利用功率量程探測器和信號作為信號源的動態(tài)刻棒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆物理試驗方法領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種采用核反應(yīng)堆堆外功率 量程同一通道多節(jié)探測器的和信號作為信號源的動態(tài)刻棒方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前主流的壓水堆核電廠分批次進行燃料更換操作，一般每隔一年或一年半時 間，核反應(yīng)堆內(nèi)"燃燒"最充分的核燃料就會被卸出堆忍，同時相應(yīng)數(shù)量的新燃料組件會被 裝入反應(yīng)堆。由于新舊燃料的物理特性存在差異，在每次更換燃料操作前，核電廠往往需委 托有資質(zhì)的核工程設(shè)計院來設(shè)計新的核燃料裝載方案。
[0003] 在核電廠依據(jù)設(shè)計單位提供的核燃料裝載方案完成核燃料的裝卸操作后，為了避 免錯裝料，同時也為了驗證設(shè)計單位基于軟件分析計算所提供的設(shè)計方案是正確的，在核 電廠重新發(fā)電之前，都需要進行所謂的反應(yīng)堆啟動物理試驗。由于啟動物理試驗是在核反 應(yīng)堆功率幾乎為零的狀態(tài)下進行的，整個試驗階段電廠都不能對外輸出電能，不產(chǎn)生經(jīng)濟 效益。因此從提高經(jīng)濟性的角度，核電廠都有很強的動力去縮短啟動物理試驗所占用的時 間。
[0004] 在所有的啟動物理試驗項目中，刻棒試驗，即控制棒價值測量試驗所占用的時間 最長。因此，研究快速的控制棒價值測量方法，對提高核電廠的經(jīng)濟性具有十分重要的意 義。
[0005] 然而，傳統(tǒng)的棒價值測量方法，由于"測量"反應(yīng)性所采用的儀器都是建立在點堆 模型運一理論假設(shè)基礎(chǔ)上的，因此，為保證試驗過程運一理論假設(shè)的適用性，試驗過程被要 求不能一次引入比較大的反應(yīng)性，運樣一來，就限制了試驗中控制棒價值的測量速率，導(dǎo)致 每組控制棒價值測量試驗都較為耗時。
[0006] 動態(tài)刻棒試驗方法是最早由美國西屋電氣公司研制成功的一種快速測量控制棒 價值的試驗方法，該方法創(chuàng)造性地在試驗之前引入了對試驗過程的高精度計算機數(shù)值模 擬，并依據(jù)模擬所得結(jié)果，來定量計算整個試驗過程偏離點堆模型的程度，并根據(jù)運樣的偏 離程度，定義出相應(yīng)的修正因子，然后，在實際開展試驗時，就可W不考慮點堆假設(shè)對反應(yīng) 性引入速率的限制，實現(xiàn)W安全允許的最快速度進行控制棒價值測量。最后，依據(jù)測量所得 的插棒過程堆外功率量程中子探測器的電流響應(yīng)信號，再利用事先產(chǎn)生好的修正因子，將 測量所得的并不滿足點堆假設(shè)的信號，重新修正回點堆模型，并最終和傳統(tǒng)方法相類似，由 反應(yīng)性儀中的點堆逆動態(tài)方程求解軟件，計算出試驗過程的反應(yīng)性變化。
[0007] 動態(tài)刻棒方法由于實際測量過程不受傳統(tǒng)方法中點堆模型的限制，因此可W實現(xiàn) 對控制棒價值的快速測量，從而顯著縮短核電廠大修時間，增加電廠的可發(fā)電時間，提升電 廠的運行業(yè)績。除了運一顯著優(yōu)勢外，該方法還由于試驗過程完全不需開展可溶棚濃度調(diào) 節(jié)W及每次只操作一組控制棒等特點，使其較傳統(tǒng)試驗方法更安全、更環(huán)保。正因為該試驗 方法優(yōu)勢顯著，已成為目前國際上最主流的核電廠反應(yīng)堆控制棒價值測量方法，在美、法、 日等國普遍采用。
[0008] 附圖2給出了由美國西屋公司設(shè)計采用的動態(tài)刻棒試驗方案。在該方案中，堆外核 測系統(tǒng)功率量程四個通道中某個通道多節(jié)電離室的電流信號被分成上部信號和下部信號 兩個信號源同時接入反應(yīng)性儀。在反應(yīng)性儀內(nèi)，依據(jù)當(dāng)前時刻控制棒所處的位置，從事先算 好的靜態(tài)修正因子表中分別取出相應(yīng)的修正因子，對上部信號和下部信號進行修正，W剔 除信號中純粹由控制棒插入所造成的堆內(nèi)中子通量密度分布形狀變化所引起的空間效應(yīng)， 然后再對修正后的信號各自歸一，并求和合并成一個信號。W該信號作為輸入，再由反應(yīng)性 儀中的點堆逆動態(tài)方程求解程序算出當(dāng)前時刻反應(yīng)堆的反應(yīng)性，即動態(tài)反應(yīng)性。最后，再依 據(jù)當(dāng)前時刻的控制棒位置，從事先算好的動態(tài)修正因子表中取出相應(yīng)的動態(tài)修正因子，并 將其作用于計算所得的動態(tài)反應(yīng)性上，W修正實際控制棒快速下插過程由于存在緩發(fā)中子 的滯后效應(yīng)等因素所造成的動態(tài)反應(yīng)性和靜態(tài)反應(yīng)性的差異，最終獲得可W和設(shè)計單位提 供的控制棒價值相比較的"測量值"。
[0009] 此外，還需說明的是，按美國西屋公司的方案，在啟動物理試驗過程中（包括動態(tài) 刻棒過程），需將堆外核測系統(tǒng)中子探測器的供電方案由原先的系統(tǒng)自供修改為由反應(yīng)性 儀攜帶的高壓電源提供。
[0010] 當(dāng)考慮現(xiàn)有W美國西屋公司技術(shù)方案為代表的動態(tài)刻棒技術(shù)在我國現(xiàn)役核電廠 的應(yīng)用時，會發(fā)現(xiàn)該技術(shù)存在明顯的缺陷： 首先，我國現(xiàn)役的絕大部分壓水堆核電機組，其技術(shù)都來源于早年從法國引進的大亞 灣核電廠。運些法系機組有一個共同的特點，那就是在核電廠主控制室內(nèi)現(xiàn)成可接入反應(yīng) 性儀的功率量程堆外探測器電流信號僅為一個通道多節(jié)探測器電流信號的和信號，也就是 說，只有對電廠現(xiàn)有的接線方案進行實體改造后，才有可能像美國西屋公司那樣分上部探 測器和下部探測器分別取信號。由于堆外核測系統(tǒng)屬核電廠核安全等級最高的系統(tǒng)，其可 靠性要求極高，對其進行改造一方面會增大核安全的風(fēng)險，另一方面也意味著可觀的經(jīng)濟 和時間成本。
[0011] 其次，如前說述，按西屋公司的方案，在試驗過程需將堆外核測系統(tǒng)的供電方案由 原先的系統(tǒng)自供切換到由反應(yīng)性儀配帶的高壓電源提供。運樣的做法從保證反應(yīng)性儀和堆 外核測系統(tǒng)共用一個物理接地的角度，或許有些益處，但每次試驗要切換核級儀表的高壓 供電方案，不但麻煩，還會帶來額外的風(fēng)險，甚至有可能觸發(fā)試驗過程反應(yīng)堆的意外停堆。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是針對我國核電廠的實際情況提供一種利用功率量程探測器和信 號作為信號源的動態(tài)刻棒方法，所謂和信號是指利用功率量程一個通道多節(jié)探測器實測電 流之和作為測量信號。本發(fā)明更符合我國現(xiàn)役壓水堆核電機組的實際情況，因其不需要對 現(xiàn)有堆外核測系統(tǒng)做任何的硬件改造。
[0013] 為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是運樣的，利用功率量程探測器和信號作為信號源 的動態(tài)刻棒方法，包括如下步驟： 1) 利用電廠主控制室內(nèi)已有的信號端子，記錄某一控制棒組全速插入堆忍過程中，隨 控制棒位置連續(xù)變化的堆外功率量程一個通道所有探測器電流的和信號獄鍵； 2) 將該信號接入帶動態(tài)刻棒功能的反應(yīng)性儀，并由反應(yīng)性儀依據(jù)控制棒棒位信號，從 事先輸入反應(yīng)性儀的靜態(tài)修正因子表中，獲得當(dāng)前棒位下的靜態(tài)修正因子義巧'U); 3) 按下列公式一對凝堆進行修正，得到修正后的信號於驗；
4) W /仁)作為輸入，由反應(yīng)性儀中自帶的點堆逆動態(tài)方程求解模塊，獲得反應(yīng)堆反應(yīng) 性隨控制棒插入深度的變化，即仁）； 5) 由反應(yīng)性儀依據(jù)控制棒棒位信號，從事先輸入反應(yīng)性儀的動態(tài)修正因子表中，獲得 當(dāng)前棒位下的動態(tài)修正因子忍澀'仁)； 6) 按下列公式二對乾進行修正，得到最終的測量結(jié)果:錢擦I; 鶴城亡貓鱗X:麵燃（公式二X
[0014] 該測量結(jié)果體現(xiàn)的是控制棒在不同位置時反應(yīng)堆的反應(yīng)性，直接表征了控制棒處 于堆忍不同位置時對反應(yīng)堆反應(yīng)性的影響，即控制棒價值，得到該測量結(jié)果即意味著完成 了刻棒試驗。
[0015] 進一步地，上述方案中的靜態(tài)和動態(tài)修正因子是用下述方法得到的： 1) 針對擬開展動態(tài)刻棒的反應(yīng)堆，根據(jù)詳細的堆內(nèi)、堆外幾何及材料分布信息，建立相 應(yīng)的屏蔽計算模型，并利用中子屏蔽計算軟件，如美國像樹嶺國家實驗室開發(fā)的D0RT軟件 W及由申請者開發(fā)的GCB軟件進行堆外功率量程探測器響應(yīng)計算，獲得功率量程某個通道 每個探測器對反應(yīng)堆內(nèi)裂變中子源的響應(yīng)關(guān)系。運樣的響應(yīng)關(guān)系是Ξ維空間內(nèi)點對點的響 應(yīng)關(guān)系，可W直接表示為一個Ξ維的函數(shù)，也可W像目前工程中經(jīng)常采用的那樣將其分別 表示為一個徑向的響應(yīng)函數(shù)(兩維函數(shù))和一個軸向的響應(yīng)函數(shù)(一維函數(shù)）。W后一種方法 為例，設(shè)徑向響應(yīng)函數(shù)和軸向響應(yīng)函數(shù)可分別用巧,^,和巧表示，其中i為探測器標(biāo)識，η 為堆忍計算時所形成的徑向粗網(wǎng)的編號，k為堆忍計算時所形成的軸向?qū)拥木幪?；巧?礙分別表示在徑向η粗網(wǎng)和軸向k層粗網(wǎng)均勻產(chǎn)生的各向同性的一個源中子到達探測器 i并在i探測器中形成的電流大??； 2) 根據(jù)反應(yīng)堆具體的核燃料裝載方案，建立反應(yīng)堆物理計算模型； 3) 在步驟2)基礎(chǔ)上，利用穩(wěn)態(tài)堆忍計算軟件，如目前國內(nèi)核電設(shè)計院所采用的美國西 屋公司APA軟件包中的ANC或者法國SCIENCE軟件包中的SMART，或者申請者自行研發(fā)的 ORIENT軟件包中的EGRET，產(chǎn)生與試驗狀態(tài)相對應(yīng)的反應(yīng)堆點堆動力學(xué)參數(shù)； 4) 在步驟2)基礎(chǔ)上，針對待測控制棒組，同樣利用上述堆忍穩(wěn)態(tài)物理計算軟件，模擬其 從所有棒都全部提出堆忍運一狀態(tài)開始，逐步插入至堆忍底部的運個過程； 5) 基于步驟4)計算結(jié)果，得出理論控制棒價值隨控制棒位置的變化關(guān)系，即/4(Z); 6沐良據(jù)步驟4)計算所得的控制棒在不同高度時，堆內(nèi)Ξ維的裂變中子源分布，產(chǎn)生隨控 制棒高度變化的靜態(tài)修正因子SSF;具體計算為公式Ξ