核反应堆达临界状态模拟方法技术

本发明专利技术属于核反应堆领域，特别是一种核反应堆临界状态模拟方法，包括以下步骤：（１）硼化稀释模型得到硼浓度变化量；（２）棒位控制模型的叠步棒位与单棒换算式得到叠步棒位变化量；（３）硼浓度变化量和叠步棒位变化量代入反应性模型得到反应性变化量；（４）由反应堆模型得到中子数；（５）当改变硼浓度和控制棒棒位时中子数不变，则反应堆达临界状态。使用本发明专利技术的方法：能够动态直观实时地表现出中子数与反应性的关系；由于采用基于计算机数值解法，对于反应性任何形式的变化，中子数均能被非常精确的计算出；所需资源少，只需一台计算机即可实现；可以灵活地更改参数，以适应不同结构的反应堆的达临界特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及 一种核反应堆模拟方法，特别是一种核反应堆达临界 状态模拟方法。
技术介绍
核反应堆达到临界，即将反应堆的中子数稳定在某一个值不变 化，可以使核反应过程受控，这样可以利用这种稳定的核反应所释放 出的能量来发电。使核反应堆达到临界状态是任何一座核反应堆操作人员所必需掌握的技能，现有的核反应堆达到临界状态是通过大型模拟机模拟操作实现的。使用大型模拟机模拟核反应堆达到临界状态存在许多缺点对人力物力要求高，需专人配合；需要日常维护；缺乏灵活性，不能随时更改参数用于理论研究；大型模拟机地点固定、数量有限且模拟周期长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。 -一种，包括以下步骤 (1)对反应堆进行硼化稀释操作，得到硼化或稀释引入的硼浓度c,、硼化或稀释体积v、反应堆的水容积v。，将参数c,、 v、 v。代入硼化稀释方程，得到反应堆的硼浓度c变化量^;(2) 由棒位控制模型的叠步棒位与单棒的换算关系式，计算得 到叠步棒位/的变化量"/;(3) 将步骤(1)中得到的硼浓度变化量A和步骤(2)中得到 的叠歩棒位变化量"/代入反应性计算模型，得出反应性的变化量咖；(4) 设定中子数"、缓发中子份额^、衰变常数A、平均代时间 /、外加中子源强《、反应性p，反应性p是由反应堆模型初始设定的 反应性A与反应性计算模型得到的反应性变化量*相加构成的，即 p = Pq + * ;将上述所有设定的参数和反应性p带入反应堆模型得到 单位时间内中子数的变化量^;(5) 步骤(1)中的硼浓度的变化时硼浓度变化量&随之变化， 引起反应性的变化量^变化，从而改变了反应堆模型中反应性p的 值，因此中子数"发生变化；步骤(2)中控制棒棒位改变时棒位变 化量^随之变化，引起反应性的变化量^p变化，从而改变了反应堆 模型中反应性p的值，因此中子数w发生变化；当改变硼浓度和控制 棒棒位而中子数w不发生变化，即单位时间内中子数的变化量^ = 0时，核反应堆达临界状态。使用本专利技术的方法能够动态直观实时地表现出中子数与反应性 的关系；由于采用基于计算机的数值解法，对于反应性任何形式的变 化，中子数均能被非常精确的计算出；所需资源少，只需一台计算机 即可实现；可以灵活地更改参数，以适应不同结构的反应堆的达临界 特性。具体实施例方式实施例l(1 )对反应堆进行硼化稀释操作，得到硼化或稀释引入的硼浓 度q、硼化或稀释体积v、反应堆的水容积v。，将参数c,、 v、 v。代入 硼化稀释方程，硼化稀释方程如下式中c——反应堆的硼浓度&——由硼化或稀释引入的硼浓度，当为硼化状态时，&的值为7X10—3，当为稀释状态时为Ov —一反应堆的水容积，该值与反应堆结构有关，对同 一反应堆来讲，在反应堆运行时该值近似不变V——硼化或稀释体积，该值取决于反应堆现有硼浓度 和其与所要达到的硼浓度的差，无具体范围，取 值范围可以很大，若不考虑时间性经济性，理论 值可以在零至无穷大由上式得到反应堆的硼浓度c及反应堆的硼浓度的变化量cfc，当 反应堆达临界状态时硼化稀释操作停止。(2)进行控制棒位的提升或下降，当进行提棒控制时，增加了叠步棒位数/的值；插棒控制时，减少了叠步棒位数/的值；反应堆有 4组控制棒，其最高棒位为225步，最低棒位为5步，叠步棒位与单棒的换算关系式如下<formula>formula see original document page 11</formula>式中/一叠步棒位数 W,—1棒棒位数 W2—2棒棒位数 W3 —3棒棒位数 一4棒棒位数 jc 一重叠步数从而由上式计算出1、 2、 3、 4棒、叠歩棒位/的数值，由叠步 棒位/的数值变化得出叠步棒位/的变化量d。(3)将步骤(1)中得到的硼浓度变化量&和步骤(2)中得到 的棒位变化量^/代入反应性计算模型；由于达临界过程中，反应堆内 冷却剂温度变化量微小，因此在考虑对反应性影响因素时，忽略了因 冷却剂温度变化对反应性的影响，考虑了棒位与硼浓度变化时对反应 性的影响；反应性计算模型如下式式中& 一反应性的变化量& 一硼浓度变化量影响反应性变化量的比例系数 a2 —棒位变化量影响反应性变化量的比例系数 & 一反应堆的硼浓度变化量W —-棒位变化量由—i:式得出反应性的变化量^ 。将棒位与硼浓度对反应性的影响线性化，即上式中A、 *2系数为 常数，A:,的范围为一70X10—5 0， ^的范围为0 10X10—5。如需要更 为精确的数值，而且对于不同的反应堆类型或同一反应堆不同时期 &、 ^的值不同，&、 *2的值取决于反应堆硼浓度、反应堆冷却剂温 度、反应堆结构、核燃料的燃耗、控制棒的位置。使用二次曲线拟合 法或三次曲线拟合法对系数、、^进行非线性化处理。(4)设定中子数n、缓发中子份额p、衰变常数/l、平均代时 间/、外加中子源强9、反应性^，反应性p是由反应堆模型初始设定 的反应性A与反应性计算模型得到的反应性变化量^相加构成的，即p = pQ+"p，其中A在一次模拟过程中作为初始设定是常数，对 于不同次的模拟过程p()为不同的常数；将上述所有设定的参数和反应 性,带入反应堆模型，反应堆模型是按照点堆动力学方程建立的，反应堆模型如下式:<formula>formula see original document page 12</formula>式中:中子数由于核反应会产生多种先驱核类型，各先驱核类 型的衰变时间不同，存在6种主要类型的先驱 核，故/ = 1,2,.--6义 《4 -/--/7/缓发中子份额y9是由先驱核衰变产生的中子 数，由于存在6种主要类型的先驱核，故有p, 缓发中子份额，缓发中子份额是由先驱核衰变—、、Z生的中子数占核反应产生所有的中子数的比例， 一般为0.0065， A衰变常数，其范围为0.01 10每秒 平均代时间，其范围为0.0849秒 外加中子源强，取决于反应堆类型，无确定值; 有的反应堆无外加中子源强，即取《=0-反应性先驱核数，它取决于反应堆的功率，理论值可以 在零至无穷大，，因实际反应堆功率有限，先驱 核数c,不可能无穷大 单位时间内中子数的变化量 所有中子均为快中子时产生的中子数 因缓发而被扣除的中子总数各先驱核产生的缓发中子总数先驱核数的变化率由上式得出单位时间内中子数的变化量宇和先驱核数的变化率(5)步骤(1)中的硼浓度的变化时硼浓度变化量A随之变化， 弓I起反应性的变化量*变化，从而改变了反应堆模型中反应性p的值，因此中子数"发生变化；步骤(2)中控制棒棒位改变时棒位变 化量^/随之变化，引起反应性的变化量^变化，从而改变了反应堆 模型中反应性p的值，因此中子数w发生变化。假设在时刻/时中子数为"，那么在时刻/ + ^时，由反应堆模型 计算出的中子数为"'，"'="时核反应堆达临界状态；即当改变硼浓度和控制棒棒位时，单位时间内中子数的变化量^ = 0则核反应堆达临界状态。当反应堆达临界状态时，由于中子数"不变，即^ = 0，而缓发 中子份额"为常数，故缓发中子数-f n不变，又由于先驱核衰变常数义不变，故作为缓发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核反应堆达临界状态模拟方法，包括以下步骤：（１）对反应堆进行硼化稀释操作，得到硼化或稀释引入的硼浓度ｃ↓［１］、硼化或稀释体积ｖ、反应堆的水容积ｖ↓［０］，将参数ｃ↓［１］、ｖ、ｖ↓［０］代入硼化稀释方程，得到反应堆的硼浓度ｃ变化量ｄｃ；（２）由棒位控制模型的叠步棒位与单棒的换算关系式，计算得到叠步棒位ｌ的变化量ｄｌ；（３）将步骤（１）中得到的硼浓度变化量ｄｃ和步骤（２）中得到的叠步棒位变化量ｄｌ代入反应性计算模型，得到反应性的变化量ｄρ；（４）设定中子数ｎ、缓发中子份额β、衰变常数λ、平均代时间ｌ、外加中子源强ｑ、反应性ρ，反应性ρ是由反应堆模型初始设定的反应性ρ↓［０］与反应性计算模型得到的反应性变化量ｄρ相加构成的，即：ρ＝ρ↓［０］＋ｄρ；将上述所有设定的参数和反应性ρ带入反应堆模型得到单位时间内中子数的变化量ｄｎ／ｄｔ；（５）步骤（１）中的硼浓度的变化时硼浓度变化量ｄｃ随之变化，引起反应性的变化量ｄρ变化，从而改变了反应堆模型中反应性ρ的值，因此中子数ｎ发生变化；步骤（２）中控制棒棒位改变时棒位变化量ｄｌ随之变化，引起反应性的变化量ｄρ变化，从而改变了反应堆模型中反应性ρ的值，因此中子数ｎ发生变化；当改变硼浓度和控制棒棒位而中子数ｎ不发生变化，即单位时间内中子数的变化量ｄｎ／ｄｔ＝０时，核反应堆达临界状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁剑阳，
申请(专利权)人：核电秦山联营有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]