CN111554419B - 一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，包括以下步骤：对测量中子信号的不确定度分析，基于最优化算法，获得具有最优不确定度的中子信号测量数据组，并计算其不确定度，用于后续次临界度测量分析；构建基于不确定度分析的次临界度修正模型，确定修正因子及其不确定度，用于后续次临界度分析；构建基于不确定度分析的次临界度测量模型，结合步骤1获得的中子信号数据、修正因子数据及其不确定度进行不确定度分析，得出最终次临界度测量结果及其不确定度。本发明采用基于不确定度分析的数学算法，减小中子信号测量不确定度，减小修正因子引入的不确定度，提高次临界度测量效率和准确性。

Description

一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法

技术领域

本发明涉及一种反应堆次临界度测量方法，具体涉及一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法。

背景技术

根据法规要求，在反应堆装卸料过程、或物理启动试验前的控制棒调试过程，为确保核安全，需要测量反应堆的次临界度，在反应堆零功率物理试验时，也需要测量反应堆次临界度，为校核理论计算提供数据。

现有次临界度测量方法基于点堆模型，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为堆内中子总数，N_c为探测器中子信号，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。

由式(2)可得：

通过计算得到参考状态的有效中子倍增因子k_ref，并通过测量得到参考状态的中子信号N_c,ref以及待测状态的中子信号N_c,1后，由上述两式即可得到待测状态的有效中子倍增因子k₁，实现次临界度测量：

在次临界度测量过程中，每一步测量的中子信号是进行次临界度计算的关键参数，该量在测量过程中受统计涨落、高压纹波浮动、放大倍数漂移以及电磁干扰等因素的影响，测量结果存在一定不确定度，将直接作用于临界外推结果。

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基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，采用基于不确定度分析的数学算法，减小中子信号测量不确定度，减小修正因子引入的不确定度，提高次临界度测量效率和准确性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，包括以下步骤：

步骤1，对测量中子信号的不确定度分析，基于最优化算法，获得具有最优不确定度的中子信号测量数据组，并计算其不确定度，用于后续次临界度测量分析；

步骤2，构建基于不确定度分析的次临界度修正模型，确定修正因子及其不确定度，用于后续次临界度分析；

步骤3，构建基于不确定度分析的次临界度测量模型，结合步骤1获得的中子信号数据、修正因子数据及其不确定度进行不确定度分析，得出最终次临界度测量结果及其不确定度。

进一步优选，所述步骤1中，最优化算法操作包括以下步骤：

对于连续测量的n个中子信号测量数据xi，i＝1,2,…,n，从中选取m个连续的中子信号测量数据，基于不确定度分析模型，计算所选测量数据组算术平均值的不确定度；

改变所选m个连续中子信号测量数据的起点和终点，获得m＝1,2,…,n时的所有测量数据组的算术平均值的不确定度

从中选取具有最优不确定度的测量数据组，以作为最优的中子信号测量值进行后续次临界度测量分析。

进一步优选，所述步骤2中：在次临界度测量过程中，若采用了修正算法对测量结果进行修正，则基于步骤1获得的中子信号不确定度，确定修正因子的不确定度限值范围；在计算修正所需的物理量时，控制各物理量的计算不确定度，使得修正因子的合成不确定度满足要求；

进一步优选，所述步骤2中：在计算修正所需的物理量时，各物理量的计算不确定度无法达到设定的最小值，无法使修正因子的合成不确定度满足要求，则直接计算修正因子及其不确定度，用于后续次临界度分析。

进一步优选，所述步骤2中：若开展修正计算时，尚无中子信号测量结果，则直接计算修正因子，并计算其不确定度，用于后续次临界度分析。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明针对次临界度测量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反应堆次临界度测量方法。采用基于不确定度分析的数学算法，减小中子信号测量不确定度，减小修正因子引入的不确定度，针对从浅至深局部或均匀引入反应性的各种次临界度测量，弥补现有反应堆次临界度测量方法的不足，提高反应堆次临界度测量的效率及准确性。

2、本发明通过在次临界度测量过程进行不确定度分析，优化测量数据，降低其不确定度的影响，从而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次临界度测量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次临界度测量方法，为堆芯次临界度的高效、准确测量提供能力。

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，下面结合实施例，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基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，具体步骤如下所示：

步骤1，测量中子信号

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，获得待测状态以及基准状态下的中子信号数据。其中，中子信号包括中子计数率等。

步骤2，基于最优化算法的中子信号测量数据处理方法

1)在测量过程中，基于不确定度分析模型，对测量的中子信号数据进行不确定度分析，可采用的不确定度分析模型有多种类型，本实施例提供如下分析方法：

在某个待测的次临界状态下，对中子信号进行测量，获得单位时间(如1秒)内的中子信号(如中子计数率)，在一段时间内得到n个中子信号测得值x_i，其中，i＝1,2,…,n。单个测得值x_i的测量不确定度s(x_i)为：

通过n个中子信号测量值x_i求算术平均可以得到中子信号的算术平均值

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，对测量的中子信号数据进行不确定度分析，基于下述选取最优化中子信号测量值的数学算法，获得具有最优不确定度的中子信号测量数据组，并计算其不确定度，用于后续次临界度测量分析。

2)选取最优化中子信号测量值的数学算法：

对于连续测量的n个中子信号测量数据x_i，其中i＝1,2,…,n，从中选取m个连续的中子信号测量数据，基于(1)(2)式，计算所选测量数据组算术平均值的不确定度。改变所选m个连续中子信号测量数据的起点和终点，获得m＝1,2,…,n时的所有测量数据组的算术平均值的不确定度

从中选取具有最优不确定度的测量数据组，采用该组数据作为最优的中子信号测量值进行后续次临界度测量分析。

步骤3，构建基于不确定度分析的次临界度修正模型，包括以下模型：

1)在次临界度测量过程中，若采用了修正算法对测量结果进行修正，则基于步骤2获得的最优中子信号测量值及其不确定度，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，根据合成不确定度限值范围，确定修正因子的不确定度限值范围。在计算修正所需的物理量时，控制各物理量的计算不确定度，使得修正因子的合成不确定度满足要求。

2)若在计算修正所需的物理量时，各物理量的计算不确定度无法达到足够低的水平，无法使修正因子的合成不确定度满足要求。则直接计算修正因子及其不确定度，用于后续次临界度分析。

3)若开展修正计算时，尚无中子信号测量结果，则直接计算修正因子，并计算其不确定度，用于后续次临界度分析。

步骤4，构建基于不确定度分析的次临界度测量模型

结合步骤1获得的中子信号数据和步骤2获得的修正因子数据及其不确定度，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，结合下式(3)或其它的次临界度测量或修正算法，进行不确定度合成，得出最终次临界度测量结果及其不确定度。

ρ₀为基准状态的次临界度，ρ₁为待测状态的次临界度，N₀和N₁分别为基准状态和待测状态的中子计数率，C为修正因子。

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 (4)

1.一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对测量中子信号的不确定度分析，基于最优化算法，获得具有最优不确定度的中子信号测量数据组，并计算其不确定度，用于后续次临界度测量分析；

步骤2，构建基于不确定度分析的次临界度修正模型，确定修正因子及其不确定度，用于后续次临界度分析；

步骤3，构建基于不确定度分析的次临界度测量模型，结合步骤1获得的中子信号数据、修正因子数据及其不确定度进行不确定度分析，得出最终次临界度测量结果及其不确定度；

所述步骤1中，最优化算法操作包括以下步骤：

对于连续测量的n个中子信号测量数据x_i，i＝1,2,…,n，从中选取m个连续的中子信号测量数据，基于不确定度分析模型，计算所选测量数据组算术平均值的不确定度；

改变所选m个连续中子信号测量数据的起点和终点，获得m＝1,2,…,n时的所有测量数据组的算术平均值的不确定度

从中选取具有最优不确定度的测量数据组，以作为最优的中子信号测量值进行后续次临界度测量分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，其特征在于，所述步骤2中：

在次临界度测量过程中，若采用了修正算法对测量结果进行修正，则基于步骤1获得的中子信号不确定度，确定修正因子的不确定度限值范围；在计算修正所需的物理量时，控制各物理量的计算不确定度，使得修正因子的合成不确定度满足要求。

3.根据权利要求1所述的一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，其特征在于，所述步骤2中：

在计算修正所需的物理量时，各物理量的计算不确定度无法达到设定的最小值，无法使修正因子的合成不确定度满足要求，则直接计算修正因子及其不确定度，用于后续次临界度分析。

4.根据权利要求1所述的一种基于不确定度分析的核反应堆次临界度测量方法，其特征在于，所述步骤2中：

若开展修正计算时，尚无中子信号测量结果，则直接计算修正因子，并计算其不确定度，用于后续次临界度分析。