長燃料循環(huán)中間量程補(bǔ)償電壓設(shè)置優(yōu)化

周 磊，吳小璇，徐 飄，陳子鳴，沈 聰, 許 進(jìn)

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

對于壓水堆機(jī)組, P6信號由中間量程確定。方家山機(jī)組實(shí)施長燃料循環(huán)后P6信號觸發(fā)較晚，影響大小修關(guān)鍵路徑。中間量程為γ補(bǔ)償電離室，偏安全考慮，γ補(bǔ)償電壓一般處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，中間量程測量值受γ強(qiáng)度影響較大。此機(jī)組為三環(huán)路加壓型輕水反應(yīng)堆，機(jī)組內(nèi)部裝載有次級中子源。機(jī)組自第4循環(huán)實(shí)施長燃料循環(huán)，使用低泄露裝載方案。

1 原因分析

1.1 長燃料循環(huán)裝料方案影響

方家山機(jī)組從第四循環(huán)開始采用低泄露裝料方案，即在相同核功率工況下泄露的中子數(shù)更少，對應(yīng)的中間量程電流值也更低。因此，長循環(huán)后，P6信號對應(yīng)的中間量程電流值有所降低，如表1所示。表2整理了U1C1-C4停堆后，P6信號觸發(fā)的時(shí)間列表。

表1 P6信號對應(yīng)中間量程電流值

表2 P6信號觸發(fā)用時(shí)

將方家山1號機(jī)組C3/C4循環(huán)，停堆時(shí)IR/SR信號對應(yīng)停堆時(shí)間作圖，如圖1所示。

圖1 U1C3/C4循環(huán)停堆SR/IR信號

1.2 γ光子能量的影響

對于γ光子能量，主要由次級中子源的伽馬能量Et(S)，累計(jì)裂變產(chǎn)物衰變?chǔ)霉庾幽芰縀t(decay)，裂變反應(yīng)γ光子能量E(f)組成。

1.2.1 次級中子源的伽馬能量Et(S)

表3 次級中子源γ光子強(qiáng)度

由于次級中子源在堆芯內(nèi)輻照一定時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。故停堆之后，伽馬光子的釋放率為：Ct(S)=C0(S)×e-λt。由于C0(S)=7.12×1015/s,平均每個(gè)伽馬光子能量為0.978MeV，故次級中子源釋放的γ光子能量為(MeV/s)：Et(S)=0.978×7.12×1015×e-λt=6.96×1015×e-λt

1.2.2 累計(jì)裂變產(chǎn)物衰變?chǔ)霉庾幽芰縀t(decay)

表4 累計(jì)裂變產(chǎn)物

此處得到的份額是平衡狀態(tài)的份額，并非初始的裂變份額。

停堆之后，上述的59種核素的伽馬放射性為：

式中：∑fΦ——總的裂變次數(shù)；

γi，λi，Ei——第i中裂變產(chǎn)物的裂變份額、衰變常數(shù)、每次衰變的γ光子能量；

Et(decay)——衰變產(chǎn)物總的衰變?chǔ)霉庾幽芰俊?/p>

此處忽略裂變產(chǎn)物級聯(lián)衰變。

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1.2.3 裂變反應(yīng)γ光子能量E(f)

停堆后堆芯內(nèi)部仍然會(huì)有次臨界增值，有少量的核裂變，核裂變產(chǎn)生的新的裂變產(chǎn)物仍然會(huì)以其固有的衰變屬性繼續(xù)衰變，直至穩(wěn)定。235U裂變反應(yīng)大概有1200余種裂變產(chǎn)物。初始裂變產(chǎn)額大于0.01%的裂變產(chǎn)物約有274種。表5計(jì)算了裂變產(chǎn)額大于0.1%的69種裂變產(chǎn)物的基本信息。

表5 裂變產(chǎn)物

對產(chǎn)額大于0.01%的裂變產(chǎn)物進(jìn)行衰變?chǔ)媚芰坑?jì)算，考慮級聯(lián)衰變，每次裂變產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物衰變約釋放5.6 MeV的γ光子能量。對1200余種裂變產(chǎn)物進(jìn)行計(jì)算，考慮級聯(lián)衰變，每次裂變產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物衰變約釋放約7.0 MeV的γ光子能量。故每次裂變的裂變產(chǎn)物全部衰變的γ能量如下：

E(γ能量)=E(瞬發(fā)γ能量)+E(緩發(fā)γ能量)=14 MeV。根據(jù)方家山機(jī)組U1C5啟動(dòng)階段的數(shù)據(jù)：SR=10 000 cps時(shí)，IR=1.38×10-10A；IR=5.32×10-4A,PR=30.43%FP；PR=100%FP，中子通量為2.6×1017m2·s-1,堆芯內(nèi)裂變數(shù)9.05×1019s-1,推導(dǎo)數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 裂變反應(yīng)釋放γ光子能量

故當(dāng)SR=1000 cps時(shí)，E(f)=1.00×1013MeV/s。

1.2.4 總的γ光子能量影響

總的γ光子能量為(MeV/s)：Et(S)=Et(decay)+Et(S)+E(f)。

表7 停堆后γ光子能量

裝料啟堆后，約2/3的舊燃料組件入堆，大修時(shí)間為30 d左右。將反應(yīng)堆啟動(dòng)及停堆時(shí)的γ光子能量曲線作圖，如圖2所示。

從圖2可得，停堆之后10 h的衰變?chǔ)霉庾幽芰勘葐?dòng)階段的衰變?chǔ)霉庾幽芰縿偤么?0倍。

圖2 啟動(dòng)/停堆γ光子能量曲線

2 方案實(shí)施

2.1 中間量程補(bǔ)償電壓早期設(shè)置

對于方家山1號機(jī)組的中間量程負(fù)補(bǔ)償高壓設(shè)置為10 V左右，啟動(dòng)和停堆時(shí)的數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 U1C3/C4啟動(dòng)及停堆SR&IR信號

從上圖可以看出， C3C4兩個(gè)循環(huán)的啟動(dòng)和停堆階段相比，IR與SR的重疊性相差很大。及啟動(dòng)和停堆當(dāng)SR=1000 cps時(shí)，IR電流值相差可達(dá)4倍。

2.2 中間量程補(bǔ)償電壓優(yōu)化設(shè)置

中間量程由兩個(gè)電離室組成：外環(huán)電離室內(nèi)壁涂硼，稱正電離室；內(nèi)環(huán)電離室不涂硼，稱負(fù)電離室。外電離室測量中子和γ光子共同作用產(chǎn)生正電流，內(nèi)電離室測量γ光子產(chǎn)生負(fù)的電流。

設(shè)正電離室產(chǎn)生電流：I+=In+K+×Iγ，負(fù)電離室產(chǎn)生電流：I-=K-×Iγ，則輸出總電流：I=I++I-=In+(K+-K-)×Iγ。日常運(yùn)行工況中，為了安全考慮，中間量程設(shè)置為欠補(bǔ)償狀態(tài)，即K+-K->0。所以當(dāng)Iγ增多，In不變的情況下，輸出電流I就會(huì)越大。根據(jù)圖3，由于停堆10 h與啟動(dòng)階段相比，Iγ相差較大。為使得I=In+(K+-K-)×Iγ盡量地接近In，就應(yīng)使得K+-K-盡可能地接近0。故第4循環(huán)停堆后，重新設(shè)定中間量程負(fù)高壓，由之前的10 V更新為15 V左右。對方家山U1C5循環(huán)啟動(dòng)及小修停堆的SR/IR與U1C4循環(huán)做圖，如圖4所示。

從圖4可得，調(diào)整中間量程補(bǔ)償電壓后，U1C5循環(huán)啟動(dòng)及小修停堆階段，源量程與中間量程的重疊性較好。且U1C5小修停堆過程中，P6信號也在停堆之后6 h之內(nèi)出現(xiàn)，不再耽誤關(guān)鍵路徑。

圖4 U1C4/C5啟動(dòng)及停堆SR&IR信號

3 結(jié)論

1)由于停堆10 h與啟堆時(shí)，堆芯γ光子的能量相差10倍。中間量程作為γ補(bǔ)償電離室，受γ光子強(qiáng)度影響較大。所以啟動(dòng)及停堆階段，同樣源量程計(jì)數(shù)會(huì)出現(xiàn)不同的中間量程電流值。

2)適當(dāng)提高中間量程負(fù)補(bǔ)償高壓，可以減小γ光子對中間量程測量結(jié)果的影響。

3)由于中間量程過補(bǔ)償在實(shí)際工作中有安全隱患，故持續(xù)調(diào)整中間量程補(bǔ)償電壓時(shí)，應(yīng)該注意和啟動(dòng)階段時(shí)的中間量程電流值做對比。即在停堆和啟動(dòng)階段，當(dāng)SR均為同一值時(shí)，將停堆后的IR計(jì)數(shù)略設(shè)置為大于啟動(dòng)時(shí)的IR計(jì)數(shù)即可。