CN114420328B - 反应堆次临界度的监测方法及装置 - Google Patents

反应堆次临界度的监测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例公开了一种反应堆次临界度的监测方法及装置，用于监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度。其中，所述监测方法包括接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数；获取反应堆在历史状态下的中子计数和有效增殖系数；其中，所述反应堆在所述历史状态下，经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的调整后，达到所述当前状态；基于所述当前状态下的中子计数、历史状态下的中子计数和有效增殖系数，并使用所述当前状态下的修正因子修正计算所述当前状态下的有效增殖系数；基于所述当前状态下的有效增殖系数，得到所述反应堆在所述当前状态下的次临界度。

Description

反应堆次临界度的监测方法及装置
技术领域
本发明的实施例涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆次临界度的监测方法及装置。
背景技术
次临界度反映了反应堆达到临界状态之前的堆芯状态，其表征反应堆偏离临界状态的程度。在反应堆装料以及反应堆换料启动期间，需要监测反应堆的次临界度，以对反应堆的临界安全进行监督，从而保证核安全，同时也能够为操作人员提供堆芯的状态信息。目前，常用的次临界度测量方法有动态法、噪声分析法和源倍增法，其中，源倍增法测量原理简单，适用于各种复杂的情况。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供了一种反应堆次临界度的监测方法，用于监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度，所述监测方法包括：接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数；获取反应堆在历史状态下的中子计数和有效增殖系数；其中，所述反应堆在所述历史状态下，经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的调整后，达到所述当前状态；基于所述当前状态下的中子计数、历史状态下的中子计数和有效增殖系数，并使用所述当前状态下的修正因子修正计算所述当前状态下的有效增殖系数；基于所述当前状态下的有效增殖系数，得到所述反应堆在所述当前状态下的次临界度。
根据本发明的第二个方面，提供了一种反应堆次临界度的监测装置，用于监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度，所述监测装置包括：数据采集部，与反应堆核测系统连接，用于实时采集所述反应堆核测系统探测到的代表所述反应堆中子计数的信号；数据处理部，与所述数据采集部连接，所述数据采集部将所述中子计数发送至数据处理部；所述数据处理部包括处理单元，所述处理单元被配置为：接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数；获取反应堆在历史状态下的中子计数和有效增殖系数；其中，所述反应堆在所述历史状态下，经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的调整后，达到所述当前状态；基于所述当前状态下的中子计数、历史状态下的中子计数和有效增殖系数，并使用所述当前状态下的修正因子修正计算所述当前状态下的有效增殖系数；以及基于所述当前状态下的有效增殖系数，确定所述反应堆在所述当前状态下的次临界度。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是根据本发明一个实施例的反应堆次临界度的监测装置的应用场景示意图。
图2是根据本发明一个实施例的反应堆次临界度的监测装置的结构示意图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
附图标记说明：
100、数据处理部；110、处理单元；120、输入单元；130、存储单元；140、显示单元；
200、数据采集部；
10、监测装置；20、反应堆核测系统；21、中子探测器；
30、反应堆堆芯。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。
本发明的实施例提供了一种反应堆次临界度的监测装置。本实施例中的监测装置采用基于源倍增法的空间效应修正方法测量反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度。该方法仅利用反应堆中子探测器的计数率获得堆芯的次临界度，试验条件相对简单，不依赖动态参数计算，测量速度快，更适合其应用。
需要说明的是，在反应堆装料中，可以根据预定的装料方案对所述反应堆进行多次燃料装载。例如，可以向反应堆中分批多次装载燃料，具体地，每次在反应堆中的预定位置装载预定数量的燃料。每次进行燃料装载后，所述反应堆的状态均会发生变化，因此，需要确定反应堆每次燃料装载后对应状态下的次临界度。
同样的，在反应堆的启动达临界过程中，可以根据预定的启动方案对所述反应堆的控制棒位置和/或中子吸收溶液的浓度进行调整，以使反应堆达到临界状态。其中，中子吸收溶液可以为硼酸溶液。具体地，可以多次调整控制棒的位置和/或稀释中子吸收溶液的浓度，例如，可以通过多次提升控制棒和/或稀释硼酸溶液的浓度，来增加反应堆的反应性，直至反应堆达到临界。在启动达临界过程中，每次进行控制棒的位置和/或中子吸收溶液浓度的调整时，所述反应堆的状态也会发生变化，因此，需要确定启动达临界过程中反应堆每次进行所述调整后对应状态下的次临界度，以保证反应堆在启动达临界过程中的安全。
本实施例中的反应堆次临界度监测装置可以确定所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中各个状态下的次临界度，从而实现了对反应堆次临界度的实时监测。
如图1所示，所述监测装置10与反应堆核测系统20连接，用于实时采集来自所述反应堆核测系统的代表所述反应堆中子计数的信号，并对信号进行处理，从而监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度。其中反应堆核测系统中设置有中子探测器，用于探测所述反应堆的中子计数。
在本实施例中，如图1所示，所述反应堆核测系统20中包括至少一个中子探测器21。所述中子探测器21设置在所述反应堆堆芯30外，用于探测所述反应堆堆芯30的中子计数。中子探测器21将探测到的中子信号发送至所述反应堆核测系统20，所述反应堆核测系统20进行信号处理后，将代表所述反应堆中子计数的信号传输至所述监测装置10。
图2示出了根据本发明一个实施例的反应堆次临界度监测装置的结构示意图。如图2所示，所述反应堆次临界度的监测装置10包括数据处理部100和数据采集部200。
具体地，所述数据采集部200与所述反应堆核测系统20连接，用于实时采集所述反应堆核测系统20传输的代表所述反应堆中子计数的信号，并将所述信号进行处理并转化为中子计数，从而确定所述反应堆堆芯的中子计数。而所述数据处理部100与所述数据采集部200通信连接，所述数据处理部100可以接收所述数据采集部200采集到的中子计数并对其进行计算处理，以监测所述反应堆的次临界度。
本发明实施例中的监测装置通过与现有的反应堆核测系统连接以采集中子计数，无需改变现有的应堆核测系统，即可确定反应堆的中子计数，进而实现反应堆次临界度的监测，操作便捷。在一些实施例中，多个所述中子探测器21设置在所述反应堆堆芯30外的不同位置处，以探测所述反应堆堆芯不同位置的中子计数。所述数据采集部200可以采集各所述中子探测器21的中子信号，从而确定所述反应堆堆芯不同位置处的中子计数。
所述监测装置10可以根据所述反应堆在当前状态下的中子计数，确定所述反应堆在当前状态下的次临界度。具体地，如图2所示，本实施例中的监测装置10包括处理单元110，所述处理单元110与所述数据采集部200连接。所述数据采集部200将采集到的所述反应堆在当前状态下的中子计数发送至所述处理单元110，所述处理单元110被配置为接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数Ni，以及获取所述反应堆在历史状态下的中子计数Ni-1和有效增殖系数ki-1。其中，所述反应堆在所述历史状态下，经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的调整后，达到所述当前状态。所述处理单元110还被配置为基于所述当前状态下的中子计数Ni、历史状态下的中子计数Ni-1和有效增殖系数ki-1，并使用所述当前状态下的修正因子Fi修正计算所述当前状态下的有效增殖系数ki，所述处理单元110还被配置为基于所述当前状态下的有效增殖系数ki，确定所述反应堆在所述当前状态下的次临界度。
需要说明的是，所述有效增殖系数为反应堆增殖系统的中子增殖系数，表示反应堆堆芯内每代裂变所产生的中子总数，可用于反映反应堆所处的状态。具体地，当有效增殖系数为1时，表示反应堆处于临界状态，堆内中子数稳定，堆功率保持不变；当有效增殖系数大于1时，表示反应堆处于超临界状态；当有效增殖系数小于1时，表示反应堆处于次临界状态。
使用本实施例中的监测装置，在反应堆的装料以及启动期间，能够提供准确的次临界度，极大地方便运行和实验人员判断当前堆芯的状态，增加了反应堆装料及启动达临界过程的临界安全监督手段，确保了反应堆的安全启动。
在一些实施例中，所述数据采集部200被配置为实时接收来自所述反应堆核测系统20的代表所述反应堆的中子计数的信号，并在所述反应堆经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度调整后，当接收到的所述中子计数稳定时，记录所述稳定的中子计数，用于计算所述次临界度。
具体地，所述数据采集部200可以为数据采集卡。所述数据采集部200实时采集所述中子探测器21的中子信号并确定中子计数，并将所述中子计数发送至所述数据处理部100，所述数据处理部100实时接收所述数据采集部200发送的中子计数并进行数据处理。当所述中子计数稳定时，所述数据处理部100记录所述稳定的中子计数，用于所述反应堆次临界度的计算，从而可以计算所述反应堆在进行燃料装载或者控制棒位置调整和/或中子吸收溶液浓度调整后的稳定状态下的次临界度，避免由于中子计数的波动而引起的误差。
可选的，在所述反应堆的装料和/或启动达临界过程中，多个所述中子探测器21探测所述反应堆堆芯不同位置的中子计数，所述数据处理部100可以接收所述数据采集部200采集到的其中一个位置处的中子探测器21所探测到的中子计数，来计算所述反应堆的次临界度。
在本实施例中，处理单元110可以利用引入修正因子后的源倍增公式来计算反应堆在当前状态下的次临界度，所述公式如下所示。
其中，Ni为数据采集部200采集到的反应堆在当前状态下的中子计数；Fi为反应堆在当前状态下的修正因子。在本实施例中，n大于或等于2。
在反应堆的装料过程利用源倍增法进行临界外推时，实际得到的外推曲线为内凹型曲线，而理想的源倍增法外推曲线应该是一条直线，利用源倍增法无法给出准确的次临界度计算结果。同样，在燃料满装载时，启动所述反应堆以使反应堆达到临界的过程，根据堆外核测仪表系统得到堆芯有效中子计数，由于探测器空间效应及外源的影响，利用源倍增法基于探测得到的中子计数计算得到的次临界度也不够准确。因此，本发明实施例中的监测装置利用修正因子Fi修正基于源倍增法计算得到的次临界度，可以修正探测器空间效应以及外源价值，使得到的次临界度更加准确。
在本实施例中，当前状态下的修正因子可以预先通过理论计算来确定。具体地，所述数据处理部100还包括输入单元120，所述输入单元120被配置为在所述反应堆装料和启动之前，用于向所述监测装置10输入预先计算得到的所述修正因子，具体地，可以输入至所述数据处理部100中，从而使所述数据处理部100使用所述修正因子计算所述反应堆在当前状态下的次临界度。其中，在预先计算所述修正因子时，可以根据预定的装料方案或启动方案，预先计算每次所述燃料装载或每次所述控制棒位置以及所述中子吸收溶液浓度的调整后，对应状态下的所述修正因子。
本实施例中所述反应堆根据预定的装料方案对所述反应堆进行多次燃料装载，和/或根据预定的启动方案对所述反应堆的控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度进行至少一次调整。可以预先计算每次对所述反应堆进行所述燃料装载或者所述调整后对应状态下的修正因子Fi，从而修正反应堆在各个对应状态下的次临界度。
具体地，在预先计算所述修正因子时，可以根据所述反应堆的参数，对所述反应堆进行建模，以模拟所述反应堆在每次所述燃料装载或每次所述调整后的对应状态。然后，基于建立的反应堆模型，计算所述反应堆在所述对应状态下的所述修正因子。
在对所述反应堆进行建模时，可以根据反应堆的参数进行建模。例如，根据反应堆堆芯的尺寸、燃料棒的布置方式、位置和数量、控制棒的位置、中子探测器的布置等进行精确的建模，从而模拟实际反应堆的状态。基于建立的反应堆模型，可以模拟出实际反应堆在根据预定的装料方案或启动方案进行装料或调整控制棒位置、中子吸收溶液浓度后对应状态下的状态信息，例如，堆芯的中子通量空间分布、探测器响应因子等。基于建立的反应堆模型在每个对应状态下的状态信息，可以计算出每个对应状态下的修正因子，从而可以极大地提高次临界度的计算精度。
在预先计算得到各对应状态下的修正因子后，可以通过所述输入单元120将预先计算得到的各对应状态下的修正因子输入至所述监测装置10，从而用于各对应状态下的次临界度的修正计算。
在本实施例中，所述反应堆在初次进行燃料装载后达到初始状态。所述输入单元120还用于向所述监测装置10中输入预先计算得到的所述反应堆在所述初始状态下的有效增殖系数k1。
可选的，可以选择任意状态作为参考状态，预先计算所述反应堆在所述选择的参考状态下的有效增殖系数，所述参考状态下的有效增殖系数可以被用作初始状态下的有效增殖系数k1。例如，实验人员可以选择某一接近临界的次临界状态作为所述参考状态。其中，所述参考状态下的有效增殖系数可以基于所述建立的反应堆模型计算得到。
此外，所述选择的参考状态下的有效增殖系数可以通过测量得到，具体地，测量该参考状态下的中子计数以得到该参考状态下的有效增殖系数。如果该参考状态是接近临界的次临界状态，在不使用修正因子来修正的情况下，通过源倍增法测量得到的有效增殖系数也较为准确。
采用上述方法不仅可以计算出初始状态下的有效增殖系数k1，还可以在以所述反应堆的初始状态作为历史状态时，即n＝2时，能够使用预先计算得到的初始状态下的有效增殖系数k1，准确计算出反应堆在对应状态下的有效增殖系数k2。
当预先计算得到所述反应堆在所述选择的参考状态下的有效增殖系数后，实验人员可以通过所述输入单元120向所述监测装置10中输入预先计算得到的所述反应堆在所述选择的参考状态下的有效增殖系数。其中，所述参考状态下的有效增殖系数被用作初始状态下的有效增殖系数k1。
在向所述监测装置10中输入各对应状态下的修正因子Fi以及所述反应堆在所述初始状态下的有效增殖系数后，当所述反应堆根据预定的装料方案或启动方案进行燃料装载或启动时，所述处理单元110即可通过修正因子修正后的源倍增公式，计算所述反应堆在装料过程或启动达临界过程中的次临界度。
具体地，所述反应堆在初始状态下的有效增殖系数k1预先计算得到并被输入至所述监测装置10。当所述反应堆在第一次进行燃料装载后，所述反应堆处于所述初始状态，此时处理单元110接收数据采集部200采集到的反应堆在所述初始状态下的中子计数N1，并且处理单元110计算得到所述反应堆的次临界度为1-k1。
当所述反应堆处于所述初始状态下，并进行第二次燃料装载后，所述处理单元110接收所述数据采集部200采集到的所述反应堆在当前状态下的中子计数N2，然后处理单元110可以采用以下公式计算得到所述反应堆在该对应状态下的有效增殖系数k2，并确定所述反应堆在该对应状态下的次临界度1-k2。
其中，k2为所述反应堆在该对应状态下的有效增殖系数；N1为所述反应堆在初始状态下的中子计数，由中子探测器21探测得到；k1为所述反应堆在初始状态下的有效增殖系数，可以由实验人员预先计算得到并通过输入单元120输入至监测装置10；F2为在该当前状态下的修正因子，可以由实验人员预先计算得到并通过输入单元120输入至所述监测装置10。
然后，在继续对所述反应堆进行装料或者启动的过程中，当每次进行燃料装载或者控制棒位置、中子吸收溶液浓度调整后，所述处理单元110接收所述反应堆在当前状态下的中子计数Ni，然后所述处理单元110可以采用如下公式计算得到所述反应堆在当前状态下的有效增殖系数ki以及次临界度1-ki。
其中，ki-1为所述反应堆在历史态下的有效增殖系数；Ni-1为所述反应堆在所述历史状态下的中子计数，由中子探测器21探测得到；Fi为在该当前状态下的修正因子，可以由实验人员预先计算得到并通过输入单元120输入至所述监测装置10。
在本实施例中，所述反应堆在初始状态下的有效增殖系数k1由实验人员预先计算得到并输入至所述监测装置10，以确定所述反应堆在初始状态下的次临界度。所述反应堆在除所述初始状态以外的其他状态下的有效增殖系数ki(i≥2)可以根据所述公式(1)由处理单元110计算得到，以确定其他状态下的次临界度。本发明的实施例采用所述监测装置10，可以准确地监测所述反应堆在装料和/或启动达临界过程中的次临界度。
在一些实施例中，所述数据处理部100还包括存储单元130。所述存储单元130分别与所述数据采集部200、处理单元110以及输入单元120连接。所述存储单元130用于存储所述反应堆在当前状态下的中子计数Ni、有效增殖系数ki以及所述反应堆在各所述对应状态下的修正因子Fi，以便于所述处理单元110使用上述信息来确定所述反应堆的次临界度，并且可以在实验人员需要时便于实验人员调取所需信息。
具体地，当预先计算出在对应状态下的所述修正因子Fi后，实验人员可以通过所述输入单元120将预先计算得到的修正因子Fi输入至所述监测装置10，并存储至所述存储单元130。当所述数据采集部200采集到所述反应堆在当前状态下的中子计数Ni时，所述处理单元110接收所述中子计数Ni，同时将所述中子计数Ni发送并存储到所述存储单元130中。在处理单元110计算所述有效增殖系数ki时，可以读取所述存储单元130中储存的当前状态下的修正因子Fi、历史状态下的中子计数Ni-1以及有效增殖系数ki-1。当所述处理单元110计算得到所述反应堆在当前状态下的所述有效增殖系数ki时，所述处理单元110将所述有效增殖系数ki发送并储存至所述存储单元130，以用于后续反应堆次临界度的精确计算。
进一步地，所述存储单元130还用于存储所述反应堆在初始状态下的中子计数N1和有效增殖系数k1，以便于所述处理单元110使用上述信息来确定所述反应堆的次临界度，并且可以在实验人员需要时便于实验人员调取所需信息。
具体地，当预先计算得到所述反应堆在初始状态下的有效增殖系数k1时，可以通过所述输入单元120将所述有效增殖系数k1输入至所述监测装置10，并储存至所述存储单元130。同时，所述输入单元120将所述有效增殖系数k1发送至所述处理单元110，以确定所述反应堆在初始状态下的次临界度。当所述反应堆处于所述初始状态时，所述数据采集部200采集到所述反应堆在所述初始状态下的中子计数N1时，所述处理单元110接收所述中子计数N1，同时将所述中子计数N1发送并存储到所述存储单元130中，以用于后续反应堆的次临界度的计算。
在一些实施例中，所述数据处理部100还包括显示单元140。在一些实施例中，所述显示单元140与所述处理单元110连接，当所述处理单元110确定所述反应堆在当前状态下的次临界度时，所述显示单元140用于显示所述确定的次临界度，从而使得所述反应堆当前状态下的次临界度直观地显示于监测装置10，便于实验人员直观并准确地获知所述反应堆的次临界度以判断所述反应堆的状态。
进一步地，所述显示单元140还用于显示所述反应堆在所述装料过程和/或所述启动达临界过程中次临界度的变化趋势。在所述反应堆的装料和/或启动达临界过程中，所述监测装置10实时监测所述反应堆的次临界度，同时，所述显示单元140可以显示所述反应堆从所述初始状态到当前状态的期间内所述次临界度的变化趋势，从而使得实验人员可以直观地获知所述反应堆的次临界度的变化，以便于判断所述反应堆堆芯的状态变化。
本发明实施例中的监测装置，可以实时监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度，直观地提供准确的次临界度，增加了反应堆装料及启动达临界过程的临界安全监督手段，确保反应堆安全启动。
本发明另一个实施例还提供了一种反应堆次临界度的监测方法，用于监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度。所述监测方法可以使用上述实施例中的监测装置实现。具体地，所述监测方法包括以下步骤。
步骤10、接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数Ni。
步骤20、获取反应堆在历史状态下的中子计数Ni-1和有效增殖系数ki-1；其中，所述反应堆在所述历史状态下，经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的调整后，达到所述当前状态。
步骤30、基于所述当前状态下的中子计数Ni、历史状态下的中子计数Ni-1和有效增殖系数ki-1，并使用所述当前状态下的修正因子Fi修正计算所述当前状态下的有效增殖系数ki。
步骤40、基于所述当前状态下的有效增殖系数ki，确定所述反应堆在所述当前状态下的次临界度。
采用本实施例中的监测方法，在反应堆的装料以及启动期间，能够提供准确的次临界度，极大地方便运行和实验人员判断当前堆芯的状态，确保了反应堆的安全启动。
在步骤10中，可以实时接收探测到的所述反应堆的中子计数，并在所述反应堆经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度调整后，当接收到的所述中子计数稳定时，记录所述稳定的中子计数，用于计算所述次临界度。
本实施例的监测方法在所述中子计数稳定时，记录所述稳定的中子计数，使用稳定后的中子计数，可以计算所述反应堆在进行燃料装载或者控制棒位置调整和/或中子吸收溶液浓度调整后的稳定状态下的次临界度，避免由于中子计数的波动而引起的误差。
在步骤30中，可以利用引入修正因子后的源倍增公式来计算反应堆在当前状态下的次临界度，所述公式如下所示。
其中，Ni为数据采集部200采集到的反应堆在当前状态下的中子计数；Fi为反应堆在当前状态下的修正因子。在本实施例中，n大于或等于2。
本发明实施例中的监测方法利用修正因子Fi修正基于源倍增法计算得到的次临界度，可以修正探测器空间效应以及外源价值，使得到的次临界度更加准确。
其中，当前状态下的修正因子可以预先通过理论计算来确定。具体地，在预先计算所述修正因子时，可以根据预定的装料方案或启动方案，预先计算每次所述燃料装载或每次所述控制棒位置以及所述中子吸收溶液浓度的调整后，对应状态下的所述修正因子。
本实施例中所述反应堆根据预定的装料方案对所述反应堆进行多次燃料装载，和/或根据预定的启动方案对所述反应堆的控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度进行至少一次调整。可以预先计算每次对所述反应堆进行所述燃料装载或者所述调整后对应状态下的修正因子Fi，从而修正反应堆在各个对应状态下的次临界度。
具体地，在预先计算所述修正因子时，可以根据所述反应堆的参数，对所述反应堆进行建模，以模拟所述反应堆在每次所述燃料装载或每次所述调整后的对应状态。然后，基于建立的反应堆模型，计算所述反应堆在所述对应状态下的所述修正因子。
进一步地，在对所述反应堆进行建模时，可以根据反应堆的参数进行建模。例如，根据反应堆堆芯的尺寸、燃料棒的布置方式、位置和数量、控制棒的位置、中子探测器的布置等进行精确的建模，从而模拟实际反应堆的状态。基于建立的反应堆模型，可以模拟出实际反应堆在根据预定的装料方案或启动方案进行装料或调整控制棒位置、中子吸收溶液浓度后对应状态下的状态信息，例如，堆芯的中子通量空间分布、探测器响应因子等。基于建立的反应堆模型在每个对应状态下的状态信息，可以计算出每个对应状态下的修正因子，从而可以极大地提高次临界度的计算精度。
本实施例可以通过上述方法预先计算得到各对应状态下的修正因子，在计算所述反应堆的次临界度时，可以获取预先计算得到的修正因子Fi，从而修正计算所述反应堆在各个对应状态下的次临界度。
在本实施例中，所述反应堆在初次进行燃料装载后达到初始状态。本实施例中的监测方法还包括预先计算所述反应堆在所述初始状态下的有效增殖系数k1。
可选的，可以选择任意状态作为参考状态，预先计算所述反应堆在所述选择的参考状态下的有效增殖系数，所述参考状态下的有效增殖系数可以被用作初始状态下的有效增殖系数k1。例如，实验人员可以选择某一接近临界的次临界状态作为所述参考状态。其中，所述参考状态下的有效增殖系数可以基于所述建立的反应堆模型计算得到。
此外，所述选择的参考状态下的有效增殖系数可以通过测量得到，具体地，测量该参考状态下的中子计数以得到该参考状态下的有效增殖系数。如果该参考状态是接近临界的次临界状态，在不使用修正因子来修正的情况下，通过源倍增法测量得到的有效增殖系数也较为准确。
本实施例中的监测方法预先计算出初始状态下的有效增殖系数k1，从而确定所述反应堆在初始状态下的次临界度。并且，还可以在以所述反应堆的初始状态作为历史状态时，即n＝2时，能够使用预先计算得到的初始状态下的有效增殖系数k1，准确计算出反应堆在对应状态下的有效增殖系数k2。
进一步地，当所述反应堆处于所述初始状态时，所述监测方法还包括以下步骤。首先，接收探测到的所述反应堆在所述初始状态下的中子计数N1，获取所述反应堆在所述初始状态下的有效增殖系数k1。其次，存储所述初始状态下的中子计数N1和有效增殖系数k1，从而在所述初始状态作为历史状态时，可以使用存储的初始状态下的中子计数和有效增殖系数来计算所述反应堆在所述当前状态下的有效增殖系数k2。
进一步地，在接收所述反应堆在当前状态下的中子计数以及计算得到所述反应堆在当前状态下的有效增殖系数后，所述监测方法还包括存储所述反应堆在当前状态下的中子计数和有效增殖系数，从而可以使用所述中子计数和有效增殖系数来计算所述反应堆在下一状态下的次临界度。其中，所述下一状态为所述反应堆在所述当前状态下经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度调整后对应的状态。
在一些实施例中，所述监测方法还包括当确定所述反应堆在当前状态下的次临界度时，显示所述次临界度，从而使得所述反应堆当前状态下的次临界度能够直观地显示，便于实验人员直观并准确地获知所述反应堆的次临界度以判断所述反应堆堆芯的当前状态。
进一步地，所述监测方法还包括显示所述反应堆在所述装料过程和/或所述启动达临界过程中次临界度的变化曲线。在所述反应堆的装料和/或启动达临界过程中，采用本实施例中的监测方法可以实时监测所述反应堆的次临界度，同时，还可以显示所述反应堆从所述初始状态到当前状态的期间内所述次临界度的变化曲线，从而使得实验人员可以直观地获知所述反应堆的次临界度的变化，以便于判断所述反应堆堆芯的状态变化。
采用本发明实施例中的监测方法，可以实时监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度，直观地提供准确的次临界度，增加了反应堆装料及启动达临界过程的临界安全监督手段，确保反应堆安全启动。
此外，本实施例中的监测方法与本发明实施例中的监测装置中采用的方法在原理和过程上相同，此处不再赘述。
下面以具体实施例来说明本发明实施例中的监测方法。
首先，在所述反应堆进行装料和/启动之前，根据所述反应堆的装料方案和启动方案，预先计算所述反应堆在各个对应状态下的修正因子Fi以及所述反应堆在初始状态下的有效增殖系数k1。
接着，在所述反应堆的装料过程和/或启动达临界过程中，通过数据采集部200实时采集来自反应堆核测系统20的代表所述反应堆的中子计数的信号，并输入至所述数据处理部100，所述数据处理部100根据所述中子计数计算所述反应堆的次临界度。
具体地，当根据所述反应堆预定的装料方案，向所述反应堆堆芯装载第一批燃料后，记录稳定后的中子计数，作为初始状态下的中子计数N1。此时，所述初始状态下的修正因子为1。
当根据所述预定的装料方案继续向所述反应堆堆芯装载第二批燃料后，记录稳定后的中子计数N2，并读取此次装载燃料后对应状态下的修正因子F2，然后根据以下公式(2)计算当前状态下的有效增殖系数k2以及确定当前状态下的次临界度1-k2。
重复上述操作，依次根据所述公式(1)确定所述反应堆在进行第三次燃料装载后的次临界度1-k3、第四次燃料装载后的次临界度1-k4等等。
直至所述反应堆的燃料装载完毕，对所述反应堆进行启动。在启动达临界过程中，当每次进行控制棒位置调整和/或直至吸收溶液浓度调整后，根据所述公式(1)计算所述反应堆在当前状态下的次临界度1-ki，直至所述反应堆向超临界过渡。
本实施例中的监测方法基于源倍增的空间效应修正方法，通过对探测器空间效应及外源价值的修正，可以准确计算所述反应堆的次临界度，为实验人员提供实时的堆芯状态信息反馈，确保了反应堆安全启动。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种反应堆次临界度的监测方法，用于监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度，其特征在于，包括：
接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数；
获取反应堆在历史状态下的中子计数和有效增殖系数；其中，所述反应堆在所述历史状态下，经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的调整后，达到所述当前状态；
基于所述当前状态下的中子计数、历史状态下的中子计数和有效增殖系数，并使用所述当前状态下的修正因子修正计算所述当前状态下的有效增殖系数；
基于所述当前状态下的有效增殖系数，确定所述反应堆在所述当前状态下的次临界度；
所述反应堆在初次燃料装载或者初次调整所述控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度后，处于初始状态；所述监测方法还包括：
预先计算所述反应堆在选择的参考状态下的有效增殖系数；其中，所述参考状态下的有效增殖系数被用作初始状态下的有效增殖系数；
接收探测到的所述反应堆在所述初始状态下的中子计数；
当向所述反应堆第二次装载燃料或者第二次调整控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度后，接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数；
根据所述初始状态下的中子计数、有效增殖系数和当前状态下的中子计数，采用以下表达式确定所述反应堆在该当前状态下的有效增殖系数：
当继续向所述反应堆装载燃料或者调整控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度时，采用以下表达式确定所述反应堆在当前状态下的有效增殖系数：
其中，ki-1为所述反应堆在历史状态下的有效增殖系数；Ni-1为所述反应堆在所述历史状态下的中子计数；Fi为在该当前状态下的修正因子；i为装载燃料的次数或者调整控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的次数，i>2。
2.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，还包括：
在所述反应堆装料和启动之前，根据预定的装料方案或启动方案，预先计算每次所述燃料装载或每次所述调整后，对应状态下的所述修正因子。
3.如权利要求2所述的监测方法，其特征在于，预先计算所述反应堆在对应状态下的修正因子包括：
对所述反应堆进行建模，以模拟所述反应堆在多个不同的所述燃料装载、不同的所述控制棒位置以及所述中子吸收溶液浓度下的对应状态；
基于建立的反应堆模型，计算所述反应堆在所述对应状态下的所述修正因子。
4.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，还包括：
获取所述反应堆在所述初始状态下的有效增殖系数；
存储所述初始状态下的中子计数和有效增殖系数，以在所述初始状态作为历史状态时，用于计算所述反应堆在所述当前状态下的有效增殖系数。
5.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，还包括：
存储所述反应堆在当前状态下的中子计数和有效增殖系数，以用于计算所述反应堆在下一状态下的次临界度；
其中，所述下一状态为所述反应堆在所述当前状态下经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度调整后对应的状态。
6.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数，包括：
实时接收探测到的所述反应堆的中子计数；
在所述反应堆经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度调整后，当接收到的所述中子计数稳定时，记录所述稳定的中子计数，用于计算所述次临界度。
7.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，还包括：
当确定所述反应堆在当前状态下的次临界度时，显示所述次临界度。
8.如权利要求7所述的监测方法，其特征在于，还包括：
显示所述反应堆在所述装料过程和/或所述启动达临界过程中次临界度的变化趋势。
9.一种反应堆次临界度的监测装置，用于监测所述反应堆在装料过程和/或启动达临界过程中的次临界度，其特征在于，包括：
数据采集部，与反应堆核测系统连接，用于实时采集所述反应堆核测系统探测到的代表所述反应堆中子计数的信号；
数据处理部，与所述数据采集部连接，所述数据采集部将所述中子计数发送至数据处理部；所述数据处理部包括处理单元，所述处理单元被配置为：
接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数；
获取反应堆在历史状态下的中子计数和有效增殖系数；其中，所述反应堆在所述历史状态下，经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的调整后，达到所述当前状态；
基于所述当前状态下的中子计数、历史状态下的中子计数和有效增殖系数，并使用所述当前状态下的修正因子修正计算所述当前状态下的有效增殖系数；以及
基于所述当前状态下的有效增殖系数，确定所述反应堆在所述当前状态下的次临界度；
所述反应堆在初次燃料装载或者初次调整所述控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度后，处于初始状态；
所述数据处理部还包括输入单元，所述输入单元用于向所述监测装置输入预先计算得到的所述反应堆在选择的参考状态下的有效增殖系数；其中，所述参考状态下的有效增殖系数被用作初始状态下的有效增殖系数；
所述处理单元被配置为：
接收探测到的所述反应堆在所述初始状态下的中子计数；
当向所述反应堆第二次装载燃料或者第二次调整控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度后，接收探测到的所述反应堆在当前状态下的中子计数；
根据所述初始状态下的中子计数、有效增殖系数和当前状态下的中子计数，采用以下表达式确定所述反应堆在该当前状态下的有效增殖系数：
当继续向所述反应堆装载燃料或者调整控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度时，采用以下表达式确定所述反应堆在当前状态下的有效增殖系数：
其中，ki-1为所述反应堆在历史状态下的有效增殖系数；Ni-1为所述反应堆在所述历史状态下的中子计数；Fi为在该当前状态下的修正因子；i为装载燃料的次数或者调整控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度的次数，i>2。
10.如权利要求9所述的监测装置，其特征在于，所述输入单元被配置为：
在所述反应堆装料和启动之前，用于向所述监测装置输入预先计算得到的所述修正因子；
其中，预先计算所述修正因子包括：根据预定的装料方案或启动方案，预先计算每次所述燃料装载或每次所述控制棒位置以及所述中子吸收溶液浓度的调整后，对应状态下的所述修正因子。
11.如权利要求10所述的监测装置，其特征在于，预先计算对应状态下的所述修正因子包括：
根据所述反应堆的参数，对所述反应堆进行建模，以模拟所述反应堆在每次所述燃料装载或每次所述调整后的对应状态；
基于建立的反应堆模型，计算所述反应堆在所述对应状态下的所述修正因子。
12.如权利要求10所述的监测装置，其特征在于，所述数据处理部还包括：
存储单元，分别与所述数据采集部、处理单元以及输入单元连接，用于存储所述反应堆在当前状态下的中子计数、有效增殖系数以及所述反应堆在各所述对应状态下的修正因子。
13.如权利要求12所述的监测装置，其特征在于，所述存储单元还用于存储所述反应堆在初始状态下的中子计数和有效增殖系数。
14.如权利要求9所述监测装置，其特征在于，所述数据采集部被配置为：
实时接收来自所述反应堆核测系统的代表所述反应堆的中子计数的信号；
在所述反应堆经过一次燃料装载或者一次控制棒位置和/或中子吸收溶液浓度调整后，当接收到的所述中子计数稳定时，记录所述稳定的中子计数，用于计算所述次临界度。
15.如权利要求9所述的监测装置，其特征在于，所述数据处理部还包括：显示单元，与所述处理单元连接，当确定所述反应堆在当前状态下的次临界度时，所述显示单元用于显示所述次临界度。
16.如权利要求15所述的监测装置，其特征在于，所述显示单元还用于显示所述反应堆在所述装料过程和/或所述启动达临界过程中次临界度的变化趋势。
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