采用堆芯外探测器监测堆内功率分布

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1、第31卷增刊2核动力工程Vol.31.S22010年12月NuclearPowerEngineeringDec.2010文章编号：0258-0926(2010)S2-0092-05采用堆芯外探测器监测堆内功率分布李富，周旭华，王登营，郭炯，罗征培（清华大学核能与新能源技术研究院，北京，100084）摘要：堆芯外电离室是大多数反应堆上唯一的实时核测量探头。本文讨论了由堆芯外探测器监测堆内功率分布的必要性、可能性，提出了基于谐波综合法、探测器空间响应函数的由堆芯外探测器监测堆内功率分布的方法及其技术难点、关键技术

2、。在低温供热堆、高温气冷堆上的初步数值验证结果表明，该方法是可行的。关键词：堆芯外探测器；堆内功率分布；谐波综合法中图分类号：TL32文献标识码：A1前言2堆芯外探测器监测堆内功率分布的可在反应堆运行过程中，功率分布是重要的堆行性芯状态参数，是反应堆运行、控制、安全保护的在反应堆正常运行过程中，其状态变化是由基础。但准确、全面地在线测量堆芯的详细功率一些主要的、有限的物理因素主导的。因此，功分布是很困难的。在线测量信息主要依靠堆芯外率分布变化的因素是有限的，如果能找出功率分电离室，通常认为它只能提供堆芯总功率

3、和轴向布变化的内在规律，并将其变化规律与探测器读偏移等信息。数的变化关联起来，则功率分布的变化有可能由在球床式高温气冷堆中，由于堆芯的高温和有限的测量数据来确定，或重构出三维功率分布。流动的球床，很难在堆芯中安装中子测量探头，法国开发的LOCA裕度机[1]和美国西屋公司[2]因此没有直接的堆内功率分布测量数据。但在反开发的BEACON系统即是由堆芯外探测器确应堆堆芯外安装有电离室，以提供在线核测量信定堆内功率分布的成功尝试。LOCA裕度机采用息。高温气冷堆的中子注量率和功率分布比较平一维方法，根据轴向6节堆芯

4、外电离室的读数重构出反应堆堆芯轴向一维功率分布。BEACON系坦，正常运行和事故后的燃料元件温度离设计限统主要基于仿真计算，根据仿真模型计算出堆芯值的裕量较大，这些特点使得即使没有堆内测量的功率分布，但可以根据探测器读数来修正计算措施，其安全性和可用性也能得到保证。但是，模型。运行过程中完全没有通过直接测量得到的堆内功本研究试图由实时堆芯外探测器读数，直接率分布信息，会带来功率分布和安全裕量的不确在线重构出随运行工况变化的堆芯功率分布。经定性。过研究，得到如下结果：因此，如果能在线监测反应堆的功率分布，（1）

5、反应堆运行过程中，引起功率分布变化对提高反应堆的安全性、减少反应堆的过分安全的物理因素是有限的。裕量、提高经济性以及提高运行灵活性都具有重（2）有限因素引起的功率分布变化，可以用要意义。由于堆内功率分布在线测量几乎对于所有限的变量来表示，即把变化后的功率分布表示有反应堆都不现实，如果能由堆芯外探测器在线获得反应堆内功率分布则具有重大的意义。本文为预先确定的、有限数量的特征分布的组合，谐[3]探讨了由堆芯外探测器监测堆内功率分布的可行波综合法即是一种可行的方法。性、技术难点、关键技术，并给出在低温供热堆、（3）

6、由于中子输运方程的线性性质，可以通高温气冷堆上的初步数值验证结果。过探测器空间响应函数将堆内功率分布变化与堆收稿日期：2010-09-20；修回日期：2010-10-28基金项目：国家自然科学基金资助(10675071)李富等：采用堆芯外探测器监测堆内功率分布93芯外电离室读数的变化关联起来，即可由堆芯外电离室读数的变化确定出特征分布的系数，从而[4]确定出堆芯三维功率分布。（4）要由堆芯外探测器读数直接得到堆内功率分布，需要确保独立的堆芯外探测器数目大于功率分布变化自由度数目，即：功率分布能由有限的变量表达

7、，堆芯外探测器对功率分布的变化是灵敏的。（5）难点在于确定出功率分布变化的规律，在自由度不多于独立探测器的数目的情况下，尽可能提高表达的精度。图1高温气冷堆芯外探测器布置示意图Fig.1LocationsofEx-CoreDetectorsinHigh-（6）不同的反应堆具有不同的特征，如引起TemperatureGas-cooledReactor功率分布变化的不同因素、不同的探测器布置，因此需要优化出不同的实现方法，并针对运行中对探测器的贡献，即ri处的单位强度裂变中子源可能出现的工况进行可行性和精度验算。

8、引起r0处探测器的读数（响应）为：（7）针对低温供热堆和球床模块式高温气冷∞[5~9]Rd()r0,ri=∫∫Ω0Σd()(r0,EΦir0,E,Ω)dEdΩ（1）堆进行了初步验算，结果表明，由堆芯外电离室读数重构变化的堆芯功率分布是可行的。式中，Σd(r0,E)为探测器能量相关的响应截面，-1cm；E为中子能量，eV；Ω为中子运动角度。3堆芯外探测器空间响应函数堆芯单位裂变源引起的堆芯外探测器所在