CN114446501B - 堆外探测器校刻方法、计算机设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种堆外探测器校刻方法，包括：S1：通过模拟中子从堆内输运到堆外探测器的过程，获得堆内各位置的探测器响应因子；S2：模拟构造理论氙振荡过程，获得所述氙振荡过程中堆内各位置的裂变中子产生率；S3：根据所述探测器响应因子和裂变中子产生率，得到所述氙振荡过程中各所述堆外探测器的响应电流分布；S4：使用所述电流分布计算得到校刻系数。本发明取消现场氙振荡试验实施的同时，仍能提供一套完整的具有足够精度的校刻系数，减少了对堆芯的扰动，降低了反应堆的操控难度(尤其是在寿期末)，因此也减少了运行人员的压力。

Description

堆外探测器校刻方法、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种堆外探测器校刻方法、计算机设备及存储介质。

背景技术

在核电领域中，燃料组件是核心部件，也是放射性物质最集中的部件。燃料组件通常是设置在密闭的压力容器中，组成堆芯。为了监测堆芯的工作状态，通常都会配置堆外核辐射检测系统，从而可以对堆芯的运行过程进行监测。其中，主要是由设置在堆芯外的功率量程探测器来监测(核功率、ΔI、TILT、LOCA裕度)与保护(OPDT、OTDT等)。

为确认堆外探测器功能的正常实现，需要在堆芯运行过程中定期更新其校刻系数，使其测得的ΔI、轴向功率分布以及堆芯功率与实际值的偏差在合理范围内。

传统上，通过氙振荡试验进行功率量程探测器的校刻。在该氙振荡试验中，通过人为引入氙振荡使堆芯轴向功率发生变化，进行部分通量图测量获得氙振荡过程中的堆内轴向功率分布及功率量程探测器的电流值，进而确定探测器校刻系数以及进行轴向功率分布监测所需要的传输矩阵和敏感性矩阵。

然而，采用该试验方法，至少存在以下缺陷和问题：

(1)在试验中，需要通过调节R棒引入ΔI变化幅度6～8％FP(满功率)的氙振荡，会影响机组后续稳定运行，需持续关注运行值，并干预使堆芯ΔI恢复稳定。如干预不及时，致使ΔI振荡发散，有触发堆芯保护信号的风险。尤其是在寿期末，ΔI控制难度更大，风险更高。

(2)试验中频繁使用堆内监测系统，增加探头卡涩的风险以及加速探测器的老化，增加了堆内探测器系统的运行维护成本。

(3)试验历时约8-10h，需要现场人员以及后备支持人员的连续作业，易产生人因风险。

(4)试验过程中需要进行硼化稀释操作，增加了放射性废液的产生。

(5)在换料后启动各功率平台执行该试验，会占用机组升功率关键路径，造成发电损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种无需现场氙振荡试验的堆外探测器校刻方法、计算机设备及存储介质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种堆外探测器校刻方法，包括以下步骤：

S1：通过模拟中子从堆内输运到堆外探测器的过程，获得堆内各位置的探测器响应因子；

S2：模拟构造理论氙振荡过程，获得所述氙振荡过程中的堆内各位置的裂变中子产生率；

S3：根据所述探测器响应因子和裂变中子产生率，得到所述氙振荡过程中各所述堆外探测器的响应电流分布；

S4：使用所述电流分布计算得到校刻系数。

优选的，在所述步骤S1中；通过蒙特卡罗程序模拟中子从堆内输运到堆外探测器上的过程。

优选的，在所述步骤S1中，堆芯内(x，y，z)位置处的中子在探测器i上的响应为：

R_i(x,y,z)＝W_i(x,y,z)νΣ_fΦ(x,y,z) 式子(1)

其中，W_i(x,y,z)为所述(x，y，z)位置在探测器i上的响应因子，Φ(x,y,z)是(x，y，z)位置的中子注量率，Σ_f是裂变截面，ν是每次裂变产生的平均中子数。

优选的，在所述步骤S2中，通过堆芯核设计程序模拟构造所述理论氙振荡过程，获得所述堆芯内各位置处的每次裂变产生的平均中子数、裂变截面和中子注量率，三者相乘直接计算得到所述裂变中子产生率，为所述式(1)中的νΣ_fΦ(x,y,z)。

优选的，在所述步骤S3中，将所述裂变中子产生率结合所述式子(1)，得到堆外探测器的响应分布R_i,n，其中，i指的是探测器在轴向上的序号，i的取值范围是1～6；n指的是氙振荡过程中的状态点序号，n的取值范围是1～8；

所述堆外探测器的响应分布R_i,n即为所述电流分布I_i，n。

优选的，在所述步骤S2中，还获得堆内轴向功率分布P_i，n以及轴向功率偏移AO_in，n，其中i＝1～6，n＝1～8。

优选的，根据所述轴向功率分布P_i，n以及所述电流分布I_i，n得到传输矩阵[T]。

优选的，所述传输矩阵[T]通过求解的最小值得到，其中X_i,l通过下式计算得到：

[X]＝[T]^-1[COR]^-1[P]

式子中，[T]是6*6的中子输运矩阵，[COR]是6*6控制棒棒位修正矩阵，[P]是8*6的堆芯轴向功率分布矩阵。

优选的，该方法还包括：

进行一次全堆芯通量图实验，获得所述探测器的实测电流分布I_i、实测轴向功率分布P_i；

根据所述实测电流分布I_i、实测轴向功率分布P_i以及传输矩阵[T]，计算得到灵敏度矩阵[S]：计算公式如下：

[P]＝[COR][T][S][I]

其中，[P]是1×6的堆内实测轴向功率分布矩阵，[COR]是6×6的控制棒棒位修正矩阵，[I]是1×6的堆外实测探测器电流分布矩阵。

优选的，在进行一次全堆芯通量图实验时，还获得实测堆芯功率Pr、实测探测器上部电流I_U、下部电流I_L；

该方法还包括：根据K×Pr＝I_U+I_L求解得到系数K。

优选的，在所述步骤S3中，将所述裂变中子产生率结合所述式子(1)，还得到上部电流I_U，n和下部电流I_L，n；

根据所述轴向功率偏移AO_in，n和所述上部电流I_U，n和下部电流I_L，n，根据公式：

和AO_ex,n＝b×AO_in,n+a

进行最小二乘拟合得到系数b。

优选的，在进行一次全堆芯通量图实验时，还获得实测堆内轴向功率偏移AO_in以及实测堆外轴向功率偏移AO_ex；

所述方法还包括：根据所述实测堆内轴向功率偏移AO_in、所述实测堆外轴向功率偏移AO_ex和所述系数b，计算得到系数a。

优选的，根据所述系数a、系数b和系数K以及下述公式，计算得到校刻系数K_U、K_L和α。

本发明还提供一种计算机设备，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中所述处理器用于运行所述计算机程序时，实现上述任一项所述的堆外探测器校刻方法。

本发明还提供一种计算机存储介质，存储有可执行程序，所述可执行程序被处理器执行时，实现上述任一项所述的堆外探测器校刻方法。

实施本发明具有以下有益效果：本发明取消现场氙振荡试验实施的同时，仍能提供一套完整的具有足够精度的校刻系数，减少了对堆芯的扰动，降低了反应堆的操控难度(尤其是在寿期末)，因此也减少了运行人员的压力。

进一步的，缩短了堆外探测器校刻试验的工期，减少了反应堆工程师连续长时间作业的情况，降低出现人因失误的情况；减少了堆内探测器探头频繁进入仪表管的情况，从而减少了探头卡涩的风险以及探测器本身的老化，降低了系统的维护成本；减少了试验过程中的硼化稀释操作，因此减少了放射性废液的产生；在换料后各功率平台需要进行堆外探测器校刻试验的情况下，可以降低升功率所需时间，从而增加机组发电。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明本发明的堆外探测器校刻方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1所示，在本发明的堆外探测器校刻方法的一个实施例中，包括以下步骤：

S1：通过模拟中子从堆内输运到堆外探测器的过程，获得堆内各位置的探测器响应因子。

在本实施例中，通过蒙特卡罗程序模拟中子从堆内输运到堆外探测器上的过程，计算得到堆芯内各个位置的探测器响应因子。

例如，堆芯内(x，y，z)位置处的中子在探测器i上的响应为：

R_i(x,y,z)＝W_i(x,y,z)νΣ_fΦ(x,y,z)式子(1)

其中，W_i(x,y,z)即是(x，y，z)位置在探测器i上的响应因子，Φ(x,y,z)是(x，y，z)位置的中子注量率，Σ_f是裂变截面，ν是每次裂变产生的平均中子数。

S2：模拟构造理论氙振荡过程，获得氙振荡过程中堆内各位置的裂变中子产生率。

在本实施例中，通过堆芯核设计程序模拟构造理论氙振荡过程，获得堆芯内各位置处的每次裂变产生的平均中子数、裂变截面和中子注量率，三者相乘直接计算得到裂变中子产生率，即式(1)中的νΣ_fΦ(x,y,z)。

进一步的，通过堆芯核设计程序模拟构造理论氙振荡过程，还可以获得轴向功率分布P_i，n以及轴向功率偏移AO_in，n，其中i＝1～6，n＝1～8。

其中，i指的是探测器在轴向上的序号，由于探测器轴向上共有6段，因此i的取值范围是1～6；n指的是氙振荡过程中的状态点序号，在堆外探测器校刻方法中，需要选取8个状态点，因此n的取值范围是1～8。

S3：根据探测器响应因子和裂变中子产生率，得到氙振荡过程中各堆外探测器的响应电流分布。

在本实施例中，将裂变中子产生率结合式子(1)，得到堆外探测器的响应分布R_i,n。考虑到探测器电流与响应成正比，因此堆外探测器的响应分布R_i,n即为电流分布I_i，n。

进一步的，根据I_i,n，还可以得到上部电流I_U，n和下部电流I_L，n，计算方式如下：

S4：使用电流分布计算得到校刻系数。

在本实施例中，校刻系数包括K_U、K_L、α和传输矩阵[T]等。

其中，传输矩阵[T]通过求解的最小值得到，其中X_i,l通过下式计算得到：

[X]＝[T]^-1[COR]^-1[P]

式子中，[T]是6*6的中子输运矩阵，[COR]是6*6控制棒棒位修正矩阵，[P]是8*6的堆芯轴向功率分布矩阵。

根据轴向功率偏移AO_in，n和上部电流I_U，n和下部电流I_L，n，根据公式：

和

AO_ex,n＝b×AO_in,n+a

进行最小二乘拟合得到系数b。

然后，进行一次全堆芯通量图实验，获得探测器的实测电流分布I_i、实测轴向功率分布P_i、实测堆芯功率Pr、实测探测器上部电流I_U、实测探测器下部电流I_L、实测堆内轴向功率偏移AO_in以及实测堆外轴向功率偏移AO_ex等参数。

使用实测电流分布I_i、实测轴向功率分布P_i以及传输矩阵[T]，根据公式：

[P]＝[COR][T][S][I]

其中，[P]是1×6的堆内轴向功率分布矩阵，[COR]是6×6的控制棒棒位修正矩阵，[I]是1×6的堆外探测器电流分布矩阵。

计算得到灵敏度矩阵[S]。

使用实测堆芯功率Pr、实测探测器上部电流I_U、实测探测器下部电流I_L，根据公式：K×Pr＝I_U+I_L

求解得到系数K。

使用实测堆内轴向功率偏移AO_in、实测堆外轴向功率偏移AO_ex和系数b，根据公式：

AO_ex＝b×AO_in+a

计算得到系数a。

使用系数a、系数b和系数K，根据公式：

和

得到校刻系数K_U、K_L和α。

采用本实施例的方法，在取消现场氙振荡试验实施的同时，仍能提供一套完整的具有足够精度的校刻系数(包括K_U、K_L和α、传输矩阵[T]以及灵敏度矩阵[S]等)，最主要的优点如下：

(1)减少了对堆芯的扰动，降低了反应堆的操控难度(尤其是在寿期末)，因此也减少了运行人员的压力；

(2)缩短了堆外探测器校刻试验的工期，减少了反应堆工程师连续长时间作业的情况，降低出现人因失误的情况；

(3)减少了堆内探测器探头频繁进入仪表管的情况，从而减少了探头卡涩的风险以及探测器本身的老化，降低了系统的维护成本；

(4)减少了试验过程中的硼化稀释操作，因此减少了放射性废液的产生；

(5)在换料后各功率平台需要进行堆外探测器校刻试验的情况下，可以降低升功率所需时间，从而增加机组发电。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令；处理器执行指令时实现堆外探测器校刻方法的步骤。

在一些实施例中，本发明实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

在一些实施例中，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(ProgrammableLogic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

本发明又一实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机可读存储介质存储有可执行程序，可执行程序被处理器执行时，可实现堆外探测器校刻方法的步骤。

在一些实施例中，计算机存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种堆外探测器校刻方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过模拟中子从堆内输运到堆外探测器的过程，获得堆内各位置的探测器响应因子；其中，于所述步骤S1中，堆芯内(x，y，z)位置处的中子在探测器i上的响应为：

R_i(x,y,z)＝W_i(x,y,z)νΣ_fΦ(x,y,z) 式子(1)

其中，W_i(x,y,z)为所述(x，y，z)位置在探测器i上的响应因子，Φ(x,y,z)是(x，y，z)位置的中子注量率，Σ_f是裂变截面，ν是每次裂变产生的平均中子数；

S2：模拟构造理论氙振荡过程，获得所述氙振荡过程中的堆内各位置的裂变中子产生率；其中，于所述步骤S2中，通过堆芯核设计程序模拟构造所述理论氙振荡过程，获得所述堆芯内各位置处的每次裂变产生的平均中子数、裂变截面和中子注量率，三者相乘直接计算得到所述裂变中子产生率，为所述式子(1)中的νΣ_fΦ(x,y,z)；

S3：根据所述探测器响应因子和裂变中子产生率，得到所述氙振荡过程中各所述堆外探测器的响应电流分布；

S4：使用所述电流分布计算得到校刻系数。

2.根据权利要求1所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，在所述步骤S1中；通过蒙特卡罗程序模拟中子从堆内输运到堆外探测器上的过程。

3.根据权利要求1所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将所述裂变中子产生率结合所述式子(1)，得到堆外探测器的响应分布R_i,n，其中，i指的是探测器在轴向上的序号，i的取值范围是1～6；n指的是氙振荡过程中的状态点序号，n的取值范围是1～8；

所述堆外探测器的响应分布R_i,n即为所述电流分布I_i，n。

4.根据权利要求3所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，在所述步骤S2中，还获得轴向功率分布P_i，n以及轴向功率偏移AO_in，n，其中i＝1～6，n＝1～8。

5.根据权利要求4所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，根据所述轴向功率分布P_i，n以及所述电流分布I_i，n得到传输矩阵[T]。

6.根据权利要求5所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，所述传输矩阵[T]通过求解的最小值得到，其中X_i,l通过下式计算得到：

[X]＝[T]^-1[COR]^-1[P]

式子中，[T]是6*6的中子输运矩阵，[COR]是6*6控制棒棒位修正矩阵，[P]是8*6的堆芯轴向功率分布矩阵。

7.根据权利要求6所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，该方法还包括：

进行一次全堆芯通量图实验，获得所述探测器的实测电流分布I_i、实测轴向功率分布P_i；

根据所述实测电流分布I_i、实测轴向功率分布P_i以及传输矩阵[T]，计算得到灵敏度矩阵[S]，计算公式如下：

[P]＝[COR][T][S][I]

其中，[P]是1×6的堆内实测轴向功率分布矩阵，[COR]是6×6的控制棒棒位修正矩阵，[I]是1×6的堆外实测探测器电流分布矩阵。

8.根据权利要求7所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，在进行一次全堆芯通量图实验时，还获得实测堆芯功率Pr、实测探测器上部电流I_U、下部电流I_L；

该方法还包括：根据K×Pr＝I_U+I_L求解得到系数K。

9.根据权利要求8所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将所述裂变中子产生率结合所述式子(1)，还得到上部电流I_U，n和下部电流I_L，n；

根据所述轴向功率偏移AO_in，n和所述上部电流I_U，n和下部电流I_L，n，根据公式：

和AO_ex,n＝b×AO_in,n+a

进行最小二乘拟合得到系数b。

10.根据权利要求9所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，在进行一次全堆芯通量图实验时，还获得实测堆内轴向功率偏移AO_in以及实测堆外轴向功率偏移AO_ex；

所述方法还包括：根据所述实测堆内轴向功率偏移AO_in、所述实测堆外轴向功率偏移AO_ex和所述系数b，计算得到系数a。

11.根据权利要求10所述的堆外探测器校刻方法，其特征在于，根据所述系数a、系数b和系数K以及下述公式，计算得到校刻系数Ku、KL和α。

12.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中所述处理器用于运行所述计算机程序时，实现权利要求1-11任一项所述的堆外探测器校刻方法。

13.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有可执行程序，所述可执行程序被处理器执行时，实现如权利要求1至11中任一项所述的堆外探测器校刻方法。