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长燃料循环中间量程补偿电压设置优化

2021-08-25吴小璇陈子鸣

中国核电 2021年4期
关键词:量程光子产物

周 磊,吴小璇,徐 飘,陈子鸣,沈 聪, 许 进

(中核核电运行管理有限公司,浙江 海盐 314300)

对于压水堆机组, P6信号由中间量程确定。方家山机组实施长燃料循环后P6信号触发较晚,影响大小修关键路径。中间量程为γ补偿电离室,偏安全考虑,γ补偿电压一般处于欠补偿状态,中间量程测量值受γ强度影响较大。此机组为三环路加压型轻水反应堆,机组内部装载有次级中子源。机组自第4循环实施长燃料循环,使用低泄露装载方案。

1 原因分析

1.1 长燃料循环装料方案影响

方家山机组从第四循环开始采用低泄露装料方案,即在相同核功率工况下泄露的中子数更少,对应的中间量程电流值也更低。因此,长循环后,P6信号对应的中间量程电流值有所降低,如表1所示。表2整理了U1C1-C4停堆后,P6信号触发的时间列表。

表1 P6信号对应中间量程电流值

表2 P6信号触发用时

将方家山1号机组C3/C4循环,停堆时IR/SR信号对应停堆时间作图,如图1所示。

图1 U1C3/C4循环停堆SR/IR信号

1.2 γ光子能量的影响

对于γ光子能量,主要由次级中子源的伽马能量Et(S),累计裂变产物衰变γ光子能量Et(decay),裂变反应γ光子能量E(f)组成。

1.2.1 次级中子源的伽马能量Et(S)

表3 次级中子源γ光子强度

由于次级中子源在堆芯内辐照一定时间后达到稳定状态。故停堆之后,伽马光子的释放率为:Ct(S)=C0(S)×e-λt。由于C0(S)=7.12×1015/s,平均每个伽马光子能量为0.978MeV,故次级中子源释放的γ光子能量为(MeV/s):Et(S)=0.978×7.12×1015×e-λt=6.96×1015×e-λt

1.2.2 累计裂变产物衰变γ光子能量Et(decay)

表4 累计裂变产物

此处得到的份额是平衡状态的份额,并非初始的裂变份额。

停堆之后,上述的59种核素的伽马放射性为:

式中:∑fΦ——总的裂变次数;

γi,λi,Ei——第i中裂变产物的裂变份额、衰变常数、每次衰变的γ光子能量;

Et(decay)——衰变产物总的衰变γ光子能量。

此处忽略裂变产物级联衰变。

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1.2.3 裂变反应γ光子能量E(f)

停堆后堆芯内部仍然会有次临界增值,有少量的核裂变,核裂变产生的新的裂变产物仍然会以其固有的衰变属性继续衰变,直至稳定。235U裂变反应大概有1200余种裂变产物。初始裂变产额大于0.01%的裂变产物约有274种。表5计算了裂变产额大于0.1%的69种裂变产物的基本信息。

表5 裂变产物

对产额大于0.01%的裂变产物进行衰变γ能量计算,考虑级联衰变,每次裂变产生的裂变产物衰变约释放5.6 MeV的γ光子能量。对1200余种裂变产物进行计算,考虑级联衰变,每次裂变产生的裂变产物衰变约释放约7.0 MeV的γ光子能量。故每次裂变的裂变产物全部衰变的γ能量如下:

E(γ能量)=E(瞬发γ能量)+E(缓发γ能量)=14 MeV。根据方家山机组U1C5启动阶段的数据:SR=10 000 cps时,IR=1.38×10-10A;IR=5.32×10-4A,PR=30.43%FP;PR=100%FP,中子通量为2.6×1017m2·s-1,堆芯内裂变数9.05×1019s-1,推导数据如表6所示。

表6 裂变反应释放γ光子能量

故当SR=1000 cps时,E(f)=1.00×1013MeV/s。

1.2.4 总的γ光子能量影响

总的γ光子能量为(MeV/s):Et(S)=Et(decay)+Et(S)+E(f)。

表7 停堆后γ光子能量

装料启堆后,约2/3的旧燃料组件入堆,大修时间为30 d左右。将反应堆启动及停堆时的γ光子能量曲线作图,如图2所示。

从图2可得,停堆之后10 h的衰变γ光子能量比启动阶段的衰变γ光子能量刚好大10倍。

图2 启动/停堆γ光子能量曲线

2 方案实施

2.1 中间量程补偿电压早期设置

对于方家山1号机组的中间量程负补偿高压设置为10 V左右,启动和停堆时的数据如图3所示。

图3 U1C3/C4启动及停堆SR&IR信号

从上图可以看出, C3C4两个循环的启动和停堆阶段相比,IR与SR的重叠性相差很大。及启动和停堆当SR=1000 cps时,IR电流值相差可达4倍。

2.2 中间量程补偿电压优化设置

中间量程由两个电离室组成:外环电离室内壁涂硼,称正电离室;内环电离室不涂硼,称负电离室。外电离室测量中子和γ光子共同作用产生正电流,内电离室测量γ光子产生负的电流。

设正电离室产生电流:I+=In+K+×Iγ,负电离室产生电流:I-=K-×Iγ,则输出总电流:I=I++I-=In+(K+-K-)×Iγ。日常运行工况中,为了安全考虑,中间量程设置为欠补偿状态,即K+-K->0。所以当Iγ增多,In不变的情况下,输出电流I就会越大。根据图3,由于停堆10 h与启动阶段相比,Iγ相差较大。为使得I=In+(K+-K-)×Iγ尽量地接近In,就应使得K+-K-尽可能地接近0。故第4循环停堆后,重新设定中间量程负高压,由之前的10 V更新为15 V左右。对方家山U1C5循环启动及小修停堆的SR/IR与U1C4循环做图,如图4所示。

从图4可得,调整中间量程补偿电压后,U1C5循环启动及小修停堆阶段,源量程与中间量程的重叠性较好。且U1C5小修停堆过程中,P6信号也在停堆之后6 h之内出现,不再耽误关键路径。

图4 U1C4/C5启动及停堆SR&IR信号

3 结论

1)由于停堆10 h与启堆时,堆芯γ光子的能量相差10倍。中间量程作为γ补偿电离室,受γ光子强度影响较大。所以启动及停堆阶段,同样源量程计数会出现不同的中间量程电流值。

2)适当提高中间量程负补偿高压,可以减小γ光子对中间量程测量结果的影响。

3)由于中间量程过补偿在实际工作中有安全隐患,故持续调整中间量程补偿电压时,应该注意和启动阶段时的中间量程电流值做对比。即在停堆和启动阶段,当SR均为同一值时,将停堆后的IR计数略设置为大于启动时的IR计数即可。

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