DETECTOARELE MONTATE IN ZONA ACTIVA

cuprinde trei grupe de detectoare/dispozitive de detectare a fluxului de neutroni, fiecare avand destinatii bine precizate.

Fig. B.12 Corespondenta nivel flux - tip de detector utilizat

1.1 DETECTOARELE PENTRU PRIMA PORNIRE

fac parte din categoria detectoarelor de neutroni tip "contoare de neutroni" care nu sunt mentinute permanent in ZA (pentru a nu fi distruse); ele sunt extrase din ZA atunci cand indicatia lor este de ordinul 2000.3000 de neutroni pe secunda.

Acopera aproximativ prima jumatate din domeniul sursei, fiind folosite si in cazul repornirilor RN dupa opriri indelungate. Inaintea repornirii RN ele sunt reintroduse in ZA, in canale speciale sau in canalele destinate detectoarelor I.B.D. (autoalimentate) destinate masuratorilor de flux pentru domeniul de putere, care sunt extrase temporar din canale si inlocuite cu detectoarele specifice regimului de pornire.

- cand indicatia acestor "contoare de neutroni" este de ordinul 2000.3000 [n/s], ele sunt extrase din ZA si in locul lor se introduc detectoarele autoalimentate.

SISTEMUL AEROBALL

- iradierea, in puncte bine precizate ale ZA, ale unor bile din vanadiu (diametrul de 46 mm) si apoi masurarea nivelului de iradiere realizat. Printr-un sistem tip "posta pneumatica" bilele din vanadiu sunt trimise in punctele de iradiere din ZA si sunt lasate acolo timp de trei minute pentru a fi iradiate.

- Dupa prelucrarea datelor (10 minute), sistemul de calcul aferent sistemului aerobal afiseaza fluxul existent in fiecare punct de iradiere.

Reactoarele nucleare PWR-KWU, din unitatile de 1300 MWe, au 32 de circuite pneumatice pentru iradieri in cate 32 de puncte ale ZA.

Pe baza datelor determinate, in respectivele puncte, se realizeaza calibrarea precisa a tuturor masuratorilor de flux efectuate atat in ZA, cat si in exteriorul acesteia.

DETECTOARELE PENTRU DISTRIBUTIA PUTERII

In vasul de presiune al reactorului nuclear sunt coborate 6 sau 8 canale verticale, in fiecare canal fiind montate (pe verticala) cate 6 detectoare autoalimentate. Se efectueaza astfel 36 sau 48 de masuratori de flux, in baza carora se elaboreaza o harta a distributiei fluxului in ZA. Harta are aceeasi destinatie ca la unitatea CANDU.

Numarul exact de canale (6 sau 8) se stabileste prin corelarea calculelor fizice cu masuratorile efectuate pe durata punerii in functiune a fiecarui RN in parte.

DETECTOARE MONTATE IN EXTERIORUL ZONEI ACTIVE

aceste detectoare - de tipul camera de ionizare - se impart in trei categorii:

detectoare pentru domeniul sursei;

detectoare pentru domeniul intermediar;

detectoare pentru domeniul de putere.

DETECTOARELE PENTRU DOMENIUL SURSEI

Masoara fluxuri de cel mult (valoare in punctul de amplasare a detectorului, deci in afara VPRN).

La mijlocul lungimii VPRN sunt amplasate 4 sau 6 detectoare conform figurii 2.13 (fixarea se face cu ajutorul unor suporti mobili actionati din camera de comanda ). Fiecare detector are propriul sau circuit de prelucrare a semnalului de masura.

In acest regim sistemele limitative si protective sunt "in asteptare", deoarece in zona activa nu sunt puteri mari.

Cand fluxul depaseste 10⁴n cm^-2 s^-1 aceste detectoare sunt ecranate prin interpunerea unor ecrane absorbante de neutroni intre VPRN si detectoare, in scopul protejarii lor.

DETECTOARELE PENTRU DOMENIUL INTERMEDIAR

Sunt destinate masurarii fluxului de neutroni in gama 5 10⁷ (valoare in punctul de masura, exterior VPRN). Modul de amplasare si numarul acestora este identic cu prima categorie.

Cand fluxul depaseste 10⁷ n cm^-2 s^-1 se actioneaza ecranarea lor. De asemenea, cuplarea lor la circuitele de prelucrare a semnalelor de masura se face automat in momentul in care se incepe ecranarea detectoarelor pentru domeniul sursei.

Fig. B.13 Amplasarea detectoarelor in jurul vasului de presiune al VPRN

DETECTOARELE PENTRU DOMENIUL DE PUTERE

Sunt destinate masurarii fluxului in gama 5 10⁸ n cm^-2 s^-1 (valori in exteriorul VPRN), ceea ce corespunde unor puteri in reactor cuprinse intre 3.108 % P_nom.

Aceste detectoare sunt conectate la circuitele de prelucrare a semnalelor in momentul ecranarii detectoarelor pentru domeniul intermediar (toate comutarile se fac in mod automat). Detectoarele sunt suspendate in apropierea VPRN cu ajutorul unor sistem de articulatii mobile.

Pentru fiecare functie limitativa sunt prevazute cate trei detectoare (opereaza dupa logica 2/3), iar pentru fiecare functie protectiva sunt prevazute cate patru detectoare (opereaza dupa logica 2/4);

Aceste detectoare sunt plasate cate 4 pe canalele verticale amplasate in exteriorul VPRN dupa o geometrie asemanatoare celei din figura B.12.

B.4 INSTRUMENTATIA NUCLEARA A REACTOARELOR

PWR - 1300 (FRAMATOME)

Totalitatea instrumentatiei nucleare este impartita in trei grupe corespunzatoare celor trei regimuri de functionare mentionate mai sus (vezi figura B.12).

- 1- Regimul de pornire (nivelul "sursa"), care se caracterizeaza prin:

fluxul de neutroni in exteriorul ZA variaza intre 10^-210⁵ n.cm^-2.s^-1;

puterea in ZA variaza intre 10^-9.5.10^-3 % P_nom.

Se utilizeaza numaratoare proportionale cu depunere de bor (tip CPNB 44 P).

- 2 - Regimul de crestere a puterii (nivelul "intermediar" ), caracterizat prin:

fluxul de neutroni in exteriorul ZA variaza intre 10².10¹⁰n.cm^-2.s^-1;

puterea in ZA variaza intre 10^-6.10² % P_nom .

Se utilizeaza camere de ionizare cu bor, compensate la gama (tip CC 80).

- 3 - Regimul de putere (nivelul "de putere"), care se caracterizeaza prin:

fluxul de neutroni in exteriorul ZA variaza intre 10⁶.10¹⁰n.cm^-2.s^-1;

puterea in ZA variaza intre 5.10^-2.10² % P_nom.

Se utilizeaza camere de ionizare cu bor, necompensate la gama (tip CBL

10,15,60). In interiorul ZA sunt utilizate collectroanele.

- Pentru cartografierea fluxului se folosesc camere mobile miniaturizate cu fisiune, care sunt introduse periodic in ZA, pentru a urmari distributia de putere si pentru a permite recalibrarea detectoarelor plasate in exteriorul ZA. Durata mentinerii in ZA: 30 min.

Celelalte aspecte, privind amplasarea fata de RN si procedurile de prelucrare a semnalelor de masura sunt asemanatoare/aproape identice cu solutiile germane.

B.5 MASURAREA VITEZEI DE VARIATIE A FLUXULUI

DE NEUTRONI DINTR-UN REACTOR NUCLEAR

respectarea unei 'legi de fier':

v     viteza de evolutie a procesului controlat trebuie sa fie mai mica decat viteza de reactie a echipamentului care controleaza procesul respectiv.

- Acest aspect a impus considerarea urmatorului 'concept de securitate' in controlul RN energetice:

v     masurarea permanenta a vitezei de evolutie a oricarei excursii de putere si respectiv compararea acesteia cu o marime de referinta prestabilita, corespunzatoare unei valori maxime admise.

Daca viteza de evolutie egaleaza sau depaseste aceasta valoare limita (de declansare), un 'sistem de securitate', special conceput si inclus in echipamentele aferente RN, va initializa declansarea RN (oprirea rapida a procesului nuclear din reactor) prin aruncarea barelor de oprire in ZA (28 bare, in cazul RN tip CANDU).

Masurarea vitezei de variatie a fluxului = o masura de securitate, iar parametrul implicat este considerat ca fiind un 'parametru de securitate'.

pentru a putea controla reactorul este important sa cunoastem cum poate varia fluxul de neutroni in diverse situatii operationale.

Reactorul este in mod inerent un dispozitiv logaritmic, deoarece modificarea puterii sale se bazeaza mai curand pe multiplicarea neutronilor decat pe insumarea lor.

(B.5)

in care:

n = fluxul de neutroni la momentul t;

n₀ = fluxul initial de neutroni (la t = 0);

e = 2,71828;

Dk=      reactivitatea (k-1);

t = intervalul de timp considerat (secunde);

l* = durata medie de viata a neutronilor.

se definesc doi parametri practic sinonimi:

perioada reactorului (T);

timpul de dublare (T_d);

Perioada reactorului = intervalul de timp in care fluxul de neutroni creste de 'e' ori (fata de momentul de referinta t₀ caracterizat prin n₀).

- Daca in relatia (B.5) consideram

(B.6)

se obtine:

Timpul de dublare intervalul de timp in care fluxul de neutroni isi dubleaza valoarea

valoarea perioadei depinde de nivelul de putere al momentului de referinta. Din relatia (B.5) se obtine raportul:

(B.7)

Logaritmand in baza 'e' relatia (B.7) se va obtine:

(B.8)

Daca luam in consideratie modificarea nivelului de putere, pentru un interval de timp de o secunda, in relatia (B.8) se va considera t = 1 si deci se obtine:

Considerand definitia (B.6) relatia de mai sus devine:

(B.9)

Membrul drept al relatiei (B.9) reprezinta modificarea fluxului de neutroni pe durata unei secunde, adica viteza de modificare a logaritmului fluxului de neutroni. In termeni de exploatare se foloseste prescurtarea 'viteza logaritmului'.

'Viteza logaritmului' este un parametru de securitate folosit pentru a declansa RN, daca nivelul puterii se modifica prea rapid. In reactorul CANDU marimea de referinta - pentru limita de declansare a acestui parametru - este 10% din puterea curenta/seB.

Daca nivelul puterii RN este mentinut constant, atunci perioada RN poate fi considerata ca infinita, iar viteza de modificare a logaritmului populatiei de neutroni, care este proportionala cu 1/T, va tinde catre zero.

cand perioada RN coboara sub marimea de referinta, logica de declansare genereaza semnalul de comanda pentru declansarea reactorului.

- In mod obisnuit 'viteza logaritmului' este afisata ca fiind functia:

iar schema bloc a circuitului de masura este data in figura B.14.

Fig. B.14 Schema bloc a periodmetrului

In care:

1: camera de ionizare; 4: sursa inalta tensiune;

2: amplificator logaritmic; 5: sursa joasa tensiune stabilizata;

3: amplificator diferential.

B.6      MASURAREA PARAMETRILOR NUCLEARI AI

REACTORULUI NUCLEAR CANDU-600

parametrul vital al unui RN (fluxul de neutroni) este definit de 2 elemente importante:

viteza de variatie (in regimuri tranzitorii);

valoarea curenta.

Pentru masurarea acestui parametru, RN este echipat cu o instrumentatie de masura:

a.      sisteme de masura a fluxului de neutroni, destinate primei porniri a RN si respectiv pentru repornirile efectuate dupa opriri indelungate;

b.     sisteme de masura (a fluxului) pe durata exploatarii curente.

- Datorita nivelului ridicat al fluxului de neutroni din ZA marea majoritate a RN de putere sunt echipate cu doua tipuri de canale de masura (evident in structura redundanta):

canale echipate cu ICD (de obicei detectoare autoalimentate cu Pt sau V);

canale echipate cu OCD (de obicei camere de ionizare compensate sau necompensate).

In functie de tipul detectorului, curentul generat variaza in domeniul 10^-12.10^-4A.

masurarea fluxului din reactoarele CANDU urmareste trei obiective majore:

cunoasterea distributiei fluxului in scopul aplatizarii eventualelor varfuri si a cartografierii fluxului (se folosesc detectoare autoalimentate cu vanadiu);

cunoasterea fluxurilor zonale pentru corecta actionare a sistemelor de reglare zonale si cunoasterea fluxului global mediu pentru rutinele programului RRS de reglare a reactorului si pentru informarea curenta;

cunoasterea fluxului mediu pentru permanenta informare a celor doua sisteme de securitate.

Pentru obtinerea unei sensibilitati maxime pe tot domeniul de variatie a fluxului (respectiv a puterii nucleare), proiectantul a prevazut schimbarea legii matematice de prelucrare (liniara sau logaritmica) a semnalului de masura, dupa cum puterea curenta este mai mare sau mai mica de 10%P_nom.

- Sa consideram un circuit de masura cu un amplificator liniar care va asigura o relatie liniara (de proportionalitate) intre semnalul X_i de intrare (%P_nom) si U_e (tensiunea) de iesire:

U_e = 0,2 X_i V (B.10)

o crestere cu 2V a tensiunii de iesire, pentru o crestere cu 10%P_nom a P_RN.

Fig B.15 Corespondenta F- J_R - U_e

Pt. o crestere de 10 ori a puterii, U_e creste cu 18V, deci o mare sensibilitate a legii liniare pe domeniul de putere.

- Daca semnalul X_i este aplicat unui amplificator cu caracteristica logaritmica care furnizeaza la iesire logaritmul intrarii, relatia iesire - intare devine:

U_e = 2 lg X_i      V (B.11)

iar corespondenta F-P_RN-U_e este data in figura B.16 (unde X_i reprezinta procente din P_nom).

Fig B.16 Corespondenta F-P_RN-U_e

pentru o crestere a fluxului de 6 ordine de marime, respectiv o excursie a puterii de la 10^-3% P_nom la 10% P_nom, rezulta o crestere cu 8 volti a tensiunii U_e, ceea confera o foarte buna sensibilitate in comparatie cu legea "liniara".

varianta optima care sa confere sistemului de masura cea mai buna sensibilitate:

pe domeniul puterilor mici si foarte mici (de la 10^-3% P_nom la 10% P_nom) semnalul este prelucrat dupa legea logaritmica (de aici termenul "putere logaritmica");

pe domeniul 10% P_nom - 100% P_nom semnalul de masura este prelucrat dupa legea liniara (deci "putere liniara")

Un sistem de comutare automata, a structurii lantului de masura, asigura realizarea practica a acestui concept in mod corespunzator sensului de variatie a puterii RN.