專利名稱:氙振動預(yù)測方法及氙振動預(yù)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對因在核反應(yīng)堆內(nèi)有時(shí)會產(chǎn)生的氙的空間分布的振動引起而在爐心中產(chǎn)生的輸出分布振動(以下稱為“氙振動)進(jìn)行預(yù)測的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在核反應(yīng)堆內(nèi)，作為核裂變反應(yīng)的結(jié)果而直接產(chǎn)生的氙、以及因作為核裂變反應(yīng)的結(jié)果而產(chǎn)生的碘的衰變所產(chǎn)生的氙具有強(qiáng)的中子吸收能力。因此，產(chǎn)生爐心中的輸出分布形狀周期性地變動的氙振動這一現(xiàn)象。在發(fā)生該現(xiàn)象時(shí)，核反應(yīng)堆內(nèi)的輸出分布的偏差變大，有時(shí)會導(dǎo)致構(gòu)成爐心的核燃料的最高線輸出密度的上升。為了避免核反應(yīng)堆內(nèi)的輸、出分布的偏差，在發(fā)生氙振動的情況下，需要抑制該現(xiàn)象。作為抑制氙振動的方法，例如專利文獻(xiàn)I公開了一種對氙振動利用特征性的橢圓狀軌跡的特性來抑制氙振動的方法。
專利文獻(xiàn)I :日本特許第3202430號公報(bào)，第0017 0022段、圖I
專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)可以得到對于現(xiàn)時(shí)點(diǎn)的氙振動的信息。但是，專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)不能預(yù)測氙振動的將來的狀態(tài)，這一點(diǎn)還有改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種氙振動預(yù)測方法及氙振動預(yù)測用計(jì)算機(jī)程序，所述氙振動預(yù)測方法實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)時(shí)點(diǎn)以后的氙振動的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測、及通過對時(shí)間進(jìn)行追溯而對直至任意的指定時(shí)間的氙振動的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測之中的至少一個。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的氙振動預(yù)測方法，其特征在于，包括將核反應(yīng)堆的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為ΑΟρ、將基于氣分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOx、將基于碘分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOi，通過使用了氙振動的角頻率的三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的關(guān)系式來描述參數(shù)DAOpx ( = AOp-AOx)及參數(shù)DAOix ( = AOi-AOx)的工序；求出相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的相位的工序；根據(jù)所述相位求出相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的所述關(guān)系式的系數(shù)的工序；以及基于通過將所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、將所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)而得到的軌跡信息，來預(yù)測所述初始值以后的氙振動的狀態(tài)的工序，其中，所述參數(shù)DAOpx和所述參數(shù)DAOix以使用所求出的所述相位及所述系數(shù)描述的所述關(guān)系式來表示。
通過使用了氙振動的角頻率的三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的關(guān)系式來描述參數(shù)DAOpx和參數(shù)DAOix,所述參數(shù)DAOpx用核反應(yīng)堆的輸出分布的軸方向輸出偏差A(yù)Op和基于氣分布的輸出分布的軸方向輸出偏差A(yù)Ox之差來表不,所述參數(shù)DAOix用基于碘分布的輸出分布的軸方向輸出分布偏差A(yù)Oi和核反應(yīng)堆的輸出分布的軸方向輸出偏差A(yù)Op之差來表不。然后，使用該關(guān)系式對氙振動進(jìn)行預(yù)測。由此，由于可以求出現(xiàn)時(shí)點(diǎn)以后的氙振動的軌跡，因而可以對現(xiàn)時(shí)點(diǎn)以后的氙振動進(jìn)行預(yù)測。
另外，本發(fā)明的氙振動預(yù)測方法基于上述發(fā)明的氙振動預(yù)測方法，還可以包括求出通過將所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、將所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)而得到的第一預(yù)測軌跡的工序，其中，所述參數(shù)DAOpx和所述參數(shù)DAOix以使用相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的相位及相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的所述關(guān)系式的系數(shù)描述的所述關(guān)系式來表示；將從X-Y坐標(biāo)的原點(diǎn)起沿X軸平行移動了與操作所述核反應(yīng)堆的控制棒時(shí)的所述控制棒的操作量相當(dāng)?shù)牧康淖鴺?biāo)設(shè)為執(zhí)行所述控制棒的復(fù)位操作的控制棒復(fù)位操作點(diǎn)的工序；求出將所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、將所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)并對時(shí)間進(jìn)行逆運(yùn)算而得到的第二預(yù)測軌跡的工序，其中，所述參數(shù)DAOpx和所述參數(shù)DAOix以使用以所述控制棒復(fù)位操作點(diǎn)作為初始值而得到的相位及系數(shù)描述的所述關(guān)系式來表示；將以使所述第二預(yù)測軌跡通過所述X-Y坐標(biāo)的原點(diǎn)的方式使所述第二預(yù)測軌跡與所述X軸平行地移動而得到的軌跡設(shè)為第三預(yù)測軌跡的工序；以及將所述X-Y坐標(biāo)上的所述第一預(yù)測軌跡和所述第三預(yù)測軌跡相交的坐標(biāo)作為操作所述控制棒的控制棒操作點(diǎn)的工序。
由此，在核反應(yīng)堆的控制棒的移動量有限制的情況下，在該限制范圍內(nèi)，將控制棒相對于爐心的插入量和拔出量設(shè)為同樣的大小，可以迅速且準(zhǔn)確地預(yù)測消除了氙振動的最短定時(shí)。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的氙振動預(yù)測用計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述氙振動預(yù)測方法。由此，可以利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的氙振動預(yù)測方法。
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)時(shí)點(diǎn)以后的氙振動的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測、或者通過對時(shí)間進(jìn)行追溯而對直至任意的指定時(shí)間的氙振動的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測之中的至少一個。


圖I是實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的氙振動控制方法的裝置的概念圖；
圖2是表示氙振動的周期的說明圖；
圖3是表示氙振動發(fā)生時(shí)的AO(軸向偏差)的說明圖；
圖4是表示本實(shí)施方式的氙振動預(yù)測方法的順序的流程圖；
圖5是表示對氙振動的消除進(jìn)行預(yù)測的方法之一例的說明圖；
圖6是表示對氙振動的消除進(jìn)行預(yù)測的方法之一例的說明圖；
圖7是表示對氙振動的消除進(jìn)行預(yù)測的方法之另一例的說明圖；
標(biāo)號說明
I :核反應(yīng)堆
2 :壓力容器
3 :爐心
4 :控制棒
5 :連接棒
6 :控制棒控制裝置
7 :上部爐外中子束檢測器
8 :下部爐外中子束檢測器
9:中子束計(jì)測裝置
10 :控制裝置
11 :顯示裝置
12 :輸入裝置具體實(shí)施方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。另外，本發(fā)明并不局限于用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式(以下稱為“實(shí)施方式”)。另外，在下述的實(shí)施方式中的構(gòu)成要素中，包括本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的技術(shù)、實(shí)質(zhì)上相同的技術(shù)、所謂的均等的范圍的技術(shù)。
在下述說明中，關(guān)于核反應(yīng)堆的高度方向(即核反應(yīng)堆的軸方向)的氙振動說明了適用本發(fā)明的例子，但是，關(guān)于核反應(yīng)堆的半徑方向的氙振動也可以適用本發(fā)明。在此，關(guān)于核反應(yīng)堆的半徑方向的氙振動，例如被公開于文獻(xiàn)《Yoichiro SHIMAZU andKenshiro TAKEDA，“Monitoring and Control of Radial Xenon Oscillation in PWRsby aThree-Radial-Offsets Concept，，，Journal of Nuclear Science andTechnology，Vol. 44，No. 2，pp.155-162，2007》。
本實(shí)施方式的特征在于，利用可用簡單的三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)表示氙振動的特征性的橢圓軌跡，將χ-γ坐標(biāo)上表示的表示氣振動的橢圓軌跡上的任一點(diǎn)作為初始值,對該初始值以后的軌跡進(jìn)行預(yù)測。
圖I是表示實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的氙振動控制方法的裝置的概念圖。核反應(yīng)堆I為壓水式核反應(yīng)堆(PWR Pressurized Water Reactor)。核反應(yīng)堆I在壓力容器2內(nèi)具備爐心
3。為了對爐心的核裂變反應(yīng)進(jìn)行控制，核反應(yīng)堆I具備多個控制棒4?？刂瓢?通過連接棒5與控制棒控制裝置6連接,通過控制棒控制裝置6插入爐心3,還從爐心3取出。在此，控制棒4與構(gòu)成爐心3的燃料棒平行地移動。控制棒4的移動方向及燃料棒的長度方向與核反應(yīng)堆I的軸(即爐心3的軸)AX平行。核反應(yīng)堆I具備上部爐外中子束檢測器7及下部爐外中子束檢測器8。在此，重力作用方向側(cè)為下，與重力作用方向相反的一側(cè)為上。
上部爐外中子束檢測器7及下部爐外中子束檢測器8分別產(chǎn)生與在爐心3的上半部分的輸出PT、在下半部分的輸出PB的值成比例的信號。該信號經(jīng)由中子束計(jì)測裝置9被輸入控制裝置10，該控制裝置10對氙振動進(jìn)行預(yù)測，并且控制氙振動。在控制裝置10上連接有顯示裝置11，以顯示氙振動的預(yù)測結(jié)果。另外，在控制裝置10上連接有輸入裝置12。通過輸入裝置12，將氙振動的預(yù)測所需要的信息及氙振動的控制所需要的信息輸入到控制裝置10。
氙振動是因?yàn)橛蔂t心3內(nèi)的中子束分布所決定的氙及其初級粒子即碘的平衡濃度分布、和實(shí)際的氙及碘的濃度分布不同而產(chǎn)生的。對氙振動進(jìn)行控制就等同于消除爐心3內(nèi)的中子束分布、氙分布及碘分布之間的矛盾。在壓水式核反應(yīng)堆內(nèi)，由于以軸AX方向的氣振動的控制為主，因此，下面說明核反應(yīng)堆I的軸AX方向的氣振動。
壓水式核反應(yīng)堆的軸方向輸出分布可通過軸方向輸出分布偏差(軸向偏差)AO =(爐心上半部分輸出-爐心下半部分輸出)/(爐心上半部分輸出+爐心下半部分輸出)來表示。因此，用于控制氙振動的控制可通過軸方向輸出分布偏差的控制而實(shí)現(xiàn)。在此，在將基于氣分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOx,將基于碘分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為A0i，將核反應(yīng)堆的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOp時(shí)，在AOx = AOi =AOp這一條件之下對氙振動進(jìn)行控制。
圖2是表示氣振動的周期的說明圖?，F(xiàn)在,設(shè)參數(shù)DAOix = AOi-AOx,參數(shù)DAOpx =ΑΟρ-ΑΟχ，在氙振動中，在X坐標(biāo)上畫出DAOpx、在Y坐標(biāo)上畫出DAOix時(shí),氙振動中(DAOpx，DAOix)的的軌跡L就成為圖2所示那樣的橢圓。該軌跡L具有下述的特征。[0042](I)在簡單的氙振動中，(DAOpx，DAOix)的軌跡L以第一象限和第三象限內(nèi)為主，成為以原點(diǎn)(0，0)為中心的扁平的橢圓。
(2) (DAOpx, DAOix)的軌跡L的移動方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向(圖2的箭頭R方向)，在氙振動的一個周期內(nèi)繞原點(diǎn)(0，0) —周。因此，在該橢圓上移動的速度是越遠(yuǎn)離橢圓的長軸越快。
(3)在氙振動具有發(fā)散性的情況下橢圓變大，在具有收斂性的情況下變小。
(4) (DAOpx, DAOix)的軌跡L的橢圓的長軸通過原點(diǎn)(O, O),并且存在于第一象限
和第三象限。
(5) (DAOpx, DAOix)的軌跡L的長軸的傾斜因核反應(yīng)堆I的運(yùn)行條件而多少有些 差異，為36°左右。
另外，在產(chǎn)生氙振動時(shí)，在使控制棒4任意移動而施加干擾的情況下，(DAOpx，DAOix)的軌跡L的行跡如下。
(6)在將控制棒4插入爐心3時(shí)，(DAOpx, DAOix)的軌跡L向X軸的負(fù)側(cè)移動。
(7)在從爐心3拔出控制棒4時(shí)，(DAOpx, DAOix)的軌跡L向X軸的正側(cè)移動。
(8)在停止控制棒4的移動時(shí)，其后的(DAOpx，DAOix)的軌跡L的移動方向向與成為基本的橢圓相同的方向移動。即，若位于橢圓的長軸的上方，則向左下移動，若位于其下方，則向右上移動。
在本實(shí)施方式中，利用上述的特性對氙振動進(jìn)行控制。具體而言，在不產(chǎn)生氙振動的狀態(tài)下，DAOpx = DAOix = 0，即，(DAOpx, DAOix)的軌跡L位于原點(diǎn)(0,0)。對X-Y坐標(biāo)上的(DA0pX，DA0iX)的軌跡L進(jìn)行監(jiān)視，若從原點(diǎn)的偏離變大，則對操作棒4進(jìn)行控制以將(DAOpx,DAOix)的軌跡L導(dǎo)向原點(diǎn)。其方向及量可觀察X-Y坐標(biāo)上的(DAOpx，DAOix)的軌跡L而確定。具體如下所述。
若現(xiàn)時(shí)點(diǎn)的(DAOpx，DAOix)的軌跡L位于X-Y坐標(biāo)的原點(diǎn)(0，0)的右邊，且位于長軸之下，則將控制棒4插入爐心3，使(DA0px，DA0ix)的軌跡L向左移動。此時(shí)，可以通過在長軸的上側(cè)停止還是在長軸的下側(cè)停止，來判斷其后的(DAOpx，DAOix)的移動方向。控制棒4的移動定時(shí)及移動量可以觀察(DAOpx，DAOix)的軌跡L而容易地進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以將(DAOpx, DAOix)的軌跡L導(dǎo)向原點(diǎn)(0，0)，將氙振動控制在允許范圍內(nèi)。
在本實(shí)施方式中，上述的(DAOpx，DAOix)的軌跡L所具有的特征可使用三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)解析地表現(xiàn)，利用這一點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)時(shí)點(diǎn)的(DAOpx，DAOix)的軌跡L，對將來的(DAOpx, DAOix)的軌跡 L 進(jìn)行預(yù)測。在設(shè) DAOpx = X(t)、DAOix = Y(t)時(shí)，X(t)可用式
(I)表示，Y(t)可用式⑵表示。這樣，(DAOpx,DAOix)的軌跡L可通過使用了三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的關(guān)系式解析地表示。在此，t為時(shí)間。ω、cpp、r = b/a、λ可根據(jù)表示核反應(yīng)堆I的核的特性的參數(shù)計(jì)算出。另外，這些參數(shù)也可以根據(jù)運(yùn)行中的核反應(yīng)堆I的氙振動發(fā)生時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)來確定。
圖3是表示氙振動發(fā)生時(shí)的AO(軸向偏差)的說明圖。上述的ω為角頻率，設(shè)氙振動的一個周期為T時(shí)，TX ω = 2Χ 。S卩，角頻率ω在設(shè)氙振動的一個周期(約30多個小時(shí))為T時(shí)，可以通過(2Χ 3 )/Τ求出。
式I
X (t) = aX cos (ω X t_ Φ ρ) X exp [ λ X t]....................................... (I)[0057]式2
Y (t) = b X sin (ω X t) X exp [ λ X t] .......................................... (2)
圖4是表示本實(shí)施方式的氙振動預(yù)測方法的順序的流程圖。在氙振動發(fā)生的情況下，由于(DA0pX、DA0iX)的軌跡L通常用式(I)、式(2)表示，因此，通過給予任意的初始值S (X，Y)，可以計(jì)算此后的軌跡L而對氙振動進(jìn)行預(yù)測。在本實(shí)施方式的氙振動預(yù)測方法中，首先計(jì)算初始值的相位(步驟S101)。設(shè)φ0為初始相位、設(shè)t0為初始相位的時(shí)刻時(shí)，式(I)變?yōu)槭舰?，式⑵變?yōu)槭?4)。在此，X、Y為圖2的X-Y平面上的軌跡L上的坐標(biāo)。
式3
權(quán)利要求
1.一種氙振動預(yù)測方法，其特征在于，包括 將核反應(yīng)堆的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOp、將基于氣分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOx、將基于碘分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOi,通過使用了氣振動的角頻率的三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的關(guān)系式來描述參數(shù)DAOpx( = AOp-AOx)及參數(shù)DAOix ( = AOi-AOx)的工序； 求出相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的相位的工序； 根據(jù)所述相位求出相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的所述關(guān)系式的系數(shù)的工序；以及 基于通過將所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、將所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)而得到的軌跡的信息，來預(yù)測所述初始值以后的氙振動的狀態(tài)的工序，其中，所述參數(shù)DAOpx和所述參數(shù)DAOix以使用所求出的所述相位及所述系數(shù)描述的所述關(guān)系式來表示。
2.如權(quán)利要求
I所述的氙振動預(yù)測方法，其特征在于，包括 求出通過將所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、將所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)而得到的X預(yù)測軌跡的工序，其中，所述參數(shù)DAOpx和所述參數(shù)DAOiX以使用相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的相位及相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的所述關(guān)系式的系數(shù)描述的所述關(guān)系式來表示； 將從X-Y坐標(biāo)的原點(diǎn)起沿X軸平行移動了與操作所述核反應(yīng)堆的控制棒時(shí)的所述控制棒的操作量相當(dāng)?shù)牧康淖鴺?biāo)設(shè)為執(zhí)行所述控制棒的復(fù)位操作的控制棒復(fù)位操作點(diǎn)的工序; 求出將所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、將所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)并對時(shí)間進(jìn)行逆運(yùn)算而得到的Y預(yù)測軌跡的工序，其中，所述參數(shù)DAOpx和所述參數(shù)DAOix以使用將所述控制棒復(fù)位操作點(diǎn)作為初始值而得到的相位及系數(shù)描述的所述關(guān)系式來表示； 將以使所述Y預(yù)測軌跡通過所述X-Y坐標(biāo)的原點(diǎn)的方式使所述Y預(yù)測軌跡與所述X軸平行地移動而得到的軌跡設(shè)為第三預(yù)測軌跡的工序；以及 將所述X-Y坐標(biāo)上的所述X預(yù)測軌跡和所述第三預(yù)測軌跡相交的坐標(biāo)作為操作所述控制棒的控制棒操作點(diǎn)的工序。
3.一種氙振動預(yù)測裝置，其特征在于，包括 將核反應(yīng)堆的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOp、將基于氣分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOx、將基于碘分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOi,通過使用了氣振動的角頻率的三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的關(guān)系式來描述參數(shù)DA0px( = AOp-AOx)及參數(shù)DAOix ( = AOi-AOx)的單兀； 求出相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的相位的單元； 根據(jù)所述相位求出相對于所述參數(shù)DAOpx、所述參數(shù)DAOix的初始值的所述關(guān)系式的系數(shù)的單元；以及 基于通過將所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、將所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)而得到的軌跡的信息，來預(yù)測所述初始值以后的氙振動的狀態(tài)的單元，其中，所述參數(shù)DAOpx和所述參數(shù)DAOix以使用所求出的所述相位及所述系數(shù)描述的所述關(guān)系式來表示。
專利摘要
對現(xiàn)時(shí)點(diǎn)以后的氙振動進(jìn)行預(yù)測。為此，將核反應(yīng)堆的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOp、將基于氙分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOx、將基于碘分布的輸出分布的軸方向輸出偏差設(shè)為AOi，通過使用了氙振動的角頻率的三角函數(shù)的關(guān)系式來描述參數(shù)DAOpx(＝AOp-AOx)及參數(shù)DAOix(＝AOi-AOx)。然后，求出相對于所述參數(shù)DAOpx、DAOix的初始值的相位(步驟S101)。接著，將使用所求出的相位及根據(jù)該相位求出的所述關(guān)系式的系數(shù)來表示的所述參數(shù)DAOpx設(shè)為X坐標(biāo)、所述參數(shù)DAOix設(shè)為Y坐標(biāo)。使用由此得到的軌跡來預(yù)測現(xiàn)時(shí)點(diǎn)以后的軌跡(步驟S102)，預(yù)測消除氙振動的定時(shí)(步驟S103)。
文檔編號G21C17/00GKCN101681686SQ200880015537
公開日2012年10月10日 申請日期2008年4月30日
發(fā)明者島津洋一郎 申請人:三菱重工業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan非專利引用 (1),