[发明专利]校准核反应堆中的芯外探测器的方法

说明书

技术领域

本公开构思整体上涉及核反应堆，更具体地，涉及校准位于核反应堆例如压水反应堆（PWR）中的芯外功率范围探测器的方法。

背景技术

现代商业核电反应堆的堆芯由安装在直立反应堆容器内的多个细长燃料组件形成。加压的冷却剂循环通过燃料组件以吸收由容纳在组件中的裂变燃料中的核反应所产生的热量。通过堆芯的功率分布受多个因素影响，例如控制棒插入燃料组件内的程度。准确地确定功率分布对于确保不会超出反应堆操作极限而言是很重要的。

作为示例，已经被开发用于确定压水反应堆（PWR）中的功率分布的一个系统是用于堆芯操作-核的最佳估计分析（BEACON^TM）系统。除了其他益处，由西屋电气有限责任公司（在宾夕法尼亚州的门罗维尔市有营业地址）授权可得的BEACON提供了使用目前可得的仪器在现有PWR中连续监测堆芯的能力。BEACON使用出口热电偶、芯外功率范围探测器和活动芯内探测器的组合、或固定芯内探测器系统，结合基准三维功率分布来确定测量的堆芯功率分布。由BEACON执行的功能包括堆芯监测、堆芯分析、反应平衡、以及芯内探测器信号处理和分析，包括预测功能例如在线停机余裕评估、估计临界条件计算、负载调整模拟和芯外探测器校准。

芯外探测器常规上已经使用多点或单点校准技术进行校准，该技术基于对来自先前周期或当前周期的操作信息的分析。如将讨论的，这两种技术都有自己特有的一组局限性。

多点校准通常涉及使活动探测器（即，芯内探测器）穿过位于燃料组件中的一些中的仪器套管运行以产生数据。该数据的采集在堆芯中的故意诱导轴向功率振荡期间的多个频点处发生。数据随后被处理以产生堆芯功率分布的多个映射，每个映射被称为通量图。连同芯外探测器的响应和来自通量图结果的轴向信息一起，导出系数以校准芯外探测器。除了其它缺点，多点校准是费时费力且成本密集的。具体地，为了完成数据的采集，设施被迫花费时间在低功率水平下、在堆芯中引入氙振荡、或这两者。这非期望地需要另外的工厂人员和损失的发电。作为示例，在减少功率下的初始启动期间获得三个点的数据需要大约16小时，而让堆芯实现平衡需要大约24小时。此外，一些设施具有在升高功率之前将所有数据减少且通过仪表输入到芯外探测器内的另外的需求，这可能占用数天的时间。另外，尽管活动芯内通量图提供了准确的堆芯功率分布，但是它们相对较少地执行（例如，在启动期间、以及在反应堆操作期间大约每月一次的时间间隔）。这是由于如果探测器在反应堆的正常操作期间在持续工作基础上被采用，则放射性排放物和芯内探测器的热暴露将导致过早故障。由于担心芯内传感器卡在堆芯中，因此还期望的是减少芯内探测器必须通过仪器套管插入的频率。

在没有BEACON的情况下，工厂许可需求典型地要求功率分布测量以不超过31天的频率进行。当BEACON在工厂被许可时，BEACON替代活动通量图而产生测量功率分布。因此，BEACON有利地使工厂能够将获得另一活动通量图的时间推迟长达6个月。

鉴于与多点校准相关联的上述缺点，期望的是执行单点校准。单点校准通常涉及到通过使用预测中子学解决方案模型获得的模拟振荡代替将在堆芯中产生的实际功率振荡。这种技术的问题在于预测模型在某些情况下可能无法准确地代表物理堆芯。例如，测量功率分布和预测功率分布可能不匹配。多种因素能够导致这种不准确性。例如，能够导致预测模型不准确的若干因素为燃料在堆芯中的不对称装载、组件的实际反应性与模拟反应性之间的不匹配、或者由于堆芯的操作历史与模拟历史之间的差异而导致的组件燃耗的不匹配、以及在中子学解决方案方法中的限制。即，堆芯被分成大致相等的部段（例如但不限于，四分部段或六分部段），其中，堆芯的与其他四分部段或六分部段表现不同的任意四分部段或六分部段导致堆芯的不对称性。

因此，已知单点技术中存在的问题是它们典型地依赖于下述假设。一种假设是反应堆堆芯已经如前所述地对称加载。另一种假设是核电厂一直以全功率持续地操作。尽管有时在其他非核（例如燃煤；基于化石燃料）电厂的输出通常能够增大或减小（若必要）地获得以适应功耗的较短期变化的地方（例如在美国）情况确实如此，但是其他核电厂在世界其他地区不同地进行操作。例如，在大多数发电来自于核电厂的法国，必要的是当功率需求要求或电网频率需要时增大和减小核电厂的输出。在预测模型的假设操作与实际堆芯的作为操作历史之间的差异能够引致预测模型的不准确性。