采用堆芯外探測器監(jiān)測堆內(nèi)功率分布

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1、第31卷增刊2核動力工程Vol.31.S22010年12月NuclearPowerEngineeringDec.2010文章編號：0258-0926(2010)S2-0092-05采用堆芯外探測器監(jiān)測堆內(nèi)功率分布李富，周旭華，王登營，郭炯，羅征培（清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院，北京，100084）摘要：堆芯外電離室是大多數(shù)反應(yīng)堆上唯一的實時核測量探頭。本文討論了由堆芯外探測器監(jiān)測堆內(nèi)功率分布的必要性、可能性，提出了基于諧波綜合法、探測器空間響應(yīng)函數(shù)的由堆芯外探測器監(jiān)測堆內(nèi)功率分布的方法及其技術(shù)難點、關(guān)鍵技術(shù)

2、。在低溫供熱堆、高溫氣冷堆上的初步數(shù)值驗證結(jié)果表明，該方法是可行的。關(guān)鍵詞：堆芯外探測器；堆內(nèi)功率分布；諧波綜合法中圖分類號：TL32文獻標識碼：A1前言2堆芯外探測器監(jiān)測堆內(nèi)功率分布的可在反應(yīng)堆運行過程中，功率分布是重要的堆行性芯狀態(tài)參數(shù)，是反應(yīng)堆運行、控制、安全保護的在反應(yīng)堆正常運行過程中，其狀態(tài)變化是由基礎(chǔ)。但準確、全面地在線測量堆芯的詳細功率一些主要的、有限的物理因素主導(dǎo)的。因此，功分布是很困難的。在線測量信息主要依靠堆芯外率分布變化的因素是有限的，如果能找出功率分電離室，通常認為它只能提供堆芯總功率

3、和軸向布變化的內(nèi)在規(guī)律，并將其變化規(guī)律與探測器讀偏移等信息。數(shù)的變化關(guān)聯(lián)起來，則功率分布的變化有可能由在球床式高溫氣冷堆中，由于堆芯的高溫和有限的測量數(shù)據(jù)來確定，或重構(gòu)出三維功率分布。流動的球床，很難在堆芯中安裝中子測量探頭，法國開發(fā)的LOCA裕度機[1]和美國西屋公司[2]因此沒有直接的堆內(nèi)功率分布測量數(shù)據(jù)。但在反開發(fā)的BEACON系統(tǒng)即是由堆芯外探測器確應(yīng)堆堆芯外安裝有電離室，以提供在線核測量信定堆內(nèi)功率分布的成功嘗試。LOCA裕度機采用息。高溫氣冷堆的中子注量率和功率分布比較平一維方法，根據(jù)軸向6節(jié)堆芯

4、外電離室的讀數(shù)重構(gòu)出反應(yīng)堆堆芯軸向一維功率分布。BEACON系坦，正常運行和事故后的燃料元件溫度離設(shè)計限統(tǒng)主要基于仿真計算，根據(jù)仿真模型計算出堆芯值的裕量較大，這些特點使得即使沒有堆內(nèi)測量的功率分布，但可以根據(jù)探測器讀數(shù)來修正計算措施，其安全性和可用性也能得到保證。但是，模型。運行過程中完全沒有通過直接測量得到的堆內(nèi)功本研究試圖由實時堆芯外探測器讀數(shù)，直接率分布信息，會帶來功率分布和安全裕量的不確在線重構(gòu)出隨運行工況變化的堆芯功率分布。經(jīng)定性。過研究，得到如下結(jié)果：因此，如果能在線監(jiān)測反應(yīng)堆的功率分布，（1）

5、反應(yīng)堆運行過程中，引起功率分布變化對提高反應(yīng)堆的安全性、減少反應(yīng)堆的過分安全的物理因素是有限的。裕量、提高經(jīng)濟性以及提高運行靈活性都具有重（2）有限因素引起的功率分布變化，可以用要意義。由于堆內(nèi)功率分布在線測量幾乎對于所有限的變量來表示，即把變化后的功率分布表示有反應(yīng)堆都不現(xiàn)實，如果能由堆芯外探測器在線獲得反應(yīng)堆內(nèi)功率分布則具有重大的意義。本文為預(yù)先確定的、有限數(shù)量的特征分布的組合，諧[3]探討了由堆芯外探測器監(jiān)測堆內(nèi)功率分布的可行波綜合法即是一種可行的方法。性、技術(shù)難點、關(guān)鍵技術(shù)，并給出在低溫供熱堆、（3）

6、由于中子輸運方程的線性性質(zhì)，可以通高溫氣冷堆上的初步數(shù)值驗證結(jié)果。過探測器空間響應(yīng)函數(shù)將堆內(nèi)功率分布變化與堆收稿日期：2010-09-20；修回日期：2010-10-28基金項目：國家自然科學(xué)基金資助(10675071)李富等：采用堆芯外探測器監(jiān)測堆內(nèi)功率分布93芯外電離室讀數(shù)的變化關(guān)聯(lián)起來，即可由堆芯外電離室讀數(shù)的變化確定出特征分布的系數(shù)，從而[4]確定出堆芯三維功率分布。（4）要由堆芯外探測器讀數(shù)直接得到堆內(nèi)功率分布，需要確保獨立的堆芯外探測器數(shù)目大于功率分布變化自由度數(shù)目，即：功率分布能由有限的變量表達

7、，堆芯外探測器對功率分布的變化是靈敏的。（5）難點在于確定出功率分布變化的規(guī)律，在自由度不多于獨立探測器的數(shù)目的情況下，盡可能提高表達的精度。圖1高溫氣冷堆芯外探測器布置示意圖Fig.1LocationsofEx-CoreDetectorsinHigh-（6）不同的反應(yīng)堆具有不同的特征，如引起TemperatureGas-cooledReactor功率分布變化的不同因素、不同的探測器布置，因此需要優(yōu)化出不同的實現(xiàn)方法，并針對運行中對探測器的貢獻，即ri處的單位強度裂變中子源可能出現(xiàn)的工況進行可行性和精度驗算。

8、引起r0處探測器的讀數(shù)（響應(yīng)）為：（7）針對低溫供熱堆和球床模塊式高溫氣冷∞[5~9]Rd()r0,ri=∫∫?0Σd()(r0,EΦir0,E,?)dEd?（1）堆進行了初步驗算，結(jié)果表明，由堆芯外電離室讀數(shù)重構(gòu)變化的堆芯功率分布是可行的。式中，Σd(r0,E)為探測器能量相關(guān)的響應(yīng)截面，-1cm；E為中子能量，eV；?為中子運動角度。3堆芯外探測器空間響應(yīng)函數(shù)堆芯單位裂變源引起的堆芯外探測器所在