CN101785068A - 轴向输出分布控制方法、轴向输出分布控制系统以及轴向输出分布控制程序 - Google Patents

Abstract

仅仅通过采用简单并且操作目的明确的运转操作控制核反应堆的轴向输出分布，就可以同时控制氙振荡，提前将氙振荡抑制得极小。具有下述步骤：根据堆芯上半部分和下半部分的相对输出(P_T、P_B)，计算轴向输出分布偏差(AO_P)、与当前的氙浓度以及碘浓度在该状态下实现为平衡状态对应的轴向输出分布偏差(AO_X、AO_I)的轴向输出分布偏差计算步骤；计算(DAO_PX、DAO_IX)的参数计算步骤；显示使DAO_PX和DAO_IX为一个轴和另一轴的轨迹的轨迹显示步骤；判别AO_P是否超过了允许范围的允许范围超过判别步骤；在AO_P超过了允许范围时，针对该主旨进行报警的警报步骤；以及接收警报，对控制棒进行移动控制，以便向椭圆轨迹的长轴引导印迹点的控制棒移动步骤。

Description

轴向输出分布控制方法、轴向输出分布控制系统以及轴向输出分布控制程序

技术领域

本发明涉及控制核反应堆的轴向输出分布的技术，特别是涉及提前防止有可能在压水型核反应堆中产生的氙振荡的轴向输出分布控制方法、轴向输出分布控制系统以及轴向输出分布控制程序。

背景技术

目前，在核电站等使用的压水型核反应堆(PWR：Pressurized WaterReactor)中，已知有产生称为氙振荡的现象。该氙振荡是由于在核裂变中产生的核裂变生成物中的中子的吸收能力高的氙的空间浓度分布的变动，而引起的输出分布的空间振荡。

当发生了氙振荡时，核反应堆的输出分布的变形增大，局部的输出变得过大，所以有可能引起核燃料棒的烧毁或损坏。此外，在发生了冷却材料损失事故等事故时，也无法确保核燃料棒的健全性，成为安全上的问题。因此，为了避免这些问题，在发生了氙振荡时，需要将其抑制在安全上没有问题的范围内。

作为防止上述的输出分布过大变形的技术，已知有使轴向输出分布收容在一定的范围内的“输出分布控制法”。例如，在轴向输出分布恒定值控制法中，在额定输出中，把在控制棒几乎全部拔出的状态下稳定的状态的轴向输出分布偏差(AO：Axial Offset)决定为目标值。并且，监视运转时的轴向输出分布偏差AO(在输出比额定输出低时对AO乘以相对输出后的值)是否收容在距离该目标值一定的允许范围内，在轴向输出分布偏差AO超出了该允许范围时，使用控制棒进行控制，以便将轴向输出分布偏差AO引导入允许范围内。(专利文献1、非专利文献1)

此外，作为本发明发明人的发明，已知在专利第3202430号中记载的氙振荡控制方法(专利文献2、非专利文献2、非专利文献3)。在该氙振荡控制方法中，使用核反应堆的堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)、与当前的氙浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(AO_X)、以及与当前的碘浓度在该状态下实现为平衡状态对应的轴向输出分布偏差(AO_I)。根据把参数DAO_PX(＝AO_P-AO_X)印迹在X轴上，把参数DAO_IX(＝AO_I-AO_X)印迹在Y轴上时的轨迹，通过插入或者拔出控制棒来使该轨迹移动到原点，由此来消除所产生的氙振荡。

专利文献1：特许第3202430号公报

专利文献2：特开2000-121779号公报

非专利文献1：火力原子力発電Vol.31 No.2「PWR のロ一ドフオロ一運転」

非专利文献2：日本原子力学会誌Vol.33 No.3「軸方向出力分布偏差のオンラインデ一タ処理に基づくPWRの轴方向キセノン振動の最適制御法」

非专利文献3：日本原子力学会誌Vol.38 No.1「負荷追従運転時のキセノン振動制御に对するアキシヤルオフセツト軌跡法の改良」

发明内容

但是，上述的现有的“输出分布控制发”简单地把轴向输出分布偏差AO控制在允许范围内，所以即使防止大的氙振荡的产生，也无法消除氙振荡。因此，存在需要另外探讨针对氙振荡的控制、发生的对策的问题。此外，因为根据输出分布的信息进行控制，所以在允许范围对应输出值进行变化等运用方法中存在较大的制约，存在难以高效地运转核反应堆的问题。

此外，在上述专利文献1中记载的发明在消除发生的氙振荡这一点上确实是有效的方法，但是只不过是控制已经发生的氙振荡。因此，无法用于输出分布控制。

本发明的是为了解决这样的问题点而提出的，其目的在于，仅仅通过采用简单并且操作目的明确的运转操作控制核反应堆的轴向输出分布，可以同时控制氙振荡，提前将氙振荡抑制为极小的轴向输出分布控制方法、轴向输出分布控制系统以及轴向输出分布控制程序。

本发明的轴向输出分布控制方法的特征在于，具有：根据核反应堆的堆芯上半部分的相对输出(P_T)以及该堆芯下半部分的相对输出(P_B)，使用以下的关系式(1)～(3)，分别计算轴向输出分布偏差(AO_P)、与当前的氙浓度在该状态下实现为平衡状态对应的轴向输出分布偏差(AO_X)、以及与当前的碘浓度在该状态下实现为平衡状态对应的轴向输出分布偏差(AO_I)的轴向输出分布偏差计算步骤；计算参数DAO_PX(＝AO_P-AO_X)以及参数DAO_IX(＝AO_I-AO_X)的参数计算步骤；在显示单元中显示在直角坐标系中，使所述参数DAO_PX为一个轴，使所述参数DAO_IX为另一轴的轨迹的轨迹显示步骤；判别所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)是否超过了用于确保所述堆芯的安全性的允许范围的允许范围超过判别步骤；在判别出所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)超过了所述允许范围时，针对该主旨进行报警的警报步骤；以及接收所述警报，对控制棒进行移动控制，以便向通过所述参数的轨迹描绘的椭圆的长轴引导所述轨迹的印迹点的控制棒移动步骤。

AO_P＝(P_T-P_B)/(P_T+P_B)       ...式(1)

AO_X＝(P_TX-P_BX)/(P_TX+P_BX)   ...式(2)

AO_I＝(P_TI-P_BI)/(P_TI+P_BI)   ...式(3)

其中，

P_TX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出

P_BX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出

P_TI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出

P_BI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出

此外，本发明的轴向输出分布控制系统以及轴向输出分布控制程序的特征正在于，具备：根据核反应堆的堆芯上半部分的相对输出(P_T)以及该堆芯下半部分的相对输出(P_B)，使用以下的关系式(1)～(3)，分别计算轴向输出分布偏差(AO_P)、与当前的氙浓度在该状态下实现为平衡状态对应的轴向输出分布偏差(AO_X)、以及与当前的碘浓度在该状态下实现为平衡状态对应的轴向输出分布偏差(AO_I)的轴向输出分布偏差计算部；计算参数DAO_PX(＝AO_P-AO_X)以及参数DAO_IX(＝AO_I-AO_X)的参数计算部；在显示单元中显示在直角坐标系中，使所述参数DAO_PX为一个轴，使所述参数DAO_IX为另一轴的轨迹的轨迹显示部；判别所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)是否超过了用于确保所述堆芯的安全性的允许范围的允许范围超过判别部；在判别出所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)超过了所述允许范围时，对该主旨进行报警的警报部；以及接收所述警报，对控制棒进行移动控制，以便向通过所述参数的轨迹描绘的椭圆的长轴引导所述轨迹的印迹点的控制棒移动部。

AO_P＝(P_T-P_B)/(P_T+P_B)      ...式(1)

AO_X＝(P_TX-P_BX)/(P_TX+P_BX)  ...式(2)

AO_I＝(P_TI-P_BI)/(P_TI+P_BI)  ...式(3)

其中，

P_TX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出

P_BX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出

P_TI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出

P_BI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出

根据本发明，仅仅通过控制核反应堆的轴向输出分布，可以同时控制氙振荡，可以提前将氙振荡抑制为极小。

附图说明

图1是表示本发明的轴向输出分布控制系统以及核反应堆的全体结构的框图。

图2在本实施方式中，(a)表示氙振荡稳定时的印迹轨迹、(b)表示氙振荡为发散性时的印迹轨迹。

图3在本实施方式中，(a)表示氙振荡中的AO_P，(b)表示与图3(a)对应的(DAO_PX，DAO_IX)的印迹轨迹。

图4是表示本实施方式的轴向输出分布控制方法的流程图。

图5是表示在本实施例1中，控制棒的移动履历以及输出与经过时间的关系的图表。

图6是表示在本实施例1中，AO_P的变化履历和与图5对应的经过时间的关系的图表。

图7是表示在本实施例1中，印迹点(DAO_PX，DAO_IX)的轨迹的图表。

图8是表示在比较例中，“AO_P*相对输出”和相对输出的关系的图表。

符号说明

1轴向输出分布控制系统、1a轴向输出分布控制程序、2显示单元、3输入单元、4存储单元、5运算处理单元、10核反应堆、11压力容器、12堆芯、13控制棒、14控制棒驱动装置、15a上部堆外中子束检测器、15b下部堆外中子束检测器、16中子束测量装置、41程序存储部、42输出变化允许值存储部、51相对输出取得部、52轴向输出分布偏差计算部、53参数计算部、54轨迹显示部、55允许范围超过判别部、56警报部、57控制棒移动部

具体实施方式

使用附图说明本发明的轴向输出分布控制方法、轴向输出分布控制系统以及轴向输出分布控制程序的实施方式。

图1是表示安装了本发明的轴向输出分布控制程序1a的轴向输出分布控制系统1、通过该轴向输出分布控制系统1控制的核反应堆10的全体结构的方框图。

在本实施方式中，核反应堆10是压水型核反应堆(PWR：Pressurized WaterReactor)，具有压力容器11、设置在该压力容器11内的堆芯12、对该堆芯12内的核裂变反应进行控制的控制棒13、在上下方向上驱动该控制棒13的控制棒驱动装置14、对应于堆芯12的上下位置配置的上部堆外中子束检测器15a以及下部堆外中子束检测器15b、根据这些检测器15a和15b的检测值来计算堆芯12的相对输出的中子束测量装置16。

在堆芯12的内部配置有成为核燃料的多个燃料棒。此外，控制棒13通过控制棒驱动装置14来驱动，对于堆芯12可以进行插入以及拔出的控制。在本实施方式中，所谓“轴向”是指堆芯12的轴向，与燃料棒的长度方向以及控制棒13的驱动方向一致。而且，在压水型核反应堆10中，因为轴向上的氙振荡是优先，所以在本实施方式中说明轴向上的氙振荡。

控制棒驱动装置14由后述的运算处理单元5控制，在上下方向上驱动控制棒13。此外，各个堆外中子束检测器15a、15b分别检测从堆芯12的上半部以及下半部向堆外释放的中子束。中子束测量装置16根据各个堆外中子束检测器15a、15b的检测值，计算堆芯上半部分的相对输出(以下称为P_T)以及堆芯下半部分的相对输出(以下称为P_B)。在本实施方式中，所谓相对输出是指将核反应堆10的额定输出标准化为1.0时的输出。

此外，本实施方式的轴向输出分布控制系统1如图1所示，主要由以下部分构成：由液晶显示器等构成的显示单元2、由键盘或鼠标等构成的输入单元3、存储本实施方式的轴向输出分布控制程序1a和各种数据等的存储单元4、控制这些各个构成单元，并且取得各种数据来执行运算处理的运算处理单元5。

存储单元4由硬盘或RAM(Random Access Memory)等构成，如图1所示，具有程序存储部41、输出变化允许值存储部42。

以下更加详细地说明存储单元4的各构成部分。在程序存储部41中，安装了本实施方式的轴向输出分布控制程序1a。并且，通过运算处理单元5来执行，由此实现了本实施方式的轴向输出分布控制方法。

输出变化允许值存储部42存储于核反应堆10的堆芯12的轴向输出分布偏差(以下有时简称为“AO_P”)有关的允许范围。根据堆芯1的特定决定了改允许范围，以便与堆芯12的安全分析没有矛盾，抑制由于堆芯12的轴向的输出发生变化而产生的氙振荡的不良影响，设定在能够确保堆芯12的安全性的范围内。

然后，运算处理单元5由CPU(Central Processing Unit)等构成，通过执行安装在程序存储部41中的轴向输出分布控制程序1a，如图1所示，使计算机具有相对输出取得部51、轴向输出分布偏差计算部52、参数计算部53、轨迹显示部54、允许范围超过判别部55、报警部56以及控制棒移动部57的功能。

以下更加详细地说明运算处理单元5的各构成部。

相对输出取得部51取得堆芯12的上下区域的相对输出P_T以及P_B。在本实施方式中，相对输出取得部51按照规定的时间间隔从中子束测量装置16取得相对输出P_T以及P_B，并向轴向输出分布偏差计算部52进行输出。

轴向输出分布偏差计算部52，计算上述的轴向输出分布偏差AO_P、与当前的氙浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(以下有时简称为“AO_X”)、以及与当前的碘浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(以下有时简称为“AO_I”)。

在本实施方式中，轴向输出分布偏差计算部52从相对输出取得部51取得相对输出P_T以及P_B，通过以下的关系式(1)～(3)计算轴向输出分布偏差AO_P、AO_X、AO_I。

AO_P＝(P_T-P_B)/(P_T+P_B)      ...式(1)

AO_X＝(P_TX-P_BX)/(P_TX+P_BX)  ...式(2)

AO_I＝(P_TI-P_BI)/(P_TI+P_BI)  ...式(3)

其中，

P_TX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出

P_BX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出

P_TI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出

P_BI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出

在此，更加详细地说明AO_x以及AO_I的计算方法。通过以下的关系式(4)～(5)，分别计算堆芯上半部分以及堆芯下半部分的平均氙浓度X_T，X_B的变化。

dX_T/dt＝y_X∑_fφ₀P_T+λ_II_T-(σ_aφ₀P_T+λ_X)X_T    ...式(4)

dX_B/dt＝y_X∑_fφ₀P_B+λ_II_B-(σ_aφ₀P_B+λ_X)X_B    ...式(5)

此外，根据下式(6)、(7)分别计算堆芯上半部分以及堆芯下半部分的平均碘浓度I_T、I_B的变化。

dI_T/dt＝y_I∑_fφ₀P_T-λ_II_T    ...式(6)

dI_B/dt＝y_I∑_fφ₀P_B-λ_II_B    ...式(7)

其中，

y_x、y_I是氙以及碘核裂变的产生比例

λ_X、λ_I是氙以及碘的衰变常数

∑_f是宏观的核裂变截面

σ_a是氙的微观的吸收截面

φ₀是额定输出时的平均中子束

因此，通过对上述式(4)～(7)逐次积分，计算出堆芯上半部分以及堆芯下半部分的平均氙浓度X_T、X_B以及碘浓度I_T、I_B。另一方面，使用堆芯上半部分以及堆芯下半部分的平衡状态的相对输出P_T ^Eq、P_B ^Eq，通过以下关系式(8)、(9)表现平衡状态的氙浓度X_T ^Eq、X_B ^Eq。

X_T ^Eq＝(y_I+y_X)∑_fφ₀P_T ^Eq/(σ_aφ₀P_T ^Eq+λ_X)    ...式(8)

X_B ^Eq＝(y_I+y_X)∑_fφ₀P_B ^Eq/(σ_aφ₀P_B ^Eq+λ_X)    ...式(9)

此外，使用堆芯上半部分以及堆芯下半部分的平衡状态的相对输出P_T ^Eq、P_B ^Eq，通过以下的关系式(10)、(11)来表现堆芯上半部分以及堆芯下半部分的平衡状态的碘浓度I_T ^Eq、I_B ^Eq。

I_T ^Eq＝y_I∑_fφ₀P_T ^Eq/λ_I    ...式(10)

I_B ^Eq＝y_I∑_fφ₀P_B ^Eq/λ_I    ...式(9)

当从上述关系式(8)、(9)给出了堆芯上半部分以及堆芯下半部分的氙浓度X_T、X_B时，计算出它们对应的输出等级P_TX、P_BX。因此，可以通过以下的关系式(12)计算出AO_X。

AO_X＝(P_TX-P_BX)/(P_TX+P_BX)

   ＝(y_I+y_X)∑_f(X_T-X_B)/{(y_I+y_X)∑_f(X_T+X_B)-2σ_a X_TX_B}...式(12)

同样地，可以通过以下的关系式(13)计算出AO_I。

AO_I＝(P_TI-P_BI)/(P_TI+P_BI)

   ＝(I_I-I_B)/(I_T+I_B)    ...式(13)

参数计算部53计算参数DAO_PX以及参数DAO_IX。具体地说，参数计算部53从轴向输出分布偏差计算部52取得AO_P、AO_X、AO_I，计算参数DAO_PX(＝AO_P-AO_X)以及参数DAO_IX＝(＝AO_I-AO_X)。

轨迹显示部54显示参数(DAO_PX，DAO_IX)的印迹轨迹。具体地说，取得由参数计算部53计算出的参数(DAO_PX，DAO_IX)，在显示单元2上显示使参数(DAO_PX)为X轴，使参数(DAO_IX)为Y轴的印迹的轨迹。轨迹的显示方法并不限于此，例如可以显示在正交坐标系中，使参数(DAO_PX)为Y轴，使参数(DAO_IX)为X轴的轨迹。

此外，已知参数(DAO_PX，DAO_IX)的印迹轨迹具有以下所示的(1)～(5)的特征。

(1)在氙振荡稳定时，如图2(a)所示，轨迹成为以原点为中心的扁平的椭圆。该椭圆的长轴存在于第一象限和第三象限中，与氙振荡的大小无关，相对于横轴以一定角度(大约36°左右)倾斜。

(2)轨迹始终反时针行进，在氙振荡的一周期(大约30小时)围绕原点旋转一周。由此，越是远离椭圆的长轴，在该椭圆上移动的速度越快。

(3)在氙振荡为发散性时，如图2(b)所示，椭圆状的螺旋变大，在为收敛性时变小收敛于原点。

(4)当把控制棒13阶梯状地插入堆芯12中时，轨迹与横轴平行地向负侧移动，当从堆芯12中拔出控制棒13时，轨迹与横轴平行地向正侧移动。此外，当停止控制棒13时，轨迹描从该位置描绘具有上述(1)～(3)的特征的新的椭圆。

(5)当轨迹位于原点时(AO_P＝AO_X＝AO_I的条件时)，氙振荡消除。

允许范围超过判别部55判别AO_P是否超过了上述的允许范围。具体地说，允许范围超过判别部55取得由轴向输出分布偏差计算部52计算出的AO_P，该AO_P与输出变化允许值存储部42内存储的允许范围比较大小关系，判别是否在该允许范围内。然后，在AO_P超过了允许范围时，向警报部56输出该主旨的信号。

警报部56针对AO_P超过了允许范围的主旨进行报警。在本实施方式中，警报部56在取得来自允许范围超过判别部55的输出信号时，变更轨迹显示部54显示的印迹点的显示颜色。例如，在以蓝色显示通常时(在AO_P在允许范围内时)的印迹点时，警报部56通过与蓝色不同的红色等醒目的颜色显示印迹点，由此可以向本系统的操作者进行报警。

警报部56的报警方法并不限于上述的结构。例如，还可以在显示单元2上另外显示警告消息，或者可以从未图示的声音输出单元发出警报。此外，这些结构适合于手动地移动控制棒13的情况，但是在自动控制控制棒13时，直接向控制棒移动部57输出警报信号。

控制棒移动部57控制控制棒驱动装置14，执行对于堆芯插入/拔出/停止控制棒13的移动控制。在本实施方式中，当由警报部56进行了警报时，操作者经由输入单元3进行用于移动控制棒13的操作。因此，控制棒移动部57取得从输入单元3输入的操作信息(移动方向或移动量)，向控制棒驱动装置输出与该操作对应的驱动信号。

此外，在本实施方式中，在移动控制棒13时，仅仅以向该椭圆的长轴引导在显示单元2上显示的椭圆轨迹的印迹点的方式进行操作即可。这是基于本发明的发明人得出的目前未被认知的新的发现，而采取的操作方法。即，本发明的发明人发现了当印迹点位于椭圆轨迹的长轴上时，AO_P恒定的事实。

关于上述的事实，使用附图进行更为详细的说明。图3(a)是表示在堆芯12中插入控制棒13(原点～A点)，在保持一定时间后(A点～B点)，通过拔出控制棒(B点～C点)赋予干扰，诱发了氙振荡时的堆芯12的轴向输出分布偏差AO_P的图表。此外，图3(b)是表示与图3(a)对应的参数(DAO_PX，DAO_IX)的印迹轨迹的图表。

如图3(a)所示，虽然在与氙振荡的产生存在联系的规周期内上下重复振荡，但轴向输出分布偏差AO_P的举动的变化率，即切线的斜率在极点(D、E、F)成为0。并且，这些极点(D、E、F)在图3(b)的椭圆轨迹上位于长轴上。因此，表示了当印迹点存在于椭圆轨迹的长轴上时，轴向输出分布偏差AO_P成为恒定，在印迹点离开长轴时，轴向输出分布偏差AO_P始终不停地进行变化，即氙振荡正在变大。

由于通过(AO_P-AO_X)定义参数DAO_PX，所以椭圆轨迹的长轴以及短轴与轴向输出分布偏差AO_P(图3(a))成比例。因此，根据上述的特征(4)，仅仅通过向椭圆轨迹的长轴引导印迹点，椭圆轨迹的长轴变短，因此该偏差AO_P变小。并且，描绘从移动后的位置缩短了长轴以及短轴的椭圆轨迹。即，氙振荡变为极小。

在移动控制棒13时，希望将印迹点移动到长轴上，但尽可能地靠近也可。由此，轴向输出分布偏差AO_P的变化率成为最小，所以提前防止氙振荡的产生。此外，只要没有其他干扰，在移动了印迹点后，氙振荡向着振幅变小的方向进展，因此，即使之后放置不管，印迹点也会去接近原点，氙振荡朝向自然消除的方向。

此外，在本实施方式中，由操作者手动操作控制棒13，但是并不限于这样的结构，还可以由控制棒移动部57进行自动控制。此时，控制棒移动部57当从警报部56取得警报信号时，计算出从当前的印迹点到椭圆轨迹的长轴的X轴方向距离。然后，根据该距离，计算控制棒13的移动量，向控制棒驱动装置14输出将控制棒13插入该移动量的操作信号。但是，由于控制棒13的移动量和印迹点的移动量的关系时时刻刻地变化，所以执行与该时刻的条件对应的运算处理。

然后，参照图14说明通过本实施方式的轴向输出分布控制程序1a执行的轴向输出分布控制系统1的作用以及轴向输出分布控制方法。

首先，在通过本实施方式的轴向输出分布控制系统1控制压水型核反应堆时，相对输出取得部51从中子束测量装置16取得堆芯上半部分的相对输出(P_T)以及堆芯下半部分的相对输出(P_B)(步骤S1)。

然后，轴向输出分布偏差计算部52根据由相对输出取得部51取得的P_T以及P_T，使用上述关系式(1)～(3)计算出轴向输出分布偏差AO_P、AO_X以及AO_I(步骤S2)。此外，参数计算部53计算参数DAO_PX以及DAO_IX(步骤S3)。

在允许范围超过判别部55中，在每次计算各轴向输出分布偏差AO时，与输出变化允许值存储部42中存储的允许范围进行比较，判别在该时刻的偏差AO_P是否在允许范围内(步骤S4)。如果该判别结果为AO_P在允许范围内(步骤S4：NO)，则轨迹显示部54在显示单元2上显示表示参数(DAO_PX，DAO_IX)的印迹点(步骤S5)，返回步骤S1。由此，在显示单元2上按照规定的时间间隔显示印迹点的轨迹。

另一方面，在允许范围超过判别部55的判别结果为轴向输出分布偏差AO_P超过了允许范围时(步骤S4：YES)，则警报部56变更印迹点的显示色来进行显示，由此针对该主旨进行报警(步骤S6)。由此，操作者可以容易地通过视觉确认AO_P超过了允许范围，即堆芯12处于超出了允许范围的状态，确切地掌握操作控制棒13的时刻。

收到警报部56的警报，操作者从输入单元3进行用于移动控制棒13的操作(步骤S7)。在本实施方式中，操作者进行操作，以便向椭圆轨迹的长轴引导显示色变更后的印迹点。由此，只要没有其他的干扰，轴向输出分布偏差AO_P的变化率变为最小，所以提前防止氙振荡的产生。此外，因为氙振荡向振幅变小的方向进展，所以即使之后放置不管，印迹点也会去接近原点，氙振荡朝向自然消除的方向。在对控制棒13进行了移动控制后，再次返回步骤S1，以后连续地进行步骤S1至步骤S7的处理。

根据以上的本实施方式，可以起到以下等效果：

1.仅通过控制核反应堆10内的轴向输出分布，便可以同时控制氙振荡，提前将氙振荡抑制为极小，切实确保核反应堆的安全性。

2.容易视觉识别控制棒13的移动时机以及移动量，可以简单并且切实地操作控制棒13，控制战略变得极为简单明了。

(实施例1)

在本实施例1中，使用压水型核反应堆进行日负荷跟踪运转，通过本发明的轴向输出分布控制系统1，进行控制了轴向输出分布数值仿真实验。作为负荷模式，重复以下的模式：从额定输出开始通过1小时使输出降低为50％，在此保持8小时后，通过1小时恢复为额定输出，维持14小时。

在本实施例1中，操作者监视在显示单元2上显示的印迹点的轨迹，在印迹点的显示色改变时，进行将该印迹点在长轴上引导至目标的极为简单的控制。在图5中表示此时的实验第二日的输出模式和控制棒13的移动履历，在图6中表示该时刻的轴向输出分布偏差AO_P的变化履历。

如图5所示，控制棒13的移动履历为极其简单的操作，并且快速地变动。但是，如图6所示，表示了除了输出进行变化的场合之外，轴向输出分布偏差AO_P的变化被抑制得极小。此外，在现有的轴向输出分布控制中，关于“AO_P*相对输出”，设定为±5％的运转幅度，但是在本实施例1中，将轴向输出分布偏差AO_P的允许范围设定为相当大的±9％。即便如此，也几乎不会发生氙振荡，并且在恒定输出时，氙振荡不会发生或者始终向着收敛进行推移。这是目前所没有的安定的控制，解决了目前的种种不便和不良。

图7表示实验第2日的印迹点(DAO_PX，DAO_IX)的轨迹。它们是通过简单的分析模型每6分钟计算出的。此外，在图7中，通过◎标记表示插入了控制棒13的日期，通过○标记表示了拔出控制棒13的日期。如图7所示，印迹点最终变化为极小的椭圆轨迹，可以确认本发明的技术有效性。

另一方面，作为比较例，在图8中表示实验第2日的在现有的控制中使用的“AO_P*相对输出”的印迹。与图7相同，通过◎标记表示插入了控制棒13的日期，通过O标记表示了拔出控制棒13的日期。如图8所示，从该现有的印迹中，无法得到控制上的方针。根据这点，可知本发明的操作目的明确。

如本实施例1那样，在输出由于负荷跟踪运转而发生变动时，无法直接应用本实施方式的控制方法。因此，特别是在计算轴向输出分布偏差AO_P时，需要特别的考虑。

以下进行具体的说明。首先，因为在上述关系式(4)、(5)中存在输出P_T、P_B与氙浓度X_T、X_B的乘积的项，所以氙浓度变化相对于堆芯12的各区域的输出为非线性。因此，根据平衡氙浓度和输出的关系式(上述关系式(8)、(9))可知，如果输出增加，平衡氙浓度渐近于(y_I+y_X)∑_f/σ_a。

当氙浓度接近该渐近值时，根据该值进行逆运算得到的输出能够成为无限大。例如，如果从额定输出运转向部分输出降低输出，则可以得到这样的氙浓度。即，使用上述关系式(12)得到的偏差AO_X变得非常大，有可能较大地超出在实际的运转条件下考虑的值。此时，轨迹发散。

通过定义为通过运转时的输出给予轴向输出分布偏差AO_P，在平衡条件下给予当前时刻的氙分布的偏置的轴向输出分布的偏置，由此可以解决上述的问题。

首先，通过以下的式子定义氙偏置X_r。

X_r＝(X_T-X_B)/(X_T+X_B)    ...式(14)

然后，当把上述关系式(8)(9)代入到上述关系式(14)中时，

X_r＝λ_X(P_T-P_B)/{λ_X(P_T+P_B)2σ_aφ₀P_TP_B}    ...式(15)

此外，根据定义，通过下式表现P_T、P_B。

P_T＝P(1+AO_X)    ...式(16)

P_B＝P(1-AO_X)    ...式(17)

在此，P为实际的运转输出，作为测定值而得到。在上述的定义中，因为是根据P_TX、P_BX计算出的，所以存在于实际的输出不一致的情形，上述P_TX、P_BX是通过从氙浓度的开始的逆运算而得到的。

当把上述关系式(16)(17)代入到上述式子(15)中，对于轴向输出分布偏差AO_X求解时，通过以下的关系式(18)表现。

${\mathrm{AO}}_X=\{-1+\sqrt{(1-4\mathrm{AC})}\}/2A$ ...式(18)

其中，

A＝σ_aφ₀PX_r/λ_X

C＝-X_r-A

通过使用上述关系式(18)，无论是怎样的运转状态，都可以应用本实施方式的控制方法。

根据以上本实施例1，即使由于负荷跟踪运转降低了压水型核反应堆的输出，也可以防止发生氙振荡。

本发明的轴向输出分布控制方法、轴向输出分布控制系统1以及轴向输出分布控制程序1a并不限于上述的实施例，可以进行适当的变更。

Claims (3)

1.一种轴向输出分布控制方法，其特征在于，

具有下述步骤：

根据核反应堆的堆芯上半部分的相对输出(P_T)以及该堆芯下半部分的相对输出(P_B)，使用以下的关系式(1)～(3)，分别计算轴向输出分布偏差(AO_P)、与当前的氙浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(AO_X)、以及与当前的碘浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(AO_I)的轴向输出分布偏差计算步骤；

计算参数DAO_PX(＝AO_P-AO_X)以及参数DAO_IX(＝AO_I-AO_X)的参数计算步骤；

在显示单元中显示在直角坐标系中，使所述参数DAO_PX为一个轴，使所述参数DAO_IX为另一轴的轨迹的轨迹显示步骤；

判别所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)是否超过了用于确保所述堆芯的安全性的允许范围的允许范围超过判别步骤；

在判别出所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)超过了所述允许范围时，针对该主旨进行报警的警报步骤；以及

接收所述警报，对控制棒进行移动控制，以便向通过所述参数的轨迹描绘的椭圆的长轴引导所述轨迹的印迹点的控制棒移动步骤，

AO_P＝(P_T-P_B)/(P_T+P_B)    ...式(1)

AO_X＝(P_TX-P_BX)/(P_TX+P_BX)...式(2)

AO_I＝(P_TI-P_BI)/(P_TI+P_BI)...式(3)

其中，

P_TX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出，

P_BX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出，

P_TI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出，

P_BI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出。

2.一种轴向输出分布控制系统，其特征正在于，

具备：

根据核反应堆的堆芯上半部分的相对输出(P_T)以及该堆芯下半部分的相对输出(P_B)，使用以下的关系式(1)～(3)，分别计算轴向输出分布偏差(AO_P)、与当前的氙浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(AO_X)、以及与当前的碘浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(AO_I)的轴向输出分布偏差计算部；

计算参数DAO_PX(＝AO_P-AO_X)以及参数DAO_IX(＝AO_I-AO_X)的参数计算部；

在显示单元中显示在直角坐标系中，使所述参数DAO_PX为一个轴，使所述参数DAO_IX为另一轴的轨迹的轨迹显示部；

判别所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)是否超过了用于确保所述堆芯的安全性的允许范围的允许范围超过判别部；

在判别出所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)超过了所述允许范围时，对该主旨进行报警的警报部；以及

接收所述警报，对控制棒进行移动控制，以便向通过所述参数的轨迹描绘的椭圆的长轴引导所述轨迹的印迹点的控制棒移动部，

AO_P＝(P_T-P_B)/(P_T+P_B)    ...式(1)

AO_X＝(P_TX-P_BX)/(P_TX+P_BX)...式(2)

AO_I＝(P_TI-P_BI)/(P_TI+P_BI)...式(3)

其中，

P_TX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出，

P_BX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出，

P_TI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出，

P_BI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出。

3.一种轴向输出分布控制程序，其特征正在于，

使计算机具备以下各部的功能：

根据核反应堆的堆芯上半部分的相对输出(P_T)以及该堆芯下半部分的相对输出(P_B)，使用以下的关系式(1)～(3)，分别计算轴向输出分布偏差(AO_P)、与当前的氙浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(AO_X)、以及与当前的碘浓度在该状态下实现为平衡状态相对应的轴向输出分布偏差(AO_I)的轴向输出分布偏差计算部；

计算参数DAO_PX(＝AO_P-AO_X)以及参数DAO_IX(＝AO_I-AO_X)的参数计算部；

在显示单元中显示在直角坐标系中，使所述参数DAO_PX为一个轴，使所述参数DAO_IX为另一轴的轨迹的轨迹显示部；

判别所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)是否超过了用于确保所述堆芯的安全性的允许范围的允许范围超过判别部；

在判别出所述堆芯的轴向输出分布偏差(AO_P)超过了所述允许范围时，对该主旨进行报警的警报部；以及

接收所述警报，对控制棒进行移动控制，以便向通过所述参数的轨迹描绘的椭圆的长轴引导所述轨迹的印迹点的控制棒移动部，

AO_P＝(P_T-P_B)/(P_T+P_B)    ...式(1)

AO_X＝(P_TX-P_BX)/(P_TX+P_BX)...式(2)

AO_I＝(P_TI-P_BI)/(P_TI+P_BI)...式(3)

其中，

P_TX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出，

P_BX是使氙浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出，

P_TI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯上半部分的输出，

P_BI是使碘浓度作为平均状态的浓度出现的堆芯下半部分的输出。

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