chapter11反應(yīng)堆的物理啟動

1、反應(yīng)堆的物理啟動反應(yīng)堆的物理啟動本科教學(xué)（48學(xué)時）2022-4-80哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉ABCeffK1N,0effK1BN1BN1BN60.反應(yīng)堆物理啟動試驗反應(yīng)堆物理啟動試驗?zāi)康哪康奈锢韱邮侵阜磻?yīng)堆的首爐裝載或更換燃料組件后反應(yīng)堆的首次啟動。其主要目的是充分了解反應(yīng)堆的物理性能，指導(dǎo)反應(yīng)堆的安全運行。具體包括：使反應(yīng)堆安全的、順利的首次達到臨界狀態(tài)；在零功率狀態(tài)、以及在逐步提升功率至額定功率狀態(tài)下穩(wěn)定運行過程中的各功率臺階上，驗證堆芯的有關(guān)物理參數(shù)的測量是否滿足堆芯設(shè)計，并滿足有關(guān)的安全準(zhǔn)則；2022-4-81哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉60.反應(yīng)堆物理啟動

2、試驗反應(yīng)堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉2對堆內(nèi)和堆外的核儀表系統(tǒng)的性能進行測量和檢驗，對堆外核儀表系統(tǒng)進行刻度，以便對反應(yīng)堆的運行狀態(tài)提供正確、有效的監(jiān)測，并對控制保護系統(tǒng)提供正確的核測信號；通過對堆芯硼濃度和功率分布的監(jiān)測，保證在反應(yīng)堆功率運行期間堆芯的安全性和驗證堆芯核設(shè)計計算的準(zhǔn)確性；在整個堆芯物理啟動試驗過程中，有關(guān)的系統(tǒng)和儀器儀表將經(jīng)受考驗，有關(guān)的運行和試驗規(guī)程將得到檢驗；證明安全分析中的一些假設(shè)條件是正確的。60.反應(yīng)堆物理啟動試驗反應(yīng)堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉3內(nèi)容內(nèi)容反應(yīng)堆物理啟動試驗一般分為：反應(yīng)

3、堆首次臨界、低功率試驗和提升功率試驗三大部分。反應(yīng)堆首次臨界反應(yīng)堆首次臨界反應(yīng)堆首次臨界試驗是在熱態(tài)額定工況下，進行首次物理啟動，達到臨界，實現(xiàn)反應(yīng)堆的自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。60.反應(yīng)堆物理啟動試驗反應(yīng)堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉4主要試驗內(nèi)容包括：堆芯初始臨界；源量程和中間量程通道、中間量程和功率量程通道的線性和重疊性測量；Doppler發(fā)熱點（核加熱點）和零功率物理試驗功率水平的確定；反應(yīng)性儀的校正試驗。60.反應(yīng)堆物理啟動試驗反應(yīng)堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉5低功率試驗低功率試驗低功率物理試驗主要是在熱態(tài)，零功率

4、或功率稍高于零功率時進行的反應(yīng)堆物理試驗，所取得的試驗數(shù)據(jù)用來為運行服務(wù)和校核理論計算。主要試驗內(nèi)容包括：控制棒價值測量；硼價值測量；慢化劑溫度系數(shù)測量；最小停堆深度驗證；模擬控制棒“彈棒”事故試驗；功率分布測量試驗（P 0另一方面有：從而可得： 0.996），一次性引入較大的正反應(yīng)性，使得反應(yīng)堆達到超臨界，中子計數(shù)上升；當(dāng)中子計數(shù)達到試驗規(guī)定要求時，再向堆芯內(nèi)引入負(fù)反應(yīng)性，使反應(yīng)堆達到臨界，從而完成反應(yīng)堆的首次臨界。63.反應(yīng)堆的首次臨界過程反應(yīng)堆的首次臨界過程2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉37具體例子具體例子下面以電站用壓水堆為例進行說明。提升控制棒組件提升控制棒組

5、件此過程內(nèi)容包括：初始工況下，控制棒組件全部插入堆芯內(nèi)；開始提棒時，按照最佳提棒程序依次提升控制棒；將主調(diào)節(jié)棒提升至相當(dāng)于積分價值為100pcm的插入位置處；在提棒過程中，應(yīng)當(dāng)密切觀察核測量系統(tǒng)源量程測量通道內(nèi)的中子計數(shù)；根據(jù)中子計數(shù)的變化情況，隨時調(diào)整控制棒組件的提升速度；每提升若干步，應(yīng)當(dāng)根據(jù)該階段的測量結(jié)果修正外推臨界值。63.反應(yīng)堆的首次臨界過程反應(yīng)堆的首次臨界過程2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉38減硼向臨界接近減硼向臨界接近此過程內(nèi)容包括：通過化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的上充泵將補給水以規(guī)定的流量注入堆芯，同時將相同數(shù)量的冷卻劑排向硼回收系統(tǒng)；投入穩(wěn)壓器的全部電加熱器

6、，并打開噴霧器，使兩者之間的硼濃度差值小于20pcm；按物理設(shè)計要求，因硼稀釋引起的反應(yīng)性增加速率不得超過1000pcm/h；減硼過程中，每隔一刻鐘停止稀釋，對一回路系統(tǒng)和穩(wěn)壓器做取樣分析，并測量中子計數(shù)率；根據(jù)測量結(jié)果修正外推臨界值；重復(fù)上述過程直到反應(yīng)堆的次臨界度約為-50pcm為止。63.反應(yīng)堆的首次臨界過程反應(yīng)堆的首次臨界過程2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉39提棒向超臨界過渡提棒向超臨界過渡當(dāng)反應(yīng)堆的次臨界度約為-50pcm時，提升主調(diào)節(jié)棒組，向超臨界過渡。若經(jīng)過最后一次減硼操作，經(jīng)充分混合后，系統(tǒng)已經(jīng)達到臨界。此時可通過微調(diào)主調(diào)節(jié)棒組，以中子計數(shù)每分鐘增加10

7、倍的速率，提升堆芯功率到零功率規(guī)定水平；然后插入主調(diào)節(jié)棒組，使反應(yīng)堆重返臨界。在減硼稀釋后，如果按規(guī)定速率提升主調(diào)節(jié)棒組達到抽出極限，反應(yīng)堆仍未達到臨界，則必須重新插入主調(diào)節(jié)棒組，再以300pcm/h的速率繼續(xù)減硼，重復(fù)上述操作步驟，直到出現(xiàn)正周期為止；然后，提升功率到規(guī)定水平。64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉40測量方法測量方法周期法周期法在前面，曾經(jīng)得到倒時方程：通過該方程，便可求出反應(yīng)堆周期與反應(yīng)性之間的關(guān)系。611piiilTT64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉41對于

8、壓水堆而言，中子的壽命一般都小于10-4s，上式右邊第一項可以近似忽略。方程簡化為：在根據(jù)反應(yīng)堆周期儀表測出反應(yīng)堆的穩(wěn)定周期T0后，通過上式求出反應(yīng)性。實際中為了方便，可將反應(yīng)性與T0制成表格，試驗測量出T0后直接通過查表便可求得相應(yīng)的反應(yīng)性。611iiiT64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉42周期法的優(yōu)點是：設(shè)備簡單，準(zhǔn)確可靠，不受中子探測器位置的影響，測量精度可達23。主要用于刻度棒的微分價值。周期法的缺點是：測量時間長，只適用于在零功率工況下測量小的正反應(yīng)性，不適于控制棒的積分價值刻度。64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法202

9、2-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉43逆動態(tài)法逆動態(tài)法對于點堆動力學(xué)方程，有：通過上式可以求得： 1iiipiiiipdnC tn tdtldCC tn tdtl ,00iittitiipCn tedtC tel64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉44若初始條件為反應(yīng)堆運行在穩(wěn)態(tài)，可得：任意時刻的反應(yīng)性便可由動態(tài)方程逆向求解得到：,00iipiCnl 11iiidnC tn tdt 64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉45將前面的結(jié)果代入可得：只要測得堆芯內(nèi)中子數(shù)密度n

10、(t)，便可求得反應(yīng)性。這種方法稱為逆動態(tài)法。對于逆動態(tài)法：可以對控制棒進行刻度，測量階躍反應(yīng)性；也可用于測量某些參數(shù)變化時帶來的反應(yīng)性變化；逆動態(tài)法的實際應(yīng)用范圍并不僅限于反應(yīng)性測量。 0011iitttiiiipipdnenn tedtn tdtll 64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉46反應(yīng)性測量試驗舉例反應(yīng)性測量試驗舉例控制棒價值和硼價值確定控制棒價值和硼價值確定考慮到反應(yīng)堆的溫度效應(yīng)，在核電廠正式投入運行之前，需要分別測定：在熱態(tài)零功率和其后的各個不同功率水平，控制棒組件價值和硼價值；調(diào)節(jié)棒組件在不同位置的微分價值、調(diào)節(jié)棒組和

11、停堆幫組的積分價值；不同濃度的硼水所能補償反應(yīng)性的能力。64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉47目前大型壓水堆上普遍采用的方法，是通過調(diào)節(jié)硼濃度，利用反應(yīng)性儀測定控制棒組件的微分和積分價值，以及整個控制棒組件行程范圍內(nèi)的硼微分價值。試驗原理如下：采用充排水方式，由上充泵向一回路系統(tǒng)注入除鹽水（或濃硼酸），對冷卻劑硼濃度進行稀釋（或加硼）；冷卻劑硼濃度改變所引起的堆內(nèi)反應(yīng)性變化（增加或減少）速率，應(yīng)當(dāng)控制在不大于50pcm/h；64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉48同時周期性插入（或

12、提升）控制棒組件作及時補償，使反應(yīng)堆始終維持在臨界點附近；通過反應(yīng)性儀和堆外核測量系統(tǒng)監(jiān)測反應(yīng)性和中子通量的響應(yīng)；根據(jù)測量結(jié)果，可以繪制/hh曲線圖和h曲線圖；平均硼價值可以通過/CB來計算。64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉49冷停堆深度的測量冷停堆深度的測量冷停堆深度指在冷態(tài)（常溫常壓）下將所有控制棒插到堆底，反應(yīng)堆處于次臨界的程度。冷停堆深度是衡量反應(yīng)堆安全可控性的重要指標(biāo)之一。通過其測量，可以校核理論計算。冷停堆深度的測量方法如下：在反應(yīng)堆冷態(tài)工況下，提升幾組控制棒使反應(yīng)堆達到臨界；然后使所有提起的控制棒同時插入堆芯，測量這些棒

13、的總價值，即為停堆深度。64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉50溫度系數(shù)的測量溫度系數(shù)的測量由于慢化劑密度是溫度的非線性函數(shù)，導(dǎo)致不同溫度時的溫度系數(shù)也不同，所以溫度系數(shù)需要在冷態(tài)到熱態(tài)的全部過程中測量，并作出溫度系數(shù)曲線。對于溫度系數(shù)的測量：在零功率測試階段，溫度系數(shù)的測量一般采用周期法或控制棒補償法；在功率提升試驗階段，一般采用負(fù)反應(yīng)性擾動法。64.反應(yīng)性的測量方法反應(yīng)性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉51設(shè)反應(yīng)堆在某一功率水平下穩(wěn)定運行，堆芯平均溫度為T，突然引入一個適當(dāng)?shù)呢?fù)反應(yīng)性擾動（例如從0.2m高度掉棒）。在擾動后的瞬間，堆芯功率必然下降。由于二回路