[其他]壓水反應堆中氙的預先控制

無效

• 申請號: 85106086
• 申請日: 1985-08-12
• 公開（公告）號: CN85106086A
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發明（設計）人: 阿爾伯特·約瑟夫·伊姆普英克
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: G21C17/06
• 分類號: G21C17/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 包冠乾,王申

本發明涉及一種確定壓水核反應堆堆芯中氙的軸向點態分布和軸向點態分布變化率的一種方法和裝置，用來顯示氙的分布和氙分布變化趨勢，并用于能間接調節軸向功率分布的氙分布自動控制系統中。

在一個核電站中，反應堆堆芯中布置有裂變材料，以使得由中子轟擊裂變材料產生的裂變反應釋放出足夠的附加中子來保持自持裂變過程。這一裂變過程產生的熱量由通過堆芯循環的冷卻劑帶走，并用來產生蒸汽進行發電。反應堆的功率水平通過調節可用于產生裂變反應的中子總數來進行控制。在壓水反應堆中，中子密度應用插入堆芯的中子吸收棒以及改變溶解于作為反應堆冷卻劑的水中的中子吸收材料的數量來進行控制。反應性還受到冷卻劑溫度的影響，這種冷卻劑也起慢化劑的作用，使得中子慢化到適合于裂變反應的能量水平。

反應堆堆芯中裂變反應的副產品是氙-135，它具有很大的中子吸收截面，因此，給反應堆產生很大的負擔。雖然少量的氙-135由裂變直接產生，但氙-135主要是由直接或間接產生的裂變產物碘一135的β衰變產生的。由于碘的半衰期為6.7小時，反應堆中氙水平的積累滯后于反應堆功率的增加。氙-135以9.2小時的半衰期衰變為其它的無毒元素，所以，大部分的氙在功率運行時通過中子吸收變成為一種無毒的同位素氙-136，并在穩態條件下達到氙-135的平衡水平。當反應堆功率降低因而中子通量降低時，氙水平事實上會上升，并在幾小時內保持升高后的數值。這種情況限制了反應堆在功率降低以后恢復功率的能力，而且經常還會對堆芯中的功率分布產生不利的影響。

反應堆的運行不僅與任一給定時刻時氙的總量有關，而且也與氙的空間分布有關。由于氙是由裂變過程產生的，所以氙的局部濃度隨著整個堆芯的空間功率分布而變化，當反應堆在功率降低后又恢復功率時，局部的氙濃度對局部的中子通量密度有影響，因此對堆芯的每一個局部產生其所需負苛的能力有影響。如果對氙-135空間分布不加以適當控制，那么在堆芯的各個部分可能會產生熱點，這會導致燃料元件包殼的損壞，因而導致防止放射性釋放的第一道屏障的損壞。

因為控制棒在堆芯中垂直插入或提出，所以它們對功率的軸向分布因而也對氙的軸向分布有直接影響，因此，可用控制棒來對它們的軸向分布進行控制?？刂瓢羰前磳ΨQ組進行驅動的，因此對于徑向功率分布的任何影響完全處于規定的極限以內。由于控制棒的不適當運動可能引起軸向功率分布因此也引起氙的分布產生不可允許的畸變，因此，須設置一個自動地將氙的軸向分布保持在極限以內的系統，或者設置一個可對操作員手動控制氙的軸向分布提供指導的系統，這是很有用的。

反應堆中的軸向功率分布用軸向偏移來度量，而軸向偏移是按堆芯上半部和下半部功率的差值除以總功率來計算而得到的一個系數。軸向偏移通過沿著堆芯軸向布置的中子通量探測器來測量。通常，應用堆芯外探測器來進行這種測量，但是有些裝置應用堆芯內測量裝置來測量功率，在探測器之間進行內插來產生軸向功率分布的逐點表示，這是大家所熟悉的。

每一個反應堆有一個預定的軸向偏移，這一數值在燃料循環過程中定期修改。目前的一般作法是操縱反應堆以保持軸向偏移基本恒定。這種在負荷跟隨時操作核反應堆方法的一個實例，在美國專利NO4057463中作了公開。在這一方法中，應用控制棒位置來調節軸向功率分布，而反應性則由其它棒和（或）溶解在反應堆冷卻劑中的可溶毒物來控制。在美國專利NO4222822中介紹了這種方法的改進方法，通過有控制地降低堆芯冷卻劑溫度來適應負荷的快速變化，通過使整個堆芯均勻地產生較小的功率變化，使上述的堆芯冷卻劑溫度降低對軸向功率分布沒有影響。

當前感興趣的是放寬對于保持恒定的軸向偏移方面的要求，以便消除由于這一控制方案加給反應堆運行范圍上的有關限制。但是，到目前為止除操作人員的判斷外對這種運行還沒有明確的準則來保證氙的空間分布不趨向于接近反應堆技術極限的方向，因此在這種情況下，必須非常小心從事。在實施這種對策時的主要困難是處理氙分布的瞬變過程，這些瞬變過程包括功率水平改變時發生的總的氙分布變化以及在恒定功率水平下達到氙平衡以前發生的氙的空間分布的瞬變過程。在按一種負荷變化曲線（通常在24小時循環周期中）進行的負荷跟隨過程中，氙永遠不會達到平衡，因此氙的瞬變過程不斷的存在著。以前就提出過建議，可在相平面圖上畫出碘變化項對于通量變化項的曲線，以便給操作員在控制軸向功率分布時提供有用信息，但這種思想的實際應用一直沒有得到發展。

本發明的主要目的是通過反應堆中氙的預先控制提供一種控制核反應堆的方法。