利用功率量程探測器和信號作為信號源的動態刻棒方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于核反應堆物理試驗方法領域，特別是設及一種采用核反應堆堆外功率 量程同一通道多節探測器的和信號作為信號源的動態刻棒方法。
【背景技術】
[0002] 目前主流的壓水堆核電廠分批次進行燃料更換操作，一般每隔一年或一年半時 間，核反應堆內"燃燒"最充分的核燃料就會被卸出堆忍，同時相應數量的新燃料組件會被 裝入反應堆。由于新舊燃料的物理特性存在差異，在每次更換燃料操作前，核電廠往往需委 托有資質的核工程設計院來設計新的核燃料裝載方案。
[0003] 在核電廠依據設計單位提供的核燃料裝載方案完成核燃料的裝卸操作后，為了避 免錯裝料，同時也為了驗證設計單位基于軟件分析計算所提供的設計方案是正確的，在核 電廠重新發電之前，都需要進行所謂的反應堆啟動物理試驗。由于啟動物理試驗是在核反 應堆功率幾乎為零的狀態下進行的，整個試驗階段電廠都不能對外輸出電能，不產生經濟 效益。因此從提高經濟性的角度，核電廠都有很強的動力去縮短啟動物理試驗所占用的時 間。
[0004] 在所有的啟動物理試驗項目中，刻棒試驗，即控制棒價值測量試驗所占用的時間 最長。因此，研究快速的控制棒價值測量方法，對提高核電廠的經濟性具有十分重要的意 義。
[0005] 然而，傳統的棒價值測量方法，由于"測量"反應性所采用的儀器都是建立在點堆 模型運一理論假設基礎上的，因此，為保證試驗過程運一理論假設的適用性，試驗過程被要 求不能一次引入比較大的反應性，運樣一來，就限制了試驗中控制棒價值的測量速率，導致 每組控制棒價值測量試驗都較為耗時。
[0006] 動態刻棒試驗方法是最早由美國西屋電氣公司研制成功的一種快速測量控制棒 價值的試驗方法，該方法創造性地在試驗之前引入了對試驗過程的高精度計算機數值模 擬，并依據模擬所得結果，來定量計算整個試驗過程偏離點堆模型的程度，并根據運樣的偏 離程度，定義出相應的修正因子，然后，在實際開展試驗時，就可W不考慮點堆假設對反應 性引入速率的限制，實現W安全允許的最快速度進行控制棒價值測量。最后，依據測量所得 的插棒過程堆外功率量程中子探測器的電流響應信號，再利用事先產生好的修正因子，將 測量所得的并不滿足點堆假設的信號，重新修正回點堆模型，并最終和傳統方法相類似，由 反應性儀中的點堆逆動態方程求解軟件，計算出試驗過程的反應性變化。
[0007] 動態刻棒方法由于實際測量過程不受傳統方法中點堆模型的限制，因此可W實現 對控制棒價值的快速測量，從而顯著縮短核電廠大修時間，增加電廠的可發電時間，提升電 廠的運行業績。除了運一顯著優勢外，該方法還由于試驗過程完全不需開展可溶棚濃度調 節W及每次只操作一組控制棒等特點，使其較傳統試驗方法更安全、更環保。正因為該試驗 方法優勢顯著，已成為目前國際上最主流的核電廠反應堆控制棒價值測量方法，在美、法、 日等國普遍采用。
[0008] 附圖2給出了由美國西屋公司設計采用的動態刻棒試驗方案。在該方案中，堆外核 測系統功率量程四個通道中某個通道多節電離室的電流信號被分成上部信號和下部信號 兩個信號源同時接入反應性儀。在反應性儀內，依據當前時刻控制棒所處的位置，從事先算 好的靜態修正因子表中分別取出相應的修正因子，對上部信號和下部信號進行修正，W剔 除信號中純粹由控制棒插入所造成的堆內中子通量密度分布形狀變化所引起的空間效應， 然后再對修正后的信號各自歸一，并求和合并成一個信號。W該信號作為輸入，再由反應性 儀中的點堆逆動態方程求解程序算出當前時刻反應堆的反應性，即動態反應性。最后，再依 據當前時刻的控制棒位置，從事先算好的動態修正因子表中取出相應的動態修正因子，并 將其作用于計算所得的動態反應性上，W修正實際控制棒快速下插過程由于存在緩發中子 的滯后效應等因素所造成的動態反應性和靜態反應性的差異，最終獲得可W和設計單位提 供的控制棒價值相比較的"測量值"。
[0009] 此外，還需說明的是，按美國西屋公司的方案，在啟動物理試驗過程中（包括動態 刻棒過程），需將堆外核測系統中子探測器的供電方案由原先的系統自供修改為由反應性 儀攜帶的高壓電源提供。
[0010] 當考慮現有W美國西屋公司技術方案為代表的動態刻棒技術在我國現役核電廠 的應用時，會發現該技術存在明顯的缺陷： 首先，我國現役的絕大部分壓水堆核電機組，其技術都來源于早年從法國引進的大亞 灣核電廠。運些法系機組有一個共同的特點，那就是在核電廠主控制室內現成可接入反應 性儀的功率量程堆外探測器電流信號僅為一個通道多節探測器電流信號的和信號，也就是 說，只有對電廠現有的接線方案進行實體改造后，才有可能像美國西屋公司那樣分上部探 測器和下部探測器分別取信號。由于堆外核測系統屬核電廠核安全等級最高的系統，其可 靠性要求極高，對其進行改造一方面會增大核安全的風險，另一方面也意味著可觀的經濟 和時間成本。
[0011] 其次，如前說述，按西屋公司的方案，在試驗過程需將堆外核測系統的供電方案由 原先的系統自供切換到由反應性儀配帶的高壓電源提供。運樣的做法從保證反應性儀和堆 外核測系統共用一個物理接地的角度，或許有些益處，但每次試驗要切換核級儀表的高壓 供電方案，不但麻煩，還會帶來額外的風險，甚至有可能觸發試驗過程反應堆的意外停堆。
【發明內容】
[0012] 本發明的目的是針對我國核電廠的實際情況提供一種利用功率量程探測器和信 號作為信號源的動態刻棒方法，所謂和信號是指利用功率量程一個通道多節探測器實測電 流之和作為測量信號。本發明更符合我國現役壓水堆核電機組的實際情況，因其不需要對 現有堆外核測系統做任何的硬件改造。
[0013] 為此，本發明采用的技術方案是運樣的，利用功率量程探測器和信號作為信號源 的動態刻棒方法，包括如下步驟： 1) 利用電廠主控制室內已有的信號端子，記錄某一控制棒組全速插入堆忍過程中，隨 控制棒位置連續變化的堆外功率量程一個通道所有探測器電流的和信號獄鍵； 2) 將該信號接入帶動態刻棒功能的反應性儀，并由反應性儀依據控制棒棒位信號，從 事先輸入反應性儀的靜態修正因子表中，獲得當前棒位下的靜態修正因子義巧'U); 3) 按下列公式一對凝堆進行修正，得到修正后的信號於驗；
4) W /仁)作為輸入，由反應性儀中自帶的點堆逆動態方程求解模塊，獲得反應堆反應 性隨控制棒插入深度的變化，即仁）； 5) 由反應性儀依據控制棒棒位信號，從事先輸入反應性儀的動態修正因子表中，獲得 當前棒位下的動態修正因子忍澀'仁)； 6) 按下列公式二對乾進行修正，得到最終的測量結果:錢擦I; 鶴城亡貓鱗X:麵燃（公式二X
[0014] 該測量結果體現的是控制棒在不同位置時反應堆的反應性，直接表征了控制棒處 于堆忍不同位置時對反應堆反應性的影響，即控制棒價值，得到該測量結果即意味著完成 了刻棒試驗。
[0015] 進一步地，上述方案中的靜態和動態修正因子是用下述方法得到的： 1) 針對擬開展動態刻棒的反應堆，根據詳細的堆內、堆外幾何及材料分布信息，建立相 應的屏蔽計算模型，并利用中子屏蔽計算軟件，如美國像樹嶺國家實驗室開發的D0RT軟件 W及由申請者開發的GCB軟件進行堆外功率量程探測器響應計算，獲得功率量程某個通道 每個探測器對反應堆內裂變中子源的響應關系。運樣的響應關系是Ξ維空間內點對點的響 應關系，可W直接表示為一個Ξ維的函數，也可W像目前工程中經常采用的那樣將其分別 表示為一個徑向的響應函數(兩維函數)和一個軸向的響應函數(一維函數）。W后一種方法 為例，設徑向響應函數和軸向響應函數可分別用巧,^,和巧表示，其中i為探測器標識，η 為堆忍計算時所形成的徑向粗網的編號，k為堆忍計算時所形成的軸向層的編號；巧和 礙分別表示在徑向η粗網和軸向k層粗網均勻產生的各向同性的一個源中子到達探測器 i并在i探測器中形成的電流大小； 2) 根據反應堆具體的核燃料裝載方案，建立反應堆物理計算模型； 3) 在步驟2)基礎上，利用穩態堆忍計算軟件，如目前國內核電設計院所采用的美國西 屋公司APA軟件包中的ANC或者法國SCIENCE軟件包中的SMART，或者申請者自行研發的 ORIENT軟件包中的EGRET，產生與試驗狀態相對應的反應堆點堆動力學參數； 4) 在步驟2)基礎上，針對待測控制棒組，同樣利用上述堆忍穩態物理計算軟件，模擬其 從所有棒都全部提出堆忍運一狀態開始，逐步插入至堆忍底部的運個過程； 5) 基于步驟4)計算結果，得出理論控制棒價值隨控制棒位置的變化關系，即/4(Z); 6沐良據步驟4)計算所得的控制棒在不同高度時，堆內Ξ維的裂變中子源分布，產生隨控 制棒高度變化的靜態修正因子SSF;具體計算為公式Ξ