關(guān)于堆外通量電離室刻度試驗(yàn)中調(diào)硼動(dòng)棒的改進(jìn)建議

歐顏超

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）02-0213-002

0 前言

堆外通量電離室刻度試驗(yàn)是反應(yīng)堆升功率期間一項(xiàng)重要的堆芯物理試驗(yàn)，其目的是通過功率量程電離室刻度試驗(yàn)對(duì)4個(gè)功率量程測(cè)量通道的刻度系數(shù)進(jìn)行重新校刻，使其更準(zhǔn)確的反映出實(shí)際的堆芯功率和軸向功率偏差。試驗(yàn)期間必須要進(jìn)行調(diào)硼插棒來使ΔI即軸向功率偏差變動(dòng)，以往的調(diào)硼插棒所用的時(shí)間長(zhǎng)，誤差也比較大，本文提出相對(duì)準(zhǔn)確省時(shí)的方法，以便試驗(yàn)更加順利的進(jìn)行。

堆外通量電離室刻度試驗(yàn)是反應(yīng)堆升功率期間一項(xiàng)重要的堆芯物理試驗(yàn)，其目的是通過功率量程電離室刻度試驗(yàn)對(duì)4個(gè)功率量程測(cè)量通道的刻度系數(shù)進(jìn)行重新校刻，使其更準(zhǔn)確的反映出實(shí)際的堆芯功率和軸向功率偏差。試驗(yàn)過程中堆外核測(cè)電離室刻度是在軸向功率變化期間進(jìn)行的。通過熱平衡測(cè)量、堆外電離室測(cè)量以及堆內(nèi)部分通量圖測(cè)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(cè)量電離室的刻度因子。

軸向功率偏差是堆芯上部相對(duì)功率與下部相對(duì)功率之差，用ΔI表示，試驗(yàn)期間，往往通過調(diào)硼動(dòng)棒的方式來使ΔI即軸向功率偏差變動(dòng)，每次變動(dòng)范圍在1%FP～2%FP之間，每次變動(dòng)后使堆芯狀態(tài)穩(wěn)定，然后進(jìn)行堆芯通量圖測(cè)量；至少要進(jìn)行至少6個(gè)不同ΔI狀態(tài)下的堆芯通量圖測(cè)量，再通過功率分布測(cè)量計(jì)算軟件得到所需的刻度系數(shù)。

圖1

若要使ΔI變化則必須調(diào)硼動(dòng)棒時(shí)，以往的方式是根據(jù)ΔI變化1%FP-2%FP棒位變化引起反應(yīng)性變化的大小，對(duì)調(diào)硼量大小進(jìn)行估算，這種情況是很理想的情況，必須是反應(yīng)堆堆芯處于氙平衡狀態(tài)，但是堆芯并不總是處于氙平衡的狀態(tài)的，反應(yīng)堆進(jìn)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(yīng)性隨時(shí)間的變化，由圖可知，功率剛開始變動(dòng)的時(shí)候，氙毒引入的反應(yīng)性很大，反應(yīng)性變化也很劇烈，直到30個(gè)小時(shí)之后，氙毒變化開始趨于平穩(wěn)，直至40個(gè)小時(shí)后才基本不變。

由于試驗(yàn)時(shí)，反應(yīng)堆可能進(jìn)行過升功率與降功率，并沒有達(dá)到氙平衡的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候就必須把氙毒引入的反應(yīng)性考慮進(jìn)去。

1 以往的調(diào)硼插棒方法

為了方便說明，現(xiàn)以稀釋插棒為例。在以往的方式中，考慮到氙毒，一般先根據(jù)棒位變化引起反應(yīng)性的變化估算稀釋量，進(jìn)行慢速稀釋，因?yàn)殡倦S著時(shí)間的推移往堆芯內(nèi)引入負(fù)反應(yīng)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(yīng)性效應(yīng)出來需要大概12分鐘，在這段時(shí)間中氙毒也會(huì)發(fā)生變化向系統(tǒng)內(nèi)引入一定量的反應(yīng)性，因此當(dāng)所估算的稀釋量稀釋完畢時(shí)，若沒有達(dá)到ΔI變化1%FP的條件，將會(huì)繼續(xù)按一次100升的量進(jìn)行慢速稀釋，從而利用這部稀釋量引入的正反應(yīng)性抵消氙毒引入的負(fù)反應(yīng)性，保證稀釋后一回路硼濃度均勻化期間和通量圖測(cè)量期間，反應(yīng)堆控制棒組的棒位、冷卻劑硼濃度和功率水平的穩(wěn)定。這種方式雖然可行，但操作誤差很大，并且花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)：一次調(diào)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(yīng)性效應(yīng)出來的時(shí)間），若調(diào)硼達(dá)不到要求，則需要繼續(xù)調(diào)硼。由于稀釋是連續(xù)進(jìn)行的，若稀釋水量估算不準(zhǔn)確，那么要達(dá)到6個(gè)不同ΔI狀態(tài)至少要多耗費(fèi)1到2個(gè)小時(shí)的時(shí)間。

2 調(diào)硼插棒方法的討論

綜上所述，本人認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在調(diào)硼時(shí)將氙毒變化引入的反應(yīng)性計(jì)算出來并換算成調(diào)硼量。即：

氙毒變化引入的反應(yīng)性+調(diào)硼引入的反應(yīng)性+控制棒棒位變化引入的反應(yīng)性=0

因此有：ρXe+ρB+ρR=0

其中：

ρXe為氙毒變化引入的反應(yīng)性，單位為pcm；

ρB為硼濃度變化引入的反應(yīng)性，單位為pcm；

ρR為控制棒棒位變化引入的反應(yīng)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(tài)下的反應(yīng)性平衡公式，此時(shí)只需考慮控制棒引入的反應(yīng)性再根據(jù)此反應(yīng)性估算所需稀釋的量即可。

當(dāng)反應(yīng)堆處于氙未平衡狀態(tài)時(shí)，則需要同時(shí)考慮到控制棒和氙毒引入的反應(yīng)性，即：ρXe+ρB+ρR=0

方法一：

控制棒棒位變化引入的反應(yīng)性在試驗(yàn)過程中查表可得，理論的氙毒的計(jì)算需要考慮反應(yīng)堆此前的功率史。可根據(jù)《核反應(yīng)堆物理分析》中功率過渡時(shí)的氙中毒公式計(jì)算，此公式中的未知量可以參考堆芯參數(shù)和物理常量，通過excel表格，利用此公式將每個(gè)時(shí)刻的氙毒計(jì)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(yàn)中操作起來較為繁瑣，其優(yōu)點(diǎn)是得出的調(diào)硼量比較準(zhǔn)確。

方法二：

由于主控有專門監(jiān)視氙毒每分鐘變化量的界面，氙毒引入的反應(yīng)性則可以根據(jù)主控監(jiān)控界面提供的氙毒變化得出，此時(shí)：ρXe=■ρ■

其中：

ρ■為每個(gè)分鐘內(nèi)氙毒變化的量，單位為pcm/min；

t為稀釋開始時(shí)刻到功率分布通量圖測(cè)量結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間，單位為min。

因此可得：■ρ■+ρB+ρR=0

根據(jù)此式得到的硼稀釋量也相對(duì)準(zhǔn)確，并且操作簡(jiǎn)便。

兩種方法的選取：

以稀釋插棒為例：

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

計(jì)算出稀釋開始時(shí)氙毒的值為：ρ1

預(yù)估通量圖做完的時(shí)刻并計(jì)算該時(shí)刻氙毒的值：ρ2

于是有：ρXe=ρ2-ρ1

再根據(jù)：ρXe+ρB+ρR=0

即可得到ρB的值，從而算出稀釋量。

（2）正常試驗(yàn)時(shí)，反應(yīng)堆堆芯一般都是處于功率變化后30個(gè)小時(shí)以上的時(shí)期，此時(shí)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(yīng)堆堆芯功率變化后氙毒反應(yīng)性隨時(shí)間的變化圖可知，30個(gè)小時(shí)以上到40個(gè)小時(shí)期間氙毒的變化與時(shí)間近似線性關(guān)系，所以有：

ρXe=■ρ■=ρt

其中ρ為在主控監(jiān)控界面上氙毒每分鐘變化的量，于是可以根據(jù)：

ρXe+ρB+ρR=0

來得出ρB從而得到稀釋量。由于主控監(jiān)控界面上的氙毒變化不一定是一成不變的，此方法可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)需再稀釋的情況，但由于氙毒變化的量在此時(shí)間段內(nèi)較少，所以誤差不大。

（3）若反應(yīng)堆堆芯處于功率變化后40個(gè)小時(shí)以上的時(shí)期，此時(shí)為氙平衡狀態(tài)，則直接按照以往的方法計(jì)算稀釋量。

下面是以往方式調(diào)硼與改進(jìn)后的調(diào)硼時(shí)間對(duì)比，次數(shù)對(duì)比（均摘自國內(nèi)某核電廠試驗(yàn)報(bào)告）：

以往的方式：

表1

改進(jìn)后：

表2

由以上兩個(gè)表格可以看出，改進(jìn)后的方法耗費(fèi)的時(shí)間因稀釋次數(shù)變少而變少了。（少耗費(fèi)了1個(gè)小時(shí)左右）。

綜上所述，使用改進(jìn)的方法進(jìn)行堆外通量電離室刻度試驗(yàn)中的調(diào)硼動(dòng)棒，可以使試驗(yàn)時(shí)調(diào)硼量更加準(zhǔn)確，所用時(shí)間相比于以往方法更少。但是也不排除反應(yīng)堆堆芯反應(yīng)性因?yàn)槠渌蚨鸬淖兓闆r，此時(shí)要根據(jù)具體情況插棒或稀釋。總的來說，改進(jìn)的調(diào)硼動(dòng)棒方法讓試驗(yàn)更加準(zhǔn)確便捷。

【參考文獻(xiàn)】

[1]謝仲生.《核反應(yīng)堆物理分析》，1994.06（3）.