Вимірювальний пристрій для визначення концентрації бору

1. Вимірювальний пристрій для визначення концентрації бору в теплоносії контуру охолодження ядерної енергетичної установки з передавачем та приймачем, який відрізняється тим, що передавач і приймач виконані мобільними, між ними виконана щонайменше одна просторова область з можливістю встановлення вимірювального пристрою на здатній пропускати теплоносій компоненті контуру охолодження, причому просторова область містить канал охолодження проточним холодоагентом, між передавачем і приймачем встановлено стійкий до температур та розтягу дистанціювальний засіб таким чином, що довжина вимірювального шляху між передавачем та приймачем є постійною навіть при зміні навколишніх умов. 2. Вимірювальний пристрій за пунктом 1, який відрізняється тим, що канал охолодження виконано з можливістю використання повітря як холодоагенту. 3. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 або 2, який відрізняється тим, що він містить систему регулювання температури холодоагенту. 4. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що просторова область містить додатковий ізолюючий шар. 5. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1-4, який відрізняється тим, що передавач та приймач встановлені в призначених для кожного з них камерах. 6. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 - 5, який відрізняється тим, що як передавач він містить джерело нейтронів. 7. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 - 6, який відрізняється тим, що як приймач він містить принаймні один лічильник заряджених частинок. 8. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 - 7, який відрізняється тим, що передавач та приймач кожен оточені екраном. 9. Вимірювальний пристрій за пунктом 8, який відрізняється тим, що екран містить перший шар із поглинального уповільнювача. 10. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 8 або 9, який відрізняється тим, що екран містить другий шар із матеріалу, який поглинає нейтрони. 11. Вимірювальний пристрій за будь-яким з пунктів 8-10, який відрізняється тим, що екран містить третій шар із аустенітного матеріалу. 12. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 -11, який відрізняється тим, що передавач і приймач розташовані в монолітному або багатоелементному корпусі, зокрема в корпусі, що складається з двох елементів. 13. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 - 12, який відрізняється тим, що передбачено принаймні один кріпильний засіб, за допомогою якого передавач та приймач можуть бути прикріплені на компоненті контуру охолодження. 14. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 – 13, який відрізняється тим, що він містить блок оцінки, з яким з'єднано принаймні один приймач. 15. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1 - 14, який відрізняється тим, що передавач та приймач розташовані на компоненті контуру охолодження один навпроти одного. 16. Вимірювальний пристрій за будь-яким із пунктів 1-15, який відрізняється тим, що передавач та приймач взаємно розташовані з можливістю прийому приймачем відбитого вимірювального сигналу передавача. (19) (21) 99042262 (22) 21.10.1997 (24) 15.06.2001 (31) 196 43 375.4 (32) 21.10.1996 (33) DE (86) PCT/EP97/05810, 21.10.1997 (46) 15.06.2001, Бюл. № 5, 2001 р. (72) Бауер Хорст, DE, Нопіч Клаус, DE, Герінг Едуард, DE (73) СІМЕНС АКЦІЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ, DE (56) Журн. "Атомна енергія", №11, 1967, стор.337339. C2 (54) ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ БОРУ 39233 У теплоносії контуру охолодження ядерної енергетичної установки використовують бор у якості поглинача нейтронів. За рахунок бору регулюється і компенсується вигоряння паливних стрижнів, тому що, у залежності від концентрації бору, нейтрони поглинаються в більшій або меншій мірі, тобто відволікаються від ланцюгової реакції. Нерівномірності в розподілі щільності потужності за рахунок звичайних механічних органів управління можуть у такий спосіб виключатися, причому можливе підвищення потужності. Внаслідок цього повинна контролюватися концентрація бору в теплоносії, зокрема, у теплоносії першого контуру або підпорядкованих контурів. З документа "Атомна енергія" (KERNENERGIE), Nr. 11, 1967, стор. 337 - 339, відоме визначення концентрації борної кислоти за допомогою способу вимірювання поглинання нейтронів. Використаний при цьому вимірювальний пристрій дозволяє визначати концентрацію борної кислоти при нормальних умовах експлуатації, тобто при температурі навколишнього середовища до 120°С і при тиску в системі 12 МПа (120 бар). Як правило, однак, у контурах охолодження, зокрема, у першому контурі ядерної енергетичної установки виникають температури до 380°С при тиску в системі 18 МПа (180 бар). Внаслідок цих підвищених системних умов у порівнянні з нормальними умовами експлуатації, описаний в цьому документі вимірювальний пристрій використовують у контрольних шафах, а саме на досить великій відстані від контуру охолодження. У випадку відомого вимірювального пристрою необхідне втручання в контур охолодження. Відгалужений від контуру охолодження байпасний трубопровід для визначення концентрації борної кислоти проходить через вимірювальний пристрій. Використання подібного вимірювального пристрою, що виконаний у вигляді проточного вимірювального пристрою, є обмеженим щодо його мобільності. Монтаж є дуже складним і приводить до тривалого простою ядерної енергетичної установки. В основі винаходу, тому, лежить задача створення вимірювального пристрою для визначення концентрації бору в теплоносії контуру охолодження ядерної енергетичної установки, що дозволяє здійснювати вимірювання концентрації бору особливо простим способом і без втручання в контур охолодження. Згідно з винаходом ця задача вирішується за рахунок вимірювального пристрою для визначення концентрації бору в теплоносії контуру охолодження ядерної енергетичної установки, причому передбачені мобільний передавач і мобільний приймач із проміжним включенням, щонайменше, однієї охолоджуваної просторової області для розташування на компоненті контуру охолодження, що несе теплоносій. При цьому мається на увазі, що у винаході замість байпасного трубопроводу для проточного вимірювального пристрою може бути використана частина самої системи контуру охолодження. Вимірювальний пристрій переважно виконаний таким чином, що він може бути безпосередньо закріплений на контурі охолодження. При цьому він є особливо стійким до температури і випромінювання, за рахунок чого також можливе застосування при екстремальних умовах навколишнього середовища. Кращі форми виконання винаходу є предметом залежних пунктів формули винаходу. Щоб можна було захистити передавач і приймач від високих температур компоненти контуру охолодження, перевагу має розташовування каналу охолодження, що обтікається охолоджувальним засобом, на компоненті, щонайменше, у відповідній просторовій області передавача і приймача. Наприклад, канал охолодження може бути розташований у просторовій області між передавачем і компонентою, а також у просторовій області між приймачем і компонентою. Під компонентою у даному випадку розуміють бак, казан, відрізок труби або тому подібне, при необхідності, також направляючий резервуар, або резервуар великої площі, що містить охолоджувальний засіб. Для забезпечення простого, ефективного охолодження, тобто, по можливості, постійного і надійного охолодження передавача і приймача, у якості охолоджувального засобу може переважно служити повітря. Для цього повітря, або охолоджувальне повітря, пропускають через канал охолодження, наприклад, за допомогою вентилятора. Крім того, доцільно, щоб температура охолоджувального повітря була заданою. Температура, що задана при цьому, забезпечує те, що охолоджувальне повітря не перевищує і не опускається нижче граничного значення. Для цього, наприклад, потік охолоджувального повітря задають потужним вентилятором. За рахунок цього забезпечується, що вимірювальний пристрій у всіх частинах захищено від перегріву. Просторова область або обидві просторові області передавача і приймача також переважно містять ізолюючий шар, що розташований безпосередньо на компоненті контуру охолодження. В ізолюючому шарі у якості ізолятора застосовують, наприклад, повітря. Передавач і приймач переважно розташовані у відповідній камері. У такий спосіб є просторовий поділ, за рахунок чого передавач і приймач розміщені із забезпеченням захисту від занадто високої температури. Щоб можна було визначати концентрацію бору за допомогою способу вимірювання поглинання нейтронів, у якості передавача служить джерело нейтронів, а у якості приймача служить, щонайменше, один лічильник заряджених часток. Для захисту від випромінювання джерела нейтронів, а також від впливів на вимірювання зовнішніх чинників, як наприклад, вологості, передбачений екран, при необхідності, один загальний або відповідно по одному для джерела нейтронів і лічильника заряджених часток. Доцільно, щоб екран містив перший шар із поглинального уповільнювача, і другий шар із матеріалу, що поглинає нейтрони, наприклад, кадмієвого листа, а також третій шар з аустенітного матеріалу, наприклад, із сталевого листа. За допомогою поглинального уповільнювача, наприклад, уповільнювача з поліетилену, потік нейтронів, вироблений передавачем, гальмується і частково відбивається. Тим самим, зокрема, за рахунок використання поглинального уповільнювача, і кадмієвого листа забезпечується мале радіаційне навантаження на працюючий персонал. 2 39233 У кращій формі виконання передавач і приймач розташовані в одно- або багатоелементному, зокрема, двоелементному корпусі. При цьому, наприклад, передавач може бути розташований у першій частині корпусу, а приймач у другій частині корпусу. Щоб можна було особливо просто і міцно кріпити передавач і приймач до компоненти або відрізку трубопроводу системи контуру охолодження, передавач і приймач прикріплюються до компоненти або, відповідно, відрізку трубопроводу за допомогою, щонайменше, одного кріпильного засобу. Для цього обидві частини корпусу, наприклад, можуть бути прикладені з геометричним замиканням до відрізку трубопроводу і скріплені один з одним кріпильними засобами. У випадку компоненти великої площі кріплення може здійснюватися, наприклад, через несучі конструкції. В усіх випадках компонента, на якій здійснюють вимірювання, не ушкоджується або не піддається якій-небудь небезпеці. У такий спосіб не вимагаються ніякі будівельні заходи, ні операції на компоненті. Тому що спосіб вимірювання поглинання нейтронів значною мірою залежить від сталості вимірювальної геометрії, передбачена велика кількість дистанціювальних засобів, такого виконання, що довжина вимірювального шляху між передавачем і приймачем є приблизно постійною навіть при зміні умов навколишнього середовища. Це справедливо, самозрозуміло, для прямолінійного вимірювального шляху або для вимірювального шляху із, щонайменше, одним місцем відбиття. Подібні дистанціювальні засоби, наприклад, несучі конструкції, виконані стійкими до температури і розтягу. Доцільно передавач і приймач розташовані на компоненті, щонайменше, приблизно навпроти один одного. У такий спосіб утворюється прямолінійний прямий вимірювальний шлях. Це є вигідним для компонент із відносно малими конструктивними розмірами. Альтернативно передавач і приймач можуть бути розташовані на компоненті таким чином, що прийнятий приймачем вимірювальний сигнал, в основному, є відбитим вимірювальним сигналом. Ця форма виконання застосовується особливо в компонентах великого об'єму. При цьому сигнал, переданий передавачем, може відбиватися одноразово або багаторазово. Щоб можна було представляти концентрацію бору у якості тимчасової функції незалежно від впливів тиску, температури і випромінювання, щонайменше один приймач з'єднаний із блоком оцінки. За допомогою заснованих на моделях імовірнісних і розрахункових алгоритмів паразитні впливи можуть виключатися так, що забезпечене точне представлення вимірювальних значень концентрації бору в охолоджувальному засобі. Досягнуті винаходом переваги полягають, зокрема, у тому, що внаслідок простої конструкції вимірювального пристрою, зокрема, внаслідок мобільності передавача і приймача, для визначення концентрації бору не потрібно втручання в контур охолодження ядерної енергетичної установки. Крім того, вимірювальний пристрій за допомогою охолоджуваної просторової області, виконано таким чином, що він придатен для застосування при екстремальних системних умовах або режимних умовах, наприклад, до робочих температур у 380°С. Таким чином, вимірювальний пристрій особливо придатен для мобільного застосування, а також для дооснащення старих установок. Приклади виконання винаходу пояснюються більш докладно за допомогою креслень. При цьому на них схематично зображені: на фіг.1 – представлення вимірювального пристрою для визначення концентрації бору в поздовжньому перерізі і на фіг. 2 – вимірювальний пристрій згідно з фіг. 1 у поперечному перерізі. На обох фігурах відповідні елементи мають однакові позиційні позначення. Поданий в прикладі виконання відповідно до Фіг. 1 і розташований навколо компоненти, відрізка трубопроводу або труби 1 для охолоджувального засобу, вимірювальний пристрій 2 або вимірювальний елемент є частиною не наведеної більш докладно ядерної енергетичної установки. При цьому труба 1 для охолоджувального засобу є частиною системи контуру охолодження, наприклад, системи першого контуру. Вимірювальний пристрій 2 містить першу частину 4 корпусу, що має форму оболонки, і другу частину 6 корпусу, що має форму оболонки. При цьому відповідна внутрішня стінка 8 і відповідна зовнішня стінка 10 першої частини 4 корпусу і другої частини 6 корпусу переважно виконані з аустенітної сталі. На відповідних внутрішніх боках зовнішніх стінок 10 прикріплений кадмієвий екран 12 у вигляді кадмієвих листів для уловлювання теплових нейтронів. У першій частині корпусу 4 передбачена камера 14 для встановлення джерела 16 нейтронів, що служить у якості передавача. В другій частині 6 корпусу розташована камера 17 лічильника заряджених часток для встановлення двох паралельних один одному лічильників 18 заряджених часток, що служать у якості приймачів. Орієнтована на зовнішню стінку 10 стінка 19 камери 17 лічильника заряджених часток також містить кадмієвий екран 12. Можливі також форми виконання з декількома передавачами і/або приймачами, за допомогою яких можуть реєструватися, наприклад, зменшення концентрації або різниця сигналів. Для захисту джерела 16 нейтронів і лічильників 18 заряджених часток від високих температур труби 1 для охолоджувального засобу, між камерою 14 заряджених часток і внутрішньою стінкою 8 або, відповідно, камерою 17 лічильника заряджених часток і внутрішньою стінкою 8 розташований канал 20 охолодження. Довжина каналу охолодження 20 у вертикальному напрямку відповідає при цьому, щонайменше, довжині вимірювального пристрою 2. У залежності від форми виконання труби 1 для охолоджувального засобу канал охолодження 20 може бути виконаний, наприклад, кільцевим або плоским. Крізь канал охолодження 20 протікає охолоджувальний засіб 22 у напрямку стрілок 23. Охолоджувальний засіб 22, наприклад, повітря, за допомогою вентилятора 24 проганяється через канал охолодження 20. Вентилятор 24 розташований, наприклад, на нижньому кінці першої частини 4 корпусу. На протилежному кінці першої частини 4 корпусу розташований температурний датчик 26 3 39233 для визначення температури охолоджувального засобу 22. Визначене вимірювальне значення температурного датчика 26 підводять до системи регулювання температури, що не подана більш докладно. Не подана більш докладно система регулювання температури забезпечує те, що температура охолоджувального засобу 22 не перевищує або не опускається нижче граничного значення. Для цього регулюють потужність вентилятора 24 і, таким чином, потік охолоджувального повітря. Далі перша частина 4 корпусу і друга частина 6 корпусу містять між внутрішньою стінкою 8 і каналом охолодження 20, при необхідності, додатковий до каналу охолодження 20 ізолюючий шар 28, причому у якості ізолятора служить повітря. Аналогічно каналу охолодження 20 ізолюючий шар 28 може бути виконаний, наприклад, кільцевим або плоским. Проміжний простір, що знаходиться між внутрішньою стінкою 8 і зовнішньою стінкою 10 першої частини 4 корпусу, може бути заповнений поглинальним уповільнювачем 30. При цьому у якості поглинального уповільнювача 30 використаний поліетилен. Аналогічно цьому в другій частині 6 корпусу проміжний простір також заповнено поглинальним уповільнювачем 30. Поглинальний уповільнювач 30, виконаний із матеріалу, який поглинає нейтрони, кадмієвий екран 12 і виконана з аустенітного матеріалу зовнішня стінка 10 утворюють шаруватий екран 31 для випромінювання, створеного джерелом 16 нейтронів. В ізолюючому шарі 28 і в каналі охолодження 20 у радіальному напрямку укладені стійкі до температури і розтягання дистанціювальні засоби 32. За допомогою дистанціювальних засобів 32, наприклад, несучих пристроїв, виключається обумовлена температурою зміна вимірювальної геометрії, зокрема, довжини вимірювального шляху. Наприклад, у якості стійкого до температури і розтягання матеріалу використовують кераміку або слюдяне скло. Фіг. 2 показує вимірювальний пристрій 2 у поперечному перерізі. Відповідно до цієї фігури перша частина 4 корпусу і друга частина 6 корпусу з'єднані між собою за допомогою великої кількості встановлених зовні кріпильних елементів 34. При цьому весь вимірювальний пристрій 2 охоплює або обтискує трубу 1 для охолоджувального засобу. Кріпильні елементи 34 виконані, наприклад, у вигляді затисків, болтів або стопорних пристосувань. У цій проекції можна бачити, що передбачені два лічильники 18 заряджених часток можуть бути передбачені також більше, ніж два лічильники 18 заряджених часток. Джерело 16 нейтронів і обидва лічильники 18 заряджених часток розташовані в камері 14 джерела заряджених часток або, відповідно, у камері 17 лічильника заряджених часток. Для охолодження джерела 16 нейтронів і обох лічильників 18 заряджених часток навколо труби 1 для охолоджувального засобу проходять концентрично ізолюючий шар 28 і канал охолодження 20. Крім того, на рівномірних відстанях в ізолюючий шар 28 і в канал охолодження 20 умонтовані дистанціювальні засоби 32. Зовнішня стінка 10, а також стінка 19 камери 17 лічильника заряд жених часток містять аналогічно фіг. 1 також кадмієвий екран 12. За допомогою джерела 16 нейтронів нейтронний потік 36 випромінюють через теплоносій 38, що тече у трубі 1 для охолоджувального засобу. Нейтронний потік 36 пронизує збагачений бором теплоносій 38. У залежності від концентрації бору в теплоносії 38 нейтронний потік 36 послаблюється. Змінений нейтронний потік 36 визначають за допомогою нейтронних детекторів, наприклад, лічильників 18 заряджених часток. Утворені лічильниками 18 заряджених часток вимірювальні значення підводять до блоку 40 оцінки. Блок 40 оцінки за частотою імпульсів і температурою теплоносія 38 (вимірювальний датчик не зображений) визначає концентрацію бору або борної кислоти. У той час як джерело 16 нейтронів розташоване діагонально щодо обох лічильників 18 заряджених часток, нейтронний потік 36 пронизує теплоносій 38 по всій ширині діаметра d труби 1 для охолоджувального засобу. При цьому утворюється в основному прямолінійний вимірювальний шлях у трубі 1 для охолоджувального засобу між джерелом 16 нейтронів і лічильниками 18 заряджених часток. Описаний вимірювальний пристрій 2 має внаслідок його високоефективної, активної теплоізоляції каналу охолодження 20 за рахунок потоку охолоджувального повітря, на який можна впливати, хороші характеристики щодо теплових впливів при визначенні концентрації бору. Вимірювальний пристрій 2, у такий спосіб, є особливо придатним для безпосереднього застосування в першому контурі реакторної установки, у якому можуть виникати температури до 380°С. Вимірювальний пристрій 2 виконано механічно таким чином, що навіть сильні коливання температури не викликають ніяких змін геометрії і тим самим впливів на спосіб вимірювання. Залежності способу вимірювання поглинання нейтронів від термодинамічного стану теплоносія 38 і гідравлічного режиму експлуатації системи в першому контурі охолодження, що, можливо, залишилися після реалізації вказаних конструктивних рішень, можуть бути виключені за рахунок комп'ютеризованих способів оцінки в блоці 40 оцінки. При цьому для підвищення точності і більш швидкої індикації поряд із вимірювальним сигналом вимірювального пристрою 2 використовують також інші суттєві для вимірювання концентрації бору дані процесу. Їх обробляють у блоці 40 оцінки за рахунок застосування заснованих на моделях ймовірних і обчислювальних алгоритмів. За рахунок конструкції вимірювального пристрою 2, що екранує випромінювання, також виключається суттєве радіаційне навантаження на працюючий персонал. У випадку компонент 1 системи охолодження, що мають велику площу, може бути застосований подібний вимірювальний пристрій 2, причому тоді джерело 16 нейтронів і лічильники 18 заряджених часток розташовані в одноелементному корпусі. У такому пристрої є вигідним використання відбитого вимірювального сигналу. При цьому сигнал, що випромінюється джерелом 16 нейтронів, відбивається усередині компоненти 1 і потім приймається лічильниками 18 заряджених часток. 4 39233 Фіг. 1 5 39233 Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 6