또 다른 가정은 원자력 발전소가 항상 풀 파워에서 계속적으로 작동된다는 것이다. 예를 들어 미국에서와 같이 다른 비-핵 발전소(예, 석탄 화력 발전소; 화석 연료 기반 발전소)의 출력은 파워 소비에서 상대적으로 단기간의 변동을 수용하도록 필요에 따라서 증가되거나 감소되는 것이 일반적으로 이용가능하다는 것이 때때로 참임에도, 다른 핵 파워 발전소는 세계의 다른 부분들에서 다르게 작동된다. 예를 들어, 파워 발생의 대부분이 핵 파워 발전소로부터인 프랑스에서, 파워 요구가 명령하거나 그리드 빈도가 요구하기 때문에, 핵 발전소의 출력을 증가시키고 감소시키는 것은 필수적이다. 예측 모델에서 가정된 작동과 실제 코어의 작동된 히스토리에서의 차이는 예측 모델에서의 부정확성을 유도할 수 있다.
파워 발생 발전소의 전기적 출력에서의 변화를 수용하기 위한 원자로 파워 코어 출력에서의 변화는 부하 추종(load follow)으로 언급된다. 부하 추종 동안 핵 원자로를 작동시키는 것이 다양한 다른 불리한 작동 조건을 초래할 수 있다는 것은 일반적으로 잘 알려져 있다. 따라서, 많은 원자로 벤더들은 부하 추종 능력 없이 일정한 파워 출력에서 원자로를 작동시키는 것을 추천한다. 발전소 작동에서 이러한 다양성의 부족은 원자로의 유틸리티를 제한하고 비-핵 전기 발생 발전소가 부하 변화와 함께 요구되는 커패시티에서의 차이를 유지하는 것을 계속하도록 요구한다. 앞서 언급된 바와 같이, 이것은 비-핵 발전소가 이 기능을 제공하는 것이 이용가능하지 않은 세계의 일부에서 실행가능한 옵션이 아니다. 그러한 환경 하에서, 효과적인 부하 추종 능력이 확립되어야만 한다. 코어 안의 변화가 예를 들어, 제논의 부적정한 배분 결과 이전에 보상될 수 있도록, 이것은 코어 내에 플럭스 패턴을 정확하게 실질적으로 재구성할 수 있는 코어 모니터링 시스템을 요구한다.
그러므로, 엑스코어 검출기의 단일 포인트 캘리브레이션과 연관된 시뮬레이팅된 진동(예, 예측 모델)의 정확성을 개선할 필요가 있다.
그러므로, 핵 원자로에서 엑스코어 검출기를 캘리브레이팅하는 방법에서 개선의 여지가 있다.
본 발명의 목적은 선행 기술이 지닌 한계를 극복하는, 핵 원자로에서 엑스코어 파워 범위 검출기를 캘리브레이팅하는 방법을 제공하는 것이다.
이들 필요 및 다른 것들이 개시된 개념에 의해 충족되고, 그것은 주변 조립체 축방향 오프셋과 코어 평균 축방향 오프셋 사이의 관계를 결정하기 위해 예측된 시뮬레이션에 코어 모니터링 정정(예, 노드 캘리브레이션 팩터)을 사용하는 방법에 관한 것이다. 따라서, 핵 원자로의 기존 엑스코어 모니터링 시스템은 다양한 비-표준 조건(예, 제한 없이, 과도 코어 작동 조건; 비대칭 연료 부하 조건; 코어 틸트; 중성자 모델 미스-매치) 하에서, 코어 내의 파워 분포를 정확하게 모델링하도록 사용될 수 있다.
개시된 개념의 일 측면으로서, BEACON™(Best Estimate Analysis for Core Operation-Nuclear)과 같은, 코어 모니터링 시스템의 부분인, 노드 캘리브레이션 팩터가 단일 포인트 엑스코어 캘리브레이션 기법으로 예측된 시뮬레이션에서 한계를 해결하도록 사용되고, 그로써 주변-코어 평균 축방향 오프셋 관계의 정확성을 개선하고 코어의 다른 세그먼트(예, 제한 없이, 사분의; 육분의)에서 파워와 축방향 오프셋에서의 차이를 수용한다. 3-차원 노드 캘리브레이션 팩터는 단일 이동가능한 인코어 검출기 플럭스 맵 또는 셀프-파워링된 검출기 스냅샷 중 하나로부터 측정된 3-차원 파워 분포와, 중성자 모델로부터 예측된 3-차원 파워 분포의 비율을 결정하는 것에 의해 발생된다. 더 구체적으로, 엑스코어 검출기 캘리브레이션을 개선하기 위해 가압수형 원자로(PWR)의 코어에서 파워 분포 정보를 모니터링하는 것을 사용하는 방법이 제공된다.
개시된 개념의 하나의 비-제한적인 예시적인 실시예에 부합해서, 방법은: 코어 모니터링 시스템을 제공하는 단계; 복수의 엑스코어 검출기를 제공하는 단계; 동일한 코어 조건에서 예측된 파워 분포로 플럭스 맵으로부터 측정된 3-차원 파워 분포를 나누는 것에 의해 발생되는 노드 캘리브레이션 팩터 및 현재의 엑스코어 검출기 응답의 기준 포인트 및 측정된 주변 축방향 오프셋을 발생시키도록 단일 이동가능한 인코어 또는 고정된 인코어 플럭스 맵을 취하는 단계; (a)일련의 봉 마누버를 수행하는 것과, (b)일련의 제논 진동을 포함하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 축방향 파워 진동을 시뮬레이팅하도록 계산을 수행하는 단계, 여기서 봉 마누버와 제논 진동이 축방향 오프셋을 변경하도록 사용되고; 예측된 결과를 기대되는 측정 결과로 정정하기 위해 결과적인 3-차원 파워 분포 계산으로 노드 캘리브레이션 팩터를 승산하는 단계; 및 주변 조립체 축방향 오프셋 및 코어 오프셋과 주변 조립체 축방향 오프셋 및 엑스코어 검출기 응답 사이의 관계를 전개하도록 결과를 사용하는 단계를 포함한다. 노드 캘리브레이션 팩터의 승산은 코어 평균 축방향 오프셋에 대한 엑스코어 검출기 응답의 정확한 캘리브레이션을 제공한다.
그 방법은 앞서 발생된 노드 캘리브레이션 팩터와 현재 모니터링된 파워 분포를 이어지는 엑스코어 검출기의 캘리브레이션에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 노드 캘리브레이션 팩터는 약 6개월까지의 기간 동안 측정과 예측 사이에 기대되는 차이의 유효한 표현이다. 엑스코어 검출기 캘리브레이션은 발전소가 인코어 플럭스 맵을 발생시키는 것을 요구하지 않고, 코어의 현재의 사이클에서 온 더 플라이(on-the-fly) 방식으로 발생된 핵 데이터에 기반할 수 있다. 캘리브레이션은 예를 들어 그리고 제한 없이, 파워 상승 동안, 코어의 라이프의 시작에서, 코어 라이프의 끝에서, 코어가 부분 파워에서 작동되는 동안 또는 코어가 풀 파워에서 작동되는 동안 수행될 수 있다.
개시된 방법은 이동가능한 그리고 고정된 인코어 검출기 시스템(들)의 조합을 갖는 원자로는 물론, 이동가능한 인코어 모니터링 시스템을 갖는 원자로와 고정된 인코어 검출기 시스템을 갖는 원자로 모두에 적용가능하다.
본 발명은 비-표준 코어 조건 하에서조차 코어 파워 분포를 정확하게 모델링하는 것을 제공할 뿐만 아니라, 실질적인 재정상의 절감 역시 초래한다.
개시된 개념의 완전한 이해는 첨부된 도면에 관련해서 읽혀질 때 바람직한 실시예에 관한 다음의 설명으로부터 얻어질 수 있고, 여기서:
도 1은 부분적으로 단면에서의 측면 입면도이고 부분적으로 PWR 및 원자로 코어의 도식화된 도면이며, 따라서 개시된 개념을 병합하고;
도 2는 도 1의 원자로 코어의 맵의 도식화된 상면 설계도이며, 연료 조립체, 제어 봉 및 엑스코어 검출기의 상대적 위치를 나타내고;
도 3은 개시된 개념에 부합해서, 도 1의 PWR 원자로 코어의 정상 작동 동안 노드 캘리브레이션 팩터 발생에 관해 도식화된 데이터 흐름도이고;
도 4는 개시된 개념에 부합해서, 도 1의 PWR 원자로 코어의 정상 작동 동안 파워 분포 모니터링에 관해 도식화된 데이터 흐름도이며;
도 5는 개시된 개념에 부합해서, 엑스코어 캘리브레이션 프로세스 동안 도식화된 데이터 흐름도이다.
설명의 목적을 위해, 개시된 개념의 실시예는 BEACON과는 다른 코어 모니터링 시스템을 사용하고, 이동가능한 인코어 검출기 시스템, 고정된 인코어 검출기 시스템, 또는 이동가능한 인코어 검출기 시스템과 고정된 인코어 검출기 시스템 모두의 조합을 갖는 PWR에 역시 적용될 수 있는 것이 명백해질 것임에도, 이동가능한 인코어 검출기 시스템을 갖고 BEACON™(Best Estimate Amalysis for Core Operation-Nuclear) 코어 모니터링 시스템을 사용하는 가압수형 핵 원자로(PWR)에서 엑스코어 검출기의 캘리브레이션에 적용되는 바와 같이 설명될 것이다.
여기에 사용된 용어 "핵 데이터'는 핵 코어에서 연료 조립체 및 가연성 흡수체를 나타내는 정보 및 파라미터를 말하고, 중성자 플럭스, 파워, 연소, 입구 온도, 출구 온도, 엔탈피, 축방향 오프셋 및 그들의 조합을 분명히 포함하나 그것에 한정되지 않는다.
여기에 사용된 어구 "비-표준 코어 조건"은 코어가 정상 작동 조건(예, 한정 없이, 원자로의 세그먼트(예, 제한 없이, 사분의, 육분의) 사이에 실질적으로 대칭적인 연료 부하; 풀 파워에서 일정한 작동) 하에서 작동되지 않는 임의의 시나리오를 말하고, 비대칭 코어 파워, 축 틸트, 제어 봉 강하, 제어 봉 인출, 사이클 길이의 변경, 연료 부하 패턴의 변경 및 엑스코어 검출기의 교체를 분명히 포함하나 그것에 한정되지 않는다.
여기에 사용된 용어 "노드의(nodal)"는 원자로 코어를 소구역으로 분해하는 방법을 말한다.
여기에 사용된 용어 "수"는 1 또는 1 보다 큰 정수(즉, 복수)를 의미할 수 있다.
도 1은 가압수형 원자로(PWR)(1)를 나타내고, PWR(1)은 반구 바닥(5)과 탑 뚜껑(7)을 갖는 수직 원통형 압력 용기(3)를 포함한다. 원자로 코어(9)는 상부 지지 플레이트(11), 코어 배럴(13) 및 하부 지지 플레이트(15)를 포함하는 구조에 의해 원자로 용기(3) 내에서 서스펜딩된다. 원자로 코어(9)는 각각이 다수의 연료 봉(미도시) 내에 포함된 핵분열 물질을 포함하는, 복수의 연신된 연료 조립체(17)로 구성된다. 각각이 뚜껑(7) 위에 위치된 구동 메커니즘(21)에 의해 위치되는 제어 봉(19)의 클러스터가 핵분열 물질의 반응성을 제어하기 위한 하나의 메커니즘으로서 연료 조립체(17)에 삽입된다. 원자로 냉각제 펌프(미도시)에 의해 순환되는 원자로 냉각제가 입구 노즐(23)에 유입되어, 코어 배럴(13) 주위로 아래로, 하부 지지 플레이트(15)를 통해 위로 흐르고, 연료 조립체(17)를 통해 위로 통과하며, 여기서 냉각제는 핵분열 물질 내의 핵 반응에 의해 가열된다. 그런 후에 원자로 냉각제 펌프에 의해 약 2,250 psi의 압력에서 일반적으로 유지되는, 가열된 냉각제가 스팀 발생기(미도시)를 통한 순환을 위해 출구 노즐(25)을 통해 바깥으로 통과하고, 여기서 그것은 입구 노즐(23)로 돌아가기 전에 열을 소실한다. 도시의 단순성을 위해 하나만이 도 1에 도시됨에도, 원자로(1)는 각각이 입구 노즐(예, 23) 및 출구 노즐(예, 25)을 갖는 두 개 내지 네 개 사이의 루프를 일반적으로 가질 것이다.
앞서 언급된 프로세스의 다양한 파라미터가 발전소 컴퓨터(27)에 의해 모니터링된다. 그러한 파라미터 중에 입구(23)의 각각에서 열전대(29)에 의해 측정된 냉각제의 입구 온도, 및 출구 열전대(31)에 의해 측정되는, 연료 조립체(17)에 남겨지는 바와 같은 냉각제의 온도가 있다. 추가적인 측정은 원자로 용기(3)의 외부 주위에 배치된 복수의 엑스코어 파워 검출기(33)에 의해 측정된 축방향 파워 오프셋, 및 여기에 분명히 규정되지 않았지만 발전소 컴퓨터(27)에 의해 역시 모니터링되거나 또는 모니터링될 수 있는 다수의 다른 파라미터를 포함한다.
도 1의 실시예에 도시된 PWR(1)은 또한 각각이 딤블 가이드 튜브(41)를 통해 눌려지는 구동 케이블(39) 상에 장착된 다수의 이동가능한 중성자 검출기(37)(즉, 인코어 검출기)를 포함하는, 이동가능한 인코어 검출기 시스템(35)을 구비한다. 이 방법으로, 인코어 검출기(37)는 딤블(미도시)에서 연료 조립체(17)를 통해 이동된다. 인코어 검출기(37)에 의해 취해진 측정은 원자로 코어(9) 내에서 파워 분포의 정확한 측정인, 플럭스 맵을 발생시키도록 사용된다. 그러나, 앞서 언급된 바와 같이, 이들 검출기(37)는 제한된 토대(예, 기동; 발전소 작동 동안 주기적으로 이격된 간격들) 상에 사용된다. 그러므로, 플럭스 매핑 사이에 원자로 코어(9) 내의 파워 분포를 결정하도록 다른 메커니즘이 요구된다.
PWR(1)은 코어 파워 분포를 계속적으로 모니터링하도록 코어 모니터링 시스템 또는 프로세서(43)(도 1에 단순화된 형태로 도시됨)를 사용한다. PWR(1)은 필수적이지 않음에도, 바람직하게, 코어 모니터링 시스템(43)으로서 BEACON을 사용한다. 코어 모니터링 시스템(43)은 하나 이상의 엔지니어링 워크스테이션(미도시)을 포함할 수 있다. BEACON(43)은 원자로 코어(9) 내에서 측정된 3-차원 파워 분포를 계속적으로 제공하도록 원자로 코어(9)의 3-차원 모델을 갖는 발전소 계장(예, 제한 없이, 이동가능한 인코어 검출기 시스템(35))을 사용한다. 이하에 논의될 바와 같이, BEACON 3-차원 노드의 모델 파워는 단일 포인트 캘리브레이션 기법을 채용하여 엑스코어 검출기(33)를 캘리브레이팅하는 것에 의해, 여기서 규정된 바와 같이, 비-표준 코어 조건 하를 포함하는, 실제 조건 동안 업데이트된다.
BEACON(43)의 이점은 측정된 파워 분포가 인코어 검출기 시스템(35)을 연습하고 플럭스 맵이 발생되는 것을 요구하는 대신에, BEACON(43)에 의해 모니터링되는 바와 같이, 사용될 수 있다는 것이다. 즉, BEACON(43)이 캘리브레이팅된 신호가 아닌 생(raw) 신호를 사용하는 더 원시적인 응답을 사용하기 때문에, BEACON 모니터링 동안, 엑스코어 검출기(33)는 반드시 캘리브레이팅될 필요가 없다. 따라서, 엑스코어 검출기(33)가 코어 축방향 오프셋을 결정하도록 사용되지 않고, 그보다는 주변 코어 파워가 무엇인지 결정하도록 사용되기 때문에, BEACON(43)은 캘리브레이팅된 엑스코어 검출기 신호와 상관없이 기능할 수 있다. 또 다른 방식을 언급하면서, BEACON(43)을 갖는 발전소에서, 이동가능한 인코어 플럭스 맵에 관한 실제 목적은 BEACON(43)을 캘리브레이팅하는 것뿐이다. 따라서, BEACON(43)은 측정된 파워 분포를 생성하도록 이동가능한 인코어 검출기 시스템(35)을 사용하는 것에 대한 대체가 되고 있다. 이 측정된 파워 분포는 개시된 개념에 부합해서, 엑스코어 파워 검출기(33)를 캘리브레이팅하는 방법에 관한 기준이 되고 있다.
도 2는 도 1의 PWR(1)의 일부의 상면 설계도이고, 도면은 개시된 개념의 하나의 비-제한적인 예시적인 실시예에 부합해서, 연료 조립체(17), 제어 봉(19)(도 1)의 일부, 및 엑스코어 검출기(33)의 위치를 도식적으로 나타낸다. 코어 위치(51, 53) 각각은 코어 작동의 하나의 설명적인 실시예에 사용된 풀 길이 제어 봉 위치를 나타낸다. 남겨진 코어 위치(59)는 다른 제어 어플리케이션을 위해 보존되는 일부 위치를 갖는 연료 조립체 위치를 일반적으로 말한다. 도 2의 실시예에서 원자로 코어(9)는 네 개의 등가 크기의 사분의 A, B, C 및 D를 갖고, 코어(9)의 전체 형상은 관찰되는 상면 설계 투시 형태에 따라서, 일반적으로 사각형 또는 다이아몬드이다. 그러나 개시된 개념의 방법 역시 임의의 다른 공지된 또는 적합한 수 및/또는 구성의 세그먼트(예, 제한 없이, 여섯 개의 세그먼트 또는 육분의) 및/또는 전체 형상(예, 제한 없이, 일반적으로 육각형)을 갖는 코어(미도시)에 적용가능하다는 것이 인지될 것이다.
연료 조립체는 대칭 파트너로서 코어(9)에 일반적으로 다시 로딩된다. 대칭 조립체 파트너는 앞서 연료 사이클에서 대칭적인 위치에 위치되었던, 일반적으로 네 개 또는 여덟 개의 조립체의 그룹에 있다. 한 예로서, 때때로 대칭적인 파트너가 손상될 수 있고 그것은 다음 연료 사이클에 다시 로딩되지 않을 것이다, 그보다는, 손상된 조립체가 소비된 연료 인벤토리로부터 또 다른 조립체로 교체될 것이다. 그러나, 도 2의 실시예에서, 예를 들어, 연료 조립체(57, 59)의 농축 및 플럭스 노출(즉, 연소)은 코어(9)의 사분의 A, B, C, D의 각각에서 다르다. 도 2는 단지 코어(9)의 비대칭의 하나의 비-제한적인 실시예를 설명적으로 묘사하도록 의도된다는 것이 인지될 것이다. 그러한 비대칭은 개시된 방법이 다루고 수용할 수 있는, 여기서 규정된 바와 같은, 다양한 비-표준 코어 조건의 하나의 비-제한적인 실시예를 나타낸다.
작동 동안, 코어(9)에서 추론된 축방향 파워 분포가 예를 들어 그리고 제한 없이, 용기(3)(도 1)의 주변 주위로 대칭적으로 위치된, 도 2의 엑스코어 검출기 위치(45, 47, 49, 50)와 같은, 복수의 위치들에서 모니터링된다. 각각의 엑스코어 검출기(33)는 코어(9)의 인접한 사분의 A, B, C, D 상에 대응하는 플럭스 정보를 제공한다. 코어(9)가 코어 대각선 상에 위치된 검출기(33)에 의해 사분의 A, B, C, D로 분리되는 바와 같이 본 특정 실시예에서 도시됨에도, 사분의 A, B, C, D 역시 0도, 90도, 180도 및 270도 위치에서 코어 플랫 상에 검출기(33)를 위치시키는 것에 의해 규정될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 개시된 개념의 방법은 또한 두 개 이상의 축 세그먼트로 구성되는 엑스코어 검출기 채널에 적용가능하다는 것 역시 인지될 것이다.
도시된 실시예에서, 위치(45)에서 검출기(33)에 의해 검출된 플럭스 측정은 각각이 도 2에 도시된 설계도의 수평 평면을 이등분하고, 축 플럭스 프로파일이 측정되는 수직 코어 축과 구별되어야만 하는, 0도 축과 270도 축에 의해 경계가 지어지는 코어 사분의 B에서 발생된 파워를 나타낸다. 유사하게, 도 2에서, 사분의 A는 90도 축과 0도 축에 의해 경계가 지어지고, 사분의 C는 270도와 180도 축에 의해 경계가 지어지며, 사분의 D는 180도 축과 90도 축에 의해 경계가 지어진다. 코어(9)의 코어 구성요소(예, 도 1의 연료 조립체(17) 및 제어 봉(19))가 예를 들어, 위에 언급된 바와 같이, 비대칭으로 배열될 때, 주변 연료 조립체(17)와 코어(9)의 각각의 사분의 A, B, C, D에서의 평균 파워 사이의 관계는 동일하지 않을 것이다.
축방향 오프셋은 축방향 파워 분포를 측정하기에 유용한 파라미터이고 다음과 같이 정의된다:
Ao=(Pt-Pb)/(Pt+Pb)
여기서:
원자로(1)의 주변 주위로 위치된 축방향으로 정렬된 엑스코어 검출기(33)에 의해 일반적으로 측정되는 바와 같이,
Pt는 코어(9)의 탑 하프에서 발생된 파워의 프랙션(fraction)이고;
Pb는 코어(9)의 바닥 하프에서 발생된 파워의 프랙션이다.
코어(9)가 대칭이 아니라면, BEACON(43)(도 1)은 코어 세그먼트 종속(예, 제한 없이, 사분의-종속; 육분의-종속) 값의 추가를 지지하도록 개시된 개념에 부합해서 수정될 수 있다. 그런 후에 이들 값은 이하에 제시된 계산에 부합해서 파워 분포를 정확하게 업데이트하도록 사용될 수 있다.
특히, 개시된 개념에 부합하는 단일 포인트 계산은 세 개의 계산을 포함한다. 제 1 계산은 생 엑스코어 검출기 신호로부터의 축방향 오프셋과 주변 가중된 코어 축방향 오프셋 AOpp 사이의 관계를 전개하는 것이다. 이들은 "결합 계수"로서 언급되고, 아래의 수학식(1)에서 A1 및 A2를 나타낸다. 제 2 계산은 코어 평균 축방향 오프셋 AO와 주변 가중된 축방향 오프셋 AOpp 사이의 관계를 전개하는 것이다. 제 3 계산은 단일 측정의 값을 조정하고, 엑스코어 캘리브레이션 상수 K 및 설정포인트 Ko를 제공하는 것이다.
더 구체적으로, 제 1 계산(1)에 의해 생성된 결합 계수 A1 및 A2가 축 제논 진동 동안 처리된 플럭스 맵의 결과를 사용하는 것에 의해 상태 포인트의 최초 실행 동안 유도된다. 개시된 개념에 부합하는 또 다른 단일 포인트 분석에서, 동일한 계수가 사용될 수 있다. 결합 계수, A1 및 A2는 다음의 수학식에 의해 정의된다:
Figure pct00001
여기서:
In은 정규화된 전류이고;
AOpp는 가중된 주변 축방향 오프셋이고;
A1 및 A2는 결합 계수이다.
수학식(1)에서 용어의 각각은 검출기 의존적이다. 즉, 네 개의 채널을 갖는 일반적인 원자로에 있어서, In, A1 및 A2는 채널에 의해 그리고 코어(9)의 탑 및 바닥에 의해 인덱스될 것이다. AOpp 값은 특정 채널에 대해 탑 및 바닥 모두를 위한 것이다. 따라서, 사분의 셋업(예, 사분의 A, B, C, D)에 있어서, 여덟 개의 다른 방정식이 있을 수 있다.
코어 평균 축방향 오프셋 AO와 가중된 주변 축방향 오프셋 AOpp 사이의 관계를 제공하는, 제 2 계산(아래의 수학식(2) 참조)은 바람직하게 캘리브레이션의 요구되는 연소도에서 중성자 모델을 사용하여 일련의 봉 마누버 및/또는 일련의 제논 진동 계산에 의해 결정된다. 노드 캘리브레이션 팩터가 이들 계산의 결과에 적용된다. 다른 혜택 중에, 이 계산은 공지된 다중-포인트 캘리브레이션 방법에서 요구되는 바와 같은, 축방향 제논 진동 동안 다중 플럭스 맵을 수행할 필요를 제거한다. 봉 마누버 및 제논 진동은 설계 계산(위의 수학식(1) 참조)에서 축방향 오프셋, 및 슬로프 상수 K를 변경하도록 사용되고, 값은 다음의 수학식에 부합해서 이벤트의 각각의 유형에 대해 결정된다:
Figure pct00002
여기서:
AOpp는 가중된 주변 축방향 오프셋이고;
AO는 코어 평균 축방향 오프셋이며;
K는 코어 평균 축방향 오프셋을 주변 축방향 오프셋으로 변환하기 위한 슬로프 상수이고;
Ko는 코어 평균 축방향 오프셋을 주변 오프셋으로 변환하기 위한 오프셋 상수이다.
수학식(2)에서, 각각의 채널에 대해 하나의 방정식이 있을 것이다. 따라서, 수학식(1)에 관련해서 위에 논의된 동일한 네 개의 채널 실시예에서, 네 개의 사분의(예, A, B, C, D) 셋업에 대해 네 개의 방정식이 있을 것이다. K 및 Ko는 "설계 상수"로서 집합적으로 언급된다. AOpp, K, 및 Ko는 채널 각각에 대해 다르고, 한편 AO는 코어(9)를 위한 것이다.
제 3 계산은 참 측정이 공지된 단일 포인트를 제공하는 것에 의해, 엑스코어 검출기 응답에 대해 코어 평균 축방향 오프셋 AO부터 주변 가중된 축방향 오프셋 AOpp까지의 관계를 묶기 위해서, 처음의 두 개의 계산의 결과를 조합한다. 이것은 주변 가중된 축방향 오프셋 AOpp와 코어 평균 축방향 오프셋 AO 사이의 관계에서 상수 값 Ko가 정규화되는 것을 허용한다. 따라서, 다른 혜택들 중에, 개시된 방법은 코어(9)의 각각의 세그먼트(예, 제한 없이, 사분의; 육분의)에 대해 K 및 Ko 상수를 제공한다. 이것은 코어(9)에 대해 하나의 세트의 상수만이 생성되는 앞서 공지된 방법에 비해 현저한 진보이다. 이 방법으로, 개시된 개념은 코어(9)의 각각의 세그먼트(예, 도 2의 사분의 A, B, C, D)가 다르게 거동할 수 있다는 사실을 다룬다.
앞서 언급한 것의 관점에서, 개시된 방법이 분석에 사용된 예측 모델의 대체 시뮬레이팅된 진동의 정확성을 개선하고, 그로써 분석의 결과를 개선하는 것에 의해 종래의 단일 포인트 분석과 관련해 기존에 존재하던 불이익을 극복한다는 것이 인지될 것이다. 특히, BEACON(43)은 개시된 개념의 방법에 부합해서 사용될 때, 주변 및 코어 평균 축방향 오프셋 사이의 관계의 계산(위의 두 번째 수학식(2) 참조)에서 앞서 언급된 한계를 해결할 수 있는 정보를 포함한다. 특히, 플럭스 맵이 BEACON(43) 내에서 처리될 때, BEACON(43)은 노드 캘리브레이션 팩터로 언급되는 것을 발생시킨다. 코어(9)에서 각각의 중성자 노드에 대한, 노드 캘리브레이션 팩터는 측정된 3-차원 코어 파워 분포와 예측된 3-차원 파워 분포 사이의 관계를 반영한다.
노드 캘리브레이션 팩터는 두 개의 다른 접근을 사용하여 단일 포인트 방법론에 적용될 수 있다. 제 1 접근은 완전한 제논 진동 및/또는 봉 마누버를 수행하고, 그런 후에 이들 계산으로부터의 결과적인 파워 분포에 노드 캘리브레이션 팩터를 적용하는 것이다. 이것은 측정된 파워 분포와 예측된 파워 분포 사이에 차이가 존재할 때, 단일 포인트 캘리브레이션로부터의 결과를 크게 개선한다. 제 2 접근은 계산의 각각의 시간 단계에 노드 캘리브레이션 팩터를 적용하는 동안 제논 진동 및/또는 봉 마누버를 수행하는 것이다. 따라서 노드 캘리브레이션 팩터는 파워 및 플럭스 분포에 적용된다. 그런 후에 정정된 플럭스가 다음 시간 단계에서 제논 및 이오딘(iodine)을 격감시키도록 사용된다. 이 접근은 진동 동안 제논에서의 변경 상의 부정확하게 예측된 파워의 이차 효과를 정정한다. 그런 후에 이들 정정된 결과로부터의 파워 분포가 위의 수학식(2)에서 K 및 Ko의 계산에 채용될 수 있다.
요약해서, 개시된 개념의 방법은 비-표준 코어 조건 하에서조차, BEACON 3-차원 분석 노드의 모델 파워를 정확하게 업데이트하도록 노드 캘리브레이션 팩터를 정의한다. 이동가능한 인코어 검출기 시스템(35)(도 1)이 있는 예들에서, BEACON(43)은 다른 신호에 추가로, 열전대(31)(도 1)로부터의 응답 및 엑스코어 검출기(33)로부터의 신호를 사용한다. 고정된 인코어 검출기 시스템(미도시)이 있는 예들에서, BEACON(43)은 모니터링 프로세스로의 입력을 위해 엑스코어 신호 또는 열전대(예, 도 1의 열전대(31))를 사용하지 않는다. 그보다는, 이들 신호는 고정된 인코어 검출기 신호에 의해 대체된다. 이동가능한 인코어 검출기 시스템(35) 또는 고정된 인코어 검출기 시스템(미도시) 중 어느 하나를 갖는 경우에서, 모니터링 프로세스는 모니터링된 또는 측정된(예, 기준) 3-차원 파워 분포를 생성한다. 이 측정된 파워 분포는 플럭스 맵이 없을 때 엑스코어 검출기(33)를 캘리브레이팅하는 것이 필요하고, 이 모니터링 프로세스는 개시된 단일 포인트 방법에 부합하는 진동 시뮬레이션에서 예측 모델(예, 계산)에 적용되는 노드 캘리브레이션 팩터를 확립한다.
특히, 노드 캘리브레이션 팩터는 다음의 수학식에 부합해서 결정된다:
Figure pct00003
여기서:
C는 노드 캘리브레이션 팩터이고;
PM은 측정된 파워이고;
PP는 예측된 파워이며;
i,j,k는 원자로 코어 내의 공간 좌표를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이 이동가능한 인코어 검출기 시스템(35)을 갖는 코어(9)에 있어서, 노드 캘리브레이션 팩터 C는 도 3의 흐름도에서 도식적으로 나타나는 바와 같이, 실제 플럭스 맵이 처리될 때만 생성된다. 달리 말해서, 동일한 노드 캘리브레이션 팩터(예, 캘리브레이션 파일(63))가 BEACON(43)을 다시 캘리브레이팅하는 결정이 이루어질 때까지 사용된다. 특히, 인코어 플럭스 맵 프로세싱(43) 동안, 처리된 데이터(61)의 인터액티브 분석이 플럭스 맵을 분석하고 평가하도록 수행될 수 있다. 도 3에 도식적으로 나타나는, 이 인터액티브 분석은 인코어 검출기 시스템(35)(도 1)으로부터 인코어 계장 신호(플럭스 추적 정보(69)로서 도 3에 집합적으로 언급됨)를 수집하고 핵 데이터(61)(예, 제한 없이, 코어 파워 레벨; 압력; 열전대; 엑스코어 검출기)를 수집하는 것을 포함한다. 코어 및 중성자 모델 상수(65)의 현재 상태를 나타내는 이 데이터(61, 69)를 사용하여, BEACON(43)은 플럭스 맵의 정확한 조건에서 분석의 예측된 플럭스 반응 속도를 발생시킨다. 측정된 반응 속도에 대한 BEACON 계산된 반응 속도의 비율이 모델 정확성이다. 추론된 측정된 파워 분포(71)가 회귀 분석 및 표면 스플라인 적합도의 조합을 사용하여 얻어진다. 플럭스 맵의 BEACON(43) 프로세싱 동안, 노드 캘리브레이션 팩터(63)는 추론된 측정된 파워 분포(71)와 예측된 파워 분포(75)(도 4)의 비율을 사용하는 것에 의해 얻어진다. 필요하다면, 또는 소망된다면, BEACON(43)은 또한 예를 들어, 보통 양도된 미국 특허 제6,493,412호에, 개시된 바와 같이 인코어 측정된 파워 분포에 대한 열전대 리딩을 캘리브레이팅하도록 믹싱 팩터를 계산할 수 있다. 플럭스 추적 정보(69)(도 3)를 처리할 때, BEACON(43)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 추적 비교, 시각 추적 그리드 정렬, 검출기 드리프트 분석, 대칭 추적 비교, 및 측정된 반응 속도와 예측된 반응 속도 사이의 차이를 허용한다.
고정된 인코어 검출기(미도시)를 갖는 코어(미도시)에 있어서, 노드 캘리브레이션 팩터 C의 세트는 신호가 고정된 인코어 검출기(미도시)에 의해 계속적으로 제공되고 있기 때문에, 언제든지 결정될 수 있다. 임의의 이벤트에서, 노드 캘리브레이션 팩터 C는 위의 수학식(3)에서 제시된 바와 같이, 각각의 노드 PP에서 예측된 파워에 의해 나누어진, 각각의 노드 PM에서 측정된 파워의 비율이다.
도 4는 원자로(1)(도 1)의 정상 작동 동안 데이터 흐름을 도시한다. 코어 모니터링 시스템(43)(도 1; 도 4에서 BEACON 역시 참조)에서 작동하는, 업데이트(UPDATE) 백그라운드 프로세스(73)는 중성자 모델 상수(65)에 의해 표현된 분석 노드의 모델을 실행하고 격감시킨다. UPDATE 프로세스(73)는 원자로 계장(예, 제한 없이, 열전대; 인코어 검출기; 엑스코어 검출기)으로부터 핵 데이터(61)로의 접근을 가진다. UPDATE 프로세스(73)는 분석 노드의 모델로부터 각각의 연료 조립체(17)(도 1 및 도 2)에 대해 예측된 파워를 결정한다. 핵 데이터 파일(61)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 입구 열전대 온도, 출구 열전대 온도, 코어 파워 레벨, 제어 봉 위치, 엑스코어 검출기 신호 및 압력을 포함할 수 있다. 이 데이터(61)의 적어도 일부가 예를 들어, 발전소의 최초 파워 상승 동안 주기적으로 수집될 수 있는 반면에, 다른 데이터(61)는 코어(9)(도 1 및 도 2)의 작동에 걸쳐 계속적으로 수집되고 업데이트된다. 캘리브레이션 파일(63)은 노드 캘리브레이션 팩터, 표준 편차 함수 계수, 캘리브레이션의 날짜와 시간 및 다른 캘리브레이션 파라미터는 물론, 앞서 언급된 열전대 믹싱 팩터 함수 및 엑스코어 검출기 캘리브레이션 팩터와 같은 것들을 포함한다. UPDATE 프로세스(73)는 기대된 3-차원(3-D) 파워 분포(75)를 생성하도록 노드 캘리브레이션 팩터(63)와 예측된 파워 분포를 조합한다. BEACON 모니터링(MONITORING) 프로세스(77)는 측정된 파워 분포 정보(71')를 발생시키도록 엑스코어 검출기 신호를 포함하는, 최근의 핵 데이터(61)에 따라서 이 기대된 파워 분포(75)를 채용한다. 바람직하게 BEACON에 의해 제공된, 측정된 파워 분포 정보(71')는 도 3에 관련해서 위에서 앞서 설명된 플럭스 맵 프로세스에 의해 생성된 측정된 파워 분포(71)와 실질적으로 등가이다. 엑스코어 검출기 캘리브레이션을 위해, 이러한, 온 더 플라이 방식의 파워 분포 측정 역시 플럭스 맵 대신에 채용될 수 있다.
주기적으로 최초 파워 상승 동안(예, 제한 없이, 30%, 50%, 75% 및 100% 파워에서) 및/또는 정상 작동 동안, 플럭스 맵 측정이 도 3에 도식적으로 도시되는 바와 같이 이루어지고, 풀 엑스코어 검출기 캘리브레이션이 도 5에 도시된 바와 같이 수행된다. BEACON(43)(도 1; 도 3 및 도 4 역시 참조) 전경(foreground) 프로세스는 캘리브레이션 파일(63)의 캘리브레이션 정보(예, 제한 없이, 노드 캘리브레이션 팩터)를 발생시키도록 사용된 인터페이스이다. 특히, 이 단계에 대해 요구된 데이터는 각각의 엑스코어 검출기(33)(도 1 및 도 2)에 대해 엑스코어 검출기 캘리브레이션 팩터(63)를 발생시키도록 사용된, 앞서 언급된 단일 포인트 캘리브레이션 계산으로부터 수집된 정보이다. 그때 이들은 선택된 적합식(fitting function)에 적합화되고, 플럭스 맵 파일(69)(도 3)에 저장된 플럭스 맵 데이터를 사용하여 조정된 캘리브레이팅된 팩터(63)이다. 캘리브레이션 동안, 플럭스 맵 파일(69)에서 처리된 데이터의 인터액티브 분석이 위에 설명된 바와 같이, 플럭스 맵을 평가하도록 수행되는 것은 개시된 방법에 대해 고유하다. 앞서 언급된 축방향 오프셋 계산이 이 프로세스에 포함된다. 플럭스 맵 파일(69)로부터의 데이터가 BEACON(43)(도 1; 도 3 및 도 4 역시 참조) 내에서 처리될 때, BEACON(43)은 코어(9)(도 1 및 도 2)에서 각각의 중성자 노드에 대해 앞서 언급된 노드 캘리브레이션 팩터 C(위의 수학식(3) 참조)를 발생시킨다. 앞서 언급된 바와 같이, 이들 노드 캘리브레이션 팩터 C는 측정된 파워(71)와 예측된 파워 분포(75) 사이의 관계를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 단일 포인트 캘리브레이션을 수행하는 프로세스는 적합한 예측된 제논 및 봉 마누버 계산(81)을 발생시키도록 중성자 모델 상수(65)를 사용하는 분석 노드의 모델을 포함한다. 다음으로, 단계(83)에서, 마누버로부터의 결과적인 3-차원(3D) 파워 분포가 도 3에 도시된 바와 같이 발생되고 도 4에 도시된 바와 같이 측정 정정을 위해 BEACON에서 사용되는, 노드 캘리브레이션 팩터(63)에 의해 정정된다. 일단 정정되면, 설계 상수, K, Ko(위에 설명된 수학식(2) 참조)가 단계(85)로부터 발생될 수 있다. 그런 후에 단계(87)의 결합 계수, A1, A2(앞서 위에 설명된 수학식(1) 참조)가 단계(85)로부터의 설계 상수, K, Ko와 단계(89)에서 조합되고, 단일 플럭스 맵(71)(도 3)으로 또는 BEACON 모니터링 프로세스에 의해 생성된 측정된 데이터(71')(도 4)로 정규화된다. 이런 이유로, 단일 포인트 캘리브레이팅된 측정이 달성된다. 달리 말해서, 위에 언급된 바와 같이, 인코어 플럭스 추적을 처리하는 것을 통해 측정된 파워 분포 정보(71)(도3)가 BEACON 모니터링을 통해 측정된 파워 분포 데이터(71')(도 4)로 적합하게 대체될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
따라서, 개시된 방법은 바람직하게, 필수적이지 않음에도, BEACON(43)(도 1; 도 3 및 도 4 역시 참조)을 사용하는, 향상된 플럭스 맵 프로세싱 능력을 제공한다. 특히, 개시된 방법은 공지된 단일 포인트 캘리브레이션 기법이 지닌 한계를 해결하기 위해, BEACON(43)의 일부인, 노드 캘리브레이션 팩터 C(위의 수학식(3) 참조)를 사용한다. 다른 혜택들 가운데, 농축은 주변-코어 평균 축방향 오프셋 관계의 정확성을 개선하는 한편, 원자로 코어(9)의 다른 세그먼트(예, 제한 없이, 사분의; 육분의)에서 파워와 축방향 오프셋에서의 차이를 허용한다. 개시된 엑스코어 캘리브레이션 방법은 또한 캘리브레이션을 위해 요구되는 시간과 연관된 비용의 양을 현저하게 감소시킨다. 그것은 또한 예를 들어 그리고 제한 없이, 인코어 플럭스 매핑 시스템(35)(도 1) 상의 마모를 유리하게 감소시키고, 워터 프로세싱을 감소시키며, 현장 직원의 수고를 감소시키고, 라이프의 끝 부근에 원치않는 원자로 트립의 가능성을 감소시키는 것과 같은 이점을 허용한다. 따라서, 그것은 비-표준 코어 조건 하에서조차 코어 파워 분포를 정확하게 모델링하는 것을 제공할 뿐만 아니라, 실질적인 재정상의 절감 역시 초래한다.
개시된 개념의 특정 실시예가 구체적으로 설명되는 한편, 이들 세부사항에 대한 다양한 수정 및 대체가 개시의 전체 교시의 관점에서 전개될 수 있다는 것이 해당 기술분야의 통상의 기술자에 의해 인지될 것이다. 따라서, 개시된 특정 배열은 첨부된 청구항 및 그것의 모든 등가물의 완전한 사상이 주어질 개시된 개념의 범위에 관해 한정하는 것이 아닌 설명적인 것으로만 의도된다.

Claims (21)

  1. 가압수형 원자로(1)의 코어(9)에서 파워 분포를 모니터링하는 방법으로서,
    상기 방법은:
    코어 모니터링 시스템(43)을 제공하는 단계;
    복수의 엑스코어 검출기(33)를 제공하는 단계;
    동일한 코어 조건에서 예측된 파워 분포로 플럭스 맵(69)으로부터 측정된 3-차원 파워 분포(75)를 나누는 것에 의해 발생된 노드 캘리브레이션 팩터(83) 및 현재 엑스코어 검출기(33) 응답의 기준 포인트 및 측정된 주변 축방향 오프셋을 발생시키도록 단일 이동가능한 인코어 또는 고정된-인코어 플럭스 맵(69)을 취하는 단계;
    (a)일련의 봉 마누버를 수행하는 것과, (b)일련의 제논 진동을 수행하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 축방향 파워 진동을 시뮬레이팅하도록 계산을 수행하는 단계(81)로서, 상기 봉 마누버 및 상기 제논 진동이 상기 축방향 오프셋을 변경하도록 사용되는 상기 수행하는 단계;
    예측된 결과를 기대되는 측정된 결과로 정정하도록 결과적인 3-차원 파워 분포 계산으로 상기 노드 캘리브레이션 팩터를 승산하는 단계; 및
    주변 조립체 축방향 오프셋 및 코어 축방향 오프셋과 상기 주변 조립체 축방향 오프셋 및 상기 엑스코어 검출기 응답 사이의 관계를 전개하도록 상기 결과를 사용하는 단계를 포함하고,
    상기 노드 캘리브레이션 팩터의 상기 승산은 코어 평균 축방향 오프셋에 대한 상기 엑스코어 검출기 응답의 정확한 캘리브레이션을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    다음의 식에 부합해서 상기 노드 캘리브레이션 팩터를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    C(i,j,k)=PM(i,j,k)/PP(i,j,k)
    여기서:
    C는 상기 노드 캘리브레이션 팩터이고;
    PM은 측정된 파워이며;
    PP는 예측된 파워인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코어의 상기 모니터링 시스템(43)은 BEACON(Best Estimate Analysis for Core Operation-Nuclear) 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    BEACON(43)을 사용하여 코어 파워 분포를 모니터링하는 단계,
    상기 캘리브레이션 팩터를 발생시키도록 BEACON 파워 분포 측정과 조합해서 단일 포인트 캘리브레이션 기법을 채용하는 단계, 및
    상기 코어(9)의 코어 파워 및 축방향 파워 분포를 측정하도록 상기 캘리브레이션 팩터를 적용하는 단계(83)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    BEACON(43)을 다시 캘리브레이팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 코어(9)는 중심선, 주변 및 상기 중심선과 상기 주변 사이에 상기 중심선 주위로 연장하는 복수의 등가 크기의 세그먼트(A,B,C,D)를 갖고,
    상기 코어(9)가 상기 중심선 주위로 비대칭인 조건을 수용하도록 상기 코어 모니터링 시스템(43)을 업데이트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 코어의 상기 세그먼트(A,B,C,D)의 각각은 복수의 연료 조립체(17)를 포함하고,
    상기 연료 조립체(17)가 상기 코어(9)의 상기 세그먼트(A,B,C,D)의 각각에서 유사하게 로딩되지 않는 조건을 수용하도록 상기 코어 모니터링 시스템(43)을 업데이트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    인코어 플럭스 맵(69)을 발생시키도록 상기 코어 모니터링 시스템(43)을 요구하지 않고, 상기 코어(9)의 현재 사이클에서 온 더 플라이 방식으로 핵 데이터(61)를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 코어(9)의 라이프의 시작에서 파워 상승 동안 상기 엑스코어 검출기(33)의 상기 캘리브레이션을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 코어(9)가 풀 파워에서 작동되는 동안 상기 엑스코어 검출기(33)의 상기 캘리브레이션을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    엑스코어 검출기 플럭스 신호로부터의 축방향 오프셋과, 주변 가중된 코어 축방향 오프셋 사이의 제 1 관계를 전개하도록 제 1 계산을 수행하는 단계,
    상기 제 1 계산을 수행하는 것에 응답해서, 상기 제 1 관계를 나타내는 결합 계수(87)를 전개하는 단계,
    코어 평균 축방향 오프셋과 상기 주변 가중된 코어 축방향 오프셋 사이의 제 2 관계를 전개하도록 제 2 계산을 수행하는 단계, 및
    상기 제 1 관계와 상기 제 2 관계를 조합하도록 제 3 계산을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    하기 식에 부합해서 상기 결합 계수(87)를 계산하는 단계를 더 포함하고,
    In=A1*Aopp+A2
    여기서:
    In은 정규화된 전류이고,
    Aopp는 가중된 주변 축방향 오프셋이며,
    A1 및 A2는 결합 계수(87)인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    (a)일련의 봉 마누버, 및 (b)일련의 제논 진동 계산 중 적어도 하나를 수행하는 단계(81)를 포함하는 상기 제 2 계산을 수행하는 것에 의해 다수의 설계 상수를 계산하는 단계(85)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 계산에서 상기 축방향 오프셋을 변경하도록 상기 봉 마누버 및 제논 진동 계산을 채용하는 단계(81), 및
    하기 식에 부합해서 이벤트의 각각의 유형에 대해, 슬로프 상수 K를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    Aopp=K*Ao-Ko
    여기서:
    Aopp는 상기 가중된 주변 축방향 오프셋이고,
    Ao는 상기 코어 평균 축방향 오프셋이며,
    K는 코어 평균 축방향 오프셋을 주변 축방향 오프셋으로 변환하기 위한 상기 슬로프 상수이고,
    Ko는 코어 평균 축방향 오프셋을 주변 오프셋으로 변환하기 위한 오프셋 상수인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 코어(9)는 중심선, 주변 및 상기 중심선과 상기 주변의 상기 주변 사이에 상기 중심선 주위로 연장하는 복수의 등가 크기의 세그먼트(A,B,C,D)를 갖고,
    상기 코어(9)의 상기 중심선에 관련해서 비대칭적으로 로딩된 상기 코어(9)에 응답해서, 상기 코어(9)의 주변 연료 조립체(17)와 상기 코어(9)의 평균 파워 사이의 관계가 상기 코어(9)의 상기 세그먼트(A,B,C,D)에 대해 다르고,
    상기 제 3 계산에 세그먼트-종속 값을 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    결과적인 파워 분포를 발생시키도록 제논 진동을 수행하는 단계(81), 및
    상기 제논 진동을 완료하는 것에 이어서, 상기 플럭스 신호를 처리하기 위해, 상기 결과적인 파워 분포에 상기 캘리브레이션 팩터를 적용하는 단계(83)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    복수의 미리 정해진 시간 간격에서 제논 진동을 수행하는 단계(81), 및
    정정된 플럭스 맵을 발생시키도록 상기 제논 진동 동안 각각의 시간 간격에서 증분적으로 상기 캘리브레이션 팩터를 적용하는 단계(83)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    결과적인 파워 분포를 발생시키도록 봉 삽입 마누버를 수행하는 단계(81), 및
    상기 봉 삽입 마누버를 완료하는 것에 이어서, 상기 플럭스 신호를 처리하기 위해서, 상기 결과적인 파워 분포에 상기 노드 캘리브레이션 팩터를 적용하는 단계(83)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    복수의 미리 정해진 시간 간격에서 봉 삽입 마누버를 수행하는 단계(81), 및
    결과적인 파워 분포를 발생시키도록 상기 봉 삽입 마누버 동안 각각의 시간 간격에서 증분적으로 상기 노드 캘리브레이션 팩터를 적용하는 단계(83)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1항에 있어서,
    이동가능한 인코어 검출기 시스템(35)과 고정된 인코어 검출기 시스템 중 하나를 포함하는 상기 코어 모니터링 시스템(43)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 13항에 있어서,
    엑스코어 검출기 상수를 정규화하도록 상기 코어 모니터링 시스템(43)으로부터 측정된 파워 분포(71) 및 이동가능한 인코어 플럭스 맵(69) 중 하나를 채용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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