KR910000596B1 - 가압수형 원자로의 코아 반응 변이탐지과정 및 장치 - Google Patents

가압수형 원자로의 코아 반응 변이탐지과정 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

가압수형 원자로의 코아 반응 변이탐지과정 및 장치
도면은 장치수단에 의해 코아의 작동에 관한 4개의 파라미터가 측정되고, 원자군에 의한 반응변이가 일어나는 유래를 찾는 것을 도시하고 있다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,4,20,24 : 가산기 2 : 코아 중성자 전력
6,30 : 순간치 8,23,25 : 평균온도
9,12,19,22,26,28 : 오퍼레이터 15 : 화력(thermal power)
10,16,18 : 포인트 모델 17 : 총 배출량
31 : 비교측정기 33,34 : 릴레이
가압수형 원자로의 코아 반응에 대한 변이탐지수단은 원자로의 작동을 정확하게 제어한다.
원자로 전력으로부터 원자로 연료의 반응에 대한 변이를 탐지하는데, 상기 전력은 연료를 반응시키는 작용을 하는 코아 외부의 플럭스 체임버(flux chamber)를 사용하여 측정될 수 있다.
그러나 그러한 과정을 사용하면, 코아 내부에 있는 일차 유체의 평균온도 변화로 발생한 반응변이와 제어원자군의 불완전한 위치-예를 들어 원자군의 불시의 와해로 인해 발생한 반응변이를 구별할 수가 없다. 이러한 변이는 다량으로 빈번히 발생하며 통제 본부의 신속한 중재를 필요로 하므로 원자군으로 인한 반응변이를 안다는 것은 매우 중요하다. 더구나, 가능하면 신속하게 작용하는 것이 바람직하다면, 반응변이는 과도주기에서도 매우 신속하게 탐지되어야만 한다.
본 발명은 다수의 냉각루우프를 가진 가압수형 원자로의 코아 반응에 대해 코아 제어 원자군의 불완전한 위치 때문에 발생하는 변이를 탐지하는 과정에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 코아 외부의 중성자 플럭스 체임버의 수단으로 측정된 코아 중성자 전력으로부터 직접 계산된 연료 반응을 나타내는 순간치는 코아의 순간 평균온도와 코아를 통과하는 일차 유체의 평균 붕소농도에서 계산된 반응을 나타내는 순간치와 비교한다.
양호한 실시예로써, 코아의 중성자 전력으로부터 직접 계산된 반응수치는 반응에 대하여 중성자 전력에 관한 중성자 운동방정식을 풀고 도플러(Doppler) 효과의 영향을 고려한 계수로써 상기한 풀이에서 구한 수치를 수정함으로써 구해진다.
코아 내부에 있는 일차 유체의 평균온도는, 냉각루우프의 전체 시스템에 대하여, 코아 입구에서 일차 유체의 평균온도와, 코아 출구에서 일차 유체의 평균온도로부터 계산되는데, 후자는 코아의 화력과 일차 유체의 총 배출량과 코아 입구에서 측정된 일차 유체의 평균온도의 수단으로 계산된다.
또한 본 발명은 상기에 기술한 과정을 사용하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 상기 장치는 하기의 수단을 구비하고 있다.
- 코아의 중성자 출력과, 전체 냉각루우프에 대해 냉동 지점의 일차 유체의 평균온도 및 붕소농도와, 그리고 일차 유체의 총 배출량을 측정하는 수단.
- 중성자 출력의 측정치에서 나온 반응을 계산하는 수단과, 중성자 운동방정식과 도플러 효과를 고려한 계수에서 구한 수치를 수정하는 수단.
- 냉동지점에 있는 일차 유체의 평균온도에 대한 신호로부터 구하며, 냉동지점에 있는 온도측정점에서 코아 입구까지 일차 유체분자의 평균 주행시간에 해당하는 시간지연의 오퍼레이터와 코아 입구에서 코아 중심까지 일차 유체분자의 주행시간에 해당하는 코아에 있는 일차 유체에 전달된 열의 포인트 모델에 의해 수정되어 코아 입구에서 일차 유체의 평균온도에 관한 신호를 계산하는 수단.
- 코아 입구에서 일차 유체의 평균온도에 관한 신호로부터 코아 입구의 엔탈피(enthalpy)에 관한 신호를 계산하는 수단.
- 일차 유체의 중성자 플럭스와 열플럭스 사이에 전달되는 열의 포인트 모델의 수단으로 측정된 중성자 전력으로부터 코아의 화력을 계산하는 수단.
- 코아를 통과하는 일차 유체분자의 평균 주행시간의 절반(1/2)에 해당하는 코아의 일차 유체에 전달되는 열의 포인트 모델로써 수정되는, 코아의 열출력에 관한 신호상과 기본 유체의 총 배출량에 관한 신호상으로부터 코아에서 엔탈피 상승에 관한 신호를 계산하는 수단.
- 코아 출구의 엔탈피에 관한 신호와 코아에서 엔탈피 상승에 관한 신호를 합하여, 코아를 출구 엔탈피에 관한 신호를 계산하는 수단.
- 전체 냉각루우프에 대해, 코아 출구 엔탈피에 관한 신호로부터 코아 출구의 평균온도에 관한 신호를 계산하는 수단.
- 코아 입구 및 출구 온도에 관한 신호로부터 코아에 있는 일차 유체의 평균온도에 관한 신호를 계산하는 수단.
- 코아의 평균온도에 관한 신호와 일차 유체의 붕소농도를 나타내는 신호로부터 코아 반응을 나타내는 신호를 계산하는 수단.
- 중성자 출력에서 구한 반응을 나타내는 신호와, 코아의 평균온도와 일차 유체의 붕소농도에서 구한 반응을 나타내는 신호를 비교하는 수단.
양호한 실시예로써, 반응을 나타내는 신호는 반응에 관한 시간도 함수로 구성되어 있다.
첨부된 도면에 따라 양호한 실시예로써 본 발명을 더욱 상세히 기술할 것이다.
우선, 코아 외부에 배열된 4개의 다단계 중성자 플럭스 체임버의 수단으로써 종래의 과정대로 중성자 플럭스 측정치를 실행하며, 각각의 체임버는 4분원 코아의 하나에서 발생하는 중성자 플럭스를 측정한다. 예를 들어, 본 발명은 4개의 장치가 사용되는데 하나의 장치는 각각의 다단계 체임버에 연결되어 있다. 상기 장치는 4개중 하나에 결함이 있거나 수선해야 할지라도 반응을 제어하게 한다(여기서 전력분포는 대칭이라고 가정한다).
가산기(1)는 체임버의 여러 단계(예를 들어, 6단계)에서 나오는 중성자 플럭스 측정치 신호로부터 코아의 평균 중성자 전력을 나타내는 신호(신호는 하기에 중성자 전력신호(2)로써 더욱 간단하게 기술할 것이다)를 구할 수 있게 한다.
상기 신호(2)는 코아의 반응을 계산하는 단위(3)로 들어가며, 중성자 전력은 이러한 반응에 작용한다. 중성자 전력과 반응 사이의 관계를 단순하게 하는 것이 바람직한데, 예를 들어 원자로에서 발생하는 연쇄반응의 과정을 방해하는 단일한 평균 중성자 그룹을 고려한다. 상기에 기술한 바와 같이 본 발명에 의한 장치는 중성자 전력과 반응 사이의 관계를 단순하게 함으로써 매우 양호한 결과를 구할 수 있다. 본 발명의 목적은 반응의 변이를 정확하고 신속하게 탐지하여 상기 변이를 시간내에 수정하는에 있다.
신호(2)는 일차 유체의 중성자 플럭스와 열플럭스 사이에 전달되는 열이 포인트 모델(16)의 수단으로 코아의 화력(15)을 계산할 수 있다. 포인트 모델(16)의 전달함수는
Figure kpo00001
인데 여기서 τ4는 열전달의 시간 상수이며 P는 라플라스 변수를 나타낸다.
화력신호(15)는 단위(3)에서 만들어진 총 반응의 신호(4)로부터 가산기(37)에서 감해지는 신호(36)를 부여하는 단위(35)로 들어간다. 신호(36)는 도플러 효과의 영향을 고려하여 반응을 수정하는 신호이다.
가산기(4)의 출력에서 구한 신호(38)는 신호(38)의 도함수
Figure kpo00002
(6)를 계산하는 단위(5)로 들어간다. 단위(5)의 전달함수
Figure kpo00003
는 인자 τ0P(여기서 τ0는 반응의 미분상수이다)와 가능한 간섭을 없애는 신호(6)를 얻기 위하여 종래 형식의 필터(filter)
Figure kpo00004
로 구성된다(P는 물론 라플라스 변수이다).
신호(6)가 원자로의 중성자 플럭스로부터 전개된 신호로 구성되는 반면에, 원자로의 반응을 나타내는 다른 신호는 코아에 있는 일차 유체의 평균온도 함수로써 전개될 것이다.
상기 목적을 위해 단위(7)는 냉각루우프의 냉동지점(이 경우에는 4개)에서 측정된 평균온도를 결정하며, 이 단위에서 신호(8)가 만들어진다. 냉동지점 온도의 센서(sensor)는 코아의 정확한 입구가 아닌 약간 떨어진 거리에 위치하며, 신호(8)는 냉각지점의 온도측정 지점에서 코아 입구까지 일차 유체분자의 평균 주행시간 τ2에 해당하는 시간지연 오퍼레이터(9)(전달함수
Figure kpo00005
)에 의해 수정된다. 오퍼레이터(9)는 코아의 입구에서 코아 중심까지 일차 유체분자의 주행시간에 해당하는 코아의 일차 유체에 전달되는 열의 포인트 모델(10)(전달함수
Figure kpo00006
)을 만든다. 모델(10)의 출력부에서 루우프 전체를 위하여 코아 입구의 평균온도 θe에 해당하는 신호(11)가 구해진다. 그때 신호(11)는 코아 입구의 평균 엔탈피 수치를 계산하는 오퍼레이터(12)로 들어간다. 예를 들어 엔탈피는 θe에 관한 2차 다항식으로 결정된다. 정확성을 기하기 위해 θe에 관한 3차 다항식으로 계산될 수도 있다. 따라서 코아 입구에서 평균 엔탈피를 나타내는 신호(13)가 구해진다.
코아를 교차하는 동안에 일차 유체의 엔탈피 상승을 계산하는 수단이 제공되어 있다. 이 신호(14)는 코아의 화력에 관한 신호(15) 계수와 일차 유체의 총 배출량에 관한 신호 계수로 구해진다. 일차 유체의 총 배출량에 관한 신호는 원자로의 냉각루우프 전체(4개)를 위한 일차 유체의 배출량을 합하여 구해지며, 총 배출량에 관한 신호(17)는 코아를 통과하는 동안에 일차 유체 분자의 평균 주행시간 τ3의 1/2에 해당하는 코아의 일차 유체에 전달되는 열의 포인트 모델(18)(전달함수:
Figure kpo00007
)에 의해 수정된다. 총 배출량에 관한 신호(17')는 모델(18)에 의해 수정되었다. 신호(15,17',11,13)는 위상으로 존재한다.
오퍼레이터(19)는 신호(17')를 신호(15)로 나누어서 코아의 일차 유체에 대한 평균 엔탈피 상승을 나타내는 신호(14)를 구한다.
가산기(20)에서 신호(13)와 신호(14)를 합하면 코아의 출구에서 평균 엔탈피를 구할 수 있는 신호(21)를 얻을 수 있다. 오퍼레이터(22)는 코아 출구에서 평균온도를 나타내는 신호(23)를 신호(21)에서 찾는다. 오퍼레이터(22)는 당연히 엔탈피와 상기에 기술한 오퍼레이터(12)로써의 온도-2차 다항식의 경우에 정(+)근에 해당하는 출구 온도-사이에 동일한 관계를 사용한다.
코아의 입구와 출구에서 일차 유체의 평균온도를 나타내는 신호(11과 23)는 각각 계수 K=0.5가 된 후 가산기(24)로 들어간다. 가산기(24)에 의해 만들어진 신호(25)는 코아내의 일차 유체의 평균온도를 나타낸다.
전달함수
Figure kpo00008
(P는 라플라스 변수)를 가지는 오퍼레이터(26)는 신호(25)에서 시작하여 코아내의 일차 유체의 평균온도에 대한 시간도 함수를 나타내는 신호(27)를 계산한다. τ5는 미분상수를 나타내고 τ6는 오퍼레이터(26)의 순간 증대를 감소시키는 필터를 나타낸다.
더구나, 오퍼레이터(28)는 원자로의 전체 냉각루우프를 위해 일차 유체의 붕소농도에 관한 평균측정치를 만든다. 신호(29)는 오퍼레이터(28)에 의해 만들어진다. 원자로의 반응은 평균농도과 붕소농도에 관한 함수이므로, 압력에서 신호(27과 29)를 수용하는 오퍼레이터(28)는 코아 내부의 반응도 함수(
Figure kpo00009
)를 나타내기 위해 구해지는 신호(30)를 만든다.
2개의 신호(6과 30)는 비교측정기(31)에서 비교된다. 원자로가 정상적으로 작동할 때, 2개의 신호는 서로 상쇄하며 비교측정기(31)에서 만들어진 신호(32)는 제로이지만, 만약 신호(32)가 어떤 수치에 도달하면 제어 원자군에서 변칙적으로 거주하면서 원자군의 자유로운 와해를 나타낸다. 신호(32)는 2개의 입구를 가진 릴레이(33,34)를 들어가며, 릴레이(33)는 정(+)신호(32)를 탐지하며, 릴레이(34)는 부(-)신호(32)를 탐지한다. 따라서 원자군에 의한 반응변이의 방향을 알 수 있으며 이러한 변이가 정(+)인지 부(-)인지에 따라 다른 방법으로 중재할 수 있다. 즉, 정(+)변이는 부(+)변이 경우에 필요없는 비상차단을 요구할 수 있다.
본 발명은 상기에 기술한 실시예에 제한을 받지 않으며 다른 산출과정이나 혹은 동등한 수단을 사용하여 또 다른 실시예로 자세히 기술될 수 있다.
따라서 상기에 기술한 실시예에서 반응의 시간도 함수에 대한 2개의 수치가 비교되었지만, 또한 이러한 수치를 나타내는 신호의 연속성분을 종래의 과정으로 소거하면서 반응에 대한 2개의 수치를 직접 비교할 수 있다.
포인트 모델(10과 17)은 비선형으로써 같은 함수를 실행하는 다른 포인트 모델로 대신할 수도 있다.
필요한 장치를 기술적으로 구비하지 못하였음에도 불구하고 코아의 일차 유체에 관한 평균온도를 직접 측정할 수 있다.
모든 경우에, 가능한 다른 형태는 모든 신호가 위상으로 존재하며 여기에서 장치는 연속동작과 순간동작에 적용될 수 있도록 만들어져야 하며, 실시예를 들어 기술한 장치는 원자군에 의한 변칙에 관해 고도로 효율적인 제어를 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 냉각루우프를 가지는 가압수형 원자로의 코아 반응에서 코아 제어 원자군의 불완전한 위치 때문에 발생하는 변이를 탐지하는 과정에 있어서, 코아의 외부에 있는 중성자 플럭스 측정실의 수단으로 측정된 코아 중성자 전력(2)으로부터 직접 계산된 반응을 나타내는 순간치(6)는 코아의 순간 평균온도(25)와 코아를 통과하는 일차 유체의 평균 붕소농도(29)로부터 계산된 반응을 나타내는 순간치(30)를 비교하는 것을 특징으로 하는 변이 탐지과정.
  2. 제1항에 있어서, 코아 중성자 전력(2)으로부터 직접 계산된 반응의 순간치(6)는 반응에 대한 중성자 전력에 관련된 중성자 운동방정식을 풀고, 도플러 효과의 영향을 고려한 계수(36)에 의해 구해진 수치(4)를 수정함으로써 구해지는 것을 특징으로 하는 변이 탐지과정.
  3. 제1항에 있어서, 코아 일차 유체의 평균온도(25)는 냉각루우프의 전체 시스템을 위해 코아 입구의 일차 유체에 관한 평균온도(8)와 코아 출구의 일차 유체에 관한 평균온도(23)로부터 계산되며, 평균온도(23)는 코아의 화력(15)과 일차 유체의 총 배출량(17)과 코아 입구의 일차 유체에 관한 평균온도에 의한 수단으로 계산되는 것을 특징으로 하는 변이 탐지과정.
  4. 제1항의 과정을 사용하는 탐지장치에 있어서, 코아의 중성자 출력, 냉동지점에 있는 일차 유체의 평균온도, 전체 냉각루우프를 위한 일차 유체의 붕소농도와 일차 유체의 총 배출량을 측정하는 수단과, 중성자 전력의 측정치(2)로부터 반응을 계산하며(3), 중성자 운동방정식을 풀이하고 도플러 효과를 고려한 계수(36)에서 구해낸 수치(4)를 수정하는(37) 수단(3)을 구비하는 수단과, 냉동지점에 있는 일차 유체의 평균온도(8)에 관한 신호를 구해내고, 냉동지점의 온도측정점에서 코아 입구까지 일차 유체분자의 평균 주행시간 τ2에 해당하는 시간지연 오퍼레이터(9)와 그리고 코아 입구에서 코아 중심까지 일차 유체분자의 주행시간
    Figure kpo00010
    에 해당하는 코아의 일차 유체에 전달되는 열의 포인트 모델(10)에 의해 수정된, 코아 입구에 있는 일차 유체의 평균온도에 관한 신호(11)를 계산하는 수단과, 코아 입구에서 일차 유체에 평균온도에 관한 신호(11)로부터 코아 입구에서 엔탈피에 관한 신호(13)를 계산하는 수단과, 일차 유체의 중성자 플럭스와 열플럭스 사이에 전달되는 열의 포인트 모델(18)의 수단으로 측정된 중성자 전력(2)으로부터 코아의 화력(15)을 계산하는 수단과, 코아의 화력(15)에 관한 신호 계수와 코아를 통과하는 일차 유체분자의 평균 주행시간 τ3의 절반(1/2)에 해당하는 코아의 일차 유체에 전달되는 열의 포인트 모델(18)에 의해 수정된 일차 유체의 총 배출량에 관한 신호(17) 계수로부터 코아의 엔탈피 상승에 관한 신호(14)를 계산하는 수단(19)과, 코아 입구에서 엔탈피에 관한 신호(13)와 코아의 엔탈피 상승에 관한 신호(14)를 합하여, 코아 출구에서 엔탈피(23)에 관한 신호를 계산하는 수단(22)과, 코아 출구에서 엔탈피에 관한 신호(23)로부터 전체 냉각루우프를 위하여 코아 출구에서 평균온도에 관한 신호(25)를 계산하는 수단과, 코아 입구와 출구에서 온도에 관한 신호(11과 25)로부터 코아에 있는 일차 유체의 평균온도에 관한 신호(25)를 계산하는 수단과, 코아의 평균온도에 관한 신호(25)와 일차 유체의 붕소농도를 나타내는 신호(29)로부터 코아의 반응을 나타내는 신호(30)를 계산하는 수단(28)과, 중성자 전력(2)으로부터 구해낸 반응을 나타내는 신호(6)와, 코아의 평균온도(25)와 일차 유체의 붕소농도(29)로부터 구해낸 반응을 나타내는 신호(30)를 비교하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 탐지장치.
  5. 제4항에 있어서, 시간도 함수로 구성되는 반응을 나타내는 신호를 가진 것을 특징으로 하는 탐지장치.
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