RU2218615C2 - Method for monitoring reactivity in subcritical assembly - Google Patents

Method for monitoring reactivity in subcritical assembly Download PDF

Info

Publication number
RU2218615C2
RU2218615C2 RU2002100343/06A RU2002100343A RU2218615C2 RU 2218615 C2 RU2218615 C2 RU 2218615C2 RU 2002100343/06 A RU2002100343/06 A RU 2002100343/06A RU 2002100343 A RU2002100343 A RU 2002100343A RU 2218615 C2 RU2218615 C2 RU 2218615C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blanket
pulse
reactivity
response
subcriticality
Prior art date
Application number
RU2002100343/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002100343A (en
Inventor
В.В. Васильев
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики filed Critical Государственное унитарное предприятие Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики
Priority to RU2002100343/06A priority Critical patent/RU2218615C2/en
Publication of RU2002100343A publication Critical patent/RU2002100343A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2218615C2 publication Critical patent/RU2218615C2/en

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: reactor physics and engineering; monitoring subcritical assemblies and ensuring their safety. SUBSTANCE: method implies more comprehensive analysis of response pulse of thermal neutrons from blanket of electronuclear plant incorporating pulse driver and construction of curve showing response pulse leading edge waveform (rise time) as function of blanket reactivity, that is degree of subcriticality. Method includes fast measurement of response pulse rise triggered from amplifier-driver flip-flop. Subcriticality margin or its absence is determined in on-line mode by rise time of response pulse within time interval shorter than 1 ms and signal is generated for protection and diagnostic systems. EFFECT: enlarged functional range ; enhanced safety of electronuclear plant. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области физики и техники реакторов, более конкретно к методам контроля и обеспечения безопасности подкритических сборок. The invention relates to the field of physics and technology of reactors, and more particularly to methods for monitoring and ensuring the safety of subcritical assemblies.

Известны проекты электроядерных бланкетных систем и установок, содержащих ускоритель заряженных частиц, предпочтительно протонов, канал для транспортировки заряженных частиц к мишени, узел мишени и размножающий бланкет, окружающий узел мишени. Бланкеты в разных решениях отличаются по материалу замедлителя, конструкции и содержат различные виды топлива от обогащенного урана [1] до расплавленных солей, содержащих торий [2] или непосредственно радиоактивные отходы [3]. Known projects of electro-nuclear blanket systems and installations containing an accelerator of charged particles, preferably protons, a channel for transporting charged particles to the target, the target site and propagating blanket surrounding the target site. Blankets in different solutions differ in moderator material, design and contain different types of fuel from enriched uranium [1] to molten salts containing thorium [2] or directly radioactive waste [3].

Одной из проблем электроядерных систем является выбор запаса подкритичности и обеспечение необходимого нейтронного потока. При уменьшении запаса подкритичности, что является очевидным путем для повышения мощности и, следовательно, нейтронного потока, снижается уровень безопасности. Это происходит потому, что совокупность возможных реактивностных аварий бланкета может дать положительный эффект реактивности, выводящий сборку в надкритический режим. В подкритических сборках это расценивается как серьезная авария. Для предотвращения аварий необходима система контроля реактивности. One of the problems of electronuclear systems is the choice of the margin of subcriticality and providing the necessary neutron flux. With a decrease in the margin of subcriticality, which is an obvious way to increase the power and, consequently, the neutron flux, the level of security decreases. This is because the totality of the possible reactive accidents of the blanket can give a positive reactivity effect, which brings the assembly into a supercritical mode. In subcritical assemblies, this is regarded as a serious accident. To prevent accidents, a reactivity control system is needed.

Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков является способ контроля подкритичности бланкета [4], включающий следующие процедуры. В серии предварительных экспериментов определяется связь эффективного коэффициента размножения нейтронов kеff, а значит и запаса подкритичности (1-keff), с параметрами импульса тепловых нейтронов, являющегося реакцией бланкета (импульс-отклик) на короткий импульс ускорителя-драйвера. В частности, запас подкритичности определяет скорость спада импульса-отклика. Результатом этих экспериментов являются интерполяционные таблицы, позволяющие определять запас подкритичности по характерному времени спада или скорости спада импульса. На втором этапе способ предусматривает облучение нейтронопроизводящей мишени импульсным пучком заряженных частиц, измерение параметров спада импульса тепловых нейтронов, а затем сравнение скорости или характерного времени спада импульса-отклика с предварительно заготовленными интерполяционными таблицами и определение запаса подкритичности на момент импульса.Closest to the claimed method according to the totality of the features is a method for controlling the subcriticality of the blank [4], including the following procedures. In a series of preliminary experiments, the relationship between the effective neutron multiplication coefficient k eff , and hence the subcriticality margin (1-k eff ), is determined with the parameters of the thermal neutron momentum, which is a blanket response (impulse-response) to a short accelerator-driver impulse. In particular, the subcriticality margin determines the decay rate of the impulse-response. The result of these experiments are interpolation tables to determine the margin of subcriticality by the characteristic decay time or pulse decay rate. At the second stage, the method involves irradiating a neutron-producing target with a pulsed beam of charged particles, measuring the decay parameters of the thermal neutron impulse, and then comparing the speed or the characteristic decay time of the response pulse with pre-prepared interpolation tables and determining the margin of subcriticality at the time of the impulse.

Недостатком этого решения является его функциональная ограниченность, поскольку о спаде импульса-отклика можно говорить только в случае заведомо подкритических систем, а значит на случай аварии, т.е. выхода в критику, этот способ должен дополняться, например, традиционной системой защиты по скорости нарастания мощности. The disadvantage of this solution is its functional limitation, since the decay of the impulse response can be discussed only in the case of obviously subcritical systems, and therefore in case of an accident, i.e. reaching criticism, this method should be supplemented, for example, with a traditional protection system for power slew rate.

Целью предлагаемого технического решения является расширение функционального диапазона и повышение уровня безопасности электроядерной установки с импульсным драйвером. The aim of the proposed technical solution is to expand the functional range and increase the level of security of the nuclear installation with a pulse driver.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля реактивности размножающего бланкета электроядерной установки с импульсным драйвером предварительно проводится анализ зависимости скорости нарастания импульса-отклика тепловых нейтронов от глубины подкритичности для данной сборки; в рабочем режиме по сигналу-триггеру драйвера запускается измерение скорости нарастания импульса-отклика, и в on-line режиме определяется глубина подкритичности или степень надкритичности бланкета, причем эта совокупность операций не превышает по длительности одной миллисекунды. Затем вырабатывается сигнал для систем защиты. В случае подкритичности бланкета включается система уточнения реактивности по спаду импульса-отклика. В случае надкритичности или при недопустимо малой глубине подкритичности вырабатывается сигнал, запускающий ввод органов защиты. This goal is achieved by the fact that in the method of controlling the reactivity of the propagating blanket of an electronuclear plant with a pulse driver, the dependence of the rise rate of the thermal neutron pulse response on the subcriticality for a given assembly is preliminarily analyzed; in the operating mode, the pulse-response slew rate measurement is started by the driver trigger signal, and the on-line mode determines the depth of subcriticality or the degree of supercriticality of the blanket, and this set of operations does not exceed one millisecond in duration. Then a signal is generated for the protection systems. In the case of subcriticality of the blanket, a system for determining the reactivity of the decay of the response pulse is turned on. In the case of supercriticality or with an unacceptably shallow depth of subcriticality, a signal is generated that triggers the entry of protective organs.

Причинно-следственная связь цели изобретения с введенными признаками изобретения. The causal relationship of the purpose of the invention with the introduced features of the invention.

Измерение зависимости скорости нарастания импульса-отклика от величины (1-kеff) (подкритичности или надкритичности) и определение отличия реактивности бланкета от критического состояния по скорости нарастания импульса-отклика за время не более 1 миллисекунды позволяет принять решение о степени безопасности установки и выработать соответствующий сигнал для систем защиты. В случае подкритичности бланкета включается система уточнения реактивности по спаду импульса-отклика. В случае надкритичности или при недопустимо малой глубине подкритичности вырабатывается сигнал, запускающий ввод органов защиты.Measurement of the dependence of the pulse-response rise rate on the value (1- kff ) (subcriticality or supercriticality) and determination of the difference between the reactivity of the blanket from the critical state by the pulse-response rise rate in no more than 1 millisecond allows you to decide on the degree of installation safety and develop an appropriate signal for protection systems. In the case of subcriticality of the blanket, a system for determining the reactivity of the decay of the response pulse is turned on. In the case of supercriticality or with an unacceptably shallow depth of subcriticality, a signal is generated that triggers the input of protective organs.

В отличие от известных систем защиты по скорости в данном способе анализ реактивности проводится по мгновенным нейтронам. Процедура измерения и принятия решения практически за время жизни теплового нейтрона в активной зоне и создание условий для быстрого ввода органов аварийной защиты (A3) позволяет предотвратить переход бланкета в критическое состояние. Более того, наличие системы квазинепрерывного анализа реактивности и повышение надежности систем защиты позволяют создавать конструкции бланкетов с вариацией глубины подкритичности и повышать их эффективность как источников нейтронов. In contrast to the known speed protection systems, in this method, reactivity analysis is carried out using instant neutrons. The procedure for measuring and making decisions practically during the lifetime of a thermal neutron in the core and the creation of conditions for the rapid entry of emergency protection organs (A3) helps prevent the blanket from becoming critical. Moreover, the presence of a quasi-continuous reactivity analysis system and increased reliability of protection systems make it possible to create blanket designs with varying depths of subcriticality and increase their effectiveness as neutron sources.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где схематически показана структура системы, реализующая заявляемый способ. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the structure of the system that implements the inventive method.

Реализация способа (помимо предварительных исследований связи параметров импульса-отклика с реактивностью бланкета) включает:
- блок 1 генерации импульса триггера, совпадающего по времени с передним фронтом импульса заряженных частиц драйвера;
- блок 2 детекторов 3 нейтронов, работающих в импульсном и в токовом режимах, со временем накопления заряда порядка десяти микросекунд;
- процессор 4, обрабатывающий последовательность отсчетов и определяющий скорость нарастания и спада импульса-отклика тепловых нейтронов, а также вырабатывающий цифровой код, описывающий состояние бланкета (реактивность и скорость ее изменения);
- блок 5 генерации сигнала для срабатывания систем 6 диагностики или системы 7 аварийной защиты по сигналу процессора.The implementation of the method (in addition to preliminary studies of the relationship of the parameters of the pulse response with the reactivity of the blanket) includes:
- block 1 trigger pulse generation, coinciding in time with the leading edge of the pulse of the charged particles of the driver;
- block 2 detectors 3 neutrons operating in pulsed and current modes, with a charge accumulation time of the order of ten microseconds;
- processor 4, processing the sequence of samples and determining the rate of rise and fall of the thermal neutron response pulse, as well as generating a digital code that describes the state of the blanket (reactivity and rate of change);
- a signal generation unit 5 for triggering a diagnostic system 6 or an emergency protection system 7 based on a processor signal.

Способ реализуется следующим образом. Избранная конфигурация (решетка) бланкета исследуется экспериментально и расчетно для установления табличной или аналитической зависимости параметров импульса-отклика от реактивности бланкета. Этот этап может быть значительным по длительности и требует высокой точности измерений и расчетных программ-кодов. От этой точности зависит дальнейший режим работы бланкета, его эффективность как источника нейтронов и ядерная безопасность всего объекта. Результатом этапа является обратная зависимость, т. е. зависимость реактивности бланкета от параметров импульса-отклика. При этом возможен вариант, когда для разных зон бланкета указанные зависимости отличаются. Возможен также вариант, когда на модели разыгрываются различные сценарии аварий и устанавливается связь измерений параметров импульса-отклика с аварийной динамикой бланкета. Затем отработанные данные в виде таблиц и аналитических зависимостей для ускоренного счета вводятся в процессор. Система программируется с помощью средств ввода информации, которые отключаются в рабочий период. В период эксплуатации бланкета с импульсным ускорителем-драйвером сигнал-триггер от блока 1 запускает систему измерения параметров импульса-отклика в виде блоков 2, 3 и процессора 4, который за время, меньшее 1 миллисекунды, от срабатывания триггера выдает цифровой код, описывающий реактивность бланкета по разным группам детекторов и скорость изменения реактивности. В случае, если глубина подкритичности меньше заданной величины, блок 5 вырабатывает сигнал срабатывания аварийной защиты, по которому система 7 вводит органы защиты в бланкет. Если бланкет находится в безопасном состоянии, то на этапе спада импульса-отклика до следующего импульса драйвера проводится уточнение параметров и реактивности бланкета. The method is implemented as follows. The selected configuration (lattice) of the blanket is studied experimentally and computationally to establish a tabular or analytical dependence of the parameters of the impulse response on the reactivity of the blanket. This stage can be significant in duration and requires high accuracy of measurements and calculation program codes. The further mode of operation of the blanket, its effectiveness as a neutron source, and the nuclear safety of the entire facility depend on this accuracy. The result of the stage is the inverse relationship, i.e., the dependence of the reactivity of the blanket on the parameters of the pulse response. At the same time, it is possible that the indicated dependences differ for different zones of the blanket. It is also possible that various accident scenarios are played out on the model and the connection between the measurement of the pulse-response parameters and the emergency dynamics of the blanket is established. Then, the worked-out data in the form of tables and analytical dependencies for the accelerated calculation are entered into the processor. The system is programmed by means of information input, which are disabled during the working period. During the operation of the blanket with a pulse accelerator-driver, the signal-trigger from block 1 starts the system for measuring the parameters of the pulse-response in the form of blocks 2, 3 and processor 4, which, in less than 1 millisecond, generates a digital code from the trigger operation that describes the reactivity of the blanket for different groups of detectors and the rate of change of reactivity. If the depth of subcriticality is less than the specified value, unit 5 generates an alarm signal for emergency protection, according to which system 7 enters the security authorities into the blank. If the blanket is in a safe state, then at the stage of decay of the response pulse to the next driver pulse, the blanket's parameters and reactivity are refined.

Экономическая эффективность предлагаемого способа определяется возможностью увеличить поток нейтронов в подкритических системах в 5-10 раз, повысить безопасность таких систем, создать условия для серийного строительства исследовательских подкритических источников нейтронов в исследовательских центрах, где выработан ресурс исследовательских реакторов, а создание более современных реакторов по тем или иным причинам не допускается. The economic efficiency of the proposed method is determined by the ability to increase the neutron flux in subcritical systems by 5-10 times, increase the safety of such systems, create conditions for the serial construction of research subcritical neutron sources in research centers where the resource of research reactors is developed, and the creation of more modern reactors by other reasons are not allowed.

Литература
1. L. Van Den Durpel et al. The ADONIS-project: an accelerator driven operated sub-critical system. The Eighth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems. ICENES'96. June 24-28, 1996, Obninsk, Russia, Institute of Physics and Power Engineering. Proceedings, vol.2, 526-532.Literature
1. L. Van Den Durpel et al. The ADONIS-project: an accelerator driven operated sub-critical system. The Eighth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems. ICENES'96. June 24-28, 1996, Obninsk, Russia, Institute of Physics and Power Engineering. Proceedings, vol. 2, 526-532.

2. С. Rubbia. CERN Concept of ADS. Feasibility and motivation for hybrid concepts for nuclear energy generation and transmutation. IAEA-TC-903.3 Proceedings of the International Atomic Energy Agency Technical Commitee Meeting. Madrid, Spain, 17-19 September 1997. 1998. Ciemat pp. 26-171. 2. S. Rubbia. CERN Concept of ADS. Feasibility and motivation for hybrid concepts for nuclear energy generation and transmutation. IAEA-TC-903.3 Proceedings of the International Atomic Energy Agency Technical Commitee Meeting. Madrid, Spain, 17-19 September 1997. 1998. Ciemat pp. 26-171.

3. T. Takizuka, T. Sasa, K, Tsujimoto. Hybrid System concepts for nuclear waste transmutation. Ibid.,345-356. 3. T. Takizuka, T. Sasa, K, Tsujimoto. Hybrid System concepts for nuclear waste transmutation. Ibid., 345-356.

4. O.V. Shvedov, V.V. Vasiliev et al. Safety System for Subsritical Blanket driven by Pulsed Accelerator. The Eighth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems. ICENES'96. June 24-28, 1996, Obninsk, Russia, Institute of Physics and Power Engineering. Proceedings, vol.2, 534-540. 4. O.V. Shvedov, V.V. Vasiliev et al. Safety System for Subsritical Blanket driven by Pulsed Accelerator. The Eighth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems. ICENES'96. June 24-28, 1996, Obninsk, Russia, Institute of Physics and Power Engineering. Proceedings, vol. 2, 534-540.

Claims (1)

Способ контроля реактивности в подкритической сборке с импульсным ускорителем-драйвером и бланкетом, умножающим нейтроны с мишени, включающий предварительный анализ зависимости спада импульса-отклика тепловых нейтронов бланкета от реактивности, измерение параметров спада импульса-отклика и определение реактивности бланкета по времени спада, отличающийся тем, что предварительно проводится экспериментальный и расчетный анализ зависимости скорости нарастания импульса-отклика тепловых нейтронов бланкета от глубины подкритичности для данной сборки; в рабочем режиме по сигналу-триггеру драйвера запускается измерение скорости нарастания импульса-отклика, в on-line режиме определяется глубина подкритичности или степень надкритичности бланкета, причем эта совокупность операций не превышает по длительности 1 мс, и вырабатывается цифровой код, характеризующий отличие реактивности бланкета от критического состояния.A method for controlling reactivity in a subcritical assembly with a pulse accelerator driver and a blanket multiplying neutrons from a target, including a preliminary analysis of the dependence of the decay of the pulse-response of thermal neutrons of the blanket on reactivity, measuring the parameters of the decay of the pulse-response and determining the reactivity of the blanket by the decay time, characterized in that preliminary experimental and computational analysis of the dependence of the rise rate of the pulse-response thermal neutrons of the blanket on the depth of subcriticality d I am of the assembly; in the operating mode, the pulse-response slew rate measurement is started by the driver trigger signal, in the on-line mode the depth of subcriticality or the degree of supercriticality of the blanket is determined, and this set of operations does not exceed 1 ms in duration, and a digital code is developed that characterizes the difference between the reactivity of the blanket and critical condition.
RU2002100343/06A 2002-01-03 2002-01-03 Method for monitoring reactivity in subcritical assembly RU2218615C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002100343/06A RU2218615C2 (en) 2002-01-03 2002-01-03 Method for monitoring reactivity in subcritical assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002100343/06A RU2218615C2 (en) 2002-01-03 2002-01-03 Method for monitoring reactivity in subcritical assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002100343A RU2002100343A (en) 2003-11-10
RU2218615C2 true RU2218615C2 (en) 2003-12-10

Family

ID=32065828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002100343/06A RU2218615C2 (en) 2002-01-03 2002-01-03 Method for monitoring reactivity in subcritical assembly

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2218615C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560928C2 (en) * 2010-03-29 2015-08-20 Джейкобс Ю.К. Лимитед Accelerator-driven nuclear system with control of effective neutron multiplication coefficient

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160055722A (en) * 2013-03-15 2016-05-18 서덜랜드 쿡 엘우드 Accelerator-driven subcritical reactor system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHVEDOV O.V. et al. Safety System for Subsritical Blanket driven by Pulsed Accelerator. The Eighth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems. ICENES' 96. June 24-28, 1996. - Obninsk, Russia, Institute of Physics and Power Engineering, Proceedings, vol.2, р.534-540. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560928C2 (en) * 2010-03-29 2015-08-20 Джейкобс Ю.К. Лимитед Accelerator-driven nuclear system with control of effective neutron multiplication coefficient

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Glaser et al. Proliferation risks of magnetic fusion energy: clandestine production, covert production and breakout
Taninaka et al. Determination of lambda-mode eigenvalue separation of a thermal accelerator-driven system from pulsed neutron experiment
JP2001264487A (en) Fissile material and nuclear transformation device for non-fissile material
RU2218615C2 (en) Method for monitoring reactivity in subcritical assembly
Behringer et al. On the problem of monitoring the neutron parameters of the fast energy amplifier
Ene et al. Radiation Protection Studies for ESS Superconducting Linear Accelerator
US5301216A (en) Method of operating a nuclear reactor with emergency cooling system economy
Tuya et al. Supercritical kinetic analysis in simplified system of fuel debris using integral kinetic model
Barbry A review of the SILENE criticality excursions experiments
Jammes et al. Absolute reactivity calibration of accelerator-driven systems after RACE-T experiments
Korbut et al. Neutron and Neutron-Breeding Medium Interaction Process Description Within the Physical Birth-and-Death Model
RU2215338C2 (en) Method for extracting nuclear energy from fissional material
Rief et al. Safety and control of accelerator‐driven subcritical systems
RU2159968C1 (en) Subcritical neutron source
Steele Radiation embrittlement of reactor pressure vessel steels
Aliberti et al. Dynamic measurements and control of an Accelerator Driven System (ADS)
Billebaud et al. The MUSE-4 experiment: Prompt reactivity and delayed neutron measurements
Seliverstov et al. Integral point-kinetics equation for calculating the fast kinetics of a subcritical system with a pulsed external source
Snopkov et al. Increasing the internal protection of a pulsed reactor against wrong or illegal actions
CA1267446A (en) Nuclear reactor and method of operating same
Ohta et al. A simple method for evaluation of uncertainties in fission product decay heat summation calculations
Williams et al. D. Beretz,'C. Brillaud, 2 C. Destouches,'and S. Saillet² French PWR Vessel Surveillance Program Dosimetry: Experience Feedback from More than a Hundred Capsules
Kozodaev et al. Development and Construction of Experimental ADS at ITEP
Shen Burning high-level TRU waste in fusion fission reactors
File et al. The LBM program at the EPFL/LOTUS facility

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090104