一种压水堆多燃料循环动态刻棒空间修正因子计算方法

技术领域

本发明涉及压水堆堆芯物理计算领域，具体涉及一种压水堆多燃料循环动态刻棒空间修正因子计算方法。

背景技术

商用压水堆在每个燃料循环寿期初会进行启动物理试验以验证堆芯装载方案的关键物理参数是否满足验收标准，控制棒价值测量是其中的一项重要内容，直接关系到压水堆在运行过程中的功率调节和停堆安全保护，因此准确测量堆芯内布置的所有控制棒价值对反应堆的安全运行至关重要。

控制棒价值测量需要测量多组控制棒的价值，即控制棒从堆芯顶部插入到堆芯底部引入的反应性。早期采用传统的调硼法测量控制棒价值，用恒定速率稀释或硼化来改变反应性，同时通过插入或提出控制棒来补偿反应性的变化，这种方法存在测量时间长，硼水消耗量大等缺点；后期又采用换棒法对测量控制棒价值，首先利用调硼法测量最大价值一组控制棒的价值，然后将该组控制棒逐步提出堆芯，待测控制棒逐步插入堆芯，利用最大价值控制棒补偿待测控制棒组的价值，这种方法比调硼法稍快一些，但是整体试验时间依旧很长，且存在硼水消耗大及控制棒干涉效应等问题；为解决以上问题，国际上提出了动态刻棒方法，该方法可通过以控制棒最大驱动速度移动控制棒实现控制棒价值测量，具有测量速度快，无硼水消耗，无控制棒干涉效应等优点，可为启动物理试验节省大量的时间。但是由于控制棒的移动速度较快，使得堆芯三维空间的中子通量形状发生变化，无法满足反应性仪点堆模型的假设，因此需要引入空间修正因子对堆外量程探测器的探测信号进行修正，使其满足点堆模型的假设能够获得控制棒价值。空间修正因子包括静态空间因子和动态空间因子，每组控制棒在每个棒位下都有对应的空间修正因子。

商用压水堆每隔一段时间就会进行换料，更新一部分燃料组件并对堆芯布置进行重新排布。因此，针对每个燃料循环的堆芯，都需要计算一套针对于当前燃料循环内控制棒的空间修正因子。空间修正因子的计算过程需要模拟堆外探测器的电流信号响应，其依赖于堆外探测器响应函数，因此根据换料堆芯的实际布置计算响应函数，可以获得准确的空间修正因子。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种压水堆多燃料循环动态刻棒空间修正因子计算方法，根据各燃料循环的核素成分以及各核素的原子核密度更新堆外探测器响应函数，获得针对于各燃料循环的动态刻棒空间修正因子。

为了实现以上目的，本发明采取如下的技术方案予以实施：

一种压水堆多燃料循环动态刻棒空间修正因子计算方法，能够根据各燃料循环的核素成分以及各核素的原子核密度更新堆外探测器响应函数，获得针对于各燃料循环的动态刻棒空间修正因子；包括如下步骤：

步骤1：根据压水堆堆内详细的几何尺寸和材料布置信息建立堆芯物理计算模型，对实际布置于堆芯的燃料组件进行粗网划分，每个粗网尺寸为一个燃料组件尺寸或四分之一燃料组件尺寸；采用压水堆燃料管理软件对前N-1个燃料循环的功率历史跟踪数据进行模拟计算，在第N个燃料循环寿期初时，输出各粗网内跟踪的所有核素成分以及各核素成分的原子核密度信息；

步骤2：根据压水堆从堆内燃料组件到堆外探测器的堆芯布置，围板，吊篮，压力容器，保温层，堆外探测器尺寸位置信息，采用三维离散纵标中子输运程序建立屏蔽计算模型。屏蔽计算模型建模时需进行细网划分，并建立步骤1中的粗网与本步骤中细网的映射关系；将步骤1中输出的各粗网内跟踪的所有核素成分以及各核素成分的原子核密度信息与屏蔽计算模型中的细网进行映射对应，实现第N个燃料循环寿期初的屏蔽计算模型的建立；

步骤3：基于步骤2建立的屏蔽计算模型并结合多群截面数据库，将轴向各节堆外探测器的响应截面分别作为共轭源，采用三维离散纵标中子输运程序进行多次共轭中子输运计算，获得三维空间各细网内的共轭中子通量密度；

步骤4：根据步骤3获得的三维空间各细网内的共轭中子通量密度和步骤2中的粗网与细网的映射关系，采用体积权重方法将细网的共轭中子通量密度归并出粗网的共轭中子通量密度，如公式(1)所示；

式中：

V

步骤5：将步骤4归并出的粗网的共轭中子通量密度进行归一化，再通过公式(2)获得轴向各节堆外探测器对堆内各粗网内裂变中子源的响应函数，如下所示：

式中：

χh——第h能群的裂变能谱

ω——轴向各节堆外探测器对堆内各粗网内裂变中子源的响应函数

该响应函数考虑了压水堆多燃料循环下燃料组件的燃耗效应，该燃耗效应导致了各粗网内核素成分变化以及核素原子核密度变化，因此获得的响应函数是针对于当前燃料循环的准确的响应函数；

步骤6：将步骤5获得的响应函数应用于动态刻棒空间修正因子计算，其中动态刻棒空间修正因子包括静态空间因子和动态空间因子；采用压水堆燃料管理软件的三维稳态计算功能，模拟控制棒从堆芯顶部下插到堆芯底部的过程，获得控制棒在各棒位下的理论静态棒价值和堆芯内三维裂变中子源分布，结合响应函数获得各控制棒棒位下的堆外探测器电流模拟信号I

式中：

SSF——静态空间因子

I

I

步骤7：采用压水堆燃料管理软件的三维瞬态计算功能模拟与实际动态刻棒试验过程相同的速率将控制棒从堆芯顶部下插到堆芯底部，获得瞬态过程中的堆芯内三维裂变中子源分布，结合步骤5的响应函数计算瞬态过程中各控制棒棒位的电流模拟信号，利用步骤6的静态空间因子对该电流模拟信号修正后，代入逆点堆方程求解出控制棒在各棒位下的理论动态棒价值，将其与步骤6各棒位下的理论静态棒价值作比，获得压水堆当前燃料循环的动态空间因子，如公式(4)所示.

式中：

DSF——动态空间因子

ρ

ρ

优选的，屏蔽计算模型建模时需进行细网划分，每个细网尺寸为1cm～3cm。

与现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1.考虑燃料组件的燃耗效应，模拟前N-1个燃料循环的功率历史跟踪过程，当计算第N个燃料循环的动态刻棒空间修正因子时，根据实际堆芯布置中各燃料组件内跟踪的所有核素成分以及各核素的原子核密度更新响应函数，因此能够准确获得压水堆多燃料循环中每一个燃料循环的响应函数，进而计算相应的动态刻棒空间修正因子；

2.针对建立的多燃料循环屏蔽计算模型，采用三维离散纵标中子输运程序直接求解共轭中子输运方程，可直接获得三维空间分布的堆外探测器响应函数，相较于径向响应函数结合轴向响应函数的方式，具有更高的精度。

附图说明

图1为多燃料循环动态刻棒空间修正因子计算流程；

图2为堆外探测器相对于堆芯位置径向示意图；

图3为堆外探测器轴向各节探测器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明根据各燃料循环的核素成分以及各核素的原子核密度更新堆外探测器响应函数，获得针对于各燃料循环的动态刻棒空间修正因子，具体步骤如图1所示。

步骤1：根据压水堆堆内详细的几何尺寸和材料布置信息建立堆芯物理计算模型，对实际布置于堆芯的燃料组件进行粗网划分，每个粗网尺寸为一个燃料组件尺寸或四分之一燃料组件尺寸。采用压水堆燃料管理软件对前N-1个燃料循环的功率历史跟踪数据进行模拟计算，在第N个燃料循环寿期初时，输出各粗网内跟踪的所有核素成分以及各核素成分的原子核密度信息；

步骤2：根据压水堆从堆内燃料组件到堆外探测器的详细信息(堆芯布置，围板，吊篮，压力容器，保温层，堆外探测器尺寸位置等)，采用三维离散纵标中子输运程序建立屏蔽计算模型，屏蔽计算模型建模时需进行细网划分，每个细网尺寸大概为1cm～3cm，并建立步骤1中的粗网与本步骤中细网的映射关系。将步骤1中输出的各粗网内核素成分以及各核素成分的原子核密度信息与屏蔽计算模型中的细网进行映射对应，实现第N个燃料循环寿期初的屏蔽计算模型的建立；从堆内燃料组件到堆外探测器的示意图如图2所示，从堆内到堆外依次布置堆芯燃料组件、吊篮、压力容器、保温层和堆外探测器。

步骤3：基于步骤2建立的屏蔽计算模型并结合多群截面数据库，将轴向各节堆外探测器的响应截面分别作为共轭源，采用三维离散纵标中子输运程序进行多次共轭中子输运计算，获得三维空间各细网内的共轭中子通量密度，轴向各节堆外探测器相对于堆芯位置的示意图如图3所示，堆外探测器布置与堆芯外侧，且在轴向上分为6节。

步骤4：根据步骤3获得的三维空间各细网内的共轭中子通量密度和步骤2中的粗网与细网的映射关系，采用体积权重方法将细网的共轭中子通量密度归并出粗网的共轭中子通量密度，如公式(1)所示；

式中：

V

步骤5：将步骤4归并出的粗网的共轭中子通量密度进行归一化，再通过公式(2)获得轴向各节堆外探测器对堆内各粗网内裂变中子源的响应函数，如下所示：

式中：

χ

ω——轴向各节堆外探测器对堆内各粗网内裂变中子源的响应函数

该响应函数考虑了压水堆多燃料循环下燃料组件的燃耗效应，该燃耗效应导致了各粗网内核素成分变化以及核素原子核密度变化，因此获得的响应函数是针对于当前燃料循环的准确的响应函数；

步骤6：将步骤5获得的响应函数应用于动态刻棒空间修正因子计算，其中动态刻棒空间修正因子包括静态空间因子和动态空间因子。采用压水堆燃料管理软件的三维稳态计算功能，模拟控制棒从堆芯顶部下插到堆芯底部的过程，获得控制棒在各棒位下的理论静态棒价值和堆芯内三维裂变中子源分布，结合响应函数获得各控制棒棒位下的堆外探测器电流模拟信号I

式中：

SSF——静态空间因子

I

I

步骤7：采用压水堆燃料管理软件的三维瞬态计算功能模拟与实际动态刻棒试验过程相同的速率将控制棒从堆芯顶部下插到堆芯底部，获得瞬态过程中的堆芯内三维裂变中子源分布，结合步骤5的响应函数计算瞬态过程中各控制棒棒位的电流模拟信号，利用步骤6的静态空间因子对该电流模拟信号修正后，代入逆点堆方程求解出控制棒在各棒位下的理论动态棒价值，将其与步骤6各棒位下的理论静态棒价值作比，获得压水堆当前燃料循环的动态空间因子，如公式(4)所示.

式中：

DSF——动态空间因子

ρ

ρ

通过本发明方法可为商用压水堆多燃料循环换料堆芯的控制棒价值测量提供精确的动态刻棒空间修正因子。