氙振动预测方法及氙振动预测装置的制作方法

专利名称:氙振动预测方法及氙振动预测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对因在核反应堆内有时会产生的氙的空间分布的振动引起而在炉心中产生的输出分布振动(以下称为“氙振动)进行预测的技术。
背景技术：
在核反应堆内，作为核裂变反应的结果而直接产生的氙、以及因作为核裂变反应的结果而产生的碘的衰变所产生的氙具有强的中子吸收能力。因此，产生炉心中的输出分布形状周期性地变动的氙振动这一现象。在发生该现象时，核反应堆内的输出分布的偏差变大，有时会导致构成炉心的核燃料的最高线输出密度的上升。为了避免核反应堆内的输、出分布的偏差，在发生氙振动的情况下，需要抑制该现象。作为抑制氙振动的方法，例如专利文献I公开了一种对氙振动利用特征性的椭圆状轨迹的特性来抑制氙振动的方法。
专利文献I :日本特许第3202430号公报，第0017 0022段、图I
专利文献I所公开的技术可以得到对于现时点的氙振动的信息。但是，专利文献I所公开的技术不能预测氙振动的将来的状态，这一点还有改善的余地。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种氙振动预测方法及氙振动预测用计算机程序，所述氙振动预测方法实现对现时点以后的氙振动的状态进行预测、及通过对时间进行追溯而对直至任意的指定时间的氙振动的状态进行预测之中的至少一个。
为了实现上述的目的，本发明的氙振动预测方法，其特征在于，包括将核反应堆的输出分布的轴方向输出偏差设为ΑΟρ、将基于氣分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOx、将基于碘分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOi，通过使用了氙振动的角频率的三角函数和指数函数的关系式来描述参数DAOpx ( = AOp-AOx)及参数DAOix ( = AOi-AOx)的工序；求出相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的相位的工序；根据所述相位求出相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的所述关系式的系数的工序；以及基于通过将所述参数DAOpx设为X坐标、将所述参数DAOix设为Y坐标而得到的轨迹信息，来预测所述初始值以后的氙振动的状态的工序，其中，所述参数DAOpx和所述参数DAOix以使用所求出的所述相位及所述系数描述的所述关系式来表示。
通过使用了氙振动的角频率的三角函数和指数函数的关系式来描述参数DAOpx和参数DAOix,所述参数DAOpx用核反应堆的输出分布的轴方向输出偏差AOp和基于氣分布的输出分布的轴方向输出偏差AOx之差来表不,所述参数DAOix用基于碘分布的输出分布的轴方向输出分布偏差AOi和核反应堆的输出分布的轴方向输出偏差AOp之差来表不。然后，使用该关系式对氙振动进行预测。由此，由于可以求出现时点以后的氙振动的轨迹，因而可以对现时点以后的氙振动进行预测。
另外，本发明的氙振动预测方法基于上述发明的氙振动预测方法，还可以包括求出通过将所述参数DAOpx设为X坐标、将所述参数DAOix设为Y坐标而得到的第一预测轨迹的工序，其中，所述参数DAOpx和所述参数DAOix以使用相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的相位及相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的所述关系式的系数描述的所述关系式来表示；将从X-Y坐标的原点起沿X轴平行移动了与操作所述核反应堆的控制棒时的所述控制棒的操作量相当的量的坐标设为执行所述控制棒的复位操作的控制棒复位操作点的工序；求出将所述参数DAOpx设为X坐标、将所述参数DAOix设为Y坐标并对时间进行逆运算而得到的第二预测轨迹的工序，其中，所述参数DAOpx和所述参数DAOix以使用以所述控制棒复位操作点作为初始值而得到的相位及系数描述的所述关系式来表示；将以使所述第二预测轨迹通过所述X-Y坐标的原点的方式使所述第二预测轨迹与所述X轴平行地移动而得到的轨迹设为第三预测轨迹的工序；以及将所述X-Y坐标上的所述第一预测轨迹和所述第三预测轨迹相交的坐标作为操作所述控制棒的控制棒操作点的工序。
由此，在核反应堆的控制棒的移动量有限制的情况下，在该限制范围内，将控制棒相对于炉心的插入量和拔出量设为同样的大小，可以迅速且准确地预测消除了氙振动的最短定时。
为了实现上述的目的，本发明的氙振动预测用计算机程序，其特征在于，使计算机执行上述氙振动预测方法。由此，可以利用计算机来实现本发明的氙振动预测方法。
根据本发明，可以实现对现时点以后的氙振动的状态进行预测、或者通过对时间进行追溯而对直至任意的指定时间的氙振动的状态进行预测之中的至少一个。


图I是实现本实施方式的氙振动控制方法的装置的概念图；
图2是表示氙振动的周期的说明图；
图3是表示氙振动发生时的AO(轴向偏差)的说明图；
图4是表示本实施方式的氙振动预测方法的顺序的流程图；
图5是表示对氙振动的消除进行预测的方法之一例的说明图；
图6是表示对氙振动的消除进行预测的方法之一例的说明图；
图7是表示对氙振动的消除进行预测的方法之另一例的说明图；
标号说明
I :核反应堆
2 :压力容器
3 :炉心
4 :控制棒
5 :连接棒
6 :控制棒控制装置
7 :上部炉外中子束检测器
8 :下部炉外中子束检测器
9:中子束计测装置
10 :控制装置
11 :显示装置
12 :输入装置具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明。另外，本发明并不局限于用于实施本发明的最佳方式(以下称为“实施方式”)。另外，在下述的实施方式中的构成要素中，包括本领域技术人员容易想到的技术、实质上相同的技术、所谓的均等的范围的技术。
在下述说明中，关于核反应堆的高度方向(即核反应堆的轴方向)的氙振动说明了适用本发明的例子，但是，关于核反应堆的半径方向的氙振动也可以适用本发明。在此，关于核反应堆的半径方向的氙振动，例如被公开于文献《Yoichiro SHIMAZU andKenshiro TAKEDA，“Monitoring and Control of Radial Xenon Oscillation in PWRsby aThree-Radial-Offsets Concept，，，Journal of Nuclear Science andTechnology，Vol. 44，No. 2，pp.155-162，2007》。
本实施方式的特征在于，利用可用简单的三角函数和指数函数表示氙振动的特征性的椭圆轨迹，将χ-γ坐标上表示的表示氣振动的椭圆轨迹上的任一点作为初始值,对该初始值以后的轨迹进行预测。
图I是表示实现本实施方式的氙振动控制方法的装置的概念图。核反应堆I为压水式核反应堆(PWR Pressurized Water Reactor)。核反应堆I在压力容器2内具备炉心
3。为了对炉心的核裂变反应进行控制，核反应堆I具备多个控制棒4。控制棒4通过连接棒5与控制棒控制装置6连接,通过控制棒控制装置6插入炉心3,还从炉心3取出。在此，控制棒4与构成炉心3的燃料棒平行地移动。控制棒4的移动方向及燃料棒的长度方向与核反应堆I的轴(即炉心3的轴)AX平行。核反应堆I具备上部炉外中子束检测器7及下部炉外中子束检测器8。在此，重力作用方向侧为下，与重力作用方向相反的一侧为上。
上部炉外中子束检测器7及下部炉外中子束检测器8分别产生与在炉心3的上半部分的输出PT、在下半部分的输出PB的值成比例的信号。该信号经由中子束计测装置9被输入控制装置10，该控制装置10对氙振动进行预测，并且控制氙振动。在控制装置10上连接有显示装置11，以显示氙振动的预测结果。另外，在控制装置10上连接有输入装置12。通过输入装置12，将氙振动的预测所需要的信息及氙振动的控制所需要的信息输入到控制装置10。
氙振动是因为由炉心3内的中子束分布所决定的氙及其初级粒子即碘的平衡浓度分布、和实际的氙及碘的浓度分布不同而产生的。对氙振动进行控制就等同于消除炉心3内的中子束分布、氙分布及碘分布之间的矛盾。在压水式核反应堆内，由于以轴AX方向的氣振动的控制为主，因此，下面说明核反应堆I的轴AX方向的氣振动。
压水式核反应堆的轴方向输出分布可通过轴方向输出分布偏差(轴向偏差)AO =(炉心上半部分输出-炉心下半部分输出)/(炉心上半部分输出+炉心下半部分输出)来表示。因此，用于控制氙振动的控制可通过轴方向输出分布偏差的控制而实现。在此，在将基于氣分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOx,将基于碘分布的输出分布的轴方向输出偏差设为A0i，将核反应堆的输出分布的轴方向输出偏差设为AOp时，在AOx = AOi =AOp这一条件之下对氙振动进行控制。
图2是表示氣振动的周期的说明图。现在,设参数DAOix = AOi-AOx,参数DAOpx =ΑΟρ-ΑΟχ，在氙振动中，在X坐标上画出DAOpx、在Y坐标上画出DAOix时,氙振动中(DAOpx，DAOix)的的轨迹L就成为图2所示那样的椭圆。该轨迹L具有下述的特征。[0042](I)在简单的氙振动中，(DAOpx，DAOix)的轨迹L以第一象限和第三象限内为主，成为以原点(0，0)为中心的扁平的椭圆。
(2) (DAOpx, DAOix)的轨迹L的移动方向为逆时针方向(图2的箭头R方向)，在氙振动的一个周期内绕原点(0，0) —周。因此，在该椭圆上移动的速度是越远离椭圆的长轴越快。
(3)在氙振动具有发散性的情况下椭圆变大，在具有收敛性的情况下变小。
(4) (DAOpx, DAOix)的轨迹L的椭圆的长轴通过原点(O, O),并且存在于第一象限
和第三象限。
(5) (DAOpx, DAOix)的轨迹L的长轴的倾斜因核反应堆I的运行条件而多少有些 差异，为36°左右。
另外，在产生氙振动时，在使控制棒4任意移动而施加干扰的情况下，(DAOpx，DAOix)的轨迹L的行迹如下。
(6)在将控制棒4插入炉心3时，(DAOpx, DAOix)的轨迹L向X轴的负侧移动。
(7)在从炉心3拔出控制棒4时，(DAOpx, DAOix)的轨迹L向X轴的正侧移动。
(8)在停止控制棒4的移动时，其后的(DAOpx，DAOix)的轨迹L的移动方向向与成为基本的椭圆相同的方向移动。即，若位于椭圆的长轴的上方，则向左下移动，若位于其下方，则向右上移动。
在本实施方式中，利用上述的特性对氙振动进行控制。具体而言，在不产生氙振动的状态下，DAOpx = DAOix = 0，即，(DAOpx, DAOix)的轨迹L位于原点(0,0)。对X-Y坐标上的(DA0pX，DA0iX)的轨迹L进行监视，若从原点的偏离变大，则对操作棒4进行控制以将(DAOpx,DAOix)的轨迹L导向原点。其方向及量可观察X-Y坐标上的(DAOpx，DAOix)的轨迹L而确定。具体如下所述。
若现时点的(DAOpx，DAOix)的轨迹L位于X-Y坐标的原点(0，0)的右边，且位于长轴之下，则将控制棒4插入炉心3，使(DA0px，DA0ix)的轨迹L向左移动。此时，可以通过在长轴的上侧停止还是在长轴的下侧停止，来判断其后的(DAOpx，DAOix)的移动方向。控制棒4的移动定时及移动量可以观察(DAOpx，DAOix)的轨迹L而容易地进行调节，可以将(DAOpx, DAOix)的轨迹L导向原点(0，0)，将氙振动控制在允许范围内。
在本实施方式中，上述的(DAOpx，DAOix)的轨迹L所具有的特征可使用三角函数和指数函数解析地表现，利用这一点，根据现时点的(DAOpx，DAOix)的轨迹L，对将来的(DAOpx, DAOix)的轨迹 L 进行预测。在设 DAOpx = X(t)、DAOix = Y(t)时，X(t)可用式
(I)表示，Y(t)可用式⑵表示。这样，(DAOpx,DAOix)的轨迹L可通过使用了三角函数和指数函数的关系式解析地表示。在此，t为时间。ω、cpp、r = b/a、λ可根据表示核反应堆I的核的特性的参数计算出。另外，这些参数也可以根据运行中的核反应堆I的氙振动发生时的运行数据来确定。
图3是表示氙振动发生时的AO(轴向偏差)的说明图。上述的ω为角频率，设氙振动的一个周期为T时，TX ω = 2Χ 。S卩，角频率ω在设氙振动的一个周期(约30多个小时)为T时，可以通过(2Χ 3 )/Τ求出。
式I
X (t) = aX cos (ω X t_ Φ ρ) X exp [ λ X t]....................................... (I)[0057]式2
Y (t) = b X sin (ω X t) X exp [ λ X t] .......................................... (2)
图4是表示本实施方式的氙振动预测方法的顺序的流程图。在氙振动发生的情况下，由于(DA0pX、DA0iX)的轨迹L通常用式(I)、式(2)表示，因此，通过给予任意的初始值S (X，Y)，可以计算此后的轨迹L而对氙振动进行预测。在本实施方式的氙振动预测方法中，首先计算初始值的相位(步骤S101)。设φ0为初始相位、设t0为初始相位的时刻时，式(I)变为式⑶，式⑵变为式(4)。在此，X、Y为图2的X-Y平面上的轨迹L上的坐标。
式3
权利要求
1.一种氙振动预测方法，其特征在于，包括 将核反应堆的输出分布的轴方向输出偏差设为AOp、将基于氣分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOx、将基于碘分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOi,通过使用了氣振动的角频率的三角函数和指数函数的关系式来描述参数DAOpx( = AOp-AOx)及参数DAOix ( = AOi-AOx)的工序； 求出相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的相位的工序； 根据所述相位求出相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的所述关系式的系数的工序；以及 基于通过将所述参数DAOpx设为X坐标、将所述参数DAOix设为Y坐标而得到的轨迹的信息，来预测所述初始值以后的氙振动的状态的工序，其中，所述参数DAOpx和所述参数DAOix以使用所求出的所述相位及所述系数描述的所述关系式来表示。
2.如权利要求
I所述的氙振动预测方法，其特征在于，包括 求出通过将所述参数DAOpx设为X坐标、将所述参数DAOix设为Y坐标而得到的X预测轨迹的工序，其中，所述参数DAOpx和所述参数DAOiX以使用相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的相位及相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的所述关系式的系数描述的所述关系式来表示； 将从X-Y坐标的原点起沿X轴平行移动了与操作所述核反应堆的控制棒时的所述控制棒的操作量相当的量的坐标设为执行所述控制棒的复位操作的控制棒复位操作点的工序; 求出将所述参数DAOpx设为X坐标、将所述参数DAOix设为Y坐标并对时间进行逆运算而得到的Y预测轨迹的工序，其中，所述参数DAOpx和所述参数DAOix以使用将所述控制棒复位操作点作为初始值而得到的相位及系数描述的所述关系式来表示； 将以使所述Y预测轨迹通过所述X-Y坐标的原点的方式使所述Y预测轨迹与所述X轴平行地移动而得到的轨迹设为第三预测轨迹的工序；以及 将所述X-Y坐标上的所述X预测轨迹和所述第三预测轨迹相交的坐标作为操作所述控制棒的控制棒操作点的工序。
3.一种氙振动预测装置，其特征在于，包括 将核反应堆的输出分布的轴方向输出偏差设为AOp、将基于氣分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOx、将基于碘分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOi,通过使用了氣振动的角频率的三角函数和指数函数的关系式来描述参数DA0px( = AOp-AOx)及参数DAOix ( = AOi-AOx)的单兀； 求出相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的相位的单元； 根据所述相位求出相对于所述参数DAOpx、所述参数DAOix的初始值的所述关系式的系数的单元；以及 基于通过将所述参数DAOpx设为X坐标、将所述参数DAOix设为Y坐标而得到的轨迹的信息，来预测所述初始值以后的氙振动的状态的单元，其中，所述参数DAOpx和所述参数DAOix以使用所求出的所述相位及所述系数描述的所述关系式来表示。
专利摘要
对现时点以后的氙振动进行预测。为此，将核反应堆的输出分布的轴方向输出偏差设为AOp、将基于氙分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOx、将基于碘分布的输出分布的轴方向输出偏差设为AOi，通过使用了氙振动的角频率的三角函数的关系式来描述参数DAOpx(＝AOp-AOx)及参数DAOix(＝AOi-AOx)。然后，求出相对于所述参数DAOpx、DAOix的初始值的相位(步骤S101)。接着，将使用所求出的相位及根据该相位求出的所述关系式的系数来表示的所述参数DAOpx设为X坐标、所述参数DAOix设为Y坐标。使用由此得到的轨迹来预测现时点以后的轨迹(步骤S102)，预测消除氙振动的定时(步骤S103)。
文档编号G21C17/00GKCN101681686SQ200880015537
公开日2012年10月10日 申请日期2008年4月30日
发明者岛津洋一郎 申请人:三菱重工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan非专利引用 (1),