動態(tài)刻棒技術的應用探討

吳茜

山東核電有限公司

動態(tài)刻棒技術的應用探討

吳茜

山東核電有限公司

控制棒組微積分價值測量是反應堆臨界及零功率物理試驗中十分重要的一部分，本文主要探討動態(tài)刻棒法與目前國內(nèi)在役核電技術主要測量方法的優(yōu)缺點，為后續(xù)使用動態(tài)刻棒法的在建核電機組啟動物理試驗提供參考。

零功率物理試驗；動態(tài)刻棒法

目前國內(nèi)在役核電站技術的控制棒價值的測量主要采用調(diào)硼法、置換法。而動態(tài)刻棒技術是利用動態(tài)的方法測量控制棒的價值，整個測量過程比傳統(tǒng)的硼稀釋刻棒、交替刻棒等方法快得多，沒有等待反應堆達到一個相對“靜態(tài)”的平衡。但是，動態(tài)刻棒測量的“反應性”與常規(guī)的棒價值測量方法一樣，其概念都是基于點堆方程的基礎上得出的。本節(jié)主要介紹三種不同測量方法和原理，并分析其優(yōu)缺點。

1 控制棒價值測量方法

1.1 動態(tài)刻棒法

動態(tài)刻棒法為美國西屋公司核電站廣泛應用的一種快速測量控制棒積分價值的方法，由西屋開發(fā)的先進反應性儀（ADRC）來進行測量。

DRWM方法在測量過程中堆內(nèi)只有一組待測棒組，而且冷卻劑系統(tǒng)中的硼濃度在試驗過程中保持不變。從臨界狀態(tài)開始，先提棒引入一定周期反應性調(diào)整堆芯通量到試驗初始狀態(tài)所要求的通量水平（通量設置上限的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，插棒和提棒過程時間大約7分鐘，反應性快速的在-1200pcm～+60pcm范圍變化，最后返回試驗初始狀態(tài)，通量恢復的時間大約6分鐘。在整個快速下插和提升控制棒組的過程中，利用堆外探測器測量堆內(nèi)中子通量變化，由ADRC計算出待測控制棒組的積分價值，11組控制棒全部測完大約只要用時2.5小時。

DRWM方法需要從兩方面對反應性進行修正計算，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，利用模擬計算得到兩種不同狀態(tài)下中子通量分布的變化，以及對堆外探測器響應的影響，從而得到反應性計算的修正結(jié)果。另一方面考慮動態(tài)響應修正，主要因為緩發(fā)中子滯后作用而產(chǎn)生的空間效應，這需要用到3D動力學方程進行模擬計算，以得到由于緩發(fā)中子效應帶來的探測器測量的中子通量變化結(jié)果。

1.2 調(diào)硼法

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

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

如果稀釋過量，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堆維持在臨界水平，并用反應性儀求出稀釋過量所相當?shù)姆磻援斄浚酥底鳛楸豢贪魞r值的修正。

如果硼化過量，即停止硼化后等待回路均勻，被刻棒全提反應堆仍處于次臨界狀態(tài)，則應采取稀釋方法補償反應性變化使反應堆在被刻棒未到頂時達臨界。

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

在調(diào)硼過程中，一回路中的硼濃度用硼濃度計或試驗室分析進行跟蹤。在試驗結(jié)束時，根據(jù)記錄儀記錄的反應性曲線和控制棒移動情況，可以得到每次控制棒移動前后的反應性變化量，從而得到這段控制棒的微分價值，同時被測棒各段的微分價值相加就可得到棒組的積分價值。此外，根據(jù)反應性累計變化量和調(diào)硼前后硼濃度的變化量就可以計算平均硼微分價值。

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

2 對比

利用動態(tài)刻棒法將11組控制棒全部測完大約只要用時2.5小時，而調(diào)硼法，不僅在試驗測量過程中存在控制棒組間的干涉效應，對測量結(jié)果有一定的影響，同時試驗測量時間較長，并伴隨有大量的廢液產(chǎn)生，增加了電廠三廢系統(tǒng)處理的負擔。置換法相對于調(diào)硼法的優(yōu)點是試驗測量前后堆內(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對處理結(jié)果的影響，同時試驗測量過程中不進行調(diào)硼操作，測量時間較短，而且減少了廢液的產(chǎn)生量，但置換法最后得到的待測棒組價值時，已知價值棒組的運動方向一定要與調(diào)硼法測量其價值時的運動方向一致，有一定局限性。置換法雖然大大縮短了測量時間，但至少還是要花費26小時，試驗過程也較復雜、繁瑣，相對于動態(tài)刻棒法，大大的影響了其經(jīng)濟性和安全性。

3 結(jié)語

動態(tài)刻棒技術在保證測量精度滿足要求的前提下，簡化反應性操作、減少廢水排放;在保證啟動物理試驗安全質(zhì)量的同時，可以大幅縮短啟動物理試驗關鍵路徑十幾個小時，給電廠帶來了可觀的經(jīng)濟收益。

[1]濮繼龍.大亞灣核電站運行教程，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。