《核反應(yīng)堆物理基礎(chǔ)》課件-第七章 反應(yīng)堆試驗(yàn)

核反應(yīng)堆物理基礎(chǔ)

7.1反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)7.1反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)

2目的：1、使反應(yīng)堆安全的、順利的首次達(dá)到臨界狀態(tài)；2、在零功率及各功率臺(tái)階上，驗(yàn)證堆芯的有關(guān)物理參數(shù)的測(cè)量是否滿足堆芯設(shè)計(jì)、并滿足有關(guān)的安全準(zhǔn)則；3、對(duì)堆內(nèi)和堆外核儀表系統(tǒng)進(jìn)行刻度，以便對(duì)反應(yīng)堆運(yùn)行狀態(tài)提供正確、有效的監(jiān)測(cè)，并對(duì)控制保護(hù)系統(tǒng)提供正確的核測(cè)信號(hào)；4、監(jiān)測(cè)堆芯硼濃度和功率分布，保證在反應(yīng)堆功率運(yùn)行期間堆芯的安全性和驗(yàn)證堆芯核設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性；5、在整個(gè)堆芯物理啟動(dòng)試驗(yàn)過程中，有關(guān)的系統(tǒng)和儀器儀表將經(jīng)受考驗(yàn)，有關(guān)的運(yùn)行和試驗(yàn)規(guī)程將得到檢驗(yàn)。

3內(nèi)容：1、反應(yīng)堆首次臨界反應(yīng)堆首次臨界試驗(yàn)是在熱態(tài)額定工況下，進(jìn)行首次物理啟動(dòng)，達(dá)到臨界，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。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(cè)量

；多普勒發(fā)熱點(diǎn)和零功率物理試驗(yàn)功率水平的確定；反應(yīng)性儀的校正試驗(yàn)。4一、基本過程反應(yīng)堆由次臨界向臨界過渡，都是通過減少堆內(nèi)的控制毒物，向堆內(nèi)引入正反應(yīng)性來實(shí)現(xiàn)的。為了使反應(yīng)堆安達(dá)到次臨界，在物理試驗(yàn)過程中通常采用外推臨界法：向堆芯引入正反應(yīng)性，此時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循

法則，即：反應(yīng)性添加量為當(dāng)時(shí)最大添加量的

；不斷重復(fù)上述過程，反應(yīng)堆即可趨近臨界狀態(tài)；反應(yīng)堆首次臨界過程

當(dāng)反應(yīng)堆很接近臨界時(shí)（此時(shí)要求Keff的值比較大，Keff>0.996），一次性引入較大的正反應(yīng)性，使得反應(yīng)堆達(dá)到超臨界，中子計(jì)數(shù)上升；當(dāng)中子計(jì)數(shù)達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定要求時(shí)，再向堆芯內(nèi)引入負(fù)反應(yīng)性，使反應(yīng)堆達(dá)到臨界，從而完成反應(yīng)堆的首次臨界。5二、具體例子下面以電站用壓水堆為例進(jìn)行說明。1、提升控制棒組件此過程內(nèi)容包括：初始工況下，控制棒組件全部插入堆芯內(nèi)；開始提棒時(shí)，按照最佳提棒程序依次提升控制棒；將主調(diào)節(jié)棒提升至相當(dāng)于積分價(jià)值為100pcm的插入位置處；在提棒過程中，應(yīng)當(dāng)密切觀察核測(cè)量系統(tǒng)源量程測(cè)量通道內(nèi)的中子計(jì)數(shù)；根據(jù)中子計(jì)數(shù)的變化情況，隨時(shí)調(diào)整控制棒組件的提升速度；每提升若干步，應(yīng)當(dāng)根據(jù)該階段的測(cè)量結(jié)果修正外推臨界值。62、減硼向臨界接近此過程內(nèi)容包括：通過化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的上充泵將補(bǔ)給水以規(guī)定的流量注入堆芯，同時(shí)將相同數(shù)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，并打開噴霧器，使兩者之間的硼濃度差值小于20pcm；按物理設(shè)計(jì)要求，因硼稀釋引起的反應(yīng)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(duì)一回路系統(tǒng)和穩(wěn)壓器做取樣分析，并測(cè)量中子計(jì)數(shù)率；根據(jù)測(cè)量結(jié)果修正外推臨界值；重復(fù)上述過程直到反應(yīng)堆的次臨界度約為-50pcm為止。73、提棒向超臨界過渡當(dāng)反應(yīng)堆的次臨界度約為-50pcm時(shí)，提升主調(diào)節(jié)棒組，向超臨界過渡。若經(jīng)過最后一次減硼操作，經(jīng)充分混合后，系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到臨界。此時(shí)可通過微調(diào)主調(diào)節(jié)棒組，以中子計(jì)數(shù)每分鐘增加10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(diào)節(jié)棒組，使反應(yīng)堆重返臨界。在減硼稀釋后，如果按規(guī)定速率提升主調(diào)節(jié)棒組達(dá)到抽出極限，反應(yīng)堆仍未達(dá)到臨界，則必須重新插入主調(diào)節(jié)棒組，再以300pcm/h的速率繼續(xù)減硼，重復(fù)上述操作步驟，直到出現(xiàn)正周期為止；然后，提升功率到規(guī)定水平。

82、低功率物理試驗(yàn)

低功率物理試驗(yàn)主要是在熱態(tài)，零功率或功率稍高于零功率時(shí)進(jìn)行的反應(yīng)堆物理試驗(yàn)，所取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用來為運(yùn)行服務(wù)和校核理論計(jì)算。控制棒價(jià)值測(cè)量；硼價(jià)值測(cè)量；慢化劑溫度系數(shù)測(cè)量；最小停堆深度驗(yàn)證；模擬控制棒“彈棒”事故試驗(yàn)；功率分布測(cè)量試驗(yàn)。

93、功率試驗(yàn)功率試驗(yàn)是通過臨界和低功率物理試驗(yàn)，為反應(yīng)堆的安全運(yùn)行提供了必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。反應(yīng)堆逐級(jí)提升功率，在每一功率水平上嚴(yán)格檢查反應(yīng)堆運(yùn)行是否正常，進(jìn)行必要的調(diào)整與試驗(yàn)，分析安全可靠性，校核各項(xiàng)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容包括：功率分布測(cè)量試驗(yàn)；功率系數(shù)測(cè)量；堆內(nèi)外核測(cè)儀表互校試驗(yàn)；控制棒組件落棒試驗(yàn)；中毒曲線測(cè)量；碘坑測(cè)量。10

在大多數(shù)的反應(yīng)堆中，都安置有外中子源。反應(yīng)堆中采用外中子源的目的：“點(diǎn)火”，提供自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)最初的中子；消除反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)測(cè)量盲區(qū)。一、外中子原的作用11二、幾種外中子源1、(α,n)中子源利用放射性同位素發(fā)射出的α粒子，用其轟擊9Be和7Li等元素，即可產(chǎn)生不同能量的中子。反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)常用的一種中子源便是是210Po-9Be源。其反應(yīng)如下：12其中，210Po的半衰期為138.376d。當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行一段時(shí)間后，210Po會(huì)較快的衰變完。210Po-9Be源主要用于反應(yīng)堆的首次啟動(dòng)中，稱其為初級(jí)中子源。其中，210Po的半衰期為138.376d2、初級(jí)中子源13次級(jí)源在反應(yīng)堆運(yùn)行后，經(jīng)過中子輻照被充分活化，從而可替代初級(jí)中子源的作用。

其在反應(yīng)堆運(yùn)行后，很快便能滿足反應(yīng)堆啟動(dòng)安全監(jiān)督的要求。

這種源在反應(yīng)堆停堆后也會(huì)衰減，但是在反應(yīng)堆啟動(dòng)后，強(qiáng)度又很快恢復(fù)。3、初級(jí)中子源的作用14在壓水堆中，含有大量的水。其中含有數(shù)目可觀的2H。其在γ光子的輻照下，會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：這也是一種(γ,n)中子源。4、

2H源15

對(duì)于大多數(shù)重核，其自發(fā)裂變半衰期都較長，其自發(fā)裂變幾率都很低，不適宜做自發(fā)裂變中子源。目前使用的自發(fā)裂變中子源只有252Cf。252Cf的自發(fā)裂變的半衰期為85.5a，α衰變的半衰期為2.7a，有效半衰期為2.65a。252Cf主要用于反應(yīng)堆的首次啟動(dòng)，即主要作為初級(jí)中子源。5、自發(fā)裂變中子源對(duì)于重核，其不僅在外部粒子的轟擊下可能發(fā)生誘發(fā)裂變，還有可能在沒沒任何外界因素的影響下發(fā)生自發(fā)裂變。作為外中子源，其應(yīng)當(dāng)能夠向外界提供一定強(qiáng)度的中子束，因此對(duì)于適合做自發(fā)裂變中子源的重核，其應(yīng)當(dāng)具有較大的衰變常量λ或較小的自發(fā)裂變半衰期T1/2。

核反應(yīng)堆物理基礎(chǔ)7.2反應(yīng)堆內(nèi)的首次臨界

7.2反應(yīng)堆內(nèi)的首次臨界

17一、外中子源的作用在大多數(shù)的反應(yīng)堆中，都安置有外中子源。反應(yīng)堆中采用外中子源的目的：“點(diǎn)火”，提供自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)最初的中子；消除反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)測(cè)量盲區(qū)。反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源

18二、幾種外中子源1、(α,n)中子源利用放射性同位素發(fā)射出的α粒子，用其轟擊9Be和7Li等元素，即可產(chǎn)生不同能量的中子。反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)常用的一種中子源便是是210Po-9Be源。其反應(yīng)如下：

19其中，210Po的半衰期為138.376d。當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行一段時(shí)間后，210Po會(huì)較快的衰變完。210Po-9Be源主要用于反應(yīng)堆的首次啟動(dòng)中，稱其為初級(jí)中子源。初級(jí)中子源201、(γ,n)中子源

123Sb-9Be源為了解決反應(yīng)堆后續(xù)運(yùn)行以及再次啟動(dòng)的問題，需要在反應(yīng)堆中設(shè)置次級(jí)中子源。在反應(yīng)堆中常用的次級(jí)中子源一般為(γ,n)中子源。以秦山一期為例：

次級(jí)源在反應(yīng)堆運(yùn)行后，經(jīng)過中子輻照被充分活化，從而可替代初級(jí)中子源的作用。

212、

2H源在壓水堆中，含有大量的水。其中含有數(shù)目可觀的2H。其在γ光子的輻照下，會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：這也是一種(γ,n)中子源。

22自發(fā)裂變中子源對(duì)于重核，其不僅在外部粒子的轟擊下可能發(fā)生誘發(fā)裂變，還有可能在沒有任何外界因素的影響下發(fā)生自發(fā)裂變。作為外中子源，其應(yīng)當(dāng)能夠向外界提供一定強(qiáng)度的中子束，因此對(duì)于適合做自發(fā)裂變中子源的重核，其應(yīng)當(dāng)具有較大的衰變常量λ或較小的自發(fā)裂變半衰期T1/2。

23對(duì)于大多數(shù)重核，其自發(fā)裂變半衰期都較長，其自發(fā)裂變幾率都很低，不適宜做自發(fā)裂變中子源。目前使用的自發(fā)裂變中子源只有252Cf。252Cf的自發(fā)裂變的半衰期為85.5a，α衰變的半衰期為2.7a，有效半衰期為2.65a。