吳茜

山東核電有限公司

動(dòng)態(tài)刻棒技術(shù)的應(yīng)用探討

吳茜

山東核電有限公司

控制棒組微積分價(jià)值測(cè)量是反應(yīng)堆臨界及零功率物理試驗(yàn)中十分重要的一部分，本文主要探討動(dòng)態(tài)刻棒法與目前國(guó)內(nèi)在役核電技術(shù)主要測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)使用動(dòng)態(tài)刻棒法的在建核電機(jī)組啟動(dòng)物理試驗(yàn)提供參考。

零功率物理試驗(yàn)；動(dòng)態(tài)刻棒法

目前國(guó)內(nèi)在役核電站技術(shù)的控制棒價(jià)值的測(cè)量主要采用調(diào)硼法、置換法。而動(dòng)態(tài)刻棒技術(shù)是利用動(dòng)態(tài)的方法測(cè)量控制棒的價(jià)值，整個(gè)測(cè)量過(guò)程比傳統(tǒng)的硼稀釋刻棒、交替刻棒等方法快得多，沒(méi)有等待反應(yīng)堆達(dá)到一個(gè)相對(duì)“靜態(tài)”的平衡。但是，動(dòng)態(tài)刻棒測(cè)量的“反應(yīng)性”與常規(guī)的棒價(jià)值測(cè)量方法一樣，其概念都是基于點(diǎn)堆方程的基礎(chǔ)上得出的。本節(jié)主要介紹三種不同測(cè)量方法和原理，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

1 控制棒價(jià)值測(cè)量方法

1.1 動(dòng)態(tài)刻棒法

動(dòng)態(tài)刻棒法為美國(guó)西屋公司核電站廣泛應(yīng)用的一種快速測(cè)量控制棒積分價(jià)值的方法，由西屋開(kāi)發(fā)的先進(jìn)反應(yīng)性儀（ADRC）來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

DRWM方法在測(cè)量過(guò)程中堆內(nèi)只有一組待測(cè)棒組，而且冷卻劑系統(tǒng)中的硼濃度在試驗(yàn)過(guò)程中保持不變。從臨界狀態(tài)開(kāi)始，先提棒引入一定周期反應(yīng)性調(diào)整堆芯通量到試驗(yàn)初始狀態(tài)所要求的通量水平（通量設(shè)置上限的75%），然后快速的將控制棒組下插到堆底，再快速地將控制棒組提升到堆頂，插棒和提棒過(guò)程時(shí)間大約7分鐘，反應(yīng)性快速的在-1200pcm～+60pcm范圍變化，最后返回試驗(yàn)初始狀態(tài)，通量恢復(fù)的時(shí)間大約6分鐘。在整個(gè)快速下插和提升控制棒組的過(guò)程中，利用堆外探測(cè)器測(cè)量堆內(nèi)中子通量變化，由ADRC計(jì)算出待測(cè)控制棒組的積分價(jià)值，11組控制棒全部測(cè)完大約只要用時(shí)2.5小時(shí)。

DRWM方法需要從兩方面對(duì)反應(yīng)性進(jìn)行修正計(jì)算，一是考慮靜態(tài)功率分布修正，在快速插棒和快速提棒的過(guò)程中，堆內(nèi)中子通量分布發(fā)生了畸變，單純考慮瞬發(fā)中子的作用，利用模擬計(jì)算得到兩種不同狀態(tài)下中子通量分布的變化，以及對(duì)堆外探測(cè)器響應(yīng)的影響，從而得到反應(yīng)性計(jì)算的修正結(jié)果。另一方面考慮動(dòng)態(tài)響應(yīng)修正，主要因?yàn)榫彴l(fā)中子滯后作用而產(chǎn)生的空間效應(yīng)，這需要用到3D動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行模擬計(jì)算，以得到由于緩發(fā)中子效應(yīng)帶來(lái)的探測(cè)器測(cè)量的中子通量變化結(jié)果。

1.2 調(diào)硼法

調(diào)硼法測(cè)量控制棒價(jià)值和硼價(jià)值的原理是當(dāng)反應(yīng)堆處在零功率試驗(yàn)范圍內(nèi)穩(wěn)定臨界時(shí)，用恒定的速率稀釋?zhuān)y(cè)量單棒價(jià)值）或硼化（測(cè)量重疊棒價(jià)值），來(lái)改變反應(yīng)性，再通過(guò)插入或提出被測(cè)控制棒來(lái)補(bǔ)償反應(yīng)性的變化。使通量水平保持在50%滿量程上下（上限小于90%，下限大于15%）。同時(shí)用反應(yīng)性儀和多筆記錄儀連續(xù)跟蹤測(cè)量記錄，直到被測(cè)控制棒插（或提）到某一預(yù)定的位置上停止調(diào)硼，等待回路硼濃度均勻（大于30分鐘）。等待過(guò)程中用控制棒維持堆芯臨界。

如果此時(shí)的臨界棒位和選定的被測(cè)位置（棒在堆頂或堆底）有偏離，則可用反應(yīng)性儀測(cè)定所選定的被刻棒一次到達(dá)被測(cè)位置上的反應(yīng)性差值，作為被刻棒價(jià)值的修正量。

如果稀釋過(guò)量，即停止稀釋、攪混均勻后，被刻棒組全部插入仍然處于超臨界的情況，則可插入鄰近棒組使反應(yīng)堆維持在臨界水平，并用反應(yīng)性儀求出稀釋過(guò)量所相當(dāng)?shù)姆磻?yīng)性當(dāng)量，此值作為被刻棒價(jià)值的修正。

如果硼化過(guò)量，即停止硼化后等待回路均勻，被刻棒全提反應(yīng)堆仍處于次臨界狀態(tài)，則應(yīng)采取稀釋方法補(bǔ)償反應(yīng)性變化使反應(yīng)堆在被刻棒未到頂時(shí)達(dá)臨界。

最后，可根據(jù)反應(yīng)性儀和自動(dòng)記錄儀連續(xù)跟蹤的結(jié)果，加以分析處理得到被刻棒組的微分價(jià)值和棒全行程上的積分價(jià)值。

在調(diào)硼過(guò)程中，一回路中的硼濃度用硼濃度計(jì)或試驗(yàn)室分析進(jìn)行跟蹤。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，根據(jù)記錄儀記錄的反應(yīng)性曲線和控制棒移動(dòng)情況，可以得到每次控制棒移動(dòng)前后的反應(yīng)性變化量，從而得到這段控制棒的微分價(jià)值，同時(shí)被測(cè)棒各段的微分價(jià)值相加就可得到棒組的積分價(jià)值。此外，根據(jù)反應(yīng)性累計(jì)變化量和調(diào)硼前后硼濃度的變化量就可以計(jì)算平均硼微分價(jià)值。

1.3 置換法

首先在臨界狀態(tài)下調(diào)整控制棒組在堆內(nèi)的狀態(tài)，將待測(cè)棒組完全插入堆內(nèi)，并采用調(diào)硼的方式將已知棒組價(jià)值（一般棒組價(jià)值最大）的控制棒組調(diào)整到該棒組留在堆內(nèi)的棒組價(jià)值小于50ppm的位置上，其余控制棒組均處于全部提出堆芯狀態(tài)。此時(shí)采用已知價(jià)值的棒組來(lái)維持反應(yīng)堆處于熱態(tài)零功率試驗(yàn)范圍內(nèi)的穩(wěn)定臨界狀態(tài)，并進(jìn)行該臨界狀態(tài)下的硼濃度取樣分析和已知價(jià)值棒組的“末端反應(yīng)性價(jià)值”的測(cè)量。然后進(jìn)行已知價(jià)值棒組與待測(cè)棒組的置換操作，來(lái)維持試驗(yàn)測(cè)量前后反應(yīng)堆堆芯的臨界狀態(tài)。在使用置換法測(cè)量控制棒組積分價(jià)值的過(guò)程中，冷卻劑系統(tǒng)中的硼濃度保持不變。最后，待測(cè)棒組的積分價(jià)值就等于棒組置換后，已知價(jià)值棒組在堆內(nèi)兩個(gè)不同棒位下的反應(yīng)性之差。

2 對(duì)比

利用動(dòng)態(tài)刻棒法將11組控制棒全部測(cè)完大約只要用時(shí)2.5小時(shí)，而調(diào)硼法，不僅在試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中存在控制棒組間的干涉效應(yīng)，對(duì)測(cè)量結(jié)果有一定的影響，同時(shí)試驗(yàn)測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，并伴隨有大量的廢液產(chǎn)生，增加了電廠三廢系統(tǒng)處理的負(fù)擔(dān)。置換法相對(duì)于調(diào)硼法的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)測(cè)量前后堆內(nèi)只存在一束控制棒組，這樣就不存在控制棒組件的干涉效應(yīng)對(duì)處理結(jié)果的影響，同時(shí)試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中不進(jìn)行調(diào)硼操作，測(cè)量時(shí)間較短，而且減少了廢液的產(chǎn)生量，但置換法最后得到的待測(cè)棒組價(jià)值時(shí)，已知價(jià)值棒組的運(yùn)動(dòng)方向一定要與調(diào)硼法測(cè)量其價(jià)值時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向一致，有一定局限性。置換法雖然大大縮短了測(cè)量時(shí)間，但至少還是要花費(fèi)26小時(shí)，試驗(yàn)過(guò)程也較復(fù)雜、繁瑣，相對(duì)于動(dòng)態(tài)刻棒法，大大的影響了其經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)態(tài)刻棒技術(shù)在保證測(cè)量精度滿足要求的前提下，簡(jiǎn)化反應(yīng)性操作、減少?gòu)U水排放;在保證啟動(dòng)物理試驗(yàn)安全質(zhì)量的同時(shí)，可以大幅縮短啟動(dòng)物理試驗(yàn)關(guān)鍵路徑十幾個(gè)小時(shí)，給電廠帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

[1]濮繼龍.大亞灣核電站運(yùn)行教程，原子能出版社

[2]Chao，Y.A.etal.Dynamic Rod Worth Measurement.Nucl，Tech，2000,132,403-412

[3]紅沿河CPR1000MWe壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備，遼寧紅沿河核電有限公司

吳茜（1988-），女，湖南人，山東核電有限公司，助理工程師，主要研究方向：核電站燃料管理及物理試驗(yàn)。