NO743087L - - Google Patents

Description

. Kjernereaktor.

Oppfinnelsen angår en kjernereaktor, særlig trykkvannsreaktpr, med målesonder til å måle effekt-tettheten i reaktorkjernen og med styrestaver som etter tur kan forskyves enkeltvis eller i grupper for regulering av effekten under opprettholdelse av en jevn effektfordeling over kjernetverrsnittet. En slik kjernereaktor blir ifølge tysk ut-legningsskrift nr. 1 244 307 forsynt med staver som har samme kon-struktive utførelse, og som enkeltvis eller i grupper beveges skritt-vis i cyklisk rekkefølge i avhengighet av det styrende signals stør-relse. Den cykliske rekkefølge, altså antall og geometrisk fordeling av de til enhver tid påvirkede styrestaver, er fastlagt i et program med sikte på en bestemt profil av effektfordelingen, avhengig av styrestavenes innstikningsdybde.

Særlig ved kjernereaktorer for meget stor effekt på f.eks.

1200 MWe kan der imidlertid inntre ujevne effektfordelinger ved at xenonforgiftningen svekker effekten i enkelte deler av reaktoren. Herved kan effektfordelingen til og med bli satt i svingninger som fører til lokale overhetninger, særlig i tilfellet av at den samlede effekt av kjernereaktoren forblir uforandret. Det er derfor en oppgave for oppfinnelsen for slike kjernereaktorer for stor effekt å finne en effektregulering som bedre tar hensyn til den lokale effekt-tetthet.

Oppfinnelsen går ut på at der i en reaktorkjerne med en kjerne-høyde av 3,5 m eller mer er fordelt minst 50 målestaver, at minst 50 styrestaver er stillbare over kjernehøyden og på innbyrdes lik måte hver bare har en liten reaktivitet, og at der til målesondene er koblet en datamaskin som ut fra deres måleverdier og under hensyntagen til avbrann og xenonforgiftning forhåndsberegner et kjøreprogram hvoretter enkelte styrestaver eller små grupper på høyst 10 styrestaver, selv uavhengig av effektendringer, forskyves slik over kjernehøyden i uregelmessig rekkefølge at lokale effektspisser blir unngått.

Ved anvendelse av oppfinnelsen er der således ikke på forhånd fastlagt noen bestemt rekkefølge som tvungent gjentar seg under like forhold, for manøvreringen av styrestavene. Tvertimot skjer forskyvningen av styrestavene ved en gitt totaleffekt på grunnlag av den respektive effektfordeling som bestemmes ved hjelp av målesondene. I den forbindelse tas der hensyn ikke bare til den øyeblikkelige verdi av den lokale effekt, men også til den xenonforgiftning som resulterer av denne effektfordeling, og som først stiller seg inn i løpet av noen timer under den videre drift. Forskyvningen av styrestavene i uregelmessig rekkefølge betyr at enkelte styrestaver eller små styrestav- . grupper, selv uten endring i total effekt, alt etter lokal effekt byttes ut mot hverandre, dvs. at noen kjøres utover og andre innover, foråt der skal fås en mest mulig jevn effektfordeling. Betraktet over den samlede kjerne er styrestavene altså praktisk talt til stadighet i ganske svak bevegelse for å forhindre at der forekommer noen lokal . effektverdi som gjennom lengre tid avviker fra kjernens gjennomsnitts-effekt, slik det er forutsetningen for en lokal xenonforgiftning.

Særlig gunstig er en utførelsesform for oppfinnelsen hvor styrestavene tilhører i og for seg kjente dobbeltstyrestaver som i tillegg også omfatter frakoblingsstaver. I den forbindelse er det mulig å holde styrestavenes reaktivitet liten så de meget små reak-tiviteter som anvendes til utregulering av xenonforgiftninger, ikke forstyrrer den jevne effektfordeling. Styrestavene er da altså såkalte grå styrestaver med en reaktivitet av 0,05 - 0,005%.. For den alltid nødvendige mulighet for å frakoble reaktoren raskt benyttes derimot frakoblingsstavene, som kan kjøres ut av reaktorkjernen med driv-organene for styrestavene, slik det f .eks. er angitt i tysk "Offenlegungsschrift 2 044 303. Frakoblingsstavene har en vesentlig større reaktivitet på f.eks. 0,1 - 0,02%.. I normal drift står de imidlertid helt utenfor reaktorkjernen, så de ikke influerer på den jevne effektfordeling.

Særlig gunstig lar oppfinnelsen seg realisere på den måte at absorbatormaterialet ved alle styrestaver strekker seg jevnt over praktisk talt hele høyden av kjernen. Man behøver altså ikke lenger delstaver som ellers anvendes til utregulering av lokale uregelmessigheter, og som alltid binder en del av neutronfluksen i reaktoren.

For å forenkle datamaskinen og dens kjerneprogram kan man gjøre styrestavene i randsonene stillbare for effektendring alene. Disse styrestaver blir altså ikke forskjøvet av datamaskinen for å jevne ut effektfordelingen. I den forbindelse nyttiggjør man seg på gunstig måte det forhold at effekt-tettheten allikevel på grunn av spredningsvirkningen er mindre i randsonene enn i de sentrale områder av reaktorkjernen. Det er her altså ikke om å gjøre å innregulere en jevn effektfordeling nøyaktig. Den uregelmessige manøvrering av styrestavene på grunnlag av lokal effekt-tetthet ved hjelp av en forut-beregnende datamaskin i samsvar med oppfinnelsen innskrenker seg da til de indre kjerneområder, uten at antall styrestaver derfor skal velges mindre enn 50.

Datamaskinen kan anvendes til styring av effektfordelingen på en slik måte at der også kan gjennomføres lastsekvensprogrammer hvor reaktorens effekt er bestemt ved kravene fra det elektriske nett som forsynes av kjernereaktoren. Det kan da imidlertid være gunstig om datamaskinen under kjøring av steile effektvariasjoner kan frakobles med hensyn til manøvreringer som tar sikte på å unngå lokale effektspisser. Styrestavene blir i dette tilfelle for kort tid bare for-skjøvet slik av datamaskinen at den ønskede effektendring i den nukle-ære effektproduksjon inntrer. Først etterpå, når der igjen foreligger et jevnt effektkrav, blir datamaskinen koblet om. Den sørger da ved den nye verdi av totaleffekten igjen for at der ved forskyvning av de enkelte styrestaver i avhengighet av den med målesondene bestemte lokale effektfordeling blir overholdt en jevn belastning over reaktorkjernen.

I det følgende vil et utførelseseksempel på oppfinnelsen bli belyst under henvisning til tegningen, hvor enkelhetene bare er antydet skjematisk for ikke å komplisere avbildningen unødig.

På fig. 1 ses reaktortrykktanken 1 for en trykkvannsreaktor

på 1200 MWe. Den inneholder på kjent måte en reaktorkjerne 2 som er sammensatt av brenselelementer og har en høyde H på 3,8 m. Den i reaktorkjernen nukleært utviklede effekt reguleres med styrestaver med magnetiske drivorganer som sitter på lokket av reaktortrykktanken 3 og er antydet ved 4. Styrestavene 5 har f.eks. en sølv-indium-cadmium-legering eller borkarbid som neutronabsorbator, som blir desto mer effektiv jo dypere styrestaven dykker ned i reaktorkjernen. Den lokale effekt-tetthet, altså effektfordelingen over reaktorkjernen 2, konstateres med målesonder 6 som hører til i kjernens indre instrumen-tering og er mest mulig jevnt fordelt over kjernen, og som måler neutronfluksen.

Fig. 2 er en skjematisk idealisert avbildning av reaktorkjernen 2. Den er tegnet som sylinder oppdelt i åtte like segmenter 12-19 som

er gruppert rundt et sylindrisk sentralt område 11. Hvert av avsnittene 11-19 er over reaktorkjernens høyde H inndelt i fem områder a-e, så der ialt finnes 45 enkeltområder av reaktoren. I hvert av disse enkeltområder er der forsåvidt det angår kjernesegmentene 12-19 anordnet en målesonde 6. Det sentrale område 11 inneholder i hvert enkelt område to målesonder 6, så der altså ialt finnes 50 målesonder.

Målesondene 6 er forbundet med en sentral datamaskin 22 som ut fra måleverdiene utregner den øyeblikkelige effektfordeling over reaktorkjernen 2 og f.eks. trykker den i bestemte tidsavstander. I tillegg kan datamaskinen 2 imidlertid ut fra måleverdiene fra sondene 6 også forutberegne utviklingen av effektfordelingen under hensyntagen til xenonforgiftning, avbrann m.v., slik at effektfordelingen på et senere tidspunkt, f.eks. etter noen timer, kan forutses. Til dette formål kan der f.eks. anvendes et diffusjonsprogram som det der er kjent under navnet "DIDI". "DIDI" er et endimensjonalt regneprogram for digitalregnemaskiner. Med det kan man med tilstrekkelig nøyaktig-het for noen timer forutberegne den påregnelige endring i den lokale effektfordeling, en endring som hovedsakelig skyldes xenonforgiftninger. På grunnlag av de således beregnede resultater blir styrestavene 5 forskjøvet slik ved hjelp av datamaskinen 22 at der, under hensyntagen til xenonforgiftningen og til den i løpet av driftstiden inntredende avbrann, fås en jevn effektfordeling over hele kjernen

og styrestavene beholder sin effektivitet i praktisk talt samme størrelse uten å forårsake utillatelige effektspisser ved utkjøringen. Datamaskinen 22 tar i den forbindelse automatisk hensyn til uregelmessigheter i effektfordelingen - uregelmessigheter som ellers ved de store kjernehøyder for store effektreaktorer fører til svingninger i effektfordelingen.

På fig. 3a-3c er det skjematisk antydet hvorledes f.eks. uregelmessige styrestavgrupper må byttes ut mot hverandre ved hjelp av datamaskinen 22 for å gi den ønskede effekt. På fig. 3a er reaktorkjernen 2 for en øyeblikkelig tilstand med ca. 8 0% nominell effekt bestykket med åtte styrestaver 5 som når over hele kjernehøyden<p>g er nesten symmetrisk fordelt. Dermed er der for dette øyeblikk innstilt en jevn effektfordeling.

For et senere tidspunkt, som er anskueliggjort på fig. 3b, f.eks. etter 1 time, er de styrestaver som er antydet med en trekant i avsnittene 14 og 18 på fig. 3a, trukket helt ut av kjernen 2, skjønt reaktoreffekten på 80% av nominell effekt forblir uforandret. Til gjengjeld er to ekstra styrestaver 5 som er antydet med en stjerne, kjørt fullstendig inn på andre steder, nemlig i avsnittene 13 og 16. Igjen er effektfordelingen over kjernen den samme såvel for øyeblikket som for en tid bestemt ved størrelse og nøyaktighet av datamaskinen 22, f.eks. 1 time.

På fig. 3c ses en annen styrestavfordeling. Her skal der innstilles ikke bare en jevn effektfordeling, men også en reaktor-ef f ekt som høynes fra 8 0 til 90% av den nominelle. Derfor er styrestavene 5 på de foregående figurer her erstattet med det nye styrestav-innkjøringsmønster, hvor ialt bare fem styrestaver er kjørt f.eks. fullstendig inn i reaktorkjernen. Heller ikke denne stilling blir imidlertid bibeholdt så lenge den~samlede effekt forblir uforandret, men endres ved ombytning av staver 5 eller stavgrupper så snart datamaskinen 22 finner dette nødvendig for en jevn øyeblikkelig effektfordeling og for å unngå en fremtidig lokal xenonforgiftning. Under ombytningen er det - noe som påny skal fremheves - også uten videre mulig å endre høyden av de staver 5 som alt i alt står i kjernen 2, skjønt man med henblikk på en aksial symmetri, altså symmetri i retning av kjernehøyden H, bør ta sikte på å kjøre virksomme styrestaver i det vesentlige fullstendig inn i kjernen.

I motsetning til datamaskinen 22, som i det foregående er omtalt som digitalregnemaskin, lar det seg også gjøre, særlig ved mindre effektreaktorer, å realisere oppfinnelsen med en analogregnemaskin av billigere utførelse. Med denne kan man bestemme kjøreprogrammet slik at man i regnemaskinen forskyver enkelte styrestaver og under-søker virkningen av disse forholdsregler på den kopi av reaktorkjernen 2 som foreligger i analogprogrammet, f.eks. i samsvar med det program som er kjent under betegnelsen "ANDI". Virkelig forskjøvet blir da styrestavene 5, som på optimal måte sørger for jevn effektfordeling også under hensyntagen til virkningen av xenon og avbrann.

Bare for anskueliggjørelse viser fig. 3c dessuten i form av omvendte trekanter de styrestaver 5' som tilhører hvert av avsnittene 12-19, og som er anordnet i reaktorkjernens randsone og forskyves av datamaskinen 22 bare for endring av reaktoreffekten. De 16 staver 5' kommer altså i tillegg til de minst 50 staver 5.

Claims (5)

1. Kjernereaktor, særlig trykkvannsreaktor, med målesonder til å. måle effekt-tettheten i reaktorkjernen og med styrestaver som enkeltvis eller i grupper kan forskyves etter tur for effektregulering under opprettholdelse av en jevn effektfordeling over kjernetverrsnittet, karakterisert ved at der i en reaktorkjerne (2) med en kjernehøyde av 3,5 m eller mer er fordelt minst 50 målesonder (6),. at der over høyden (H) av kjernen kan forskyves minst 50 styrestaver (5) som på lik måte bare har en liten reaktivitet, og at der til målesondene (6) er koblet en datamaskin (2-2) som ut fra deres måleverdier under hensyntagen til avbrann og xenonforgiftning forutberegner et kjøreprogram, hvormed enkelte styrestaver (5) eller små grupper på høyst 10 styrestaver, selv uavhengig av effektendringer, forskyves slik i uregelmessig rekkefølge over kjernehøyden (H) at lokale effektspisser blir unngått.

2. Kjernereaktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at styrestavene (5) tilhører i og for seg kjente dobbeltstyrestaver som i tillegg også omfatter frakoblingsstaver.

3. Kjernereaktor som angitt i krav log2, karakterisert ved at absorbatormaterialet ved alle styrestavene (5) er jevnt fordelt over praktisk talt hele kjernehøyden.

4. Kjernereaktor som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved ytterligere styrestaver (5 <1> )"som er anordnet i reaktorkjernens (2) randsoner og bare kan forskyves for effektendringer.

5. Kjernereaktor som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at datamaskinen (22) under kjøring av steile lastendringer kan frakobles med hensyn til forskyvning av styrestavene (5) for unngåelse av lokale effektspisser.