本申请涉及核反应堆测量与控制技术领域，特别涉及一种用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法以及一种包括固定式探测器的装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯。
背景技术：
为了加强操作员对反应堆内部的了解，近几年来国际上发展了反应堆堆芯在线监测技术，为操作员提供三维的堆芯功率分布的实时信息。在线监测反应堆的三维功率分布能够保障反应堆的安全，并提高反应堆的经济效益。
反应堆运行期间，反应堆堆芯在线监测系统通过布置在燃料组件中的固定式探测器来测量轴向和径向功率分布，检查堆芯功率分布与设计预期值的相符程度，监测各个燃料组件的燃耗等信息。反应堆内固定式探测器的径向布置方案会直接影响探测器的个数、探测器测量信号的准确性，并最终影响反应堆堆芯在线监测的实时显示结果的精度。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法以及一种包括固定式探测器的装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯，其在保证堆芯在线监测系统的计算精度的同时，减少探测器的使用数量，提高堆芯在线监测系统的经济性。
为达到上述目的或目的之一，根据本发明的一个方面的实施例，提出了一种用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法，所述方法包括如下步骤：
a)布置燃料组件和控制棒组，形成装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯；
b)将已布置控制棒组的燃料组件确定为不布置固定式探测器的燃料组件， 以减小控制棒组的插入和提出对固定式探测器测量精度的影响；
c)确定首行、尾行、首列和尾列中的固定式探测器布置，使得避免在已布置控制棒组的燃料组件中布置固定式探测器，由此形成若干第一系列待选方案；
d)分别以第一系列待选方案为基础，从第二行开始隔行布置固定式探测器，使得在布置有固定式探测器的行中每相邻的两个燃料组件中有且仅有一个固定式探测器，由此形成若干第二系列待选方案；
e)在第二系列待选方案中去除掉存在有表面相邻的固定式探测器的待选方案，得到第三系列待选方案；
f)在第三系列待选方案的基础上，对于不满足燃料组件周围至少有两个固定式探测器条件的燃料组件，在适当的位置增加固定式探测器或局部调整固定式探测器的位置，由此得到第四系列待选方案；
g)对于第四系列待选方案中的每个待选方案，实际测量布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值；
h)针对第四系列待选方案中的每个待选方案，采用数学计算方法对获得的三维离散的状态参数值进行拟合，插值获得核反应堆堆芯内所有燃料组件的状态参数值；
i)对比第四系列待选方案中的各个待选方案，利用统计学工具对比状态参数值的最大值、最小值、算数平均值和方差，从第四系列待选方案中确定最优方案。
根据本发明的一个优选实施例，其中以A-H、J-N、P、R代表15列燃料组件、以01-15代表15行燃料组件，步骤f)中的增加固定式探测器包括在B05、B11、P05、P11位置的燃料组件上增加固定式探测器。
根据本发明的一个优选实施例，在步骤h)中，所述数学计算方法为薄板样条函数插值法或最小二乘法。
根据本发明的一个优选实施例，所述状态参数包括功率、燃耗、硼酸浓度或冷却剂温度。
根据本发明的一个优选实施例，还包括在步骤i)之后对确定的最优方案进行实验验证的步骤。
根据本发明的另一个方面的实施例，提出了一种包括固定式探测器的装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯：
所述核反应堆堆芯中的燃料组件排列组成15行、15列，其中第1-15行分别具有7、11、13、13、15、15、15、15、15、15、15、13、13、11、7个燃料组件，第1-15列分别具有7、11、13、13、15、15、15、15、15、15、15、13、13、11、7个燃料组件，每一行以及每一列中的燃料组件表面相邻，并且所述核反应堆堆芯中的燃料组件分别沿水平中心轴线和竖直中心轴线对称；
在核反应堆堆芯中布置有56个固定式探测器，所述56个固定式探测器分别沿水平中心轴线和竖直中心轴线对称，其中以A-H、J-N、P、R代表燃料组件的15列、以01-15代表燃料组件的15行，对于01-08行，在如下燃料组件上分别布置固定式探测器：K01、F01、N02、L02、J02、G02、E02、C02、N04、L04、J04、G04、E04、C04、P05、B05、R06、N06、L06、J06、G06、E06、C06、A06、R08、N08、L08、J08、G08、E08、C08、A08；对于09-15行，在与上述布置固定式探测器的燃料组件相对于水平中心轴线对称的燃料组件上布置固定式探测器。
根据本发明的一个优选实施例，所述固定式探测器用于测量核反应堆堆芯中的轴向和径向功率分布。
根据本发明的一个优选实施例，所述固定式探测器用于测量燃料组件的燃耗。
根据本发明的一个优选实施例，还包括控制棒组。
由本发明的技术方案可知，本发明提出了一种用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法，保证了堆芯在线监测系统计算的精度和速度，同时提高了堆芯在线监测系统的经济性。
本发明通过提出一种用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法获得了一种包括固定式探测器的装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯。该具体的固定式探测器的布置方案综合考虑了堆芯三维功率在线监测系统的运行速度、径向布置方案引起的不确定度以及固定式探测器布置的经济性。
附图说明
图1为193盒燃料组件的核反应堆堆芯的56个固定式探测器的径向布置方案。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
本发明提出了一种用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法，其中，装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯主要由活性区长度为4米左右的核燃料组件构成，该193盒燃料组件彼此平行排列组成15行、15列，其中第1-15行分别具有7、11、13、13、15、15、15、15、15、15、15、13、13、11、7个燃料组件，第1-15列分别具有7、11、13、13、15、15、15、15、15、15、15、13、13、11、7个燃料组件，每一行以及每一列中的燃料组件表面相邻，并且所述核反应堆堆芯中的燃料组件分别沿水平中心轴线和竖直中心轴线对称。在本文中，组件相邻是指组件表面相邻，周围组件是指组件上、下、左、右以及45度角方向的对角线上的八个组件。
根据本发明总体上的发明构思，提供一种用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法，所述方法包括如下步骤：
a)布置燃料组件和控制棒组，形成装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯；
b)将已布置控制棒组的燃料组件确定为不布置固定式探测器的燃料组件，以减小控制棒组的插入和提出对固定式探测器测量精度的影响；
c)确定首行、尾行、首列和尾列中的固定式探测器布置，使得避免在已布置控制棒组的燃料组件中布置固定式探测器，由此形成若干第一系列待选方案；
d)分别以第一系列待选方案为基础，从第二行开始隔行布置固定式探测器，使得在布置有固定式探测器的行中每相邻的两个燃料组件中有且仅有一个固定式探测器，由此形成若干第二系列待选方案；
e)在第二系列待选方案中去除掉存在有表面相邻的固定式探测器的待选方案，得到第三系列待选方案；
f)在第三系列待选方案的基础上，对于不满足燃料组件周围至少有两个固定式探测器条件的燃料组件，在适当的位置增加固定式探测器或局部调整固定 式探测器的位置，由此得到第四系列待选方案；
g)对于第四系列待选方案中的每个待选方案，实际测量布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值；
h)针对第四系列待选方案中的每个待选方案，采用数学计算方法对获得的三维离散的状态参数值进行拟合，插值获得核反应堆堆芯内所有燃料组件的状态参数值；
i)对比第四系列待选方案中的各个待选方案，利用统计学工具对比状态参数值的最大值、最小值、算数平均值和方差，从第四系列待选方案中确定最优方案。
在根据本发明的用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法中，在燃料组件及控制棒组排布确定的基础上，固定式探测器布置方案的确定考虑了核反应堆堆芯的物理特性，例如：
1)由于固定式探测器的灵敏度与表征堆芯状态的参数，如燃耗，探测器临近处燃料棒的富集度、硼酸浓度、冷却剂温度有关。对于带控制棒组的燃料组件，控制棒的插入、提出会导致中子探测器附近的冷却剂温度等堆芯状态参数发生频繁的变化，从而影响探测器测量精度。因此，已布置控制棒组的燃料组件不再布置固定式探测器。
2)堆芯功率在线监测系统中，固定式探测器信号拟合方法能够有效地拟合安装探测器燃料组件周围的燃料组件信息。为了提高探测器使用效率，保证探测器较均匀布置，固定式探测器进行隔行布置。同时，布置固定式探测器的燃料组件不要表面相邻。
3)为了保证对堆芯功率在线监测系统中固定式探测器信号拟合时的计算精度，每个燃料组件周围至少有两个布置的探测器。为了满足此项要求，在已产生方案的基础上，在其他位置增加或调整探测器布置个数。
4)为了便于分析不同位置探测器的信号质量，剔除探测器测量坏点或因错装料导致的部分探测器信息异常，使探测器测量信号能够更好的覆盖全堆，探测器布置满足轴向对称，使其能够相互校核对称位置的中子探测器测量数据。
根据本发明的一个实施例，其中以A-H、J-N、P、R代表15列燃料组件、以01-15代表15行燃料组件，步骤f)中的增加固定式探测器包括在B05、B11、P05、P11位置的燃料组件上增加固定式探测器。
根据本发明的一个实施例，在步骤h)中，所述数学计算方法为薄板样条函数插值法或最小二乘法。
根据本发明的一个实施例，所述状态参数包括功率、燃耗、硼酸浓度或冷却剂温度。
根据本发明的一个实施例，还包括在步骤i)之后对确定的最优方案进行实验验证的步骤。
图1为采用前述固定式探测器径向布置方法获得的示例性的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方案，它为经过前述步骤a)-i)从第四系列待选方案中确定出的较优方案，其中每个方框代表一盒燃料组件，标有#标示的为布置有固定式探测器的燃料组件。
图1为193盒燃料组件的核反应堆堆芯的56个固定式探测器的径向布置方案。该布置方案用于采用193盒燃料组件的堆芯，燃料组件排列组成15行、15列，共在堆芯内56个燃料组件测量管内布置固定式探测器。如图1所示，一种包括固定式探测器的装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯，所述核反应堆堆芯中的燃料组件排列组成15行、15列，其中第1-15行分别具有7、11、13、13、15、15、15、15、15、15、15、13、13、11、7个燃料组件，第1-15列分别具有7、11、13、13、15、15、15、15、15、15、15、13、13、11、7个燃料组件，每一行以及每一列中的燃料组件表面相邻，并且所述核反应堆堆芯中的燃料组件分别沿水平中心轴线和竖直中心轴线对称；在核反应堆堆芯中布置有56个固定式探测器，所述56个固定式探测器分别沿水平中心轴线和竖直中心轴线对称，其中以A-H、J-N、P、R代表燃料组件的15列、以01-15代表燃料组件的15行，对于01-08行，在如下燃料组件上分别布置固定式探测器：K01、F01、N02、L02、J02、G02、E02、C02、N04、L04、J04、G04、E04、C04、P05、B05、R06、N06、L06、J06、G06、E06、C06、A06、R08、N08、L08、J08、G08、E08、C08、A08；对于09-15行，在与上述布置固定式探测器的燃料组件相对于水平中心轴线对称的燃料组件上布置固定式探测器。
具体地，所述固定式探测器可以用于测量核反应堆堆芯中的轴向和径向功率分布。所述固定式探测器还可以用于测量燃料组件的燃耗。所述的包括固定式探测器的装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯还包括控制棒组。
本发明提出的用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器布 置方法，可用于堆芯在线监测系统中固定式探测器的布置，保证三维堆芯在线监测系统的计算精度，同时减少探测器的使用数量，提高堆芯在线监测系统的经济性。
本发明可广泛应用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯。当核反应堆三维堆芯在线监测系统采用固定式探测器进行测量时，使用该堆内固定式探测器布置方案获得的包括固定式探测器的装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯综合考虑了堆芯三维功率在线监测系统的运行速度、径向布置方案引起的不确定度以及固定式探测器布置的经济性。
本发明的固定式探测器布置方法及获得的包括固定式探测器的核反应堆堆芯不对核反应堆中堆内燃料组件的类型进行限制，不对探测器材料进行限制，不对燃料组件测量管内固定式探测器的轴向布置方法进行限制，适用于任何15行、15列排布的193盒燃料组件的核反应堆堆芯。
此外，前述用于装载193盒燃料组件的核反应堆堆芯的固定式探测器径向布置方法的步骤g)-i)可以被替代为：
g)通过实验测量在设定条件下所有燃料组件的状态参数，获得并记录每个燃料组件的状态参数值，并分别记录对应于第四系列待选方案中每个待选方案中的布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值；
h)针对第四系列待选方案中每个待选方案，基于所记录的布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值，在MATLAB中使用二维插值获取未布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值；以及
i)对通过实验测量的未布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值与步骤h)中计算的未布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值进行统计分析，从第四系列待选方案中确定最优方案。
进一步地，在步骤g)中，通过在所有燃料组件上布置固定式探测器测量在设定条件下所有燃料组件的状态参数。
进一步地，步骤i)中的统计分析包括：针对第四系列待选方案中每个待选方案，计算通过实验测量的未布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值与步骤h)中计算的未布置有固定式探测器的燃料组件的状态参数值的偏差平方和，将偏差平方和最小的方案确定为最优方案。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。