利用功率量程探测器和信号作为信号源的动态刻棒方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核反应堆物理试验方法领域，特别是设及一种采用核反应堆堆外功率 量程同一通道多节探测器的和信号作为信号源的动态刻棒方法。
【背景技术】
[0002] 目前主流的压水堆核电厂分批次进行燃料更换操作，一般每隔一年或一年半时 间，核反应堆内"燃烧"最充分的核燃料就会被卸出堆忍，同时相应数量的新燃料组件会被 装入反应堆。由于新旧燃料的物理特性存在差异，在每次更换燃料操作前，核电厂往往需委 托有资质的核工程设计院来设计新的核燃料装载方案。
[0003] 在核电厂依据设计单位提供的核燃料装载方案完成核燃料的装卸操作后，为了避 免错装料，同时也为了验证设计单位基于软件分析计算所提供的设计方案是正确的，在核 电厂重新发电之前，都需要进行所谓的反应堆启动物理试验。由于启动物理试验是在核反 应堆功率几乎为零的状态下进行的，整个试验阶段电厂都不能对外输出电能，不产生经济 效益。因此从提高经济性的角度，核电厂都有很强的动力去缩短启动物理试验所占用的时 间。
[0004] 在所有的启动物理试验项目中，刻棒试验，即控制棒价值测量试验所占用的时间 最长。因此，研究快速的控制棒价值测量方法，对提高核电厂的经济性具有十分重要的意 义。
[0005] 然而，传统的棒价值测量方法，由于"测量"反应性所采用的仪器都是建立在点堆 模型运一理论假设基础上的，因此，为保证试验过程运一理论假设的适用性，试验过程被要 求不能一次引入比较大的反应性，运样一来，就限制了试验中控制棒价值的测量速率，导致 每组控制棒价值测量试验都较为耗时。
[0006] 动态刻棒试验方法是最早由美国西屋电气公司研制成功的一种快速测量控制棒 价值的试验方法，该方法创造性地在试验之前引入了对试验过程的高精度计算机数值模 拟，并依据模拟所得结果，来定量计算整个试验过程偏离点堆模型的程度，并根据运样的偏 离程度，定义出相应的修正因子，然后，在实际开展试验时，就可W不考虑点堆假设对反应 性引入速率的限制，实现W安全允许的最快速度进行控制棒价值测量。最后，依据测量所得 的插棒过程堆外功率量程中子探测器的电流响应信号，再利用事先产生好的修正因子，将 测量所得的并不满足点堆假设的信号，重新修正回点堆模型，并最终和传统方法相类似，由 反应性仪中的点堆逆动态方程求解软件，计算出试验过程的反应性变化。
[0007] 动态刻棒方法由于实际测量过程不受传统方法中点堆模型的限制，因此可W实现 对控制棒价值的快速测量，从而显著缩短核电厂大修时间，增加电厂的可发电时间，提升电 厂的运行业绩。除了运一显著优势外，该方法还由于试验过程完全不需开展可溶棚浓度调 节W及每次只操作一组控制棒等特点，使其较传统试验方法更安全、更环保。正因为该试验 方法优势显著，已成为目前国际上最主流的核电厂反应堆控制棒价值测量方法，在美、法、 日等国普遍采用。
[0008] 附图2给出了由美国西屋公司设计采用的动态刻棒试验方案。在该方案中，堆外核 测系统功率量程四个通道中某个通道多节电离室的电流信号被分成上部信号和下部信号 两个信号源同时接入反应性仪。在反应性仪内，依据当前时刻控制棒所处的位置，从事先算 好的静态修正因子表中分别取出相应的修正因子，对上部信号和下部信号进行修正，W剔 除信号中纯粹由控制棒插入所造成的堆内中子通量密度分布形状变化所引起的空间效应， 然后再对修正后的信号各自归一，并求和合并成一个信号。W该信号作为输入，再由反应性 仪中的点堆逆动态方程求解程序算出当前时刻反应堆的反应性，即动态反应性。最后，再依 据当前时刻的控制棒位置，从事先算好的动态修正因子表中取出相应的动态修正因子，并 将其作用于计算所得的动态反应性上，W修正实际控制棒快速下插过程由于存在缓发中子 的滞后效应等因素所造成的动态反应性和静态反应性的差异，最终获得可W和设计单位提 供的控制棒价值相比较的"测量值"。
[0009] 此外，还需说明的是，按美国西屋公司的方案，在启动物理试验过程中（包括动态 刻棒过程），需将堆外核测系统中子探测器的供电方案由原先的系统自供修改为由反应性 仪携带的高压电源提供。
[0010] 当考虑现有W美国西屋公司技术方案为代表的动态刻棒技术在我国现役核电厂 的应用时，会发现该技术存在明显的缺陷： 首先，我国现役的绝大部分压水堆核电机组，其技术都来源于早年从法国引进的大亚 湾核电厂。运些法系机组有一个共同的特点，那就是在核电厂主控制室内现成可接入反应 性仪的功率量程堆外探测器电流信号仅为一个通道多节探测器电流信号的和信号，也就是 说，只有对电厂现有的接线方案进行实体改造后，才有可能像美国西屋公司那样分上部探 测器和下部探测器分别取信号。由于堆外核测系统属核电厂核安全等级最高的系统，其可 靠性要求极高，对其进行改造一方面会增大核安全的风险，另一方面也意味着可观的经济 和时间成本。
[0011] 其次，如前说述，按西屋公司的方案，在试验过程需将堆外核测系统的供电方案由 原先的系统自供切换到由反应性仪配带的高压电源提供。运样的做法从保证反应性仪和堆 外核测系统共用一个物理接地的角度，或许有些益处，但每次试验要切换核级仪表的高压 供电方案，不但麻烦，还会带来额外的风险，甚至有可能触发试验过程反应堆的意外停堆。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是针对我国核电厂的实际情况提供一种利用功率量程探测器和信 号作为信号源的动态刻棒方法，所谓和信号是指利用功率量程一个通道多节探测器实测电 流之和作为测量信号。本发明更符合我国现役压水堆核电机组的实际情况，因其不需要对 现有堆外核测系统做任何的硬件改造。
[0013] 为此，本发明采用的技术方案是运样的，利用功率量程探测器和信号作为信号源 的动态刻棒方法，包括如下步骤： 1) 利用电厂主控制室内已有的信号端子，记录某一控制棒组全速插入堆忍过程中，随 控制棒位置连续变化的堆外功率量程一个通道所有探测器电流的和信号獄键； 2) 将该信号接入带动态刻棒功能的反应性仪，并由反应性仪依据控制棒棒位信号，从 事先输入反应性仪的静态修正因子表中，获得当前棒位下的静态修正因子义巧'U); 3) 按下列公式一对凝堆进行修正，得到修正后的信号於驗；
4) W /仁)作为输入，由反应性仪中自带的点堆逆动态方程求解模块，获得反应堆反应 性随控制棒插入深度的变化，即仁）； 5) 由反应性仪依据控制棒棒位信号，从事先输入反应性仪的动态修正因子表中，获得 当前棒位下的动态修正因子忍涩'仁)； 6) 按下列公式二对乾进行修正，得到最终的测量结果:钱擦I; 鶴城亡猫鱗X:麵燃（公式二X
[0014] 该测量结果体现的是控制棒在不同位置时反应堆的反应性，直接表征了控制棒处 于堆忍不同位置时对反应堆反应性的影响，即控制棒价值，得到该测量结果即意味着完成 了刻棒试验。
[0015] 进一步地，上述方案中的静态和动态修正因子是用下述方法得到的： 1) 针对拟开展动态刻棒的反应堆，根据详细的堆内、堆外几何及材料分布信息，建立相 应的屏蔽计算模型，并利用中子屏蔽计算软件，如美国像树岭国家实验室开发的D0RT软件 W及由申请者开发的GCB软件进行堆外功率量程探测器响应计算，获得功率量程某个通道 每个探测器对反应堆内裂变中子源的响应关系。运样的响应关系是Ξ维空间内点对点的响 应关系，可W直接表示为一个Ξ维的函数，也可W像目前工程中经常采用的那样将其分别 表示为一个径向的响应函数(两维函数)和一个轴向的响应函数(一维函数）。W后一种方法 为例，设径向响应函数和轴向响应函数可分别用巧,^,和巧表示，其中i为探测器标识，η 为堆忍计算时所形成的径向粗网的编号，k为堆忍计算时所形成的轴向层的编号；巧和 礙分别表示在径向η粗网和轴向k层粗网均匀产生的各向同性的一个源中子到达探测器 i并在i探测器中形成的电流大小； 2) 根据反应堆具体的核燃料装载方案，建立反应堆物理计算模型； 3) 在步骤2)基础上，利用稳态堆忍计算软件，如目前国内核电设计院所采用的美国西 屋公司APA软件包中的ANC或者法国SCIENCE软件包中的SMART，或者申请者自行研发的 ORIENT软件包中的EGRET，产生与试验状态相对应的反应堆点堆动力学参数； 4) 在步骤2)基础上，针对待测控制棒组，同样利用上述堆忍稳态物理计算软件，模拟其 从所有棒都全部提出堆忍运一状态开始，逐步插入至堆忍底部的运个过程； 5) 基于步骤4)计算结果，得出理论控制棒价值随控制棒位置的变化关系，即/4(Z); 6沐良据步骤4)计算所得的控制棒在不同高度时，堆内Ξ维的裂变中子源分布，产生随控 制棒高度变化的静态修正因子SSF;具体计算为公式Ξ