RU2225046C2 - Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора - Google Patents
Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2225046C2 RU2225046C2 RU2002109450/06A RU2002109450A RU2225046C2 RU 2225046 C2 RU2225046 C2 RU 2225046C2 RU 2002109450/06 A RU2002109450/06 A RU 2002109450/06A RU 2002109450 A RU2002109450 A RU 2002109450A RU 2225046 C2 RU2225046 C2 RU 2225046C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coolant
- detectors
- isotope
- energy
- channel
- Prior art date
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
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к канальным ядерным реакторам, в частности к устройствам для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора серии РБМК. В устройстве контроль расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора, не требующем контакта с теплоносителем, основан на регистрации разнесенными вдоль технологического канала (ТК) детекторами изменения гамма-активности изотопа 16N в воде-теплоносителе в результате радиоактивного распада этого изотопа за время движении воды по ТК между разнесенными детекторами. Контроль активности 16N будет вестись по линиям гамма-излучения с энергией квантов 7,12 МэВ и 6,13 МэВ, которые будут выделяться из фонового излучения детектором, основанным на регистрации совпадений импульсов двух счетчиков электронов, разделенных поглотителем электронов с энергией около 6 МэВ. В состав устройства включен электронный блок, связанный с детекторами электрическими линиями, выделяющий и регистрирующий сигналы детекторов, пропорциональные активности 16N в теплоносителе, и способный рассчитать расход воды в ТК. Технический результат заключается в повышении надежности контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре теплоносителя канального ядерного реактора и улучшении условий безопасной эксплуатации. 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение, - канальные ядерные реакторы, в частности реакторы серии РБМК.
Известно техническое решение, в котором первый контур теплоносителя канальных ядерных реакторов РБМК оснащается системой контроля расхода воды в технологических каналах (ТК) на основе шариковых расходомеров, каждый из которых имеет подвижный элемент (шарик), встроенный в технологический канал и омываемый теплоносителем [1]. Надежность шариковых расходомеров недостаточна из-за потери в процессе эксплуатации свободы перемещения шариков внутри ТК. Замена шарика в расходомере канального ядерного реактора связана с необходимостью нарушать и вновь восстанавливать герметичность ТК - операцией, крайне ответственной и затрудненной радиоактивностью осадков, накапливающихся в ТК.
Известно изобретение [2] "Устройство для контроля за расходом теплоносителя в ядерном реакторе", в котором предложена система радиационного контроля теплоносителя, содержащая позиционно-управляемые гамма-датчики. Недостатком этого устройства является отсутствие решения о избирательности гамма-датчиков к гамма-излучению, исходящему из ТК и связанному с величиной расхода теплоносителя.
Известно изобретение [3] "Измеритель скорости течения теплоносителя в первом контуре реактора", на основе которого возможно создание устройства для контроля за расходом теплоносителя; в изобретении предлагается использовать блок детектирования гамма-излучения теплоносителя в виде ионизационной камеры, расположенной вдоль ТК. Изобретение [3] является аналогом, наиболее близким к предлагаемому изобретению, и выбрано в качестве прототипа. Недостатком прототипа [3] является неконтролируемая зависимость показаний измерителя от величины фонового гамма-излучения, неизбежно присутствующего в помещении, где расположены ТК с теплоносителем ядерного реактора; этот недостаток является следствием применения в прототипе в качестве детектора гамма-излучения ионизационной камеры, сигнал которой пропорционален суммарной мощности дозы гамма-излучения в месте ее расположения, то есть сигнал ионизационной камеры невозможно разделить на информативную и фоновую части.
Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, заключается в повышении надежности контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре теплоносителя канального ядерного реактора и улучшении условий безопасной эксплуатации за счет исключения необходимости разгерметизации технологического канала с радиоактивным теплоносителем в случае ремонта или смены датчика сигналов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора содержит два одинаковых детектора гамма-излучения изотопа 16N, размещенных вблизи технологического канала постоянного сечения S, по которому протекает вода-теплоноситель, активированная в ядерном реакторе изотопом 16N, с расстоянием L друг от друга, соответствующим времени прохождения воды между ними по каналу не менее 1 с, и электронный блок, связанный с детекторами электрическими линиями, выделяющий и регистрирующий сигналы К детекторов, пропорциональные активности 16N в теплоносителе, и способный рассчитать расход воды Q по формуле
Q=0,693 SL(τlnК1/К2)-1,
где Q - расход воды;
S - сечение технологического канала;
L - расстояние между детекторами;
τ=7,1 с - период полураспада изотопа 16N;
K1 - сигнал детектора более близкого к активной зоне реактора;
К2 - сигнал детектора более удаленного от активной зоны реактора;
причем каждый из двух одинаковых детекторов гамма-излучения изотопа 16N образован парой (или несколькими парами) счетчиков электронов, между которыми расположен поглотитель электронов толщиной d, в состав которого входят элементы с малым порядковым номером по таблице Менделеева (например, бериллий, углерод, алюминий), причем
R1<d<R2,
где d - толщина поглотителя электронов;
R1 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е1, большей энергии квантов гамма-излучения по крайней мере большинства радиоактивных примесей в теплоносителе и радиоактивных осадков на поверхности технологического канала (например, E1=5 МэВ);
R2 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е2, близкой, но меньшей энергии квантов гамма-излучения изотопа 16N (например, Е2=5,5 МэВ);
а электронный блок, связанный с детекторами электрическими линиями, выделяет и регистрирует совпадения сигналов счетчиков каждого детектора и числа этих совпадений в единицу времени принимаются за сигналы К1 и К2 детекторов, пропорциональные активности 16N в теплоносителе.
Q=0,693 SL(τlnК1/К2)-1,
где Q - расход воды;
S - сечение технологического канала;
L - расстояние между детекторами;
τ=7,1 с - период полураспада изотопа 16N;
K1 - сигнал детектора более близкого к активной зоне реактора;
К2 - сигнал детектора более удаленного от активной зоны реактора;
причем каждый из двух одинаковых детекторов гамма-излучения изотопа 16N образован парой (или несколькими парами) счетчиков электронов, между которыми расположен поглотитель электронов толщиной d, в состав которого входят элементы с малым порядковым номером по таблице Менделеева (например, бериллий, углерод, алюминий), причем
R1<d<R2,
где d - толщина поглотителя электронов;
R1 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е1, большей энергии квантов гамма-излучения по крайней мере большинства радиоактивных примесей в теплоносителе и радиоактивных осадков на поверхности технологического канала (например, E1=5 МэВ);
R2 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е2, близкой, но меньшей энергии квантов гамма-излучения изотопа 16N (например, Е2=5,5 МэВ);
а электронный блок, связанный с детекторами электрическими линиями, выделяет и регистрирует совпадения сигналов счетчиков каждого детектора и числа этих совпадений в единицу времени принимаются за сигналы К1 и К2 детекторов, пропорциональные активности 16N в теплоносителе.
Указанная совокупность признаков необходима и достаточна для обеспечения технических результатов, получаемых при реализации устройства.
Устройство в статике показано на чертеже. Оно включает в себя два детектора гамма-излучения 1, каждый из которых состоит из пары (или нескольких пар) счетчиков электронов 2, разделенных поглотителем электронов 3, и электронный блок 4, связанный с детекторами электрическими линиями 5.
Детекторы 1 располагаются рядом с ТК на расстоянии друг от друга, соответствующем времени прохождения воды между ними по каналу не менее 1 с (технологический канал 6 в состав устройства не входит). Электронный блок 4 связан магистралью цифровых сигналов 7 с рабочей станцией 8 оператора устройства (магистраль 7 и станция 8 в состав устройства не входят).
Работа устройства происходит следующим образом.
В воде, расход которой контролирует устройство, во время прохождения активной зоны реактора образуются радиоактивные гамма-излучающие примеси. В частности, при взаимодействии с нейтронами по реакциям 15N(nγ)16N и 16O(np)16N в воде образуется изотоп 16N с периодом полураспада τ=7,1 с и с энергией квантов ε1=7,12 МэВ (7,0% числа распадов) и ε2=6,13 МэВ (75% числа распадов). Этот изотоп всегда присутствует в ТК при работе ядерного реактора в энергетическом диапазоне мощности.
За время движении воды по ТК между разнесенными детекторами активность этого изотопа изменяется по закону радиоактивного распада, что позволяет рассчитать скорость движения воды и ее объемный расход в технологическом канале с постоянным сечением между детекторами.
Устройство контролирует активности 16N по линиям гамма-излучения с энергией квантов 7,12 МэВ и 6,13 МэВ, которые выделяются из фонового излучения детекторами, основанными на регистрации совпадений импульсов пары счетчиков электронов, разделенных поглотителем электронов с энергией около 6 МэВ.
Каждый из двух одинаковых детекторов гамма-излучения изотопа 16N образован парой (или несколькими парами) счетчиков электронов, между которыми расположен поглотитель электронов толщиной d, причем
R1<d<R2,
где d - толщина поглотителя электронов;
R1 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е1, большей энергии квантов гамма-излучения по крайней мере большинства радиоактивных примесей в теплоносителе и радиоактивных осадков на поверхности технологического канала (например, Е1=5 МэВ);
R2 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е2, близкой, но меньшей энергии квантов гамма-излучения изотопа 16N (например, Е2=5,5 МэВ).
R1<d<R2,
где d - толщина поглотителя электронов;
R1 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е1, большей энергии квантов гамма-излучения по крайней мере большинства радиоактивных примесей в теплоносителе и радиоактивных осадков на поверхности технологического канала (например, Е1=5 МэВ);
R2 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е2, близкой, но меньшей энергии квантов гамма-излучения изотопа 16N (например, Е2=5,5 МэВ).
Для уменьшения фоновой нагрузки счетчиков электронов поглотитель электронов между счетчиками изготовляется из элементов с малым порядковым номером по таблице Менделеева (например, бериллия, углерода, алюминия).
Электронный блок, связанный с детекторами электрическими линиями, выделяет и регистрирует совпадения сигналов каждой пары счетчиков каждого детектора; числа этих совпадений в единицу времени принимаются за сигналы K1 и K2 детекторов, пропорциональные активности 16N в теплоносителе в местах расположения детекторов.
Расчет объемного расход воды электронный блок проводит по формуле
Q=0,693SL(τlnK1/K2)-1,
где Q - объемный расход воды;
S - сечение технологического канала;
L - расстояние между детекторами;
τ=7,1 с - период полураспада изотопа 16N;
K1 - сигнал детектора более близкого к активной зоне реактора;
K2 - сигнал детектора более удаленного от активной зоны реактора.
Q=0,693SL(τlnK1/K2)-1,
где Q - объемный расход воды;
S - сечение технологического канала;
L - расстояние между детекторами;
τ=7,1 с - период полураспада изотопа 16N;
K1 - сигнал детектора более близкого к активной зоне реактора;
K2 - сигнал детектора более удаленного от активной зоны реактора.
Электронный блок формирует выходные цифровые сигналы и по магистрали цифровых сигналов передает их рабочей станции оператора (магистраль цифровых сигналов и рабочая станция в состав устройства не входят).
Максимальное значение контролируемого объемного расхода Qmax (при движения воды по ТК между разнесенными детекторами за время 1 с) принимается соответствующим значению К1/К2= 0,1; минимальное значение контролируемого объемного расхода Qmin принимается соответствующим значению К1/К2=10. Отношение этих величин Qmax/Qmin=ln10/ln1,1≅24.
Для осуществления предлагаемого изобретения необходимо наличие или возможность изготовления составных частей устройства, удовлетворяющих условиям эксплуатации в помещениях канального ядерного реактора и обеспечивающих возможность контроля расхода воды в широком диапазоне.
Температура в помещении, в котором расположены ТК реактора РБМК, может достигать 300oС; мощность экспозиционной дозы фонового гамма-излучения в этом помещении может быть порядка 10 Р/ч. Счетчики электронов, работоспособные в этих условиях, изготовляются [4] (например, типов СБМ 13, СБМ 14, СИ 28БГ). То же можно сказать и о электрических проводах и кабелях (например, типов 2РК50-2-41 ТУ 16. К76-167-2000 или 2РК50-2-71 ТУ 16-К76.149-98), которые можно использовать в качестве линий связи между детекторами и электронным блоком предлагаемого устройства. Возможность изготовления электронного блока, выделяющего и регистрирующего совпадения сигналов счетчиков каждого детектора и число этих совпадений в единицу времени, не вызывает сомнений, так как подобные устройства известны [5].
Источники информации
1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. М.: Машиностроение, 1987.
1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. М.: Машиностроение, 1987.
2. Русинов В.Ф., Борисов В.Ф. "Устройство для контроля за расходом теплоносителя в ядерном реакторе". Патент 2100855, заявл. 03.11.95.
3. Остапенко В. В. "Измеритель скорости течения теплоносителя в первом контуре ядерного реактора". Авторское свидетельство 1222044, заявл. 03.07.84.
4. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2, 2000 г..
5. Аглинцев К.К. Дозиметрия ионизирующих излучений. М.: Гос. изд. технико-теоретической литературы, 1957.
Claims (1)
- Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора, отличающееся тем, что оно содержит два одинаковых детектора гамма-излучения изотопа 16N, размещенных вблизи технологического канала постоянного сечения S, по которому протекает вода-теплоноситель, активированная в ядерном реакторе изотопом 16N, с расстоянием L друг от друга, соответствующим времени прохождения воды между ними по каналу не менее 1 с, и электронный блок, связанный с детекторами электрическими линиями, выделяющий и регистрирующий сигналы К детекторов, пропорциональные активности 16N в теплоносителе, и способный рассчитать расход воды Q по формулеQ=0,693SL(τlnK1/К2)-1,где Q - расход воды;S - сечение технологического канала;L - расстояние между детекторами;τ=7,1 с - период полураспада изотопа 16N;K1 - сигнал детектора более близкого к активной зоне реактора;К2 - сигнал детектора более удаленного от активной зоны реактора,причем каждый из двух одинаковых детекторов гамма-излучения изотопа 16N образован парой (или несколькими парами) счетчиков электронов, между которыми расположен поглотитель электронов толщиной d, в состав которого входят элементы с малым порядковым номером по таблице Менделеева (например, бериллий, углерод, алюминий), причемR1 < d < R2,где d - толщина поглотителя электронов;R1 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е1, большей энергии квантов гамма-излучения по крайней мере большинства радиоактивных примесей в теплоносителе и радиоактивных осадков на поверхности технологического канала (например, Е1=5 МэВ);R2 - пробег в поглотителе электронов с энергией Е2, близкой, но меньшей энергии квантов гамма-излучения изотопа 16N (например, Е2=5,5 МэВ),а электронный блок, связанный с детекторами электрическими линиями, выделяет и регистрирует совпадения сигналов счетчиков каждого детектора и числа этих совпадений в единицу времени принимаются за сигналы K1 и К2 детекторов, пропорциональные активности 16N в теплоносителе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002109450/06A RU2225046C2 (ru) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002109450/06A RU2225046C2 (ru) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002109450A RU2002109450A (ru) | 2003-12-20 |
| RU2225046C2 true RU2225046C2 (ru) | 2004-02-27 |
Family
ID=32172551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002109450/06A RU2225046C2 (ru) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2225046C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450377C1 (ru) * | 2011-01-12 | 2012-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Способ измерения расхода теплоносителя первого контура ядерного реактора и устройство для его осуществления |
-
2002
- 2002-04-12 RU RU2002109450/06A patent/RU2225046C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450377C1 (ru) * | 2011-01-12 | 2012-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Способ измерения расхода теплоносителя первого контура ядерного реактора и устройство для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Birenbaum et al. | Absolute cross section for the photodisintegration of deuterium | |
| Ruddy et al. | Nuclear reactor power monitoring using silicon carbide semiconductor radiation detectors | |
| US4415524A (en) | Apparatus for and method of monitoring for breached fuel elements | |
| RU2225046C2 (ru) | Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора | |
| KR100686446B1 (ko) | 핵물질 분포 탐지를 위한 중성자 측정 방법과 그 장치 | |
| Van Nieuwenhove et al. | Online gamma dose-rate measurements by means of a self-powered gamma detector | |
| RU2361238C1 (ru) | Способ регистрации антинейтрино от атомных реакторов | |
| JPH04326095A (ja) | 中性子増倍体系の臨界監視モニタ | |
| RU2457558C1 (ru) | Способ измерения расхода теплоносителя первого контура ядерного реактора | |
| Henderson et al. | The Production of N16 and N17 in the Cooling Water of the NRX Reactor | |
| Kuhn | A transmission method to measure capture rates in fast reactors | |
| Boivin et al. | Charged fusion product diagnostics in Alcator C‐Mod | |
| RU2450377C1 (ru) | Способ измерения расхода теплоносителя первого контура ядерного реактора и устройство для его осуществления | |
| Ahmadnia et al. | Improving the Performance of the Power Monitoring Channel in Tehran Research Reactor (TRR) | |
| Tonoike et al. | Power profile evaluation of the jco precipitation vessel based on the record of the gamma-ray monitor | |
| JPH1090473A (ja) | 原子炉、燃料集合体および中性子計測システム | |
| Sadler et al. | Calibration issues for neutron diagnostics | |
| RU2002109450A (ru) | Устройство для контроля расхода воды-теплоносителя в первом контуре канального ядерного реактора | |
| Aitken et al. | The Ge73 (n, α) Zn70 reaction at 14 MeV observed in a lithium drifted germanium detector | |
| Sandri | Radiation monitoring in the working areas | |
| Macrae | The instrumentation of reactors | |
| Moberg et al. | Measurement of the Effective Delayed Neutron Fraction in Three Different FR0-cores | |
| CN115524733A (zh) | 一种快响应脉冲式运行的辐射剂量监测系统 | |
| Ayazuddin et al. | Fuel-failure detection system for Pakistan research reactor-1 | |
| Johnson et al. | Radiation damage tests on a scintillating fiber calorimeter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090413 |