TRIGA Reaktör Dinamiği: Frekans cevap testleri

Abstract

Frekans domeni tekniklerinin lineer sistem dinamiği üzerindeki çalışmalarda faydalı olduğu artık su götürmez bir gerçektir. Örneğin, sistem kararlılığı ve geribesleme etkilerini elde etmek mümkündür. Nükleer reaktörler, girişi küçük reaktivite pertürbasyonları, çıkışı da müteakip güç değişiklikleri olan bir lineer sistem olarak muamele görebilir.Açık lteratürde TRIGA korları üzerine rapor edilmiş hiç bir deney olmaması motivasyonuyla, bu çalışmada bir reaktivite salınımı kullanarak İ.T.Ü. TRIGA Mark-II reaktörü üzerinde frekans cevap deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler için, frekansı ve genliği ayarlanabilen ve mekanik olarak sürülen harici sinüsoidal reaktivite pertürbasyonunu sağlayacak bir mikro-kontrol çubuk imal edilmiştir. Mikro kontrol çubuğunun sürülmesi bir adım motor yardımıyla ve veri toplama işlemleri bir ADC kartı ile PC bilgisayar üzerinden yapılmıştır. Kontrol çubuğu için absorblayıcı olarak, dengeli olduğundan dolayı, İ.T.Ü. Kimya-Metalurji Fakültesi'nde bir laboratuvarda üretilmiş olan doğal izotopik zenginlikteki B4C bileşiği kullanılmıştır.Ölçümler, 0.02, 4 ve 200 kW güç seviyelerinde 0.002-2 Hz. frekans aralığında yapılmıştır.Sonuş olarak, aşağıdaki gözlemler kaydedilmiştir:- 0.02 kW güç seviyesinde alınan sonuçlar, 6-gruplu nokta reaktör kinetik denklemlerinden elde edilen sıfır güç frekans cevabını çok yakından takip etmektedir.- 4 kW güç seviyesinde, çalışılan frekans aralığında, geribesleme etkisi kazanç eğrisinde net olarak görülmüyor.- 200 kW güç seviyesinde geribesleme etkisinin DC değeri 1.5c/%P olarak ölçülmüştür.Ölçülmüş transfer fonksiyonunun Nyquist analizi, reaktör mutlak kararlılığını açıkca göstermiştir.- Güç-reaktivite geribesleme etkisini, zaman sabiti 0.16 sn. olan birinci dereceden bir modelle ifade etmek mümkün olmaktadır.

Frequency domain techniques proved to be very useful in the study of the linear dynamics of systems, e.g. the system stability and feedback effects can be evaluated. Nuclear reactors can be treated as a linear system with small reactivity perturbations as input with subsquent power changes as output.In this work, which was motivated by lack of any reported tests on TRIGA cores in the open literature, frequency response method was applied to ITU TRIGA reactor using a reactivity oscillator. The amplitude of the reactivity perturbation was such that it induced power oscillations with an amplitude of 10% in the prompt jump frequency range. Measurements were conducted in the frequency interval of 0.002-2 Hz. at 0.02, 4 and 200 kW reactor power levels.As for the evaluation of the results of the experiments the following observations were made:- Results at 0.02 kW closely follow the anticipated zero power reactor response which derives from point reactor kinetic equations with six delayed neutron precursor groups;- At 4 kW, within the studied frequency range, the effects of feedback are not clearly visible on the gain curve;- At 200 kW, DC gain of the reactivity feedback effect is measured as 1.5 c/%P;- Nyquist analysis of the measure transfer fucntion clearly confirmed the absolute stability of the reactor with respect to power-reactivity feedback effects;The power-reactivity feedback effect is proposed to be a first order model with a time lag of 0.16 sn.