關于堆外通量電離室刻度試驗中調硼動棒的改進建議

歐顏超

（中國核電工程有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 前言

堆外通量電離室刻度試驗是反應堆升功率期間一項重要的堆芯物理試驗，其目的是通過功率量程電離室刻度試驗對4個功率量程測量通道的刻度系數進行重新校刻，使其更準確的反映出實際的堆芯功率和軸向功率偏差。試驗期間必須要進行調硼插棒來使ΔI即軸向功率偏差變動，以往的調硼插棒所用的時間長，誤差也比較大，本文提出相對準確省時的方法，以便試驗更加順利的進行。

堆外通量電離室刻度試驗是反應堆升功率期間一項重要的堆芯物理試驗，其目的是通過功率量程電離室刻度試驗對4個功率量程測量通道的刻度系數進行重新校刻，使其更準確的反映出實際的堆芯功率和軸向功率偏差。試驗過程中堆外核測電離室刻度是在軸向功率變化期間進行的。通過熱平衡測量、堆外電離室測量以及堆內部分通量圖測量得到堆芯功率和軸向功率偏移，用最小二乘法擬合得到堆外測量電離室的刻度因子。

軸向功率偏差是堆芯上部相對功率與下部相對功率之差，用ΔI表示，試驗期間，往往通過調硼動棒的方式來使ΔI即軸向功率偏差變動，每次變動范圍在1%FP～2%FP之間，每次變動后使堆芯狀態穩定，然后進行堆芯通量圖測量；至少要進行至少6個不同ΔI狀態下的堆芯通量圖測量，再通過功率分布測量計算軟件得到所需的刻度系數。

圖1

若要使ΔI變化則必須調硼動棒時，以往的方式是根據ΔI變化1%FP-2%FP棒位變化引起反應性變化的大小，對調硼量大小進行估算，這種情況是很理想的情況，必須是反應堆堆芯處于氙平衡狀態，但是堆芯并不總是處于氙平衡的狀態的，反應堆進行過功率變化之后，氙毒變化如圖1所示。

該圖是堆芯功率由低功率提升到高功率氙毒引入的反應性隨時間的變化，由圖可知，功率剛開始變動的時候，氙毒引入的反應性很大，反應性變化也很劇烈，直到30個小時之后，氙毒變化開始趨于平穩，直至40個小時后才基本不變。

由于試驗時，反應堆可能進行過升功率與降功率，并沒有達到氙平衡的狀態，這個時候就必須把氙毒引入的反應性考慮進去。

1 以往的調硼插棒方法

為了方便說明，現以稀釋插棒為例。在以往的方式中，考慮到氙毒，一般先根據棒位變化引起反應性的變化估算稀釋量，進行慢速稀釋，因為氙毒隨著時間的推移往堆芯內引入負反應性，所以第一次引入的稀釋量往往不夠，而且稀釋開始到稀釋引入的反應性效應出來需要大概12分鐘，在這段時間中氙毒也會發生變化向系統內引入一定量的反應性，因此當所估算的稀釋量稀釋完畢時，若沒有達到ΔI變化1%FP的條件，將會繼續按一次100升的量進行慢速稀釋，從而利用這部稀釋量引入的正反應性抵消氙毒引入的負反應性，保證稀釋后一回路硼濃度均勻化期間和通量圖測量期間，反應堆控制棒組的棒位、冷卻劑硼濃度和功率水平的穩定。這種方式雖然可行，但操作誤差很大，并且花費的時間很長：一次調硼到到硼濃度均勻化需要12分鐘左右（即稀釋開始到稀釋引入的反應性效應出來的時間），若調硼達不到要求，則需要繼續調硼。由于稀釋是連續進行的，若稀釋水量估算不準確，那么要達到6個不同ΔI狀態至少要多耗費1到2個小時的時間。

2 調硼插棒方法的討論

綜上所述，本人認為應當在調硼時將氙毒變化引入的反應性計算出來并換算成調硼量。即：

氙毒變化引入的反應性+調硼引入的反應性+控制棒棒位變化引入的反應性=0

因此 有 ：ρXe+ρB+ρR=0

其中：

ρXe為氙毒變化引入的反應性，單位為 pcm；

ρB為硼濃度變化引入的反應性，單位為 pcm；

ρR為控制棒棒位變化引入的反應性，單位為pcm。

在氙平衡的情況下：ρXe=0

則：ρB-ρR=0

這就是氙平衡狀態下的反應性平衡公式，此時只需考慮控制棒引入的反應性再根據此反應性估算所需稀釋的量即可。

當反應堆處于氙未平衡狀態時，則需要同時考慮到控制棒和氙毒引入的反應性，即：ρXe+ρB+ρR=0

方法一：

控制棒棒位變化引入的反應性在試驗過程中查表可得，理論的氙毒的計算需要考慮反應堆此前的功率史。可根據《核反應堆物理分析》中功率過渡時的氙中毒公式計算，此公式中的未知量可以參考堆芯參數和物理常量，通過excel表格，利用此公式將每個時刻的氙毒計算出來，從而可知道氙毒的變化量，最后得到稀釋量。此方法需將堆芯之前的功率史輸入excel表，在試驗中操作起來較為繁瑣，其優點是得出的調硼量比較準確。

方法二：

由于主控有專門監視氙毒每分鐘變化量的界面，氙毒引入的反應性則可以根據主控監控界面提供的氙毒變化得出，此時：

其中：

ρi為每個分鐘內氙毒變化的量，單位為pcm/min；

t為稀釋開始時刻到功率分布通量圖測量結束時刻的時間，單位為min。

根據此式得到的硼稀釋量也相對準確，并且操作簡便。

兩種方法的選取：

以稀釋插棒為例：

（1）反應堆堆芯若處于功率變化后30個小時以下的狀態，由于此時氙毒變化較大，一般采取第一種方法，這種方法能計算出每秒氙毒的值，具體操作方式如下：

計算出稀釋開始時氙毒的值為：ρ1

預估通量圖做完的時刻并計算該時刻氙毒的值：ρ2

于是 有 ：ρXe=ρ2-ρ1

再根 據 ：ρXe+ρB+ρR=0

即可得到 ρB的值，從而算出稀釋量。

（2）正常試驗時，反應堆堆芯一般都是處于功率變化后30個小時以上的時期，此時氙毒變化緩慢，所以我們采取第二種方法，具體操作方式如下：

由反應堆堆芯功率變化后氙毒反應性隨時間的變化圖可知，30個小時以上到40個小時期間氙毒的變化與時間近似線性關系，所以有：

其中ρ為在主控監控界面上氙毒每分鐘變化的量，于是可以根據：

來得出ρB從而得到稀釋量。由于主控監控界面上的氙毒變化不一定是一成不變的，此方法可能會導致后續需再稀釋的情況，但由于氙毒變化的量在此時間段內較少，所以誤差不大。

（3）若反應堆堆芯處于功率變化后40個小時以上的時期，此時為氙平衡狀態，則直接按照以往的方法計算稀釋量。

下面是以往方式調硼與改進后的調硼時間對比，次數對比(均摘自國內某核電廠試驗報告)：

以往的方式：

表1

改進后：

表2

由以上兩個表格可以看出，改進后的方法耗費的時間因稀釋次數變少而變少了。（少耗費了1個小時左右）。

綜上所述，使用改進的方法進行堆外通量電離室刻度試驗中的調硼動棒，可以使試驗時調硼量更加準確，所用時間相比于以往方法更少。但是也不排除反應堆堆芯反應性因為其他原因而引起的變化情況，此時要根據具體情況插棒或稀釋。總的來說，改進的調硼動棒方法讓試驗更加準確便捷。

［1］謝仲生.《核反應堆物理分析》，1994.06(3).