CN107195347A - 一种校准堆外核测电离室的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校准堆外核测电离室的方法，先进行设定校准条件，当δ₁(k)≥5％FP或δ₂(k)≥3％FP时，需要重新计算校准系数；再计算每个通道等效上段电流I_H(k)和下段电流I_B(k)，计算堆外轴向偏移AO_ex(k)，计算关系式系数a(k)、b(k)、K(k)，计算每个通道的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)，对结果进行验证，满足要求后输出结果，利用热功率与电离室等效上段、下段电流之和存在的线性关系以及堆外轴向偏移和堆内轴向偏移之间存在的线性关系，计算堆外核测的校准系数，其弥补了堆外核测不能真实反映堆芯中子通量分布的缺陷，减小了探测器灵敏度消耗和仪表漂移对测量结果的影响，使堆外核测中子通量的测量更加符合实际的中子通量分布情况。

Description

一种校准堆外核测电离室的方法

技术领域

本发明涉及到核反应堆堆外中子通量测量电离室的校准，具体涉及一种校准堆外核测电离室的方法。

背景技术

对反应堆运行状态和堆芯轴向功率分布的测量，最直接最精确的手段为堆芯测量监测。堆芯测量在技术上目前虽然有很大的提高，如可实现在线连续监测、探测器由以前的有源移动式改进为无源固定式等，但现有的堆芯测量系统还无法完全取代堆外核测系统，因而堆外核测系统将长期保留。由于堆芯中子从堆内传输到堆外，堆外核测系统接收到的中子通量分布较之堆内的实际情况已经有了很大的差异；并且堆外核测探测器灵敏物质的消耗以及仪表本身漂移等原因，导致堆外核测系统的相关参数测量结果存在偏差的可能性。因而，需要利用堆芯测量系统对堆外核测电离室进行校准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是堆芯中子从堆内传输到堆外，堆外核测系统接收到的中子通量分布较之堆内的实际情况已经有了很大的差异；并且堆外核测探测器灵敏物质的消耗以及仪表本身漂移等原因，导致堆外核测系统的相关参数测量结果存在偏差的可能性，其目的在于提供一种校准堆外核测电离室的方法，通过利用堆外核测系统提供的电流、热功率试验时的热功率以及堆芯测量系统提供的堆内轴向功率偏移，实现校准堆外核测电离室的目的

本发明通过下述技术方案实现：

一种校准堆外核测电离室的方法，包括以下步骤：

(1)设定校准条件：

在测定热功率P_th条件下，计算得到堆内轴向偏移AO_in，利用下述公式计算堆内轴向功率偏差ΔI_in：

ΔI_in＝AO_in*P_th/100(％FP)，

其中热功率P_th单位为％FP，堆内轴向偏移的计算方式为常规手段，可以通过堆芯测量系统计算程序计算得到。

对每个通道堆外探测器分别求出偏差：

δ₁(k)＝|P_th–P_r(k)|，δ₂(k)＝|ΔI_in–ΔI(k)|，

其中P_r(k)为堆外核测计算得到的通道核功率，k＝1～4，

ΔI(k)为堆外核测计算得到的通道轴向功率偏差，k＝1～4，通道数为4个。

当δ₁(k)≥5％FP或δ₂(k)≥3％FP时，需要重新计算校准系数，直到δ₁(k)＜5％FP或δ₂(k)＜3％FP；

(2)计算过程：在达到要求的校准条件下，开始进行计算，

(a)计算每个通道等效上段电流I_H(k)和下段电流I_B(k)：

设定电离室的段数为N(N＝2、4、6、8……，为2的整数倍)：

N＝2时，直接读取上段电流和下段电流；

N≥4时，I_H(k)＝[I₁(k)+I₂(k)+……+I_n(k)]/0.5N；

I_B(k)＝[I_n+1(k)+I_n+2(k)+……+I_m(k)]/0.5N；

其中上N/2段节电流分别为I₁(k)、I₂(k)……I_n(k)，下N/2段节电流分别为I_n+1(k)、I_n+2(k)……I_m(k)，k＝1～4，其中n为N/2，m为N。

即：如果是两段式电离室，则直接读取上段电流和下段电流。

如果是四段式电离室，假设上两段节电流分别为I₁(k)和I₂(k)，下两段节电流分别为I₃(k)和I₄(k)，则等效上两段和下两段电流分别为：

I_H(k)＝[I₁(k)+I₂(k)]/2，其中k＝1～4，

I_B(k)＝[I₃(k)+I₄(k)]/2，其中k＝1～4，

如果是六段式电离室，假设上三段节电流分别为I₁(k)、I₂(k)和I₃(k)，下三段节电流分别为I₄(k)、I₅(k)和I₆(k)，则等效上三段和下三段电流分别为：

I_H(k)＝[I₁(k)+I₂(k)+I₃(k)]/3，其中k＝1～4，

I_B(k)＝[I₄(k)+I₅(k)+I₆(k)]/3，其中k＝1～4，

其它多段室电离室如八段式、十段式等，依此类推。

(b)计算堆外轴向偏移AO_ex(k)：AO_ex(k)＝100*(I_H(k)-I_B(k))/(I_H(k)+I_B(k))

(c)计算关系式系数a(k)、b(k)、K(k)：

AO_ex(k)＝a(k)+b(k)*AO_in，

I_H(k)+I_B(k)＝K(k)*P_th；

(d)计算每个通道的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)：

校准系数可由下式计算：

α(k)＝[1-(a(k)/100)²]/b(k)；

K_H(k)＝1/[K(k)(1+a(k)/100)]；

K_B(k)＝1/[K(k)(1-a(k)/100)]；

(3)结果验证：

利用步骤(d)中的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)，验证每个通道δ₁(k)和δ₂(k)是否均满足：δ₁(k)＜5％FP且δ₂(k)＜3％FP，若满足，则由试验得到的新刻度系数取代堆外核测系统中功率量程电离室的原始系数；如不满足，需重新校准，直到满足δ₁(k)＜5％FP且δ₂(k)＜3％FP；

(4)结果输出：

利用步骤(3)校准后的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)，以及堆外核测系统功率量程每个通道输出的上段和下段电流信号能够获得每个通道核功率P_r(k)和轴向功率偏差ΔI(k)：

P_r(k)＝K_H(k)I_H(k)+K_B(k)I_B(k)，

ΔI(k)＝α(k)(K_H(k)I_H(k)-K_B(k)I_B(k))。

热功率P_th指通过二次侧的热平衡测量确定的某一个具体热功率P_th值。热平衡测量要求一回路反应堆稳功率运行且常规岛功率、电网电压等都要求稳定，否则热平衡测量的结果就不准确。

P_th的大小根据堆外核测电离室校准试验要求的反应堆功率平台而测定。每一个功率平台将计算出校准系数。功率平台一般有：0～30％FP、30％FP、50％FP、75％FP、100％FP等。对于某个反应堆，首次校准是在若干不同功率水平下进行的，并逐次逼近，最后得到正常功率运行状态下的刻度结果。所以热功率P_th为0～30％FP、30％FP、50％FP、75％FP、100％FP中的一种。

在测定的热功率P_th条件下，在不同的时间点根据计算程序而得的相应的多组AO_ex(k)和AO_in值。对于AO_ex(k)，最小值为0，最大值为1。

试验和研究表明，堆外轴向偏移AO_ex(k)和堆内轴向偏移AO_in之间存在线性关系，热功率与上段、下段电流之和存线性关系，这对于本领域技术人员而言是公知的。结合步骤(2)中的关系式，对每个通道，通过若干组AO_ex(k)、AO_in、P_th、I_H(k)、I_B(k)，利用最小二乘拟合法计算a(k)、b(k)和K(k)。

堆外核测系统功率量程某一通道的等效上段电流/下段电流经过放大器放大后分别进行加法和减法运算。其中加法运算结果直接输出为核功率，减法运算结果经放大器放大后输出为轴向功率偏差。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：堆外核测电离室探测器的校准方法弥补了堆外核测不能真实反映堆芯中子通量分布的缺陷，减小了探测器灵敏度消耗和仪表漂移对测量结果的影响，使堆外核测中子通量的测量更加符合实际的中子通量分布情况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为单通道功率量程校准应用硬件配置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1所示，以六段式电离室为例：

1、判定是否需要校准：

利用公式δ₁(k)＝|P_th–P_r(k)|和δ₂(k)＝|ΔI_in–ΔI(k)|，分别计算4个通道δ₁(k)和δ₂(k)，(k＝1～4)。如果所有通道均满足δ₁(k)＜5％FP且δ₂(k)＜3％FP，可以不进行参数校准；如果有通道δ₁(k)≥5％FP或δ₂(k)≥3％FP时，需要校准参数。

2、计算每个通道上三段电流和下三段电流：

假设上三段节电流和下三段节电流分别为I₁(k)、I₂(k)、I₃(k)和I₄(k)、I₅(k)、I₆(k)，则

I_H(k)＝[I₁(k)+I₂(k)+I₃(k)]/3，其中k＝1～4，

I_B(k)＝[I₄(k)+I₅(k)+I₆(k)]/3，其中k＝1～4。

3、计算堆外轴向偏移AO_ex(k)：

利用公式AO_ex(k)＝100*(I_H(k)-I_B(k))/(I_H(k)+I_B(k))，可计算得出每个通道AO_ex(k)。

4、利用最小二乘拟合法计算a(k)、b(k)、K(k)：

以通道1为例，假设计算或读取后有以下9组数据，如下表所示：

利用最小二乘拟合法，计算得出a(1)＝-1.2727、b(1)＝0.6529、K(1)＝2.6620。

5、计算校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)：

以通道1为例，利用公式α(1)＝[1-(a(1)/100)²]/b(1)，K_H(1)＝1/[K(1)(1+a(1)/100)]和K_B(1)＝1/[K(1)(1-a(1)/100)]，可计算得出通道1校准系数α(1)＝1.5315、K_H(1)＝0.3805和K_B(1)＝0.3709。

6、结果验证及输出：

利用新的校准系数再次计算每个通道δ₁(k)和δ₂(k)，如果有通道仍出现δ₁(k)≥5％FP或δ₂(k)≥3％FP，则需要重新计算校准系数。

如果所有通道均满足：δ₁(k)＜5％FP且δ₂(k)＜3％FP，则可将由试验得到的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)替代堆外核测功率量程电离室探测器原有的参数，从而获得每个通道核功率P_r(k)和轴向功率偏差ΔI(k)。以上述通道1模拟计算的α(1)、K_H(1)和K_B(1)参数为例，校准后输出的P_r(1)和ΔI(1)分别为：

P_r(1)＝0.3805I_H(1)+0.3709I_B(1)，

ΔI(1)＝1.5315(0.3805I_H(1)-0.3709I_B(1))

通过本校准方法弥补了堆外核测不能真实反映堆芯中子通量分布的缺陷，减小了探测器灵敏度消耗和仪表漂移对测量结果的影响，使堆外核测中子通量的测量更加符合实际的中子通量分布情况。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种校准堆外核测电离室的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设定校准条件：

在测定热功率P_th条件下，计算得到堆内轴向偏移AO_in，利用下述公式计算堆内轴向功率偏差ΔI_in：

ΔI_in＝AO_in*P_th/100，

其中热功率P_th单位为％FP；

对每个通道堆外探测器分别求出偏差：

δ₁(k)＝|P_th–P_r(k)|，δ₂(k)＝|ΔI_in–ΔI(k)|，

其中P_r(k)为堆外核测计算得到的通道核功率，k＝1～4，

ΔI(k)为堆外核测计算得到的通道轴向功率偏差，k＝1～4，

当δ₁(k)≥5％FP或δ₂(k)≥3％FP时，需要重新计算校准系数，直到满足条件；

(2)计算过程：

(a)计算每个通道等效上段电流I_H(k)和下段电流I_B(k)：

设定电离室的段数为N(其中N＝2、4、6、8……，为2的整数倍)：

N＝2时，直接读取上段电流和下段电流；

N≥4时，I_H(k)＝[I₁(k)+I₂(k)+……+I_n(k)]/0.5N；

I_B(k)＝[I_n+1(k)+I_n+2(k)+……+I_m(k)]/0.5N；

其中上N/2段节电流分别为I₁(k)、I₂(k)……I_n(k)，下N/2段节电流分别为I_n+1(k)、I_n+2(k)……I_m(k)，k＝1～4，其中n为N/2，m为N；

(b)计算堆外轴向偏移AO_ex(k)：AO_ex(k)＝100*(I_H(k)-I_B(k))/(I_H(k)+I_B(k))

(c)计算关系式系数a(k)、b(k)、K(k)：

AO_ex(k)＝a(k)+b(k)*AO_in，

I_H(k)+I_B(k)＝K(k)*P_th；

(d)计算每个通道的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)：

校准系数由下式计算：

α(k)＝[1-(a(k)/100)²]/b(k)；

K_H(k)＝1/[K(k)(1+a(k)/100)]；

K_B(k)＝1/[K(k)(1-a(k)/100)]；

(3)结果验证：

利用步骤(d)中的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)，验证每个通道δ₁(k)和δ₂(k)是否均满足：δ₁(k)＜5％FP且δ₂(k)＜3％FP，若满足，则由试验得到的新刻度系数取代堆外核测系统中功率量程电离室的原始系数；如不满足，需重新校准，直到满足验证；

(4)结果输出：

利用步骤(3)校准后的校准系数α(k)、K_H(k)和K_B(k)，以及堆外核测系统功率量程每个通道输出的上段和下段电流信号能够获得每个通道核功率P_r(k)和轴向功率偏差ΔI(k)：

P_r(k)＝K_H(k)I_H(k)+K_B(k)I_B(k)，

ΔI(k)＝α(k)(K_H(k)I_H(k)-K_B(k)I_B(k))。

2.根据权利要求1所述的一种校准堆外核测电离室的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的AO_ex(k)最小值为0，最大值为1。

3.根据权利要求1所述的一种校准堆外核测电离室的方法，其特征在于，所述步骤(2)中对每个通道，在测定的热功率P_th下选取若干个AO_ex(k)和AO_in值，用最小二乘拟合法确定每个通道的系数a(k)、b(k)、K(k)。