專利名稱：核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種核反應(yīng)堆模擬方法，特別是一種核反應(yīng)堆達(dá)臨界 狀態(tài)模擬方法。
背景技術(shù)：
核反應(yīng)堆達(dá)到臨界，即將反應(yīng)堆的中子數(shù)穩(wěn)定在某一個(gè)值不變 化，可以使核反應(yīng)過程受控，這樣可以利用這種穩(wěn)定的核反應(yīng)所釋放 出的能量來發(fā)電。
使核反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)是任何一座核反應(yīng)堆操作人員所必需
掌握的技能，現(xiàn)有的核反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)是通過大型模擬機(jī)模擬操
作實(shí)現(xiàn)的。使用大型模擬機(jī)模擬核反應(yīng)堆達(dá)到臨界狀態(tài)存在許多缺
點(diǎn)對人力物力要求高，需專人配合；需要日常維護(hù)；缺乏靈活性，
不能隨時(shí)更改參數(shù)用于理論研究；大型模擬機(jī)地點(diǎn)固定、數(shù)量有限且
模擬周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)模擬方法。 -一種核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)模擬方法，包括以下步驟 (1)對反應(yīng)堆進(jìn)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(yīng)堆的水容積v。，將參數(shù)c,、 v、 v。代入
硼化稀釋方程，得到反應(yīng)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(guān)系式，計(jì)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(yīng)性計(jì)算模型，得出反應(yīng)性的變化量咖；
(4) 設(shè)定中子數(shù)"、緩發(fā)中子份額^、衰變常數(shù)A、平均代時(shí)間 /、外加中子源強(qiáng)《、反應(yīng)性p，反應(yīng)性p是由反應(yīng)堆模型初始設(shè)定的 反應(yīng)性A與反應(yīng)性計(jì)算模型得到的反應(yīng)性變化量*相加構(gòu)成的，即 p = Pq + * ;將上述所有設(shè)定的參數(shù)和反應(yīng)性p帶入反應(yīng)堆模型得到 單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)的變化量^;
(5) 步驟(1)中的硼濃度的變化時(shí)硼濃度變化量&隨之變化， 引起反應(yīng)性的變化量^變化，從而改變了反應(yīng)堆模型中反應(yīng)性p的 值，因此中子數(shù)"發(fā)生變化；步驟(2)中控制棒棒位改變時(shí)棒位變 化量^隨之變化，引起反應(yīng)性的變化量^p變化，從而改變了反應(yīng)堆 模型中反應(yīng)性p的值，因此中子數(shù)w發(fā)生變化；當(dāng)改變硼濃度和控制 棒棒位而中子數(shù)w不發(fā)生變化，即單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)的變化量^ = 0
時(shí)，核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)。
使用本發(fā)明的方法能夠動(dòng)態(tài)直觀實(shí)時(shí)地表現(xiàn)出中子數(shù)與反應(yīng)性 的關(guān)系；由于采用基于計(jì)算機(jī)的數(shù)值解法，對于反應(yīng)性任何形式的變 化，中子數(shù)均能被非常精確的計(jì)算出；所需資源少，只需一臺(tái)計(jì)算機(jī) 即可實(shí)現(xiàn)；可以靈活地更改參數(shù)，以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)堆的達(dá)臨界 特性。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
(1 )對反應(yīng)堆進(jìn)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(yīng)堆的水容積v。，將參數(shù)c,、 v、 v。代入 硼化稀釋方程，硼化稀釋方程如下
式中
c——反應(yīng)堆的硼濃度
&——由硼化或稀釋引入的硼濃度，當(dāng)為硼化狀態(tài)時(shí)，&
的值為7X10—3，當(dāng)為稀釋狀態(tài)時(shí)為O
v —一反應(yīng)堆的水容積，該值與反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)有關(guān)，對同 一反應(yīng)堆來講，在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)該值近似不變
V——硼化或稀釋體積，該值取決于反應(yīng)堆現(xiàn)有硼濃度 和其與所要達(dá)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(shí)間性經(jīng)濟(jì)性，理論 值可以在零至無窮大
由上式得到反應(yīng)堆的硼濃度c及反應(yīng)堆的硼濃度的變化量cfc，當(dāng) 反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)時(shí)硼化稀釋操作停止。
(2)進(jìn)行控制棒位的提升或下降，當(dāng)進(jìn)行提棒控制時(shí)，增加了
疊步棒位數(shù)/的值；插棒控制時(shí)，減少了疊步棒位數(shù)/的值；反應(yīng)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(guān)系式如下<formula>formula see original document page 11</formula>式中
/一疊步棒位數(shù) W,—1棒棒位數(shù) W2—2棒棒位數(shù) W3 —3棒棒位數(shù) 一4棒棒位數(shù) jc 一重疊步數(shù)
從而由上式計(jì)算出1、 2、 3、 4棒、疊歩棒位/的數(shù)值，由疊步 棒位/的數(shù)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(yīng)性計(jì)算模型；由于達(dá)臨界過程中，反應(yīng)堆內(nèi) 冷卻劑溫度變化量微小，因此在考慮對反應(yīng)性影響因素時(shí)，忽略了因 冷卻劑溫度變化對反應(yīng)性的影響，考慮了棒位與硼濃度變化時(shí)對反應(yīng) 性的影響；反應(yīng)性計(jì)算模型如下式
式中
& 一反應(yīng)性的變化量
& 一硼濃度變化量影響反應(yīng)性變化量的比例系數(shù) a2 —棒位變化量影響反應(yīng)性變化量的比例系數(shù) & 一反應(yīng)堆的硼濃度變化量
W —-棒位變化量
由—i:式得出反應(yīng)性的變化量^ 。
將棒位與硼濃度對反應(yīng)性的影響線性化，即上式中A、 *2系數(shù)為 常數(shù)，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(shù)值，而且對于不同的反應(yīng)堆類型或同一反應(yīng)堆不同時(shí)期 &、 ^的值不同，&、 *2的值取決于反應(yīng)堆硼濃度、反應(yīng)堆冷卻劑溫 度、反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)、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(shù)、、^進(jìn)行非線性化處理。
(4)設(shè)定中子數(shù)n、緩發(fā)中子份額p、衰變常數(shù)/l、平均代時(shí) 間/、外加中子源強(qiáng)9、反應(yīng)性^，反應(yīng)性p是由反應(yīng)堆模型初始設(shè)定 的反應(yīng)性A與反應(yīng)性計(jì)算模型得到的反應(yīng)性變化量^相加構(gòu)成的，
即p = pQ+"p，其中A在一次模擬過程中作為初始設(shè)定是常數(shù)，對 于不同次的模擬過程p()為不同的常數(shù)；將上述所有設(shè)定的參數(shù)和反應(yīng) 性,帶入反應(yīng)堆模型，反應(yīng)堆模型是按照點(diǎn)堆動(dòng)力學(xué)方程建立的，反
應(yīng)堆模型如下式:
<formula>formula see original document page 12</formula>
式中:
中子數(shù)
由于核反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生多種先驅(qū)核類型，各先驅(qū)核類 型的衰變時(shí)間不同，存在6種主要類型的先驅(qū) 核，故/ = 1,2,.--6
義 《4 -/--/7/緩發(fā)中子份額y9是由先驅(qū)核衰變產(chǎn)生的中子 數(shù)，由于存在6種主要類型的先驅(qū)核，故有p, 緩發(fā)中子份額，緩發(fā)中子份額是由先驅(qū)核衰變—、、Z生的中子數(shù)占核反應(yīng)產(chǎn)生所有的中子數(shù)的比例， 一般為0.0065， A衰變常數(shù)，其范圍為0.01 10每秒 平均代時(shí)間，其范圍為0.0849秒 外加中子源強(qiáng)，取決于反應(yīng)堆類型，無確定值; 有的反應(yīng)堆無外加中子源強(qiáng)，即取《=0-反應(yīng)性先驅(qū)核數(shù)，它取決于反應(yīng)堆的功率，理論值可以 在零至無窮大，，因?qū)嶋H反應(yīng)堆功率有限，先驅(qū) 核數(shù)c,不可能無窮大 單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)的變化量 所有中子均為快中子時(shí)產(chǎn)生的中子數(shù) 因緩發(fā)而被扣除的中子總數(shù)各先驅(qū)核產(chǎn)生的緩發(fā)中子總數(shù)先驅(qū)核數(shù)的變化率由上式得出單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)的變化量宇和先驅(qū)核數(shù)的變化率(5)步驟(1)中的硼濃度的變化時(shí)硼濃度變化量A隨之變化， 弓I起反應(yīng)性的變化量*變化，從而改變了反應(yīng)堆模型中反應(yīng)性p的
值，因此中子數(shù)"發(fā)生變化；步驟(2)中控制棒棒位改變時(shí)棒位變 化量^/隨之變化，引起反應(yīng)性的變化量^變化，從而改變了反應(yīng)堆 模型中反應(yīng)性p的值，因此中子數(shù)w發(fā)生變化。假設(shè)在時(shí)刻/時(shí)中子數(shù)為"，那么在時(shí)刻/ + ^時(shí)，由反應(yīng)堆模型 計(jì)算出的中子數(shù)為"'，"'="時(shí)核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)；即當(dāng)改變硼濃度和控制棒棒位時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)的變化量^ = 0則核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)。當(dāng)反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)時(shí)，由于中子數(shù)"不變，即^ = 0，而緩發(fā) 中子份額"為常數(shù)，故緩發(fā)中子數(shù)-f n不變，又由于先驅(qū)核衰變常數(shù)義不變，故作為緩發(fā)中子的先驅(qū)核數(shù)c,不變，因此^ = 0。將單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)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(yīng)堆中子周期w -中子數(shù)單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)的變化量^為零時(shí)核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)，由f:可知核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)時(shí)中子周期為無窮大。實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同在于步驟(2)中的反應(yīng)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(guān)系式 如下
<formula>formula see original document page 15</formula>式中/一疊歩棒位數(shù) 棒棒位數(shù) K--2棒棒位數(shù) W,—3棒棒位數(shù) ■X—重疊步數(shù)從而由上式計(jì)算出1、 2、 3棒、疊步棒位/的數(shù)值，由疊步棒 位/的數(shù)值變化得出疊步棒位/的變化量c//。 實(shí)施例3與實(shí)施例1的不同在于步驟(2)中的反應(yīng)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(guān)系式如下<formula>formula see original document page 15</formula>式中/一疊步棒位數(shù)N1棒棒位數(shù) N2—2棒棒位數(shù) N3—3棒棒位數(shù) N4一4棒棒位數(shù)
X—重疊步數(shù)從而由上式計(jì)算出1、 2、 3、 4棒、疊步棒位/的數(shù)值，由疊步棒 位/的數(shù)值變化得出疊步棒位/的變化量^ 。
權(quán)利要求
1.一種核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)模擬方法，包括以下步驟(1)對反應(yīng)堆進(jìn)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(yīng)堆的水容積v0，將參數(shù)c1、v、v0代入硼化稀釋方程，得到反應(yīng)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(guān)系式，計(jì)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(yīng)性計(jì)算模型，得到反應(yīng)性的變化量dρ；(4)設(shè)定中子數(shù)n、緩發(fā)中子份額β、衰變常數(shù)λ、平均代時(shí)間l、外加中子源強(qiáng)q、反應(yīng)性ρ，反應(yīng)性ρ是由反應(yīng)堆模型初始設(shè)定的反應(yīng)性ρ0與反應(yīng)性計(jì)算模型得到的反應(yīng)性變化量dρ相加構(gòu)成的，即ρ＝ρ0+dρ；將上述所有設(shè)定的參數(shù)和反應(yīng)性ρ帶入反應(yīng)堆模型得到單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)的變化量(5)步驟(1)中的硼濃度的變化時(shí)硼濃度變化量dc隨之變化，引起反應(yīng)性的變化量dρ變化，從而改變了反應(yīng)堆模型中反應(yīng)性ρ的值，因此中子數(shù)n發(fā)生變化；步驟(2)中控制棒棒位改變時(shí)棒位變化量dl隨之變化，引起反應(yīng)性的變化量dρ變化，從而改變了反應(yīng)堆模型中反應(yīng)性ρ的值，因此中子數(shù)n發(fā)生變化；當(dāng)改變硼濃度和控制棒棒位而中子數(shù)n不發(fā)生變化，即單位時(shí)間內(nèi)中子數(shù)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(shí)，核反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆領(lǐng)域，特別是一種核反應(yīng)堆臨界狀態(tài)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(yīng)性模型得到反應(yīng)性變化量；(4)由反應(yīng)堆模型得到中子數(shù)；(5)當(dāng)改變硼濃度和控制棒棒位時(shí)中子數(shù)不變，則反應(yīng)堆達(dá)臨界狀態(tài)。使用本發(fā)明的方法能夠動(dòng)態(tài)直觀實(shí)時(shí)地表現(xiàn)出中子數(shù)與反應(yīng)性的關(guān)系；由于采用基于計(jì)算機(jī)數(shù)值解法，對于反應(yīng)性任何形式的變化，中子數(shù)均能被非常精確的計(jì)算出；所需資源少，只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn)；可以靈活地更改參數(shù)，以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)堆的達(dá)臨界特性。
文檔編號(hào)G06F17/00GK101162455SQ200610140880
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者丁劍陽 申請人:核電秦山聯(lián)營有限公司