欧颜超

（中国核电工程有限公司，浙江 嘉兴 314300）

0 前言

堆外通量电离室刻度试验是反应堆升功率期间一项重要的堆芯物理试验，其目的是通过功率量程电离室刻度试验对4个功率量程测量通道的刻度系数进行重新校刻，使其更准确的反映出实际的堆芯功率和轴向功率偏差。试验期间必须要进行调硼插棒来使ΔI即轴向功率偏差变动，以往的调硼插棒所用的时间长，误差也比较大，本文提出相对准确省时的方法，以便试验更加顺利的进行。

堆外通量电离室刻度试验是反应堆升功率期间一项重要的堆芯物理试验，其目的是通过功率量程电离室刻度试验对4个功率量程测量通道的刻度系数进行重新校刻，使其更准确的反映出实际的堆芯功率和轴向功率偏差。试验过程中堆外核测电离室刻度是在轴向功率变化期间进行的。通过热平衡测量、堆外电离室测量以及堆内部分通量图测量得到堆芯功率和轴向功率偏移，用最小二乘法拟合得到堆外测量电离室的刻度因子。

轴向功率偏差是堆芯上部相对功率与下部相对功率之差，用ΔI表示，试验期间，往往通过调硼动棒的方式来使ΔI即轴向功率偏差变动，每次变动范围在1%FP～2%FP之间，每次变动后使堆芯状态稳定，然后进行堆芯通量图测量；至少要进行至少6个不同ΔI状态下的堆芯通量图测量，再通过功率分布测量计算软件得到所需的刻度系数。

图1

若要使ΔI变化则必须调硼动棒时，以往的方式是根据ΔI变化1%FP-2%FP棒位变化引起反应性变化的大小，对调硼量大小进行估算，这种情况是很理想的情况，必须是反应堆堆芯处于氙平衡状态，但是堆芯并不总是处于氙平衡的状态的，反应堆进行过功率变化之后，氙毒变化如图1所示。

该图是堆芯功率由低功率提升到高功率氙毒引入的反应性随时间的变化，由图可知，功率刚开始变动的时候，氙毒引入的反应性很大，反应性变化也很剧烈，直到30个小时之后，氙毒变化开始趋于平稳，直至40个小时后才基本不变。

由于试验时，反应堆可能进行过升功率与降功率，并没有达到氙平衡的状态，这个时候就必须把氙毒引入的反应性考虑进去。

1 以往的调硼插棒方法

为了方便说明，现以稀释插棒为例。在以往的方式中，考虑到氙毒，一般先根据棒位变化引起反应性的变化估算稀释量，进行慢速稀释，因为氙毒随着时间的推移往堆芯内引入负反应性，所以第一次引入的稀释量往往不够，而且稀释开始到稀释引入的反应性效应出来需要大概12分钟，在这段时间中氙毒也会发生变化向系统内引入一定量的反应性，因此当所估算的稀释量稀释完毕时，若没有达到ΔI变化1%FP的条件，将会继续按一次100升的量进行慢速稀释，从而利用这部稀释量引入的正反应性抵消氙毒引入的负反应性，保证稀释后一回路硼浓度均匀化期间和通量图测量期间，反应堆控制棒组的棒位、冷却剂硼浓度和功率水平的稳定。这种方式虽然可行，但操作误差很大，并且花费的时间很长：一次调硼到到硼浓度均匀化需要12分钟左右（即稀释开始到稀释引入的反应性效应出来的时间），若调硼达不到要求，则需要继续调硼。由于稀释是连续进行的，若稀释水量估算不准确，那幺要达到6个不同ΔI状态至少要多耗费1到2个小时的时间。

2 调硼插棒方法的讨论

综上所述，本人认为应当在调硼时将氙毒变化引入的反应性计算出来并换算成调硼量。即：

氙毒变化引入的反应性+调硼引入的反应性+控制棒棒位变化引入的反应性=0

因此 有 ：ρXe+ρB+ρR=0

其中：

ρXe为氙毒变化引入的反应性，单位为 pcm；

ρB为硼浓度变化引入的反应性，单位为 pcm；

ρR为控制棒棒位变化引入的反应性，单位为pcm。

在氙平衡的情况下：ρXe=0

则：ρB-ρR=0

这就是氙平衡状态下的反应性平衡公式，此时只需考虑控制棒引入的反应性再根据此反应性估算所需稀释的量即可。

当反应堆处于氙未平衡状态时，则需要同时考虑到控制棒和氙毒引入的反应性，即：ρXe+ρB+ρR=0

方法一：

控制棒棒位变化引入的反应性在试验过程中查表可得，理论的氙毒的计算需要考虑反应堆此前的功率史。可根据《核反应堆物理分析》中功率过渡时的氙中毒公式计算，此公式中的未知量可以参考堆芯参数和物理常量，通过excel表格，利用此公式将每个时刻的氙毒计算出来，从而可知道氙毒的变化量，最后得到稀释量。此方法需将堆芯之前的功率史输入excel表，在试验中操作起来较为繁琐，其优点是得出的调硼量比较准确。

方法二：

由于主控有专门监视氙毒每分钟变化量的界面，氙毒引入的反应性则可以根据主控监控界面提供的氙毒变化得出，此时：

其中：

ρi为每个分钟内氙毒变化的量，单位为pcm/min；

t为稀释开始时刻到功率分布通量图测量结束时刻的时间，单位为min。

根据此式得到的硼稀释量也相对准确，并且操作简便。

两种方法的选取：

以稀释插棒为例：

（1）反应堆堆芯若处于功率变化后30个小时以下的状态，由于此时氙毒变化较大，一般采取第一种方法，这种方法能计算出每秒氙毒的值，具体操作方式如下：

计算出稀释开始时氙毒的值为：ρ1

预估通量图做完的时刻并计算该时刻氙毒的值：ρ2

于是 有 ：ρXe=ρ2-ρ1

再根 据 ：ρXe+ρB+ρR=0

即可得到 ρB的值，从而算出稀释量。

（2）正常试验时，反应堆堆芯一般都是处于功率变化后30个小时以上的时期，此时氙毒变化缓慢，所以我们采取第二种方法，具体操作方式如下：

由反应堆堆芯功率变化后氙毒反应性随时间的变化图可知，30个小时以上到40个小时期间氙毒的变化与时间近似线性关系，所以有：

其中ρ为在主控监控界面上氙毒每分钟变化的量，于是可以根据：

来得出ρB从而得到稀释量。由于主控监控界面上的氙毒变化不一定是一成不变的，此方法可能会导致后续需再稀释的情况，但由于氙毒变化的量在此时间段内较少，所以误差不大。

（3）若反应堆堆芯处于功率变化后40个小时以上的时期，此时为氙平衡状态，则直接按照以往的方法计算稀释量。

下面是以往方式调硼与改进后的调硼时间对比，次数对比(均摘自国内某核电厂试验报告)：

以往的方式：

表1

改进后：

表2

由以上两个表格可以看出，改进后的方法耗费的时间因稀释次数变少而变少了。（少耗费了1个小时左右）。

综上所述，使用改进的方法进行堆外通量电离室刻度试验中的调硼动棒，可以使试验时调硼量更加准确，所用时间相比于以往方法更少。但是也不排除反应堆堆芯反应性因为其他原因而引起的变化情况，此时要根据具体情况插棒或稀释。总的来说，改进的调硼动棒方法让试验更加准确便捷。

［1］谢仲生.《核反应堆物理分析》，1994.06(3).