CN103345950A - 压水堆堆外核探测系统及探测方法 - Google Patents

压水堆堆外核探测系统及探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种压水堆堆外核探测系统，用于反应堆零功率物理试验，其包括中间量程探测器和反应性仪，所述中间量程探测器设于反应堆压力容器之外并用于测量反应堆的核功率，所述反应性仪依据所述中间量程探测器测量的数据计算堆芯反应性，该反应性数据可用于等温温度系数和控制棒价值测量。综上，本发明将中间量程探测器测量的数据输送至反应性仪内，可进行更大通量波动的试验，伽马噪音影响小，可远离多普勒发热点，测量结果准确，可实施低泄漏及低低泄漏装载方案，提高燃料利用的经济型，可采用重反射层设计，从而进一步提高燃料利用的经济性和抗震能力，测量结果受空间位置影响小，可有效降低实施堆腔注水改造等由于RPN外移带来的影响。

Description

压水堆堆外核探测系统及探测方法
技术领域
本发明涉及一种压水堆堆外核探测领域，尤其涉及压水堆在零功率物理试验时，使用反应性仪表测量堆芯等温度系数和控制棒价值。
背景技术
压水堆在零功率物理试验时，需要用反应性仪表测量堆芯等温度系数和控制棒价值。此时，反应性仪表的工作范围一般要求为：上限电流为多普勒发热点（约0.1%FP）对应的电流的1/5，下限电流要大于背景噪音电流（堆芯乏燃料组件衰变产生的伽马导致），并且上、下限电流之间距离至少相差一个量级。这样，才能很好的满足正常试验期间堆芯水温、控制棒位置等变化引起的反应性波动。
图1给出了一个传统压水堆堆外核探测系统布置图。堆芯11由若干个燃料组件组成，堆芯11外是反射层12（一般为水和少量不锈钢组成，M310及CPR1000机组铁水比约为1:9），堆芯和反射层被包容在压力容器13之内，压力容器外在角度45°、135°、225°和315°共布置4个功率量程探测器14，在角度90°和270°布置2个中间量程探测器15，2个源量程探测器（图中未示），试验期间，1个或多个功率量程探测器与反应性仪表16连接，依据功率量程探测器14测量的数据计算反应性仪测量堆芯等温度系数和控制棒价值。
然而，当堆芯燃料装载采用低泄漏布置方式时，由于外围组件采用深燃耗组件，功率较低，同时衰变时会产生更多的伽马，在伽马噪音的影响下，无法准确检测，会使反应性仪表电流难以满足零功率物理试验的要求，需要频繁的调节控制棒控制堆芯反应性。对于采用重反射层的堆芯，由于探测器处通量太低，受制于灵敏度，功率量程探测器将无法提供给反应性仪较大的电流，也使得零功率物理试验难以实现。对此，现有技术会考虑如何增加探测器的灵敏度或者增加中子通量，但是第一种改变成本高，第二种改变需对反射层等堆内构件做硬性设计改动，操作复杂。
综上，急需一种可解决上述问题的压水堆堆外核探测系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种压水堆堆外核探测系统，测量结果准确，可实施低泄漏及低低泄漏装载方案。
本发明的另一目的是提供一种压水堆堆外核探测方法，测量结果准确，可实施低泄漏及低低泄漏装载方案。
为了实现上述目的，本发明提供了一种压水堆堆外核探测系统，用于反应堆零功率物理试验，该压水堆堆外核探测系统包括中间量程探测器和反应性仪，所述中间量程探测器设于反应堆的压力容器外并用于测量所述反应堆的核功率，所述反应性仪依据所述中间量程探测器测量的数据计算堆芯反应性。其中，该反应性数据可用于等温温度系数和控制棒价值测量。
与现有技术相比，本发明使得功率量程探测器仅仅承担正常功率运行的检测和保护功能，将中间量程探测器测量的数据输送至反应性仪内。由于通常功率量程探测器对应位置的反射层较中间量程探测器位置的反射层厚很多，采用MCNP软件计算表明，中间量程探测器处的通量大约是功率量程探测器处通量的4倍，尤其是当采用铁水体积比较高（比如9:1）重反射层时，中间量程探测器处的通量大约是功率量程探测器处通量的10倍。另外，中间量程的灵敏度也较功率量程高，以CPR1000机组的堆外探测器为例，功率量程和中间量程的灵敏度分别为：2.3×10-14A/(n.cm-2.s-1)和8.0×10-14A/(n.cm-2.s-1)。因此，在零功率物理试验期间，中间量程探测器可以响应出更大的电流，使得本发明在反应堆零功率物理试验时，可以进行更大波动的试验，便于现场试验的进行，检测灵敏度高，可以实施低泄漏及低低泄漏装载方案，提高燃料利用的经济型，可采用重反射层设计，从而进一步提高燃料利用的经济性和抗地震能力，在探测器选型期间，还可以降低对功率量程探测能力需求，降低成本；另一方面，由于功率量程探测器不接反应性仪，可提高功率量程保护通道的完整性（功率量程探测器接反应性仪表期间，需对其保护逻辑做退化处理）；再一方面，中间量程探测器一般采用伽马补偿电离室或裂变室，其在低功率期间抗堆芯伽马噪音的能力比功率量程好，因此在中间量程探测器采用伽马补偿电离室或裂变室时，伽马噪音影响小，可远离多普勒发热点，可减小由于反应性仪本身带来的测量误差，而功率量程探测器设计上主要考虑对高功率水平的监测，通常采用非补偿电离室，低功率期间测量信号弱，仪表设备分辨精度有限；再一方面，由于中间量程探测器轴向通常只设计1个灵敏段（功率量程至少2段），根据目前反应性仪测量棒价值等基于点堆原理，测量结果受空间位置影响很小，可有效降低实施堆腔注水改造等由于RPN（堆外核探测系统）外移带来的影响。
较佳地，所述反应性仪包括数据处理模块，所述数据处理模块通过一光电隔离模块与所述中间量程探测器之间相连，并依据所述中间量程探测器测量的数据计算堆芯反应性。上述方案使得技术人员可在现有的反应性仪和中间量程探测器之间还设有一光电隔离器，也可以在反应性仪的数据处理模块之前设置一光电隔离模块，即可防止反应性仪对与所述中间量程探测器相连的保护系统的影响，无需对中间量程探测器的保护逻辑做退化处理。
较佳地，所述中间量程探测器至少有三个，其中一中间量程探测器与所述反应性仪之间还设有试验切换开关，所述试验切换开关一端与其中一所述中间量程探测器相连，另一端分别与一保护系统和所述反应性仪相连，用于将所述中间量程探测器测量的数据选择切换至所述保护系统或所述反应性仪内。该方案使得零功率物理试验时，将所述中间量程探测器测量的数据选择切换至所述反应性仪内，在正常运行时，将所述中间量程探测器测量的数据选择切换至所述保护系统内，防止反应性仪对保护系统的干扰。其中，该方案实施时需对与反应性仪相连的中间量程探测器的保护逻辑做退化处理，防止反应性仪对中间量程探测器的影响。
较佳地，所述中间量程探测器至少有三个，其中一中间量程探测器仅与所述反应性仪相连，并将测量的数据输送至所述反应性仪内。在具体实施时，可通过增加中间量程探测通道的方法，专门增加一中间量程探测器，使得该中间量程探测器仅与反应性仪相连，以防止反应性仪对保护系统的干扰。
本发明还提供了一种压水堆堆外核探测方法，包括：使用中间量程探测器测量反应堆的核功率；将所述中间量程探测器测量的数据输送至反应性仪内计算堆芯反应性。其中，该反应性数据可用于等温温度系数和控制棒价值测量。
与现有技术相比，本发明将中间量程探测器测量的数据输送至反应性仪内，可进行更大波动的试验，伽马噪音影响小，可远离多普勒发热点，测量结果准确，可以实施低泄漏及低低泄漏装载方案，提高燃料利用的经济型，可采用重反射层设计，从而进一步提高燃料利用的经济性和抗地震能力，测量结果受空间位置影响很小。另一方面，由于功率量程探测器不接反应性仪，可提高功率量程保护通道的完整性（接反应性仪表期间，需对其保护逻辑做退化处理）；再一方面，中间量程探测器一般采用伽马补偿电离室或裂变室，其在低功率期间抗堆芯伽马噪音的能力比功率量程好，因此在中间量程探测器采用伽马补偿电离室或裂变室时，伽马噪音影响小，可远离多普勒发热点，可减小由于反应性仪本身带来的测量误差。再一方面，由于中间量程探测器轴向通常只设计1个灵敏段（功率量程至少2段），根据目前反应性仪测量棒价值等基于点堆原理，测量结果受空间位置影响很小，可有效降低实施堆腔注水改造等由于RPN外移带来的影响
较佳地，所述反应性仪包括数据处理模块，所述数据处理模块通过一光电隔离模块与一所述中间量程探测器相连，并依据该中间量程探测器测量的数据计算堆芯反应性。可防止反应性仪对所述中间量程探测器和与所述中间量程探测器相连的保护系统的影响。
较佳地，所述中间量程探测器至少有三个，其中一中间量程探测器与所述反应性仪之间还设有试验切换开关，所述试验切换开关将所述中间量程探测器测量的数据选择切换至一保护系统或所述反应性仪内。其中，该方案实施时需对与反应性仪相连的中间量程探测器的保护逻辑做退化处理，防止反应性仪对中间量程探测器的影响。
较佳地，所述中间量程探测器至少有三个，其中一中间量程探测器仅与所述反应性仪相连，并将测量的数据输送至所述反应性仪内。在具体实施时，可通过增加中间量程探测通道的方法，专门增加一中间量程探测器，使得该中间量程探测器仅与反应性仪相连，以防止反应性仪对保护系统的干扰。
附图说明
图1是现有技术中所述压水堆堆外核探测系统的结构示意图。
图2是本发明所述压水堆堆外核探测系统的结构示意图。
图3是本发明第一实施例中所述压水堆堆外核探测系统的结构框图。
图4是本发明第二实施例中所述压水堆堆外核探测系统的结构框图。
图5是本发明第三实施例中所述压水堆堆外核探测系统的结构框图。
图6是本发明第四实施例中所述压水堆堆外核探测系统的结构框图。
图7是本发明所述压水堆堆外核探测方法的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
参考图2，本发明提供了一种压水堆堆外核探测系统，用于反应堆零功率物理试验，其中，堆芯11由若干个燃料组件组成，堆芯11外是反射层12（一般为水和少量不锈钢组成，M310及CPR1000机组铁水比约为1:9），堆芯和反射层被包容在压力容器13之内，压力容器外在角度45°、135°、225°和315°共布置4个功率量程探测器14，在角度90°和270°布置2个中间量程探测器15，2个源量程探测器（图中未示），所述源量程探测器、中间量程探测器15和功率量程探测器分别测量变化范围为不同数量级的反应堆的核功率。与图1中传统的压水堆堆外核探测系统不同的是，所述反应性仪16接收所述中间量程探测器15测量的数据并依据所述测量的数据计算堆芯反应性。其中，该反应性数据可用于等温温度系数和控制棒价值测量。当然，所述源量程探测器、中间量程测量器15和功率量程探测器14的具体数目有技术人员依据实际需要设计，并不限制在2个、2个和4个。
参考图3，为本发明所述第一实施例，该实施例中，所述反应性仪16与其中一所述中间量程探测器15之间还设有光电隔离模块21，将所述中间量程探测器15测量的数据输送至所述反应性仪16中。其中，所述反应性仪16包括数据处理模块22，所述数据处理模块22依据所述中间量程探测器15测量的数据计算堆芯反应性。所述中间量程探测器15还与保护系统17相连，从而将所述测量的数据输送至保护系统17中。
参考图4，为本发明所述第二实施例中，与第一实施例不同的是，该实施例中，所述反应性仪16包括数据处理模块22和光电隔离模块21，所述光电隔离模块21一端与所述中间量程探测器15相连，另一端与所述数据处理模块22相连，从而将所述中间量程探测器15测量的数据输送至数据处理模块22内，所述数据处理模块22依据所述中间量程探测器15测量的数据计算堆芯反应性。
参考图5，为本发明第三实施例，与第一实施例不同的是，在该实施例中，中间量程探测器15有三个，所述反应性仪16与所述中间量程探测器15之间设有一试验切换开关23，所述试验切换开关23一端与所述中间量程探测器15相连，另一端分别与一保护系统17和所述反应性仪16相连，用于在使得零功率物理试验时，将所述中间量程探测器15测量的数据选择切换至所述反应性仪16内，在正常运行时，将所述中间量程探测器15测量的数据选择切换至所述保护系统17内。其中，该方案实施时需对与反应性仪16相连的中间量程探测器15的保护逻辑做退化处理。当然，所述中间量程探测器还可以有4个、5个等3个以上。
参考图6，为本发明第四实施例，与第一实施例不同的是，在该实施例中，中间量程探测器15有三个，其中一所述中间量程探测器15仅与所述反应性仪16相连，并将测量的数据输送至所述反应性仪16内。该实施例在原有的中间量程探测器基础上增加一路仅与反应性仪相连的探测通道。
参考图7，本发明还公开了一种压水堆堆外核探测方法，包括：（31）使用中间量程探测器测量反应堆的核功率；（32）将所述中间量程探测器测量的数据输送至反应性仪内计算堆芯反应性。其中，所述中间量程探测器测量的数据通过光电隔离模块输送至所述反应性仪的数据处理模块内。当然，所述中间量程探测器测量的数据还可以通过一试验切换开关输送至反应性仪内，该试验切换开关可将中间量程探测器测量的数据选择切换至保护系统或所述反应性仪内。其中，该方案实施时需对与反应性仪相连的中间量程探测器的保护逻辑做退化处理。当然，还可以增加一组可通过增加中间量程探测通道的方法，专门增加一中间量程探测器，使得该中间量程探测器仅与反应性仪相连，以防止反应性仪对保护系统的干扰。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种压水堆堆外核探测系统，用于反应堆零功率物理试验，其特征在于，包括中间量程探测器和反应性仪，所述中间量程探测器设于反应堆的压力容器之外并用于测量所述反应堆的核功率，所述反应性仪依据所述中间量程探测器测量的数据计算堆芯反应性。
2.如权利要求1所述的压水堆堆外核探测系统，其特征在于，所述反应性仪包括数据处理模块，所述数据处理模块通过一光电隔离模块与所述中间量程探测器相连，并依据该中间量程探测器测量的数据计算堆芯反应性。
3.如权利要求1所述的压水堆堆外核探测系统，其特征在于，还包括试验切换开关，所述中间量程探测器至少有三个，所述试验切换开关一端与其中一所述中间量程探测器相连，另一端分别与一保护系统和所述反应性仪相连，用于将所述中间量程探测器测量的数据选择切换至所述保护系统或所述反应性仪内。
4.如权利要求1所述的压水堆堆外核探测系统，其特征在于，所述中间量程探测器至少有三个，其中一中间量程探测器仅与所述反应性仪相连，并将测量的数据输送至所述反应性仪内。
5.一种压水堆堆外核探测方法，其特征在于，包括：
使用中间量程探测器测量反应堆的核功率；
将所述中间量程探测器测量的数据输送至反应性仪内计算堆芯反应性。
6.如权利要求5所述的压水堆堆外核探测方法，其特征在于，所述反应性仪包括数据处理模块，所述数据处理模块通过一光电隔离模块与一所述中间量程探测器相连，并依据该中间量程探测器测量的数据计算堆芯反应性。
7.如权利要求5所述的压水堆堆外核探测方法，其特征在于，所述中间量程探测器至少有三个，其中一中间量程探测器与所述反应性仪之间还设有试验切换开关，所述试验切换开关将所述中间量程探测器测量的数据选择切换至一保护系统或所述反应性仪内。
8.如权利要求5所述的压水堆堆外核探测方法，其特征在于，所述中间量程探测器至少有三个，其中一中间量程探测器仅与所述反应性仪相连，并将测量的数据输送至所述反应性仪内。
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