专利名称：借助钴检测器测量核反应堆的堆芯中的中子流的方法和相关的装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及核反应堆的堆芯中的中子流的测量。更确切地说，本发明根据第一方面涉及测量核反应堆的堆芯中的中子流的测量方法。
背景技术：
必须知晓核反应堆的堆芯的状态，以保证该核反应堆的安全(燃料组件的保护) 和良好运行。为此，可以追踪几个与堆芯的单位体积功率(puissance volumique)有关的参数沿堆芯的轴线的线性功率、RFTC(Rapport de Flux Thermique Critique，即临界热通量比)、功率的轴向和径向不平衡等。由于这些参数取决于堆芯中的中子流，则使用中子检测器以重建这些参数。使用几种类型的中子检测器-以“芯外(excores)室”的名字已知的检测器，它们设置在堆芯之外，并给出与四分之一堆芯中的平均流成比例的信号；-“芯内”检测器，它们位于堆芯的内部。某些芯内检测器是活动的。它们定期地被插入到堆芯中，以建立堆芯中功率分布的精确图像。其它芯内检测器是固定的，并连续地给出代表反应堆的堆芯一区域中的局部中子流的信号。固定检测器持续地承受辐射，这最终会导致这些检测器的灵敏度损失和相应信号的精度降低。已知地使用钴中子检测器作为固定的芯内检测器。这些检测器像被动电流发生器一样运行，电流由在中子流的作用下在检测器内的核反应产生。钴59在检测器中激发为钴 60的最终作用在于损害该检测器的有效信号/总信号比，这会破坏测量的精度。
发明内容
在这个背景下，本发明涉及一种借助钴中子检测器测量反应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。更确切地说，本发明涉及一种测量核反应堆的堆芯中的中子流的方法，该方法包括在相隔一个期间的时刻以循环的方式执行的几个步骤，该方法在每个给定时刻包括以下步骤-借助设置在核反应堆的堆芯的内部的钴中子检测器获得总信号；-估算Qvaluer)代表总信号由于检测器中存在钴60导致的延迟分量 (composante retardee)的标定因子；-利用总信号和标定因子估算代表检测器处的中子流的校正信号；-估算代表前一时刻与给定时刻之间的标定因子的变化的斜率；根据在前一时刻估算的标定因子、斜率和将给定时刻与前一时刻分开的期间估算给定时刻的标定因子。该方法还可以具有单独地或根据各种技术上可能的组合考虑的以下一个或几个特征-中子检测器是固定的检测器；-至少根据前一时刻的校正信号和前一时刻的标定因子估算给定时刻的斜率；-测量方法包括在每个给定时刻Tn估算代表前一时刻Tn-1与给定时刻之间中子检测器周围反应堆的局部功率变化的负荷因子的步骤，给定时刻的斜率也根据负荷因子估算；-通过计算在前一时刻与给定时刻之间中子检测器周围反应堆的局部平均功率并通过将所述平均功率除以前一时刻中子检测器周围反应堆的局部功率值估算每个给定时刻的负荷因子；-测量方法包括在每个给定时刻估算代表前一时刻与给定时刻之间反应堆的功率变化的负荷因子的步骤，给定时刻的斜率也根据负荷因子估算。根据第二方面，本发明涉及测量核反应堆的堆芯中的中子流的测量装置，该测量装置包括至少一设置在核反应堆的堆芯的内部的钴中子检测器，和一计算机；-计算机具有用于在相隔一个期间的给定时刻以循环的方式借助中子检测器获得总信号的部件；-计算机具有用于在每个给定时刻估算代表总信号由于中子检测器中存在钴60 导致的延迟分量的标定因子的部件；-计算机具有用于在每个给定时刻利用总信号和标定因子估算代表中子检测器处的中子流的校正信号的部件；-计算机具有用于在每个给定时刻估算代表前一时刻与给定时刻之间标定因子变化的斜率的部件；用于估算标定因子的部件能够根据在前一时刻估算的标定因子、斜率和将给定时刻与前一时刻分开的期间估算给定时刻的标定因子。该装置还可具有单独地或根据各种可能组合考虑的以下一个或几个特征-中子检测器是固定的检测器；-用于估算斜率的部件能够至少根据前一时刻的校正信号和前一时刻的标定因子估算给定时刻的斜率；-测量装置包括用于估算在每个给定时刻代表在前一时刻与给定时刻之间检测器周围反应堆的局部功率变化的负荷因子的部件，用于估算斜率的部件能够也根据负荷因子估算给定时刻的斜率；-用于估算负荷因子的部件能够通过计算前一时刻与给定时刻之间中子检测器周围反应堆的局部平均功率并将所述平均功率除以前一时刻中子检测器周围反应堆的局部功率值估算每个给定时刻的负荷因子。
通过以下作为非限制性示意性方式给出并参照附图进行的详细描述，本发明的其它特征和优点将显现出来，附图中
-图1是示出本发明的方法的步骤图；-图2是钴中子检测器的简化示意图；-图3是中子检测器的总信号的后校正(correctiona posteriori)方法的示意图；-图4是由中子检测器产生的信号由于存在钴60导致的延迟分量随时间变化的图示；-图5是总信号由于检测器中存在钴60导致的延迟分量与根据本发明计算的标定因子之间的偏差(6cart)(实线)和延迟分量与每个循环开始时估算的然后在整个循环期间认为是恒定的标定因子之间的偏差(虚线)随时间变化的模拟图；-图6是根据本发明估算的标定因子(实线)和总信号的延迟分量(虚线)随时间变化的图示；和-图7是实施本发明的装置的简化示意图。
具体实施例方式图1示意地表示的方法用于借助至少一设置在反应堆的堆芯的内部的钴中子检测器来测量核反应堆的堆芯中的中子流。此类检测器以字首词Co-SPND(Cobalt-Silver self Powered Neutron Detector，即钴-银自供电中子检测器)为人所知。如图2所示，钴中子检测器1包括外壳3和布置在外壳3的内部的中心发射器5。 外壳3作为阴极，中心发射器5作为阳极。中心发射器5在使用前由主要包括钴59的材料构成。外壳3由导电材料构成。中心发射器5的直径约为2mm，而长度约为21cm。在中子流的作用下，在中心发射器5中产生核反应，导致电子从中心发射器5向外壳3传递。中心发射器5通过电缆8与放大装置7 (见图7)连接。放大装置7能够放大来自发射器5的电流，并使其数字化。下面将由装置7收到的信号称为总信号(Itot)。因此，检测器1用作直流发电机。它不需要外界供电，因此特别适用作为核反应堆的堆芯中的核燃料组件内的固定检测器运行。钴检测器连续输送信号，该信号的质量在检测器在堆芯中使用的整个期间缓慢地衰减。这种衰减表现为在由检测器1输送的总信号Itot中增加出现的准静态分量。这种准静态分量相对有效信号的重要性(importance)随时间增加。这里有效信号是指总信号 Itot的与检测器1处的中子流成正比的分量。称为延迟分量I6tl的准静态分量是由于中心发射器5中存在钴60导致的。钴60通过钴59在中子流的作用下的激发形成。该延迟分量I6tl是准静态的，是在这样的意义上该延迟分量在小的时间间隔上——例如在反应堆中功率过渡的整个期间中——是恒定的。这种功率过渡持续几小时到几天。因此延迟分量I6tl 与中子流不相关，是在这样的意义上当检测器1处的中子流变化时，该延迟分量不变化。 因此中子流的延迟分量I6tl使功率过渡时中子检测器1的精度产生很大损失。为了能够使用由中子检测器1连续输送的信号，因此必须对该信号进行后校正， 如图3所示。通过从总信号Itot中减去代表由于检测器1中存在钴60导致的延迟分量I6tl 的标定因子C_UC0进行该校正。因此，用以下方法计算校正信号I = Itot-C_UC0在该方程式中，Itot对应于由中子检测器1连续输送的信号，C_UC0是标定因子，而I是校正信号(有效信号)，该校正信号代表检测器1处的中子流。如下面解释的，C_UC0通过计算定期地确定。本发明受益于以下事实如图4所示，总信号Itot由于检测器中存在钴60导致的延迟分量I6tl随时间缓慢地变化。图4表示关于给定的检测器1的延迟分量I6tl的变化的实例。横坐标轴刻度为满功率年当量Equivalent annee apleine puissance)。从图4清楚地看出，延迟分量I6tl随时间增加，但是相反，斜率随时间减小。延迟分量I6tl缓慢地增长，并且其变化可以在大约一个月的时间间隔上看作是基本线性的。相反，斜率应规则地改变。另外，在本发明中考虑到，标定因子C_UC0随时间的变化由一方程式决定，该方程式形式上与中心发射器5中钴60含量的变化的方程式类似。该变化用一合适的时间步长离散，以便利用延迟分量I6tl的准线性。更确切地说，如图1所示，该方法包括在时刻Tn以循环方式执行的几个步骤，这些时刻隔开期间ΔΤ。在每个时刻TN，执行以下步骤-借助钴中子检测器1获得总信号ItotN；-估算斜率SLOPED其代表标定因子C_UC0在前一时刻Tm与给定时刻Tn之间的变化；-估算标定因子C_UC0N，其代表总信号ItotN的由于检测器1中存在钴60导致的延迟分量I6tl，根据在前一时刻TN_i估算的标定因子(LUCCT1、斜率SLOPEn-1和将给定时刻Tn 与前一时刻严1分开的期间Δ T估算给定时刻Tn的标定因子C_UC0N ；-利用总信号ItotN和标定因子C_UC0N估算代表检测器处的中子流的校正信号IN。总信号ItotN是由中子检测器1输送的信号。斜率SLOPED和标定因子C_UC0N借助以下方程式确定SLOPEn"1 = α X Fcharge^1 X ΙΝ_1- β X C_UC0N_1C_UC0N = C_UC0n_1+SL0PEn_1 X Δ T其中指数N对应于迭代数N (时刻Tn)，In-1对应于在前一时刻估算的校正信号，α和β为预先确定的常数，FchargeH是代表前一时刻与给定时刻TN之间的反应堆的功率变化的负荷因子，Δ T是将时刻与时刻Tn分开的期间的持续时间(dUr6e)。α禾Π β具有例如分别为3. 31 X KTiV1和4. 17 X KTiV1的值。Δ T可以是恒定的，或相反可以是变化的。这些方程式的关联性基于以下考虑。钴中子检测器1的中心发射器5中的钴60原子的数量的变化受以下方程式支配 /Ν 权利要求
1.测量核反应堆的堆芯中的中子流的测量方法，该测量方法包括在相隔一个期间 (ΔΤ)的时刻(Tn)以循环方式执行的几个步骤，该测量方法在每个给定时刻(Tn)包括以下步骤-借助设置在核反应堆的堆芯的内部的钴中子检测器(1)获得总信号(ItotN)；-估算代表总信号由于所述钴中子检测器(1)中存在钴60导致的延迟分量(I6tl)的标定因子(C_UC0N)；-利用总信号(ItotN)和标定因子(C_UC0N)估算代表所述钴中子检测器⑴处的中子流的校正信号(In)；-估算代表前一时刻(TnI与给定时刻(Tn)之间的标定因子的变化的斜率(SLOPEn-1)；根据在前一时刻(Tm)估算的标定因子(CJCOH)、斜率(SlopeH)和将给定时刻(f) 与前一时刻(Tm)分开的期间(ΔΤ)估算给定时刻(Tn)的标定因子(C_UC0N)。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述钴中子检测器(1)是固定的检测器。
3.如权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于，至少根据前一时刻(TnI的校正信号(Im)和前一时刻(Tm)的标定因子(CJCOH)估算给定时刻(Tn)的斜率(SLOPED)。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括在每个给定时刻 (Tn)估算代表前一时刻(Tn-1)与给定时刻(Tn)之间所述钴中子检测器(1)周围反应堆的局部功率变化的负荷因子(FchargeH)的步骤，给定时刻Cf)的斜率(SL0PEN_I)也根据负荷因子(FchargeN-1)估算。
5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，通过计算在前一时刻(TnI与给定时刻 (Tn)之间所述钴中子检测器(1)周围反应堆的局部平均功率并通过所述平均功率除以前一时刻(Tn-1)所述钴中子检测器(1)周围反应堆的局部功率值估算每个给定时刻(Tn)的负荷因子(FchargeN-1)。
6.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括在每个给定时刻(Tn)估算代表前一时刻(Tm)与给定时刻(Tn)之间反应堆的功率变化的负荷因子 (Fcharge，的步骤，给定时刻(f)的斜率(SL0PEn_i)也根据负荷因子(Fcharge，估算。
7.测量核反应堆的堆芯中的中子流的测量装置，该测量装置包括至少一设置在核反应堆的堆芯的内部的钴中子检测器(1)，和一计算机(9)；-所述计算机(9)具有用于在相隔一个期间(ΔΤ)的给定时刻(Tn)以循环的方式借助所述钴中子检测器(1)获得总信号(ItotN)的部件；-所述计算机(9)具有用于在每个时刻(Tn)估算代表总信号由于中子检测器⑴中存在钴60导致的延迟分量(I60)的标定因子(C_UC0N)的部件(19)；-所述计算机(9)具有用于在每个给定时刻(Tn)利用总信号(ItotN)和标定因子(C_ UCOn)估算代表所述钴中子检测器(1)处的中子流的校正信号(In)的部件；-所述计算机具有用于在每个时刻(Tn)估算代表前一时刻(Tn-1)与给定时刻(Tn)之间标定因子变化的斜率(SLOPED)的部件(17).用于估算标定因子(C_UCON)的部件(19)能够根据在前一时刻(Tn-1)估算的标定因子 (CJCCT1)、斜率(SLOPED)和将给定时刻(tn)与前一时刻(Th)分开的期间(ΔΤ)估算给定时刻(Tn)的标定因子(C_UC0N)。
8.如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述钴中子检测器(1)是固定的检测ο
9.如权利要求7或8所述的测量装置，其特征在于，用于估算斜率(SLOPEn-1)的部件 (17)能够至少根据前一时刻(Tn-1)的校正信号(严1)和前一时刻(Τ”的标定因子(C_ UCCT1)估算给定时刻(Tn)的斜率(SLOPEn)。
10.如权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括用于估算在每个给定时刻(Tn)代表在前一时刻(f")与给定时刻(Tn)之间所述钴中子检测器(1)周围反应堆的局部功率变化的负荷因子(Fcharge，的部件(11)，用于估算斜率(SL0PEn_i)的部件 (17)也能够根据负荷因子(Fcharge，估算给定时刻(f)的斜率(SL0PEn_i)。
11.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，用于估算负荷因子(FchargeH)的部件(17)能够通过计算前一时刻(Tn-1)与给定时刻(Tn)之间所述钴中子检测器(1)周围反应堆的局部平均功率并将所述平均功率除以在前一时刻(TnI所述钴中子检测器(1)周围反应堆的局部功率值估算每个给定时刻(Tn)的负荷因子(FchargJ—1)。
全文摘要
测量核反应堆的堆芯中的中子流的方法，所述测量方法包括在相隔一个期间(ΔT)的时刻(TN)以循环的方式执行的几个步骤，该测量方法在每个给定时刻(TN)包括以下步骤借助设置在核反应堆的堆芯的内部的钴中子检测器(1)获得总信号(ItotN)；估算代表总信号由于钴中子检测器(1)中存在钴60导致的延迟分量(I60)的标定因子(C_UCON)；利用总信号(ItotN)和标定因子(C_UCON)估算代表钴中子检测器(1)处中子流的校正信号(IN)；估算代表前一时刻(TN-1)与给定时刻(TN)之间的标定因子的变化的斜率(SLOPEN-1)；根据在前一时刻(TN-1)估算的标定因子(C_UCON-1)、斜率(SLOPEN-1)和将给定时刻(TN)与前一时刻(TN-1)分开的期间(ΔT)估算给定时刻(TN)的标定因子(C_UCON)。
文档编号G01T3/00GK102326208SQ200980156948
公开日2012年1月18日 申请日期2009年12月29日 优先权日2008年12月30日
发明者M·普法伊费尔 申请人:阿海珐核能公司