壓水堆核電廠反應堆首次臨界試驗探究

【摘要】壓水堆是比較廣泛應用的核反應堆，在其啟動之前，要對堆芯狀態(tài)、數(shù)據(jù)信號處理、硼濃度顯示、外推方式等臨界試驗值進行全面檢測，才能保證反應堆處于安全要求范圍內。本文將對壓水堆核電廠反應堆首次臨界試驗過程進行探究，為后續(xù)研究工作奠定基礎。

【關鍵詞】壓水堆核電廠；反應堆；首次臨界試驗

核電廠反應堆的技術發(fā)展經(jīng)過幾十年的技術接力，跨越了巨大挑戰(zhàn)，反應堆首次臨界試驗的成功，對我國核軍工、核能、核技術的開發(fā)與應用具有重大促進作用。組織開展反應堆首次臨界試驗的主要目的在于將電廠核反應堆第一次安全地引入臨界狀態(tài)，檢驗反應堆堆外核測系統(tǒng)的直線性和相互覆蓋性，并確定熱態(tài)零功率物理實驗時的中子流量率水平上限值以及校驗反應性儀測量精度等。

1、實驗方法

根據(jù)核反應堆趨近臨界值影響反應堆內部中子密度的原理，利用控制棒提升或慢化劑冷卻操作形成減硼狀態(tài)，堆芯內的反應性逐漸得到釋放，進而可以得到中子計數(shù)率的倒數(shù)與控制棒位置或硼濃度的內在關系，根據(jù)飾演主體之間的數(shù)據(jù)關系將反應堆引入臨界狀態(tài)。

2、試驗步驟

2.1提升控制棒

首先要對核反應堆的初始狀態(tài)進行檢查和記錄，然后測量源量程核測儀表各個通道的計數(shù)率，并將此作為基準計數(shù)率。接下來開始逐漸提升控制棒，注意保證每次提升50步，提升控制棒操作結束后，利用源量程核測儀表對各個通道的計數(shù)率進行測量，并通過公式： ，其中C0表示基準計數(shù)率、Ci表示第i此提升控制棒后測量到的計數(shù)率，計算通道計數(shù)率的倒數(shù)，得到計數(shù)率倒數(shù)與控制棒位置之間的關系，如圖1所示。控制棒每次提升得到的反應堆狀態(tài)都要記錄下來，重復多次實驗操作，確保控制棒在達到臨界過程中具有一定的調節(jié)作用。

2.2稀釋硼

在進行稀釋硼操作之前，要準確記錄各個通道的計數(shù)率，將其作為與硼稀釋過程中的基準計數(shù)率，同時為了保證穩(wěn)壓器和主冷卻劑系統(tǒng)中硼濃度變化均勻，在投入穩(wěn)壓器的全部備用加熱器以及比例加熱器時，要保證穩(wěn)壓器和主冷卻劑系統(tǒng)之間的硼濃度之差在20μg/g以下。在稀釋硼的過程中要注重每個15分鐘記錄一次各個通道的計數(shù)率，并根據(jù)試驗得到的數(shù)據(jù)繪制計數(shù)率倒數(shù)與硼濃度之間的關系圖，如圖2所示。在此過程中要注意當硼濃度達到臨界最小值時，要立即停止稀釋操作，并密切關注中子變化情況。

2.3向超臨界過渡

按照上述試驗步驟進行操作，當達到第一次臨界時，觀測到倍增周期穩(wěn)定在某一短數(shù)據(jù)內，根據(jù)啟動物理試驗理論數(shù)據(jù)報告給出的倍增周期與反應性的關系曲線和數(shù)據(jù)表，計算臨界控制棒位置，通過實驗得到第一次臨界狀態(tài)時的基本信息如下：

時間18：39分；平均溫度292.41℃；壓力15.3MPa；臨界硼濃度862ppm；臨界棒位173step

重復上述操作，測得第二次臨界狀態(tài)點基本信息如下：

時間20.23分；平均溫度290.87℃；壓力15.4MPa；臨界硼濃度1185ppm；臨界棒位145step

測得第三次臨界狀態(tài)點基本信息如下：

時間20.21分；平均溫度2921.01℃；壓力15.4MPa；臨界硼濃度1187ppm；臨界棒位144step

從上述試驗數(shù)據(jù)比較可知，得到的第一次臨界狀態(tài)點基本信息與第二次和第三次得到的基本信息之間差異比較大，而第二次臨界狀態(tài)點的基本信息與第三次臨界狀態(tài)點的基本信息相差無幾，這說明得到的第一次臨界狀態(tài)點基本信息存在某些誤差，導致這種誤差的根本原因包括第一次設計參數(shù)不完全適合堆芯，控制棒完全提升還無法達到臨界狀態(tài)，稀釋會使得到達臨界棒位變低等。經(jīng)過反復試驗，得到這樣的結論，當反應堆達到首次臨界后可以通過調整棒位穩(wěn)定功率水平，如果硼濃度已經(jīng)充分攪拌均勻后反應堆還沒有達到臨界狀態(tài)，那么繼續(xù)提升主調節(jié)棒，同時注意中子注量率的增長情況，一旦反應堆達到鄰家狀態(tài)，就要記錄此時堆芯狀態(tài)，如果上述操作之后反應堆還沒有達到臨界狀態(tài)，那么就要將控制棒重新插回到最初位置，重新進行提升控制棒的操作，重復上述實驗步驟，直到反應堆達到臨界狀態(tài)。

2.4檢測堆外核測儀器的直線性和覆蓋性

當反應堆達到臨界狀態(tài)之前，通過控制棒穩(wěn)定核功率，記錄源量程側儀表各個通道的計數(shù)率和中間量程測儀表各個通道的電流值，在反應堆內部中子密度逐漸變化的過程中記錄，記錄源量程側儀表各個通道的計數(shù)率和中間量程測儀表各個通道的電流值，一次判斷源量程側儀表和中間量程測儀表的直線型和覆蓋性。

3、達到臨界狀態(tài)過程中需要注意的問題

核反應堆達到臨界狀態(tài)過程非常復雜試驗過程和步驟要嚴格遵守技術運行規(guī)格要求和物理試驗技術規(guī)定；當反應對快要達到臨界狀態(tài)時，數(shù)據(jù)變化程度比較小需要采用逐步逼近達臨界的方法；試驗過程中避免人為操作導致反應堆溫度的突然變化，確保試驗安全性和穩(wěn)定性；在稀釋棚操作之前，反應堆不應該發(fā)生臨界；任何因素導致反應堆緊急停堆的狀況下，都要立即停止稀釋硼或提升控制棒的操作，只有確定反應堆停堆不影響核電廠安全的前提下，才能重新啟動反應堆進行試驗。

結語：

核電廠反應堆首次臨界試驗的成功標志著核技術發(fā)展的進步，是技術水平不斷提升的必經(jīng)之路，其試驗步驟包括提升控制棒、稀釋硼、向超臨界過渡以及檢測堆外核測儀器的直線性和覆蓋性，并對達到臨界狀態(tài)過程中需要注意的問題進行分析，希望本文的研究能夠為我國核技術發(fā)展提供些許參考。

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