动态刻棒技术的应用探讨

吴茜

山东核电有限公司

动态刻棒技术的应用探讨

吴茜

山东核电有限公司

控制棒组微积分价值测量是反应堆临界及零功率物理试验中十分重要的一部分，本文主要探讨动态刻棒法与目前国内在役核电技术主要测量方法的优缺点，为后续使用动态刻棒法的在建核电机组启动物理试验提供参考。

零功率物理试验；动态刻棒法

目前国内在役核电站技术的控制棒价值的测量主要采用调硼法、置换法。而动态刻棒技术是利用动态的方法测量控制棒的价值，整个测量过程比传统的硼稀释刻棒、交替刻棒等方法快得多，没有等待反应堆达到一个相对“静态”的平衡。但是，动态刻棒测量的“反应性”与常规的棒价值测量方法一样，其概念都是基于点堆方程的基础上得出的。本节主要介绍三种不同测量方法和原理，并分析其优缺点。

1 控制棒价值测量方法

1.1 动态刻棒法

动态刻棒法为美国西屋公司核电站广泛应用的一种快速测量控制棒积分价值的方法，由西屋开发的先进反应性仪（ADRC）来进行测量。

DRWM方法在测量过程中堆内只有一组待测棒组，而且冷却剂系统中的硼浓度在试验过程中保持不变。从临界状态开始，先提棒引入一定周期反应性调整堆芯通量到试验初始状态所要求的通量水平（通量设置上限的75%），然后快速的将控制棒组下插到堆底，再快速地将控制棒组提升到堆顶，插棒和提棒过程时间大约7分钟，反应性快速的在-1200pcm～+60pcm范围变化，最后返回试验初始状态，通量恢复的时间大约6分钟。在整个快速下插和提升控制棒组的过程中，利用堆外探测器测量堆内中子通量变化，由ADRC计算出待测控制棒组的积分价值，11组控制棒全部测完大约只要用时2.5小时。

DRWM方法需要从两方面对反应性进行修正计算，一是考虑静态功率分布修正，在快速插棒和快速提棒的过程中，堆内中子通量分布发生了畸变，单纯考虑瞬发中子的作用，利用模拟计算得到两种不同状态下中子通量分布的变化，以及对堆外探测器响应的影响，从而得到反应性计算的修正结果。另一方面考虑动态响应修正，主要因为缓发中子滞后作用而产生的空间效应，这需要用到3D动力学方程进行模拟计算，以得到由于缓发中子效应带来的探测器测量的中子通量变化结果。

1.2 调硼法

调硼法测量控制棒价值和硼价值的原理是当反应堆处在零功率试验范围内稳定临界时，用恒定的速率稀释（测量单棒价值）或硼化（测量重叠棒价值），来改变反应性，再通过插入或提出被测控制棒来补偿反应性的变化。使通量水平保持在50%满量程上下（上限小于90%，下限大于15%）。同时用反应性仪和多笔记录仪连续跟踪测量记录，直到被测控制棒插（或提）到某一预定的位置上停止调硼，等待回路硼浓度均匀（大于30分钟）。等待过程中用控制棒维持堆芯临界。

如果此时的临界棒位和选定的被测位置（棒在堆顶或堆底）有偏离，则可用反应性仪测定所选定的被刻棒一次到达被测位置上的反应性差值，作为被刻棒价值的修正量。

如果稀释过量，即停止稀释、搅混均匀后，被刻棒组全部插入仍然处于超临界的情况，则可插入邻近棒组使反应堆维持在临界水平，并用反应性仪求出稀释过量所相当的反应性当量，此值作为被刻棒价值的修正。

如果硼化过量，即停止硼化后等待回路均匀，被刻棒全提反应堆仍处于次临界状态，则应采取稀释方法补偿反应性变化使反应堆在被刻棒未到顶时达临界。

最后，可根据反应性仪和自动记录仪连续跟踪的结果，加以分析处理得到被刻棒组的微分价值和棒全行程上的积分价值。

在调硼过程中，一回路中的硼浓度用硼浓度计或试验室分析进行跟踪。在试验结束时，根据记录仪记录的反应性曲线和控制棒移动情况，可以得到每次控制棒移动前后的反应性变化量，从而得到这段控制棒的微分价值，同时被测棒各段的微分价值相加就可得到棒组的积分价值。此外，根据反应性累计变化量和调硼前后硼浓度的变化量就可以计算平均硼微分价值。

1.3 置换法

首先在临界状态下调整控制棒组在堆内的状态，将待测棒组完全插入堆内，并采用调硼的方式将已知棒组价值（一般棒组价值最大）的控制棒组调整到该棒组留在堆内的棒组价值小于50ppm的位置上，其余控制棒组均处于全部提出堆芯状态。此时采用已知价值的棒组来维持反应堆处于热态零功率试验范围内的稳定临界状态，并进行该临界状态下的硼浓度取样分析和已知价值棒组的“末端反应性价值”的测量。然后进行已知价值棒组与待测棒组的置换操作，来维持试验测量前后反应堆堆芯的临界状态。在使用置换法测量控制棒组积分价值的过程中，冷却剂系统中的硼浓度保持不变。最后，待测棒组的积分价值就等于棒组置换后，已知价值棒组在堆内两个不同棒位下的反应性之差。

2 对比

利用动态刻棒法将11组控制棒全部测完大约只要用时2.5小时，而调硼法，不仅在试验测量过程中存在控制棒组间的干涉效应，对测量结果有一定的影响，同时试验测量时间较长，并伴随有大量的废液产生，增加了电厂三废系统处理的负担。置换法相对于调硼法的优点是试验测量前后堆内只存在一束控制棒组，这样就不存在控制棒组件的干涉效应对处理结果的影响，同时试验测量过程中不进行调硼操作，测量时间较短，而且减少了废液的产生量，但置换法最后得到的待测棒组价值时，已知价值棒组的运动方向一定要与调硼法测量其价值时的运动方向一致，有一定局限性。置换法虽然大大缩短了测量时间，但至少还是要花费26小时，试验过程也较复杂、繁琐，相对于动态刻棒法，大大的影响了其经济性和安全性。

3 结语

动态刻棒技术在保证测量精度满足要求的前提下，简化反应性操作、减少废水排放;在保证启动物理试验安全质量的同时，可以大幅缩短启动物理试验关键路径十几个小时，给电厂带来了可观的经济收益。

[1]濮继龙.大亚湾核电站运行教程，原子能出版社

[2]Chao，Y.A.etal.Dynamic Rod Worth Measurement.Nucl，Tech，2000,132,403-412

[3]红沿河CPR1000MWe压水堆核电站系统与设备，辽宁红沿河核电有限公司

吴茜（1988-），女，湖南人，山东核电有限公司，助理工程师，主要研究方向：核电站燃料管理及物理试验。