SI26421A - Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja - Google Patents
Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja Download PDFInfo
- Publication number
- SI26421A SI26421A SI202300095A SI202300095A SI26421A SI 26421 A SI26421 A SI 26421A SI 202300095 A SI202300095 A SI 202300095A SI 202300095 A SI202300095 A SI 202300095A SI 26421 A SI26421 A SI 26421A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- reactor
- control
- user
- scram
- console
- Prior art date
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000011160 research Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 claims description 16
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 claims description 4
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 2
- 230000004992 fission Effects 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012549 training Methods 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21D—NUCLEAR POWER PLANT
- G21D3/00—Control of nuclear power plant
- G21D3/001—Computer implemented control
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
- G09B23/16—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for science of heat
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B25/02—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes of industrial processes; of machinery
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21D—NUCLEAR POWER PLANT
- G21D3/00—Control of nuclear power plant
- G21D3/008—Man-machine interface, e.g. control room layout
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21D—NUCLEAR POWER PLANT
- G21D3/00—Control of nuclear power plant
- G21D3/04—Safety arrangements
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Algebra (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
Abstract
Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja rešuje problem relativno slabe dostopnosti raziskovalnih jedrskih reaktorjev za natančnejši študij reaktorske fizike. Simulator je pedagoška oprema za pomoč pri predavanjih, lahko pa tudi pomaga pripraviti študente za praktične vaje z resničnim fizijskim jedrskim reaktorjem. Sistem za simulacijo vključuje konzolo z gumbi in opozorilnimi lučkami, ki so povezane s primernimi povezavami na mikrokrmilnik; računalnik z zaslonom, ki je povezan na mikrokrmilnik preko komunikacijskega sredstva; programsko kodo simulatorja, ki se izvaja na mikrokrmilniku; programsko kodo računalnika, ki se izvaja na prikazovalnem računalniku. Simulator ima uporabniški vmesnik, ki ima gumbe, stikala in opozorilne lučke ter druge svetlobne prikazovalnike.
Description
Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja
Področje izuma
Pričujoči izum spada na področje reaktorske fizike in simulacij jedrskih reaktorjev, kot tudi na področje kontrolnih sistemov in uporabniških vmesnikov. Glede na mednarodno patentno klasifikacijo, izuma spada v razred G09B9 - Simulatorji za poučevanje ali usposabljanje in v razred G21C1 - jedrski reaktorji. Izum se nanaša na sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja.
Ozadje izuma in tehnični problem
Poučevanje reaktorske fizike in jedrskega inženiringa, kot tudi usposabljanje bodočih operaterjev jedrskih elektrarn in raziskovalnih jedrskih reaktorjev trenutno sloni na standardni pedagoški opremi (kreda in tabla) ter na praktičnih vajah izvedenih na majhnih raziskovalnih reaktorjih, kot je na primer TRIGA(Training, Research, Isotopes, General Atomics) reaktor.
Večina izobraževalnih ustanov po svetu nima svojih raziskovalnih reaktorjev oz nima dostopa do katerega izmed raziskovalnih reaktorjev. Odstotnost raziskovalnih reaktorjev in primerne pedagoške opreme za uporabo pri predavanjih, kot tudi težave pri uspešni pripravi na praktične vaje na raziskovalnih reaktorjih, kažejo na potrebo po računalniškem simulatorju ali simulatorju fizijskih jedrskih reaktorjev.
Tehnični problem, ki ga naslavlja pričujoči izum, je torej zasnova simulatorja raziskovalnega reaktorja, ki bo učinkovito in zanesljivo simuliral vse aspekte delovanja jedrskih reaktorjev. Hkrati je zaželeno, da je rešitev cenovno ugodna ter hitro odzivna na vnose uporabnika.
Znano stanje tehnike
Nekatera podjetja razvijajo simulatorje reaktorjev, vendar pa so njihovi izdelki namenjeni usposabljanju operatorjev jedrskih elektrarn in niso primerni za uporabo v razredu. Obstoječi simulatorji so manj prilagodljivi in posledično manj primerni za učenje jedrske reaktorske fizike in študije značilnosti jedra jedrskih reaktorjev. Nadalje, običajni simulatorji morajo ustvariti celotno platformo kontrolne sobe, ki je prisotna v pravih reaktorjih ali elektrarnah, kar poviša stroške tovrstnih simulatorjev. Takšne rešitev so na primer opisane v dokumentih US3916444A in US3916445A.
Malo je literature ali drugih javno dostopnih objav o simulatorjih, ki bi jih uporabljali za usposabljanje ekip jedrskih elektrarn in napovedovanje odzivov jedrskih reaktorjev.
Patentna prijava US3082546A opisuje simulator jedrskega reaktorja, ki vključuje premične kontrolne palice, prilagodljiv vir toplote, kontrolno sredstvo za vir toplote, ki je operativno povezan na omenjene premične kontrolne palice, na toploto občutljivo tranzistorsko vezje, katerega tranzistor je izpostavljen viru toplote, in prikazovalnik, ki vključuje vsaj meter prilagojen za prikazovanje odziva tranzistorskega vezja na vir toplote kot kazalnik odziva jedrskega reaktorja na pozicijo kontrolnih palic. Ta rešitev se od pričujočega izuma razlikuje po uporabniškem vmesniku in značilnostih delovanja.
Micro-simulation Technology je razvila TRIGA (http://www.microsimtech.com/triga/) simulator, ki se v glavnem osredotoča na reaktorske sekundarne sisteme, manj pa na fiziko reaktorske sredice. Sam simulator je konceptualno napačen, saj vključuje borirano vodo, ki je TRIGA reaktorji ne uporabljajo. Posledično simulacija procesor ne odraža resničnih pogojev v TRIGA reaktorjih. Nadalje, ta simulator ne omogoča spreminjanja fizikalnih parametrov reaktorja, kot so značilnosti zakasnelih nevtronov (efektivni deleži zakasnelih nevtronov, življenjski čas promptnih nevtronov, razpadne konstante zakasnelih nevtronov in prednikov zakasnelih nevtronov), vrednosti kontrolnih palic in podobno. Ta simulator je tudi prepočasen, da bi prikazoval obnašanje reaktorja v realnem času.
Simulator, ki so ga zgradili na Češki Tehniški Univerzi v Pragi, je namenjen promocijskim, ne pa izobraževalnim namenom. Ima kontrolno ploščo s krmilno palico, s katero se premika kontrolne palice in gumbe za kontrolo simulacije, kot tudi računalniški ekran, ki prikazuje simulacijske parametre: moč reaktorja in temperatura goriva. Več informacij o tem simulatorju ni na voljo.
V Braziliji je IPEN (Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares) razvil simulator reaktorja (Ricardo Pinto de Carvalho and Jose Rubens Maiorino, A Research Reactor Simulator for Operators Training and Teaching, PHYSOR-2006, ANS Topical Meeting on Reactor Physics, Organized and hosted by the Canadian Nuclear Society. Vancouver, BC, Canada. 2006 September 10-14), ki je zelo podoben mikrosimulacijski tehnologiji tega podjetja in je osredotočen na sekundarne sisteme in ne reaktorsko sredico. Upravljanje z reaktorjem se izvaja preko uporabniškega vmesnika na računalniškem zaslonu. Funkcionalnost simulatorja se razlikuje od pričujočega izuma.
Opis rešitve tehničnega problema
Trenutno znane rešitve simulatorjev imajo več slabosti, namreč, so manj realistični, počasnejši in manj fleksibilni v primerjavi s simulatorjem po izumu. Cilj izuma je rešiti omenjene slabosti. Tehnični problem je rešen, kot je definirano v neodvisnem zahtevku, medtem ko so prednostne izvedbe definirane v odvisnih zahtevkih. Del simulatorja po izumu, še posebno fizika delovanja le-tega, je bil opisan v članku Malec in sod. (2020; doi: 10.1016/j.anucene.2020.107630), katerega vsebina je v celoti vključena v ta dokument.
Bistvo izuma je v tem, da simulatorski sistem raziskovalnega reaktorja, ki temelji na treh kontrolnih palicah, ki so prilagojene za kontrolo verižne reakcije v simuliranem reaktorju ter posledično njegove moči, vključuje:
- računalniški program, ki se lahko izvaja na računalniku, pri čemer je program prilagojen za izvajanje sledečega:
o simuliranje obnašanja reaktorske sredice, o izbiranje in/ali prilagoditev fizikalnih parametrov reaktorske sredice, kot je na primer velikost jedra, kinetični parametri reaktorja (npr. efektivni deleži zakasnelih nevtronov, življenjski čas promptnih nevtronov, razpadne konstante zakasnelih nevtronov in prednikov zakasnelih nevtronov), višek reaktivnosti, vrednosti kontrolnih palic, moči nevtronov, načini delovanja, in podobno, pri čemer program vključuje:
- termodinamski model, ki simulira prenos toplote iz elementov goriva in učinek omenjene toplote na simulirani reaktor,
- fizikalni modul, ki rešuje točkovne kinetične enačbe s temperaturo goriva in povratne učinke temperaturnega moderatorja za simulacijo reaktorske sredice v realnem času, pri čemer omenjeni fizikalni modul vključuje:
o sistem za pulziranje, ki spremlja fizikalne parametre pulza in sproži hitro zaustavitev reaktorja po pulzu o kontrolni sistem za kontroliranje kontrolnih palic, prilagojen za premikanje palic med dvema ekstremnima položajema, pri čemer se položaj lahko določi s strani uporabnika ali z avtomatskim sistemom, ki je opisan spodaj, o izračun možne zastrupitve sredice, ki izračuna nove koncentracije produktov fizije na osnovi Batemanovih enačb, o izračun koncentracije nevtronov v naslednjem časovnem koraku, o simulacija varnostnega sistema, ki spremlja toplotno moč, periodo, temperaturo vode in temperaturo goriva, ter po potrebi sproži hitro zaustavitev reaktorja v primeru, da se preseže katerakoli izmed vnaprej nastavljenih mejnih vrednosti, pri čemer se lahko mejne vrednosti določijo in/ali spremenijo s strani uporabnika, računalnik, prilagojen za:
o izračun vseh fizikalnik količin modelov, o prikaz informacij, nastavitev in parametrov simulacije, kot je na primer časovna odvisnost moči, reaktivnosti in temperature ter prikaz položaja kontrolnih palic in drugih nastavitev simulatorja, na zaslonu, o povezavo na konzolo in za prenos signalov na konzolo oz. računalnik konzole,
- konzolo, ki deluje kot vmesnik med uporabnikom in računalnikom, ki je opremljena vsaj:
- s povezovalnim sredstvom za povezavo z računalnikom,
- z mikrokrmilnikom, prilagojenim za komunikacijo z računalnikom in za izvajanje računalniške komponente konzole, ki je v bistvu zanka za izmenjavo stanja gumbov in signalov iz računalnika, in
- s ploščo, opremljeno z:
o gumbi za kontroliranje simulacije reaktorja, še posebno tri kontrolne palice, o opozorilnimi lučkami, pri čemer so omenjeni gumbi in lučke elektronsko povezani na mikrokrmilnik.
Gumbi, ko se prižgejo, generirajo signale za sledeče simulacije:
- aktiviranje mehanizma za dviganje kontrolnih palic;
- spuščanje kontrolnih palic;
- takojšno ročno zaustavitev reaktorja;
- zagon kontrolne palice v pulznem načinu;
- izbira načina delovanja, ki je lahko avtomatsko, pulzno, delovanje s periodičnim spreminjanjem reaktivnosti (sinus, žaga, koraki), ali uporabniško določeno delovanje s spreminjanjem reaktivnosti.
Natančneje so gumbi in njihove funkcije sledeče:
- gumb »palica navzgor« • ko se pritisne: če je omogočena kontrolna palica, potem se premakne kontrolno palico in magnet, ki drži kontrolno palico, navzgor, • ko se pritisne: če kontrolna palica ni omogočena, potem se premakne magnet kontrolne palice navzgor, vendar pa se palica ohrani v popolnoma vstavljenem položaju, • če je magnet kontrolne palice v maksimalnem položaju, potem se prižge lučka gumba, • če je magnet kontrolne palice nižje od maksimalnega položaja, potem se izklopi lučka gumba, gumb »palica navzdol«:
• ko se pritisne: če je omogočena kontrolna palica, potem se premakne kontrolno palico in magnet, ki drži kontrolno palico, navzdol, • ko se pritisne: če kontrolna palica ni omogočena, potem se premakne magnet kontrolne palice navzdol, vendar pa se palica ohrani v popolnoma vstavljenem položaju, • če je magnet kontrolne palice v maksimalnem položaju, potem se prižge lučka gumba, • če je magnet kontrolne palice nižje od maksimalnega položaja, potem se izklopi lučka gumba, gumb za omogočanje palic:
• ko se pritisne:
• če je palica onemogočena:
• signali SCRAM se ne sprožijo: magnet palic bo aktiviran. Če je magnet palice v spodnjem položaju, bo kontrolna palica začela slediti magnetu. Gumb se bo prižgal.
• katerikoli signal SCRAM sprože: nič se ne zgodi.
• če je palica omogočena:
• magnet palice bo onemogočen, kar bo pomenilo, da palica pade v reaktor. Položaj palice ne bo več odvisen od položaja magneta.
gumb FIRE:
• ko se pritisne:
• Če reaktor ni v pulznem načinu, deluje na enak način kot gumb »omogoči palico« za regulacijo palice, • Če je reaktor v pulznem načinu, premakne kontrolno palico glede na trenutno pozicijo magneta kontrolne palice, gumb SCRAM:
• ko se pritisne:
• izklopi magnete kontrolnih palic, kar povzroči, da se kontrolne palice spustijo v popolnoma vstavljen položaj, • »MAN« scram lučka se prižge, • vsi »omogoči palico« gumbi se ugasnejo, gumb za izbiro načina delovanja:
• če je nastavljen na MANUAL, omogoča ročno kontrolo palic, • če je nastavljen na SQ WAVE, omogoča stopničasti način delovanja, • če je nastavljen na SAVVTOOTH, omogoča žagasti način delovanja, • če je nastavljen na AUTO, omogoča avtomatski način, • če je nastavljen na PULSE, omogoča pulzni način, »MAN« scram lučka:
• se prižge, ko uporabnik pritisne gumb »SCRAM« na konzoli ali na pripadajočem uporabniškem vmesniku na računalniku, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom, »POW« scram lučka:
• se prižge, ko moč reaktorja preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom, »VVTEMP« scram lučka:
• se prižge, ko temperatura vode preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom, »FTEMP« scram lučka:
• se prižge, ko temperatura goriva preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom, »PER« scram lučka:
• se prižge, ko reaktorska perioda preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom.
Izum omogoča prilagoditve in spreminjanje parametrov reaktorske sredice, kot so velikost jedra, kinetični reaktorski parametri (efektivni deleži zakasnelih nevtronov, življenjski čas promptnih nevtronov, razpadne konstante zakasnelih nevtronov in prednikov zakasnelih nevtronov), presežna reaktivnost, vrednosti kontrolnih palic, nevtronske moči, ipd. Izum omogoča prilagajanje vseh fizikalnih parametrov, ki se lahko prilagodijo v programu, ki se izvaja na računalniku, pri čemer procesor in program izvajata vse potrebne prilagoditve glede na fizikalni model in termodinamski model, kar pomeni, da se simulator lahko prilagodi za več različnih raziskovalnih reaktorjev. Zato je simulator splošen in ni vezan na specifičen tip reaktorja. Nadalje, simulator po izumu se lahko uporablja kot orodje za izobraževanje študentov na vseh stopnjah študija jedrskega inženirstva, in ni le orodje za izobraževanje operatorjev jedrskih reaktorjev.
Simulator raziskovalnega reaktorja po izumu je primarno namenjen izobraževalnim namenom v državah ali ustanovah, ki nimajo enostavnega dostopa do raziskovalnih reaktorjev in za prikaze obnašanja jedrskih jeder v učilnicah izobraževalnih ustanov. Sistem je realističen, saj omogoča prilagajanje parametrov, kot tudi hiter in fleksibilen zaradi termodinamskega modela. Nadalje, konzola ima enake kontrolne gumbe in opozorilne lučke kot običajni rekatorji. Posledično zagotavlja resnično izkušnjo upravljanja z jedrskim reaktorjem. Število gumbov je nizko, njihove funkcije pa so jasne, zato je uporaba simulatorja intuitivna in enostavna.
Metoda delovanja sistema za simulacijo raziskovalnega reaktorja po izumu vključuje sledeče korake:
a) povezovanje konzole na primeren računalnik, prednostno preko USB ai katerekoli druge povezave, in zagon programa na računalniku,
b) nastavljanje parametrov simuliranega reaktorja, pri čemer program izvaja vse potrebne prilagoditve v skladu s fizikalnim modelom,
c) izbor načina delovanja konzole,
d) nastavljanje kontrolnih palic konzole s pritiskanjem na gumbe navzgor in navzdol, e) simulacija moči, temperature, reaktivnost glede na nastavljen način delovanja in položaj kontrolnih palic, pri čemer se v primeru, da je katerikoli parameter izven okvirjev, simulator izklopi tako kot bi se reaktor in prikazuje opozorilni signal.
Med delovanjem se lahko kontrolne palice ponovno nastavijo, način delovanja se lahko spremeni, ipd., pri čemer se vse prilagoditve izvajajo s procesorjem in programom v skladu s fizikalnim odelom. Dodatno simulator omogoča uporabniku pohitritev ali upočasnitev simulacije, kar omogoča učiteljem demonstracijo dolgotrajnih fenomenov kot so odziv reaktorja na Xe zastrupitev ali odziv reaktorja na majhne, simetrične periodične spremembe reaktivnosti.
Pričujoči izum bo v nadaljevanju podrobneje opisan s pomočjo izvedbenih primerov in slik, ki prikazujejo:
Slika 1: Shema sistema po izumu
Slika 2: Možna izvedba plošče konzole
Slika 3: Natančen diagram komponent simulatorja
Kot je prikazano na sliki 1, je konzola sistema uporabniški vmesnik simulatorja. Vključuje ploščo 1 z gumbi in opozorilnimi lučmi, mikrokrmilnik 3 in elektronsko povezavo 2 za povezovanje plošče 1 in mikrokrmilnika 3. Slednji uporablja komunikacijsko sredstvo 4 za komunikacijo z osebnim računalnikom 5. Komunikacija med uporabniškim vmesnikom 1 na konzoli in osebnim računalnikom 5 je dvosmerna, kot sledi:
i. konzola pošilja status vseh gumbov in stikalov na osebni računalnik. Signal se pošlje preko plošče 1 preko povezave 2 na mikrokrmilnik 3 v konzoli in preko komunikacijskega sredstva 4 na računalnik 5 (primer: prenos signala s pritiskom na enega izmed gumbov na uporabniškem vmesniku).
ii. Konzola sprejme iz osebnega računalnika signale o statusu simulacijskih signalov; SCRAM, lege kontrolnih palic, stanja mehanizma za dviganje palic in način delovanja. Digitalni signal iz računalnika 5 potuje preko komunikacijskega sredstva 4 na konzolo, kjer je obdelan z mikrokrmilnikom 3 in skladno s tem prikazan na plošči 1 (primer: prižig eneg izmed opozorilnih lučk na uporabniškem vmesniku).
Slika 2 prikazuje možen izvedbeni primer plošče konzole, ki vključuje gumbe 7, ki so prilagojeni za kontrolo premikanja treh kontrolnih palic, in dodatnih lučk ter zvočnih signalov 8 in/ali opozorilnih lučk 6, ki so prilagojene za opozarajanje uporabnika o ročnem ali avtomatskem izklopu reaktorja (SCRAM signal) zaradi prekoračene mejne vrednosti reaktorske periode, temperature goriva, toplotne moči, temperature hladilne vode, ali ročnega izklopa. Vsaka kontrolna palica ima določen set treh gumbov 7, to so “dvig”, “spust” in “omogoči”. Nadaljnji gumbi 7 so: - gumb FIRE in - gumb SCRAM, katerih funkcije so opisane zgoraj.
Konzola lahko dodatno vključuje opcijsko stikalo za izbor metode simulacije delovanja reaktorja, namreč: - ročni način;
- avtomatski način;
- pulzni način;
- metoda periodičnega spreminjanja reaktivnosti (sinus, žaga, korak).
V ročnem načinu kontrole palice upravljane s strani uporabnika z gumbi navzgor/navzdol. V pulznem načinu uporabnik simulira pulzne eksperimente, kjer se ena izmed kontrolnih palic hitro umakne iz sistema, kar hitro poviša reaktivnost.
V avtomatskem načinu simulator preverja, če je razlika med trenutno močjo rekatorja in želeno močjo reaktorja večja od pred-nastavljene mejne vrednosti in premakne želeno pozicijo navzgor ali navzdol, dokler se ne izpolni pogoj pred-nastavljene vrednosti. Žagasti, sinusoidni in stopničasti načini delovanja premikajo kontrolno palico tako, da sledi oblikam valov, ki jih je nastavil uporabnik.
Lučke 6 na plošči 1 so:
- »MAN« scram lučka,
- »POW« scram lučka,
- »VVTEMP« scram lučka,
- »FTEMP« scram lučka, in
- »PER« scram lučka, katerih funkcije so opisane zgoraj.
Slika 3 prikazuje natančno delovanje reaktorskih komponent. Moduli na sliki potekajo od leve proti desni, kot je prikazano na sliki. Prvi modul je upravljalec procesov 9, ki skrbi za povezovanje med fizikalnim modelom in grafičnim vmesnikom ter časovno sinhronizacijo 10. Drugi modul je fizikalni modul, ki izračunava časovno odvisne fizikalne parametre simuliranega reaktorja. Vključuje sistem za pulziranje 11, izračun hidrodinamike 12, simulator nadzornih palic 13, izračun zastrupitve sredice 14, izračun kinetike 15 in simulacijo varnostnega sistema 16. Simulator nato izračuna prikazane parametre 17, poskrbi za branje signalov uporabnika 18 in posodobitev prikaza 19 na zaslonu. Na podlagi simulacijskih rezultatov, uporabniški vmesnik pošlje nekatere izmed simulacijskih signalov na konzolo K.
Claims (9)
- Patentni zahtevki1. Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja zasnovan na reaktorju, ki ima tri kontrolne palice prilagojene za kontrolo verižne reakcije v simuliranem reaktorju in s tem njegovi moči, pri čemer omenjeni sistem vključuje:- računalniški program, ki se lahko izvaja na računalniku, pri čemer je program prilagojen za izvajanje sledečega:o simuliranje obnašanja reaktorske sredice, o izbiranje in/ali prilagoditev fizikalnih parametrov reaktorske sredice, kot je na primer velikost jedra, kinetični parametri reaktorja, višek reaktivnosti, vrednosti kontrolnih palic, moči nevtronov, načini delovanja, in podobno, pri čemer omenjeni program vključuje:o termodinamski model, ki simulira toplotni prenos iz goriva v okolico in učinek toplote na simulirani reaktor, o fizikalni model za reševanje enačb točkove kinetike z povratnimi efekti zaradi spreminjanja temperature goriva intemperature reaktorja za simulacijo sredice v realnem času, ki vključuje:sistem za pulziranje, ki spremlja fizikalne parametre pulza in sproži hitro zaustavitev reaktorja po pulzu, kontrolni sistem za kontroliranje kontrolnih palic, ki je prilagojen za premikanje palic med dvema ekstremnima položajema, pri čemer se položaj lahko določi s strani uporabnika ali z avtomatskim sistemom, ki je opisan spodaj, izračun možne zastrupitve sredice, ki izračuna nove koncentracije produktov fizije na osnovi Batemanovih enačb, izračun koncentracije nevtronov v naslednjem časovnem koraku, simulacija varnostnega sistema, ki spremlja toplotno moč, periodo, temperaturo vode in temperaturo goriva, ter po potrebi sproži hitro zaustavitev reaktorja v primeru, da se preseže katerakoli izmed vnaprej nastavljenih mejnih vrednosti, pri čemer se lahko mejne vrednosti določijo in/ali spremenijo s strani uporabnika,- računalnik prilagojen za:o izračun vseh fizikalnik količin modelov, o prikaz informacij, nastavitev in parametrov simulacije, kot je na primer časovna odvisnost moči, reaktivnosti in temperature ter prikaz položaja kontrolnih palic in drugih nastavitev simulatorja, na zaslonu, o povezavo na konzolo in za prenos signalov na konzolo oziroma računalnik konzole,- konzolo, ki deluje kot vmesnik med uporabnikom in računalnikom, ki je opremljena vsaj:- s povezovalnim sredstvom (2) za povezavo z računalnikom (5),- s ploščo (1) opremljeno z:o gumbi (7) za kontroliranje simulacije reaktorja, še posebno tri kontrolne palice, o opozorilne lučke (6),- pri čemer so omenjeni gumbi (7) in lučke (6) elektronsko povezani na mikrokrmilnik (3),- in mikrokrmilnik (3) prilagojen za komunikacijo z računalnikom (5) in prilagojen za izvajanje programske komponente konzole, ki je v bistvu zanka za izmenjavo stanja gumbov (7) in signalov (6) iz računalnika (5).
- 2. Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja po zahtevku 1, kjer so gumbi (7) konzole, ko so prižgani, prilagojeni za generiranje signala za sledeče simulacije: - aktiviranje mehanizma za dviganje kontrolnih palic;- spuščanje kontrolnih palic;- takojšno ročno zaustavitev reaktorja;- zagon kontrolne palice v pulznem načinu;- izbira načina delovanja, ki je lahko avtomatsko, pulzno, delovanje s periodičnim spreminjanjem reaktivnosti, kot so sinus, žaga, koraki, ali uporabniško določeno delovanje s spreminjanjem reaktivnosti.
- 3. Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja po zahtevku 1 ali zahtevku 2, kjer so kinetični parametri reaktorja delež zakasnelih nevtronov in razpadne konstante.
- 4. Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, kjer so lučke (6) in gumbi (7) na konzoli in njihove funkcije sledeče: - gumb »palica navzgor« • ko se pritisne: če je omogočena kontrolna palica, potem se premakne kontrolno palico in magnet, ki drži kontrolno palico, navzgor, • ko se pritisne: če kontrolna palica ni omogočena, potem se premakne magnet kontrolne palice navzgor, vendar pa se palica ohrani v popolnoma vstavljenem položaju, • če je magnet kontrolne palice v maksimalnem položaju, potem se prižge lučka gumba, • če je magnet kontrolne palice nižje od maksimalnega položaja, potem se izklopi lučka gumba,- gumb »palica navzdol«:• ko se pritisne: če je omogočena kontrolna palica, potem se premakne kontrolno palico in magnet, ki drži kontrolno palico, navzdol, • ko se pritisne: če kontrolna palica ni omogočena, potem se premakne magnet kontrolne palice navzdol, vendar pa se palica ohrani v popolnoma vstavljenem položaju, • če je magnet kontrolne palice v maksimalnem položaju, potem se prižge lučka gumba, • če je magnet kontrolne palice nižje od maksimalnega položaja, potem se izklopi lučka gumba,- gumb za omogočanje palic:• ko se pritisne:• če je palica onemogočena:• signali SCRAM se ne sprožijo: magnet palic bo aktiviran, pri čemer velja, da, če je magnet palice v spodnjem položaju, bo kontrolna palica začela slediti magnetu, in gumb se bo prižgal, • katerikoli signal SCRAM sprožen: nič se ne zgodi, • če je palica omogočena:• magnet palice bo onemogočen, kar bo pomenilo, da palica pade v reaktor, pri čemer položaj palice ne bo več pod vplivom magneta, gumb FIRE:• ko se pritisne:• Če reaktor ni v pulznem načinu, deluje na enak način kot gumb »omogoči palico« za regulacijo palice, • Če je reaktor v pulznem načinu, premakne kontrolno palico glede na trenutno pozicijo magneta kontrolne palice, gumb SCRAM:• ko se pritisne:• izklopi magnete kontrolnih palic, kar povzroči, da se kontrolne palice spustijo v popolnoma vstavljen položaj, • »MAN« scram lučka se prižge, • vsi »omogoči palico« gumbi se ugasnejo, gumb za izbiro načina delovanja:• če je nastavljen na MAN UAL, omogoča ročno kontrolo palic, • če je nastavljen na SQ WAVE, omogoča stopničasti način, • če je nastavljen na SAVVTOOTH, omogoča žagasti način, • če je nastavljen na AUTO, omogoča avtomatski način, • če je nastavljen na PULSE, omogoča pulzni način, »MAN« scram lučka:• se prižge, ko uporabnik pritisne gumb »SCRAM« na konzoli ali na pripadajočem uporabniškem vmesniku na računalniku, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom, »POW« scram lučka:• se prižge, ko moč reaktorja preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom,- »WTEMP« scram lučka:• se prižge, ko temperatura vode preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom,- »FTEMP« scram lučka:• se prižge, ko temperatura goriva preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, • se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom,- »PER« scram lučka:• se prižge, ko reaktorska perioda preseže vrednost, ki jo je nastavil uporabnik, o se ugasne, ko uporabnik ponastavi SCRAM signale z uporabniškim vmesnikom.
- 5. Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, kjer so opozorilne lučke (6) konzole prilagojene za prižiganje ali ugašanje, ko je generiran signal s strani programa sprejet na mikrokontrolerju (3) ali računalniku (5).
- 6. Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, kjer je konzola opremljena s stikalom za izbor simulacije načina delovanja reaktorja, namreč:- ročni način;- avtomatski način;- pulzni način;- način periodičnega spreminjanja reaktivnosti, kot so sinus, žaga, korak.
- 7. Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja po predhodnem zahtevku, kjer so- v ročnem načinu kontrole palice upravljane s strani uporabnika z gumbi navzgor/navzdol,- v pulznem načinu uporabnik simulira pulzne eksperimente, kjer se ena izmed kontrolnih palic hitro umakne iz sistema, kar hitro poviša reaktivnost, in- v avtomatskem načinu simulator preverja, če je razlika med trenutno močjo rekatorja in želeno močjo reaktorja večja od pred-nastavljene mejne vrednosti in premakne želeno pozicijo navzgor ali navzdol, dokler se ne izpolni pogoj pred-nastavljene vrednosti.
- 8. Metoda delovanja sistema za simulacijo raziskovalnega reaktorja po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov, pri čemer metoda vključuje sledeče korake:a) povezovanje konzole na primeren računalnik (5), prednostno preko USB ai katerekoli druge povezave, in zagon programa na računalniku (5),b) nastavljanje parametrov simuliranega reaktorja, pri čemer program izvaja vse potrebne prilagoditve v skladu s fizikalnim modelom,c) izbor načina delovanja konzole,d) nastavljanje kontrolnih palic konzole s pritiskanjem na gumbe (7) navzgor in navzdol,e) simulacija moči, temperature, reaktivnost glede na nastavljen način delovanja in položaj kontrolnih palic, pri čemer se v primeru, da je katerikoli parameter izven okvirjev, simulator izklopi tako kot bi se reaktor in prikazuje opozorilni signal.
- 9. Metoda po predhodnem zahtevku, kjer se med delovanjem lahko kontrolne palice ponovno nastavi, spremeni način delovanja in podobno, pri čemer se vse prilagoditve izvedejo s procesorjem in programom v skladu s fizikalnim in termodinamičnim modelom.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB2209007.0A GB2619920A (en) | 2022-06-20 | 2022-06-20 | Research reactor simulator system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI26421A true SI26421A (sl) | 2024-03-29 |
Family
ID=82705253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI202300095A SI26421A (sl) | 2022-06-20 | 2023-06-20 | Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| GB (1) | GB2619920A (sl) |
| SI (1) | SI26421A (sl) |
-
2022
- 2022-06-20 GB GB2209007.0A patent/GB2619920A/en active Pending
-
2023
- 2023-06-20 SI SI202300095A patent/SI26421A/sl active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2619920A (en) | 2023-12-27 |
| GB202209007D0 (en) | 2022-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112885492B (zh) | 零功率反应堆实验模拟装置及其进行临界实验的模拟方法 | |
| SI26421A (sl) | Sistem za simulacijo raziskovalnega reaktorja | |
| CN202976570U (zh) | 一种核电站防人因失误训练装置及系统 | |
| CN110930806A (zh) | 一种数控培训系统 | |
| Lavrinenko et al. | Increase of engineering students training level | |
| Dui et al. | Letter Tracing: a Serious Game to Teach Handwriting and Assess Proficiency through Machine Learning | |
| ES423537A1 (es) | Un metodo de simulacion de la operacion dinamica de un reac-tor nuclear. | |
| Stammers | Psychological aspects of simulator design and use | |
| CN102289963B (zh) | 多元火电运行仿真操作技能培训方法 | |
| Boring | Overview of a reconfigurable simulator for main control room upgrades in nuclear power plants | |
| Volman et al. | System of training programs for simulation of reactor measurements | |
| CN201838213U (zh) | 一种抽水蓄能电站的仿真培训系统 | |
| Li et al. | Microcomputer Principle Virtual Laboratory for Smart Grid Specialty Practical Teaching | |
| Gorbunov et al. | Computer technologies in the system of training specialists for the nuclear industry at ISPU | |
| Juste et al. | TRAINING IN OPERATION AND SAFETY OF NUCLEAR POWER PLANTS THROUGH ACTIVE LEARNING BASED ON IAEA REACTOR SIMULATORS | |
| Tatsumi et al. | Development of a Graphical RELAP based Analysis Platform for Education (GRAPE) for Fundamental Understanding of Nuclear Power Plant Behaviours | |
| Bursey et al. | USE OF A DEACTIVATED HANFORD REACTOR CONTROL CENTER FOR AN OPERATOR TRAINING SIMULATOR. | |
| CN117649793A (zh) | 一种基于vr技术的变电站设备教学系统 | |
| Ferri et al. | Blended Learning for Teacher Development: transforming Educational Practices by Harmonising Tradition and Innovation | |
| Czuba et al. | Hydraulic cylinders in practice-excavator model | |
| Reuhl | SIMULA-C a simplified PC simulation training fool developed for the initial training of NPP operations personnel | |
| Policarová | A model of a wind power plant for primary school teaching | |
| Grady | Academic and Industrial Uses of PC Based Nuclear Power Plant Simulators | |
| CN109509374A (zh) | 掘进机虚拟实训操作教学仪及训练方法 | |
| CN112002181A (zh) | 一种用于潜艇机动控制仿真的实验平台控制箱 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20240403 |