【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及估计核反应堆中的轴向功率不平衡的未来值。
技术介绍
1、核电站作为“可控”的生产手段，是法国电网平衡的主要贡献者之一。由于电力不能(或几乎不能)储存，因此必须在每个瞬间验证由各种生产手段产生的电力与用户消耗的电力之间的相等性。然而，消费者和一部分生产手段(特别是所谓的可再生电力生产手段，诸如风力涡轮机和光电池)是不可控的并且是间歇的：因此需要可控的生产手段(诸如核电)以便补偿消耗和不可控生产的波动，以确保供应与需求之间的平衡。为此，核电站的核反应堆必须在技术上能够根据需要迅速改变所产生的电力，同时保持在指派给它们的操作和安全范围内。特别地，根据轴向功率不平衡和当前描述的氙振荡来确定操作范围。
2、反应堆中的轴向功率不平衡
3、在反应堆内，由裂变产生旨在转化为电能的热能。核裂变是一种重原子核(诸如铀或钚)自发地或在吸收中子后分裂成两个(二元裂变)或三个(三元裂变)较轻的核素的现象。对中子在物质中的运动和它们引起的反应的研究被称为中子学，特别是通过裂变产生能量的研究。中子学是受控裂变核反应堆堆芯设计的基础，诸如压水反应堆。
4、关于示出反应堆1的图1，轴向方向z可以定义为由铅垂线给出的垂直方向。方向z在图1中垂直向上取向。期望的是表征反应堆堆芯上半部分的功率ph与反应堆堆芯下半部分的功率pb之间的差。曲线5示出作为反应堆中高度z的函数的功率。
5、该差在控制棒或管束(cluster)、中子毒物(诸如裂变产物，诸如氙或钐)的存在以及燃料温度或其耗尽率(其在反应堆操作活动期间
6、反应堆顶部与底部之间的功率差可以由两个物理量表征：轴向偏移(缩写为ao)和轴向功率不平衡(其可以由符号“δi”或“dpax”表示)。这两个量由以下公式定义：
7、
8、
9、其中pn是反应堆的额定功率。
10、术语ph+pb＝pt表示反应堆中的瞬时总功率。轴向偏移是相对于总功率的相对功率值。
11、轴向不平衡“dpax”是相对于额定功率pn的相对功率值，该额定功率不一定等于瞬时总功率pt。
12、氙振荡
13、氙135(135xe)是一种强的神经元吸收元素，其可以通过裂变产生，但同时并且最重要的是，也可以通过碘-135(135i)的衰变(裂变反应的另一种产物)来产生。氙-135在反应堆中的存在导致反应性的显著降低，使其成为中子毒物，这对链式反应的维持有害。
14、在反应堆的恒定功率下反应堆的足够长的操作时间(约60小时)之后，氙-135的浓度在反应堆中达到第一平衡。当氙-135的产生变得与反应堆的功率成比例并且当氙-135的破坏变得与碘-135的浓度成比例时，达到该平衡。
15、在宏观尺度上，如果一旦达到该平衡，反应堆的功率就减小，则碘-135的浓度呈指数下降直至达到新的平衡值，而氙-135的浓度在下降直至达到新的平衡值之前首先经过最大值(称为氙峰)。达到该峰值所需的时间(在7与8小时之间)以及与之对应的抗反应性值取决于还原前后反应堆的功率。反应性ρ是以pcm(十万分之一)表示的无单位量，其被定义为中子粒子数keff的有效倍增系数的相对变化，其本身被定义为当代中子粒子数与上一代中子粒子数的比率：
16、
17、反应性的标记ρ指示中子粒子数是稳定(ρ＝0)、增加(ρ>0)、还是减少(ρ<0)。
18、当ρ<0时这被称为抗反应性。
19、相反，如果功率增加，则碘-135的浓度增加直至达到新的平衡值，而氙-135的浓度在增加直至达到新的平衡值之前首先经过最小值(称为氙坑)。达到该最小值所需的时间(在2与3小时之间)以及与之对应的抗反应性值将取决于增加前后的功率。
20、局部地，通过插入管束，功率的变化表现为对中子通量分布的轴向效应，并导致碘-135和氙-135分布的修改。
21、图1示出了在垂直方向z上延伸的中子毒物棒或管束3的插入然后抽出。
22、该插入然后抽出的棒3的效果可以分解成对应于图1中字母a至e的五个阶段。该策略特别是影响作为反应堆中高度z的函数的氙的浓度9，以及作为反应堆中高度z的函数的碘的浓度7。
23、棒的插入然后抽出会导致氙9在反应堆的上半部分与下半部分之间的浓度振荡，通常称为氙振荡。
24、该振荡分解为对应于图1所示字母a至e的五个阶段。
25、阶段a对应于永久状态，其中轴向功率分布3和碘-135的浓度7和氙-135的浓度9同相。
26、阶段b对应于将一组管束3插入反应堆1的反应介质中。这引起轴向功率分布的变化：功率在上半部分降低，但在下半部分保持大致恒定。碘-135的放射性衰变的产物与由中子俘获或由放射性衰变引起的氙-135的消失之间的平衡被中断。在这类瞬态的最初时刻，碘-135和氙-135的分布保持不变，而堆芯底部的功率增加，顶部的功率减小。
27、在阶段c期间，在堆芯顶部，由于管束组的插入引起中子通量的减少，因此可以看到碘-135的浓度7并降低，并且氙-135消失得更慢并开始累积：氙-135的浓度9增加，从而引起反应性的降低。在堆芯底部，由于通量增加，因为氙-135消失得更快，所以碘-135的浓度7增加并且氙-135的浓度9减小。在下半部分中反应性增加。堆芯顶部与底部之间反应性的这种重新分布趋向于放大不平衡现象，在7至8小时结束时达到最大轴向不平衡，并且即使插入的棒组被抽出也是如此。
28、阶段d对应于已经达到轴向不平衡的最大值之后的时段。在堆芯的顶部，碘-135的浓度7的降低引起氙-135的产生不足，氙-135的浓度9开始降低，从而引起反应性的增加。在堆芯底部，碘-135的积累补偿了氙-135的消失，氙-135的浓度9开始增加，从而导致反应性降低。该过程随着时间继续，直至获得在17至18小时结束时接近初始情况的功率空间分布。此时，碘-135的浓度7和氙-135的浓度9非常不平衡。阶段d中的氙曲线处于阶段c中的氙曲线与阶段e中的氙曲线之间的中间位置。
29、在阶段e，这一现象逆转，功率峰值朝向堆芯顶部摆动，该振荡的时段约为35小时。
30、由控制管束的运动和/或由氙振荡引起的中子通量畸变可能是在反应堆内形成热点的起点，导致燃料温度的过度升高，这可能导致燃料失去完整性。为了防止该风险，必须控制轴向功率不平衡以控制反应堆。操作员依赖于将轴向不平衡表作为瞬时总功率的函数的控制图表。该图表特别示出了反应堆的安全区域或操作域，其是围绕参考直线的一个区域。反应堆必须在接近该参考直线的区域中操作。为了以安全和有效的方式控制反应堆，操作员因此需要有手段能够预测作为所设想的控制策略的函数的轴向功率不平衡dpax，从而使得它们能够预先评估该策略并且潜在地设想将进一步限制轴向功率不平衡的另一策略。
31、用于估计反应堆的未来状态的当前解决方案不能为控制提供令人满意的帮助。在实践中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于估计核反应堆(11)中的轴向功率不平衡的未来值的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于所述多个变量中的至少一个变量，所述变量的时间序列的确定包括对所述变量的测量。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述反应堆的所述多个变量包括以下中的至少一个：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定轴向功率不平衡的序列还考虑以下中的至少一个：所述容器的参考平均温度、与在燃料更新期间的反应堆堆芯的分裂相对应的燃料管理的类型、所述反应堆的裂变核的富集和所述反应堆的重核的一种类型。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，确定所述多个反应堆变量的序列和确定所述轴向功率不平衡的序列考虑与由操作员可控的至少一个变量的连续值的序列相对应的所述反应堆的控制场景。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括确定所述控制场景的分数的步骤，所述分数优选是选自以下的量的值：所产生的废水的体积、与所述参考轴向不平衡的平均差、以及与所述反应堆的操作范围的极限的平均距离。
7.根据权利要求5至6
8.一种计算机程序，包括指令，所述指令适于当在计算机上执行所述程序时实现根据前述权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤中的至少一个。
9.一种用于估计核反应堆中的轴向功率不平衡的未来值的装置，所述装置包括被配置为实施根据权利要求1至7中的一项所述的方法的计算模块，所述计算模块被配置为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于估计核反应堆(11)中的轴向功率不平衡的未来值的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于所述多个变量中的至少一个变量，所述变量的时间序列的确定包括对所述变量的测量。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述反应堆的所述多个变量包括以下中的至少一个：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定轴向功率不平衡的序列还考虑以下中的至少一个：所述容器的参考平均温度、与在燃料更新期间的反应堆堆芯的分裂相对应的燃料管理的类型、所述反应堆的裂变核的富集和所述反应堆的重核的一种类型。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，确定所述多个反应堆变量的序列和确定所述轴向功率不平衡的序列考虑与由操作员可控的至少一个变量的连续值的序列相对应的所述反应堆的控制场景。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：玛迪娜·特拉奥雷，乔治·西莫尼尼，扬尼格·古德，马蒂厄·拉格朗日，亚历山大·吉拉尔，热罗姆·伊迪耶，
申请(专利权)人：法国电力公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。