專利名稱:逆動態(tài)落棒法的制作方法
逆動態(tài)落棒法是通過采集落棒過程中的核功率變化數(shù)據(jù)，用點(diǎn)堆動力學(xué)方程求解獲得反應(yīng)性或有效增殖系數(shù)隨時間的變化曲線(逆動態(tài)法)，然后用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，最后用反應(yīng)性平衡方程與核設(shè)計(jì)報告數(shù)據(jù)，得到所需的反應(yīng)堆反應(yīng)性(或有效增殖系數(shù))和反應(yīng)堆控制棒價值。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆的反應(yīng)性測量(G21C 17/104··測量反應(yīng)性〔5〕)，利用該方法可以獲得反應(yīng)堆反應(yīng)性(或有效增殖系數(shù))和反應(yīng)堆控制棒價值。
背景技術(shù)：
1)點(diǎn)堆動力學(xué)方程求解反應(yīng)性或有效增殖系數(shù)(逆動態(tài)法)離線數(shù)字反應(yīng)性儀程序(ODRM)是根據(jù)點(diǎn)堆動力學(xué)模型，用來計(jì)算反應(yīng)性的一個離線反應(yīng)性計(jì)算程序。點(diǎn)堆動力學(xué)方程如下dn(t)dt=keff(t)(1-βeff)-1l0n(t)+Σi=16λiCi(t)+S---(1)]]>dCi(t)dt=keff(t)βieffl0n(t)-λiCi(t)---(2)]]>其中n(t)，與時間相關(guān)的中子密度；keff(t)，有效增殖系數(shù)；βieff，第i組有效緩發(fā)中子份額；βeff，有效緩發(fā)中子份額；其中βeff=Σi=16βieff;]]>注對于重水堆，由于光中子的影響，應(yīng)再加9組緩發(fā)光中子參數(shù)；λi，第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核的衰變常數(shù)；Ci(t)，第i組先驅(qū)核密度；
l0，瞬發(fā)中子平均壽命；S，外中子源。
離線數(shù)字反應(yīng)性儀程序(ODRM)通過求解點(diǎn)堆動力學(xué)方程得到有效增殖系數(shù)keff(t)，最后根據(jù)反應(yīng)性的定義求出反應(yīng)性。
2)反應(yīng)性平衡方程在本文研究的兩個狀態(tài)點(diǎn)(開始落棒點(diǎn)1與完全落棒點(diǎn)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(yīng)、軸向通量再分布效應(yīng)及空泡效應(yīng)引入的反應(yīng)性變化可以不予考慮；硼濃度是不變的；毒、燃耗引入的反應(yīng)性變化也可以不予考慮。由此得到兩個狀態(tài)點(diǎn)的反應(yīng)性平衡方程為Δρ＝ΔρRCCA+ΔρDOP+ΔρMOT(3)式中Δρ，落棒前、后反應(yīng)堆反應(yīng)性變化量，Δρ＝ρ2-ρ1；ΔρRCCA，落棒前、后控制棒引入的反應(yīng)性變化量，ΔρRCCA＝ρRCCA2-ρRCCA1；ΔρDOP，落棒前、后Doppler效應(yīng)引入的反應(yīng)性變化量，ΔρDOP＝ρDOP2-ρDOP1；ΔρMOT，落棒前、后慢化劑溫度效應(yīng)引入的反應(yīng)性變化量，ΔρMOT＝ρMOT2-ρMOT1；落棒前反應(yīng)堆維持臨界狀態(tài)，即ρ1＝0，則落棒后(完全落棒點(diǎn)2)控制棒引入的反應(yīng)性為ρRCCA2＝ρ2-(ΔρDOP+ΔρMOT)+ρRCCA1(4)對于初始狀態(tài)為零功率時的落棒測量，則不要進(jìn)行Doppler效應(yīng)和慢化劑溫度效應(yīng)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(yīng)性計(jì)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(diǎn)的反應(yīng)性，最大程度的減小γ電流的影響。

發(fā)明內(nèi)容逆動態(tài)落棒法用于反應(yīng)性測量，其數(shù)據(jù)處理的方法與過程如下(見圖1)3.1反應(yīng)性計(jì)算
首先利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得落棒引起的核功率變化曲線，數(shù)據(jù)采集時間間隔應(yīng)盡量短。在選取功率史數(shù)據(jù)時，應(yīng)至少選取落棒前2～3min數(shù)據(jù)，以保證堆芯在落棒前為準(zhǔn)穩(wěn)定平衡堆芯狀態(tài)。然后ODRM用緩發(fā)中子參數(shù)及選取的核功率變化數(shù)據(jù)來計(jì)算就可以獲得反應(yīng)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(yīng)堆的反應(yīng)性應(yīng)接近一條水平直線；而由ODRM計(jì)算的反應(yīng)性隨時間卻迅速向0靠近。這是由于落棒后γ電流不可忽略而影響了反應(yīng)性的計(jì)算。γ電流的值不易確定，而且停堆后它也隨時間變化，不易做修正。另外，落棒后ODRM計(jì)算的反應(yīng)性沿一條中心曲線振蕩幅度較大，這是由于測量誤差在低功率時比高功率(相對)時對反應(yīng)性計(jì)算影響更大。
經(jīng)過對反應(yīng)性曲線特點(diǎn)的研究表明，從落棒后到落棒后約40～50s，中心曲線可以近似直線處理。因此對從落棒后到落棒后約40～50s的反應(yīng)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(yīng)性計(jì)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(diǎn)的反應(yīng)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后，用以下原則確定開始落棒點(diǎn)時間與完全落棒點(diǎn)時間●開始落棒點(diǎn)(2D)選取原則反應(yīng)性計(jì)算表明反應(yīng)性在0附近小幅振蕩或核功率在平均值附近小幅振蕩，即堆芯處于臨界狀態(tài)(或反應(yīng)性計(jì)算表明反應(yīng)性在一個常數(shù)附近小幅振蕩，即堆芯處于次臨界狀態(tài)或超臨界狀態(tài))；盡量靠近落棒點(diǎn)，可從反應(yīng)性或核功率變化進(jìn)行判斷。
●完全落棒點(diǎn)(2E)選取原則從開始落棒時刻開始，反應(yīng)性計(jì)算表明反應(yīng)性絕對值逐漸增大，并達(dá)到或接近峰值點(diǎn)；且完全落棒點(diǎn)時刻應(yīng)大于開始落棒時刻加上落棒時間(可以從落棒試驗(yàn)獲得)。
開始落棒點(diǎn)時間與完全落棒點(diǎn)時間確定以后，則根據(jù)擬合公式就可以計(jì)算得到完全落棒點(diǎn)的反應(yīng)性。
3.2測量棒價值計(jì)算根據(jù)反應(yīng)性平衡方程，用完全落棒點(diǎn)的堆芯反應(yīng)性與核設(shè)計(jì)報告提供的數(shù)據(jù)，就處理得到實(shí)測落棒控制棒價值。
3.3逆動態(tài)落棒法與現(xiàn)有的技術(shù)比較目前商業(yè)核電站主要采用調(diào)硼法(逆動態(tài)法)測量堆芯控制棒價值，其特點(diǎn)是精度較高，但測量速度慢。船用反應(yīng)堆主要采用落棒法測量堆芯控制棒價值，其特點(diǎn)是測量速度快，但精度較差。而實(shí)驗(yàn)堆還有其他多種反應(yīng)性測量方法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。如，目前部分商業(yè)核電站采用西屋公司的發(fā)明專利DRWM法，它采用兩套逆動態(tài)計(jì)算，可以比調(diào)硼法快的多的速度測量堆芯控制棒價值。
因此，逆動態(tài)落棒法與現(xiàn)有的技術(shù)比較，有如下特點(diǎn)1.與調(diào)硼法比較，所述的方法反應(yīng)性測量速度快，另外由于不需要調(diào)節(jié)硼濃度，減少了硼水的產(chǎn)生，因此經(jīng)濟(jì)性好。
2.與調(diào)硼法比較，所述的方法可以測量大反應(yīng)性。
3.目前商業(yè)核電站采用調(diào)硼法測量控制棒價值，由于技術(shù)規(guī)范的要求，還無法進(jìn)行所有控制棒總價值的測量。與調(diào)硼法比較，所述的方法可以測量所有控制棒總價值。
4.傳統(tǒng)的落棒法由于做了多種簡化假設(shè)，反應(yīng)性測量精度有限。因此，與落棒法比較，所述的方法反應(yīng)性測量精度高。
5.所述的方法可用于各種堆型，反應(yīng)性測量速度快、精度高，可操作性好。
6.所述的方法可用于各種初始功率水平上進(jìn)行反應(yīng)性測量。但為了保證精度，初始功率應(yīng)在可以忽略中子源的水平上。
逆動態(tài)落棒法與傳統(tǒng)的落棒法一樣，不能測量控制棒的微分價值。但是，由于商業(yè)核電站測量控制棒價值主要目的是用來驗(yàn)證核設(shè)計(jì)，測量控制棒的積分價值已經(jīng)足夠。因此商業(yè)核電站用逆動態(tài)落棒法代替調(diào)硼法測量控制棒價值，可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是逆動態(tài)落棒法數(shù)據(jù)處理流程圖。圖中的矩形框代表處理過程，四邊形代表數(shù)據(jù)。該圖簡要的表達(dá)了逆動態(tài)落棒法數(shù)據(jù)處理與過程1)ODRM(p1)根據(jù)緩發(fā)中子參數(shù)(d2)與落棒停堆時核功率變化數(shù)據(jù)(d1)就可以得到堆芯反應(yīng)性隨時間變化的數(shù)據(jù)(d3)；2)在選取好狀態(tài)點(diǎn)后，利用最小二乘法(p2)做擬合直線，得到完全落棒點(diǎn)的堆芯反應(yīng)性。
3)根據(jù)反應(yīng)性平衡方程(p3)，用完全落棒點(diǎn)的堆芯反應(yīng)性與核設(shè)計(jì)報告提供的數(shù)據(jù)(d4)，處理得到實(shí)測落棒控制棒價值(d5)或控制棒插入狀態(tài)下的堆芯反應(yīng)性(或有效增殖系數(shù)，d6)。
圖2是落棒引起的反應(yīng)堆功率與由ODRM計(jì)算的反應(yīng)性變化曲線。2A是落棒引起的反應(yīng)堆功率變化曲線，2B是由ODRM計(jì)算的反應(yīng)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(diǎn)，2E是完全落棒點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
這里有某反應(yīng)堆4個不同燃耗點(diǎn)的落棒停堆瞬態(tài)數(shù)據(jù)，下面以燃耗在70MWd/tU，初始功率為23％FP時的落棒停堆瞬態(tài)數(shù)據(jù)的處理過程為例，詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)處理過程和方法。
5.1緩發(fā)中子參數(shù)表2是燃耗在70MWd/tU，初始功率為23％FP時的緩發(fā)中子參數(shù)。
表2緩發(fā)中子參數(shù)
5.2反應(yīng)性計(jì)算圖2“功率變化曲線(2A)”是70MWd/tU燃耗點(diǎn)時的落棒引起的核功率變化曲線，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的，數(shù)據(jù)采集時間間隔為0.1s。ODRM用表2的緩發(fā)中子參數(shù)及選取的核功率變化數(shù)據(jù)來計(jì)算得到反應(yīng)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(yīng)性(反應(yīng)性單位為pcm，1pcm＝10-5)，x是時間(s)。根據(jù)第3節(jié)的描述，確定開始落棒點(diǎn)時間是x＝546.7s，完全落棒點(diǎn)時間是x＝548.3s(落棒試驗(yàn)結(jié)果表明，單棒束落棒時間為1.3s)，則根據(jù)式(7)就可以計(jì)算得到完全落棒點(diǎn)的反應(yīng)性y＝99.976×548.3-62987＝-8170.2pcm5.3測量棒價值計(jì)算開始落棒點(diǎn)為狀態(tài)點(diǎn)1，完全落棒點(diǎn)為狀態(tài)點(diǎn)2，狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見表3。根據(jù)式(4)需要對功率變化引起的Doppler功率虧損、慢化劑溫度效應(yīng)引入的反應(yīng)性變化(可略)和初始棒位引入的反應(yīng)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(shù)據(jù)由核設(shè)計(jì)報告中查得。
表3狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)(70MWd/tU，初始功率23％FP)
表4列出了本次計(jì)算的4個不同燃耗點(diǎn)ARI控制棒價值的測量計(jì)算結(jié)果及它與理論值比較的結(jié)果，其相對誤差的絕對值都小于10％。
表4 4個燃耗點(diǎn)的ARI控制棒價值測量值、理論值比較列表
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)堆反應(yīng)性測量方法，它可以安全、快速的進(jìn)行如下測量a)反應(yīng)堆反應(yīng)性測量(或有效增殖系數(shù)測量，d6)b)反應(yīng)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(jù)緩發(fā)中子參數(shù)(d2)與落棒停堆時核功率變化數(shù)據(jù)(d1)就可以得到堆芯反應(yīng)性隨時間變化的數(shù)據(jù)(d3)；b)在選取好狀態(tài)點(diǎn)后，利用最小二乘法(p2)擬合，得到完全落棒點(diǎn)的堆芯反應(yīng)性。用以下原則確定開始落棒點(diǎn)時間與完全落棒點(diǎn)時間●開始落棒點(diǎn)(2D)選取原則反應(yīng)性計(jì)算表明反應(yīng)性在0附近小幅振蕩或核功率在平均值附近小幅振蕩，即堆芯處于臨界狀態(tài)(或反應(yīng)性計(jì)算表明反應(yīng)性在一個常數(shù)附近小幅振蕩，即堆芯處于次臨界狀態(tài)或超臨界狀態(tài))；盡量靠近落棒點(diǎn)，可從反應(yīng)性或核功率變化進(jìn)行判斷?！裢耆浒酎c(diǎn)(2E)選取原則從開始落棒時刻開始，反應(yīng)性計(jì)算表明反應(yīng)性絕對值逐漸增大，并達(dá)到或接近峰值點(diǎn)；且完全落棒點(diǎn)時刻應(yīng)大于開始落棒時刻加上落棒時間(可以從落棒試驗(yàn)獲得)。c)根據(jù)反應(yīng)性平衡方程(p3)，用完全落棒點(diǎn)的堆芯反應(yīng)性與核設(shè)計(jì)報告提供的數(shù)據(jù)(d4)，處理得到實(shí)測落棒控制棒價值(d5)或控制棒插入狀態(tài)下的堆芯反應(yīng)性(或有效增殖系數(shù)，d6)。所述的方法特征在于，是通過采集落棒過程中的核功率變化數(shù)據(jù)(d1)，用點(diǎn)堆動力學(xué)方程求解獲得反應(yīng)性或有效增殖系數(shù)隨時間的變化曲線(p1，d3)，然后用最小二乘法處理數(shù)據(jù)(p2)，最后用反應(yīng)性平衡方程(p3)與核設(shè)計(jì)報告數(shù)據(jù)(d4)，得到所需的反應(yīng)堆反應(yīng)性(或有效增殖系數(shù)，d6)和反應(yīng)堆控制棒價值(d5)。
2.雖然目前有少部分反應(yīng)堆將逆動態(tài)法與落棒法結(jié)合使用，但是數(shù)據(jù)處理的方法仍然基于落棒法處理方法。按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于用逆動態(tài)法處理的結(jié)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(yīng)性計(jì)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(diǎn)的反應(yīng)性，同時最大程度減小γ電流的影響。
3.按照權(quán)利要求
1、2的方法，其特征在于確定了開始落棒點(diǎn)時間與完全落棒點(diǎn)時間的原則，使擬合直線的延伸就可以獲得完全落棒點(diǎn)的反應(yīng)性，最大程度的減小γ電流的影響，提高了計(jì)算精度。
4.按照權(quán)利要求
1、2、3的方法，其特征在于用反應(yīng)性平衡方程(p3)，可以得到所需的反應(yīng)堆反應(yīng)性(或有效增殖系數(shù)，d6)或反應(yīng)堆控制棒價值(d5)。
5.按照權(quán)利要求
1、2、3、4的方法，其特征在于可以適用于各種堆型，反應(yīng)性測量速度快、精度高，可操作性好。
6.按照權(quán)利要求
1-4的方法，其特征在于可以適用于各種初始功率水平上進(jìn)行反應(yīng)性測量。但為了保證精度，初始功率應(yīng)在可以忽略中子源的水平上。
7.目前商業(yè)核電站主要采用調(diào)硼法(逆動態(tài)法)測量堆芯控制棒價值。由于商業(yè)核電站技術(shù)規(guī)范的要求，還無法進(jìn)行所有控制棒總價值的測量。與調(diào)硼法比較，按照權(quán)利要求
1、2、3、4的方法，其特征在于可以測量所有控制棒總價值。
8.按照權(quán)利要求
1、2、3、4的方法，所述方法可用于由于某種原因開始落棒點(diǎn)不是處于臨界狀態(tài)的落棒情況。這種情況下開始落棒點(diǎn)前的數(shù)據(jù)采集必須足夠長，反應(yīng)性平衡方程中必須考慮開始落棒點(diǎn)的反應(yīng)性，所述的方法特征在于開始落棒點(diǎn)不是處于臨界狀態(tài)的落棒情況也可以進(jìn)行反應(yīng)性測量。
專利摘要
逆動態(tài)落棒法是通過采集落棒過程中的核功率變化數(shù)據(jù)(d1)，用點(diǎn)堆動力學(xué)方程求解獲得反應(yīng)性或有效增殖系數(shù)隨時間的變化曲線(p1，d3)，然后用最小二乘法處理數(shù)據(jù)(p2)，最后用反應(yīng)性平衡方程(p3)與核設(shè)計(jì)報告數(shù)據(jù)(d4)，得到所需的反應(yīng)堆反應(yīng)性(或有效增殖系數(shù)，d6)和反應(yīng)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(fā)明者蔡光明 申請人:蔡光明導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan