Способ определения аномальных состояний в системе с ядерным реактором

/О Я)5 0 2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЛЬ- ЕРхническои . онизируютивно изозовано в мпульсных ов и крити - увеличе- выявления ствляется следующим обосо ится к техническои ке регистрации нейспользовано в автосистемах ерных реакторов и Изобретение относфизике, а точнее ктехнитронов и может быть иматизированныхдиагностирования ядкритических сборок.Цель изобретения -вительности и точностив элементах и выборках разом.Ядерный уровень сре мощность ядС интерв вины миним или вынужде элементов си на заданныйи фиксируют реактор выводят дней мощности ерного реактора, алом времени,ме ального периода нных механическ стемы, измеряют ньшим поло- собственных х колебаний по показаниувеличение чувст ыявления дефекта лементов. ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательскийинститут технической физики и автоматизации и Объединенный институт ядерных исследований(56) Дегтярев А.Н. и др. Импульсный реакторБИР. Вопросы атомной науки и техники,1985, сер, Импульсные реакторы и простыекритические сборки, вып. 1, с. 14-21.Ананьев В.Д. и др. Опыт эксплуатации иразвитие импульсных периодических реакторов в Дубне. - В кн.: Шапиро Ф.А, Нейтронные исследования, М.: Наука, 1976, с.31 2-327,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ А НЫХ СОСТОЯНИЙ В СИСТЕМЕ Н Ы М Р ЕА КТО РОМ(57) Изобретение относится к те физике, а точнее к регистрации и щих излучений. Наиболее эффек бретение может быть исполь системах управления и защиты и и стационарных ядерных реактор ческих сборок. Цель изобретения ние чувствительности и точности 2дефекта, Способ определения аномальных состояний в ядерном реакторе заключается в том, что по показаниям детекторов нейтронов измеряют с интервалом времени, меньшим половины минимального периода собственных или вынужденных колебаний механической системы, последовательность значений мощности ядерного реактора при фиксированном уровне средней мощности. Измерение осуществляют в течение интервала времени, превышающего максимальный период коррелирующих колебаний мощности, Затем определяют среднее значение мощности и спектральную плотность колебаний мощности и по величинам среднеквадратических отклонений уровня (амплитуды) колебаний мощнЬ- сти на коррелирующих частотах от среднего значения судят о работе системы ядерного реактора. Кроме того, дополнительно измеряют спектральные плотности собственных или вынужденных колебаний отдельных элементов механической системы и по результатам сравнения среднеквадратических отклонений уровней (амплитуд) колебаний мощности и элементов механической системы на коррелирующих частотах судят о работе каждого из элементов механической системы ядерного реактора. 1 з.п, ф-лы, 4 ил, 1689995ям детектора нейтронов например, типа камера деления), обладающего достаточнымвременным разрешением и сравнительнонизким значением собственного шума, последовательность значений мощности илиреактивности в течение интервала времени,превышающего максимальный период колебаний мощности на коррелирующих частотах Щ, которые определяются поположениям абсолютного и локальных максимумов в спектральной плотности колеба, ний измеряемого параметра ядерногореактора. При этом детектор предпочтительнее располагать в центральном каналеактивной зоны.Определяют среднее значение мощности ядерного реактора,Вычисляют количество коррелирующихчастот и среднеквадратические отклоненияамплитуд колебаний измеряемого парамет ра ядерного реактора на этих частотах.По изменению количества коррелирующих частот или значений среднеквадратиче, ских отклонений амплитуд колебаний наэтих частотах судят о работе системы с ядерным реактором.При наблюдении аномалий на том жеотрезке времени дополнительно измеряютмеханические перемещения различных элементов системы,По положениям абсолютного и локальных максимумов функции когерентности,которую вычисляют по спектральным плотностям колебаний измеряемого параметраядерного реактора и механических колебаний элементов системы, определяют значения частот Щ и их количество для каждого, элемента и выборок из двух и более элемен, тов с коррелирующими перемещеними.По изменению количества или совпадению значений этих частот со значениямикоррелирующих частот, на которых измени лись значения среднеквадратических от клонений амплитуды в спектре колебанийизмеряемого параметра ядерного реактора,определяют наличие дефекта в элементеили выборке элементов системы с ядернымреактором.На фиг. 1 изображены зависимостисреднеквадратических отклонений случайных полныхо и причинно связанных сколебаниями подвижных отражателей парциальных (ф) о колебаний реактивности отремени работы ядерного реактора ИБР ри частоте следования импульсов мощно"ти 5 Гц в одном из циклов его работы, гдеоценка величины о вычисленная порезультатам измерения поперечных колебаний подвижных отражателей, ( с );о -Емальной работе ядерного реактора и фикси рованном уровне средней мощности 0каждый из процессов в среднем вносит вполне определенный вклад в эффект реактивности и нейтронный шум. Например, в импульсном ядерном реакторе на быстрых 40 нейтронах периодического действия (ИБР 2) при частоте следования импульсов мощности 5 Гц основным источником неконтролируемых флуктуаций мощности являются вибрации основного и дополни тельного подвижных отражателей (52-58 Она частотах 0,8 и 1,63 Гц). Низкочастотный компонент нейтронного шума (О10,8 Гц) составляет 17-21 ОО и практически полностью обусловлен протеканием натрия через 50 активную зону. Наличие корреляции междуколебаниями элементов механической системы и флуктуациями мощности ц позволяет использовать последние для обнаружения и идентификации нарушений 55 в работе механической системы и выявитьнеисправные элементы путем анализа спектра нейтронных шумов в активной зоне ядерного реактора. 5 10152025 30 величина среднеквадратического отклоне ния поперечных колебаний подвижных от ражателей, (О); ц- причинно связанный с дефектом в подвижных отражателях парциальный компонент среднеквадратического отклонения случайных колебаний реактивности(Ло), цифрами обозначен уровень средней мощности в мегаваттах; на фиг. 2- типичные формы спектральных плотностей колебаний энергии импульсов мощности Яа и поперечных отклонений основного Я 1 и дополнительного 32 подвижных отражателей на уровне средней мощности 1 МВт довыхода на уровень средней мощности 2 МВт; на фиг. 3 - спектральные плотности колебаний энергии импульсов мощности Яо и поперечных отклонений основного 51 и дополнительного Я 2 подвижных отражателей на уровне средней мощности ядерногореактора 2 МВт; на фиг. 4 - спектральные плотности колебаний энергии импульсов мощности ЯО и поперечным отклонений основного 31 и дополнительного 52 поДвижных отражателей на средней мощности 2 МВт после устранения дефекта в подвижном отражателе.Пример конкретного выполнения способа определения аномальных состояний в ядерном реакторе.Шумы мощности ядерного реактора содержат информацию практически о всехслучайных процессах, связанных с работой основных технологических систем, При нор 1689995Затем мощность ядерного реактора ступенями увеличивают и уменьшают по заданной программе. При этом полные с ипарциальные с флуктуации реактивности,коррелирующие с. колебаниями подвижных 5отражателей, непрерывно и монотонно увеличиваются (см.фиг.1), В то же время значения сг ,вычисленные на основе результатовизмерений поперечных колебаний подвижных отражателей, приблизительно совпадают со значениямиНаличие корреляцииО-х на частотах Щ определяют из условияхггц0,5, где у 4 х - е - ;е- функцияЯах/2Яа х15когерентности между поперечными колебаниями подвижных отражателей и колебаниями мощности ядерного реактора; Яах -взаимная спектральная плотность колебаний основного (Х=1) или дополнительного(Х"2) подвижных отражателей и мощности20ядерного реактора.Компонент нейтронных шумов, связанных с протеканием натриевого теплоносителя, при нормальных условиях охлажденияактивной эоны слабо зависит от времени и25незначительно возрастает при увеличениимощности ядерного реактора.Рост величин о и с, во времени привелк тому, что при 0 - 1.8 МВт полное и парциальное среднеквадратические отклонения30амплитуды случайных . колебаний реактивности возросли до значения = 10,5. Л К/К, ачерез некоторое время ядерный реактор оставлен из-за небольшого дефекта в приводеподвижного отражателя. После устранения35дефекта последовавший подьем мощностидо среднего уровня 1 МВт и далее до 2 МВтпоказал, что параметры нейтронных шумовстабилизировались и парциальные флуктуации реактивности, коррелирующие с попе-.40: речными колебаниями подвижныхотражателей, соответствовали типичным ает.которые в инте реале средней мощности 1-2МВт описываются соотношениемс = 3,35 + 1,9 (0-1 П 10 б Л К/К,в котором 0 берется в мегаваттах,Компонент среднеквадратического отклонения реактивности Л од (т), причинносвязанный с дефектом подвижных отрамсвтелей, вычисляют по формуле50ЛО (1) = (ф,(1) - с)и интерпретиоуют как появление некоторого дополнительного (нетипичного) эффектареактивности. связанного с обнаруженным 55дефектом,Приняв в качестве рабочей гипотезы наличие причинно. следственной связи междувеличиной Л о и дефектом, возрастание величины Ьо связано с аномальными флуктуациями реактивности активной эоны, возникшими вследствие развития дефекта вэлементе работающей системы.Действительно, при отсутствии дефектачастотный спектр поперечных перемещений подвижных отражателей характеризуется устойчивым соотношением отдельныхкомпонентов, а флуктуации амплитуды колебаний на основной частоте б =1,63 Гц всреднем постоянны при фиксированномзначении О. Возникновение и развитие дефекта обусловило дополнительные возмущения, изменившие общую картинуспектральной плотности поперечных перемещений подвижных отражателей(см. фиг,2и 3), В частности, в спектрах Я 1 и Я 2 (фиг.3)появился значительный компонент случайно распределенного в широком интервалечастот шума. Кроме этого, амплитуда поперечных колебаний подвижных отражателейна частоте 11 = 1,63 Гц размылась" "белым" шумом и стала настолько неустойчивой, что "пики в спектрах Я 1, Я 2 и, какследствие, в спектре Яа практически исчезли, хотя. как и прежде. основная мощностьдетерминированных колебаний сосредоточена вблизи значения анной частоты 11,Часть дисперсии ц, коррелирующую сколебаниями подвижных отражателей начастоте 1), вычисляют по формулео =,за б 1,где Лт) - частотный интервал корреляции0-Х на частоте 1.Аномальные состояния или дефект вподвижных отражателях фиксируют при условии выполнения неравенствао ) о+,стс,где о; - среднее значение дисперсии начастоте 1), принятое в качестве базового принормальной работе систем ядерного реактора;тс - среднеквадратическое отклонениераспределения величины с,и - параметр, задающий значимостьданного критерия,Дополнительным критерием обнаружения аномальных состояний в ядерном Реакторе, появления нарушений (изменений) вработе систем является изменение типичного количества пиков в спектре колебаниймощности ядерного реактора, коррелирующих с колебаниями элементов механической системы при нормальной работеядерного реактора,После остановки ядерного реактора иустранения дефекта в системе привода подвижного отражателя спектры его колеба ний и колебаний мощности практическиполностью восстановились (см.фиг.4).Из фиг.1 видно, что измеренные колебания мощности ядерного реактора на коррелирующих частотах более чувствительны к 5развитию дефекта в системе по сравнениюс прямыми измерениями механических отклонений подвижных отражателей, главнымобразом, за счет того, что модуль передаточной функции реактора ИБРна частотах.1 10Гц и выше больше единицы и даже незначительное увеличение флуктуаций внешнейреактивности приводит к заметному ростуамплитуды колебаний мощности.Таким образом, реализация предложенного способа определения аномальных состояний в системе с ядерным реактором прииспользовании текущего усреднения результатов измерений, например, малой иперсональной ЭВМ позволяет получить время реакции автоматической системы около20-30 с на уровне отклонения мощности отсреднего значения 1-2 О, т,е. примерно в 10раз меньшем по сравнению с уровнем:ь(2050)о срабатывания аппаратуры СУЗ, и заранее предотвратить развитие аварийнойситуации в системе с ядерным реактором намощности,Предложенный способ безопасен приего использовании и не влияет на работу 30ядерного реактора в заданном режиме.Формула изобретения1. Способ определения аномальных состояний в системе с ядерным реактором,заключающийся в том, что измеряют последовательность значений мощности или реактивности ядерного реактора прификсированном уровне средней мощности,определяют среднее значение измеряемогопараметра ядерного реактора и судят о работе системы с ядерным реактором, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувстнительнос 1 и н сочности выявлен л и фектэ в элементах или выборках элемсн 1 пн, измерения проводят с интерваломрамени, меньшим половины минимальногп перипла собственных или вынужденных мех 1 ни сских колебаний элементов системы, нэ отрезке времени, равном или превышакгщем максимальный период колебаний измеряе. мого параметра ядерного реактора на коррелирующих частотах, которые определяют по положениям абсолютного и локальных максимумов в спектральной плотности колебаний этого.параметра, вычисляют количество коррелирующих частот и среднеквадратические отклонения амплитуд колебаний на этих частотах, а о работе системы с ядерным реактором судят по изменению количества коррелирующих частот или значений среднеквадратических отклонений амплитуд колебаний на этих частотах.2, Способ по п.1, о т л ъ ч а ю щ и й с я тем, что на том же отрезке времени дополнительно измеряют механические пвремещения различных элементов системы и по положениям абсолютного и локальных максимумов функции когерентности, которую вычисляют по спектральным плотностям ко лебаний измеряемого параметра ядерного реактора и механических колебаний элементов системы, определяют значения частот и их количество для каждого элемента и выборок из двух и более элементов с коррелирующими перемещениями и по изменению количества или совпадению значений этих частот со значениями коррелирующих частот, на которых изменились значения среднеквадратических отклонений амплитуды в спектре колебаний измеряемого параметра ядерного реактора, определяют наличие дефекта в элементе или выборке элементов системы с ядерным реактором.,су й (р.3 гб 21,гСоставительктор С. Патрушева Техред М.Моргентал . Корректор О. Кравцова аказ 3817 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5гПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10