chapter11反應堆的物理啟動

1、反應堆的物理啟動反應堆的物理啟動本科教學（48學時）2022-4-80哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉ABCeffK1N,0effK1BN1BN1BN60.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗目的目的物理啟動是指反應堆的首爐裝載或更換燃料組件后反應堆的首次啟動。其主要目的是充分了解反應堆的物理性能，指導反應堆的安全運行。具體包括：使反應堆安全的、順利的首次達到臨界狀態(tài)；在零功率狀態(tài)、以及在逐步提升功率至額定功率狀態(tài)下穩(wěn)定運行過程中的各功率臺階上，驗證堆芯的有關物理參數的測量是否滿足堆芯設計，并滿足有關的安全準則；2022-4-81哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉60.反應堆物理啟動

2、試驗反應堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉2對堆內和堆外的核儀表系統(tǒng)的性能進行測量和檢驗，對堆外核儀表系統(tǒng)進行刻度，以便對反應堆的運行狀態(tài)提供正確、有效的監(jiān)測，并對控制保護系統(tǒng)提供正確的核測信號；通過對堆芯硼濃度和功率分布的監(jiān)測，保證在反應堆功率運行期間堆芯的安全性和驗證堆芯核設計計算的準確性；在整個堆芯物理啟動試驗過程中，有關的系統(tǒng)和儀器儀表將經受考驗，有關的運行和試驗規(guī)程將得到檢驗；證明安全分析中的一些假設條件是正確的。60.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉3內容內容反應堆物理啟動試驗一般分為：反應

3、堆首次臨界、低功率試驗和提升功率試驗三大部分。反應堆首次臨界反應堆首次臨界反應堆首次臨界試驗是在熱態(tài)額定工況下，進行首次物理啟動，達到臨界，實現反應堆的自持鏈式裂變反應。60.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉4主要試驗內容包括：堆芯初始臨界；源量程和中間量程通道、中間量程和功率量程通道的線性和重疊性測量；Doppler發(fā)熱點（核加熱點）和零功率物理試驗功率水平的確定；反應性儀的校正試驗。60.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉5低功率試驗低功率試驗低功率物理試驗主要是在熱態(tài)，零功率

4、或功率稍高于零功率時進行的反應堆物理試驗，所取得的試驗數據用來為運行服務和校核理論計算。主要試驗內容包括：控制棒價值測量；硼價值測量；慢化劑溫度系數測量；最小停堆深度驗證；模擬控制棒“彈棒”事故試驗；功率分布測量試驗（P 0另一方面有：從而可得： 0.996），一次性引入較大的正反應性，使得反應堆達到超臨界，中子計數上升；當中子計數達到試驗規(guī)定要求時，再向堆芯內引入負反應性，使反應堆達到臨界，從而完成反應堆的首次臨界。63.反應堆的首次臨界過程反應堆的首次臨界過程2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉37具體例子具體例子下面以電站用壓水堆為例進行說明。提升控制棒組件提升控制棒組

5、件此過程內容包括：初始工況下，控制棒組件全部插入堆芯內；開始提棒時，按照最佳提棒程序依次提升控制棒；將主調節(jié)棒提升至相當于積分價值為100pcm的插入位置處；在提棒過程中，應當密切觀察核測量系統(tǒng)源量程測量通道內的中子計數；根據中子計數的變化情況，隨時調整控制棒組件的提升速度；每提升若干步，應當根據該階段的測量結果修正外推臨界值。63.反應堆的首次臨界過程反應堆的首次臨界過程2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉38減硼向臨界接近減硼向臨界接近此過程內容包括：通過化學和容積控制系統(tǒng)的上充泵將補給水以規(guī)定的流量注入堆芯，同時將相同數量的冷卻劑排向硼回收系統(tǒng)；投入穩(wěn)壓器的全部電加熱器

6、，并打開噴霧器，使兩者之間的硼濃度差值小于20pcm；按物理設計要求，因硼稀釋引起的反應性增加速率不得超過1000pcm/h；減硼過程中，每隔一刻鐘停止稀釋，對一回路系統(tǒng)和穩(wěn)壓器做取樣分析，并測量中子計數率；根據測量結果修正外推臨界值；重復上述過程直到反應堆的次臨界度約為-50pcm為止。63.反應堆的首次臨界過程反應堆的首次臨界過程2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉39提棒向超臨界過渡提棒向超臨界過渡當反應堆的次臨界度約為-50pcm時，提升主調節(jié)棒組，向超臨界過渡。若經過最后一次減硼操作，經充分混合后，系統(tǒng)已經達到臨界。此時可通過微調主調節(jié)棒組，以中子計數每分鐘增加10

7、倍的速率，提升堆芯功率到零功率規(guī)定水平；然后插入主調節(jié)棒組，使反應堆重返臨界。在減硼稀釋后，如果按規(guī)定速率提升主調節(jié)棒組達到抽出極限，反應堆仍未達到臨界，則必須重新插入主調節(jié)棒組，再以300pcm/h的速率繼續(xù)減硼，重復上述操作步驟，直到出現正周期為止；然后，提升功率到規(guī)定水平。64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉40測量方法測量方法周期法周期法在前面，曾經得到倒時方程：通過該方程，便可求出反應堆周期與反應性之間的關系。611piiilTT64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉41對于

8、壓水堆而言，中子的壽命一般都小于10-4s，上式右邊第一項可以近似忽略。方程簡化為：在根據反應堆周期儀表測出反應堆的穩(wěn)定周期T0后，通過上式求出反應性。實際中為了方便，可將反應性與T0制成表格，試驗測量出T0后直接通過查表便可求得相應的反應性。611iiiT64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉42周期法的優(yōu)點是：設備簡單，準確可靠，不受中子探測器位置的影響，測量精度可達23。主要用于刻度棒的微分價值。周期法的缺點是：測量時間長，只適用于在零功率工況下測量小的正反應性，不適于控制棒的積分價值刻度。64.反應性的測量方法反應性的測量方法202

9、2-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉43逆動態(tài)法逆動態(tài)法對于點堆動力學方程，有：通過上式可以求得： 1iiipiiiipdnC tn tdtldCC tn tdtl ,00iittitiipCn tedtC tel64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉44若初始條件為反應堆運行在穩(wěn)態(tài)，可得：任意時刻的反應性便可由動態(tài)方程逆向求解得到：,00iipiCnl 11iiidnC tn tdt 64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉45將前面的結果代入可得：只要測得堆芯內中子數密度n

10、(t)，便可求得反應性。這種方法稱為逆動態(tài)法。對于逆動態(tài)法：可以對控制棒進行刻度，測量階躍反應性；也可用于測量某些參數變化時帶來的反應性變化；逆動態(tài)法的實際應用范圍并不僅限于反應性測量。 0011iitttiiiipipdnenn tedtn tdtll 64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉46反應性測量試驗舉例反應性測量試驗舉例控制棒價值和硼價值確定控制棒價值和硼價值確定考慮到反應堆的溫度效應，在核電廠正式投入運行之前，需要分別測定：在熱態(tài)零功率和其后的各個不同功率水平，控制棒組件價值和硼價值；調節(jié)棒組件在不同位置的微分價值、調節(jié)棒組和

11、停堆幫組的積分價值；不同濃度的硼水所能補償反應性的能力。64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉47目前大型壓水堆上普遍采用的方法，是通過調節(jié)硼濃度，利用反應性儀測定控制棒組件的微分和積分價值，以及整個控制棒組件行程范圍內的硼微分價值。試驗原理如下：采用充排水方式，由上充泵向一回路系統(tǒng)注入除鹽水（或濃硼酸），對冷卻劑硼濃度進行稀釋（或加硼）；冷卻劑硼濃度改變所引起的堆內反應性變化（增加或減少）速率，應當控制在不大于50pcm/h；64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉48同時周期性插入（或

12、提升）控制棒組件作及時補償，使反應堆始終維持在臨界點附近；通過反應性儀和堆外核測量系統(tǒng)監(jiān)測反應性和中子通量的響應；根據測量結果，可以繪制/hh曲線圖和h曲線圖；平均硼價值可以通過/CB來計算。64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉49冷停堆深度的測量冷停堆深度的測量冷停堆深度指在冷態(tài)（常溫常壓）下將所有控制棒插到堆底，反應堆處于次臨界的程度。冷停堆深度是衡量反應堆安全可控性的重要指標之一。通過其測量，可以校核理論計算。冷停堆深度的測量方法如下：在反應堆冷態(tài)工況下，提升幾組控制棒使反應堆達到臨界；然后使所有提起的控制棒同時插入堆芯，測量這些棒

13、的總價值，即為停堆深度。64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉50溫度系數的測量溫度系數的測量由于慢化劑密度是溫度的非線性函數，導致不同溫度時的溫度系數也不同，所以溫度系數需要在冷態(tài)到熱態(tài)的全部過程中測量，并作出溫度系數曲線。對于溫度系數的測量：在零功率測試階段，溫度系數的測量一般采用周期法或控制棒補償法；在功率提升試驗階段，一般采用負反應性擾動法。64.反應性的測量方法反應性的測量方法2022-4-8哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉51設反應堆在某一功率水平下穩(wěn)定運行，堆芯平均溫度為T，突然引入一個適當的負反應性擾動（例如從0.2m高度掉棒）。在擾動后的瞬間，堆芯功率必然下降。由于二回路