利用功率量程探測(cè)器和信號(hào)作為信號(hào)源的動(dòng)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(yàn)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(cè)器的和信號(hào)作為信號(hào)源的動(dòng)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(jìn)行燃料更換操作，一般每隔一年或一年半時(shí) 間，核反應(yīng)堆內(nèi)"燃燒"最充分的核燃料就會(huì)被卸出堆忍，同時(shí)相應(yīng)數(shù)量的新燃料組件會(huì)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(jì)院來(lái)設(shè)計(jì)新的核燃料裝載方案。
[0003] 在核電廠依據(jù)設(shè)計(jì)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(cuò)裝料，同時(shí)也為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)單位基于軟件分析計(jì)算所提供的設(shè)計(jì)方案是正確的，在核 電廠重新發(fā)電之前，都需要進(jìn)行所謂的反應(yīng)堆啟動(dòng)物理試驗(yàn)。由于啟動(dòng)物理試驗(yàn)是在核反 應(yīng)堆功率幾乎為零的狀態(tài)下進(jìn)行的，整個(gè)試驗(yàn)階段電廠都不能對(duì)外輸出電能，不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì) 效益。因此從提高經(jīng)濟(jì)性的角度，核電廠都有很強(qiáng)的動(dòng)力去縮短啟動(dòng)物理試驗(yàn)所占用的時(shí) 間。
[0004] 在所有的啟動(dòng)物理試驗(yàn)項(xiàng)目中，刻棒試驗(yàn)，即控制棒價(jià)值測(cè)量試驗(yàn)所占用的時(shí)間 最長(zhǎng)。因此，研究快速的控制棒價(jià)值測(cè)量方法，對(duì)提高核電廠的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意 義。
[0005] 然而，傳統(tǒng)的棒價(jià)值測(cè)量方法，由于"測(cè)量"反應(yīng)性所采用的儀器都是建立在點(diǎn)堆 模型運(yùn)一理論假設(shè)基礎(chǔ)上的，因此，為保證試驗(yàn)過(guò)程運(yùn)一理論假設(shè)的適用性，試驗(yàn)過(guò)程被要 求不能一次引入比較大的反應(yīng)性，運(yùn)樣一來(lái)，就限制了試驗(yàn)中控制棒價(jià)值的測(cè)量速率，導(dǎo)致 每組控制棒價(jià)值測(cè)量試驗(yàn)都較為耗時(shí)。
[0006] 動(dòng)態(tài)刻棒試驗(yàn)方法是最早由美國(guó)西屋電氣公司研制成功的一種快速測(cè)量控制棒 價(jià)值的試驗(yàn)方法，該方法創(chuàng)造性地在試驗(yàn)之前引入了對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的高精度計(jì)算機(jī)數(shù)值模 擬，并依據(jù)模擬所得結(jié)果，來(lái)定量計(jì)算整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程偏離點(diǎn)堆模型的程度，并根據(jù)運(yùn)樣的偏 離程度，定義出相應(yīng)的修正因子，然后，在實(shí)際開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)，就可W不考慮點(diǎn)堆假設(shè)對(duì)反應(yīng) 性引入速率的限制，實(shí)現(xiàn)W安全允許的最快速度進(jìn)行控制棒價(jià)值測(cè)量。最后，依據(jù)測(cè)量所得 的插棒過(guò)程堆外功率量程中子探測(cè)器的電流響應(yīng)信號(hào)，再利用事先產(chǎn)生好的修正因子，將 測(cè)量所得的并不滿足點(diǎn)堆假設(shè)的信號(hào)，重新修正回點(diǎn)堆模型，并最終和傳統(tǒng)方法相類似，由 反應(yīng)性儀中的點(diǎn)堆逆動(dòng)態(tài)方程求解軟件，計(jì)算出試驗(yàn)過(guò)程的反應(yīng)性變化。
[0007] 動(dòng)態(tài)刻棒方法由于實(shí)際測(cè)量過(guò)程不受傳統(tǒng)方法中點(diǎn)堆模型的限制，因此可W實(shí)現(xiàn) 對(duì)控制棒價(jià)值的快速測(cè)量，從而顯著縮短核電廠大修時(shí)間，增加電廠的可發(fā)電時(shí)間，提升電 廠的運(yùn)行業(yè)績(jī)。除了運(yùn)一顯著優(yōu)勢(shì)外，該方法還由于試驗(yàn)過(guò)程完全不需開(kāi)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(diǎn)，使其較傳統(tǒng)試驗(yàn)方法更安全、更環(huán)保。正因?yàn)樵撛囼?yàn) 方法優(yōu)勢(shì)顯著，已成為目前國(guó)際上最主流的核電廠反應(yīng)堆控制棒價(jià)值測(cè)量方法，在美、法、 日等國(guó)普遍采用。
[0008] 附圖2給出了由美國(guó)西屋公司設(shè)計(jì)采用的動(dòng)態(tài)刻棒試驗(yàn)方案。在該方案中，堆外核 測(cè)系統(tǒng)功率量程四個(gè)通道中某個(gè)通道多節(jié)電離室的電流信號(hào)被分成上部信號(hào)和下部信號(hào) 兩個(gè)信號(hào)源同時(shí)接入反應(yīng)性儀。在反應(yīng)性儀內(nèi)，依據(jù)當(dāng)前時(shí)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(duì)上部信號(hào)和下部信號(hào)進(jìn)行修正，W剔 除信號(hào)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(duì)修正后的信號(hào)各自歸一，并求和合并成一個(gè)信號(hào)。W該信號(hào)作為輸入，再由反應(yīng)性 儀中的點(diǎn)堆逆動(dòng)態(tài)方程求解程序算出當(dāng)前時(shí)刻反應(yīng)堆的反應(yīng)性，即動(dòng)態(tài)反應(yīng)性。最后，再依 據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的控制棒位置，從事先算好的動(dòng)態(tài)修正因子表中取出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)修正因子，并 將其作用于計(jì)算所得的動(dòng)態(tài)反應(yīng)性上，W修正實(shí)際控制棒快速下插過(guò)程由于存在緩發(fā)中子 的滯后效應(yīng)等因素所造成的動(dòng)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(jì)單位提 供的控制棒價(jià)值相比較的"測(cè)量值"。
[0009] 此外，還需說(shuō)明的是，按美國(guó)西屋公司的方案，在啟動(dòng)物理試驗(yàn)過(guò)程中（包括動(dòng)態(tài) 刻棒過(guò)程），需將堆外核測(cè)系統(tǒng)中子探測(cè)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(guó)西屋公司技術(shù)方案為代表的動(dòng)態(tài)刻棒技術(shù)在我國(guó)現(xiàn)役核電廠 的應(yīng)用時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)存在明顯的缺陷： 首先，我國(guó)現(xiàn)役的絕大部分壓水堆核電機(jī)組，其技術(shù)都來(lái)源于早年從法國(guó)引進(jìn)的大亞 灣核電廠。運(yùn)些法系機(jī)組有一個(gè)共同的特點(diǎn)，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(cè)器電流信號(hào)僅為一個(gè)通道多節(jié)探測(cè)器電流信號(hào)的和信號(hào)，也就是 說(shuō)，只有對(duì)電廠現(xiàn)有的接線方案進(jìn)行實(shí)體改造后，才有可能像美國(guó)西屋公司那樣分上部探 測(cè)器和下部探測(cè)器分別取信號(hào)。由于堆外核測(cè)系統(tǒng)屬核電廠核安全等級(jí)最高的系統(tǒng)，其可 靠性要求極高，對(duì)其進(jìn)行改造一方面會(huì)增大核安全的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也意味著可觀的經(jīng)濟(jì) 和時(shí)間成本。
[0011] 其次，如前說(shuō)述，按西屋公司的方案，在試驗(yàn)過(guò)程需將堆外核測(cè)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(yùn)樣的做法從保證反應(yīng)性儀和堆 外核測(cè)系統(tǒng)共用一個(gè)物理接地的角度，或許有些益處，但每次試驗(yàn)要切換核級(jí)儀表的高壓 供電方案，不但麻煩，還會(huì)帶來(lái)額外的風(fēng)險(xiǎn)，甚至有可能觸發(fā)試驗(yàn)過(guò)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(duì)我國(guó)核電廠的實(shí)際情況提供一種利用功率量程探測(cè)器和信 號(hào)作為信號(hào)源的動(dòng)態(tài)刻棒方法，所謂和信號(hào)是指利用功率量程一個(gè)通道多節(jié)探測(cè)器實(shí)測(cè)電 流之和作為測(cè)量信號(hào)。本發(fā)明更符合我國(guó)現(xiàn)役壓水堆核電機(jī)組的實(shí)際情況，因其不需要對(duì) 現(xiàn)有堆外核測(cè)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(yùn)樣的，利用功率量程探測(cè)器和信號(hào)作為信號(hào)源 的動(dòng)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(hào)端子，記錄某一控制棒組全速插入堆忍過(guò)程中，隨 控制棒位置連續(xù)變化的堆外功率量程一個(gè)通道所有探測(cè)器電流的和信號(hào)獄鍵； 2) 將該信號(hào)接入帶動(dòng)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(hào)，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(duì)凝堆進(jìn)行修正，得到修正后的信號(hào)於驗(yàn)；
4) W /仁)作為輸入，由反應(yīng)性儀中自帶的點(diǎn)堆逆動(dòng)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(hào)，從事先輸入反應(yīng)性儀的動(dòng)態(tài)修正因子表中，獲得 當(dāng)前棒位下的動(dòng)態(tài)修正因子忍澀'仁)； 6) 按下列公式二對(duì)乾進(jìn)行修正，得到最終的測(cè)量結(jié)果:錢擦I; 鶴城亡貓鱗X:麵燃（公式二X
[0014] 該測(cè)量結(jié)果體現(xiàn)的是控制棒在不同位置時(shí)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(shí)對(duì)反應(yīng)堆反應(yīng)性的影響，即控制棒價(jià)值，得到該測(cè)量結(jié)果即意味著完成 了刻棒試驗(yàn)。
[0015] 進(jìn)一步地，上述方案中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)修正因子是用下述方法得到的： 1) 針對(duì)擬開(kāi)展動(dòng)態(tài)刻棒的反應(yīng)堆，根據(jù)詳細(xì)的堆內(nèi)、堆外幾何及材料分布信息，建立相 應(yīng)的屏蔽計(jì)算模型，并利用中子屏蔽計(jì)算軟件，如美國(guó)像樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的D0RT軟件 W及由申請(qǐng)者開(kāi)發(fā)的GCB軟件進(jìn)行堆外功率量程探測(cè)器響應(yīng)計(jì)算，獲得功率量程某個(gè)通道 每個(gè)探測(cè)器對(duì)反應(yīng)堆內(nèi)裂變中子源的響應(yīng)關(guān)系。運(yùn)樣的響應(yīng)關(guān)系是Ξ維空間內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的響 應(yīng)關(guān)系，可W直接表示為一個(gè)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(gè)徑向的響應(yīng)函數(shù)(兩維函數(shù))和一個(gè)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(cè)器標(biāo)識(shí)，η 為堆忍計(jì)算時(shí)所形成的徑向粗網(wǎng)的編號(hào)，k為堆忍計(jì)算時(shí)所形成的軸向?qū)拥木幪?hào)；巧和 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(gè)源中子到達(dá)探測(cè)器 i并在i探測(cè)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(jì)算模型； 3) 在步驟2)基礎(chǔ)上，利用穩(wěn)態(tài)堆忍計(jì)算軟件，如目前國(guó)內(nèi)核電設(shè)計(jì)院所采用的美國(guó)西 屋公司APA軟件包中的ANC或者法國(guó)SCIENCE軟件包中的SMART，或者申請(qǐng)者自行研發(fā)的 ORIENT軟件包中的EGRET，產(chǎn)生與試驗(yàn)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)堆點(diǎn)堆動(dòng)力學(xué)參數(shù)； 4) 在步驟2)基礎(chǔ)上，針對(duì)待測(cè)控制棒組，同樣利用上述堆忍穩(wěn)態(tài)物理計(jì)算軟件，模擬其 從所有棒都全部提出堆忍運(yùn)一狀態(tài)開(kāi)始，逐步插入至堆忍底部的運(yùn)個(gè)過(guò)程； 5) 基于步驟4)計(jì)算結(jié)果，得出理論控制棒價(jià)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(jì)算所得的控制棒在不同高度時(shí)，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(jì)算為公式Ξ