[发明专利]一种反应堆临界外推监督系统及方法

说明书

一种反应堆临界外推监督系统及方法，属于反应堆技术领域。系统包括两个装载于堆芯中且对称分布的中子源组件，靠近中子源组件设置的第一、第二源量程中子探测器，远离中子源组件设置的第三、第四源量程中子探测器。方法包括在堆芯处于较深次临界状态下，基于第一、第二源量程中子探测器的计数率进行临界安全监督；随着正反应性操作引入堆芯，次临界度不断减小，第三、第四源量程中子探测器具有有效计数率后，基于第一、第二、第三、第四源量程中子探测器的计数率进行临界安全监督；堆芯达到临界状态时，停止向堆芯引入正反应性操作。本发明能有效监督堆芯的临界安全，并能够更为准确地预估堆芯的临界状态，确保反应堆能够安全、可控地达临界。

技术领域

本发明涉及压水堆反应堆技术领域，尤其涉及一种基于堆芯不同方位中子探测器响应开展的反应堆临界外推监督系统及方法。

背景技术

通过堆外探测器计数率的倒数来外推堆芯临界状态（即1/M外推临界）是核电厂达临界期间的重要临界安全监督手段。1/M外推临界的原理基于有源次临界反应堆内的中子倍增公式，即：

（1）

其中，S₀为反应堆内的独立外中子源强，1-K_eff为反应堆的次临界度，S是次临界反应堆内的中子增殖过程稳定后的总中子源强（独立外源+源中子诱发裂变后的裂变中子源强）。

在达临界的过程中，Keff随硼浓度或控制棒的棒位变化，根据反应性变化前后中子计数N的相对变化，利用“相似三角形”外推计算法求出临界外推值，如图1所示。其中：N₀为提棒、稀释前的中子基准计数率（s^-1），H为棒位或累计稀释水量，H_c为外推临界值。

需要指出的是，公式（1）以及基于该公式推导出的1/M外推临界监督原理都是基于点堆模型假设之上的（即将反应堆看成一个没有空间尺度的点），因此尽管从公式（1）出发，可以导出1/M外推曲线是一条严格的直线，但实际情况由于不满足点堆的假设，1/M曲线有可能向上凸或者向下凹（尽管最终外推临界的结果都交汇于同一点），图2给出了实际达临界过程中1/M外推曲线存在畸变的示意图。

对于一个无独立外源的反应堆内的中子通量密度分布规律可以用以下特征值问题加以描述：

（2）

其中，A和F分别为反应堆系统的转移和裂变矩阵，和则分别是系统的特征值以及与之对应的特征函数。

从数学上可以证明:公式（2）只有一个特征函数是处处大于零的，该函数从物理上就是该反应堆达到临界状态时系统内稳定的中子通量密度空间分布，该分布也被称为基波特征函数分布，简称基波分布。

对于一个次临界反应堆，由于其自身的中子增殖特性无法使系统内的链式裂变反应过程得以维持，因此必需依靠外加中子源加以驱动。只有在有外源的条件下，次临界反应堆内才有可能维持住一个稳定的中子通量密度分布。该中子通量密度的分布规律可由如下的固定源问题加以描述：

（3）

其中，为独立外源矢量。