華龍1號機型首循環無中子源啟動探討

□胥俊勇

一、引言

目前，壓水堆核電站除了田灣的WWER系列反應堆啟動時不需要中子源，其它反應堆首循環都需要使用一次中子源。一次中子源(252Cf源)基本是從美國進口，費用較高，采購周期較長；而且由于252Cf的α衰變半衰期只有2.64年，因此，存在工期不確定性造成中子源強度衰減過大，無法滿足反應堆啟動的要求。

華龍1號是我國具有自主知識產權的三代核電機組，其關鍵設備供貨可以依托現有核電機組已經形成的國產化能力。因此，在華龍1號機型實施無源啟動具有重要意義，既可以提高經濟性、減少放射性廢物產量，又可以規避一次中子源強度衰減過大等風險。

二、反應堆啟動安全監督要求

(一)中子源組件及其作用。華龍1號反應堆首循環在堆芯布置2個一次中子源組件和2個二次中子源組件。每組一次中子源組件包括一個252Cf棒和一個Sb-Be芯塊棒；每組二次中子源組件含四個Sb-Be芯塊棒。一次中子源組件只在首循環使用，二次中子源組件在第二循環結束后卸出堆芯。

銀行分項監管對銀行風險的影響——基于發展中國家數據的實證分析..................................................................................................................................孫曉杰 丁建臣（45）

反應堆裝料和啟動過程中，為嚴格控制堆芯有效增殖系數(Keff)的增長速度，防止反應堆瞬發臨界，采用堆外核測儀表(RPN)對堆芯中子注量率變化進行監測。為了保證堆外核測儀表能夠監測盡可能多的堆芯狀態，一般在堆芯中引入外加中子源，從而提高次臨界狀態下反應堆中子注量率的初始水平[1]。

反應堆啟動過程的臨界安全監督的手段除了注量率監測手段外，還有溫度監測、硼濃度監測、水位監測以及系統控制等手段。在無源的情況下，必須加強上述手段的有效性，從而確保反應堆在啟動過程中是可監控的。

《核動力廠運行限值和條件及運行規程》(HAD103/01)[2]安全監督要求：為了使反應堆各種功率水平下充分地監測中子注量率，應規定儀表監測要求。這些要求可包括為提供必要的最低注量率而使用中子源和中子源探測器的靈敏度。

(一)無源裝料可行性分析。反應堆裝料時，隨著堆芯組件數的不斷增加，堆芯不斷引入正反應性，在滿裝載時達到最大。華龍1號在堆芯滿裝載、控制棒全部插入、硼濃度2,200ppm情況下，堆芯keff大概為0.85左右，堆芯的次臨界度為-20,000pcm左右。目前市場上應用成熟的靈敏度為300cps/(n.cm2s-1)的核探測器達不到計數率要求。

核安全法規和導則對于反應堆啟動的安全監督要求是在裝料至反應堆臨界整個過程中，確保堆芯中子注量率處于有效監測中，可以通過使用中子源或提高探測器的靈敏度達到要求。核行業標準中關于中子計數率的推薦值為不低于0.5cps(信噪比大于2)[4]。

三、無源啟動探討

《核電廠調試程序》(HAD103/02)[3]中安全監督要求：當燃料正在插入和(或)進行堆芯反應性有影響的其他操作時，裝料程序必須要求有適當的周期數據記錄，有通量異常增長的音響訊號和中子計數率儀的監測。

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核安全法規和導則要求堆芯中子注量率處于有效監測目的是防止堆芯注量率突變。在整個裝料過程中，能引起堆芯中子注量率突增的方式是意外硼稀釋操作。堆芯滿裝載次臨界度為-20,000pcm左右，即使出現意外硼稀釋，極限情況為堆芯全為清水，反應堆也處于次臨界狀態。從安全方面分析，無源裝料是可行的。另外，裝料過程中探測器計數率在相關的法規導則中沒有明確規定計數率數值。田灣核電廠1、2號機組無源啟動裝料過程的計數率基本是堆芯本底計數，沒有達到0.5cps。從滿足法規要求分析，無源裝料是可行的。此外，核電廠在裝料安全監督的措施除了監測堆芯中子計數方法外，還有水化學和水溫監測等手段來保證反應堆處于次臨界狀態。從監測手段的冗余性方面分析，無源裝料是可行的。

藥劑選用：①生長期。50%氯溴異氰尿酸1 000～1 500倍液、枯草芽孢桿菌制劑、細黃鏈霉菌制劑、解淀粉芽孢桿菌等。②休眠期。0.1%過氧乙酸、銅制劑、45%代森銨、葉枯唑、3～5波美度石硫合劑、1∶2∶160～200波爾多液等。

(二)無源臨界可行性分析。華龍1號堆型的臨界方式是：提棒-快速稀釋-慢速稀釋-提棒達臨界。第一，由于首循環沒有裂變產物，設計值較準。通過統計運行機組首循環臨界硼濃度與設計值的偏差以及意外臨界情況，國內首循環的臨界硼濃度設計值與實際值相差都小于50ppm，未出現意外臨界的情況。因此，首循環臨界硼濃度的設計值是可信的，從設計經驗來看，無源臨界是可行的。第二，反應堆臨界操作是通過稀釋或提棒不斷向反應堆引入正反應性，逐步向臨界狀態逼近，而正反應性的引入速率是嚴格控制的，所以，在臨界過程中不可能瞬時臨界。反應堆逐步向臨界逼近時，當反應堆裂變和裂變產物衰變產生的中子高于中子源產生的中子時，此時的中子源產生的中子可以忽略不計。從反應堆臨界安全來看，無源臨界是可行的。

Mie散射是由大氣中粒徑較大的懸浮物引起的激光波長不發生變化的彈性散射。激光發射器向大氣發射偏正脈沖光，被傳輸路徑上的空氣分子、氣溶膠或云散射，其后向散射光被接收望遠鏡接收，再進行適當的信號處理后得到整個大氣回波信號，從而反演出大氣氣溶膠消光系數垂直廓線和時間演變等特征。

(三)無源啟動應對策略。為了更好地監測無源啟動時反應堆堆芯狀態，提出以下應對策略：第一，將4個RPN源量程探測器中的2個探測器換成高靈敏度探測器，并作為常用設備，用于快速監測計數率突增情況。第二，借鑒WWER堆型經驗，增加源量程倍增周期報警音訊信號或者保護信號，便于及時發現計數率突增情況。第三，在無源裝料時，更改裝料步序，優先裝載靠近高靈敏度探測器區域的燃料組件。第四，在無源臨界時，接入動態刻棒反應性儀，其可監測堆芯次臨界度為-2,000pcm左右的負反應性，從次臨界度就可以監督堆芯狀態。第五，在無源裝料時，如果RPN的源量程探測器的計數率要滿足0.5cps的要求，在探測器靈敏度無法滿足要求的情況下，只能通過降低堆芯的硼濃度來降低堆芯次臨界度。但是，通過降低堆芯硼濃度使裝料過程有計數，也降低了堆芯的安全程度。

四、無源啟動實施安全監督策略

(二)反應堆啟動安全監督要求。在核安全法規和導則中涉及中子計數率監測，主要包括反應堆裝料和臨界兩個操作過程。

(一)無源裝料安全監督策略。第一，加強硼濃度監督，確保在裝料過程中，堆芯硼濃度在設計值范圍內不發生變化。在無源的情況下，提高硼取樣分析頻率，保證堆芯在要求的次臨界深度內。第二，監測反應堆水池的液位，確保其在要求的范圍之內，可防止意外硼稀釋。第三，在裝料過程中，加強堆芯溫度監測，使堆芯溫度在10℃～60℃的范圍內，且保證溫度變化不超過6℃。第四，嚴格控制向反應堆引入正反應性的系統操作，嚴格管理和隔離與反應堆相連接的所有低于換料冷停堆硼濃度的管線，保證在緊急情況下應急硼化系統和安全殼噴淋系統等相關應急系統可用。第五，在硼濃度、水位和堆芯溫度出現異常的情況下，立即停止裝料，查找原因并排除故障后恢復裝料。

(二)無源臨界安全監督策略。無源臨界的安全監督主要包括：在源量程無計數的情況下，通過反應堆的溫度監測、硼濃度來監督反應堆的狀態；在源量程有計數的情況下，通過源量程計數率的變化及其倍增周期、溫度和硼濃度來監測反應堆狀態。

源量程有計數一般出現在臨界過程中的慢稀釋或者提棒達臨界，在無源的情況下，反應堆的注量率按照e倍增長，因此，在源量程出現計數率時，嚴格控制稀釋速率和控制棒的提升速度。另外，嚴格設置反應堆停堆保護參數以及確保控制棒落棒能力，在出現超限值的情況下，反應堆能自動落棒停堆。

2) 教學功能.教學平臺支持視頻、音頻、PPT等多格式課件上傳，支持真實翻譯項目導入，在翻譯教學過程中可匹配、調用自建的多模態體育類語料庫.就教師層面而言，教師用戶可以在【課件管理】模塊中添加課件，【素材管理】模塊中添加素材并且可以將自己的課件與素材分享給學生.同時教師也可以改變傳統的翻譯教學模式，在教學中采取翻轉課堂的教學方式，依托多模態體育語料庫大數據平臺，從文字、圖像、音頻以及視頻等多維度進行情境教學，從而凸顯體育專業特色，促進體育院校專業人才的培養.學生層面，學生不但可以提前預習上課課件與教學內容，還可以利用多模態語料庫進行查詢與檢索，彰顯學生的自主學習能力.

五、結語

無源啟動只是在裝料和臨界前期過程中喪失中子注量率的有效計數，但中子注量率的保護措施仍能有效，無源情況下啟動并不影響反應堆的安全。從法規要求、設計能力、反應堆監測手段多樣性以及反應堆啟動安全分析，無源啟動是可行的，也是安全的。