一種帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法，屬于核電 廠反應(yīng)堆的反應(yīng)性測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 反應(yīng)性儀根據(jù)堆外探測器測得的電流信號計算反應(yīng)性，這就要求該電流值與堆內(nèi) 裂變中子數(shù)成正比。但實際上探測器測得的電流除了堆內(nèi)裂變中子引起的電流以外，還包 括由電路原因引起的電學(xué)本底電流、中子源組件產(chǎn)生的中子引起的源項電流、活化產(chǎn)物放 出的伽馬射線引起的伽馬本底電流(統(tǒng)稱為本底與源項電流）。很多情況下這些額外的電流 在總電流中占有顯著的份額，因而實測電流并不能準確地反映堆內(nèi)裂變中子總數(shù)，由此計 算得到的反應(yīng)性與真實的反應(yīng)性也有較大差別。
[0003] 由于以上原因，在臨界監(jiān)督、動態(tài)刻棒等需要進行反應(yīng)性測量的工作中，要求必須 給出準確的本底和源項電流值，對實測電流或反應(yīng)性進行修正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法一一 雙重擬合法。本方法相比常規(guī)的修正方法，理論依據(jù)強，考慮更加全面，結(jié)果可信度更高。而 且，在某些條件下，可以替代傳統(tǒng)的動態(tài)刻棒方法測量控制棒的積分價值。
[0005] 具體地，本發(fā)明提供一種帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法，所述 方法包括如下步驟：
[0006] (1)表述實測電流；
[0007] (2)第一級擬合，以所述實測電流為輸入，直接計算得到拋除本底、源項影響的真 實反應(yīng)性；
[0008] (3)第二級擬合，分離出本底電流、中子源強的準確值。
[0009] 進一步地，如上所述的帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法，所述步 驟(1)中，實測電流表述為：I = nFn+1b+SFs
[0010] 其中，I為實測電流值，等號右側(cè)的三項從左到右分別代表堆芯裂變中子引入的電 流、本底電流、源項電流;其中，η為堆芯平均中子強度，S為中子源強度，F(xiàn)jPFs分別是前述兩 個物理量與電流之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0011] 進一步地，如上所述的反應(yīng)性測量中本底電流與源項電流的修正方法，所述Fn和Fs 是與具體的控制棒及棒位相關(guān)的物理量，即這兩個參數(shù)隨不同的控制棒或棒位發(fā)生變化。
[0012] 進一步地，如上所述的帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法，所述第 一級擬合的來源是如下線性關(guān)系：
[0013] Y(t)=pl(t)+b (1)
[0014] 其中，
[0015] b= ASFn-p(Ib+SFs) (2)
[0016] 其中Y(t)表示逆動態(tài)方程中分子上除了與源項S相關(guān)的項以外其它項的和，P為反 應(yīng)性，I(t)表示時刻t點的實測電流值，Λ為中子代時間，b為截距；
[0017] 輸入多個測量點的實測電流值數(shù)據(jù)，進行上述線性擬合，即可求解出線性方程(2) 的斜率p和截距b。
[0018] 進一步地，如上所述的反應(yīng)性測量中本底電流與源項電流的修正方法，所述第二 級擬合過程如下：
[0019] 令x = -p，y= AFn-pFs，則第一級擬合的截距可以表示為
[0020] b = f(x,y) = Ibx+Sy (3)
[0021] 實驗中分別維持兩個非零的反應(yīng)性數(shù)值不變，分別進行第一級的線性擬合，得到 兩組斜率P和截距f(x，y);再通過堆芯物理程序計算出各自對應(yīng)的FjPFs;進而得到兩組(f (x，y)，x，y)，組成二元一次方程組;再求解所述二元一次方程組，得到本底電流Ib和中子源 強S。
[0022]進一步地，如上所述的帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法，如有條 件，在多組控制棒上重復(fù)上述的實驗和計算過程得到多組p和截距f(x，y)，則可以將方程 (3)看作一個過(0,0,0)點的平面，利用多組(f( X，y)，x，y)值進行平面擬合，從而得到比求 解二元一次方程組更精確的本底電流Ib和中子源強S。
[0023] 進一步地，如上所述的帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法，當(dāng)本底 電流很大，相對來講中子源引入的電流可忽略時，所述第二級擬合函數(shù)關(guān)系如下：
[0024] f(p)=-plb (4)
[0025] 理論上講，只需通過實驗在某一個非零反應(yīng)性狀態(tài)下測量并計算出一組(f(P)，P) 即可得到本底電流Ib。
[0026] 進一步地，如上所述的帶有本底電流與源項電流修正的反應(yīng)性測量方法，當(dāng)本底 電流很大，相對來講中子源引入的電流可忽略時，如有條件可以在多組控制棒上重復(fù)上述 的實驗和計算過程，得到多組p和截距 f(p)，利用多組值(f(p)，p)進行線性擬合，得到更精 確的本底電流Ib。
[0027] 本方法全面考慮了干擾電流的各組成項，并對各項進行了保留或合理地近似。該 方法通過兩級擬合來計算;第一級擬合以反應(yīng)性恒定段的實測電流為輸入，直接計算得到 拋除本底、源項影響的真實反應(yīng)性;第二級擬合可以分離出本底電流、中子源強的準確值。 對于γ場較強的反應(yīng)堆，還可以對第二級擬合進行簡化，大大降低計算難度，降低對計算條 件的要求。
[0028] 本方法應(yīng)用于零功率實驗裝置、某核電站3號機組動態(tài)刻棒實驗，得到了理想的結(jié) 果。本方法相比常規(guī)的修正方法，理論依據(jù)強，考慮更加全面，結(jié)果可信度更高。而且，在某 些條件和要求下，可以替代傳統(tǒng)的動態(tài)刻棒方法測量控制棒的積分價值。應(yīng)用本方法后，測 量得到的控制棒價值更精確，可信度更高，將給電廠帶來顯著的經(jīng)濟效益，提高安全水平。
【附圖說明】
[0029] 圖1為某核電站動態(tài)刻棒實驗?zāi)晨刂瓢舭粑慌c實測電流示意圖。
[0030] 圖2為某核電站動態(tài)刻棒實驗?zāi)晨刂瓢舭粑慌c實測反應(yīng)性示意圖。
[0031] 圖3為某核電站動態(tài)刻棒實驗Y(t)與I(t)的函數(shù)關(guān)系示意圖。
[0032]圖4為某核電站動態(tài)刻棒實驗Y(t)與I(t)的線性擬合(第1段)示意圖。
[0033 ]圖5為某核電站動態(tài)刻棒實驗Y( t)與I (t)的線性擬合(第2段)示意圖。
[0034] 圖6為某核電站動態(tài)刻棒實驗Y(t)與I(t)的線性擬合(第3段)示意圖。
[0035] 圖7為某核電站動態(tài)刻棒實驗Y(t)與I(t)的線性擬合(第4段)示意圖。
[0036] 圖8為某核電站動態(tài)刻棒實驗Y( t)與I (t)的線性擬合(第5段)示意圖。
[0037] 圖9為某核電站動態(tài)刻棒實驗的第二級線性擬合示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0039] 本發(fā)明所述的方法，具體包括以下步驟：
[0040] 1.實測電流的表述
[0041 ]對于反應(yīng)性計算的修正，一個關(guān)鍵的、基礎(chǔ)的問題在于對實測電流的表述。通過對 電廠核反應(yīng)堆探測系統(tǒng)的分析，結(jié)合逆動態(tài)計算的特點，認為實測電流由以下幾項組成。
[0042] I=nFn+Ie+nYFY+SFs (1)
[0043] 上式中I為實測電流值，等號右側(cè)的四項從左到右分別代表堆芯裂變中子引入的 電流、電學(xué)本底電流、伽馬本底電流、源項電流。其中，η為堆芯平均中子強度(單位:n/s)，η γ 為γ場的強度(單位：γ/s)，S為中子源強度(單位:n/s)，F(xiàn)n、FY和Fs是三個物理量與電流之 間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。首先需要注意的一點是FdPFs是與棒和棒位相關(guān)的物理量，即它們要隨不同 控制棒或棒位發(fā)生變化。
[0044] 忽略FY隨控制棒及其棒位的變化，將電學(xué)本底與γ本底合二為一，統(tǒng)稱為本底電 流，用lb表示。按照前面的分析，它就是一個與堆內(nèi)中子學(xué)過程無關(guān)的，獨立的、恒定的電流 分量。這樣以來，實測電流可以重新表述為
[0045] I=nFn+Ib+SFs (2)
[0046] Ε??Ι)Ι
[0047]
(3)
[0048] 2 ·第一級擬合
[0049] 反應(yīng)堆點堆中子動力學(xué)方程如式(4)、（5)表示。其中n(t)表示時刻t點堆的中子總 數(shù)，P(t)為反應(yīng)性，β為堆芯總的緩發(fā)中子有效份額，隊為第i組緩發(fā)中子有效份額，Λ為中 子代時間，為第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核的衰變常數(shù)，Q為第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核的原子核密 度。
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 認為Λ、i3i、S與時間無關(guān)，把(6)式代入⑷式得
[0055]
[0056]由（7)式推導(dǎo)可得點堆逆動態(tài)方程
[0057]
[0058]將(3)式代入點堆逆動態(tài)方程(8)式并整理可得 [0059]
[0060]上式等號右邊分子上第一項是初始的電流引入的反應(yīng)性，當(dāng)時間足夠長時可以將 其忽略。而反應(yīng)性探測系統(tǒng)在實際使用時滿足這一條件，因此可以將分子上的第一項略去。
[0061 ]乇了 U rcnifcb畝畝 [0062]
[0063] 即Y(t)表示的是逆動態(tài)方程中分子上除了與源項S相關(guān)的項以外其它項的和。把 (10)式代入(9)式得
[0064]
[0065] 經(jīng)積分計算，上式中分子上的第2、3兩項之和為零。這樣(11)式變?yōu)?br>[0066]
[0067]保持一個恒定的非零的反應(yīng)性，即令P(t)為恒定的數(shù)值P，那么上式中僅有Y(t)與 I(t)是與時間相關(guān)的變量，其它項均為常數(shù)，因此Y(t)與I(t)將呈現(xiàn)線性關(guān)系。
[0068] (12)式可以更直觀地表示為：
[0069] Y(t)=pl(t)+b (13)
[0070] 其中，
[0071] b= ASFn-p(Ib+SFs) (14)
[0072] 理論上講根據(jù)（13)式僅需要兩組數(shù)據(jù)，即兩個測量點，即可求解出線性方程的斜 率P和截距b。但考慮到反應(yīng)性儀是連續(xù)地每秒(一般為0.1 sis)便采集一個數(shù)據(jù)點，所以僅 用兩點顯然是不準確的，因而應(yīng)該用連續(xù)多個數(shù)據(jù)點的線性擬合來代替僅用兩組數(shù)據(jù)求解 二元一次方程。
[0073] 這一級的線性擬合得到的斜率即為反應(yīng)性P。需要注意的是，從前面的推導(dǎo)可以看 出，這里得到的反應(yīng)性是拋出了本底、源項影響的反應(yīng)性;它是由實測電流直接得到的，也 無需乘以動態(tài)刻棒要求的修正因子。這一點是非常重要的，也是本方法最重要的意義之一。
[0074]對于所要求的條件一一維持恒定的反應(yīng)性，這一點是很容易達到的。在動態(tài)刻棒、 物理啟動等實驗過程中，經(jīng)常會有非零反應(yīng)性下維持棒位不變的過程。由于時間短暫，硼濃 度、堆芯溫度也基本不變。因此可以得到足夠多的數(shù)據(jù)提供給(13)式的線性擬合。