反中子阱型研究堆首次临界方法与流程

本发明涉及原子能领域，进一步涉及一种反中子阱型研究堆首次临界方法。

背景技术：

首次临界是研究堆建造过程中的关键环节也是必经之路，标志着反应堆具备了提升功率并可逐步转入运行应用的条件。反应堆通常采用的临界方法有水位法、元件法和控制棒棒位法，采用何种方法视反应堆的实际情况和自身特点而定。水位法是指在一定的燃料装载下，逐步向堆芯内添加重水或轻水以减少中子的泄漏，从而使反应堆逐渐逼近临界状态。元件法通过向堆芯添加燃料元件的方式使反应堆逐渐逼近并最终达到临界状态。由于在实验中只能整组或整根的添加元件，因此要求临界点附近单根燃料元件的反应性价值不能过大，以防出现短周期事故。医院中子照射器零功率物理模拟实验即采用元件法进行。棒位法通常在燃料全部装入堆芯的情况下使用，通过逐步提升控制棒减少堆芯内的中子吸收，从而使反应堆逐渐逼近临界状态。由于棒位法无法得到堆芯的最小临界装载量，通常不用于研究堆的首次临界实验，而是在电站的启动中应用较多。

上世纪90年代以来，为了获得更高的中子注量率和更大的实验研究空间，反中子阱型研究堆目前已经成为先进研究堆发展的主要方向。反中子阱型研究堆堆芯结构紧凑，堆外孔道众多，且大多采用堆芯冷却剂回路与堆外慢化剂回路隔离的设计，使得传统的水位法难于实施，不能满足此型反应堆的首次临界要求。另外，由于堆芯燃料组件装载少，为了保证反应堆具有足够多的后备反应性，单个燃料组件的反应性价值往往较大，通常会超过1％δk/k，这使得传统的元件法也不能满足首次临界实验要求。因此，虽然反中子阱型研究堆具有高性能的优势，但是其建造尤其是首次临界却面临着巨大的难题和挑战，必须建立一种可靠的实验方法来保证其安全顺利的达到首次临界。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

通过对反应堆临界方法的研究，结合反中子阱型研究堆特性，建立一种可靠的反应堆临界实验方法，从而使反中子阱型先进研究堆能够安全的实现首次临界。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供一种反中子阱型研究堆首次临界方法，包括：

采用元件法进行次临界外推；

当外推结果与堆芯实际燃料组件装载数之差小于1时，结束元件法临界外推转入棒位法临界外推，在当前堆芯装载下，将全部控制棒插入堆芯，再向堆芯内装入一个燃料组件，分步提升控制棒，以控制棒棒位进行次临界外推，将反应堆逐步过渡到临界状态，实现首次临界。

在进一步的实施方案中，采用元件法进行次临界外推，包括：开始时，堆芯未装载燃料组件；提起全部控制棒，记录稳定计数作为外推第1点；插入一根控制棒，按照1/2原则装入燃料组件。

在进一步的实施方案中，采用元件法进行次临界外推，还包括：当外推结果与堆芯世界燃料组件装载数之差大于1时，插入全部控制棒，装入1个燃料组件；然后提出全部控制棒，并记录稳定计数外推。

在进一步的实施方案中，所述棒位法临界外推包括：插入全部控制棒，装入1个燃料组件，记录稳定计数作为棒位外推第1点；按照1/6原则提升控制棒，记录稳定计数进行棒位外推；按照1/3原则提升控制棒进行外推；判断控制棒实际位置，如控制棒栅位于堆芯顶部，则重复上述步骤。

在进一步的实施方案中，所述棒位法临界外推还包括：所述判断控制棒实际位置步骤中，如控制棒栅位于堆芯内部，则实施如下步骤：

外推至满足棒位外推精度要求最小外推值扣除1mm作为预期临界棒位；推算有效增殖系数keff＝0.977棒位，提升棒控制棒栅至该位置；下插一根控制棒，取出中子源；逐根提升控制棒至预期临界棒位；判断计数率变化趋势，如呈指数增长，则停止提升控制棒，表示向超临界过渡成功。

在进一步的实施方案中，上述判断技术变化趋势步骤中，如计数率变化衰减，则下插一根控制棒，预期临界棒位提高设定距离，则继续上述下插一根控制棒，取出中子源的步骤，逐根提升控制棒至预期临界棒位。

在进一步的实施方案中，在元件法临界外推以及棒位法临界外推时，使用与燃料组件一致形状的假组件挤占堆芯中空栅位的水腔。

在进一步的实施方案中，所述假组件的材料中，除燃料芯体为贫铀外，其余材料成分以及结构尺寸与所述燃料组件一致，

(三)有益效果

通过元件法与棒位法相结合的方式，解决了单一临界实验方法不满足反中子阱型研究堆首次临界实验要求的难题，挤水假组件的应用避免了水腔给外推临界带来的不安全因素，可以使反中子阱型反应堆安全顺利的达到首次临界。

附图说明

图1是本发明实施例的反中子阱型研究堆首次临界方法流程图。

图2是本发明的反中子阱型研究堆俯视截面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的内容。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

根据本发明的基本构思，通过将元件法和棒位法结合，提高了首次临界的安全性和效果。

参照图1和图2所示，本发明实施例的反中子阱型研究堆首次临界方法包括：

s1：采用元件法进行次临界外推；

s2：当外推结果与堆芯实际燃料组件2装载数之差小于1时，结束元件法临界外推转入棒位法临界外推，在当前堆芯装载下，将全部控制棒3插入堆芯，再向堆芯内装入一个燃料组件2，分步提升控制棒3，以控制棒3棒位进行次临界外推，将反应堆逐步过渡到临界状态，实现首次临界。

其中，对于步骤s1，参照图1所示，采用元件法进行次临界外推可以包括以下步骤：

s11：开始进行临界外推时时，堆芯1未装载燃料组件2；

s12：提起全部控制棒3，记录稳定计数作为外推第一点；

s13：插入一根控制棒3，按照1/2原则装入燃料组件2。其中，对于1/2原则，为确保临界安全，在首次向堆芯装入燃料组件时，按照理论计算的临界装载组件数量的1/2，在通过元件法外推获得第一个实测的临界装载数量后，进行下一次外推前，向堆芯内装入实测装载数量与当前堆芯装载量差值的1/2，以上即为1/2原则。

进一步的，当外推结果与堆芯1世界燃料组件2装载数之差大于1时，插入全部控制棒3，装入1个燃料组件2；然后提出全部控制棒3，并记录稳定计数外推。

此时需要判断，最小外推临界装载与当前装载的燃料组件2之差是否大于1。

当外推结果与堆芯1实际燃料装载数之差小于1时，即再装入一个燃料组件2反应堆将达到超临界状态，此时结束元件法临界外推实验，转入棒位法临界外推。当外推结果与堆芯1实际燃料装载数之差大于1是，在继续元件法，插入全部不长棒，装入一个燃料组件2，在提出全部控制棒3，记录稳定计数外推后，再判断是否最小外推临界装载与当前装载的燃料组件2之差是否大于1。在一些实施例中，上述棒位法临界外推包括：

s21：插入全部控制棒3，装入1个燃料组件，记录稳定计数作为棒位外推第1点；

s22：按照1/6原则提升控制棒3，记录稳定计数进行棒位外推；其中，对于1/6原则，为确保临界安全，在进行棒位法外推时，首次提升控制棒的高度为理论计算的临界控制棒高度的1/6，在通过棒位法外推获得第一个实测的临界控制棒高度后，进行下一次外推前，控制棒提升高度为实测临界控制棒高度与当前控制棒高度差值的1/3。以上即为1/6原则。

s23：按照1/3原则提升控制棒3进行外推；

s24：判断控制棒3实际位置，如控制棒3栅位于堆芯1顶部，则重复上述步骤。

另外，所述判断控制棒3实际位置步骤s24中，如控制棒3栅位于堆芯1内部，则实施如下步骤：

s25外推至满足棒位外推精度要求最小外推值扣除1mm作为预期临界棒位；

s26推算keff＝0.977棒位，提升棒控制棒3栅至该位置；

s27：下插一根控制棒3，取出中子源；

s28：逐根提升控制棒3至预期临界棒位；

s29判断计数率变化趋势，如呈指数增长，则停止提升控制棒3，表示向超临界过渡成功。

另外，上述判断技术变化趋势步骤中，如计数率变化衰减，则下插一根控制棒3，预期临界棒位提高设定距离(例如5mm)，则继续上述下插一根控制棒3，取出中子源的步骤，逐根提升控制棒3至预期临界棒位。

在元件法临界外推以及棒位法临界外推时，使用与燃料组件2一致形状的假组件挤占堆芯1中空栅位的水腔。对于反中子阱型研究堆，堆芯1欠慢化程度较高，在装入燃料组件2外推的过程中，空栅位为水腔的话，则意味着装料过程中堆芯1的慢化性能不断发生变化。而且，装料初期堆芯1内过多的水腔会起到吸收中子的作用，对用于临界外推的探测器的信号强度会有一定影响。这两方面均会对临界外推曲线的形状产生影响，给实验带来不安全因素。将与真实燃料组件2结构完全一致的假组件安装在空栅位处，从而降低水腔对外推临界的影响。

元件法与棒位法相结合，用与真实燃料结构完全一致的假组件挤占空栅位的水腔，逐步使反中子阱型研究堆安全的达到首次临界，

在一些实施例中，对于假组件的材料中，除燃料芯体为贫铀外，其余材料成分以及结构尺寸与真实的燃料组件完全一致。

除非有所知名为相反之意，本说明书及权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。