TWI474339B - 核電廠之橫向爐心探針監測及校準裝置及其方法 - Google Patents

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Description

核電廠之橫向爐心探針監測及校準裝置及其方法
示例實施例一般是有關於使用橫向爐心探針(TIP)來監測電力讀取値及校準核反應器爐中的中子通量監測器之方法及設備。
典型的核電廠包括中子通量監測器，如局部電力範圍監測器(LPRM)，其監測反應器各處之許多不連續位置處的中子通量。此資訊可藉由爐監測器軟體予以處理，爐監測器軟體決定監測、控制及模型化反應器電力準位中所使用的三維(3D)節點電力。雖然LPRM可精確地量測中子通量，但是超過時間時，不同速率的這些儀器會損失靈敏度，使得必須個別重新校準這些儀器的增益電子。橫向爐心探針(TIP)系統可使用於此重新校準程序中。
習知上，TIP系統包括附加TIP纜線的TIP偵測器，TIP纜線係經由乾管或其他型式的儀器管而機械地移動於核反應器爐之內及之外。習知上，儀器管覆蓋LPRM，且儀器管使TIP纜線能經由此管取出，使得TIP偵測器可直接設置成與正重新校準的LPRM相鄰。TIP可取得伽瑪中量讀取値，且當纜線移動經過儀器管時，這些讀取値可以約每軸向英吋的纜線移動予以記錄。習知上，TIP偵測器伽瑪中量讀取値係在此爐各處的軸向高度處予以取得，且這些讀取値係使用來校準設置於反應器爐各處之已知軸向及徑向位置處之LPRM。此LPRM的校準會需要以連續基准(每60天，或者是由工廠維持計畫表所決定)予以重複。
然而，不知道TIP偵測器的確實位置之憂慮存在，因為超過時間時，TIP纜線變成壓縮或磨損，及因為纜線係經由反應器爐各處的扭曲及長路徑而離開，所以纜線的確實長度，及設置於TIP纜線上之TIP偵測器的之後確實位置變成不確定。依據不在適當位置處的TIP偵測器讀取値之LPRM的重新校準會使LPRM讀取値產生不精確，這會影響此爐中的電力準位之精確的控制及監測。
示例實施例係針對橫向爐心探針(TIP)監測及校準裝置，以及核反應器爐中的監測裝置之校準方法。監測裝置可為LPRM監測器，或可讀取中子通量的另一種監測器。TIP裝置包括纜線，具有設置成與TIP偵測器相距固定距離的中子吸收劑。TIP偵測器為可讀取通量(如伽瑪或中子通量)的儀器。中子吸收劑可藉由能適合安置到現有或習知TIP纜線上的延伸部分而附加於纜線。中子吸收劑可由硼-10、鎘、鉿、或吸收中子且導致量測設置於緊鄰此裝置內時的中子通量監測裝置中之可察覺的降低之任何其他材料所製成。
此裝置之校準方法包括使纜線通過接近監測裝置的核反應器爐，而連續讀取TIP偵測器讀取値、監測裝置讀取値、及離開進入此爐的纜線之長度。經記錄的讀取値係使用來決定使用於校準目的之TIP偵測器量測値及監測裝置量測値。這係藉由使用監測裝置量測値中的峰値谷値做為參考點，以決定相對於監測裝置之中子吸收劑的位置(藉此，TIP偵測器與中子吸收劑相距固定距離的位置)。一旦已決定TIP偵測器量測値及監測裝置量測値，其可彼此比較，以藉由熟知方法校準監測裝置。
詳細的示例實施例在此予以揭示。然而，在此所揭示的特定結構及功能細節謹代表說明示例實施例的目的。然而，示例實施例可以許多變化的形式予以實施，而不應該解釋為受陷於僅是在此所提及的實施例。
因此，雖然示例實施例可為不同的修飾及變化的形式，但是其實施例係藉由圖式中的示例予以顯示，且在此將予以詳細說明。然而，應該要瞭解的是，無意圖將示例實施例限制於所揭示的特定形式，而相反的是，示例實施例為涵蓋落入示例實施例的範圍內之所有修飾、等效及變化。在圖式的說明各處，相似標號有關於相似要件。
將瞭解的是，雖然第一、第二等的用語在此可使用來說明不同要件，但是這些要件不應該由這些用語所限制。這些用語僅使用來區分一要件與另一要件。例如，在不脫離示例實施例的範圍之下，第一要件可稱為第二要件，而同樣地，第二要件可稱為第一要件。如在此所使用的，用語「及/或」包括一個或多個之相關聯列舉的用語之任何及所有的組合。
將瞭解的是，當要件稱為被「連接」或「耦接」至另一要件時，可直接連接或耦接至另一要件，或可存在插入的要件。反之，當要件稱為被「直接連接」或「直接耦接」至另一要件時，不存在插入的要件。使用來說明要件之間的關聯之其他詞語應該以相似形式予以解釋(例如，「在...之間」對「直接在...之間」、「相鄰」對「直接相鄰」等)。
在此所使用的術語為僅用於說明特定實施例的目的而不意圖限制示例實施例。如在此所使用的，除非上下文清楚表示其他形式，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」及「這(the)」意圖也包括複數形式。將進一步瞭解的是，當在此使用時，用語「包含(comprises)」、「包含(comprising)」、「包括(includes)」及/或「包括(including)」指定出現所述的特性、整體、步驟、操作、要件、及/或元件，但不排出出現或加入一個或多個其他的特性、整體、步驟、操作、要件、元件、及/或其群組。
也應該注意的是，在某些變化的實施中，所提及的功能/作用可脫離圖式中所提及的順序而發生。例如，連續所顯示的兩個圖式實際上可依據所牽涉的功能/作用，而實質上同時予以執行。或可有時以逆向順序予以執行。
圖1繪示習知核反應器爐的上視圖。如所示，習知反應器容器12包含核反應器爐10，其由形成矩陣陣列的數百個燃料束14所組成。許多個別的局部電力範圍監測器(LPRM)33一般係沿著對稱線31，以對稱形式予以設置，LPRM 33可取得中子通量量測値。習知上，LPRM 33係設置在四個燃料束之間的截面18處，使得LPRM 33係由個別的燃料束14所包圍。雖然圖1繪示LPRM 33設置在爐10的某一高度處之上視圖，但是應該瞭解的是，LPRM 33可沿著其他軸向位置(亦即，其他高度)而設置在爐10各處，使得LPRM 33集體監測分散於爐10各處的許多徑向(例如，離此爐心16之距離20)及軸向(高度)位置處的中子通量。
圖2繪示根據本發明的示例實施例之橫向爐心探針(TIP)系統40。如所示，TIP偵測器38係附屬於TIP纜線36。TIP偵測器38可為任何熟知的TIP偵測器，而TIP纜線36可為任何熟知的TIP纜線。示例實施例更包括中子吸收劑44，其可由硼-10、鎘、鉿、或可以中子通量量測値中所察知的下降可由緊鄰中子吸收劑44的LPRM所經歷的此種方式而有效地吸收中子之任何其他適合的材料所製成。示例實施例允許藉由任何數目的方法(將中子吸收劑44編入纜線36中、接合纜線36及插入中子吸收劑44、或者是將中子吸收劑44附加及/或嵌入於纜線36內或之上)而附加中子吸收劑44。中子吸收劑44係設置成與TIP偵測器38相距固定距離(x)，而此距離係使用來精確地校準LPRM。
圖3繪示根據本發明的另一示例實施例之另一TIP系統41。如所示，習知纜線36上的習知TIP偵測器38係配備纜線延長部分46。纜線延長部分46包括設置成與TIP偵測器38相距固定距離(y)的中子吸收劑44。纜線延長部分46可藉由夾住、接合、編入、黏著、或使延長部分46固定地附加於纜線36之任何其他可行方式而附加於纜線36。
圖4繪示核反應器爐的儀器管內部之使用中的TIP系統40/41之示例實施例的正視圖。如所示，習知儀器管30軸向地通過爐10，且沿著儀器管30的長度覆蓋一些(在此情況中，四個)LPRM 33。TIP纜線36係繪示為通過管30。因為纜線36可自下方移動至上方(在此爐內的高度，軸向增加)或自上方移動至下方(在此爐內的高度，軸向降低)，所以在LPRM 33及TIP偵測器38量測値時的期間，纜線36移動的方向無關緊要。纜線36包括TIP偵測器38，及固定於纜線36的中子吸收劑44。如以上所討論，TIP偵測器38與中子吸收劑44為彼此相距固定距離。TIP纜線36可被裝入卷軸50上，卷軸50旋轉而使纜線36進入此爐且通過儀器管30。纜線移動距離(卷軸50所耗盡之纜線的長度)可依據卷軸50的軸向旋轉而予以量測及記錄。另一種是，纜線可被拉過此爐，或藉由纜線移動經過此爐時，能量測纜線移動長度的任何其他方法而能進入此爐。訊號54集體代表來自TIP偵測器38、LPRM 33及卷軸50(量測卷軸旋轉)的儀器訊號，其可予以傳送至記錄這些量測値的電腦52。這些訊號54為示例，且其可經由接線、射頻或無線傳輸、光纖纜線、遙測、或將訊號54傳送至電腦52的任何其他方式而傳送至電腦52。電腦52可為資料庫、工廠控制室、個人電腦(PC)、讀取機、或可記錄與示例實施例相稱的儀器讀取値之任何其他的一個或多個裝置。
圖5繪示根據本發明的示例實施例之使用橫向爐心探針系統來校準如局部電力範圍監測器(LPRM)的監測裝置之方法。如所示，在步驟S10中，TIP系統40/41係通過核反應器的儀器管。建議的是，TIP系統係例如經由馬達的使用而以穩定速率通過此爐，此馬達可使TIP纜線以節拍速度通過此爐。在步驟S20中，自TIP偵測器及監測裝置中連續記錄量測値，而也記錄纜線移動長度。經記錄的TIP偵測器及監測裝置讀取値可予以記錄為纜線移動長度的函數，或另一種是，TIP/監測裝置讀取値及纜線移動長度量測値可為加上時間變率。雖然這些讀取値可以連續基準予以記錄，但是此本文中的「連續」包括以間歇的基準記錄這些量測値，其可包括例如以每英吋的纜線移動、或以另一不連續距離的纜線移動、或以不連續增加的時間來記錄TIP偵測器及監測裝置量測値。TIP偵測器讀取値、監測裝置讀取値、及纜線移動長度均可記錄於電腦52上、資料庫、任何已知的記錄裝置上，以手記錄，或者是後來存取與監測裝置的校準相稱之量測値而記錄的文件。
在圖5的步驟S30中，為了校準目的，決定TIP偵測器量測値及監測裝置量測値。這係藉由識別監測裝置量測値中的峰値谷値予以達成，且使用此値做為參考點，以在監測裝置與TIP偵測器彼此最靠近處，決定與此點相關聯的纜線移動長度。應該瞭解的是，當中子吸收劑經過監測裝置時，監測裝置經歷谷値，或因中子吸收劑的出現所導致的通量讀取値之察覺到的降低。當中子吸收劑更靠近到與監測裝置接觸時，隨著緊接更顯著降低的小降低，監測裝置讀取値中之可察覺的降低會逐漸發生。其為峰値谷値，或監測裝置通量讀取値中之最顯著的降低，其表示中子吸收劑最靠近監測裝置時的位置。藉由決定與峰値谷値相關聯的纜線移動長度，然後使纜線移動長度加入或減去固定距離(TIP偵測器與中子吸收劑之間的已知距離)(分別依據是否中子吸收劑為領先或落後TIP偵測器)，可決定纜線移動的校準長度。纜線移動的校準長度為使TIP偵測器最靠近監測裝置之離開進入此爐的纜線之長度。在纜線移動的校準長度處之TIP偵測器量測値及監測裝置量測値為步驟S30中所決定的量測値。
在圖5的步驟S40中，步驟S30之經決定的TIP偵測器量測値及監測裝置量測値然後係使用如調整監測裝置的電子增益之熟知方法而使用來校準監測裝置。監測裝置校準予以達成，以使監測裝置通量讀取値符合TIP偵測器讀取値。
雖然圖5為示例程序，但是應該瞭解的是，校準可藉由使用中子吸收劑來產生監測裝置讀取値中的谷値之其他方法予以達成，為了校準目的，此谷値係使用來做為參考點，以判斷相對於監測裝置之TIP偵測器的位置。例如，不需要連續取得TIP偵測器及監測裝置讀取値，或記錄為纜線移動長度的函數。圖5可予以變化，使得纜線係設置成監測裝置量測値經歷峰値谷値，然後纜線重新放置往前往後(分別依據TIP偵測器為落後或領先經過此爐的中子吸收劑)的固定距離，以確保TIP偵測器與監測裝置彼此最靠近。一旦TIP偵測器與監測裝置彼此最接近，TIP偵測器及監測裝置讀取値可予以取得且使用於校準目的。其他的此類方式也可使監測裝置予以即時校準，使TIP偵測器能在校準期間及接下來的期間保持在監測裝置的最接近之內，以在自儀器管中正取出TIP纜線之前，確保監測裝置正以與TIP偵測器相同的速率量測通量。
雖然TIP偵測器係使用於本發明的示例實施例中，但是一般熟習此項技術者應該立即瞭解的是，可使用設置成與中子吸收劑相距固定距離的任何偵測器，其中中子吸收劑係使用來提供參考點，以決定核反應器爐內之偵測器的位置。
為了這些示例實施例的目的，與監測裝置與中子吸收劑及/或TIP偵測器之間的距離相關之用語「接近」或「緊鄰」可界定為一英吋或更小，或其可界定為數英吋或更大。監測裝置與中子吸收劑之間的距離(實質上，監測裝置與纜線之間的距離)係僅藉由中子吸收劑可察覺地影響監測裝置讀取値之能力予以限制。在確保TIP偵測器係設置接近監測裝置之纜線的之後重新設置期間，TIP偵測器與監測裝置之間的距離係僅藉由校準本身的精確度予以限制，而更精確校準將藉由監測裝置與TIP偵測器之間的較小距離予以得到。
示例實施例於是已予以說明，將顯然可知的是，同樣可以許多方式變化。此類變化不視為脫離示例實施例之意圖的精神及範圍，且如熟習此項技術者將顯然可知的所有此類修飾係意圖涵蓋於底下申請專利範圍的範圍內。
10．．．核反應器爐
12．．．習知反應器容器
14．．．燃料束
16．．．爐心
18．．．燃料束之間的截面
20．．．離爐心之距離
30．．．習知儀器管
31．．．對稱線
33．．．局部電力範圍監測器
36．．．TIP纜線
38．．．TIP偵測器
40．．．橫向爐心探針(TIP)系統
41．．．TIP系統
44．．．中子吸收劑
46．．．纜線延長部分
50．．．卷軸
52．．．電腦
54．．．訊號
示例實施例之以上及其他的特性及優點將藉由詳細說明參考附圖的示例實施例而變成更顯然可知。附圖係意圖繪示示例實施例，而不應該解釋為限制申請專利範圍之意圖的範圍。除非清楚提及，否則附圖不視為按比例繪製。
圖1係習知核反應器爐的上視圖；
圖2係根據本發明的示例實施例之橫向爐心探針(TIP)系統；
圖3係根據本發明的示例實施例之另一橫向爐心探針(TIP)系統；
圖4係核反應器爐的儀器管內部之使用中的TIP系統之示例實施例的正視圖；以及
圖5係根據本發明的示例實施例之使用橫向爐心探針系統來校準局部電力範圍監測器之方法的流程圖。
40．．．橫向爐心探針(TIP)系統
38．．．TIP偵測器
36．．．TIP纜線
44．．．中子吸收劑

Claims (12)

  1. 一種橫向爐心探針(TIP)，包含：纜線；橫向爐心探針偵測器，係附屬於該纜線；以及中子吸收劑，係附加於該纜線，與該橫向爐心探針偵測器相距固定距離，其中，該中子吸收劑包含硼-10、鎘或鉿。
  2. 如申請專利範圍第1項之橫向爐心探針，其中該中子吸收劑係編結或嵌入於該纜線內。
  3. 如申請專利範圍第1項之橫向爐心探針，其中相距的該固定距離為約6英吋。
  4. 一種橫向爐心探針(TIP)，包含：纜線；橫向爐心探針偵測器，係附屬於該纜線；以及延長部分，係附屬於該纜線的末端，該延長部分包括中子吸收劑，其中，該中子吸收劑包含硼-10、鎘或鉿，其中，該中子吸收劑與該橫向爐心探針偵測器相距固定距離。
  5. 如申請專利範圍第4項之橫向爐心探針，其中相距的該固定距離為約6英吋。
  6. 一種核反應器中的監測裝置之校準方法，包含：使纜線通過接近該監測裝置的核反應器爐心，該纜線包括中子吸收劑及被定位在與該中子吸收劑相距固定距離之偵測器； 記錄來自該偵測器及該監測裝置的量測值；以及依據來自該偵測器及該監測裝置之該經記錄的量測值，重新校準該監測裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項之校準方法，其中自該偵測器所取得的該等量測值包括中子通量或伽瑪通量量測值。
  8. 如申請專利範圍第6項之校準方法，其中該等偵測器量測值及該等監測裝置量測值係記錄為該纜線所移動的距離之函數。
  9. 如申請專利範圍第8項之校準方法，其中該等偵測器量測值及該等監測裝置量測值係以該纜線之約每隔一英吋的移動來記錄。
  10. 如申請專利範圍第8項之校準方法，更包含：在監測裝置量測值中，決定與峰值谷值相關聯之該纜線移動的長度；對該經決定之該纜線移動的長度加入或減去該固定距離，以達到纜線移動校準長度；以及記錄該纜線移動校準長度時之該偵測器量測值及該監測裝置量測值。
  11. 如申請專利範圍第10項之校準方法，更包含：使用該纜線移動校準長度之該經記錄的偵測器量測值及該經記錄的監測裝置量測值來校準該監測裝置。
  12. 如申請專利範圍第6項之校準方法，其中該中子吸收劑包含硼-10、鎘或鉿。
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