In- és ex-core detektorok Aktívzóna-felügyelet és monitorozás
Milyen mennyiségeket mérünk? • • • • • • •
Teljesítmény Neutronfluxus Hőmérséklet Nyomás Bórsavkoncentráció Szabályozórudak helyzete Szelepállások
Neutronfluxus-mérések: mérőrendszerek • • • • • •
In-core Ex-core PWR: mindkettő fontos és elterjedt BWR: ex-core nagyon korlátozott Gáztöltésű és SPN detektorok Gáztöltésű detektorok: áram és impulzus üzemben, kompenzálatlan és kompenzált típusok • Alapvető jellemzők mérése: teljesítmény és annak eloszlása
Ex-core mérések fluxustartománya
14.1. táblázat. A VVER–440 reaktor ex-core neutrondetektorainak korábbi mérési intervalluma [410]
Tartomány
Forrástartomány Közbenső tartomány Energetikai tartomány
term, ncm–2s–
P, %P0
0,1–105
10–10–10–4
104–1010
10–5–10
108– 1,21011
3–110
1
Kompenzált ionizációs kamra
14.2. ábra. A KNK-4 típusú neutrondetektor műszaki felépítése
1 - közös elektróda; 2 - 3He-saját elektróda; 3 - a detektor fala; 4 - 4He-saját elektróda; 5 - szigetelő
14.2. táblázat. Néhány ex-core mérésben használt neutrondetektor főbb adatai Detektortípus
VVER–440
PHOTONIS
Neutron mérési tart., ncm-2s–1
Neutronérzékenysé g, A/ncm–2s–1
Gamma érzékenység, A/Gyh–1
Neutron fluens, ncm–2
Gamma besu g. limit Gy
KNK–15
0,1–105
-
-
-
-
KNK–4
104–1010
10–13
3,9410–4
-
-
KNK–3
-
3,310–15
2,310–3
-
-
810–13
3,410–8
21019
109
10–14
3,410–8
21019
109
CFUG08
0,2– 7101 0
CFUH08
0,2– 2101 2
CFUK08
0,3–1010
610–13
2,110–8
21019
109
CFUL01
1–1010
210–13
710–9
21019
109
CFUL08
1–1010
210–13
710–9
21019
109
CFUM11
10–1011
10–14
10–9
21019
109
CFUM18
10–1011
10–14
10–9
21019
109
Ex-core detektorok elhelyezkedése
1 - kétszekciós detektor; 2 - aktív zóna; 3 - reaktortartály; 4 - négyszekciós detektor; 5 - radiális védelem
14.3. ábra. elhelyezése
Két-,
ill.
négyszekciós
detektorok 1, 2, 3 - detektorok; 4 - reaktortartály; 5 betonvédelem; 6 - aktív zóna; 7 - kétszekciós detektor
14.4. ábra. Reaktortartályon kívüli detektorok elhelyezési sémája
Ex-core detektorok a VVER-440-ben
VVER-440 szerkezeti áttekintése védőcsőblokk felső rácslemez
melegági csonkok
bóros száraz keverék szerpentines nehézbeton
hajtások védőcsövei
védőcsőblokk felső rácslemez
akna
melegági csonkok
hidegági csonkok
hajtások védőcsövei
bóros száraz keverék
szerpentines könnyűbeton
reaktortartály akna zónakosár
hidegági csonkok
védőcsőblokk alsó rácslemez
akna
szerpentines nehézbeton
hővédelem
kosár alsó rácslemez fékezőcsőblokk felső rácslemez
szerpentines könnyűbeton reaktortartály akna
zónakosár hengerpalástja
fékezőcsőblokk alsó rácslemez
perforált elliptikus fenék
fékezőcsőblokk felső rácslemez fékezőcsövek/ védőcsövek
fékezőcsövek és védőcsövek vasbeton
védőcsőblokk alsó rácslemez
fékezőcsőblokk hengerpalástja kavicsbeton
fékezőcsőblokk alsó rácslemez
perforált elliptikus fenék
Ex-core detektorok mozgatása
Ex-core detektorok a VVER-1000-ben
Ex-core detektorok elhelyezkedése a nyugati PWR-ekben
Ex-core detektorok elhelyezkedése a nyugati PWR-ekben
Ex-core detektorok elhelyezkedése a nyugati PWR-ekben
Ex-core detektorok súlyfüggvénye
a) A súlytényező eloszlása a - jelentése: 3,74 * 10-9 a - jelentése: 7,02 * 10-9
b) A detektorválasz eloszlása
14.9. ábra. A reaktortartályon kívüli detektorok fűtőelemkötegenkénti súlytényezőinek és detektorválaszainak eloszlása az IP2 aktív zónájában
Ex-core detektorok súlyfüggvénye
Ex-core detektorok súlyfüggvényének meghatározása
Ex-core detektorok súlyfüggvényének meghatározása
Ex-core detektorok súlyfüggvénye
Ex-core detektorok súlyfüggvénye
Ex-core detektorok súlyfüggvénye
Ex-core detektorok súlyfüggvénye
Ex-core detektorok súlyfüggvénye
In-core mérések tartományai
14.29. ábra. Az in-core mérések tipikus mérési tartományai forralóvizes reaktorokban (BWR-ekben)
Az aeroball rendszer
Az aeroball rendszer
Miniatűr hasadási kamra
14.32. ábra. Miniatűr hasadási kamra tipikus felépítése
Az SPN detektor felépítése, működése
Az SPN detektorban lejátszódó folyamatok
Az SPN detektorban lejátszódó folyamatok időbelisége
Miniatűr ionizációs kamra
SPND
Bonyolult felépítés, nehéz, kényes gyártástechnológia; gondos kezelést igényel.
Masszív felépítés, hasonló az ásványgyapotszigetelésű kábelekhez; ezért mechanikai érzékenysége kicsi, könnyen kezelhető, megbízható üzemű.
Külső tápfeszültséget igényel. Átütésveszély.
Nem igényel külső tápfeszültséget.
Nagy kiégési sebesség; ezért gyakori jelkorrekciót igényel, ill. csak a mérés rövid ideje alatt tartózkodhat az aktív zónában, gyakori mozgatást igényel.
Kis kiégési sebesség; hosszú élettartam; csak ritkán kell eltávolítani az aktív zónából.
A gáztérfogatot gondosan megbízha-tóan le kell zárni. A gázösszetétel nem változhat.
Nincs ilyen probléma.
és
Nagy detektorjel (mA)
Kis detektorjel (A).
A detektorjel a 235U miatt (hasadási kamrában) arányos a teljesítménysűrű-séggel; ezért BWR-ben különösen előnyös.
A detektorjel közelítően a termikusneutron-fluxussal arányos (kivéve az F-SPND-t, amiben megfelelő kivitel esetében a teljesítmény-sűrűséggel arányos a detektorjel).
Magas hőmérsékleten nehézségek lépnek fel a kábeltömítések, a gáztérfogat, a gázszennyezés, az átütésveszély és a kóboráram miatt.
Magas hőmérsékleten problémák lépnek fel a hőmérséklet által indukált parazitaáramok miatt (hőelem-hatás, diffúziós áram).
Gamma-termométer felépítése
1 - csavaranya; 2 - támasztógyűrű; 3 - homlokgyűrű; 4 - fűtő betét; 5 - termoelem; 6 cső; 7 - felső dugó; 8 - referencia termoelem 14.54. ábra. A Halden projekt B2 típusú gamma-termométer felépítése
Termoelem
14.56. ábra. Hagyományos dupla-erű hőelem
Termoelem felépítése
1.
Hőelem-huzalpár (pozitív és negatív szál)
2.
Érzékelési pont
3.
Csatlakozási hely
4.
Kompenzációs vezeték (pozitív és negatív szál)
5.
Hidegpont
6.
Mérővezeték
7.
Vezetékkiegészítő ellenállás
8.
Jelfeldolgozó egység (mérő-, regisztráló-, szabályozó-műszer, távadó stb.)
Jel. ill. összetétel Megnevezés Alumínium Alumel Iridium Kadmium Kobalt Konstantán Kopel Kromel Manganin Nikkel Nikróm Platina Platinairidium Platinaródium Réz (tiszta) Réz Ródium Szén (grafit) Szilicium Tellur Vas (tiszta) Vas Wolfram
Al 95% Ni+5%(Al, Si, Mg) Ir Cd Co 60%Cu+40%Ni 56%Cu+44%Ni 90%Ni+10%Cr 84%Cu+13%Mn+2%Ni+1% Fe Ni 80%Ni+20%Cr Pt 90%Pt+10%Ir 90%Pt+10%Rh Cu Cu Rh C Si Te Fe Fe W
Termoelektro-mos feszültség [mV] +0,40 -1,02…-1,38 +0,65 +0,90 -1,68…-1,76 -3,5 -4,0 -2,71…-3,13 +0,8 -1,50…-1,54 +1,5…+2,5 0,000 +1,3 +0,64 +0,76 +0,75 +0,64 +0,25 +44,8 +50,0 +1,80 +1,87 +0,79
Alkalmazási hőmérsékletek [C] tartós rövid
1000 1200
1250 1800
600 600 1000
800 800 1250
800 1000 1300 1000 1300 350 350
1100 1100 1600 1200 1600 500 500
2000
2500
600 600 2000
800 800 2500
Olvadás-pont [C] 658 1450 2350 321 1490 1250 1250 1450 910 1452 1500 1770
1083 1967 3570 1420 350 1530 1400 3400
Zajhőmérő
Mérések az EPR-ben
14.63. ábra. Kombinált aktív zónán belüli aeroball és teljesítménymérő detektorok rendszere
Mérések a VVER-440-ben
T-hőelem; X-SPND; S-szabályozó kazetta 14.65. ábra. A reaktortartályon belüli detektorok és szabályozó kazetták a VVER–440 reaktorban
Termoelemek elhelyezkedése a VVER-440-ben
Mérések a VVER-440-ben • • • • • • • •
36 x 7 SPND 210 termoelem 6 x 2 + 6 termoelem + ellenállás-hőmérő Ex-core detektorok jelei Szabályozókazetták pozíciói Szelepek, tolózárak, szivattyúk állapota Bórsav-koncentráció Összesen: kb. 700 analóg + 360 diszkrét jel
SCORPIO rendszer
Man-machine interface!!!
VERONA rendszer 2 másodpercenként: • a hőelemek jeleinek feldolgozása (mV C konverzió, hidegpont-kompenzáció); • a többszörösen mért jelek kezelése (a legmegbízhatóbb mérés kiválasztása); • a primerköri hurkok és a reaktor jellemzőinek meghatározása (hűtőközeg-forgalom, teljesítmény); • a hőelemek és az SPND detektorok másodlagos hihetőségvizsgálata; • a fűtőelem-kazetta T-eloszlás meghatározása a teljes zónára (2D kiterjesztés); • limitsértések ellenőrzése és események képzése; • a periodikus és változásérzékeny archívok írása; • az operátori megjelenítőkön látható képek tartalmának frissítése
1 percenként • a 3D kiterjesztés végrehajtása, vagyis az aktív zóna lineáris teljesítményeloszlásának megadása a 349x42 nóduszban • egyszerű forrópont figyelési algoritmus, amelyben ún. „zártcsatorna” modell keretében határozzák meg a legterheltebb fűtőelem minimális DNBR értékét és egyéb paramétereit • lassú folyamatokat számító program, amelynek feladata pl. a kazettakiégések, az SPND leadott töltések és a műszaknaplóhoz szükséges integrálok képzése.
