Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ БОРА-10 В ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ ПЕРВОГО КОНТУРА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ БОРА-10 В ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ ПЕРВОГО КОНТУРА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ БОРА-10 В ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ ПЕРВОГО КОНТУРА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в радиационно-технологическом контроле. Сущность изобретения: регистрируют плотности потоков нейтронов в двух различных диапазонах энергий (низко- и высокоэнергетичных). Определяют отношение плотностей потоков и по его уменьшению судят об увеличении содержания бора-10 в теплоносителе. Измерения проводят непосредственно на трубопроводе первого контура, работающего на мощности реактора. Метод позволяет повысить точность контроля и упростить процедуру. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2025800
Класс(ы) патента: G21C17/02
Номер заявки: 4930246/25
Дата подачи заявки: 23.04.1991
Дата публикации: 30.12.1994
Заявитель(и): Институт ядерной энергетики АН Республики Беларусь (BY)
Автор(ы): Жемжуров Михаил Леонидович[BY]; Левадный Валентин Александрович[BY]
Патентообладатель(и): Институт радиоэкологических проблем АН Республики Беларусь (BY)
Описание изобретения: Изобретение относится к ядерным реакторам, а именно к контролю за содержанием бора-10 в теплоносителе первого контура ядерных реакторов.
Известны химические способы контроля содержания бора (борной кислоты) в теплоносителе ядерного реактора, например хемилюминесцентный способ, заключающийся в отборе пробы теплоносителя, обработке ее люцигенином, щелочью и перекисью водорода, и измерении интенсивности хемилюминесцентного свечения, которая пропорциональна содержанию борной кислоты в пробе [1].
Недостатки данного способа следующие.
Необходимость отбора пробы теплоносителя приводит к тому, что зачастую получаются непредставительные противоречивые результаты из-за несовершенства системы пробоотбора. На результаты контроля содержания борной кислоты в пробе влияют коррозионные примеси теплоносителя, методы регулирования водного режима первого контура, радиоактивное излучение воды первого контура. Кроме того, хемилюминесцентный способ не обеспечивает необходимой экспрессности и непрерывности контроля содержания бора в теплоносителе.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является нейтронно-активационный способ измерения концентрации бора-10 в теплоносителе ядерного реактора, заключающийся в облучении теплоносителя быстрыми нейтронами и регистрации нейтронов, проходящих через теплоноситель или отраженных тепловых нейтронов [2]. Нейтронно-абсорбционный способ не может быть реализован для достаточно оперативного контроля содержания бора в первом контуре при времени доставки порядка нескольких секунд, так как теплоноситель в это время представляет собой довольно мощный источник фоновых нейтронов 17N и его необходимо отводить из первого контура в байпасную линию, выдерживать в течение 2-5 мин для охлаждения, термостатирования и снижения активности 17N до приемлемой величины. Кроме того, выдержка теплоносителя обусловлена необходимостью исключить влияние фона запаздывающих нейтронов продуктов деления при их утечке из твэлов и нейтронов делящихся ядер, загрязняющих поверхности твэлов. Точность способа недостаточно высока из-за погрешности, вносимой регистрацией нейтронов, отраженных от окружающих стен и трубопроводов помещения, в котором установлен анализатор бора. Недостатком способа также является необходимость использования внешнего источника нейтронов (Pu-Be, Ra-Be, Po-Be и др.). Для обеспечения большой маневренности и безопасности реактора необходимо иметь экспрессную информацию о содержании бора (а точнее, поглощающего нейтроны изотопа бора-10) в теплоносителе с достаточно высокой точностью.
Целью изобретения является повышение точности и упрощение контроля.
Цель достигается тем, что в известном способе контроля содержания бора-10 в теплоносителе первого контура ядерного реактора, заключающемся в измерении проходящего через теплоноситель нейтронного потока, непосредственно на выходе работающего на мощности реактора регистрируют отношение плотностей потоков тепловых нейтронов с энергией до 0,6 эВ и эпитепловых нейтронов с энергией свыше 0,6 эВ и по уменьшению этого отношения судят об увеличении содержания бора-10 в теплоносителе.
Сущность предлагаемого изобретения основывается на использовании в качестве источника быстрых нейтронов нейтронного излучения изотопа 17N, образующегося в водном теплоносителе путем активации 17О, в самом теплоносителе работающего реактора. Эксперименты и расчеты показывают, что его объемная мощность для реактора ВВЭР-1000 при работе на номинальной мощности достаточно велика и составляет 103-104 см-3 с-1. Физическая сущность способа состоит в том, что соотношение между плотностями потоков нейтронов низких и высоких энергий в водородсодержащей среде существенно зависит от концентрации сильных поглотителей тепловых нейтронов (10В) в данной среде из-за сильного селективного поглощения медленных нейтронов. Расчетно-экспериментальные исследования показывают, что при реально реализуемом в практике эксплуатации реакторов ВВЭП диапазоне концентрации борной кислоты 0-15 г/л функция пропускания борированной водой нейтронов достигает значений, близких к единице, при энергиях нейтронов 0,6 эВ и выше, т.е. заметная фильтрация медленных нейтронов в среде борированной воды происходит только при энергиях ниже 0,6 эВ. Это приводит к тому, что отношение плотностей потоков низко- и высокоэнергетичных нейтронов наиболее сильно зависит от концентрации борной кислоты в теплоносителе, если измерять отношение плотности потока тепловых нейтронов с энергией до 0,6 эВ к плотности потока эпитепловых нейтронов с энергией свыше 0,6 эВ. Практически просто осуществить данный способ по измерению отношения скорости счета 1/v - нейтронных детекторов в кадмиевом экране. Граничная энергия поглощения для плоского кадмиевого фильтра, равная 0,6 эВ, достигается при толщине фильтра ≈ 2 мм. Возможность использовать для контроля метод кадмиевого отношения (или иной экран) позволяет использовать для измерений единственный детектор.
Для определения зависимости кадмиевого отношения при толщине фильтра 2 мм от концентрации 10В в теплоносителе первого контура реактора ВВЭР авторами были проведены нейтронно-физические расчеты в 10-групповом диффузионном приближении с использованием в расчетной модели в качестве источника нейтронов 17N с энергетическим спектром испускаемых нейтронов Еn = 0,407 МэВ - 39,2% ; Еn = 1,234 МэВ - 48%; Е = 1,794 МэВ - 7,8%. Ниже приведены рассчитанные значения отношения кадмиевого отношения при граничной энергии 0,6 эВ R 0,6 эВ, значение плотности потока нейтронов с энергией свыше 0,6 эВ Φ > 0,6 эВ и доли захвата на 10В нейтронов с энергией > 0,6 эВ ε в зависимости от концентрации борной кислоты в воде.
Как видно из таблицы, отношение R 0,6 эВ значительно зависит от концентрации бора-10 (борной кислоты). Зависимость нелинейна из-за наличия "насыщения" при больших концентрациях бора. Плотность потока нейтронов с энергией свыше 0,6 эВ практически не изменяется, так как замедляющая способность среды нечувствительна к содержанию бора. Доля захвата нейтронов на 10В в области > 0,6 эВ не выше 5% и растет с увеличением концентрации борной кислоты. Реализация способа может быть осуществлена детектором нейтронов с кадмиевой заслонкой.
Регистрация отношений плотностей потоков тепловых и быстрых нейтронов осуществляется непосредственно на трубопроводе первого контура, работающего на мощности реактора без использования при этом нейтронного источника. Так как период полураспада 17N составляет 4,174 с, регистрацию нейтронных потоков лучше производить на выходе из реактора, где активность объемного источника, а соответственно и точность измерений, наиболее высока, хотя в принципе, так как время цикла движения теплоносителя по первому контуру ВВЭР составляет ≈ 20 с, за которое интенсивность излучения нейтронов снижается только в ≈ 25 раз, детекторы тепловых и быстрых нейтронов могут устанавливаться на любом участке главного трубопровода первого контура.
В качестве примера использования предложенного способа рассмотрим его применение для контроля за содержанием бора в теплоносителе ВВЭР. На одной из петель главного контура непосредственно на трубопроводе устанавливается детектор СНМ-11,16,18, снабженный поворотным кадмиевым экраном толщиной 2 мм с окнами. При работе реактора на мощности периодически в течение 10-30 с экранированным детектором измеряют плотность потоков нейтронов, после чего определяют отношение этих плотностей и по предварительно рассчитанной или измеренной калибровочной зависимости определяют соотношение бора-10 (бора, борной кислоты) в теплоносителе.
Сравнение с прототипом показывает, что предложенный способ имеет следующие преимущества. Во-первых, точность его по крайней мере в два раза выше из-за более резкой зависимости измеряемого отношения от концентрации борной кислоты в теплоносителе. Во-вторых, он проще в реализации, так как отпадает необходимость использования внешнего источника нейтронов и организации байпасной линии отвода теплоносителя при реализации способа. Кроме того, способ в отличие от прототипа безынерционен.
Применение предложенного способа контроля содержания бора-10 в теплоносителе ядерного реактора обеспечит повышение ядерной безопасности за счет оперативного и точного контроля бора в теплоносителе и снижение дозовых затрат персонала АЭС за счет исключения применения мощных посторонних источников нейтронов. Технико-экономическую эффективность предлагаемого изобретения можно определить как экономию за счет повышения безопасности АЭС и улучшения маневренности энергоблоков.
Формула изобретения: 1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ БОРА-10 В ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ ПЕРВОГО КОНТУРА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, заключающийся в измерении проходящего через теплоноситель нейтронного потока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения контроля, измерения проводят непосредственно на трубопроводе первого контура, работающего на мощности реактора, причем регистрируют плотности потоков тепловых нейтронов с энергией до 0,6 эВ и эпитепловых нейтронов с энергией свыше 0,6 эВ, определяют их отношение и по уменьшению этого отношения судят об увеличении содержания бора-10 в теплоносителе.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения проводят на выходе из реактора.