歐顏超

（中國核電工程有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 前言

堆外通量電離室刻度試驗是反應(yīng)堆升功率期間一項重要的堆芯物理試驗，其目的是通過功率量程電離室刻度試驗對4個功率量程測量通道的刻度系數(shù)進行重新?？?，使其更準確的反映出實際的堆芯功率和軸向功率偏差。試驗期間必須要進行調(diào)硼插棒來使ΔI即軸向功率偏差變動，以往的調(diào)硼插棒所用的時間長，誤差也比較大，本文提出相對準確省時的方法，以便試驗更加順利的進行。

堆外通量電離室刻度試驗是反應(yīng)堆升功率期間一項重要的堆芯物理試驗，其目的是通過功率量程電離室刻度試驗對4個功率量程測量通道的刻度系數(shù)進行重新?？?，使其更準確的反映出實際的堆芯功率和軸向功率偏差。試驗過程中堆外核測電離室刻度是在軸向功率變化期間進行的。通過熱平衡測量、堆外電離室測量以及堆內(nèi)部分通量圖測量得到堆芯功率和軸向功率偏移，用最小二乘法擬合得到堆外測量電離室的刻度因子。

軸向功率偏差是堆芯上部相對功率與下部相對功率之差，用ΔI表示，試驗期間，往往通過調(diào)硼動棒的方式來使ΔI即軸向功率偏差變動，每次變動范圍在1%FP～2%FP之間，每次變動后使堆芯狀態(tài)穩(wěn)定，然后進行堆芯通量圖測量；至少要進行至少6個不同ΔI狀態(tài)下的堆芯通量圖測量，再通過功率分布測量計算軟件得到所需的刻度系數(shù)。

圖1

若要使ΔI變化則必須調(diào)硼動棒時，以往的方式是根據(jù)ΔI變化1%FP-2%FP棒位變化引起反應(yīng)性變化的大小，對調(diào)硼量大小進行估算，這種情況是很理想的情況，必須是反應(yīng)堆堆芯處于氙平衡狀態(tài)，但是堆芯并不總是處于氙平衡的狀態(tài)的，反應(yīng)堆進行過功率變化之后，氙毒變化如圖1所示。

該圖是堆芯功率由低功率提升到高功率氙毒引入的反應(yīng)性隨時間的變化，由圖可知，功率剛開始變動的時候，氙毒引入的反應(yīng)性很大，反應(yīng)性變化也很劇烈，直到30個小時之后，氙毒變化開始趨于平穩(wěn)，直至40個小時后才基本不變。

由于試驗時，反應(yīng)堆可能進行過升功率與降功率，并沒有達到氙平衡的狀態(tài)，這個時候就必須把氙毒引入的反應(yīng)性考慮進去。

1 以往的調(diào)硼插棒方法

為了方便說明，現(xiàn)以稀釋插棒為例。在以往的方式中，考慮到氙毒，一般先根據(jù)棒位變化引起反應(yīng)性的變化估算稀釋量，進行慢速稀釋，因為氙毒隨著時間的推移往堆芯內(nèi)引入負反應(yīng)性，所以第一次引入的稀釋量往往不夠，而且稀釋開始到稀釋引入的反應(yīng)性效應(yīng)出來需要大概12分鐘，在這段時間中氙毒也會發(fā)生變化向系統(tǒng)內(nèi)引入一定量的反應(yīng)性，因此當所估算的稀釋量稀釋完畢時，若沒有達到ΔI變化1%FP的條件，將會繼續(xù)按一次100升的量進行慢速稀釋，從而利用這部稀釋量引入的正反應(yīng)性抵消氙毒引入的負反應(yīng)性，保證稀釋后一回路硼濃度均勻化期間和通量圖測量期間，反應(yīng)堆控制棒組的棒位、冷卻劑硼濃度和功率水平的穩(wěn)定。這種方式雖然可行，但操作誤差很大，并且花費的時間很長：一次調(diào)硼到到硼濃度均勻化需要12分鐘左右（即稀釋開始到稀釋引入的反應(yīng)性效應(yīng)出來的時間），若調(diào)硼達不到要求，則需要繼續(xù)調(diào)硼。由于稀釋是連續(xù)進行的，若稀釋水量估算不準確，那么要達到6個不同ΔI狀態(tài)至少要多耗費1到2個小時的時間。

2 調(diào)硼插棒方法的討論

綜上所述，本人認為應(yīng)當在調(diào)硼時將氙毒變化引入的反應(yīng)性計算出來并換算成調(diào)硼量。即：

氙毒變化引入的反應(yīng)性+調(diào)硼引入的反應(yīng)性+控制棒棒位變化引入的反應(yīng)性=0

因此 有 ：ρXe+ρB+ρR=0

其中：

ρXe為氙毒變化引入的反應(yīng)性，單位為 pcm；

ρB為硼濃度變化引入的反應(yīng)性，單位為 pcm；

ρR為控制棒棒位變化引入的反應(yīng)性，單位為pcm。

在氙平衡的情況下：ρXe=0

則：ρB-ρR=0

這就是氙平衡狀態(tài)下的反應(yīng)性平衡公式，此時只需考慮控制棒引入的反應(yīng)性再根據(jù)此反應(yīng)性估算所需稀釋的量即可。

當反應(yīng)堆處于氙未平衡狀態(tài)時，則需要同時考慮到控制棒和氙毒引入的反應(yīng)性，即：ρXe+ρB+ρR=0

方法一：

控制棒棒位變化引入的反應(yīng)性在試驗過程中查表可得，理論的氙毒的計算需要考慮反應(yīng)堆此前的功率史?？筛鶕?jù)《核反應(yīng)堆物理分析》中功率過渡時的氙中毒公式計算，此公式中的未知量可以參考堆芯參數(shù)和物理常量，通過excel表格，利用此公式將每個時刻的氙毒計算出來，從而可知道氙毒的變化量，最后得到稀釋量。此方法需將堆芯之前的功率史輸入excel表，在試驗中操作起來較為繁瑣，其優(yōu)點是得出的調(diào)硼量比較準確。

方法二：

由于主控有專門監(jiān)視氙毒每分鐘變化量的界面，氙毒引入的反應(yīng)性則可以根據(jù)主控監(jiān)控界面提供的氙毒變化得出，此時：

其中：

ρi為每個分鐘內(nèi)氙毒變化的量，單位為pcm/min；

t為稀釋開始時刻到功率分布通量圖測量結(jié)束時刻的時間，單位為min。

根據(jù)此式得到的硼稀釋量也相對準確，并且操作簡便。

兩種方法的選?。?/p>

以稀釋插棒為例：

（1）反應(yīng)堆堆芯若處于功率變化后30個小時以下的狀態(tài)，由于此時氙毒變化較大，一般采取第一種方法，這種方法能計算出每秒氙毒的值，具體操作方式如下：

計算出稀釋開始時氙毒的值為：ρ1

預(yù)估通量圖做完的時刻并計算該時刻氙毒的值：ρ2

于是 有 ：ρXe=ρ2-ρ1

再根 據(jù) ：ρXe+ρB+ρR=0

即可得到 ρB的值，從而算出稀釋量。

（2）正常試驗時，反應(yīng)堆堆芯一般都是處于功率變化后30個小時以上的時期，此時氙毒變化緩慢，所以我們采取第二種方法，具體操作方式如下：

由反應(yīng)堆堆芯功率變化后氙毒反應(yīng)性隨時間的變化圖可知，30個小時以上到40個小時期間氙毒的變化與時間近似線性關(guān)系，所以有：

其中ρ為在主控監(jiān)控界面上氙毒每分鐘變化的量，于是可以根據(jù)：

來得出ρB從而得到稀釋量。由于主控監(jiān)控界面上的氙毒變化不一定是一成不變的，此方法可能會導(dǎo)致后續(xù)需再稀釋的情況，但由于氙毒變化的量在此時間段內(nèi)較少，所以誤差不大。

（3）若反應(yīng)堆堆芯處于功率變化后40個小時以上的時期，此時為氙平衡狀態(tài)，則直接按照以往的方法計算稀釋量。

下面是以往方式調(diào)硼與改進后的調(diào)硼時間對比，次數(shù)對比(均摘自國內(nèi)某核電廠試驗報告)：

以往的方式：

表1

改進后：

表2

由以上兩個表格可以看出，改進后的方法耗費的時間因稀釋次數(shù)變少而變少了。（少耗費了1個小時左右）。

綜上所述，使用改進的方法進行堆外通量電離室刻度試驗中的調(diào)硼動棒，可以使試驗時調(diào)硼量更加準確，所用時間相比于以往方法更少。但是也不排除反應(yīng)堆堆芯反應(yīng)性因為其他原因而引起的變化情況，此時要根據(jù)具體情況插棒或稀釋?？偟膩碚f，改進的調(diào)硼動棒方法讓試驗更加準確便捷。

［1］謝仲生.《核反應(yīng)堆物理分析》，1994.06(3).