藉助鈷檢測器測量核反應堆的堆芯中的中子流的方法和相關的裝置的製作方法

2023-09-24 03:15:35

專利名稱：藉助鈷檢測器測量核反應堆的堆芯中的中子流的方法和相關的裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及核反應堆的堆芯中的中子流的測量。更確切地說，本發明根據第一方面涉及測量核反應堆的堆芯中的中子流的測量方法。
背景技術：
必須知曉核反應堆的堆芯的狀態，以保證該核反應堆的安全(燃料組件的保護) 和良好運行。為此，可以追蹤幾個與堆芯的單位體積功率(puissance volumique)有關的參數沿堆芯的軸線的線性功率、RFTC(Rapport de Flux Thermique Critique，即臨界熱通量比)、功率的軸向和徑向不平衡等。由於這些參數取決於堆芯中的中子流，則使用中子檢測器以重建這些參數。使用幾種類型的中子檢測器-以「芯外(excores)室」的名字已知的檢測器，它們設置在堆芯之外，並給出與四分之一堆芯中的平均流成比例的信號；-「芯內」檢測器，它們位於堆芯的內部。某些芯內檢測器是活動的。它們定期地被插入到堆芯中，以建立堆芯中功率分布的精確圖像。其它芯內檢測器是固定的，並連續地給出代表反應堆的堆芯一區域中的局部中子流的信號。固定檢測器持續地承受輻射，這最終會導致這些檢測器的靈敏度損失和相應信號的精度降低。已知地使用鈷中子檢測器作為固定的芯內檢測器。這些檢測器像被動電流發生器一樣運行，電流由在中子流的作用下在檢測器內的核反應產生。鈷59在檢測器中激發為鈷 60的最終作用在於損害該檢測器的有效信號/總信號比，這會破壞測量的精度。

發明內容
在這個背景下，本發明涉及一種藉助鈷中子檢測器測量反應堆的堆芯中的中子流的方法，所述方法可以得到更好的精度。更確切地說，本發明涉及一種測量核反應堆的堆芯中的中子流的方法，該方法包括在相隔一個期間的時刻以循環的方式執行的幾個步驟，該方法在每個給定時刻包括以下步驟-藉助設置在核反應堆的堆芯的內部的鈷中子檢測器獲得總信號；-估算Qvaluer)代表總信號由於檢測器中存在鈷60導致的延遲分量 (composante retardee)的標定因子；-利用總信號和標定因子估算代表檢測器處的中子流的校正信號；-估算代表前一時刻與給定時刻之間的標定因子的變化的斜率；根據在前一時刻估算的標定因子、斜率和將給定時刻與前一時刻分開的期間估算給定時刻的標定因子。該方法還可以具有單獨地或根據各種技術上可能的組合考慮的以下一個或幾個特徵-中子檢測器是固定的檢測器；-至少根據前一時刻的校正信號和前一時刻的標定因子估算給定時刻的斜率；-測量方法包括在每個給定時刻Tn估算代表前一時刻Tn-1與給定時刻之間中子檢測器周圍反應堆的局部功率變化的負荷因子的步驟，給定時刻的斜率也根據負荷因子估算；-通過計算在前一時刻與給定時刻之間中子檢測器周圍反應堆的局部平均功率並通過將所述平均功率除以前一時刻中子檢測器周圍反應堆的局部功率值估算每個給定時刻的負荷因子；-測量方法包括在每個給定時刻估算代表前一時刻與給定時刻之間反應堆的功率變化的負荷因子的步驟，給定時刻的斜率也根據負荷因子估算。根據第二方面，本發明涉及測量核反應堆的堆芯中的中子流的測量裝置，該測量裝置包括至少一設置在核反應堆的堆芯的內部的鈷中子檢測器，和一計算機；-計算機具有用於在相隔一個期間的給定時刻以循環的方式藉助中子檢測器獲得總信號的部件；-計算機具有用於在每個給定時刻估算代表總信號由於中子檢測器中存在鈷60 導致的延遲分量的標定因子的部件；-計算機具有用於在每個給定時刻利用總信號和標定因子估算代表中子檢測器處的中子流的校正信號的部件；-計算機具有用於在每個給定時刻估算代表前一時刻與給定時刻之間標定因子變化的斜率的部件；用於估算標定因子的部件能夠根據在前一時刻估算的標定因子、斜率和將給定時刻與前一時刻分開的期間估算給定時刻的標定因子。該裝置還可具有單獨地或根據各種可能組合考慮的以下一個或幾個特徵-中子檢測器是固定的檢測器；-用於估算斜率的部件能夠至少根據前一時刻的校正信號和前一時刻的標定因子估算給定時刻的斜率；-測量裝置包括用於估算在每個給定時刻代表在前一時刻與給定時刻之間檢測器周圍反應堆的局部功率變化的負荷因子的部件，用於估算斜率的部件能夠也根據負荷因子估算給定時刻的斜率；-用於估算負荷因子的部件能夠通過計算前一時刻與給定時刻之間中子檢測器周圍反應堆的局部平均功率並將所述平均功率除以前一時刻中子檢測器周圍反應堆的局部功率值估算每個給定時刻的負荷因子。


通過以下作為非限制性示意性方式給出並參照附圖進行的詳細描述，本發明的其它特徵和優點將顯現出來，附圖中
-圖1是示出本發明的方法的步驟圖；-圖2是鈷中子檢測器的簡化示意圖；-圖3是中子檢測器的總信號的後校正(correctiona posteriori)方法的示意圖；-圖4是由中子檢測器產生的信號由於存在鈷60導致的延遲分量隨時間變化的圖示；-圖5是總信號由於檢測器中存在鈷60導致的延遲分量與根據本發明計算的標定因子之間的偏差(6cart)(實線)和延遲分量與每個循環開始時估算的然後在整個循環期間認為是恆定的標定因子之間的偏差(虛線)隨時間變化的模擬圖；-圖6是根據本發明估算的標定因子(實線)和總信號的延遲分量(虛線)隨時間變化的圖示；和-圖7是實施本發明的裝置的簡化示意圖。
具體實施例方式圖1示意地表示的方法用於藉助至少一設置在反應堆的堆芯的內部的鈷中子檢測器來測量核反應堆的堆芯中的中子流。此類檢測器以字首詞Co-SPND(Cobalt-Silver self Powered Neutron Detector，即鈷-銀自供電中子檢測器)為人所知。如圖2所示，鈷中子檢測器1包括外殼3和布置在外殼3的內部的中心發射器5。 外殼3作為陰極，中心發射器5作為陽極。中心發射器5在使用前由主要包括鈷59的材料構成。外殼3由導電材料構成。中心發射器5的直徑約為2mm，而長度約為21cm。在中子流的作用下，在中心發射器5中產生核反應，導致電子從中心發射器5向外殼3傳遞。中心發射器5通過電纜8與放大裝置7 (見圖7)連接。放大裝置7能夠放大來自發射器5的電流，並使其數位化。下面將由裝置7收到的信號稱為總信號(Itot)。因此，檢測器1用作直流發電機。它不需要外界供電，因此特別適用作為核反應堆的堆芯中的核燃料組件內的固定檢測器運行。鈷檢測器連續輸送信號，該信號的質量在檢測器在堆芯中使用的整個期間緩慢地衰減。這種衰減表現為在由檢測器1輸送的總信號Itot中增加出現的準靜態分量。這種準靜態分量相對有效信號的重要性(importance)隨時間增加。這裡有效信號是指總信號 Itot的與檢測器1處的中子流成正比的分量。稱為延遲分量I6tl的準靜態分量是由於中心發射器5中存在鈷60導致的。鈷60通過鈷59在中子流的作用下的激發形成。該延遲分量I6tl是準靜態的，是在這樣的意義上該延遲分量在小的時間間隔上——例如在反應堆中功率過渡的整個期間中——是恆定的。這種功率過渡持續幾小時到幾天。因此延遲分量I6tl 與中子流不相關，是在這樣的意義上當檢測器1處的中子流變化時，該延遲分量不變化。 因此中子流的延遲分量I6tl使功率過渡時中子檢測器1的精度產生很大損失。為了能夠使用由中子檢測器1連續輸送的信號，因此必須對該信號進行後校正， 如圖3所示。通過從總信號Itot中減去代表由於檢測器1中存在鈷60導致的延遲分量I6tl 的標定因子C_UC0進行該校正。因此，用以下方法計算校正信號I = Itot-C_UC0在該方程式中，Itot對應於由中子檢測器1連續輸送的信號，C_UC0是標定因子，而I是校正信號(有效信號)，該校正信號代表檢測器1處的中子流。如下面解釋的，C_UC0通過計算定期地確定。本發明受益於以下事實如圖4所示，總信號Itot由於檢測器中存在鈷60導致的延遲分量I6tl隨時間緩慢地變化。圖4表示關於給定的檢測器1的延遲分量I6tl的變化的實例。橫坐標軸刻度為滿功率年當量Equivalent annee apleine puissance)。從圖4清楚地看出，延遲分量I6tl隨時間增加，但是相反，斜率隨時間減小。延遲分量I6tl緩慢地增長，並且其變化可以在大約一個月的時間間隔上看作是基本線性的。相反，斜率應規則地改變。另外，在本發明中考慮到，標定因子C_UC0隨時間的變化由一方程式決定，該方程式形式上與中心發射器5中鈷60含量的變化的方程式類似。該變化用一合適的時間步長離散，以便利用延遲分量I6tl的準線性。更確切地說，如圖1所示，該方法包括在時刻Tn以循環方式執行的幾個步驟，這些時刻隔開期間ΔΤ。在每個時刻TN，執行以下步驟-藉助鈷中子檢測器1獲得總信號ItotN；-估算斜率SLOPED其代表標定因子C_UC0在前一時刻Tm與給定時刻Tn之間的變化；-估算標定因子C_UC0N，其代表總信號ItotN的由於檢測器1中存在鈷60導致的延遲分量I6tl，根據在前一時刻TN_i估算的標定因子(LUCCT1、斜率SLOPEn-1和將給定時刻Tn 與前一時刻嚴1分開的期間Δ T估算給定時刻Tn的標定因子C_UC0N ；-利用總信號ItotN和標定因子C_UC0N估算代表檢測器處的中子流的校正信號IN。總信號ItotN是由中子檢測器1輸送的信號。斜率SLOPED和標定因子C_UC0N藉助以下方程式確定SLOPEn"1 = α X Fcharge^1 X ΙΝ_1- β X C_UC0N_1C_UC0N = C_UC0n_1+SL0PEn_1 X Δ T其中指數N對應於迭代數N (時刻Tn)，In-1對應於在前一時刻估算的校正信號，α和β為預先確定的常數，FchargeH是代表前一時刻與給定時刻TN之間的反應堆的功率變化的負荷因子，Δ T是將時刻與時刻Tn分開的期間的持續時間(dUr6e)。α禾Π β具有例如分別為3. 31 X KTiV1和4. 17 X KTiV1的值。Δ T可以是恆定的，或相反可以是變化的。這些方程式的關聯性基於以下考慮。鈷中子檢測器1的中心發射器5中的鈷60原子的數量的變化受以下方程式支配 /Ν 權利要求
1.測量核反應堆的堆芯中的中子流的測量方法，該測量方法包括在相隔一個期間 (ΔΤ)的時刻(Tn)以循環方式執行的幾個步驟，該測量方法在每個給定時刻(Tn)包括以下步驟-藉助設置在核反應堆的堆芯的內部的鈷中子檢測器(1)獲得總信號(ItotN)；-估算代表總信號由於所述鈷中子檢測器(1)中存在鈷60導致的延遲分量(I6tl)的標定因子(C_UC0N)；-利用總信號(ItotN)和標定因子(C_UC0N)估算代表所述鈷中子檢測器⑴處的中子流的校正信號(In)；-估算代表前一時刻(TnI與給定時刻(Tn)之間的標定因子的變化的斜率(SLOPEn-1)；根據在前一時刻(Tm)估算的標定因子(CJCOH)、斜率(SlopeH)和將給定時刻(f) 與前一時刻(Tm)分開的期間(ΔΤ)估算給定時刻(Tn)的標定因子(C_UC0N)。
2.如權利要求1所述的測量方法，其特徵在於，所述鈷中子檢測器(1)是固定的檢測器。
3.如權利要求1或2所述的測量方法，其特徵在於，至少根據前一時刻(TnI的校正信號(Im)和前一時刻(Tm)的標定因子(CJCOH)估算給定時刻(Tn)的斜率(SLOPED)。
4.如權利要求3所述的測量方法，其特徵在於，所述測量方法包括在每個給定時刻 (Tn)估算代表前一時刻(Tn-1)與給定時刻(Tn)之間所述鈷中子檢測器(1)周圍反應堆的局部功率變化的負荷因子(FchargeH)的步驟，給定時刻Cf)的斜率(SL0PEN_I)也根據負荷因子(FchargeN-1)估算。
5.如權利要求4所述的測量方法，其特徵在於，通過計算在前一時刻(TnI與給定時刻 (Tn)之間所述鈷中子檢測器(1)周圍反應堆的局部平均功率並通過所述平均功率除以前一時刻(Tn-1)所述鈷中子檢測器(1)周圍反應堆的局部功率值估算每個給定時刻(Tn)的負荷因子(FchargeN-1)。
6.如權利要求3所述的測量方法，其特徵在於，所述測量方法包括在每個給定時刻(Tn)估算代表前一時刻(Tm)與給定時刻(Tn)之間反應堆的功率變化的負荷因子 (Fcharge，的步驟，給定時刻(f)的斜率(SL0PEn_i)也根據負荷因子(Fcharge，估算。
7.測量核反應堆的堆芯中的中子流的測量裝置，該測量裝置包括至少一設置在核反應堆的堆芯的內部的鈷中子檢測器(1)，和一計算機(9)；-所述計算機(9)具有用於在相隔一個期間(ΔΤ)的給定時刻(Tn)以循環的方式藉助所述鈷中子檢測器(1)獲得總信號(ItotN)的部件；-所述計算機(9)具有用於在每個時刻(Tn)估算代表總信號由於中子檢測器⑴中存在鈷60導致的延遲分量(I60)的標定因子(C_UC0N)的部件(19)；-所述計算機(9)具有用於在每個給定時刻(Tn)利用總信號(ItotN)和標定因子(C_ UCOn)估算代表所述鈷中子檢測器(1)處的中子流的校正信號(In)的部件；-所述計算機具有用於在每個時刻(Tn)估算代表前一時刻(Tn-1)與給定時刻(Tn)之間標定因子變化的斜率(SLOPED)的部件(17).用於估算標定因子(C_UCON)的部件(19)能夠根據在前一時刻(Tn-1)估算的標定因子 (CJCCT1)、斜率(SLOPED)和將給定時刻(tn)與前一時刻(Th)分開的期間(ΔΤ)估算給定時刻(Tn)的標定因子(C_UC0N)。
8.如權利要求7所述的測量裝置，其特徵在於，所述鈷中子檢測器(1)是固定的檢測ο
9.如權利要求7或8所述的測量裝置，其特徵在於，用於估算斜率(SLOPEn-1)的部件 (17)能夠至少根據前一時刻(Tn-1)的校正信號(嚴1)和前一時刻(Τ」的標定因子(C_ UCCT1)估算給定時刻(Tn)的斜率(SLOPEn)。
10.如權利要求9所述的測量裝置，其特徵在於，所述測量裝置包括用於估算在每個給定時刻(Tn)代表在前一時刻(f")與給定時刻(Tn)之間所述鈷中子檢測器(1)周圍反應堆的局部功率變化的負荷因子(Fcharge，的部件(11)，用於估算斜率(SL0PEn_i)的部件 (17)也能夠根據負荷因子(Fcharge，估算給定時刻(f)的斜率(SL0PEn_i)。
11.如權利要求10所述的測量裝置，其特徵在於，用於估算負荷因子(FchargeH)的部件(17)能夠通過計算前一時刻(Tn-1)與給定時刻(Tn)之間所述鈷中子檢測器(1)周圍反應堆的局部平均功率並將所述平均功率除以在前一時刻(TnI所述鈷中子檢測器(1)周圍反應堆的局部功率值估算每個給定時刻(Tn)的負荷因子(FchargJ—1)。
全文摘要
測量核反應堆的堆芯中的中子流的方法，所述測量方法包括在相隔一個期間(ΔT)的時刻(TN)以循環的方式執行的幾個步驟，該測量方法在每個給定時刻(TN)包括以下步驟藉助設置在核反應堆的堆芯的內部的鈷中子檢測器(1)獲得總信號(ItotN)；估算代表總信號由於鈷中子檢測器(1)中存在鈷60導致的延遲分量(I60)的標定因子(C_UCON)；利用總信號(ItotN)和標定因子(C_UCON)估算代表鈷中子檢測器(1)處中子流的校正信號(IN)；估算代表前一時刻(TN-1)與給定時刻(TN)之間的標定因子的變化的斜率(SLOPEN-1)；根據在前一時刻(TN-1)估算的標定因子(C_UCON-1)、斜率(SLOPEN-1)和將給定時刻(TN)與前一時刻(TN-1)分開的期間(ΔT)估算給定時刻(TN)的標定因子(C_UCON)。
文檔編號G01T3/00GK102326208SQ200980156948
公開日2012年1月18日 申請日期2009年12月29日 優先權日2008年12月30日
發明者M·普法伊費爾 申請人:阿海琺核能公司