压水反应堆中氙的预先控制制造技术

压水反应堆中中子通量的测量被用来产生一个示氙－１３５分布偏离平衡的畸变信号、满功率的轴向分布以及畸变信号的变化率．在宽频带恒定轴向偏移控制系统的氙控制方式中，可利用这些信号来自动调节控制棒的位置以减弱氙瞬变过程．同时．可以将畸变信号及其变化率信号在一台二维直观显示装置上表现出来，以形成一个比例放大的和极性的平面图，使得氙－１３５的等幅振荡在显示装置上画出一个顺时针的圆形轨迹．下插和提升控制棒时会在显示轨迹上引起相应的移动．直观显示装置也可以用来手动控制反应堆．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种确定压水核反应堆堆芯中氙的轴向点态分布和轴向点态分布变化率的一种方法和装置，用来显示氙的分布和氙分布变化趋势，并用于能间接调节轴向功率分布的氙分布自动控制系统中。在一个核电站中，反应堆堆芯中布置有裂变材料，以使得由中子轰击裂变材料产生的裂变反应释放出足够的附加中子来保持自持裂变过程。这一裂变过程产生的热量由通过堆芯循环的冷却剂带走，并用来产生蒸汽进行发电。反应堆的功率水平通过调节可用于产生裂变反应的中子总数来进行控制。在压水反应堆中，中子密度应用插入堆芯的中子吸收棒以及改变溶解于作为反应堆冷却剂的水中的中子吸收材料的数量来进行控制。反应性还受到冷却剂温度的影响，这种冷却剂也起慢化剂的作用，使得中子慢化到适合于裂变反应的能量水平。反应堆堆芯中裂变反应的副产品是氙-135，它具有很大的中子吸收截面，因此，给反应堆产生很大的负担。虽然少量的氙-135由裂变直接产生，但氙-135主要是由直接或间接产生的裂变产物碘一135的β衰变产生的。由于碘的半衰期为6.7小时，反应堆中氙水平的积累滞后于反应堆功率的增加。氙-135以9.2小时的半衰期衰变为其它的无毒元素，所以，大部分的氙在功率运行时通过中子吸收变成为一种无毒的同位素氙-136，并在稳态条件下达到氙-135的平衡水平。当反应堆功率降低因而中子通量降低时，氙水平事实上会上升，并在几小时内保持升高后的数值。这种情况限制了反应堆在功率降低以后恢复功率的能力，而且经常还会对堆芯中的功率分布产生不利的影响。反应堆的运行不仅与任一给定时刻时氙的总量有关，而且也与氙的空间分布有关。由于氙是由裂变过程产生的，所以氙的局部浓度随着整个堆芯的空间功率分布而变化，当反应堆在功率降低后又恢复功率时，局部的氙浓度对局部的中子通量密度有影响，因此对堆芯的每一个局部产生其所需负苛的能力有影响。如果对氙-135空间分布不加以适当控制，那么在堆芯的各个部分可能会产生热点，这会导致燃料元件包壳的损坏，因而导致防止放射性释放的第一道屏障的损坏。因为控制棒在堆芯中垂直插入或提出，所以它们对功率的轴向分布因而也对氙的轴向分布有直接影响，因此，可用控制棒来对它们的轴向分布进行控制。控制棒是按对称组进行驱动的，因此对于径向功率分布的任何影响完全处于规定的极限以内。由于控制棒的不适当运动可能引起轴向功率分布因此也引起氙的分布产生不可允许的畸变，因此，须设置一个自动地将氙的轴向分布保持在极限以内的系统，或者设置一个可对操作员手动控制氙的轴向分布提供指导的系统，这是很有用的。反应堆中的轴向功率分布用轴向偏移来度量，而轴向偏移是按堆芯上半部和下半部功率的差值除以总功率来计算而得到的一个系数。轴向偏移通过沿着堆芯轴向布置的中子通量探测器来测量。通常，应用堆芯外探测器来进行这种测量，但是有些装置应用堆芯内测量装置来测量功率，在探测器之间进行内插来产生轴向功率分布的逐点表示，这是大家所熟悉的。每一个反应堆有一个预定的轴向偏移，这一数值在燃料循环过程中定期修改。目前的一般作法是操纵反应堆以保持轴向偏移基本恒定。这种在负荷跟随时操作核反应堆方法的一个实例，在美国专利NO4057463中作了公开。在这一方法中，应用控制棒位置来调节轴向功率分布，而反应性则由其它棒和(或)溶解在反应堆冷却剂中的可溶毒物来控制。在美国专利NO4222822中介绍了这种方法的改进方法，通过有控制地降低堆芯冷却剂温度来适应负荷的快速变化，通过使整个堆芯均匀地产生较小的功率变化，使上述的堆芯冷却剂温度降低对轴向功率分布没有影响。当前感兴趣的是放宽对于保持恒定的轴向偏移方面的要求，以便消除由于这一控制方案加给反应堆运行范围上的有关限制。但是，到目前为止除操作人员的判断外对这种运行还没有明确的准则来保证氙的空间分布不趋向于接近反应堆技术极限的方向，因此在这种情况下，必须非常小心从事。在实施这种对策时的主要困难是处理氙分布的瞬变过程，这些瞬变过程包括功率水平改变时发生的总的氙分布变化以及在恒定功率水平下达到氙平衡以前发生的氙的空间分布的瞬变过程。在按一种负荷变化曲线(通常在24小时循环周期中)进行的负荷跟随过程中，氙永远不会达到平衡，因此氙的瞬变过程不断的存在着。以前就提出过建议，可在相平面图上画出碘变化项对于通量变化项的曲线，以便给操作员在控制轴向功率分布时提供有用信息，但这种思想的实际应用一直没有得到发展。本专利技术的主要目的是通过反应堆中氙的预先控制提供一种控制核反应堆的方法。本专利技术归结于控制压水反应堆堆芯中氙-135空间瞬变过程的一种方法，这种反应堆用控制棒来调节反应堆的功率水平，这种方法的特点在于中子通量的测定是在许多轴向彼此间隔的位置上按实时，在线的原则进行的。代表氙-135当时轴向分布的信号(X(Z，t)/dt)以及代表氙-135当时的轴向分布变化率的信号(dX(Z，t)/dt)由上述的中子通量测量装置逐点重复地产生，其特点在于，由上述氙-135分布信号和上述氙-135分布变化率信号产生控制信号，以减小氙的瞬变过程，并用来调节控制棒的位置，从而减弱上述氙-135的空间瞬变过程。结合附图通过对最佳实施例进行的下述说明可以达到对本专利技术的全面了解，其中图1是体现本专利技术的压水堆核电站的示意图;图1到图7是本专利技术中出现的各种直观显示图形;图8是表示了根据本专利技术得出的氙分布自动控制系统的典型控制目标线和有效控制区图，它也可以用来作为在直观显示上的一种轮廓重叠图。图1以方块图形式表示了一个压水堆核电站，它按照本专利技术的技术进行运行操作。压水堆包括有一个装在反应堆容器｛3｝内的由裂变材料组成的堆芯，控制棒｛5｝在控制棒驱动控制器｛9｝的控制下通过棒驱动机构｛7｝在堆芯｛1｝内进行位置调节。应芯外多段探测器｛11｝在沿着通常为园柱形的堆芯｛1｝的纵轴方向的不同高度处(例如在四个高度上)测出从堆芯｛1｝逸出的中子通量｛13｝。图中表示的是堆芯外探测器系统。因为这种系统在这方面最具有普遍性。但是，在适用的场合可以应用堆芯内探测器。多层探测器｛11｝产生的中子通量信号｛15｝同控制棒位置信号｛17｝一起加到信号处理器｛19｝上，该处理器对原始信号进行适当的换算、补偿、脉动控制、分离和缓冲。处理后的信号同反应堆控制系统｛23｝产生的补偿和归一化的温度和功率信号｛21｝一起加到轴向功率分布综合器｛25｝上，综合器｛25｝应用已知技术，例如应用美国专利NO4079236中介绍的技术，产生堆芯内径向平均的轴向功率分布的逐点分布图。这些技术包括通过插入法在许多轴向移动的高度上产生功率密度信号。一般来说，应当至少计算出大约18个高度的功率密度，采用24个左右的高度可提供相当好的分辨率。推荐优先采用的是40个左右的高度。通常比上述更细的插入并不会按比例地提供更好的结果。碘浓度和氙浓度计算器｛27｝根据下述已知的微分方程、由轴向功率逐点分布产生出碘和氙的逐点浓度，这些微分方程描述了热中子动力堆堆芯中任一点的碘-135和氙-135的瞬态特性(dI(Z,t))/(dt) ＝φ(Z，t)∑f(Z)yI-λII(Z，t)……(1)和(dX(Z,t))/(dt) ＝φ(Z，t)∑f(Z)yx+λII(Z，t)-φ(Z，t)бxa(Z)×(Z，t)-λxX(Z，t)……本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制压水反应堆堆芯（１）中氙－１３５空间瞬变过程的方法，该压水反应堆包含有调节反应堆功率水平的控制棒（５），其特征在于：在反应堆堆芯中许多轴向间隔位置上的中子通量按实时、在线原则进行测量；代表当前的氙－１３５轴向分布（Ｘ（Ｚ，ｔ ）的信号以及代表当前的氙－１３５轴向分布变化率（ｄ×（Ｚ，ｔ）／ｄ↓〔ｔ〕））的信号，由上述的中子通量测量装置（１５）逐点地重复产生，其特点是，由上述的氙一１３５轴向分布信号和上述的氙－１３５轴向分布变化率信号产生出控制信号（６７），以减小氙瞬变过程并用来调节控制棒（５）的位置，从而减弱上述氙－１３５的空间瞬变过程。

【技术特征摘要】
1.一种控制压水反应堆堆芯(1)中氙-135空间瞬变过程的方法，该压水反应堆包含有调节反应堆功率水平的控制棒(5)，其特征在于在反应堆堆芯中许多轴向间隔位置上的中子通量按实时、在线原则进行测量；代表当前的氙-135轴向分布(X(Z，t)的信号以及代表当前的氙-135轴向分布变化率 (d×(Z，t))/(dt) ))的信号，由上述的中子通量测量装置(15)逐点地重复产生，其特点是，由上述的氙一135轴向分布信号和上述的氙-135轴向分布变化率信号产生出控制信号(67)，以减小氙瞬变过程并用来调节控制棒(5)的位置，从而减弱上述氙-135的空间瞬变过程。2.按照权利要求1得出的一种方法，其特点是反应堆堆芯上半部当前氙分布信号与满功率平衡状态下逐点氙分布信号间逐点差值的加权和同反应堆堆芯下半部当前氙分布信号与满功率平衡状态下逐点氙分布信号间逐点差值的加权和之间的差，使之归一化到满功率平衡状态下逐点氙分布信号的加权和上，形成一个畸变信号;堆芯上半部氙-135的逐点轴向分布变化率的加权和同堆芯下半部氙-135的逐点轴向分布变化率的加权和之间的差，使之归一化到满功率平衡状态下逐点氙分布信号的加权和上，形成一个畸变变化率的信号;根据对上述畸变信号和畸变变化率信号进行的二维比较，产生上述控制信号。3.按照权利要求2得出的一种方法，其特点是每隔一段与氙-135瞬变过程周期相比较是很短的时间间隔，将该时间间隔与该时间间隔中相应的氙-135信号变化率平均值的乘积加到相应的氙-135分布信号的最后值上，来重复产生上述氙-135的逐点分布信号;通过计算由上述通量测量装置来的逐点换算的碘浓度信号和功率密度信号，并从当前的功率密度信号与换算的碘浓度信号的和中减去当前的氙分布信号同当前的氙分布信号和功率密度信号的换算乘积之和，来得到上述氙-135分布的逐点变化率信号。4.按照权利要求2得到的一种方法，其特点是对于上述畸变信号的选定的比较值和对于畸变变化率信号的选定值，禁止产生引起控制棒位置变化的控制信号。5.按照权利要求4得到的一种方法，其特点是上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔伯特约瑟夫伊姆普英克，
申请(专利权)人：西屋电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]