长燃料循环中间量程补偿电压设置优化

周 磊，吴小璇，徐 飘，陈子鸣，沈 聪, 许 进

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

对于压水堆机组, P6信号由中间量程确定。方家山机组实施长燃料循环后P6信号触发较晚，影响大小修关键路径。中间量程为γ补偿电离室，偏安全考虑，γ补偿电压一般处于欠补偿状态，中间量程测量值受γ强度影响较大。此机组为三环路加压型轻水反应堆，机组内部装载有次级中子源。机组自第4循环实施长燃料循环，使用低泄露装载方案。

1 原因分析

1.1 长燃料循环装料方案影响

方家山机组从第四循环开始采用低泄露装料方案，即在相同核功率工况下泄露的中子数更少，对应的中间量程电流值也更低。因此，长循环后，P6信号对应的中间量程电流值有所降低，如表1所示。表2整理了U1C1-C4停堆后，P6信号触发的时间列表。

表1 P6信号对应中间量程电流值

表2 P6信号触发用时

将方家山1号机组C3/C4循环，停堆时IR/SR信号对应停堆时间作图，如图1所示。

图1 U1C3/C4循环停堆SR/IR信号

1.2 γ光子能量的影响

对于γ光子能量，主要由次级中子源的伽马能量Et(S)，累计裂变产物衰变γ光子能量Et(decay)，裂变反应γ光子能量E(f)组成。

1.2.1 次级中子源的伽马能量Et(S)

表3 次级中子源γ光子强度

由于次级中子源在堆芯内辐照一定时间后达到稳定状态。故停堆之后，伽马光子的释放率为：Ct(S)=C0(S)×e-λt。由于C0(S)=7.12×1015/s,平均每个伽马光子能量为0.978MeV，故次级中子源释放的γ光子能量为(MeV/s)：Et(S)=0.978×7.12×1015×e-λt=6.96×1015×e-λt

1.2.2 累计裂变产物衰变γ光子能量Et(decay)

表4 累计裂变产物

此处得到的份额是平衡状态的份额，并非初始的裂变份额。

停堆之后，上述的59种核素的伽马放射性为：

式中：∑fΦ——总的裂变次数；

γi，λi，Ei——第i中裂变产物的裂变份额、衰变常数、每次衰变的γ光子能量；

Et(decay)——衰变产物总的衰变γ光子能量。

此处忽略裂变产物级联衰变。

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1.2.3 裂变反应γ光子能量E(f)

停堆后堆芯内部仍然会有次临界增值，有少量的核裂变，核裂变产生的新的裂变产物仍然会以其固有的衰变属性继续衰变，直至稳定。235U裂变反应大概有1200余种裂变产物。初始裂变产额大于0.01%的裂变产物约有274种。表5计算了裂变产额大于0.1%的69种裂变产物的基本信息。

表5 裂变产物

对产额大于0.01%的裂变产物进行衰变γ能量计算，考虑级联衰变，每次裂变产生的裂变产物衰变约释放5.6 MeV的γ光子能量。对1200余种裂变产物进行计算，考虑级联衰变，每次裂变产生的裂变产物衰变约释放约7.0 MeV的γ光子能量。故每次裂变的裂变产物全部衰变的γ能量如下：

E(γ能量)=E(瞬发γ能量)+E(缓发γ能量)=14 MeV。根据方家山机组U1C5启动阶段的数据：SR=10 000 cps时，IR=1.38×10-10A；IR=5.32×10-4A,PR=30.43%FP；PR=100%FP，中子通量为2.6×1017m2·s-1,堆芯内裂变数9.05×1019s-1,推导数据如表6所示。

表6 裂变反应释放γ光子能量

故当SR=1000 cps时，E(f)=1.00×1013MeV/s。

1.2.4 总的γ光子能量影响

总的γ光子能量为(MeV/s)：Et(S)=Et(decay)+Et(S)+E(f)。

表7 停堆后γ光子能量

装料启堆后，约2/3的旧燃料组件入堆，大修时间为30 d左右。将反应堆启动及停堆时的γ光子能量曲线作图，如图2所示。

从图2可得，停堆之后10 h的衰变γ光子能量比启动阶段的衰变γ光子能量刚好大10倍。

图2 启动/停堆γ光子能量曲线

2 方案实施

2.1 中间量程补偿电压早期设置

对于方家山1号机组的中间量程负补偿高压设置为10 V左右，启动和停堆时的数据如图3所示。

图3 U1C3/C4启动及停堆SR&IR信号

从上图可以看出， C3C4两个循环的启动和停堆阶段相比，IR与SR的重叠性相差很大。及启动和停堆当SR=1000 cps时，IR电流值相差可达4倍。

2.2 中间量程补偿电压优化设置

中间量程由两个电离室组成：外环电离室内壁涂硼，称正电离室；内环电离室不涂硼，称负电离室。外电离室测量中子和γ光子共同作用产生正电流，内电离室测量γ光子产生负的电流。

设正电离室产生电流：I+=In+K+×Iγ，负电离室产生电流：I-=K-×Iγ，则输出总电流：I=I++I-=In+(K+-K-)×Iγ。日常运行工况中，为了安全考虑，中间量程设置为欠补偿状态，即K+-K->0。所以当Iγ增多，In不变的情况下，输出电流I就会越大。根据图3，由于停堆10 h与启动阶段相比，Iγ相差较大。为使得I=In+(K+-K-)×Iγ尽量地接近In，就应使得K+-K-尽可能地接近0。故第4循环停堆后，重新设定中间量程负高压，由之前的10 V更新为15 V左右。对方家山U1C5循环启动及小修停堆的SR/IR与U1C4循环做图，如图4所示。

从图4可得，调整中间量程补偿电压后，U1C5循环启动及小修停堆阶段，源量程与中间量程的重叠性较好。且U1C5小修停堆过程中，P6信号也在停堆之后6 h之内出现，不再耽误关键路径。

图4 U1C4/C5启动及停堆SR&IR信号

3 结论

1)由于停堆10 h与启堆时，堆芯γ光子的能量相差10倍。中间量程作为γ补偿电离室，受γ光子强度影响较大。所以启动及停堆阶段，同样源量程计数会出现不同的中间量程电流值。

2)适当提高中间量程负补偿高压，可以减小γ光子对中间量程测量结果的影响。

3)由于中间量程过补偿在实际工作中有安全隐患，故持续调整中间量程补偿电压时，应该注意和启动阶段时的中间量程电流值做对比。即在停堆和启动阶段，当SR均为同一值时，将停堆后的IR计数略设置为大于启动时的IR计数即可。