автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Исследование подкритических состояний и совершенствование контроля ядерной безопасности промышленного водо-водяного реактора с помощью системы контроля подкритичности

Экз. № На правах рукописи

САМОНИН ВАДИМ ЮРЬЕВИЧ

УДК: 621 .039.538

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДКРИТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЯ ЯДЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДО-ВОДЯНОГО РЕАКТОРА С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПОДКРИТИЧНОСТИ

(Специальность 05.14.03 - ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Озерск - 2004

Работа выполнена на Федеральном государственном унитарном предприятии "Производственное объединение "Маяк".

Научный руководитель:

доктор технических наук, старший научный сотрудник, О. В. Шведов.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Б. П. Кочуров кандидат физико-математических наук, А. А. Снопков

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им.

диссертационного совета ДСр 201.016.01 в ФГУП "Производственное объединение "Маяк"", г. Озерск, Челябинской обл., пр. Ленина, 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Центральной заводской лаборатории ФГУП "Производственное объединение "Маяк".

Н. А. Доллежаля" (НИКИЭТ).

Защита состоится ¿¿Л> апреля 2005 года в 9 час на заседании

Автореферат разослан

2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук

Е.А. Демченко

^^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Задача контроля реактивности подкритической системы значительно сложнее, чем критической, т.к. требует, во-первых, учета внешних источников нейтронов, а во-вторых - учета дополнительной погрешности, связанной с использованием, как правило, внезонных, а не внутризонных детекторов нейтронов (ДН). И в третьих, для физически больших активных зон, таких как у действующего промышленного реактора "РУСЛАН", задача усложняется проявлением пространственных эффектов на фоне низкого уровня плотности потока нейтронов и высокого уровня у- излучения.

Извлечение сборки поглотителей в подкритическом остановленном реакторе "РУСЛАН" характеризуется образованием пика нейтронного потока, локализованного на малочисленной группе рабочих кассет, с экстремумом в ячейке без поглотителя ("ловушки" нейтронов), что обусловлено конструктивными особенностями активной зоны реактора. При недостаточном числе ДН с реально ограниченными зонами чувствительности к возмущениям плотности потока нейтронов (ПИН) не исключена ситуация, когда в активной зоне реактора образуется зона с недопустимо высокими размножающими свойствами, опасно невидимая для персонала управления реактором. Своевременное определение факта наличия и месторасположения в активной зоне подкритического реактора ячейки с аномально высокими размножающими свойствами (без поглотителя) является одной из главных задач систем контроля за активной зоной на перегрузке.

Работа над проблемой контроля подкритического состояния реактора "РУСЛАН" на предприятии началась в 1988 -1989 гг., когда стали очевидны недостатки штатной системы нейтронного контроля:

низкая чувствительность каналов контроля нейтронного потока при существующем уровне помех;

отсутствие автоматизации процесса измерения и обработки импульсной информации;

невозможность отслеживания потенциально опасных локальных возмущений ППН в активной зоне реактора.

Несмотря на продолжавшуюся работу по повышению эффективности

контроля за перегрузками поглотителей в активной зоне подкритического

реактора "РУСЛАН", действующий комплек: РЦОТМПШЖМпенвдфических

БИБЛИОТЕКА 1

мероприятий с имеющимся штатным аппаратурным обеспечением мс позволял решить задачу контроля за перегрузками поглотителей (центральных сборок, стержней системы управления и защиты (СУЗ)) полностью. Положение существенно изменилось с вводом в эксплуатацию системы контроля подкритичности (СКП). Так как система СКП реализует обратное решение уравнений кинетики в точечном приближении, то в результатах ее измерений реактивности присутствует систематическая погрешность, обусловленная неадекватностью точечной модели (так называемое явление пространственного эффекта), что требует коррекции.

Цель работы:

- анализ характеристик и особенностей системы СКП при использовании ее в качестве штатной системы контроля подкритичности реактора "РУСЛАН";

- исследование новых, по сравнению с проектом, возможностей системы как средства контроля за распределением размножающих свойств подкритического реактора;

- обоснование нового способа контроля локальных возмущений размножающих свойств в активной зоне подкритического реактора во время проведения штатных перегрузок поглотителей;

- исследование влияния пространственного эффекта при измерениях эффектов реактивности и глубины подкритичности.

Постановка задачи. Для достижения поставленной цели было необходимо:

- выявить и устранить как недостатки технического характера, так и ошибки программного обеспечения системы СКП;

- выполнить штатные и дополнительные измерения в обоснование применимости СКП для контроля подкритичности и обеспечения ядерной безопасности заглушённого реактора;

оценить радиус чувствительности подзонного детектора к локальному возмущению реактивности при извлечении поглотителя в зависимости от его (поглотителя) эффективности и глубины подкритичности;

- оценить возможности использования подзонных детекторов СКП реактора "РУСЛАН" для контроля и обнаружения локальных возмущений реактивности во всем объеме активной зоны при перегрузках сборок поглотителей на подкритическом реакторе с целью обеспечения ядерной безопасности.. . • -

На защиту выносится:

1 Результаты анализа особенностей и недостатков системы СКП, выявленных в процессе ввода её в эксплуатацию, рекомендации, замечания и предложения по эффективному использованию и техническому совершенствованию системы на реакторе "РУСЛАН" (в части вклада автора).

2 Способ контроля за локальными возмущениями размножающих свойств в активной зоне остановленного реактора, который не содержался в проекте СКП.

3 Экспериментальные результаты и функциональные зависимости, полученные при исследовании пространственных эффектов в случаях возмущений размножающих свойств активной зоны промышленного реактора "РУСЛАН".

Научная новизна работы.

1 Исследована чувствительность подзонных каналов системы СКП к локальным возмущениям плотности потока нейтронов при перегрузках поглотителей на остановленном подкритическом реакторе и получена эмпирическая оценка радиуса чувствительности подзонного детектора к локальному возмущению реактивности при извлечении поглотителя в зависимости от его (поглотителя) эффективности и глубины подкритичности. Разработан, обоснован, апробирован и защищен патентом метод контроля за локальными возмущениями размножающих свойств в активной зоне заглушённого подкритического реактора во время проведения перегрузок сборок поглотителей с использованием подзонных детекторов нейтронов.

2 Впервые в критическом реакторе обнаружено и дано физическое объяснение явлению инерционности регистрации нейтронными детекторами момента внесения отрицательного возмущения реактивности.

3 Для оценки величины пространственного эффекта установлен ряд экспериментальных зависимостей, получена оценка радиуса зоны пространственного эффекта и предложен способ его (эффекта) оперативного учета.

4 Для существенно изменённой (по сравнению с проектом) активной зоны реактора уточнён ряд основных нейтронно-физических параметров реактора.

Практическая значимость работы.

Выполненные работы позволили:

- устранить недоработки системы СКП в аппаратурной части и программном обеспечении;

сформулировать особенности системы СКП и выдать рекомендации по ее использованию, что позволило оперативному персоналу управления реактором эксплуатировать систему более эффективно;

- довести систему СКП от стадии макета опытно-промышленного образца до ввода в постоянную эксплуатацию и тем самым обеспечить повышение эффективности контроля при перегрузке активной зоны реактора "РУСЛАН";

- внести в инструкцию по контролю за подкритичностью, технологический регламент и технологическую инструкцию эксплуатации реактора "РУСЛАН" разделы, описывающие применение СКП на различных этапах его эксплуатации;

- уточнить ряд основных нейтронно-физических параметров реактора (эффективность стержней СУЗ и их градуировочные характеристики; эффекты реактивности при включении и отключении ГЦН; температурный эффект реактивности; эффекты реактивности при извлечении сборок поглотителей; параметры йодной ямы), важных для безопасного ведения технологического процесса;

- оценить радиус зоны пространственного эффекта при измерениях эффективности поглотителей в критическом состоянии реактора, установить вид зависимости между оценкой изменения величины показаний СКП и расстоянием "центр возмущения - подзонный детектор", а также влияние неравномерности поля энерговыделения на установленный вид зависимости.

Результаты работы явились основой для разработки способа контроля за локальными возмущениями размножающих свойств ("ловушек" нейтронов) в активной зоне подкритического реактора. Способ апробирован и защищен патентом.

Результаты работы, отраженные в 25 документах, выпущенных автором лично и в соавторстве, использованы для подготовки системы к сдаче в опытную и постоянную эксплуатацию, при проведении штатных физических измерений для определения нейтронно-физических характеристик активной зоны реактора, для выдачи указаний оперативному персоналу управления

реактором в целях обеспечения безопасного ведения технологического процесса, что подтверждено справками реакторного завода о внедрении. Руководством реакторного завода принято решение об увеличении числа подзонных детекторов системы контроля подкритичности.

Публикации и личный вклад автора. Результаты работы изложены в 11 научно- исследовательских отчетах, двух методиках, одной технологической инструкции, 16 сообщениях, двух статьях, двух патентах на изобретение. По материалам работы, выполненной в рамках темы НПР "Контроль подкритических состояний ядерных реакторов", в которой автор был ответственным исполнителем, им выданы три рекомендации на внедрение в производство в целях дальнейшего совершенствования и эффективного использования системы в конкретных условиях реактора "РУСЛАН". Автор принимал непосредственное участие в работах по вводу системы контроля подкритичности в эксплуатацию, с момента, когда система существовала в виде двухканального макета (1995 год), лично участвовал во всех физических экспериментах, послуживших основой для диссертации. В составе рабочих комиссий автор принимал участие в приеме системы СКП в опытную и постоянную эксплуатации.

На стадии подготовки системы СКП к сдаче в постоянную эксплуатацию автор участвовал в отладке программного обеспечения, исследовательских и эксплуатационных испытаниях подвесок измерительных каналов, выявлении неисправностей и проведении приемо-сдаточных испытаний системы. Им выявлены особенности системы и сформулированы предложения по её более эффективному использованию, осуществлена экспериментальная часть исследований, включая разработку программ экспериментов, непосредственное их выполнение на реакторе, обобщение и анализ экспериментальных данных. Автором исследована и обоснована возможность использования системы для измерений эффектов реактивности в подкритическом состоянии, установлены эффективные границы этих измерений. Автором лично:

исследован вид распределения скоростей счета каналов СКП на остановленном реакторе;

обоснован критерий определения нахождения локального возмущения реактивности в активной зоне заглушённого реактора при перегрузках поглотителей;

получены, систематизированы и проанализированы зависимости регистрируемого системой возмущения ППН и реактивности от типа перегружаемой сборки поглотителей, расстояния от места возмущения до ДН и уровня подкритичности реактора;

предложен и успешно апробирован алгоритм обнаружения локального возмущения размножающих свойств в активной зоне заглушённого реактора;

предложен индивидуальный метод обработки сигналов СКП для учета пространственного эффекта и оценен радиус зоны его влияния на показания подзонного детектора нейтронов системы при измерениях эффективности стержней СУЗ в критическом состоянии;

впервые на реакторе "РУСЛАН" в критическом состоянии обнаружена задержка регистрации момента внесения отрицательного возмущения реактивности, которой дано физическое объяснение.

Со всеми соавторами совместных работ, отражающие защищаемые автором позиции, автором заключены письменные соглашения, разрешающие использование материалов этих работ в настоящей диссертации

Апробация работы. Диссертационная работа обсуждена на семинаре лаборатории физической технологии ЦЗЛ, на семинаре лаборатории РУСЛАН РНЦ "Курчатовский институт", на физической секции НТС ФГУП "ПО" Маяк".

Научно-исследовательская работа по теме "Ядерная безопасность -контроль подкритических состояний ядерных реакторов" признана одной из лучших работ НИР по физической технологии на предприятии в 2000 г. и отмечена дипломом.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений. В работе 162 страницы машинописного текста, включая 19 таблиц, 43 рисунка и список используемых источников из 136 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена актуальность рассматриваемой проблемы, изложены цели и задачи диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность, отмечены внедрение результатов исследований, перечень защищаемых научных положений, личный вклад автора, апробация работы.

Глава 1 посвящена литературному обзору, в котором рассмотрены

существующие методы измерения реактивности, получившие наибольшее распространение и проведен сравнительный анализ их достоинств и недостатков применительно к промышленному реактору "РУСЛАН". Наибольшее внимание уделено методу измерения реактивности, основанному на обращенном решении уравнения кинетики в точечном приближении и примененному в системе СКП. Рассмотрено влияние пространственного эффекта на точность измерения реактивности методами, основанными на решении кинетических уравнений в точечном приближении, и способы его учета. На основе полученных к 1995 г. (до автора) экспериментальных (на макете СКП) и расчетных данных проведен анализ расчётно-методических и экспериментальных аспектов эксплуатации макета СКП. Сформулированы задачи контроля подкритического состояния заглушённого реактора "РУСЛАН".

В главе 2 приведено описание системы контроля подкритичности реактора "РУСЛАН", использованной автором для исследования подкритических состояний. Система контроля подкритичности впервые разработана Научно-исследовательским конструкторским институтом энерготехники (НИКИЭТ) для реактора "РУСЛАН", аналогов не имеет. В основе ее проекта лежат результаты ряда научно-исследовательских работ, выполненных в 1988-1992 гг. НИКИЭТ совместно с ПО "Маяк" и Институтом атомной энергии им. И. В. Курчатова.

Представлено краткое описание структурной схемы, аппаратной части (с указанием основных технических характеристик системы) и реализованного в системе алгоритма обратного решения уравнений кинетики реактора в точечном приближении. Системой в режиме реального времени и в широком диапазоне мощности вычисляется плотность потока нейтронов, текущая реактивность и период реактора. Вычисляемые параметры отображаются на мониторе, а зарегистрированные шестью подзонными и четырьмя боковыми внезонными ДН импульсно-токовые сигналы по желанию оператора архивируются на жёстком диске ЭВМ.

В главе 3 рассмотрены особенности эксплуатации системы контроля подкритичности и обнаруженные недостатки системы СКП на этапах до и после ввода в постоянную эксплуатацию. Представлены результаты, полученные с помощью СКП за период 1996-2001 гг. при измерениях нейтронно-физических характеристик реактора (температурного коэффициента реактивности, параметров йодной ямы, гидродинамического эффекта), градуировочных

характеристик стержней СУЗ, эффектов реактивности в под- и критических состояниях, глубины подкритичности. Изложены рекомендации автора по дальнейшей эксплуатации и техническому совершенствованию системы. В частности, для контролирования перегрузки поглотителей во всем объеме активной зоны автором экспериментально обосновано и предложено увеличить число подзонных каналов до 19-21 шт., расположив их равномерно в узлах регулярной решетки. Для диагностирования внутриреакторных аномалий различного происхождения (по изменению спектральной плотности флуктуаций нейтронной мощности), оценки устойчивости физической системы как объекта управления (на основе определения и анализа передаточной функции реактора "РУСЛАН"), а также определения основных нейтронно-физических параметров реактора, эффектов реактивности и степени подкритичности несколькими способами предложено увеличить частоту сканирования отсчетов детекторов системы до 1 кГц.

В результате выполненного исследования работоспособности точечной модели кинетики при измерениях с помощью системы СКП эффектов реактивности на подкритическом реакторе "РУСЛАН" автором подтверждена возможность использования системы для измерений эффективности поглотителей в подкритическом состоянии.

В главе 4 исследована чувствительность системы к локальным возмущениям (ЛВ) размножающих свойств в активной зоне подкритического реактора. Представлены результаты экспериментального исследования возможности контроля за локальными возмущениями ППН в активной зоне остановленного реактора с помощью СКП с целью обеспечения ЯБ перегрузок сборок поглотителей. Дано описание предложенного автором метода и алгоритма контроля перегрузок поглотителей на подкритическом реакторе, а также результаты исследования влияния неоднородности загрузки активной зоны на погрешность определения координаты центра локального возмущения.

На основании проведенного анализа показаний измерительных каналов системы сделан вывод о том, что для надежного оперативного контроля за извлечением поглотителей на остановленном аппарате необходимо:

использовать подзонные каналы (ПК) нейтронного контроля, как более чувствительные;

отслеживать не среднее изменение скорости счета нейтронов (ССН) (или реактивности) по всем включенным измерительным каналам, а

изменения ССН (или реактивности) по каждому отдельному каналу.

В качестве критерия, определяющего факт наличия-отсутствия "ловушки" в активной зоне, выбрано неравенство:

I ЛЛ. - N. | > /V (1)

где М,, N. - среднее за интервал времени в невозмущенном подкритическом стационарном состоянии (рпоа (/)=сопб1) и текущее значения ССН ПК соответственно;

Л'гр = Сгр'0" - фаничное значение М>;

I = 1,55+0,8 л/Ё -1 • 1ё(п/10) - квантильный множитель фаницы цензурирования для неизвестного распределения;

п - объем выборки;

е - эксцесс;

а - среднее квадратическое отклонение М>.

Все ССН, удовлетворяющие неравенству (1), признаются значимыми и делается вывод о вероятном нахождении локального возмущения в активной зоне. Для обоснования гипотезы о правомочности использования "правила трех сигм" подробно исследован вид распределения скоростей счета ПК на заглушённом реакторе в отсутствие перемещения поглотителей. Из анализа полученных ршулыагав сделан вывод о том, что распределение усредненных за временной интервал значений (интервальных) ССН практически не изменяется с течением времени остановки реактора, близко к нормальному и поэтому может быть описано в гауссовом приближении. На основании этого, в дальнейшем использован критерий "3-ст", как предельно-допустимая фаница текущего значения интервальных ССН в невозмущенном состоянии.

Во время плановых остановок получены, систематизированы и проанализированы зависимости регистрируемого системой возмущения ППН и реактивности от типа перегружаемой сборки поглотителей, расстояния от места возмущения до ДН и уровня подкритичности реактора. Для каждого типа сборок поглотителей в разные моменты времени эксплуатации реактора получены кривые регрессии (на рисунке 1 представлена типовая кривая рефессии для одной из сборок поглотителей).

На основании примененных статистических критериев к результатам измерений по каждому типу сборки поглотителей сделан вывод о подобии,

допустимом различии и близости результатов полученных зависимостей для отдельных типов изделий активной зоны на разные моменты кампании.

А/, .»/о

;... Ь-Ъг^-----

_-Расстояние до ЛВ г,

О в 1 о шаг решетки ТВС

Рисунок 1 - Регрессионная кривая (где ТВС - тепловыделяющая сборка)

Полученные результаты послужили основой способа обнаружения локальных возмущений плотности потока нейтронов в активной зоне подкритического реактора и его вероятной координаты, в котором в качестве критерия значимости и для определения факта наличия-отсутствия локального возмущения ППН используют статистический критерий применительно к интервальным значениям ССН ДН, усредненным за ш-точечный интервал, а для определения наиболее вероятной координаты локального возмущения -предварительно построенную регрессионную зависимость относительного изменения показаний ДН от расстояния до центра возмущения, полученную экспериментально при равновеликом перемещении изначально одинаковых по своим поглощающим свойствам поглотителей. Искомую координату локального возмущения определяют, задаваясь измеренным текущим значением относительного изменения показаний ДН (рисунок 2).

ООО 1Г* ¡г,щ Расстояние до ЛВ г

01 234567 шаг решетки ТВС

Рисунок 2 - Определение вероятного местонахождения локального

возмущения ППН

На рисунке 2 обозначено: гдн - шаг решетки ДН (в данном случае треугольной), такой, что гдн< г3 су,, ; Л/| - среднее по интервалу за время Дг значение ССН ДН в возмущенном состоянии (с "ловушкой"); Л^ - интервальное значение ССН ДН, находящееся в буфере (массиве Л^ = {Л^; N1,... Ып})

интервальных значений ССН Их в состоянии без "ловушки"; Ие - усредненное значение ССН по буферу интервальных значений ССН (без "ловушки"); Об -среднее квадратическое отклонение текущих интервальных значений Л^ буфера;

Ос - усредненное значение среднего квадратического отклонения по буферу интервальных значений средних квадратических отклонений (без "ловушки"); г - наиболее вероятный радиус окружности с центром в точке размещения ДН, которая (окружность) содержит "ловушку"; Дг - интервал неопределенности координаты г*

Особенностью способа является то, что не требуется переводить реактор в ядерно-опасное критическое состояние и вычислять эффективности поглотителей Контроль локальных возмущений ППН по всему объему активной зоны осуществляется исключительно по первичной информации индивидуальным изменениям ССН ДН, усредняемым за один и тот же интервал времени.

Работоспособность описанного алгоритма неоднократно проверена на штатных перегрузках, а вышеописанный способ защищен патентом.

Глава 5 посвящена исследованию влияния пространственного эффекта на задержку момента регистрации внесения возмущения реактивности в критическом состоянии. Здесь же проанализирована возможность учета пространственных эффектов путем избирательной обработки импульсных сигналов системы СКП.

На этапе подготовки к вводу в опытную эксплуатацию системы СКП установлено, что регистрация вносимого возмущения ППН производится детекторами СКП не одновременно - наиболее удаленный от точки внесения возмущения боковой детектор начинает регистрировать ввод реактивности стержнем СУЗ позже подзонного детектора ПК, расположенного рядом с этим стержнем В результате исследования природы данного явления с точки зрения теории диффузии, рассматривающей возмущение от точечного источника в виде нейтронной волны, распространяющейся в бесконечной физической среде с

конечной скоростью, получена оценка скорости распространения возмущения нейтронного поля по активной зоне, аналогичной, по своим замедляющим свойствам, зоне реального реактора "РУСЛАН". Выполненное с помощью программного комплекса STAT численное моделирование с целью исследования влияния исходного распределения нейтронного поля, определяемого размножающими и поглощающими свойствами среды, на скорость прохождения возмущения, позволило говорить о существенном влиянии распределения ППН на скорость изменения регистрируемого сигнала.

Выполненное на реакторе исследование пространственного эффекта в критическом состоянии при различных способах компенсации и локальных деформациях нейтронного поля вблизи детекторов СКП показало, что:

- значение измеряемой с помощью системы СКП эффективности стержня СУЗ существенно зависит от пространственного взаиморасположения нейтронных детекторов системы и стержня;

- для существующей геометрии расположения детекторов зона влияния пространственного эффекта на показания подзонного детектора, максимально приближенного к активной зоне, может быть условно представлена в виде круга с радиусом в семь - восемь шагов решетки TBC;

- установленные эмпирическим путем, линейно убывающие с увеличением расстояния г между стержнем СУЗ и детектором, зависимости

Ap[j Apl.t (г) отношения измеряемых эффективпостей стержней СУЗ из зоны влияния пространственного эффекта на показания k-го ДН для различных равнопогруженных компенсаций оказались подобны, а зависимости

Ар! /ApL, (г) - практически совпали, что позволило говорить об установлении

закономерности (здесь и далее Ар\, Apl, - эффективность i- стержня

СУЗ, измеренная по показаниям k-го ДН, по показаниям всех ДН и по показаниям всех ДН, за исключением k-го ДН, соответственно).

Проведенные эксперименты показали, что вычисляемая по алгоритму, основанному на точечной модели кинетики, эффективность отдельного стержня СУЗ, расположенного не далее семи-восьми шагов решетки TBC от подзонного детектора нейтронов, завышается на величину до 50 %, а оценка суммарной эффективности всех стержней СУЗ (по результатам измерений отдельных стержней) - на 10 %. Для коррекции результатов измерения эффективности стержня из ЗПЭ предложено его полную эффективность вычислять в виде

суммы эффективности, определяемой по показаниям наиболее удаленных ДН, находящихся вне зоны деформации нейтронного поля и эффективности, определяемой по показаниям ДН, находящихся в зоне пространственного эффекта, но не содержащей пространственную добавку в результате измерения.

Основные выводы диссертационной работы

1 Выполненный автором анализ результатов, полученных в период подготовки системы СКП к сдаче в постоянную эксплуатацию, позволил:

выявить и устранить (при непосредственном участии автора) ряд недостатков в части технических средств и программного обеспечения системы;

констатировать её достаточную эффективность и работоспособность как измерительного средства в практических целях контроля параметров ядерной безопасности;

сдать систему сначала в опытную, а затем и в постоянную эксплуатацию.

Обобщенный анализ всей совокупности результатов, полученных с помощью системы СКП, позволил автору рекомендовать для реализации в целях её дальнейшего совершенствования ряд замечаний и предложений методического характера в части технических средств и программного обеспечения, а также сформулировать, на основе выполненного анализа особенностей системы, правила ее использования в конкретных условиях реактора "РУСЛАН".

2 В результате исследования чувствительности подзонных каналов системы СКП к локальным возмущениям плотности потока нейтронов при перегрузках поглотителей на остановленном подкритическом реакторе:

получена эмпирическая оценка радиуса чувствительности подзонного детектора к локальному возмущению реактивности при извлечении поглотителя в зависимости от его (поглотителя) эффективности и глубины подкритичности;

разработан, обоснован, апробирован и защищен патентом метод контроля за локальными возмущениями размножающих свойств в активной зоне подкритического реактора во время проведения перегрузок сборок поглотителей в активной зоне заглушённого реактора с использованием подзонных детекторов нейтронов, позволяющий повысить ядерную безопасность перегрузок поглотителей.

В частности установлено, что'

контроль эффектов реактивности при извлечении сборки поглотителей в ячейках зоны плато (при подкритичности р,т0 г 2 Д,^/, и разотравленном состоянии) представителен всеми подзонными каналами системы;

для надежного оперативного контроля за извлечением поглотителей на заглушённом реакторе, необходимо отслеживать изменения скоростей счета (реактивности) по каждому отдельному подзонному каналу;

зона чувствительности к локальным возмущениям плотности потока нейтронов подзонного детектора СКП, максимально приближенного к нижней плоскости активной зоны на время проведения ППР (КПР), конечна и зависит от глубины подкритичности рпоо, времени остановки хаст, расстояния г от детектора до центра возмущения и значения его (возмущения) абсолютного эффекта;

при больших временах простоя (тос,„> 300 ч) и малых (рпоо < 4 Д,^) уровнях подкритичности рпм для контролирования перегрузки поглотителей во всем объеме активной зоны (проект) необходимо иметь правильную треугольную решетку подзонных каналов (~ 20 шт.) со стороной шесть шагов решетки TBC.

Автором рекомендовано увеличить число подзонных каналов системы для повышения эффективности контроля за распределением размножающих свойств подкритического реактора при перегрузках сборок поглотителей.

2.1 Исследована возможность обнаружения системой локального возмущения размножающих свойств в активной зоне подкритического реактора на основе показаний её детекторов. Подробно исследован вид распределения скоростей счета ПК на заглушённом реакторе в отсутствие перемещения поглотителей. Анализ полученных результатов показал, что распределение усредненных за временной интервал значений ССН (интервальных ССН) практически не изменяется с течением времени остановки реактора и может быть описано в гауссовом приближении. На основании этого обосновано использование критерия "З а" в качестве предельно-допустимой границы текущего значения интервальных ССН в отсутствие локальных возмущений размножающих свойств в активной зоне.

Получены, систематизированы и проанализированы зависимости регистрируемого системой возмущения ППН при перегрузках сборок

поглотителей от расстояния "место возмущения - ДН" для разных типов перегружаемых сборок и уровней подкритичности реактора. На основании примененных статистических критериев к результатам измерений по каждому типу сборки поглотителей сделан вывод о подобии, допустимом различии и близости результатов полученных зависимостей величины сигнала ПК от расстояния до центра возмущения для отдельных типов изделий активной зоны на разные моменты кампании.

Полученные результаты легли в основу разработанного способа обнаружения локальных возмущений размножающих свойств в активной зоне подкритического реактора во время проведения штатных перегрузок сборок поглотителей и предложенного алгоритма выявления этих локальных возмущений.

2.2 Исследована и подтверждена возможность использования системы СКП для измерений эффектов реактивности в подкритическом состоянии реактора. Установлены эффективные границы этих измерений. Получена функциональная зависимость среднего квадратического отклонения средней (по всем ПК) скорости счета нейтронов от её текущего значения для невозмущенного состояния заглушённого реактора. Показано, что вид её постоянен и практически не зависит от нейтронно-физических свойств активной зоны.

3 Выполненное экспериментальное исследование пространственного эффекта в реакторе "РУСЛАН" при измерениях эффектов реактивности и глубины подкритичности с помощью метода, основанного на обращенном решении уравнения кинетики в точечном приближении, а также произведенное сравнение полученных результатов с компьютерными расчетами, позволило:

впервые обнаружить в критическом реакторе явление инерционности регистрации нейтронными детекторами момента внесения отрицательного возмущения реактивности и дать ему физическое объяснение;

установить ряд зависимостей для оценки величины пространственного эффекта и степень влияния на них неравномерности нейтронного поля;

получить консервативную оценку радиуса зоны влияния пространственного эффекта на показания подзонного канала системы СКП при перемещении стержней СУЗ;

предложить способ оперативного учета пространственного эффекта

при оценке экспресс-методом неравномерности поля энерговыделения.

3.1 Выполненное автором с помощью средств СКП-Р исследование пространственного эффекта в реакторе "РУСЛАН" позволило:

установить, что возмущение нейтронного поля распространяется по активной зоне с конечной скоростью;

объяснить инерционность в показаниях нейтронных каналов увеличивающимся различием значений эффективностей подзонных и боковых детекторов в первые моменты времени внесения возмущения реактивности, а также исходной неравномерностью общего макрополя, формируемого микрополями полиячеек, и его последующей медленной деформацией на периферии физически большой неоднородной активной зоны.

3.2 В результате расчетно-экспериментального исследования пространственного эффекта в критическом состоянии реактора автором установлено следующее:

зависимость измеряемой эффективности стержня СУЗ от пространственного взаиморасположения нейтронных детекторов системы СКП и стержня более выражена для подзонной группы каналов, чем для боковой;

значение коэффициента неравномерности Кнер нейтронного поля может оцениваться без существенной потери точности даже по данным ограниченного числа измерительных каналов;

нормировка подзонных каналов системы (вычисление коэффициентов Кнорм) в заглушённом и критическом состояниях при равнопогруженном положении стержней СУЗ дает практически одинаковые наборы коэффициентов;

зависимость, полученная эмпирическим путем, между оценкой

величины пространственного эффекта (Ар[ / ) и расстоянием (гч) от центра возмущения (совпадает с координатой измеряемого стержня) до центра гипотетического детектора нейтронов, эквивалентного оставшимся включёнными пяти детекторам, в проекции на плоскость активной зоны, монотонно возрастает с увеличением расстояния гч и имеет практически линейный характер;

зона пространственного эффекта при перемещении стержня СУЗ, может быть условно представлена в виде круга с радиусом в семь - восемь шагов

решетки TBC;

на установленный эмпирическим путем характерный вид кривых относительного изменения измеряемых эффективностей стержней СУЗ

í\plz!hplz_t(r), Ap¡ /Apí_,(г), расположенных внутри зоны влияния пространственного эффекта на показания k-го подзонного канала, в зависимости от значений Кнорм k-го ПК, существенное влияние оказывает неравномерность поля энерговыделения.

Полученные функциональные зависимости рассчитываемых системой СКП значений эффективности поглотителя от его линейной координаты предложено использовать для частичного восстановления формы нейтронного поля в компенсациях с равнопогруженным положением органов регулирования при неполном (ограниченном) количестве детекторов системы.

3.3 Предложен способ коррекции пространственного эффекта при измерениях эффективности поглотителей в криткомпенсациях с равнопогруженным положением органов регулирования для существующей геометрии расположения детекторов системы СКП и для произвольной схемы расположения детекторов системы нейтронного контроля.

4 С помощью системы контроля подкритичности уточнен ряд основных нейтронно-физических параметров реактора (эффективность стержней СУЗ и их градуировочные характеристики; эффекты реактивности при включении и отключении ГЦН; температурный эффект реактивности; эффекты реактивности при извлечении сборок поглотителей; параметры йодной ямы), важных для безопасного ведения технологического процесса, которые использованы службой ядерной безопасности реакторного завода.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ опубликовано в следующих работах:

1 Пат. 2165109 РФ, МПК, G21 С1/30. Способ экспериментального обнаружения локальных возмущений коэффициента размножения в активной зоне подкритического ядерного реактора / В. Ю. Самонин, В. В. Шидловский (РФ); ПО "Маяк" (РФ). - № 99115366/06; Заявлено12.07.99; Опубл. 10.04.2001, БИПМ № 10(11 ч.).

2 Пат. 2224304 РФ, МПК, G21 С1/30. Способ экспериментального учета пространственного эффекта при измерении эффективности поглотителей в активной зоне критического ядерного реактора/ В. Ю. Самонин, В Г Анненков

(РФ); ФГУП "Производственное объединение "Маяк" (РФ). - № 2002104394; Заявлено 18.02.2002; Опубл. 20.08.2003, БИПМ № 23 (II ч.).

3 В. Ю. Самонин, В. В. Шидловский. Контроль локальных возмущений коэффициента размножения на перегрузках в активной зоне заглушённого реактора // ИФЖ. - 2001. - Т. 74, - №2. - С. 148 - 152.

4 В. В. Гусев, С. И. Крюков, В. Ю. Самонин, В. В. Шидловский. Контроль локальных возмущений подкритичности в активной зоне заглушённого реактора с помощью СКП // Годовой отчет НИКИЭТ-2000/ Кол. авт. под ред. проф. Е. О. Адамова. М.: ГУП НИКИЭТ, 2000. - С. 150 - 151.

V

«

к

■ч

■If?. vJ/JM-ê я» frcZef

»-4924

РНБ Русский фонд

2006-4 9615