[发明专利]用于检测核反应堆中的棒束掉落的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测核反应堆中的棒掉落的方法和设备。

本发明更具体地涉及压水核反应堆(PWR)。

背景技术

在反应堆芯中发生的核反应伴随有分布于芯中的中子通量具体沿着燃料组件轴的发射。芯包括竖直凹陷，向这些凹陷中引导包括中子吸收元素的控制棒以便竖直下降到这些凹陷中以便吸收中子通量并且因此控制反应堆芯的反应。

常规地，每个控制棒包括由中子吸收材料制成的多个吸收体。

控制棒保持于芯上方并且可以借助于插入机构来定位于高位置与低位置之间的不同插入位置。

因此，每个棒的竖直移位允许调节反应堆芯的反应，因此允许芯供应的总功率从零功率变化上至标称功率(下文称为PN)；控制棒的位置(即控制棒在燃料组件中的穿透状态)因此是芯功率的函数。

一个或者多个控制棒意外掉入凹陷的主要影响在于局部吸收中子通量并且扰动中子通量在芯中的分布。如果在反应堆在高功率水平操作时该棒掉落发生并且如果未采取纠正动作，则这一扰动可能很重要并且冒有引起导致损坏芯的燃料笔(crayon)的水沸腾危机的风险，因为功率将在温度自调节和负反馈的影响之下上升至它的初始值。

这样的纠正动作例如包括向芯中插入控制棒以便限制和/或停止芯的反应。

这是为什么压水核反应堆包括用于检测棒掉落的设备的原因，这些设备以已知方式由多个分离和独立的检测链形成。

这些链中的每个链被设置成供应与检测到棒掉落对应的掉落信号并且至少包括：

-用于测量中子通量的探测器，能够测量在棒掉落的情况下经历减少的中子通量，掉落已经发生的凹陷与探测器越近，该减少变得越大；

-与探测器关联的主处理装置，能够仅在由所述探测器测量的中子通量经历具有超过预定速率阈值的减少速率的减少时供应主掉落信号；

检测设备还包括辅处理装置，该辅处理装置接收来自检测链的掉落信号，并且仅在它们接收来自主处理装置的至少两个棒掉落主信号时供应棒掉落辅信号，以使得减少在芯中没有实际棒掉落时使用纠正动作的风险。

已知检测方法在它们检测到中子通量的快速减少速率作为绝对值超过通常与每秒标称通量的6％(对于具有功率1300MWe的反应堆)相等的阈值时发射掉落信号；这一速率对应于作为时间的函数的中子通量的导数。这一超过阈值出现于核功率瞬变在棒掉落期间减少时的事件的第一瞬间。

然而，这一类方法并不充分灵敏并且不允许以适当方式检测棒掉落，特别是对于在未检测到棒掉落时导致“2类”事故的掉落。

所谓的2类事故情形引起剧烈功率瞬变，这些瞬变包括功率的迅速增加和/或功率分布的变形，这冒有由于沸腾危机或者由于线性过功率而损坏燃料包层的风险。

因此已经开发检测方法，其中当中子通量的减少速率的绝对值超过与每秒中子通量的3％乃至2％相等的速率阈值时发射信号，因此允许检测更多棒掉落。

然而，可能在最剧烈的正常操作瞬变(如比如以从正常能量排空系统骤然断开反应堆为特征的带厂用电(house-load)操作)期间达到这一进展速率阈值；通量的这一低负变化阈值减少反应堆的操作裕度并且引起不适时和不希望的纠正动作(比如反应堆的自动关停)。

具体在文献US 4842805、US 6118837和US 2009/0252272中描述了用于检测核反应堆中的棒掉落的方法的例子。

发明内容

在这一背景中，本发明的主题内容是一种以解决前述问题并且以通过减少检测设备未检测到棒掉落的风险、同时确保核反应堆在正常操作瞬变期间的最优工作来提高压水核反应堆的性能为目标的方法。

出于这一目的，本发明提供一种用于检测压水核反应堆中的棒掉落的方法，所述方法包括以下步骤：

-检测中子通量的负时间导数，并且比较所述时间导数的绝对值与第一阈值；

-如果所述绝对值大于所述阈值则触发时间延迟；

-检测所述中子通量的正时间导数，并且比较所述时间导数的绝对值与第二阈值；

-如果所述通量的所述正时间导数的绝对值在所述时间延迟期间变成大于所述第二阈值则触发反应堆的紧急关停。

中子通量Φ的时间导数理解为意味着与给定时间段有关的中子通量变化。

由于本发明，有可能检测现有技术的检测设备和方法未检测到的更多棒掉落，而又同时确保核反应堆在带厂用电型的最剧烈正常操作瞬变期间的正常工作。