簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 謝孟寰
Hsieh, Meng-Huan
論文名稱: 核反應器中子監測系統之數位化研究
A Study of Digital Neutron Monitoring System for Nuclear Reactor
指導教授: 周懷樸
Chou, Hwai-Pwu
曾訓華
Tseng, Hsun-Hua
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2010
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: [114]
中文關鍵詞: 寬程中子監測坎貝爾定理數位化中子流量數位示波器清華水池式反應器第一核能發電廠核反應器
外文關鍵詞: Wide range neutron monitoring, Campbell theorem, Digitization, Neutron flux, Digital Oscilloscope, THOR, Chin-Shan NPP, LabVIEW, Nuclear reactor
相關次數: 點閱:3下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 核子工程領域中,反應器功率監測是相當重要的一環,由於反應器內之中子流量正比於反應器功率,寬程中子監測系統 (Wide Range Neutron Monitor, WRNM)即扮演偵測反應器核心功率的重要角色,其功能有二,第一為提供反應爐運轉時的功率變化與反應爐功率周期資訊,第二為提供反應爐保護系統之急停訊號,以控制阻棒的抽取時機。
    傳統之寬程中子監測電路,多仰賴全類比電路系統技術,對於不同的反應器系統,類比電路系統往往需要做全面性地修改與調校,難度較高,相對之下,數位電路系統對於不同反應器系統之修改彈性較佳,不需做高難度地修改,即可針對不同的反應器中子流量量測使用,另外,類比電路系統對各種雜訊之抗干擾性皆不如數位電路系統,有可能因現場輻射環境的干擾等造成讀出數據之誤差。
    有鑑於積體電路技術的進步,現代類比數位轉換器的效率、系統記憶體空間、以及數位信號處理能力,皆有大幅地提升,可達到同傳統類比電路系統即時處理的能力,再加上數位電路系統可調整度彈性大、抗雜訊能力高等優點,評估傳統寬程中子監測系統數位化之可行性,並著重於數位化Campbell定理的研究,為本研究之目標。


    Power monitoring system is one of the most important parts of nuclear planet. Due to the fact that the neutron flux in the reactor core is proportional to the reactor power, the wide range neutronmonitor system (WRNM) plays an important role in controlling and monitoring the situation of the reactor core. It can provide two main functions. First, it offers the information about the power variation; second, it provides the trip signals for the reactor protecting system in order to adjust the control rod.
    The classic WRNM systems were built by analog circuit system for the most parts. It is difficult to tune the parameters among different reactor system. Comparing to the analog cir-cuit system, the digital circuit system is flexible to redesign the parameters, providing a wide adaptability to different reactor systems; Moreover, analog circuit system is sensitive to the noise more than digital circuit system does, hence the readout could have errors for analog circuit system.
    Thanks to the rapid growing of IC technology, the efficiency of ADCs, the memory spaces of system, and the capability of realizing DSP algorithms becomes better and better these years. Using digital system to achieve the real-time processing as what can be done by classic analog system is possible for today’s WRNM. Therefore, the goal of our research is to evaluate the feasibility of digitizing the classic WRNM system, especially for the Campbell technique realization.

    摘要 i 誌謝 iii 目錄 iv 表目錄 vii 圖目錄 viii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 Campbell定理應用於中子流量估測技術 1 1.2.1 Campbell定理數學式 2 1.2.2 Campbell系統之分裂腔特性 4 1.2.2.1 電荷產生 4 1.2.2.2 頻寬 5 1.2.2.3 分裂腔的飽和 7 1.2.3 Campbell訊號大小 8 1.2.4 Campbell系統統計準確度 8 1.2.5 Campbell系統時間響應 9 1.2.6 Campbell定理衍伸-高階Campbell定理 10 第二章 文獻回顧 11 2.1 GENE NUMAC WRNM之Campbell通道架構 11 2.1.1 前置放大器 12 2.1.2 鑑別器模組 14 2.1.3 均方值模組 15 2.1.4 類比模組 16 2.1.5 微電腦模組 17 2.2 GA NM-1000 WRNM之Campbell通道架構 17 2.2.1 前置放大器模組 18 2.2.2 Campbell模組 19 2.2.3 計數/傳送模組 20 2.2.4 微電腦模組 20 2.3 RMS to DC 電路特性探討 21 2.3.1 輸入範圍 21 2.3.2 輸出範圍 21 2.3.3 誤差分析 22 2.3.3.1 靜態誤差 22 2.3.3.2 頻率響應與振幅響應所致之誤差 23 2.3.3.3 輸出平均電容所造成之誤差 24 2.3.4 建立時間 25 2.3.5 規格總結 27 2.4 French MARINE之數位WRNM架構簡介 29 2.5 綜合比較 30 第三章 量測與分析 31 3.1 量測前置作業 31 3.2 量測與分析方法 31 3.3 核一廠反應器中子訊號分析 32 3.3.1 中子訊號內插近似還原 32 3.3.2 變異數 v.s時間圖 36 3.3.2.1 不同平均時間、樣本點數固定 36 3.3.2.2 不同樣本點數、平均時間固定 38 3.4 THOR中子訊號分析 41 3.4.1 變異數 v.s時間圖 41 3.4.1.1 不同平均時間、樣本點數固定 42 3.4.1.2 不同樣本點數、平均時間固定 44 3.4.1.3 與AD536 RMS to DC Converter之直流輸出做比較 46 3.5 類比數位轉換之輸入範圍與解析度評估 47 3.6 討論與綜合比較 48 3.7 THOR中子訊號估算反應器週期 50 第四章 即時監測系統雛型 52 4.1 系統架構 52 4.2 功率計算方法 53 4.3 週期計算方法 54 4.4 顯示面板 65 4.4.1 設定與參數顯示區 65 4.4.2 功率指示器 66 4.4.3 週期指示器 66 4.4.4 百分功率與週期歷史圖表 66 4.4.5 計數器顯示 67 第五章 結論與建議 68 5.1 結論 68 5.2 建議 68 5.2.1 資料擷取方式改善 69 5.2.2 數位演算法的硬體實現 69 5.2.3 於清華THOR建立數位中子儀控系統 69 參考文獻 70 附錄一. 量測前置作業 72 附錄二. GENE NUMAC PreAmp維修驗收測試程序書 113

    [1] DuBridge, R. A., "Campbell Theorem - System Concepts and Results," Nuclear Science, IEEE Transaction on, vol.14, no.1, pp.241-246, Feb. 1967.
    [2] Operation and Maintenance Instructions, NUMAC Detector Preamplifier, GE Nuclear Energy, 1995.
    [3] Operation and Maintenance Instructions, NUMAC Wide Range Neutron Monitor, GE Nuclear Energy, 1995.
    [4] Operation and Maintenance Manual, NM-1000 Neutron Monitoring System, General Atomics, 1989.
    [5] RMS-to-DC Application Guide Second Edition, Analog Device, 1986.
    [6] AD637 High Precision, Wideband RMS-to-DC Converter datasheet, Analog Device, 2007.
    [7] AD536 Integrated Circuit True RMS-to-DC Converter datasheet, Analog Device, 1999.
    [8] Lescop, B.; Normand, S.; Trama, J.-C.; Laribiere, L.; Nguyen, T.; Souloumiac, A.; Dela-cour, P.; Blandin, C.; Cantonnet, B.; Pasdeloup, P.; , "A new system for in-core wide range neutron monitoring," Nuclear Science Symposium Conference Record, 2004 IEEE , vol.3, no., pp.1567-1570 Vol. 3, 16-22 Oct. 2004.
    [9] Lescop, B.; Pasdeloup, P.; Falaise, J.; Lefevre, J.; Nguyen, T.; Sudres, C.; Trama, J.-C.; , "Marine: a fast fully digitalized wide range neutron monitor system ," Nuclear Science Symposium Conference Record, 2000 IEEE , vol.1, no., pp.5/86-5/90 vol.1, 2000.
    [10] Thomas, H. A.; McBride, A. C.; , "Gamma Discrimination and Sensitivities of Averaging and RMS Type Detector Circuits for Campbelling Channels," Nuclear Science, IEEE Transactions on , vol.15, no.1, pp.15-21, Feb. 1968.
    [11] DuBridge, R. A.; Neissel, J. P.; Boyd, L. R.; , "Application of In-Core Detectors to the Startup of Large Boiling Water Reactors," Nuclear Science, IEEE Transactions on , vol.13, no.1, pp.438-442, Feb. 1966.
    [12] Ivan Lux, Attila Baranyai, "Higher order campbell techniques for neutron flux measure-ment: I. Theory, " Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Volume 202, Issue 3, 15 November 1982, Pages 469-475.
    [13] 杜博文,中子偵測系統訓練講義,核二廠模擬中心,台灣,中華民國九十七年。
    [14] TDS3000, TDS3000B, TDS3000C Series Digital Phosphor Oscilloscopes Programmer manual, Tektronix.
    [15] TDS3000 Series Digital Phosphor Oscilloscopes User Manual, Tektronix.
    [16] 蕭子健、王智昱、儲昭偉,虛擬儀控程式設計 LabVIEW 8X,高立圖書有限公司,台灣,中華民國九十六年。
    [17] 惠汝生,LabVIEW 8.X圖控程式應用,全華圖書,台灣,中華民國九十五年。
    [18] John G. Proakis, Dimitris G. Manolakis, Digital Signal Processing, Principles, Algorithms, and Applications, Fourth Edition, Person Education, New Jersey, 2007.
    [19] NI USB-621x User Manual, National Instrument.
    [20] Rolf Schaumann, Mac E. Van Valkenburg, Design of Analog Filters, Oxford University Press, New York, 2001.
    [21] Glenn F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, Third Edition, John Wiley & Sons, New Jersey, 2000.

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE