[发明专利]利用功率量程探测器和信号作为信号源的动态刻棒方法

说明书

技术领域

本发明属于核反应堆物理试验方法领域，特别是涉及一种采用核反应堆堆外功率量程同一通道多节功率量程探测器的和信号作为信号源的动态刻棒方法。

背景技术

目前主流的压水堆核电厂分批次进行燃料更换操作，一般每隔一年或一年半时间，核反应堆内“燃烧”最充分的核燃料就会被卸出堆芯，同时相应数量的新燃料组件会被装入反应堆。由于新旧燃料的物理特性存在差异，在每次更换燃料操作前，核电厂往往需委托有资质的核工程设计院来设计新的核燃料装载方案。

在核电厂依据设计单位提供的核燃料装载方案完成核燃料的装卸操作后，为了避免错装料，同时也为了验证设计单位基于软件分析计算所提供的设计方案是正确的，在核电厂重新发电之前，都需要进行所谓的反应堆启动物理试验。由于启动物理试验是在核反应堆功率几乎为零的状态下进行的，整个试验阶段电厂都不能对外输出电能，不产生经济效益。因此从提高经济性的角度，核电厂都有很强的动力去缩短启动物理试验所占用的时间。

在所有的启动物理试验项目中，刻棒试验，即控制棒价值测量试验所占用的时间最长。因此，研究快速的控制棒价值测量方法，对提高核电厂的经济性具有十分重要的意义。

然而，传统的棒价值测量方法，由于“测量”反应性所采用的仪器都是建立在点堆模型这一理论假设基础上的，因此，为保证试验过程这一理论假设的适用性，试验过程被要求不能一次引入比较大的反应性，这样一来，就限制了试验中控制棒价值的测量速率，导致每组控制棒价值测量试验都较为耗时。

动态刻棒试验方法是最早由美国西屋电气公司研制成功的一种快速测量控制棒价值的试验方法，该方法创造性地在试验之前引入了对试验过程的高精度计算机数值模拟，并依据模拟所得结果，来定量计算整个试验过程偏离点堆模型的程度，并根据这样的偏离程度，定义出相应的修正因子，然后，在实际开展试验时，就可以不考虑点堆假设对反应性引入速率的限制，实现以安全允许的最快速度进行控制棒价值测量。最后，依据测量所得的插棒过程堆外功率量程中子探测器的电流响应信号，再利用事先产生好的修正因子，将测量所得的并不满足点堆假设的信号，重新修正回点堆模型，并最终和传统方法相类似，由反应性仪中的点堆逆动态方程求解软件，计算出试验过程的反应性变化。

动态刻棒方法由于实际测量过程不受传统方法中点堆模型的限制，因此可以实现对控制棒价值的快速测量，从而显著缩短核电厂大修时间，增加电厂的可发电时间，提升电厂的运行业绩。除了这一显著优势外，该方法还由于试验过程完全不需开展可溶硼浓度调节以及每次只操作一组控制棒等特点，使其较传统试验方法更安全、更环保。正因为该试验方法优势显著，已成为目前国际上最主流的核电厂反应堆控制棒价值测量方法，在美、法、日等国普遍采用。

附图2给出了由美国西屋公司设计采用的动态刻棒试验方案。在该方案中，堆外核测系统功率量程四个通道中某个通道多节电离室的电流信号被分成上部信号和下部信号两个信号源同时接入反应性仪。在反应性仪内，依据当前时刻控制棒所处的位置，从事先算好的静态修正因子表中分别取出相应的修正因子，对上部信号和下部信号进行修正，以剔除信号中纯粹由控制棒插入所造成的堆内中子通量密度分布形状变化所引起的空间效应，然后再对修正后的信号各自归一，并求和合并成一个信号。以该信号作为输入，再由反应性仪中的点堆逆动态方程求解程序算出当前时刻反应堆的反应性，即动态反应性。最后，再依据当前时刻的控制棒位置，从事先算好的动态修正因子表中取出相应的动态修正因子，并将其作用于计算所得的动态反应性上，以修正实际控制棒快速下插过程由于存在缓发中子的滞后效应等因素所造成的动态反应性和静态反应性的差异，最终获得可以和设计单位提供的控制棒价值相比较的“测量值”。

此外，还需说明的是，按美国西屋公司的方案，在启动物理试验过程中（包括动态刻棒过程），需将堆外核测系统中子探测器的供电方案由原先的系统自供修改为由反应性仪携带的高压电源提供。

当考虑现有以美国西屋公司技术方案为代表的动态刻棒技术在我国现役核电厂的应用时，会发现该技术存在明显的缺陷：