[其他]壓水反應(yīng)堆中氙的預(yù)先控制

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85106086
• 申請(qǐng)日: 1985-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN85106086A
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿爾伯特·約瑟夫·伊姆普英克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西屋電氣公司
• 主分類號(hào): G21C17/06
• 分類號(hào): G21C17/06
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 包冠乾,王申

本發(fā)明涉及一種確定壓水核反應(yīng)堆堆芯中氙的軸向點(diǎn)態(tài)分布和軸向點(diǎn)態(tài)分布變化率的一種方法和裝置，用來顯示氙的分布和氙分布變化趨勢(shì)，并用于能間接調(diào)節(jié)軸向功率分布的氙分布自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

在一個(gè)核電站中，反應(yīng)堆堆芯中布置有裂變材料，以使得由中子轟擊裂變材料產(chǎn)生的裂變反應(yīng)釋放出足夠的附加中子來保持自持裂變過程。這一裂變過程產(chǎn)生的熱量由通過堆芯循環(huán)的冷卻劑帶走，并用來產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行發(fā)電。反應(yīng)堆的功率水平通過調(diào)節(jié)可用于產(chǎn)生裂變反應(yīng)的中子總數(shù)來進(jìn)行控制。在壓水反應(yīng)堆中，中子密度應(yīng)用插入堆芯的中子吸收棒以及改變?nèi)芙庥谧鳛榉磻?yīng)堆冷卻劑的水中的中子吸收材料的數(shù)量來進(jìn)行控制。反應(yīng)性還受到冷卻劑溫度的影響，這種冷卻劑也起慢化劑的作用，使得中子慢化到適合于裂變反應(yīng)的能量水平。

反應(yīng)堆堆芯中裂變反應(yīng)的副產(chǎn)品是氙-135，它具有很大的中子吸收截面，因此，給反應(yīng)堆產(chǎn)生很大的負(fù)擔(dān)。雖然少量的氙-135由裂變直接產(chǎn)生，但氙-135主要是由直接或間接產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物碘一135的β衰變產(chǎn)生的。由于碘的半衰期為6.7小時(shí)，反應(yīng)堆中氙水平的積累滯后于反應(yīng)堆功率的增加。氙-135以9.2小時(shí)的半衰期衰變?yōu)槠渌臒o毒元素，所以，大部分的氙在功率運(yùn)行時(shí)通過中子吸收變成為一種無毒的同位素氙-136，并在穩(wěn)態(tài)條件下達(dá)到氙-135的平衡水平。當(dāng)反應(yīng)堆功率降低因而中子通量降低時(shí)，氙水平事實(shí)上會(huì)上升，并在幾小時(shí)內(nèi)保持升高后的數(shù)值。這種情況限制了反應(yīng)堆在功率降低以后恢復(fù)功率的能力，而且經(jīng)常還會(huì)對(duì)堆芯中的功率分布產(chǎn)生不利的影響。

反應(yīng)堆的運(yùn)行不僅與任一給定時(shí)刻時(shí)氙的總量有關(guān)，而且也與氙的空間分布有關(guān)。由于氙是由裂變過程產(chǎn)生的，所以氙的局部濃度隨著整個(gè)堆芯的空間功率分布而變化，當(dāng)反應(yīng)堆在功率降低后又恢復(fù)功率時(shí)，局部的氙濃度對(duì)局部的中子通量密度有影響，因此對(duì)堆芯的每一個(gè)局部產(chǎn)生其所需負(fù)苛的能力有影響。如果對(duì)氙-135空間分布不加以適當(dāng)控制，那么在堆芯的各個(gè)部分可能會(huì)產(chǎn)生熱點(diǎn)，這會(huì)導(dǎo)致燃料元件包殼的損壞，因而導(dǎo)致防止放射性釋放的第一道屏障的損壞。

因?yàn)榭刂瓢粼诙研局写怪辈迦牖蛱岢觯运鼈儗?duì)功率的軸向分布因而也對(duì)氙的軸向分布有直接影響，因此，可用控制棒來對(duì)它們的軸向分布進(jìn)行控制。控制棒是按對(duì)稱組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，因此對(duì)于徑向功率分布的任何影響完全處于規(guī)定的極限以內(nèi)。由于控制棒的不適當(dāng)運(yùn)動(dòng)可能引起軸向功率分布因此也引起氙的分布產(chǎn)生不可允許的畸變，因此，須設(shè)置一個(gè)自動(dòng)地將氙的軸向分布保持在極限以內(nèi)的系統(tǒng)，或者設(shè)置一個(gè)可對(duì)操作員手動(dòng)控制氙的軸向分布提供指導(dǎo)的系統(tǒng)，這是很有用的。

反應(yīng)堆中的軸向功率分布用軸向偏移來度量，而軸向偏移是按堆芯上半部和下半部功率的差值除以總功率來計(jì)算而得到的一個(gè)系數(shù)。軸向偏移通過沿著堆芯軸向布置的中子通量探測(cè)器來測(cè)量。通常，應(yīng)用堆芯外探測(cè)器來進(jìn)行這種測(cè)量，但是有些裝置應(yīng)用堆芯內(nèi)測(cè)量裝置來測(cè)量功率，在探測(cè)器之間進(jìn)行內(nèi)插來產(chǎn)生軸向功率分布的逐點(diǎn)表示，這是大家所熟悉的。

每一個(gè)反應(yīng)堆有一個(gè)預(yù)定的軸向偏移，這一數(shù)值在燃料循環(huán)過程中定期修改。目前的一般作法是操縱反應(yīng)堆以保持軸向偏移基本恒定。這種在負(fù)荷跟隨時(shí)操作核反應(yīng)堆方法的一個(gè)實(shí)例，在美國(guó)專利NO4057463中作了公開。在這一方法中，應(yīng)用控制棒位置來調(diào)節(jié)軸向功率分布，而反應(yīng)性則由其它棒和（或）溶解在反應(yīng)堆冷卻劑中的可溶毒物來控制。在美國(guó)專利NO4222822中介紹了這種方法的改進(jìn)方法，通過有控制地降低堆芯冷卻劑溫度來適應(yīng)負(fù)荷的快速變化，通過使整個(gè)堆芯均勻地產(chǎn)生較小的功率變化，使上述的堆芯冷卻劑溫度降低對(duì)軸向功率分布沒有影響。

當(dāng)前感興趣的是放寬對(duì)于保持恒定的軸向偏移方面的要求，以便消除由于這一控制方案加給反應(yīng)堆運(yùn)行范圍上的有關(guān)限制。但是，到目前為止除操作人員的判斷外對(duì)這種運(yùn)行還沒有明確的準(zhǔn)則來保證氙的空間分布不趨向于接近反應(yīng)堆技術(shù)極限的方向，因此在這種情況下，必須非常小心從事。在實(shí)施這種對(duì)策時(shí)的主要困難是處理氙分布的瞬變過程，這些瞬變過程包括功率水平改變時(shí)發(fā)生的總的氙分布變化以及在恒定功率水平下達(dá)到氙平衡以前發(fā)生的氙的空間分布的瞬變過程。在按一種負(fù)荷變化曲線（通常在24小時(shí)循環(huán)周期中）進(jìn)行的負(fù)荷跟隨過程中，氙永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到平衡，因此氙的瞬變過程不斷的存在著。以前就提出過建議，可在相平面圖上畫出碘變化項(xiàng)對(duì)于通量變化項(xiàng)的曲線，以便給操作員在控制軸向功率分布時(shí)提供有用信息，但這種思想的實(shí)際應(yīng)用一直沒有得到發(fā)展。

本發(fā)明的主要目的是通過反應(yīng)堆中氙的預(yù)先控制提供一種控制核反應(yīng)堆的方法。