CN105788666A - 一种核反应堆临界过程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核反应堆临界过程控制方法，其特征在于：依次包括以下步骤：步骤一、在引入反应性变化前，测量反应堆中子通量水平；采集m次独立的中子通量水平n_i，求作为参考中子通量的平均水平n₀；步骤二、通过提棒、稀释或者装卸料，向反应堆引入反应性变化；步骤三、等待中子通量水平稳定，待倍增周期大于2000秒；步骤四、采集t时刻反应堆的中子通量水平n(t)，采用当前反应堆物理量x(t)，根据上一时刻的(n(t-1),x(t-1))与当前(n(t),x(t))进行临界外推计算,获取外推临界参数；步骤五、判断临界状态；本发明的外推临界结果相对准确、稳定、一致性好，利于临界判断，提高了反应堆达临界过程的安全性。

Description

一种核反应堆临界过程控制方法

技术领域

本发明涉及核反应堆物理技术领域，具体涉及一种核反应堆临界过程控制方法。

背景技术

使用外推临界公式来计算反应堆偏离临界的程度，根据反应性引入前后的物理量(如棒位、稀释水量、硼浓度或燃料元件数量等)和倒计数率ICRR(参考中子通量水平n₀与当前中子通量水平n(x)的比值)，外推得到临界状态的物理量。

外推临界原理是根据点堆中子动力学模型，用来监督反应堆所处的临界状态。点堆中子动力学方程如下：

$\frac{\mathrm{dn}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{k_{\mathrm{eff}}(1-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{eff}})-1}{l_0}n\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_t{c}_i\left(t\right)+S---\left(1\right)$

$\frac{d{c}_i\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{k_{\mathrm{eff}}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ieff}}}{l_0}n\left(t\right)-{\mathrm{\λ}}_i{c}_i\left(t\right)---\left(2\right)$

其中：n(t)为与时间相关的中子密度；β_ieff为第i组有效缓发中子份额；β_eff为有效缓发中子份额；λ_i为第i组缓发中子先驱核的衰变常数；c_i(t)为第i组先驱核密度；l₀为瞬发中子平均寿命；S为中子源；k_eff是反应堆有效增殖系数。

当反应堆处于次临界稳定时，即由式(1)、(2)得：

$n=\frac{S{l}_0}{1-k_{\mathrm{eff}}}---\left(3\right)$

在源强一定的情况下，该式揭示了中子密度与有效增殖系数的关系。根据倒计数率ICRR的定义，得出下式：

$\mathrm{ICRR}\left(x\right)=\frac{1-k_{\mathrm{eff}}\left(x\right)}{1-k_{\mathrm{eff}0}}---\left(4\right)$

由上述分析可知，k_eff0是某一定值，倒计数率ICRR与k_eff(x)成线性关系；

当k_eff(x)随着物理量x成线性关系，则倒计数率的关系曲线可以转化ICRR随物理量x的线性关系曲线；

已知物理量x1、x2，其对应的稳定中子水平是n1、n2，倒计数率是ICRR1、ICRR2，可以得到外推临界公式:

$c=\frac{{\mathrm{ICRR}}_1{x}_2-{\mathrm{ICRR}}_2{x}_1}{{\mathrm{ICRR}}_1-{\mathrm{ICRR}}_2}---\left(5\right)$

由ICRR的定义，可以得到外推临界公式：

$c=\frac{x_1{n}_1-x_2{n}_2}{n_1-n_2}---\left(6\right)$

由于反应性变化后中子通量水平稳定需要一段时间，不同时刻的数据外推得到的临界物理量不同，如何得到准确的外推物理量关系到反应堆的安全，因此控制反应性变化过程十分必要。目前对临界过程的没有量化控制，如某核电厂首次临界规程中描述如下“在每完成一次提棒操作后，须使堆芯稍作稳定，然后分别从两个源量程测量通道SRC₁和SRC₂中获取五次独立的计数测量……”。其中“堆芯稍作稳定”不利于判断，若提棒后堆芯稳定时间不够，在中子通量水平离稳定水平差异较大的情况下记录数据进行临界外推，造成外推结果不准确，可能使反应堆出现短周期或意外临界等事件，威胁反应堆安全。

发明内容

本发明目的在于提供一种有效地控制反应堆提棒、稀释、反射层变化或燃料元件变化的临界过程的核反应堆临界过程控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为，一种核反应堆临界过程控制方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

步骤一、在引入反应性变化前，测量反应堆中子通量水平；

采集m次独立的中子通量水平n_i，求作为参考中子通量的平均水平n₀；

$n_0=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i;$

步骤二、通过提棒、稀释或者装卸料，向反应堆引入反应性变化；

步骤三、等待中子通量水平稳定，待倍增周期大于2000秒；

步骤四、采集t时刻反应堆的中子通量水平n(t)，采用当前反应堆物理量x(t)，根据上一时刻的(n(t-1),x(t-1))与当前(n(t),x(t))进行临界外推计算,获取外推临界参数 $x_c=\frac{x\left(t\right)n\left(t\right)-x(t-1)n(t-1)}{n\left(t\right)-n(t-1)};$

步骤五、判断临界状态；

当x(t)＝x_c时，表示临界；

反应堆达临界过程中，当x(t)≠x_c时，返回步骤二，通过提棒或稀释，直到临界，停止稀释或提棒；

反应堆装卸过程中，当完成一步装卸料后，返回步骤二，当x(t)＜x_c，方可进行下一步装卸料操作，直到装卸料结束。

所述倍增周期为反应堆中子通量水平增长为原来一倍所需要的时间。

步骤四中所述反应堆物理量x(t)包括棒位、稀释水量或者燃料元件数目。

本发明的有益效果：

本发明的外推临界结果相对准确、稳定、一致性好，利于临界判断，提高了反应堆达临界过程的安全性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

本发明一种核反应堆临界过程控制方法，依次包括以下步骤：

步骤一、在引入反应性变化前，测量反应堆中子通量水平；

核测仪表中采集m次独立的中子通量水平n_i，求作为参考中子通量的平均水平n₀；

$n_0=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i;$

步骤二、通过提棒、稀释或者装卸料，向反应堆引入反应性变化；

步骤三、等待中子通量水平稳定，待倍增周期大于2000秒；

所述倍增周期为反应堆中子通量水平增长为原来一倍所需要的时间；

步骤四、采集t时刻反应堆的中子通量水平n(t)，采用当前反应堆物理量x(t)，根据上一时刻的(n(t-1),x(t-1))与当前(n(t),x(t))进行临界外推计算,获取外推临界参数 $x_c=\frac{x\left(t\right)n\left(t\right)-x(t-1)n(t-1)}{n\left(t\right)-n(t-1)};$

步骤五、判断临界状态；

当x(t)＝x_c时，表示临界；

反应堆达临界过程中，当x(t)≠x_c时，返回步骤二，通过提棒或稀释，直到临界，停止稀释或提棒；

反应堆装卸过程中，当完成一步装卸料后，返回步骤二，当x(t)＜x_c，方可进行下一步装卸料操作，直到装卸料结束。

步骤四中所述反应堆物理量x(t)包括棒位、稀释水量或者燃料元件数目。

Claims (3)

1.一种核反应堆临界过程控制方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

步骤一、在引入反应性变化前，测量反应堆中子通量水平；

采集m次独立的中子通量水平n_i，求作为参考中子通量的平均水平n₀；

$n_0=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i;$

步骤二、通过提棒、稀释或者装卸料，向反应堆引入反应性变化；

步骤三、等待中子通量水平稳定，待倍增周期大于2000秒；

步骤四、采集t时刻反应堆的中子通量水平n(t)，采用当前反应堆物理量x(t)，根据上一时刻的(n(t-1),x(t-1))与当前(n(t),x(t))进行临界外推计算,获取外推临界参数 $x_c=\frac{x\left(t\right)n\left(t\right)-x(t-1)n(t-1)}{n\left(t\right)-n(t-1)};$

步骤五、判断临界状态；

当x(t)＝x_c时，表示临界；

反应堆达临界过程中，当x(t)≠x_c时，返回步骤二，通过提棒或稀释，直到临界，停止稀释或提棒；

反应堆装卸过程中，当完成一步装卸料后，返回步骤二，当x(t)＜x_c，方可进行下一步装卸料操作，直到装卸料结束。

2.按照权利要求1所述的核反应堆临界过程控制方法，其特征在于：所述倍增周期为反应堆中子通量水平增长为原来一倍所需要的时间。

3.按照权利要求2所述的核反应堆临界过程控制方法，其特征在于：步骤四中所述反应堆物理量x(t)包括棒位、稀释水量或者燃料元件数目。