CN111554418A - 一种核反应堆外推临界方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆外推临界方法，包括以下步骤：对于每一步外推临界过程，实时采集测量信号；通过不确定度分析方法获得实时采集的测量信号的测量不确定度，直至测量不确定度满足要求，停止采集测量信号，对满足不确定度要求的测量信号进行相应的处理分析，用于外推临界；结合上述满足不确定度要求的测量信号，通过外推临界方法进行外推临界，获得外推结果；采用不确定度分析方法，对外推结果进行不确定度分析，获得外推结果的不确定度；评估外推临界结果的可靠性获得推荐的外推结果及其不确定度。本发明针对核反应堆提棒外推临界过程，弥补现有核反应堆外推临界方法的不足，提高核反应堆外推临界的效率及准确性。

Description

一种核反应堆外推临界方法

技术领域

本发明为一种核反应堆外推临界方法，具体涉及一种利用不确定度分析提高测量效率和准确性的反应堆外推临界的方法。

背景技术

反应堆临界外推试验是通过逐步提棒外推，获得临界棒位数据的关键试验过程，是物理启动试验中的重要试验项目，对于首次装料或换料后启动的反应堆意义重大。因此，首次物理启动中的临界外推试验往往使用两套或更多临界外推装置同时进行外推，通过布置在堆芯外围不同位置的中子探测器测量信号，获得外推数据，从中选取最保守的试验外推值为参考，逐步提棒逼近临界。现有临界外推方法基于有源次临界公式，已广泛应用于各种堆芯的物理启动试验，取得了不错的结果。

临界外推方法基于点堆模型，反应堆内有源、次临界状态下，堆内中子增殖m代后(m趋于无穷)，堆内中子总数呈以下规律：

其中N_c为探测器中子计数，ε为与探测器特性相关的常数，S₀为中子源强，l为瞬发中子寿命。

由(1)式可以看出，1/N_c与(1-k_eff)成线性关系，当探测器中子计数趋近于无穷时，堆芯有效增殖因子k_eff趋近于1，即反应堆达临界。

在临界外推过程中，每一步测量的中子计数率是进行下一步临界外推的关键参数，该量在测量过程中受统计涨落、高压纹波浮动以及放大倍数漂移等因素的影响，存在测量不确定度，将直接作用于临界外推结果。因此，在外推过程需要花费一定时间测量多组中子计数率求平均。现有测量方法一般根据经验选择一个确定的测量时间，测量中子计数率平均值，未考虑测量状态对测量信号不确定度的影响，使用该方法测量时，会出现某些状态测量信号值不确定度过高而某些过低的情况，测量效率低，且测量信号的不确定度无法保障。

发明内容

针对上述技术问题：，本发明提供了解决上述问题的一种核反应堆外推临界方法，采用基于不确定度分析的数学算法，减小中子信号、棒位信号等参数的测量不确定度，提高外推临界效率和准确性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种核反应堆外推临界方法，包括以下步骤：

步骤1，对于每一步外推临界过程，实时采集测量信号；

步骤2，通过不确定度分析方法获得实时采集的测量信号的测量不确定度，直至测量不确定度满足要求，停止采集测量信号，对满足不确定度要求的测量信号进行相应的处理分析，用于外推临界；

步骤3，基于不确定度外推临界结果

结合上述满足不确定度要求的测量信号，通过外推临界方法进行外推临界，获得外推结果；采用不确定度分析方法，对外推结果进行不确定度分析，获得外推结果的不确定度；评估外推临界结果的可靠性获得推荐的外推结果及其不确定度。

进一步优选，所述测量信号包括中子信号和棒位信号。

进一步优选，所述外推结果包括外推临界棒位、1/2添加棒位。

进一步优选，所述步骤2中，采用的不确定度分析模型如下所示：

在每一步外推临界过程，对实时采集测量信号，获得单位时间内的的测量信号，在一段时间内得到n个测量信号测得值x_i，其中，i＝1,2,…,n；所述测量信号单个测得值x_i的测量不确定度s(x_i)为：

通过n个信号测量值x_i求算术平均可以得到该种信号的算术平均值

其不确定度为：

进一步优选，所述步骤3中，采用外推值与不确定度之间的差值作为推荐值。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明针对核反应堆外推临界过程中子信号统计涨落、高压纹波浮动、放大倍数漂移以及电磁干扰等因素的影响，建立了一种能够减小上述影响的核反应堆外推临界方法；采用基于不确定度分析的数学算法，减小中子信号、棒位信号等参数的测量不确定度，提高外推临界效率和准确性。

2、由于测量过程中子计数率的测量不确定度与测量时间成反比，即测量时间越长，不确定度越低。但不确定度又受限于试验时间，无法完全消除。也不能为了缩短试验时间，而采用具有较高不确定度的测量数据进行外推。因此，对测量信号的不确定度进行实时分析评估，结合分析结果进行测量，可有效缩短测量时间、提高测量效率和准确性。

目前国内尚无其他单位开展过基于不确定度分析的临界外推方法开发或相关专利技术的报道。因此，需要针对自主堆芯与国外堆芯的差异性，掌握自主化的基于不确定度分析的临界外推方法，为堆芯高效、准确地临界外推提供能力。

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，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1

本实施例提供了一种核反应堆外推临界方法，具体步骤如下所示：

1、测量信号

采用单个或多个中子信号管测量反应堆的中子信号。在反应堆处于次临界稳态下，通过前置放大器将中子信号管测量的信号放大，经长距离传输后送到脉冲主放模块，脉冲主放经微积分放大、基线恢复、幅度甄别、整形后由缓冲隔离方式输出要求幅度和宽度的中子脉冲信号到数据采集卡，通过处理终端对数据进行分析处理，获得中子信号数据。

通过棒位测量单元，测量棒位信号，通过处理终端对数据进行分析处理，获得棒位信号数据。

2、基于不确定度分析的数据测量方法

在每一步外推临界过程，对中子信号、棒位信号等进行实时测量，获得单位时间(如1秒)内的的某种信号(如中子计数率)，在一段时间内得到n个信号测得值x_i，其中，i＝1,2,…,n。该种信号单个测得值x_i的测量不确定度s(x_i)为：

通过n个信号测量值x_i求算术平均可以得到该种信号的算术平均值

其不确定度为：

在测量过程中，基于上述(1)(2)式或其它测量不确定度分析模型，实时对测量的各种信号数据进行不确定度分析，获得信号的测量不确定度，当其不确定度降低至满足要求的水平时，自动停止采集，对所采集的测量信号进行相应的处理分析，用于后续外推临界。

本实施例中，测量信号为中子信号和棒位信号。

3、基于不确定度分析的外推临界方法

1)结合本实施例1获得的处理分析后的中子信号和棒位信号数据，通过核反应堆外推临界方法进行外推临界，获得外推临界棒位、1/2添加棒位等结果。

具体地，可通过测量当前棒位和前一棒位的探测器中子计数，进行倒数外推，获得临界棒位。可直接通过1/Nc和控制棒棒位进行外推，不考虑实际控制棒微分价值变化的影响。也引入控制棒积分价值曲线，考虑控制棒各处微分价值变化的影响，将棒位转化为反应性，进行临界外推，获得准确的临界棒位。

2)基于法规规定的标准不确定度合成算法或其他近似不确定度合成算法，结合具体采用的外推方法公式，结合步骤1获得的处理分析后的中子信号和棒位信号数据及其不确定度，获得外推临界棒位、1/2添加棒位等结果的不确定度。

3)基于获得的外推临界棒位、1/2添加棒位等结果的不确定度，评估外推临界结果的可靠性。在获得的外推临界棒位、1/2添加棒位等结果的基础上，考虑其不确定度的影响(如采用外推值-不确定度作为推荐值)，进一步得出推荐的外推临界棒位、1/2添加棒位等结果，然后进行下一步外推临界操作。

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 (5)

1.一种核反应堆外推临界方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对于每一步外推临界过程，实时采集测量信号；

步骤2，通过不确定度分析方法获得实时采集的测量信号的测量不确定度，直至测量不确定度满足要求，停止采集测量信号，对满足不确定度要求的测量信号进行相应的处理分析，用于外推临界；

步骤3，基于不确定度外推临界结果

结合上述满足不确定度要求的测量信号，通过外推临界方法进行外推临界，获得外推结果；采用不确定度分析方法，对外推结果进行不确定度分析，获得外推结果的不确定度；评估外推临界结果的可靠性获得推荐的外推结果及其不确定度。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆外推临界方法，其特征在于，所所述测量信号包括中子信号和棒位信号。

3.根据权利要求1所述的一种核反应堆外推临界方法，其特征在于，所述外推结果包括外推临界棒位、1/2添加棒位。

4.根据权利要求1所述的一种核反应堆外推临界方法，其特征在于，所述步骤2中，采用的不确定度分析模型如下所示：

在每一步外推临界过程，对实时采集测量信号，获得单位时间内的的测量信号，在一段时间内得到n个测量信号测得值x_i，其中，i＝1,2,…,n；所述测量信号单个测得值x_i的测量不确定度s(x_i)为：

通过n个信号测量值x_i求算术平均可以得到该种信号的算术平均值

其不确定度为：

5.根据权利要求1所述的一种核反应堆外推临界方法，其特征在于，所述步骤3中，采用外推值与不确定度之间的差值作为推荐值。