逆動態落棒法的製作方法

2023-12-10 10:41:02 1

專利名稱:逆動態落棒法的製作方法
逆動態落棒法是通過採集落棒過程中的核功率變化數據，用點堆動力學方程求解獲得反應性或有效增殖係數隨時間的變化曲線(逆動態法)，然後用最小二乘法處理數據，最後用反應性平衡方程與核設計報告數據，得到所需的反應堆反應性(或有效增殖係數)和反應堆控制棒價值。
技術領域：
本發明涉及核反應堆的反應性測量(G21C 17/104··測量反應性〔5〕)，利用該方法可以獲得反應堆反應性(或有效增殖係數)和反應堆控制棒價值。
背景技術：
1)點堆動力學方程求解反應性或有效增殖係數(逆動態法)離線數字反應性儀程序(ODRM)是根據點堆動力學模型，用來計算反應性的一個離線反應性計算程序。點堆動力學方程如下dn(t)dt=keff(t)(1-eff)-1l0n(t)+i=16iCi(t)+S---(1)]]>dCi(t)dt=keff(t)ieffl0n(t)-iCi(t)---(2)]]>其中n(t)，與時間相關的中子密度；keff(t)，有效增殖係數；βieff，第i組有效緩發中子份額；βeff，有效緩發中子份額；其中eff=i=16ieff;]]>注對於重水堆，由於光中子的影響，應再加9組緩發光中子參數；λi，第i組緩發中子先驅核的衰變常數；Ci(t)，第i組先驅核密度；
l0，瞬發中子平均壽命；S，外中子源。
離線數字反應性儀程序(ODRM)通過求解點堆動力學方程得到有效增殖係數keff(t)，最後根據反應性的定義求出反應性。
2)反應性平衡方程在本文研究的兩個狀態點(開始落棒點1與完全落棒點2)之間的時間間隔僅約2s，而慢化劑平均溫度變化很小，慢化劑溫度效應、軸向通量再分布效應及空泡效應引入的反應性變化可以不予考慮；硼濃度是不變的；毒、燃耗引入的反應性變化也可以不予考慮。由此得到兩個狀態點的反應性平衡方程為Δρ＝ΔρRCCA+ΔρDOP+ΔρMOT(3)式中Δρ，落棒前、後反應堆反應性變化量，Δρ＝ρ2-ρ1；ΔρRCCA，落棒前、後控制棒引入的反應性變化量，ΔρRCCA＝ρRCCA2-ρRCCA1；ΔρDOP，落棒前、後Doppler效應引入的反應性變化量，ΔρDOP＝ρDOP2-ρDOP1；ΔρMOT，落棒前、後慢化劑溫度效應引入的反應性變化量，ΔρMOT＝ρMOT2-ρMOT1；落棒前反應堆維持臨界狀態，即ρ1＝0，則落棒後(完全落棒點2)控制棒引入的反應性為ρRCCA2＝ρ2-(ΔρDOP+ΔρMOT)+ρRCCA1(4)對於初始狀態為零功率時的落棒測量，則不要進行Doppler效應和慢化劑溫度效應修正，上式還可簡化為ρRCCA2＝ρ2+ρRCCA1(5)3)最小二乘法用最小二乘法做擬合直線，一方面可以有效的減小測量誤差對反應性計算的影響；另一方面擬合直線的延伸就可以獲得完全落棒點的反應性，最大程度的減小γ電流的影響。

發明內容逆動態落棒法用於反應性測量，其數據處理的方法與過程如下(見圖1)3.1反應性計算
首先利用數據採集系統獲得落棒引起的核功率變化曲線，數據採集時間間隔應儘量短。在選取功率史數據時，應至少選取落棒前2～3min數據，以保證堆芯在落棒前為準穩定平衡堆芯狀態。然後ODRM用緩發中子參數及選取的核功率變化數據來計算就可以獲得反應性隨時間的變化曲線。
在控制棒掉入堆芯初期，如果暫不考慮毒的影響，反應堆的反應性應接近一條水平直線；而由ODRM計算的反應性隨時間卻迅速向0靠近。這是由於落棒後γ電流不可忽略而影響了反應性的計算。γ電流的值不易確定，而且停堆後它也隨時間變化，不易做修正。另外，落棒後ODRM計算的反應性沿一條中心曲線振蕩幅度較大，這是由於測量誤差在低功率時比高功率(相對)時對反應性計算影響更大。
經過對反應性曲線特點的研究表明，從落棒後到落棒後約40～50s，中心曲線可以近似直線處理。因此對從落棒後到落棒後約40～50s的反應性變化曲線用最小二乘法做擬合直線，一方面可以有效的減小測量誤差對反應性計算的影響；另一方面擬合直線的延伸就可以獲得完全落棒點的反應性，最大程度的減小γ電流的影響。
用最小二乘法獲得擬合公式後，用以下原則確定開始落棒點時間與完全落棒點時間●開始落棒點(2D)選取原則反應性計算表明反應性在0附近小幅振蕩或核功率在平均值附近小幅振蕩，即堆芯處於臨界狀態(或反應性計算表明反應性在一個常數附近小幅振蕩，即堆芯處於次臨界狀態或超臨界狀態)；儘量靠近落棒點，可從反應性或核功率變化進行判斷。
●完全落棒點(2E)選取原則從開始落棒時刻開始，反應性計算表明反應性絕對值逐漸增大，並達到或接近峰值點；且完全落棒點時刻應大於開始落棒時刻加上落棒時間(可以從落棒試驗獲得)。
開始落棒點時間與完全落棒點時間確定以後，則根據擬合公式就可以計算得到完全落棒點的反應性。
3.2測量棒價值計算根據反應性平衡方程，用完全落棒點的堆芯反應性與核設計報告提供的數據，就處理得到實測落棒控制棒價值。
3.3逆動態落棒法與現有的技術比較目前商業核電站主要採用調硼法(逆動態法)測量堆芯控制棒價值，其特點是精度較高，但測量速度慢。船用反應堆主要採用落棒法測量堆芯控制棒價值，其特點是測量速度快，但精度較差。而實驗堆還有其他多種反應性測量方法，這些方法各有優缺點。如，目前部分商業核電站採用西屋公司的發明專利DRWM法，它採用兩套逆動態計算，可以比調硼法快的多的速度測量堆芯控制棒價值。
因此，逆動態落棒法與現有的技術比較，有如下特點1.與調硼法比較，所述的方法反應性測量速度快，另外由於不需要調節硼濃度，減少了硼水的產生，因此經濟性好。
2.與調硼法比較，所述的方法可以測量大反應性。
3.目前商業核電站採用調硼法測量控制棒價值，由於技術規範的要求，還無法進行所有控制棒總價值的測量。與調硼法比較，所述的方法可以測量所有控制棒總價值。
4.傳統的落棒法由於做了多種簡化假設，反應性測量精度有限。因此，與落棒法比較，所述的方法反應性測量精度高。
5.所述的方法可用於各種堆型，反應性測量速度快、精度高，可操作性好。
6.所述的方法可用於各種初始功率水平上進行反應性測量。但為了保證精度，初始功率應在可以忽略中子源的水平上。
逆動態落棒法與傳統的落棒法一樣，不能測量控制棒的微分價值。但是，由於商業核電站測量控制棒價值主要目的是用來驗證核設計，測量控制棒的積分價值已經足夠。因此商業核電站用逆動態落棒法代替調硼法測量控制棒價值，可以獲得巨大的經濟效益。


圖1是逆動態落棒法數據處理流程圖。圖中的矩形框代表處理過程，四邊形代表數據。該圖簡要的表達了逆動態落棒法數據處理與過程1)ODRM(p1)根據緩發中子參數(d2)與落棒停堆時核功率變化數據(d1)就可以得到堆芯反應性隨時間變化的數據(d3)；2)在選取好狀態點後，利用最小二乘法(p2)做擬合直線，得到完全落棒點的堆芯反應性。
3)根據反應性平衡方程(p3)，用完全落棒點的堆芯反應性與核設計報告提供的數據(d4)，處理得到實測落棒控制棒價值(d5)或控制棒插入狀態下的堆芯反應性(或有效增殖係數，d6)。
圖2是落棒引起的反應堆功率與由ODRM計算的反應性變化曲線。2A是落棒引起的反應堆功率變化曲線，2B是由ODRM計算的反應性曲線，2C是最小二乘法擬合直線及擬合公式，2D是開始落棒點，2E是完全落棒點。
具體實施方式
這裡有某反應堆4個不同燃耗點的落棒停堆瞬態數據，下面以燃耗在70MWd/tU，初始功率為23％FP時的落棒停堆瞬態數據的處理過程為例，詳細介紹數據處理過程和方法。
5.1緩發中子參數表2是燃耗在70MWd/tU，初始功率為23％FP時的緩發中子參數。
表2緩發中子參數
5.2反應性計算圖2「功率變化曲線(2A)」是70MWd/tU燃耗點時的落棒引起的核功率變化曲線，數據由數據採集系統獲得的，數據採集時間間隔為0.1s。ODRM用表2的緩發中子參數及選取的核功率變化數據來計算得到反應性曲線(2B)。
例子用最小二乘法獲得擬合公式(2C)為
y＝99.976x-62987 (7)其中y是反應性(反應性單位為pcm，1pcm＝10-5)，x是時間(s)。根據第3節的描述，確定開始落棒點時間是x＝546.7s，完全落棒點時間是x＝548.3s(落棒試驗結果表明，單棒束落棒時間為1.3s)，則根據式(7)就可以計算得到完全落棒點的反應性y＝99.976×548.3-62987＝-8170.2pcm5.3測量棒價值計算開始落棒點為狀態點1，完全落棒點為狀態點2，狀態點參數見表3。根據式(4)需要對功率變化引起的Doppler功率虧損、慢化劑溫度效應引入的反應性變化(可略)和初始棒位引入的反應性做出修正，才能得到所有控制棒全插時的價值。修正所用的數據由核設計報告中查得。
表3狀態點參數(70MWd/tU，初始功率23％FP)
表4列出了本次計算的4個不同燃耗點ARI控制棒價值的測量計算結果及它與理論值比較的結果，其相對誤差的絕對值都小於10％。
表4 4個燃耗點的ARI控制棒價值測量值、理論值比較列表
權利要求
1.一種反應堆反應性測量方法，它可以安全、快速的進行如下測量a)反應堆反應性測量(或有效增殖係數測量，d6)b)反應堆控制棒價值測量(d5)所述的方法包括下列步驟a)ODRM(p1)根據緩發中子參數(d2)與落棒停堆時核功率變化數據(d1)就可以得到堆芯反應性隨時間變化的數據(d3)；b)在選取好狀態點後，利用最小二乘法(p2)擬合，得到完全落棒點的堆芯反應性。用以下原則確定開始落棒點時間與完全落棒點時間●開始落棒點(2D)選取原則反應性計算表明反應性在0附近小幅振蕩或核功率在平均值附近小幅振蕩，即堆芯處於臨界狀態(或反應性計算表明反應性在一個常數附近小幅振蕩，即堆芯處於次臨界狀態或超臨界狀態)；儘量靠近落棒點，可從反應性或核功率變化進行判斷。●完全落棒點(2E)選取原則從開始落棒時刻開始，反應性計算表明反應性絕對值逐漸增大，並達到或接近峰值點；且完全落棒點時刻應大於開始落棒時刻加上落棒時間(可以從落棒試驗獲得)。c)根據反應性平衡方程(p3)，用完全落棒點的堆芯反應性與核設計報告提供的數據(d4)，處理得到實測落棒控制棒價值(d5)或控制棒插入狀態下的堆芯反應性(或有效增殖係數，d6)。所述的方法特徵在於，是通過採集落棒過程中的核功率變化數據(d1)，用點堆動力學方程求解獲得反應性或有效增殖係數隨時間的變化曲線(p1，d3)，然後用最小二乘法處理數據(p2)，最後用反應性平衡方程(p3)與核設計報告數據(d4)，得到所需的反應堆反應性(或有效增殖係數，d6)和反應堆控制棒價值(d5)。
2.雖然目前有少部分反應堆將逆動態法與落棒法結合使用，但是數據處理的方法仍然基於落棒法處理方法。按照權利要求
1的方法，其特徵在於用逆動態法處理的結果再用最小二乘法處理，這樣一方面可以有效的減小測量誤差對反應性計算的影響；另一方面擬合直線的延伸就可以獲得完全落棒點的反應性，同時最大程度減小γ電流的影響。
3.按照權利要求
1、2的方法，其特徵在於確定了開始落棒點時間與完全落棒點時間的原則，使擬合直線的延伸就可以獲得完全落棒點的反應性，最大程度的減小γ電流的影響，提高了計算精度。
4.按照權利要求
1、2、3的方法，其特徵在於用反應性平衡方程(p3)，可以得到所需的反應堆反應性(或有效增殖係數，d6)或反應堆控制棒價值(d5)。
5.按照權利要求
1、2、3、4的方法，其特徵在於可以適用於各種堆型，反應性測量速度快、精度高，可操作性好。
6.按照權利要求
1-4的方法，其特徵在於可以適用於各種初始功率水平上進行反應性測量。但為了保證精度，初始功率應在可以忽略中子源的水平上。
7.目前商業核電站主要採用調硼法(逆動態法)測量堆芯控制棒價值。由於商業核電站技術規範的要求，還無法進行所有控制棒總價值的測量。與調硼法比較，按照權利要求
1、2、3、4的方法，其特徵在於可以測量所有控制棒總價值。
8.按照權利要求
1、2、3、4的方法，所述方法可用於由於某種原因開始落棒點不是處於臨界狀態的落棒情況。這種情況下開始落棒點前的數據採集必須足夠長，反應性平衡方程中必須考慮開始落棒點的反應性，所述的方法特徵在於開始落棒點不是處於臨界狀態的落棒情況也可以進行反應性測量。
專利摘要
逆動態落棒法是通過採集落棒過程中的核功率變化數據(d1)，用點堆動力學方程求解獲得反應性或有效增殖係數隨時間的變化曲線(p1，d3)，然後用最小二乘法處理數據(p2)，最後用反應性平衡方程(p3)與核設計報告數據(d4)，得到所需的反應堆反應性(或有效增殖係數，d6)和反應堆控制棒價值(d5)。
文檔編號G21C17/104GKCN1881481SQ200510078465
公開日2006年12月20日 申請日期2005年6月18日
發明者蔡光明 申請人:蔡光明導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan