chapter08反應(yīng)堆的物理啟動(dòng)

1、反應(yīng)堆的物理啟動(dòng)反應(yīng)堆的物理啟動(dòng)操作員崗前培訓(xùn)（操作員崗前培訓(xùn)（70學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉0abceffk1n,0effk1bn1an1cn45.反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉1目的目的使反應(yīng)堆安全的、順利的首次達(dá)到臨界狀態(tài)；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)的測量是否滿足堆芯設(shè)計(jì)、并滿足有關(guān)的安全準(zhǔn)則；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，并對(duì)控制保護(hù)系統(tǒng)提供正確的核測信號(hào)；監(jiān)測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

2、性和驗(yàn)證堆芯核設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性；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)。45.反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉2內(nèi)容內(nèi)容反應(yīng)堆首次臨界反應(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)。45.反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

3、 李偉3低功率物理試驗(yàn)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?？刂瓢魞r(jià)值測量；硼價(jià)值測量；慢化劑溫度系數(shù)測量；最小停堆深度驗(yàn)證；模擬控制棒“彈棒”事故試驗(yàn)；功率分布測量試驗(yàn)。45.反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉4功率試驗(yàn)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。45

4、.反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)反應(yīng)堆物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉5其具體內(nèi)容包括：功率分布測量試驗(yàn)；功率系數(shù)測量；堆內(nèi)外核測儀表互校試驗(yàn)；控制棒組件落棒試驗(yàn)；中毒曲線測量；碘坑測量。46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉6外中子源的作用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)測量盲區(qū)。46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉7幾種外中子源幾種外中

5、子源 (,n)中子源中子源利用放射性同位素發(fā)射出的粒子，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：210206848291246popbbecn46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉8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。46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉9 (,n)中

6、子源中子源. 123sb-9be源源為了解決反應(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(,n)中子源。以秦山一期為例：1231241245151529844sbnsbtebeben 46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉10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)。46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2021-11-13哈

7、爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉11. 2h源源在壓水堆中，含有大量的水。其中含有數(shù)目可觀的2h 。其在光子的輻照下，會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：這也是一種(, n)中子源。2111hhn46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉12自發(fā)裂變中子源自發(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或較小的自發(fā)裂變半衰期t1/2。46.反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源反應(yīng)堆內(nèi)的外中子源2

8、021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉13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，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。47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉14反應(yīng)堆的動(dòng)力學(xué)方程反應(yīng)堆的動(dòng)力學(xué)方程有外源時(shí)的穩(wěn)態(tài)解有外源時(shí)的穩(wěn)態(tài)解當(dāng)反應(yīng)堆含有外源時(shí)，體系的點(diǎn)堆動(dòng)力學(xué)方程可寫為：01, 2, 6iiiiiii

9、dnncqdtdcncidt47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉15或者可寫為：【問題】在有外源的情況下，反應(yīng)堆是否能夠達(dá)到臨界？即：對(duì)于上述的方程組，其是否存在定態(tài)解？0111, 2, 6effiiipeffiiiipkdnncqdtlkdcncidtl47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉16對(duì)于定態(tài)解，便意味著n(t)和ci(t) 都是不隨時(shí)間變化的，因此有： 000iiiiiiidn tn tc tqdtn tdc tc tdt4

10、7.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉17而可得：從而可得穩(wěn)態(tài)時(shí)堆芯的中子數(shù)密度和緩發(fā)中子先驅(qū)核濃度為： 000iiiiin tc tqn tn tq00iiiiiqnqcn 47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉18解的分析解的分析.穩(wěn)態(tài)解所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)穩(wěn)態(tài)解所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)從上面的公式可以看出，顯然從物理上要求：這意味著此時(shí)0。0000qn 47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技

11、術(shù)學(xué)院 李偉19對(duì)于此時(shí)的中子數(shù)密度n，還可將其改寫為其它形式。由于：從而中子數(shù)密度n的表達(dá)式還可寫為：01peffqlnk1effeffeffpkkkl47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉20.穩(wěn)態(tài)解與臨界穩(wěn)態(tài)解與臨界那么反應(yīng)堆能否在有外中子源的情況下達(dá)到臨界呢（即=0后者keff=1 ）？根據(jù)點(diǎn)堆動(dòng)力學(xué)方程有： 0iiddctn tnqtdtdt47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉21如果反應(yīng)堆達(dá)到臨界，即：=0。那么此時(shí)有：當(dāng)反應(yīng)

12、堆達(dá)到臨界時(shí)，顯然還要求： 0iiddctn tqdtdt 0iiddctn tdtdt47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉22但是由于q00，因此 和 必然不能同時(shí)為0。由此可見，當(dāng)堆芯內(nèi)含有外中子源時(shí)，達(dá)到臨界的反應(yīng)堆并不穩(wěn)定。 dn tdt iidctdt47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉23如果此時(shí)裂變中子通量的水平很低，那么可以忽略緩發(fā)中子的影響，即認(rèn)為：從而有：其中n0是t=0時(shí)刻的中子數(shù)密度。 0iidc tdt 000

13、dn tqn tqtndt 47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉24可見當(dāng)外源的影響不能忽略（裂變中子的通量水平較低）時(shí)，堆芯內(nèi)的中子數(shù)密度是按照時(shí)間線性增加的。因此對(duì)于含有外中子源的反應(yīng)堆，其是不可能在臨界下達(dá)到穩(wěn)定，實(shí)際當(dāng)中的反應(yīng)堆都是工作在次臨界態(tài)下的。47.有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程有外中子源時(shí)的啟動(dòng)物理過程2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉25達(dá)到平衡的物理過程達(dá)到平衡的物理過程假設(shè)反應(yīng)堆臨界前堆芯的有效增殖系數(shù)為keff，顯然，keff ccr計(jì)算+1，表明體系的次臨界度還較大，

14、還未進(jìn)入啟動(dòng)區(qū)間；如果ccr計(jì)算cbccr計(jì)算+1 ，表明體系已進(jìn)入啟動(dòng)區(qū)間，接近了臨界狀態(tài)。49.田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉58臨界過程臨界過程實(shí)驗(yàn)開始前堆芯首次臨界度約為-20eff，此時(shí)硼酸濃度約為16g h3bo3/kg h2o；10號(hào)控制棒（調(diào)節(jié)棒組）提升到約60的堆芯高度，其余控制棒均提升至堆頂；啟動(dòng)時(shí)，向堆芯內(nèi)以恒定的速率注入純水來添加正反應(yīng)性（稀釋硼濃度）；在還沒有進(jìn)入啟動(dòng)區(qū)間時(shí)，體系次臨界度較大；可啟動(dòng)兩臺(tái)低容量kba泵，以不大于20m3/h的流量率向反應(yīng)堆注入清水；在進(jìn)入啟動(dòng)區(qū)間后，體系已接

15、近臨界；只啟動(dòng)一臺(tái)低容量kba泵，從而保證流量率不大于10m3/h 。49.田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉59在補(bǔ)水過程中，在規(guī)定的監(jiān)測點(diǎn)除連續(xù)用硼表監(jiān)測硼酸濃度外，還要按規(guī)定的時(shí)間間隔用人工分析的方法監(jiān)測硼濃度；重復(fù)上面的步驟3，直到反應(yīng)堆的功率水平達(dá)到最小可監(jiān)測功率水平（此時(shí)功率水平約為510-2%fp），此時(shí)通過插入控制棒，使反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)。49.田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉60臨界中的要求臨界中的要求正反應(yīng)性的添加速率可為

16、0.510-4210-2eff/min，現(xiàn)在設(shè)定為110-2eff/min；超臨界的范圍為：0+0.2eff；限制通過各個(gè)狀態(tài)的速率；通過-0.3eff+0.2eff需要50分鐘；通過+0.2eff需要20分鐘。49.田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉61限制超臨界態(tài)的反應(yīng)堆周期：在達(dá)到超臨界狀態(tài)后，中子密度變化3個(gè)數(shù)量級(jí)后，硼濃度達(dá)到均勻時(shí)，反應(yīng)堆的增長周期約為5060s；在物理啟動(dòng)過程中，必要的控制保護(hù)系統(tǒng)都必須處于正常的工作狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)急保護(hù)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，控制保護(hù)系統(tǒng)能使反應(yīng)堆進(jìn)入次臨界狀態(tài)；在控制保護(hù)系統(tǒng)故障的情況

17、下，嚴(yán)禁啟動(dòng)反應(yīng)堆；功率保護(hù)設(shè)定值為：10-310-4%fp；49.田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)田灣核電站首次物理啟動(dòng)試驗(yàn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉62反應(yīng)堆周期保護(hù)設(shè)定值為：2類預(yù)保護(hù)設(shè)定值：40s，當(dāng)t40s時(shí)，禁止控制棒提升；1類預(yù)保護(hù)設(shè)定值：20s，當(dāng)t20s時(shí)，控制棒按插棒順序逐組以正常速度下插；事故保護(hù)設(shè)定值：10s，當(dāng)t10s時(shí)，所有控制棒插入堆芯，反應(yīng)堆停堆。50.核加熱點(diǎn)核加熱點(diǎn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉63試驗(yàn)區(qū)功率上、下限值與核加熱點(diǎn)試驗(yàn)區(qū)功率上、下限值與核加熱點(diǎn).上限上限當(dāng)反應(yīng)堆啟動(dòng)達(dá)到臨界后，必須恰當(dāng)?shù)倪x定

18、進(jìn)行試驗(yàn)的反應(yīng)堆功率水平范圍，以進(jìn)行物理試驗(yàn)。為了保證中子的測量結(jié)果有足夠的精度，要求堆芯的中子通量水平必須大于某一個(gè)值。即反應(yīng)堆的功率水平需要大于某個(gè)值，這個(gè)值即為物理試驗(yàn)區(qū)下限。50.核加熱點(diǎn)核加熱點(diǎn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉64.下限下限另一方面，反應(yīng)堆的功率水平又不能太高，否則此時(shí)各種效應(yīng)（冷卻劑、核燃料的溫度效應(yīng)；毒物對(duì)反應(yīng)性的影響等）將會(huì)體現(xiàn)出來，并且混雜在一起，從而無法將其區(qū)分開。因此物理試驗(yàn)區(qū)的功率不能超過一個(gè)上限，這個(gè)限值便稱為核加熱點(diǎn)的功率水平。50.核加熱點(diǎn)核加熱點(diǎn)2021-11-13哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉65核加熱點(diǎn)的尋找核加熱點(diǎn)的尋找對(duì)核加熱點(diǎn)的尋找，通常是在試驗(yàn)過程中，同時(shí)記錄冷卻劑的平均溫度、中子通量密度和反應(yīng)性的變化，當(dāng)它們同時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，就認(rèn)為已經(jīng)找到了核加熱點(diǎn)。50.核加熱點(diǎn)核加熱點(diǎn)202