Введение к работе
/
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 (ППН) 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: Рвцгадимнивтиетед^ических
№
«в тїшшгіУгі
мероприятии с имеющимся штатным аппаратурным обеспечением не 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:
-
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).
-
Способ контроля за локальными возмущениями размножающих свойств в активной зоне остановленного реактора, который не содержался в проекте СКП.
-
Экспериментальные результаты и функциональные зависимости, полученные при исследовании пространственных эффектов в случаях возмущений размножающих свойств активной зоны промышленного реактора "РУСЛАН".
Научная новизна работы.
-
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.
-
Впервые в критическом реакторе обнаружено и дано физическое объяснение явлению инерционности регистрации нейтронными детекторами момента внесения отрицательного возмущения реактивности.
-
Для оценки величины пространственного эффекта установлен ряд экспериментальных зависимостей, получена оценка радиуса зоны пространственного эффекта и предложен способ его (эффекта) оперативного учета.
-
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 и 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.
