[发明专利]一种用于在反应堆停机期间监控硼稀释的方法

说明书

背景技术

1、技术领域

本发明通常涉及监控源区段内的核反应堆堆芯的反应性，并且更具体地，本发明涉及在反应堆停机期间监控硼稀释。

2、相关技术

在压水反应堆发电系统中，通过在堆芯内支撑的多个燃料棒中发生的裂变链实反应而在压力容器的堆芯内生成热。燃料棒在燃料组件内保持间隔关系，随着燃料棒之间的空间形成冷却剂通道，含硼水从其中流过。冷却剂水中的氢缓和从燃料棒内的浓缩铀射出的中子，以增加核反应的数目，并且从而提高该过程的效率。控制棒导向套管被散布在燃料组件内代替燃料棒位置，并且用来引导控制棒，其可操作地被插入堆芯或者从堆芯取出。当被插入时，控制棒吸收中子，并且从而降低核反应的数目和堆芯内生成的热量。冷却剂经组件流出反应堆，到达蒸汽发生器的管侧，在这里，热量以较低压力传递给蒸汽发生器的壳侧中的水，其导致蒸汽的生成，蒸汽通常被用于驱动涡轮发电机组，以用于发电。离开蒸汽发生器的管侧的冷却剂被主冷却剂泵以闭环循环驱动回反应堆，以重新开始过程。

核反应堆的功率水平一般被分为三个区段：源或者启动区段，中间区段，以及功率区段。这三个区段可进一步被分为六个模式：模式一，其中功率大于5％；模式二，其中功率小于5％；模式三，被称为待机，其中冷却剂的温度高于350℃；模式四，也被成为热停堆，其中冷却剂的温度低于350℃；模式五，冷停堆，其中冷却剂的温度低于200℃；以及模式六，加燃料，其中温度小于140℃。反应堆的功率水平被连续地监控，以确保安全操作。这样的监控通常通过放置在反应堆堆芯外部和内部的中子检测器来实施，该中子检测器用于测量反应堆的中子通量。因为在反应堆内任意点处的中子通量正比于裂变率，所以中子通量也正比于功率水平。

裂变和电离室已经被用于测量反应堆的源、中间和功率区段中的通量。典型的裂变和电离室能够在所有正常的功率水平下操作，然而，对于精确地检测源区段射出的低水平的中子通量，它们通常不够敏感。因此，当反应堆的功率水平处于源区段时，通常使用单独的低水平的源区段检测器来监控中子通量。

当在适当能量水平的自由中子撞击燃料棒内包含的可裂变材料的原子时，堆芯内的裂变反应发生。反应导致大量的热能的释放和额外的自由中子的释放，其中，热能是从反应堆冷却剂中的堆芯提取的，自由中子可用于产生更多的裂变反应。这些被释放的中子中的一些逸出堆芯，或者被中子吸收剂(例如控制棒)吸收，并且因此不会导致传统的裂变反应。通过控制堆芯中存在的中子吸收材料的量，可以控制裂变过程的速率。在可裂变材料中总有随机裂变反应发生，但是当堆芯被停机时，被释放的中子以如此高的速率被吸收，使得不发生持续的系列反应。通过减少中子吸收材料，直到在给定代中的中子数等于前代的中子数，过程变为自持链式反应，并且反应堆被认为“临界的”。当反应堆是临界的，中子通量比当反应堆停机时高大约六个量级。在一些反应堆中，为了加速停机的堆芯内的中子通量的增加以实现实用的转变间隔，人造中子源被植入反应堆堆芯在包含可裂变材料的燃料棒之间。该人造中子源产生中子通量的局部增加，以帮助反应堆达到功率。

在不存在人造中子源时，一代中的自由中子数与前一代中的自由中子数之比被称为“中予倍增因子”(K_eff)，并且被用作反应堆反应性的量度。换言之，用于核堆芯的临界的量度是K_eff，即中子产生与可归因于破坏和损失的总中子损失的比值。当K_eff大于一时，产生的中子比被摧毁的中子多。同样地，当K_eff小于一时，被摧毁的中子比产生的中子多。当K_eff小于一时，反应堆被称为“次临界的”。

在加燃料停机期间，反应堆头连同上部内部结构被移除以获取通向堆芯内的燃料组件的入口。为了提供这样的入口，控制杆随着上部内部结构被移除，然而，为了在控制杆被移除的情况下维持堆芯内的燃料组件次临界，堆芯内的冷却剂内的硼浓度要增大。在电厂停机期间监控反应堆冷却剂系统硼浓度是验证停机容限并且阻止无意的临界的关键方面。在从模式六转变至模式二期间，接着加燃料停机之后，电厂将会把硼酸浓度从大致2,300ppm改变至1,800ppm。在停机的这个转变时期，存在大量的正在执行的活动，其需要电厂操作者注意。典型地，主要通过周期性的反应堆冷却剂系统硼浓度采样以及行政性地锁定稀释源以避免反应堆冷却剂系统中硼的无意的稀释来监控停机容限。大多数电厂还在适当位置具有硼稀释监控器，其针对计数率的统计上地显著增加对源区段检测器的输出信号进行采样，并且基于手动调整的预置的计数率的增加(例如，计数率加倍)提供报警。