压水堆核电厂反应堆首次临界试验

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1、压水堆核电厂反应堆首次临界试验朱元武（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐314300）反应堆启动前，必须按照核安全法规HAF0304《核电厂调试程序》中规定的调试试验项目，对电厂系统如反应性控制棒的功能、保护系统的功能和临测装置的功能等进行试验和检查，使其满足核安全的要求。并按照物理试验质量和安全计划中的相关要求，完成启动试验前的准备工作。1　启动试验目的和内容反应堆启动是指将反应堆从次临界状态启动到临界状态，暨达到自持链式裂变反应的过程。堆芯首次临界物理试验的目的是在堆芯装料完成后，引导反应堆首次安全地、顺利地达到初始临界；并在临界后检验堆外探测器（源

2、量程和中间量程通道）的重叠和线性关系、确定零功率物理试验中子通量水平和校核反应性仪。压水堆核电站的首次临界通常采用提棒、连续稀释向临界逼近，最后分段提棒向超临界过渡三阶段实现。为使整个临界过程中能够随时掌握反应堆的次临界状态，并预计临界点，使临界操作有据可依，在达临界的过程中需要进行中子计数率的测量，并作出中子计数率的倒数外推曲线。由中子动力学方程：式中：n──中子密度n/cm3；dn/dt──中子密度随时间的变化率，n/(cm3·s)；βi──第i组缓发中子在全部裂变中子中所占的有效份额；l──中子平均寿命，s；Ci──第I组缓发中子的先驱核浓度，N/

3、cm3；S──外中子源强度，Bq；λi──第i组缓发中子先驱核裂变碎片的衰变常数，1/s。在反应堆达临界过程中，若堆内存在外中子源，则处于次临界状态的反应堆也可形成稳定的中子分布，即：这样，解(式3)和(式4)，得：在（式5）中：1-keff表征反应堆的次临界度。可以看出，n∝1/（1-keff），当n→∞时，keff→1，反应堆便达临界。临界过程中根据不同的操作过程和监督参数有不同的外推方法。1.1　中子计数率的倒数外推可以采用中子倒计数率（1/M）对控制棒棒位、一回路硼浓度和稀释水量进行外推。1/M的定义如下：1/M=N0/Ni式中，N0：基准计数率

4、；Ni：不同棒位、不同硼浓度、不同稀释水量或不同时间下的计数率。理想的1/M曲线是一条直线，但是实际上1/M曲线有可能是凹形的也可能是凸形的。尽管存在这两种情况，但是最后外推临界的结果都归于一点。就外推而言，凹形走向较为安全。影响1/M曲线的因素有：（1）中子源在堆芯的位置；（2）中子源强度；（3）中子探测器的位置。1.2　相似三角形方法在图1中，当控制棒棒位位于h1时，中子计数率为N1，当控制棒棒位位于h2时，中子计数率为N2。在这两个相似三角形中有：x=a·N1/(N2-N1)这样可以求出预计的临界棒位为：hc=h2+a·N1/(N2-N1)由此可以

5、进行如下判断：（１）当N2＝2N1，即中子计数率翻一番时，x=a意味着控制棒再提a步，反应堆即可达到临界；（２）当N2＝3N1，即中子计数率增长超过一倍时，x=a/2意味着控制棒再提a/2步(小于a步)，反应堆即可达到临界；（３）当N2＝(3/2)N1，即中子计数率增长没有超过一倍时，x=2a意味着控制棒再提2a步(大于a步)，反应堆方可达到临界。2　零功率物理试验范围的确定在功率量程通道的线性部分，输出电流与功率由下式确定：IPRC=K×。即中子通量增加的倍增周期不得短于18秒；（6）根据运行技术规格书要求启动时堆芯的初始硼浓度应大于2100ppm。由

6、于此时的次临界度很深，所以在启动过程中原则上分成两段：反应性提升阶段和功率提升阶段。在反应性提升阶段中采用较快的速度提升控制棒或快速稀释硼浓度，向堆芯引入正反应性；在功率提升阶段中采用慢速稀释硼浓度或逐步提升控制棒，使堆芯向临界逼近；（7）稀释前的提棒阶段，反应堆不应该发生临界；（8）稀释时，反应性引入速率不大于设计限值（首循环为0.97pcm/s）；（9）在试验期间，任何使反应堆发生紧急停堆时，都应立即停止稀释或提棒操作；如果紧急停堆的原因已知且不影响核电站的核安全，反应堆可重新进入启动的初始状态，硼浓度应维持在紧急停堆时的值。如果紧急停堆以前反应堆处

7、于次临界，继续完成临界操作步骤。如果紧急停堆以前反应堆已经达临界，提棒使反应堆恢复临界，提棒过程中做计数率倒数曲线；（10）恢复临界过程中，如果调节棒组D已经提至堆顶，反应堆仍未临界，这时应该插入所有的调节棒组，重新预计临界硼浓度和棒位；如果实际临界棒位超出预计临界棒位500pcm的限值棒位时，必须查明原因，然后才能继续提升功率；否则，将插入所有的调节棒组。［责任编辑：邓丽丽］