專利名稱：核反應堆達臨界狀態模擬方法
技術領域：
本發明涉及 一種核反應堆模擬方法，特別是一種核反應堆達臨界 狀態模擬方法。
背景技術：
核反應堆達到臨界，即將反應堆的中子數穩定在某一個值不變 化，可以使核反應過程受控，這樣可以利用這種穩定的核反應所釋放 出的能量來發電。
使核反應堆達到臨界狀態是任何一座核反應堆操作人員所必需
掌握的技能，現有的核反應堆達到臨界狀態是通過大型模擬機模擬操
作實現的。使用大型模擬機模擬核反應堆達到臨界狀態存在許多缺
點對人力物力要求高，需專人配合；需要日常維護；缺乏靈活性，
不能隨時更改參數用于理論研究；大型模擬機地點固定、數量有限且
模擬周期長。
發明內容
本發明的目的在于提供一種核反應堆達臨界狀態模擬方法。 -一種核反應堆達臨界狀態模擬方法，包括以下步驟 (1)對反應堆進行硼化稀釋操作，得到硼化或稀釋引入的硼濃
度c,、硼化或稀釋體積v、反應堆的水容積v。，將參數c,、 v、 v。代入
硼化稀釋方程，得到反應堆的硼濃度c變化量^;(2) 由棒位控制模型的疊步棒位與單棒的換算關系式，計算得 到疊步棒位/的變化量"/;
(3) 將步驟(1)中得到的硼濃度變化量A和步驟(2)中得到 的疊歩棒位變化量"/代入反應性計算模型，得出反應性的變化量咖；
(4) 設定中子數"、緩發中子份額^、衰變常數A、平均代時間 /、外加中子源強《、反應性p，反應性p是由反應堆模型初始設定的 反應性A與反應性計算模型得到的反應性變化量*相加構成的，即 p = Pq + * ;將上述所有設定的參數和反應性p帶入反應堆模型得到 單位時間內中子數的變化量^;
(5) 步驟(1)中的硼濃度的變化時硼濃度變化量&隨之變化， 引起反應性的變化量^變化，從而改變了反應堆模型中反應性p的 值，因此中子數"發生變化；步驟(2)中控制棒棒位改變時棒位變 化量^隨之變化，引起反應性的變化量^p變化，從而改變了反應堆 模型中反應性p的值，因此中子數w發生變化；當改變硼濃度和控制 棒棒位而中子數w不發生變化，即單位時間內中子數的變化量^ = 0
時，核反應堆達臨界狀態。
使用本發明的方法能夠動態直觀實時地表現出中子數與反應性 的關系；由于采用基于計算機的數值解法，對于反應性任何形式的變 化，中子數均能被非常精確的計算出；所需資源少，只需一臺計算機 即可實現；可以靈活地更改參數，以適應不同結構的反應堆的達臨界 特性。
具體實施例方式
實施例l
(1 )對反應堆進行硼化稀釋操作，得到硼化或稀釋引入的硼濃 度q、硼化或稀釋體積v、反應堆的水容積v。，將參數c,、 v、 v。代入 硼化稀釋方程，硼化稀釋方程如下
式中
c——反應堆的硼濃度
&——由硼化或稀釋引入的硼濃度，當為硼化狀態時，&
的值為7X10—3，當為稀釋狀態時為O
v —一反應堆的水容積，該值與反應堆結構有關，對同 一反應堆來講，在反應堆運行時該值近似不變
V——硼化或稀釋體積，該值取決于反應堆現有硼濃度 和其與所要達到的硼濃度的差，無具體范圍，取 值范圍可以很大，若不考慮時間性經濟性，理論 值可以在零至無窮大
由上式得到反應堆的硼濃度c及反應堆的硼濃度的變化量cfc，當 反應堆達臨界狀態時硼化稀釋操作停止。
(2)進行控制棒位的提升或下降，當進行提棒控制時，增加了
疊步棒位數/的值；插棒控制時，減少了疊步棒位數/的值；反應堆有 4組控制棒，其最高棒位為225步，最低棒位為5步，疊步棒位與單
棒的換算關系式如下<formula>formula see original document page 11</formula>式中
/一疊步棒位數 W,—1棒棒位數 W2—2棒棒位數 W3 —3棒棒位數 一4棒棒位數 jc 一重疊步數
從而由上式計算出1、 2、 3、 4棒、疊歩棒位/的數值，由疊步 棒位/的數值變化得出疊步棒位/的變化量d。
(3)將步驟(1)中得到的硼濃度變化量&和步驟(2)中得到 的棒位變化量^/代入反應性計算模型；由于達臨界過程中，反應堆內 冷卻劑溫度變化量微小，因此在考慮對反應性影響因素時，忽略了因 冷卻劑溫度變化對反應性的影響，考慮了棒位與硼濃度變化時對反應 性的影響；反應性計算模型如下式
式中
& 一反應性的變化量
& 一硼濃度變化量影響反應性變化量的比例系數 a2 —棒位變化量影響反應性變化量的比例系數 & 一反應堆的硼濃度變化量
W —-棒位變化量
由—i:式得出反應性的變化量^ 。
將棒位與硼濃度對反應性的影響線性化，即上式中A、 *2系數為 常數，A:,的范圍為一70X10—5 0， ^的范圍為0 10X10—5。如需要更 為精確的數值，而且對于不同的反應堆類型或同一反應堆不同時期 &、 ^的值不同，&、 *2的值取決于反應堆硼濃度、反應堆冷卻劑溫 度、反應堆結構、核燃料的燃耗、控制棒的位置。使用二次曲線擬合 法或三次曲線擬合法對系數、、^進行非線性化處理。
(4)設定中子數n、緩發中子份額p、衰變常數/l、平均代時 間/、外加中子源強9、反應性^，反應性p是由反應堆模型初始設定 的反應性A與反應性計算模型得到的反應性變化量^相加構成的，
即p = pQ+"p，其中A在一次模擬過程中作為初始設定是常數，對 于不同次的模擬過程p()為不同的常數；將上述所有設定的參數和反應 性,帶入反應堆模型，反應堆模型是按照點堆動力學方程建立的，反
應堆模型如下式:
<formula>formula see original document page 12</formula>
式中:
中子數
由于核反應會產生多種先驅核類型，各先驅核類 型的衰變時間不同，存在6種主要類型的先驅 核，故/ = 1,2,.--6
義 《4 -/--/7/緩發中子份額y9是由先驅核衰變產生的中子 數，由于存在6種主要類型的先驅核，故有p, 緩發中子份額，緩發中子份額是由先驅核衰變—、、Z生的中子數占核反應產生所有的中子數的比例， 一般為0.0065， A衰變常數，其范圍為0.01 10每秒 平均代時間，其范圍為0.0849秒 外加中子源強，取決于反應堆類型，無確定值; 有的反應堆無外加中子源強，即取《=0-反應性先驅核數，它取決于反應堆的功率，理論值可以 在零至無窮大，，因實際反應堆功率有限，先驅 核數c,不可能無窮大 單位時間內中子數的變化量 所有中子均為快中子時產生的中子數 因緩發而被扣除的中子總數各先驅核產生的緩發中子總數先驅核數的變化率由上式得出單位時間內中子數的變化量宇和先驅核數的變化率(5)步驟(1)中的硼濃度的變化時硼濃度變化量A隨之變化， 弓I起反應性的變化量*變化，從而改變了反應堆模型中反應性p的
值，因此中子數"發生變化；步驟(2)中控制棒棒位改變時棒位變 化量^/隨之變化，引起反應性的變化量^變化，從而改變了反應堆 模型中反應性p的值，因此中子數w發生變化。假設在時刻/時中子數為"，那么在時刻/ + ^時，由反應堆模型 計算出的中子數為"'，"'="時核反應堆達臨界狀態；即當改變硼濃度和控制棒棒位時，單位時間內中子數的變化量^ = 0則核反應堆達臨界狀態。當反應堆達臨界狀態時，由于中子數"不變，即^ = 0，而緩發 中子份額"為常數，故緩發中子數-f n不變，又由于先驅核衰變常數義不變，故作為緩發中子的先驅核數c,不變，因此^ = 0。將單位時間內中子數的變化量豐帶入中子周期r的公式<formula>formula see original document page 14</formula>式中r——反應堆中子周期w -中子數單位時間內中子數的變化量^為零時核反應堆達臨界狀態，由f:可知核反應堆達臨界狀態時中子周期為無窮大。實施例2與實施例1的不同在于步驟(2)中的反應堆有3組控制棒，其 最高棒位為225歩，最低棒位為5步，疊步棒位與單棒的換算關系式 如下
<formula>formula see original document page 15</formula>式中/一疊歩棒位數 棒棒位數 K--2棒棒位數 W,—3棒棒位數 ■X—重疊步數從而由上式計算出1、 2、 3棒、疊步棒位/的數值，由疊步棒 位/的數值變化得出疊步棒位/的變化量c//。 實施例3與實施例1的不同在于步驟(2)中的反應堆有A、 B、 C、 D四 組控制棒，其最高棒位為220步，最低棒位為0步，疊步棒位與單棒的換算關系式如下<formula>formula see original document page 15</formula>式中/一疊步棒位數N1棒棒位數 N2—2棒棒位數 N3—3棒棒位數 N4一4棒棒位數
X—重疊步數從而由上式計算出1、 2、 3、 4棒、疊步棒位/的數值，由疊步棒 位/的數值變化得出疊步棒位/的變化量^ 。
權利要求
1.一種核反應堆達臨界狀態模擬方法，包括以下步驟(1)對反應堆進行硼化稀釋操作，得到硼化或稀釋引入的硼濃度c1、硼化或稀釋體積v、反應堆的水容積v0，將參數c1、v、v0代入硼化稀釋方程，得到反應堆的硼濃度c變化量dc；(2)由棒位控制模型的疊步棒位與單棒的換算關系式，計算得到疊步棒位l的變化量dl；(3)將步驟(1)中得到的硼濃度變化量dc和步驟(2)中得到的疊步棒位變化量dl代入反應性計算模型，得到反應性的變化量dρ；(4)設定中子數n、緩發中子份額β、衰變常數λ、平均代時間l、外加中子源強q、反應性ρ，反應性ρ是由反應堆模型初始設定的反應性ρ0與反應性計算模型得到的反應性變化量dρ相加構成的，即ρ＝ρ0+dρ；將上述所有設定的參數和反應性ρ帶入反應堆模型得到單位時間內中子數的變化量(5)步驟(1)中的硼濃度的變化時硼濃度變化量dc隨之變化，引起反應性的變化量dρ變化，從而改變了反應堆模型中反應性ρ的值，因此中子數n發生變化；步驟(2)中控制棒棒位改變時棒位變化量dl隨之變化，引起反應性的變化量dρ變化，從而改變了反應堆模型中反應性ρ的值，因此中子數n發生變化；當改變硼濃度和控制棒棒位而中子數n不發生變化，即單位時間內中子數的變化量<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mfrac> <mi>dn</mi> <mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="A2006101408800002C2.gif" wi="46" he="39" img-content="drawing" img-format="tif"/-->時，核反應堆達臨界狀態。
全文摘要
本發明屬于核反應堆領域，特別是一種核反應堆臨界狀態模擬方法，包括以下步驟(1)硼化稀釋模型得到硼濃度變化量；(2)棒位控制模型的疊步棒位與單棒換算式得到疊步棒位變化量；(3)硼濃度變化量和疊步棒位變化量代入反應性模型得到反應性變化量；(4)由反應堆模型得到中子數；(5)當改變硼濃度和控制棒棒位時中子數不變，則反應堆達臨界狀態。使用本發明的方法能夠動態直觀實時地表現出中子數與反應性的關系；由于采用基于計算機數值解法，對于反應性任何形式的變化，中子數均能被非常精確的計算出；所需資源少，只需一臺計算機即可實現；可以靈活地更改參數，以適應不同結構的反應堆的達臨界特性。
文檔編號G06F17/00GK101162455SQ200610140880
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月13日 優先權日2006年10月13日
發明者丁劍陽 申請人:核電秦山聯營有限公司