反应堆物理启动试验

裴洋核能发电教研室

核反应堆物理基础

7.1反应堆物理启动试验7.1反应堆物理启动试验

2目的：1、使反应堆安全的、顺利的首次达到临界状态；2、在零功率及各功率台阶上，验证堆芯的有关物理参数的测量是否满足堆芯设计、并满足有关的安全准则；3、对堆内和堆外核仪表系统进行刻度，以便对反应堆运行状态提供正确、有效的监测，并对控制保护系统提供正确的核测信号；4、监测堆芯硼浓度和功率分布，保证在反应堆功率运行期间堆芯的安全性和验证堆芯核设计计算的准确性；5、在整个堆芯物理启动试验过程中，有关的系统和仪器仪表将经受考验，有关的运行和试验规程将得到检验。

3内容：1、反应堆首次临界反应堆首次临界试验是在热态额定工况下，进行首次物理启动，达到临界，实现反应堆的自持链式裂变反应。堆芯初始临界

；源量程和中间量程通道、中间量程和功率量程通道的线性和重叠性测量

；多普勒发热点和零功率物理试验功率水平的确定；反应性仪的校正试验。4一、基本过程反应堆由次临界向临界过渡，都是通过减少堆内的控制毒物，向堆内引入正反应性来实现的。为了使反应堆安达到次临界，在物理试验过程中通常采用外推临界法：向堆芯引入正反应性，此时应当遵循

法则，即：反应性添加量为当时最大添加量的

；不断重复上述过程，反应堆即可趋近临界状态；反应堆首次临界过程

当反应堆很接近临界时（此时要求Keff的值比较大，Keff>0.996），一次性引入较大的正反应性，使得反应堆达到超临界，中子计数上升；当中子计数达到试验规定要求时，再向堆芯内引入负反应性，使反应堆达到临界，从而完成反应堆的首次临界。5二、具体例子下面以电站用压水堆为例进行说明。1、提升控制棒组件此过程内容包括：初始工况下，控制棒组件全部插入堆芯内；开始提棒时，按照最佳提棒程序依次提升控制棒；将主调节棒提升至相当于积分价值为100pcm的插入位置处；在提棒过程中，应当密切观察核测量系统源量程测量通道内的中子计数；根据中子计数的变化情况，随时调整控制棒组件的提升速度；每提升若干步，应当根据该阶段的测量结果修正外推临界值。62、减硼向临界接近此过程内容包括：通过化学和容积控制系统的上充泵将补给水以规定的流量注入堆芯，同时将相同数量的冷却剂排向硼回收系统；投入稳压器的全部电加热器，并打开喷雾器，使两者之间的硼浓度差值小于20pcm；按物理设计要求，因硼稀释引起的反应性增加速率不得超过1000pcm/h；减硼过程中，每隔一刻钟停止稀释，对一回路系统和稳压器做取样分析，并测量中子计数率；根据测量结果修正外推临界值；重复上述过程直到反应堆的次临界度约为-50pcm为止。73、提棒向超临界过渡当反应堆的次临界度约为-50pcm时，提升主调节棒组，向超临界过渡。若经过最后一次减硼操作，经充分混合后，系统已经达到临界。此时可通过微调主调节棒组，以中子计数每分钟增加10倍的速率，提升堆芯功率到零功率规定水平；然后插入主调节棒组，使反应堆重返临界。在减硼稀释后，如果按规定速率提升主调节棒组达到抽出极限，反应堆仍未达到临界，则必须重新插入主调节棒组，再以300pcm/h的速率继续减硼，重复上述操作步骤，直到出现正周期为止；然后，提升功率到规定水平。

82、低功率物理试验

低功率物理试验主要是在热态，零功率或功率稍高于零功率时进行的反应堆物理试验，所取得的试验数据用来为运行服务和校核理论计算。控制棒价值测量；硼价值测量；慢化剂温度系数测量；最小停堆深度验证；模拟控制棒“弹棒”事故试验；功率分布测量试验。

93、功率试验功率试验是通过临界和低功率物理试验，为反应堆的安全运行提供了必要的试验数据。反应堆逐级提升功率，在每一功率水平上严格检查反应堆运行是否正常，进行必要的调整与试验，分析安全可靠性，校核各项指标是否符合设计要求。实验具体内容包括：功率分布测量试验；功率系数测量；堆内外核测仪表互校试验；控制棒组件落棒试验；中毒曲线测量；碘坑测量。10

在大多数的反应堆中，都安置有外中子源。反应堆中采用外中子源的目的：“点火”，提供自持链式裂变反应最初的中子；消除反应堆启动时测量盲区。一、外中子原的作用11二、几种外中子源1、(α,n)中子源利用放射性同位素发射出的α粒子，用其轰击9Be和7Li等元素，即可产生不同能量的中子。反应堆启动时常用的一种中子源便是是210Po-9Be源。其反应如下：12

其中，210Po的半衰期为138.376d。当反应堆运行一段时间后，210Po会较快的衰变完。210Po-9Be源主要用于反应堆的首次启动中，称其为初级中子源。其中，210Po的半衰期为138.376d2、初级中子源13次级源在反应堆运行后，经过中子辐照被充分活化，从而可替代初级中子源的作用。

其在反应堆运行后，很快便能满足反应堆启动安全监督的要求。

这种源在反应堆停堆后也会衰减，但是在反应堆启动后，强度又很快恢复。3、初级中子源的作用14在压水堆中，含有大量的水。其中含有数目可观的2H。其在γ光子的辐照下，会发生以下反应：这也是一种(γ,n)中子源。4、

2H源15

对于大多数重核，其自发裂变半衰期都较长，其自发裂变几率都很低，不适宜做自发裂变中子源。目前使用的自发裂变中子源只有252Cf。252Cf的自发裂变的半衰期为85.5a，α衰变的半衰期为2.7a，有效半衰期为2.65a。252Cf主要用于反应堆的首次启动，即主要作为初级中子源。5、自发裂变中子源