核反應堆控制棒發生腫脹或卡澀可能時間的預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及核電技術領域，更具體地說，是涉及一種核反應堆控制棒發生腫脹或 卡澀可能時間的預測方法。
【背景技術】
[0002] 核反應堆的開、停和核功率的調節都由控制棒控制。控制棒內的材料能強烈吸收 中子，可以控制反應堆內鏈式裂變反應的進行。控制棒也組裝成組件的形式。反應堆不運 行時，控制棒插在堆芯內。開堆時將控制棒提起，運行中根據需要調節控制棒的高度。一旦 發生事故，全部控制棒會自動快速下落，使反應堆內的鏈式裂變反應停止。
[0003] 核電站所使用的控制棒組件由星形架和吸收劑棒組成。吸收劑棒一般分為兩類， 黑棒和灰棒。其中，黑棒由Ag(80%)-In(15%)-Cd(5%)合金制成的吸收劑芯體裝入不銹 鋼包殼管中構成，包殼管材料為316L不銹鋼表面滲氮。而灰棒是不銹鋼棒，它們吸收中子 的能力較弱，因此其反應性價值比黑棒要低。
[0004] 在反應堆運行期間，黑棒通常插入堆芯的時間很少，輻照導致Ag-In-Cd合金的腫 脹和蠕變都比較少，在使用很長時間后也不會出現包殼破裂的情況。但是，灰棒約有一半的 時間是停留在堆芯內部，Ag-In-Cd合金的輻照腫脹和輻照蠕變都很嚴重，這將導致灰棒的 包殼在很短時間內就達到了其應變限值，限制了灰棒的使用壽命。
[0005] 2008年7月14日，某核電站2號機組主變高壓側T區差動保護誤動作導致機組喪 失主外電源，汽機跳閘，反應堆自動停堆，機組自動切換至輔助外電源供電。在反應堆停堆 過程中，棒位顯示R棒組中的K10/F10兩束棒未落到堆底，卡在了 24步棒位處。
[0006] 2009年04月12日，某核電站1號機組降負荷到熱停堆后，將R/G棒下插到5步的 過程中，R2棒組的4束控制棒無法下插到5步，其中F6棒束棒位顯示在24步，F10/K10/K6 棒束棒位顯示在32步。
[0007] 2009年04月29日，技術人員在對某核電站控制棒檢查的過程中發現兩束Gl棒發 生腫脹，腫脹位置在控制棒下端部88-lOOmm部分，另外還有兩束Gl和三束G2棒發生輕微 腫脹。
[0008] 法國EDF CRUAS電廠在2006年7月和2007年7月也出現了控制棒卡在24步的 現象，而EDF檢查結果表明控制棒下端部輻照腫脹是導致卡澀的原因。
[0009] 控制棒的腫脹將直接導致控制棒發生上述的卡澀，這樣不僅造成大修工期延誤， 而且也帶來核安全方面的風險，給核電站的安全經濟穩定運行帶來了很大的挑戰。目前在 世界范圍內對于控制棒輻照腫脹的研究尚處于起步摸索階段，國內外并無成熟經驗可以參 考借鑒。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的在于提供一種核反應堆控制棒發生腫脹或卡澀可能時間的預測方 法，旨在解決現有技術中存在的核反應堆內控制棒發生腫脹或卡澀帶來的工期延誤及核安 全方面的風險。
[0011] 為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種核反應堆控制棒發生腫脹或卡 澀可能時間的預測方法，采用以下公式計算：
[0012] EbuiAXT1=BUTHa 公式（1)
[0013] 測=Σ Ti 公式（2)
[0014] 其中，BUi/：￥表示該控制棒在第i種燃料管理模式下每年所經歷的控制棒燃耗；
[0015] T1表示該控制棒在第i種燃料管理模式下所運行的時間，以年為單位；
[0016] BUTHa表示該控制棒發生腫脹或卡澀時的閾值，即控制棒發生腫脹或卡澀時對應 的控制棒燃耗BUe_;
[0017] TKiM表示該控制棒發生腫脹或卡澀的可能時間，以年為單位。
[0018] 本發明中，采用上述計算方法預測出的堆芯內的控制棒允許使用年限與現場實際 情況吻合較好，從而有效避免核反應堆內控制棒發生腫脹或卡澀帶來的工期延誤及核安全 方面的風險。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明實施例中控制棒插入部分接受的累積中子通量水平計算方法流程 圖；
[0020] 圖2是本發明實施例中堆芯活性區高度信息示意圖；
[0021] 圖3是本發明實施例中RIC測量通道號與堆芯燃料組件所在位置之間的關系示意 圖；
[0022] 圖4是本發明實施例中控制棒組件在堆內位置信息示意圖；
[0023] 圖5是本發明實施例中控制棒插入深度超出堆芯活性區頂部第一個節塊的位置 示意圖；
[0024] 圖6是本發明實施例中L1C07滿功率150MWD/TU時N2對稱位置累積中子通量水 平隨初始入堆燃耗變化關系圖；
[0025] 圖7是本發明實施例中D1C13滿功率150MWD/TU時G2對稱位置累積中子通量水 平隨初始入堆燃耗變化關系圖；
[0026] 圖8是本發明實施例中L1C05滿功率150MWD/TU時SB對稱位置累積中子通量水 平隨初始入堆燃耗變化關系圖；
[0027] 圖9是本發明實施例中D1C13滿功率11000MWD/TU時R棒處通量水平隨控制棒插 入深度變化關系圖；
[0028] 圖10是本發明實施例中L1C07滿功率6000MWD/TU時R棒處通量水平隨控制棒插 入深度變化關系圖；
[0029] 圖11是本發明實施例中L1C05滿功率150MWD/TU時（EOL) R棒處通量水平隨控制 棒插入深度變化關系圖；
[0030] 圖12是本發明實施例中L1C07 BOL時堆芯軸向平均功率水平分布示意圖；
[0031] 圖13是本發明實施例中L1C07 MOL時堆芯軸向平均功率水平分布示意圖；
[0032] 圖14是本發明實施例中L1C07 EOL時堆芯軸向平均功率水平分布示意圖；
[0033] 圖15是本發明實施例中同一控制棒在不同燃料管理模式下控制棒燃耗隨著壽期 的變化圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0035] 控制棒發生輻照腫脹的可能性及程度大小與控制棒所處位置接受或者通過的中 子劑量有著十分密切的關系。當控制棒某一部位接受或者通過的中子劑量超過某一閾值 時，中子劑量越高，該部位越容易發生輻照腫脹，且輻照腫脹的程度也將越大。對于相同類 型的控制棒而言，發生輻照腫脹或者卡澀時對應的中子劑量也是相近的。本發明通過現場 測量結果對理論模擬計算結果進行修正，從而獲得反應堆內各控制棒發生腫脹或卡澀時需 要的中子劑量閾值，并通過此閾值預測控制棒發生腫脹或者卡澀的可能時間。
[0036] 中子劑量是累積中子通量水平在反應堆內的積分效應，也就是控制棒插入部分接 受的中子劑量正比于控制棒接受的累積中子通量水平與輻照時間的乘積。由于對于實際運 行的商業核電站，輻照時間是與經濟效益相關的，是由電廠的實際運行情況決定的，一般很 難改變或減少。所以要減少或者避免控制棒腫脹或卡澀，就需要減少控制棒插入部分接受 的累積中子通量水平，避免中子劑量超過閾值。
[0037] 本發明對核電站控制棒腫脹因素進行研究和分析，具體考慮了不同燃料管理模式 下控制棒在堆芯的位置、控制棒所在燃料組件的入堆燃耗、控制棒插入堆芯深度以及燃耗 等因素對累積中子通量水平的影響分別進行了研究分析，創造性的提出了控制棒燃耗因子 及控制棒燃耗的概念，采用控制棒燃耗方法分析了不同燃料管理模式對控制棒輻照腫脹的 影響，獲得了控制棒發生腫脹或卡澀時的控制棒燃耗閾值，建立一種能夠對堆芯內控制棒 的允許運行時間即是發生腫脹或卡澀的可能進行預測的方法，通過該預測方法得到的預測 結果與現場實際情況能較好吻合，能夠對核電站的控制棒管理策略和決策提供支持，有效 避免核電站堆芯內控制棒因輻照腫脹而發生卡澀的風險。
[0038] 本發明中建立三種不同燃料管理方式下的控制棒模型，這三種燃料管理方式分別 為年度1/3換料、年度1/4換料和18個月1/2換料，并研究在這三種模式下控制棒隨堆芯 位置、隨控制棒所在燃料組件的初始入堆燃耗水平、隨控制棒插入堆芯深度以及隨實際運 行燃耗，控制棒接受的累積中子通量水平的變化關系。通過對這種變化關系的分析研究，擬 獲得減少或者避免控制棒腫脹或卡澀的對策。需要說明的是，這里，年度1/3換