壓水堆核電廠反應(yīng)堆首次臨界試驗(yàn)探究

【摘要】壓水堆是比較廣泛應(yīng)用的核反應(yīng)堆，在其啟動(dòng)之前，要對(duì)堆芯狀態(tài)、數(shù)據(jù)信號(hào)處理、硼濃度顯示、外推方式等臨界試驗(yàn)值進(jìn)行全面檢測(cè)，才能保證反應(yīng)堆處于安全要求范圍內(nèi)。本文將對(duì)壓水堆核電廠反應(yīng)堆首次臨界試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行探究，為后續(xù)研究工作奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】壓水堆核電廠；反應(yīng)堆；首次臨界試驗(yàn)

核電廠反應(yīng)堆的技術(shù)發(fā)展經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)接力，跨越了巨大挑戰(zhàn)，反應(yīng)堆首次臨界試驗(yàn)的成功，對(duì)我國(guó)核軍工、核能、核技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用具有重大促進(jìn)作用。組織開(kāi)展反應(yīng)堆首次臨界試驗(yàn)的主要目的在于將電廠核反應(yīng)堆第一次安全地引入臨界狀態(tài)，檢驗(yàn)反應(yīng)堆堆外核測(cè)系統(tǒng)的直線性和相互覆蓋性，并確定熱態(tài)零功率物理實(shí)驗(yàn)時(shí)的中子流量率水平上限值以及校驗(yàn)反應(yīng)性儀測(cè)量精度等。

1、實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)核反應(yīng)堆趨近臨界值影響反應(yīng)堆內(nèi)部中子密度的原理，利用控制棒提升或慢化劑冷卻操作形成減硼狀態(tài)，堆芯內(nèi)的反應(yīng)性逐漸得到釋放，進(jìn)而可以得到中子計(jì)數(shù)率的倒數(shù)與控制棒位置或硼濃度的內(nèi)在關(guān)系，根據(jù)飾演主體之間的數(shù)據(jù)關(guān)系將反應(yīng)堆引入臨界狀態(tài)。

2、試驗(yàn)步驟

2.1提升控制棒

首先要對(duì)核反應(yīng)堆的初始狀態(tài)進(jìn)行檢查和記錄，然后測(cè)量源量程核測(cè)儀表各個(gè)通道的計(jì)數(shù)率，并將此作為基準(zhǔn)計(jì)數(shù)率。接下來(lái)開(kāi)始逐漸提升控制棒，注意保證每次提升50步，提升控制棒操作結(jié)束后，利用源量程核測(cè)儀表對(duì)各個(gè)通道的計(jì)數(shù)率進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)公式： ，其中C0表示基準(zhǔn)計(jì)數(shù)率、Ci表示第i此提升控制棒后測(cè)量到的計(jì)數(shù)率，計(jì)算通道計(jì)數(shù)率的倒數(shù)，得到計(jì)數(shù)率倒數(shù)與控制棒位置之間的關(guān)系，如圖1所示?？刂瓢裘看翁嵘玫降姆磻?yīng)堆狀態(tài)都要記錄下來(lái)，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)操作，確?？刂瓢粼谶_(dá)到臨界過(guò)程中具有一定的調(diào)節(jié)作用。

2.2稀釋硼

在進(jìn)行稀釋硼操作之前，要準(zhǔn)確記錄各個(gè)通道的計(jì)數(shù)率，將其作為與硼稀釋過(guò)程中的基準(zhǔn)計(jì)數(shù)率，同時(shí)為了保證穩(wěn)壓器和主冷卻劑系統(tǒng)中硼濃度變化均勻，在投入穩(wěn)壓器的全部備用加熱器以及比例加熱器時(shí)，要保證穩(wěn)壓器和主冷卻劑系統(tǒng)之間的硼濃度之差在20μg/g以下。在稀釋硼的過(guò)程中要注重每個(gè)15分鐘記錄一次各個(gè)通道的計(jì)數(shù)率，并根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)繪制計(jì)數(shù)率倒數(shù)與硼濃度之間的關(guān)系圖，如圖2所示。在此過(guò)程中要注意當(dāng)硼濃度達(dá)到臨界最小值時(shí)，要立即停止稀釋操作，并密切關(guān)注中子變化情況。

2.3向超臨界過(guò)渡

按照上述試驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，當(dāng)達(dá)到第一次臨界時(shí)，觀測(cè)到倍增周期穩(wěn)定在某一短數(shù)據(jù)內(nèi)，根據(jù)啟動(dòng)物理試驗(yàn)理論數(shù)據(jù)報(bào)告給出的倍增周期與反應(yīng)性的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)表，計(jì)算臨界控制棒位置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到第一次臨界狀態(tài)時(shí)的基本信息如下：

時(shí)間18：39分；平均溫度292.41℃；壓力15.3MPa；臨界硼濃度862ppm；臨界棒位173step

重復(fù)上述操作，測(cè)得第二次臨界狀態(tài)點(diǎn)基本信息如下：

時(shí)間20.23分；平均溫度290.87℃；壓力15.4MPa；臨界硼濃度1185ppm；臨界棒位145step

測(cè)得第三次臨界狀態(tài)點(diǎn)基本信息如下：

時(shí)間20.21分；平均溫度2921.01℃；壓力15.4MPa；臨界硼濃度1187ppm；臨界棒位144step

從上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較可知，得到的第一次臨界狀態(tài)點(diǎn)基本信息與第二次和第三次得到的基本信息之間差異比較大，而第二次臨界狀態(tài)點(diǎn)的基本信息與第三次臨界狀態(tài)點(diǎn)的基本信息相差無(wú)幾，這說(shuō)明得到的第一次臨界狀態(tài)點(diǎn)基本信息存在某些誤差，導(dǎo)致這種誤差的根本原因包括第一次設(shè)計(jì)參數(shù)不完全適合堆芯，控制棒完全提升還無(wú)法達(dá)到臨界狀態(tài)，稀釋會(huì)使得到達(dá)臨界棒位變低等。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得到這樣的結(jié)論，當(dāng)反應(yīng)堆達(dá)到首次臨界后可以通過(guò)調(diào)整棒位穩(wěn)定功率水平，如果硼濃度已經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠓磻?yīng)堆還沒(méi)有達(dá)到臨界狀態(tài)，那么繼續(xù)提升主調(diào)節(jié)棒，同時(shí)注意中子注量率的增長(zhǎng)情況，一旦反應(yīng)堆達(dá)到鄰家狀態(tài)，就要記錄此時(shí)堆芯狀態(tài)，如果上述操作之后反應(yīng)堆還沒(méi)有達(dá)到臨界狀態(tài)，那么就要將控制棒重新插回到最初位置，重新進(jìn)行提升控制棒的操作，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，直到反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)。

2.4檢測(cè)堆外核測(cè)儀器的直線性和覆蓋性

當(dāng)反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)之前，通過(guò)控制棒穩(wěn)定核功率，記錄源量程側(cè)儀表各個(gè)通道的計(jì)數(shù)率和中間量程測(cè)儀表各個(gè)通道的電流值，在反應(yīng)堆內(nèi)部中子密度逐漸變化的過(guò)程中記錄，記錄源量程側(cè)儀表各個(gè)通道的計(jì)數(shù)率和中間量程測(cè)儀表各個(gè)通道的電流值，一次判斷源量程側(cè)儀表和中間量程測(cè)儀表的直線型和覆蓋性。

3、達(dá)到臨界狀態(tài)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題

核反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)過(guò)程非常復(fù)雜試驗(yàn)過(guò)程和步驟要嚴(yán)格遵守技術(shù)運(yùn)行規(guī)格要求和物理試驗(yàn)技術(shù)規(guī)定；當(dāng)反應(yīng)對(duì)快要達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)變化程度比較小需要采用逐步逼近達(dá)臨界的方法；試驗(yàn)過(guò)程中避免人為操作導(dǎo)致反應(yīng)堆溫度的突然變化，確保試驗(yàn)安全性和穩(wěn)定性；在稀釋棚操作之前，反應(yīng)堆不應(yīng)該發(fā)生臨界；任何因素導(dǎo)致反應(yīng)堆緊急停堆的狀況下，都要立即停止稀釋硼或提升控制棒的操作，只有確定反應(yīng)堆停堆不影響核電廠安全的前提下，才能重新啟動(dòng)反應(yīng)堆進(jìn)行試驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)：

核電廠反應(yīng)堆首次臨界試驗(yàn)的成功標(biāo)志著核技術(shù)發(fā)展的進(jìn)步，是技術(shù)水平不斷提升的必經(jīng)之路，其試驗(yàn)步驟包括提升控制棒、稀釋硼、向超臨界過(guò)渡以及檢測(cè)堆外核測(cè)儀器的直線性和覆蓋性，并對(duì)達(dá)到臨界狀態(tài)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行分析，希望本文的研究能夠?yàn)槲覈?guó)核技術(shù)發(fā)展提供些許參考。

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