1. Столкнуть нейтрон с « Радиатором « , чтобы выбить из него частицы, которые ионизируют инертные газы типа аргон или гелий и образовать пары ионов , которые уже регистрируются электрическим полем.

2. Преобразовать электроны и ионы в электрические импульсы ( при малом потоке нейтронов ) или в пульсирующий постоянный ток ( при больших потоках нейтронов ).

Общая картина регистрации нейтронов такова:

2Спос.U235 2 осколка по 80 Мэв

Радиаторы

U²³⁵ и В¹⁰

Инертные

газы Аr,Не

Электрич

поле

+ионы

- эл.

1Способ - в9 и в10 Гамма кванты

с -частицами Е=1,4 Мэв

Первый способ регистрации связан с использованием в качестве радиатора изотопов бора и с образованием альфа- частиц с энергией 1,4 Мэв. На образование одной пары ионов расходуется 32 эв.

Поэтому при первом способе регистрации от одной альфа-частицы образуется около 50 000 ионов.

Однако такое же число ионов образуется от одного гамма-кванта, ионизирующего этот же газ. Поэтому при использовании борных детекторов число электрических импульсов от гамма-квантов может значительно перекрывать число таких же по амплитуде импульсов от нейтронов и отличить их друг от друга становится невозможным.

Второй способ регистрации связан с использованием в качестве радиатора обогащенного урана 235, который при столкновении с нейтроном образует при делении 2 осколка по 80 Мэв каждый .

Поскольку энергия осколков в 53 раза больше энергии гамма-квантов, то и амплитуда импульсов от нейтронов тоже в 53 раза больше амплитуды от гамма квантов и с помощью амплитудного дискриминатора удается полностью отсечь импульсы гамма-квантов.

Поэтому второй способ является самым эффективным при борьбе с гамма-фоном!

Вот почему пусковые импульсные камеры деления практически не боятся его до 10⁶ рентген/ час.

Если учесть, что 1 рентген/ час соответствует потоку 10⁵ гамма квантов/ см².сек , то можно себе представить, что 1 нейтрон/см². сек соревнуется при регистрации с потоком гамма-квантов 10¹¹ g/ см² .сек.

Частота импульсов камеры деления ƒ прямо пропорциональна потоку нейтронов в диапазоне от 0,1 до 10⁵ н/см².сек с коэффициентом преобразования К_пр = 0,3 имп/ сек при Ф=1 н/ см².сек в виде:

ƒ = К_пр х Ф

Однако при потоках нейтронов больше 10⁵ эти импульсы сливаются в пульсирующий ток и вплоть до 10¹⁰ н/см² .сек камера деления может контролировать поток нейтронов, перекрывая 10 декад !

Этот эффект используется в новой камере деления КНК-15.Благодаря чему в последней модификации аппаратуры АКНП-7 вместо трех поддиапазонов используютс только два: 1) ДП- пусковой в диапазоне от 2х10^-7 % до 0,2 % от номинальной мощности и 2) ДР-рабочий от 2х10^-3 % до номинальной мощности.

Таким образом в АКНП-7 при пуске используются только два типа нейтронных детекторов :1) КНК-15 в пусковом диапазоне и 2) борная камера КНК-3 с компенсацией гамма-фона в рабочем.

Структура аппаратуры для диапазона источника ДИ.

Как уже отмечалось выше, в этом диапазоне обязательно должна

использоваться в качестве детектора только камера деления КД.

Для того, чтобы перекрывать диапазон частот от 1 до 10⁵ имп/с,

необходимо на выходе детектора формировать импульсы, длительностью 1 мксек.

Поскольку КД представляет собой конденсатор, емкостью около 100рF или 10^-10 F , который нагружен на вход операционного усилителя с входным сопротивлением R , то длительность переднего и заднего фронтов этого импульса ,равная RC , не должна превышать 10^-7 сек.

Следовательно величина входного сопротивления операционного усилителя должна равняться 1000 ом ! Амплитуда импульсов тока КД составляет около 10^-9 А. Рассчитайте схему такого входного усилиителя на операционном усилителе и вспомните лекции 9 семестра о

свойствах операционного усилителя.

После того, как импульсы сформированы и усилены до 5-10 в, остается вычислить их частоту, которая пропорциональна физической мощности ЯР. Эта частота удобна оператору в виде цифр, что позволяет ему точнее определять степень подкритичности.

Однако для формирования сигналов предупредительной и аварийной защит по периоду разгона реактора необходимо иметь схему дифференцирования сигнала от логарифма частоты.

В результате этого, получаем сигнал, обратно пропорциональный периоду.

Поэтому структура Измерителя Скорости Счета (ИСС)

или просто частотомера приобретает вид, показанный на Рис. 3

ИКД

ПУ

Лин.Ч.

5000

Лог.Ч.

ИзмП

Тестовый генератор частоты для

проверки исправности канала ДИ

от оператора ЯР

Рис.3 Структурная схема одного канала аппаратуры ДИ диапазона

Теперь перейдем к изучению простого аналогового имитатора для количественных оценкок процесса перегрузки топлива и обучения оператора перегрузочной машины.

Первая цель этого занятия - научиться моделировать подкритическое состояниие ЯР в установившемся режиме с любым видом источников и подготовиться к моделированию переходных процессов не только в подкритическом, но и в критическом и надкритическом состояниях , но пока только с имитацией одной группы запаздывающих нейтронов на аналоговой вычислительной машине..

1. Сначала запишем физические уравнения кинетики в виде, полезном для анализа безопасных свойств управления, т.е. в относительных параметрах ( уравнения 2-10 и 2-11 ) :

dP/dt = r х Р/ t₀ - dC / dt + S ( 2 – 10 )

dC / dt = а_i х Р /t₀ -l_i х С ( 2 --11 )

2. Преобразуемых их к виду, удобному для моделирования с помощью электрических цепей, приведенных на Рис 1, т.е. с одной группой запаздывающих нейтронов и введём новые переменные для мощности источника Р_S = S х t₀ и Х = С х t_{0 .}( для имитации предшественников запаздывающих нейтронов ). Тогда исходные физические уравнения для имитационной модели Рис.1 примут вид:

t₀ х dP/dt = r х Р - dC./dt + Р_S ( 2-12 )

dC./dt = Р - l Х (2-13 )

Рассмотрим установившийся режим этого уравнения при равенстве нулю производных dP/dt =0 и dC./dt =0.

Поскольку мы рассматриваем подкритический режим, то величина r всегда отрицательна и мы будем говорить только о её модульном значении.

Под начальными значениями с индексом “ 0 “ мы будем понимать значения физических и машинных переменных перед началом загрузки ,

Тогда физические уравнения , связывающие между собой мощность ЯР , мощность источника и реактивность в установившемся режиме будут иметь вид:

Р = Р_{S /} r (2-14 )

Задача 1. Разработайте сначала самый простой аналоговый имитатор подкритического состояния ЯР для имитации соотношения указанных в уравнении ( 2-14 ) переменных в установившемся режиме.

Электрическая схема имитационной модели может быть реализована несколькими способами. Мы выберем наиболее простую из них в виде операционного усилителя ( ОУ ) с параллельной отрицательной обратной связью, как показано на рис.1.

ОУ

R_r

R _ОС

U _S U_Р

Рис. 1. Имитатор подкритического ЯР , имитирующий связь переменных только в установившемся режиме.

Уравнение для машинных переменных имеет вид :

U_Р = U _S х ( R _ОС / R_r ) (2-15 )

Очевидно, что эта схема будет имитировать уравнение ( 2-14 ) только в том случае, если физическую переменную r связать коэффициентом подобия с резистором R_r ! Оказывается подобие между физическими и машинными переменными может быть связано не только через напряжения, но и через значения резисторов ! Это очень удобно т.к. позволяет упростить имитационную электрическую схему.

В этом случае подобие между физическими и машинными переменными будет иметь вид :

U_Р = А _Р х Р ( 2-16 )

U _S = А_S х Р_S (2-17)

R_r = А_r х r ( 2-18 )

Для оценки подобия уравнений ( 2-14) и (2-15 ) подставим уравнения

с (2-16) по (2-18) в уравнение ( 2-15 ) и получим :

Р = ( Р_S /r ) х (А_S х R_ОС / А _Рх А_r ) ( 2-19)

Из сравнения уравнений ( 2-14) и ( 2-15 ) следует, что они подобны при :

(А_S х R_ОС / А _Рх А_r ) = 1 . ( 2- 20 )

Теперь из начальных условий нужно найти коэффициенты подобия и подставить их в ( 2-20 ). Тогда найдем численные значения R_r и R_{ОС .}

Выбор машинных коэффициентов подобия.

Для расчёта машинного коэффициента подобия А_r примем r₀= -50 b_ЭФФ , а

для R_r возьмем 100 Ком . Тогда из ( 2- 20 ) получим

R_r = А_r х r₀

А_r = 100 Ком / 50b_ЭФФ = 2 Ком /b_ЭФФ

Этот коэффициент показывает , что при перемешении примерно 5 кассет с топливом по 0,2b_ЭФФ на кассету сопротивление на входе имитатора изменится всего на 2 Ком , а при вводе одной кассеты это же сопротивление изменится на 0,4 Ком ! Из этого примера видно, что обучающийся сам может менять коэффициент А_r в зависимости от нужд эксперимента на модели !

Главная задача обучения оператора по перегрузке топлива – контролировать эту степень изменения реактивности при загрузки на основе информации , получаемой от детекторов нейтронного потока путем наблюдения на имитационной модели за изменением напряжения .

Теперь оценим диапазоны изменения переменных в физическом уравнении

( 2- 14) для двух целей :

1.. Для оценки безопасности операции загрузка и

2. Для выбора машинных коэффициентов подобия между физическими и

машинными переменными.

Билеты к коллоквиуму по теме

Перегрузка ядерного топлива в реакторах ВВЭР.

Каждый билет состоит из трех пунктов: