專利名稱：次臨界反應(yīng)性測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量核反應(yīng)堆的次臨界中子增殖因數(shù)Keff的方法，更具體地講， 涉及一種確定在核反應(yīng)堆芯處于次臨界時(shí)發(fā)生的所有反應(yīng)性變化的方法。
背景技術(shù)：
在壓水反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)中，由于支撐在堆芯內(nèi)的多個(gè)燃料棒中所發(fā)生的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在壓力容器芯內(nèi)產(chǎn)生熱。燃料棒在燃料組件內(nèi)保持一定的空間關(guān)系，使得燃料棒之間的空間形成含硼水所流經(jīng)的冷卻劑通道。冷卻劑水內(nèi)的氫使燃料內(nèi)的濃縮鈾所發(fā)射的中子減速，以增加核反應(yīng)次數(shù)，從而提高該過程的效率。控制棒導(dǎo)向管占據(jù)燃料棒位置散布在燃料組件內(nèi)，并用于引導(dǎo)控制棒，這些控制棒能夠插入堆芯或從堆芯抽出。當(dāng)插入時(shí)，控制棒吸收中子，從而減少核反應(yīng)次數(shù)和堆芯內(nèi)產(chǎn)生的熱量。冷卻劑穿過組件流出反應(yīng)堆之外，流到蒸汽發(fā)生器的管側(cè)，然后熱被傳遞給低壓的蒸汽發(fā)生器的殼側(cè)中的水，從而生成用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的蒸汽。按照閉環(huán)循環(huán)，從蒸汽發(fā)生器的管側(cè)流出的冷卻劑被主冷卻劑泵驅(qū)動(dòng)回到反應(yīng)堆中，以重新開始上述過程。核反應(yīng)堆的功率級(jí)通常分為三個(gè)區(qū)段源或啟動(dòng)區(qū)段、中間區(qū)段和功率區(qū)段。對(duì)反應(yīng)堆的功率級(jí)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，以確保安全運(yùn)行。此類監(jiān)測(cè)通常利用中子探測(cè)器來進(jìn)行，所述中子探測(cè)器設(shè)置在反應(yīng)堆芯外部和內(nèi)部，用于測(cè)量反應(yīng)堆的中子通量。由于反應(yīng)堆中任意點(diǎn)處的中子通量均與裂變速率成比例，所以中子通量也與功率級(jí)成比例。已經(jīng)使用裂變和電離室來測(cè)量反應(yīng)堆源區(qū)段、中間區(qū)段和功率區(qū)段中的通量。典型的裂變和電離室能夠在所有的正常功率級(jí)下工作，然而，它們的靈敏度通常不足以精確地探測(cè)源區(qū)段中發(fā)射的低級(jí)中子通量。因此，當(dāng)反應(yīng)堆的功率級(jí)處于源區(qū)段時(shí)，通常使用單獨(dú)的低級(jí)源區(qū)段探測(cè)器來監(jiān)測(cè)中子通量。當(dāng)處于適當(dāng)能級(jí)的自由中子撞擊包含在燃料棒內(nèi)的裂變材料的原子時(shí)，發(fā)生堆芯內(nèi)的裂變反應(yīng)。該反應(yīng)導(dǎo)致釋放大量熱能(該熱能被反應(yīng)堆冷卻劑從堆芯吸走)，并且導(dǎo)致釋放額外的自由中子，這些自由中子可用于產(chǎn)生更多的裂變反應(yīng)。這些釋放的中子中的一些從堆芯逃逸或被中子吸收體(例如，控制棒)吸收，因此不會(huì)引起傳統(tǒng)的裂變反應(yīng)。通過控制存在于堆芯中的中子吸收材料的量，可控制裂變速率。裂變材料中總是會(huì)發(fā)生隨機(jī)的裂變反應(yīng)，但當(dāng)堆芯停堆時(shí)，釋放的中子以如此高的速率被吸收，使得不會(huì)發(fā)生持續(xù)的連串反應(yīng)。通過減少中子吸收材料，直到給定反應(yīng)級(jí)中的中子數(shù)等于前一反應(yīng)級(jí)的中子數(shù)，該過程變?yōu)樽猿宙準(zhǔn)椒磻?yīng)，反應(yīng)堆被稱為處于“臨界”。當(dāng)反應(yīng)堆處于臨界時(shí)，中子通量比反應(yīng)堆停堆時(shí)高6個(gè)數(shù)量級(jí)左右。在一些反應(yīng)堆中，為了使停堆的堆芯中的中子通量加速增加，以達(dá)到實(shí)際轉(zhuǎn)變間隔，人造中子源被植入反應(yīng)堆芯中包含裂變材料的燃料棒之間。該人造中子源帶來中子通量的局部增加，以幫助使反應(yīng)堆達(dá)到功率區(qū)段。在不存在中子源的情況下，一個(gè)反應(yīng)級(jí)中的自由中子數(shù)與前一反應(yīng)級(jí)中的自由中子數(shù)之比被稱作“中子增殖因數(shù)”(Krff),并用作對(duì)反應(yīng)堆反應(yīng)性的度量。換句話講，核堆芯臨界性的度量為Krff，即，中子產(chǎn)生量與由毀滅和損失二者引起的總中子損失之比。當(dāng)Krff大于1時(shí)，產(chǎn)生的中子多于毀滅的中子。類似地，當(dāng)Krff小于1時(shí)，毀滅的中子多于產(chǎn)生的中子。當(dāng)Krff小于1時(shí)，反應(yīng)堆被稱作處于“次臨界”。直到最近，仍沒有直接的方法從源區(qū)段芯外探測(cè)器測(cè)量臨界態(tài)將何時(shí)發(fā)生。核電站操作員通常通過多種方法來估計(jì)臨界態(tài)將何時(shí)發(fā)生。一種估計(jì)臨界態(tài)將何時(shí)發(fā)生的方法是將從源區(qū)段探測(cè)器獲得的計(jì)數(shù)率的反比繪制為用于使核電站達(dá)到臨界的條件改變(例如，抽出控制棒)的函數(shù)。當(dāng)核電站達(dá)到臨界時(shí)， 源區(qū)段計(jì)數(shù)率接近無窮大，因此，計(jì)數(shù)率反比(ICRR)趨于零。由于反應(yīng)堆芯內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)的物理特性，ICRR曲線幾乎總是凸的，有時(shí)是凹的。因此，從ICRR曲線估計(jì)核電站將達(dá)到臨界的條件常有很多不確定性，而且還易受美國(guó)核管制委員會(huì)和核電運(yùn)行協(xié)會(huì)相當(dāng)大的審查。新近，已設(shè)計(jì)出一種方法來直接預(yù)測(cè)反應(yīng)堆將何時(shí)達(dá)到臨界。該方法描述于美國(guó)專利6，801，593中。根據(jù)該方法，在監(jiān)測(cè)源區(qū)段探測(cè)器的輸出時(shí)，反應(yīng)堆芯的反應(yīng)性增加。 在輸出的瞬變部分期間周期性地確定得自探測(cè)器輸出的計(jì)數(shù)率反比。向計(jì)數(shù)率反比數(shù)據(jù)應(yīng)用校正因數(shù)，將數(shù)據(jù)繪制為時(shí)間的函數(shù)。校正因數(shù)使計(jì)數(shù)率反比線性化，以使得該曲線能夠預(yù)測(cè)地外推。因此，該方法描述了空間校正的反計(jì)數(shù)率堆芯反應(yīng)性測(cè)量過程。然而，此方法沒有解決堆芯反應(yīng)性測(cè)量的精度問題，該精度取決于測(cè)量的中子輻射水平的精度。具體地講，精確地確定測(cè)量的中子水平的微小變化非常重要。正確工作的中子輻射探測(cè)器中最大的中子測(cè)量誤差分量通常是由所謂的“背景信號(hào)”引起的。背景信號(hào)在探測(cè)器測(cè)量中引起非源中子引起的響應(yīng)。這導(dǎo)致測(cè)量的堆芯反應(yīng)性變化的誤差。為了改善中子群測(cè)量的精度， 并相應(yīng)地改善計(jì)數(shù)率反比反應(yīng)性測(cè)量處理的精度，有必要在使用測(cè)量值計(jì)算反應(yīng)性變化之前，從測(cè)量值中去除背景信號(hào)分量。就這一點(diǎn)，目前仍沒有直接的方法來從商業(yè)核電站所使用的典型中子探測(cè)器確定中子信號(hào)測(cè)量值中的背景信號(hào)內(nèi)容。因此，期望有一種方法，其能夠精確地確定商業(yè)核電站中所測(cè)量的中子信號(hào)的背景內(nèi)容。另外，還期望有這樣的一種方法，其不需要對(duì)現(xiàn)有的商業(yè)核電站設(shè)備或運(yùn)行實(shí)踐進(jìn)行任何改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種確定核反應(yīng)堆的臨界態(tài)接近度的方法來滿足上述目的，所述核反應(yīng)堆具有位于反應(yīng)堆容器的堆芯區(qū)中的控制棒構(gòu)造以及穿過堆芯循環(huán)的冷卻慢化劑。 所述方法的步驟首先在源功率區(qū)段，監(jiān)測(cè)探測(cè)器輸出的瞬變部分期間的源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)，以獲得冷卻慢化劑處于與第一溫度對(duì)應(yīng)的密度時(shí)堆芯的中子輻射水平。然后將堆芯的溫度升高至第二溫度，監(jiān)測(cè)第二源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)，以獲得冷卻慢化劑處于與第二溫度對(duì)應(yīng)的密度時(shí)堆芯的中子輻射水平。該方法根據(jù)以下關(guān)系基于監(jiān)測(cè)的第一和第二源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)確定背景非中子信號(hào)分量
權(quán)利要求
1.一種確定核反應(yīng)堆的臨界態(tài)接近度的方法，所述核反應(yīng)堆具有位于核反應(yīng)堆容器的堆芯區(qū)中的控制棒構(gòu)造以及穿過堆芯循環(huán)的冷卻慢化劑，所述方法包括以下步驟監(jiān)測(cè)探測(cè)器信號(hào)的瞬變部分期間的第一源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)CM。，以獲得冷卻慢化劑處于與第一溫度對(duì)應(yīng)的密度時(shí)堆芯的中子輻射水平；將堆芯的溫度升高至第二溫度；監(jiān)測(cè)探測(cè)器信號(hào)的瞬變部分期間的第二源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)Cmh,以獲得冷卻慢化劑處于與第二溫度對(duì)應(yīng)的密度時(shí)堆芯的中子輻射水平，監(jiān)測(cè)的第一源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)和監(jiān)測(cè)的第二源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)各具有背景非中子信號(hào)分量N ；根據(jù)以下關(guān)系基于監(jiān)測(cè)的第一和第二源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)確定背景非中子信號(hào)分量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述核反應(yīng)堆是壓力輕水反應(yīng)堆。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中慢化劑是含硼水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)的監(jiān)測(cè)和第二源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)的監(jiān)測(cè)之間所述控制棒構(gòu)造和慢化劑的濃度保持不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在確定背景非中子信號(hào)分量的步驟中，由監(jiān)測(cè)的 Cmh和Cmc值之比近似得出1/ICRReh項(xiàng)，以獲得N的初始值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括以下步驟從Cmh和Cmc值減去N的初始值，并計(jì)算 N的殘值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括以下步驟將堆芯的溫度升高到第三溫度；監(jiān)測(cè)探測(cè)器信號(hào)的瞬變部分期間的第三源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)，以獲得冷卻慢化劑處于與第三溫度對(duì)應(yīng)的密度時(shí)堆芯的中子輻射水平；利用1/ICRReh的近似值由第二源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)和第三源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)確定N ；計(jì)算N的新殘值；重復(fù)上述處理，直到確定N的最終殘值小于源區(qū)段信號(hào)測(cè)量的分辨率極限；以及根據(jù)用于生成N的最終殘值的所有N值之和確定N的最終值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種確定反應(yīng)堆臨界態(tài)所使用的空間校正的反計(jì)數(shù)率(SCICR)的確定方法，其從源區(qū)段探測(cè)器輸出中減去背景噪聲信號(hào)。該方法在源區(qū)段中，隨著反應(yīng)堆功率輸出增加，監(jiān)測(cè)探測(cè)器輸出的瞬變部分期間兩個(gè)不同堆芯溫度水平下的源區(qū)段探測(cè)器信號(hào)。該信息被用來分析確定背景噪聲信號(hào)，然后從探測(cè)器輸出中減去該背景噪聲信號(hào)，以獲得SCICR反應(yīng)性測(cè)量值。
文檔編號(hào)G01T3/00GK102246242SQ200980149463
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者P·J·塞巴斯蒂亞尼 申請(qǐng)人:西屋電氣有限責(zé)任公司