chapter.11.反应堆的物理启动

1、反应堆的物理启动反应堆的物理启动本科教学（48学时）2022-6-160哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟ABCeffK1N,0effK1BN1BN1BN60.反应堆物理启动试验反应堆物理启动试验目的目的物理启动是指反应堆的首炉装载或更换燃料组件后反应堆的首次启动。其主要目的是充分了解反应堆的物理性能，指导反应堆的安全运行。具体包括：使反应堆安全的、顺利的首次达到临界状态；在零功率状态、以及在逐步提升功率至额定功率状态下稳定运行过程中的各功率台阶上，验证堆芯的有关物理参数的测量是否满足堆芯设计，并满足有关的安全准则；2022-6-161哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟60.反应堆物理

2、启动试验反应堆物理启动试验2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟2对堆内和堆外的核仪表系统的性能进行测量和检验，对堆外核仪表系统进行刻度，以便对反应堆的运行状态提供正确、有效的监测，并对控制保护系统提供正确的核测信号；通过对堆芯硼浓度和功率分布的监测，保证在反应堆功率运行期间堆芯的安全性和验证堆芯核设计计算的准确性；在整个堆芯物理启动试验过程中，有关的系统和仪器仪表将经受考验，有关的运行和试验规程将得到检验；证明安全分析中的一些假设条件是正确的。60.反应堆物理启动试验反应堆物理启动试验2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟3内容内容反应堆物理启动试验一般分

3、为：反应堆首次临界、低功率试验和提升功率试验三大部分。反应堆首次临界反应堆首次临界反应堆首次临界试验是在热态额定工况下，进行首次物理启动，达到临界，实现反应堆的自持链式裂变反应。60.反应堆物理启动试验反应堆物理启动试验2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟4主要试验内容包括：堆芯初始临界；源量程和中间量程通道、中间量程和功率量程通道的线性和重叠性测量；Doppler发热点（核加热点）和零功率物理试验功率水平的确定；反应性仪的校正试验。60.反应堆物理启动试验反应堆物理启动试验2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟5低功率试验低功率试验低功率物理试验主要是在

4、热态，零功率或功率稍高于零功率时进行的反应堆物理试验，所取得的试验数据用来为运行服务和校核理论计算。主要试验内容包括：控制棒价值测量；硼价值测量；慢化剂温度系数测量；最小停堆深度验证；模拟控制棒“弹棒”事故试验；功率分布测量试验（P 0另一方面有：从而可得： 0.996），一次性引入较大的正反应性，使得反应堆达到超临界，中子计数上升；当中子计数达到试验规定要求时，再向堆芯内引入负反应性，使反应堆达到临界，从而完成反应堆的首次临界。63.反应堆的首次临界过程反应堆的首次临界过程2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟37具体例子具体例子下面以电站用压水堆为例进行说明。提升控制棒组

5、件提升控制棒组件此过程内容包括：初始工况下，控制棒组件全部插入堆芯内；开始提棒时，按照最佳提棒程序依次提升控制棒；将主调节棒提升至相当于积分价值为100pcm的插入位置处；在提棒过程中，应当密切观察核测量系统源量程测量通道内的中子计数；根据中子计数的变化情况，随时调整控制棒组件的提升速度；每提升若干步，应当根据该阶段的测量结果修正外推临界值。63.反应堆的首次临界过程反应堆的首次临界过程2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟38减硼向临界接近减硼向临界接近此过程内容包括：通过化学和容积控制系统的上充泵将补给水以规定的流量注入堆芯，同时将相同数量的冷却剂排向硼回收系统；投入稳压

6、器的全部电加热器，并打开喷雾器，使两者之间的硼浓度差值小于20pcm；按物理设计要求，因硼稀释引起的反应性增加速率不得超过1000pcm/h；减硼过程中，每隔一刻钟停止稀释，对一回路系统和稳压器做取样分析，并测量中子计数率；根据测量结果修正外推临界值；重复上述过程直到反应堆的次临界度约为-50pcm为止。63.反应堆的首次临界过程反应堆的首次临界过程2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟39提棒向超临界过渡提棒向超临界过渡当反应堆的次临界度约为-50pcm时，提升主调节棒组，向超临界过渡。若经过最后一次减硼操作，经充分混合后，系统已经达到临界。此时可通过微调主调节棒组，以中子

7、计数每分钟增加10倍的速率，提升堆芯功率到零功率规定水平；然后插入主调节棒组，使反应堆重返临界。在减硼稀释后，如果按规定速率提升主调节棒组达到抽出极限，反应堆仍未达到临界，则必须重新插入主调节棒组，再以300pcm/h的速率继续减硼，重复上述操作步骤，直到出现正周期为止；然后，提升功率到规定水平。64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟40测量方法测量方法周期法周期法在前面，曾经得到倒时方程：通过该方程，便可求出反应堆周期与反应性之间的关系。611piiilTT64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与

8、技术学院 李伟41对于压水堆而言，中子的寿命一般都小于10-4s，上式右边第一项可以近似忽略。方程简化为：在根据反应堆周期仪表测出反应堆的稳定周期T0后，通过上式求出反应性。实际中为了方便，可将反应性与T0制成表格，试验测量出T0后直接通过查表便可求得相应的反应性。611iiiT64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟42周期法的优点是：设备简单，准确可靠，不受中子探测器位置的影响，测量精度可达23。主要用于刻度棒的微分价值。周期法的缺点是：测量时间长，只适用于在零功率工况下测量小的正反应性，不适于控制棒的积分价值刻度。64.反应性的测量方

9、法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟43逆动态法逆动态法对于点堆动力学方程，有：通过上式可以求得： 1iiipiiiipdnC tn tdtldCC tn tdtl ,00iittitiipCn tedtC tel64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟44若初始条件为反应堆运行在稳态，可得：任意时刻的反应性便可由动态方程逆向求解得到：,00iipiCnl 11iiidnC tn tdt 64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟45将前面的结果代入可

10、得：只要测得堆芯内中子数密度n(t)，便可求得反应性。这种方法称为逆动态法。对于逆动态法：可以对控制棒进行刻度，测量阶跃反应性；也可用于测量某些参数变化时带来的反应性变化；逆动态法的实际应用范围并不仅限于反应性测量。 0011iitttiiiipipdnenn tedtn tdtll 64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟46反应性测量试验举例反应性测量试验举例控制棒价值和硼价值确定控制棒价值和硼价值确定考虑到反应堆的温度效应，在核电厂正式投入运行之前，需要分别测定：在热态零功率和其后的各个不同功率水平，控制棒组件价值和硼价值；调节棒组件

11、在不同位置的微分价值、调节棒组和停堆帮组的积分价值；不同浓度的硼水所能补偿反应性的能力。64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟47目前大型压水堆上普遍采用的方法，是通过调节硼浓度，利用反应性仪测定控制棒组件的微分和积分价值，以及整个控制棒组件行程范围内的硼微分价值。试验原理如下：采用充排水方式，由上充泵向一回路系统注入除盐水（或浓硼酸），对冷却剂硼浓度进行稀释（或加硼）；冷却剂硼浓度改变所引起的堆内反应性变化（增加或减少）速率，应当控制在不大于50pcm/h；64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与

12、技术学院 李伟48同时周期性插入（或提升）控制棒组件作及时补偿，使反应堆始终维持在临界点附近；通过反应性仪和堆外核测量系统监测反应性和中子通量的响应；根据测量结果，可以绘制/hh曲线图和h曲线图；平均硼价值可以通过/CB来计算。64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟49冷停堆深度的测量冷停堆深度的测量冷停堆深度指在冷态（常温常压）下将所有控制棒插到堆底，反应堆处于次临界的程度。冷停堆深度是衡量反应堆安全可控性的重要指标之一。通过其测量，可以校核理论计算。冷停堆深度的测量方法如下：在反应堆冷态工况下，提升几组控制棒使反应堆达到临界；然后使所

13、有提起的控制棒同时插入堆芯，测量这些棒的总价值，即为停堆深度。64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟50温度系数的测量温度系数的测量由于慢化剂密度是温度的非线性函数，导致不同温度时的温度系数也不同，所以温度系数需要在冷态到热态的全部过程中测量，并作出温度系数曲线。对于温度系数的测量：在零功率测试阶段，温度系数的测量一般采用周期法或控制棒补偿法；在功率提升试验阶段，一般采用负反应性扰动法。64.反应性的测量方法反应性的测量方法2022-6-16哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟51设反应堆在某一功率水平下稳定运行，堆芯平均温度为T，突然引入一个适当的负反应性扰动（例如从0.2m高度掉棒）。在扰动后的瞬间，堆芯功率必然下降。由于二回路