Reaktortechnika Aktívzóna-felügyelet

Tartalom Ex-core monitorozó rendszer –Általában –Neutrondetektorok Elhelyezkedése Súlyfüggvénye –Egyéb mérések In-core monitorozó rendszer –Alapelvek –Detektorfajták –Hőmérsékletmérés –Adatok kiterjesztése

Ex-core monitorozás Cél –az reaktor teljesítményének meghatározása –Időbeli követése –Reaktorfizikai kísérletek (kritikusság) Eszköz –Külső neutrondetektorok –Kalorikus mérések

Előnyök Gyors válasz Neutronfluxus mérsékelt –Nincsen kiégés Korlátozott gamma-háttér Alacsony hőmérséklet Légköri nyomás Könnyű hozzáférhetőség –Nincsen szükség a reaktortartályon átvezetésre

Neutrondetektorok 12 nagyságrendet kell átfogni Több tartományra szokás osztani –Indítási, –Közbenső, –Teljesítménytartomány Modern detektorokkal a tartományok száma csökkenthető Kalibráció szükséges – kalorikus mérések Nem elég egy tartomány - kiégés Indítási Közbenső Teljesímény-

Neutrondetektorok Mindig ionizációs kamrák Hasadási kamrák –Jól diszkriminálható a gamma-háttér 10 BF 3 kamrák 3 He proporcionális számlálók –Nagyon érzékeny –Gamma-kompenzálás kettős kamrával

Neutrondetektorok Pakson Indítási tartomány: KNK-15 –Hasadási kamra –Impulzusüzem –Fontos a jó háttérelnyomás Közenső tartomány: KNK-4 – 3 He töltésű detektor –Kompenzálás 4 He töltettel Teljesítménytartomány: KNK-3 – 10 B detektor –Áramüzem –Kompenzálókamrában nincsen 10 B bevonat

A neutrondetektorok elhelyezkedése Több detektorra van szükség –Az aktív zóna körül Axiálisan Azimutálisan –Fluxusnagyság szerint A reaktortartály és a betonakna között A betonakna furataiban Termikus detektorok – moderátor biztosítandó VVER-440: 24 darab detektor függőleges csövekben PWR: általában a légrésben A detektorok felhúzhatóak Szerviz Kiégés

Jelek felhasználása Összteljesítmény Axiális offszet Teljesítménydőlés (radiális asszimetria) VVER-440 –Nincsen xenonlengés –Összteljesítmény és dőlés VVER-1000, PWR –Xenonlengéssel terhelt –Lengésszabályozás

Súlyfüggvény Mennyire jellemzi egy ex-core detektor jele az aktív zónát? –Csak gyors neutronok juthatnak ki –A reaktor optikailag vastag Súlyfüggvény: adott helyen keletkező hasadási neutron által okozott detektorjel –Nem mérhető, de számítható –Számítása körülményes

Súlyfüggvény VVER-440 Mone Carlo módszerrel Forward eljárással

Súlyfüggvény – VVER-440 Egy kazetta egy nagyságrendet csökkent Lényegében kizárólag a legközelebbi kazettákat látja Kevés információt ad a térbeli teljesíményeloszlásról

Ex-core detektorok a gyakorlatban Súlyfüggvény nehezen meghatározható Összteljesítmény –Kalibrálás –Különféle üzemállapotokra –Közöttük interpoláció Teljesíményeloszlás globális jellemzői –Főleg a xenonlengés kezeléséhez

In-core monitorozás Az ex-core detektorok gyakorlatilagcsak integrális jellemzőket adnak meg Az aktív zóna részletes felügyelete szükséges –Üzemi korlátok betartása, pl. hőfluxus –A fejlődéssel a tartalékok csökkennek Ideális: lokális paraméterek mérése a pálcaszinten –Kivitelezhetetlen Kompromisszum –Nagyszámú lokális mérést végezni –Számításos eljárással meghatározni az összes lokális jellemzőt Ez a „kiterjesztés”

In-core monitorozórendszer követelményei Lokális jellemzők meghatározása –Nagy térbeli felbontással Üzemviteli információk biztosítása (kiégésszámításhoz, stb) Kis méret Mostoha körülmények elviselése az aktív zónában –Nyomás –Fluxus –Sugárkárosodás Élettartam

Neutrondetektorok Hőmérők Számítógépi adatgyűjtő és feldolgozó In-core monitorozórendszer elemei

In-core neutrondetektorok – Aktivációs Huzalt vagy gömböket aktiválnak a reaktorban Rendszerint axiálisan viszik át párhuzamos csatornákon Legrégebbi eljárás, elavult Előnyök –Mérés a reaktoron kívül (pontos) –Kiégés elhanyagolható Hátrányok –Mechanikai prolémák, nehézkes –Tömítések –Időszükséglet –Automatizálás

In-core neutrondetektorok – Miniatűr ionizációs kamrák Rendszerint kisméretű hasadási kamrák Léteznek tenyésztő detektorok Előnyök –Pontosság –Azonos hatáskeresztmetszet a hasadóanyaggal Ez BWR-ben előnyös (spektrum térben sokat változik) Hátrányok –Gyors kiégés –Nagyfeszültségű kábelezés –Esetenként mozgatás szükséges (kiégés miatt)

In-core neutrondetektorok - SPND „Self powered neutron detector” Emitterben magreakciók –Neutronbefogás –Befogási gamma és reakciói –Béta-elektron –Gamma háttér Emitteranyagok –Ródium –Hafnium –Ezüst, vanádium, platina, Kobalt,... A detektor áramgenerátorként viselkedik A Emitter Kollektor Szigetelés

In-core neutrondetektorok - SPND Előnyök –Egyszerűség, olcsóság –Kis méret, szilárdság –Nem szükséges tápfeszültség (kábelezési problémák!) –Szinte korlátlan sugártűrés Hátrányok –Kis érzékenység –Kiégés

In-core neutrondetektorok - SPND Válaszidő –Prompt A sugárzásos befogás fotonjából –Késő A béta-elektronokból T log I 103 Rh 104 Pd 104 Rh 104m Rh (n,g) T 1/2 =4.4m E=51keV T 1/2 =42s

In-core hőmérsékletmérés Rendszerint a kazetták feje felett (kilépő hőmérséklet) Mérés termoelemekkel –Két eltérő fém –Egy ponton összesajtolva –A feszültség függ a hőmérséklettől Zajhőmérők –Fémben –Az elektronzaj függ a hőmérséklettől –Szilárdtestfizikai összefüggés –Nem terjedt el

Az in-core mérőrendszer elrendezése - VVER-1000 Hőmérsékletmérés a kazetták mintegy felében SPND a kazettták közel harmadában (7 detektor/kazetta) Eszközök a kazetta központi csövében

Mérési adatok kiterjesztése Kapcsolt kódrendszer –Neutrontranszport –Kiégés (detektorok is!) –Termohidraulika A mérési eredményekre illesztve –Biztonsági jellemzőket számít –Minden fűtőelempálcára, szakaszokban –Lineáris teljesítménysűrűség, forráskrízis, stb Modern rendszerekben –Online adatszolgáltatás –A reaktorvédelmi rendszer része lehet