1、0反應堆的物理啟動反應堆的物理啟動操作員崗前培訓（操作員崗前培訓（70學時）學時）2022-3-160ABCeffK1N,0effK1BN1AN1CN145.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉1目的目的使反應堆安全的、順利的首次達到臨界狀態；在零功率及各功率臺階上，驗證堆芯的有關物理參數的測量是否滿足堆芯設計、并滿足有關的安全準則；對堆內和堆外核儀表系統進行刻度，以便對反應堆運行狀態提供正確、有效的監測，并對控制保護系統提供正確的核測信號；監測堆芯硼濃度和功率分布，保證在反應堆功率運行期間堆芯的安全性和驗證堆芯核設計計算的準確性；在整個

2、堆芯物理啟動試驗過程中，有關的系統和儀器儀表將經受考驗，有關的運行和試驗規程將得到檢驗。245.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉2內容內容反應堆首次臨界反應堆首次臨界反應堆首次臨界試驗是在熱態額定工況下，進行首次物理啟動，達到臨界，實現反應堆的自持鏈式裂變反應。堆芯初始臨界 ；源量程和中間量程通道、中間量程和功率量程通道的線性和重疊性測量 ；多普勒發熱點和零功率物理試驗功率水平的確定；反應性儀的校正試驗。345.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉3低功率物理試驗低功率物理試驗低

3、功率物理試驗主要是在熱態，零功率或功率稍高于零功率時進行的反應堆物理試驗，所取得的試驗數據用來為運行服務和校核理論計算。控制棒價值測量；硼價值測量；慢化劑溫度系數測量；最小停堆深度驗證；模擬控制棒“彈棒”事故試驗；功率分布測量試驗。445.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉4功率試驗功率試驗功率試驗是通過臨界和低功率物理試驗，為反應堆的安全運行提供了必要的試驗數據。反應堆逐級提升功率，在每一功率水平上嚴格檢查反應堆運行是否正常，進行必要的調整與試驗，分析安全可靠性，校核各項指標是否符合設計要求。545.反應堆物理啟動試驗反應堆物理啟動試

4、驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉5其具體內容包括：功率分布測量試驗；功率系數測量；堆內外核測儀表互校試驗；控制棒組件落棒試驗；中毒曲線測量；碘坑測量。646.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉6外中子源的作用外中子源的作用在大多數的反應堆中，都安置有外中子源。反應堆中采用外中子源的目的：“點火”，提供自持鏈式裂變反應最初的中子；消除反應堆啟動時測量盲區。746.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉7幾種外中子源幾種外中子源 (,n)中子源中子源利用放射性同

5、位素發射出的粒子，用其轟擊9Be和7Li等元素，即可產生不同能量的中子。反應堆啟動時常用的一種中子源便是是210Po-9Be源。其反應如下：210206848291246PoPbBeCn846.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉8其中，210Po的半衰期為138.376d。當反應堆運行一段時間后，210Po會較快的衰變完。210Po-9Be源主要用于反應堆的首次啟動中，稱其為初級中子源。946.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉9 (,n)中子源中子源. 123Sb-9Be源源為

6、了解決反應堆后續運行以及再次啟動的問題，需要在反應堆中設置次級中子源。在反應堆中常用的次級中子源一般為(,n)中子源。以秦山一期為例：1231241245151529844SbnSbTeBeBen 1046.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉10次級源在反應堆運行后，經過中子輻照被充分活化，從而可替代初級中子源的作用。其在反應堆運行后，很快便能滿足反應堆啟動安全監督的要求。這種源在反應堆停堆后也會衰減，但是在反應堆啟動后，強度又很快恢復。1146.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李

7、偉11. 2H源源在壓水堆中，含有大量的水。其中含有數目可觀的2H 。其在光子的輻照下，會發生以下反應：這也是一種(, n)中子源。2111HHn1246.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉12自發裂變中子源自發裂變中子源對于重核，其不僅在外部粒子的轟擊下可能發生誘發裂變，還有可能在沒有任何外界因素的影響下發生自發裂變。作為外中子源，其應當能夠向外界提供一定強度的中子束，因此對于適合做自發裂變中子源的重核，其應當具有較大的衰變常量或較小的自發裂變半衰期T1/2。1346.反應堆內的外中子源反應堆內的外中子源2022-3-16哈爾濱工程大

8、學 核科學與技術學院 李偉13對于大多數重核，其自發裂變半衰期都較長，其自發裂變幾率都很低，不適宜做自發裂變中子源。目前使用的自發裂變中子源只有252Cf。252Cf的自發裂變的半衰期為85.5a，衰變的半衰期為2.7a，有效半衰期為2.65a。252Cf主要用于反應堆的首次啟動，即主要作為初級中子源。1447.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉14反應堆的動力學方程反應堆的動力學方程有外源時的穩態解有外源時的穩態解當反應堆含有外源時，體系的點堆動力學方程可寫為：01, 2, 6iiiiiiidnnCqdtdCnCidt

9、1547.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉15或者可寫為：【問題】在有外源的情況下，反應堆是否能夠達到臨界？即：對于上述的方程組，其是否存在定態解？0111, 2, 6effiiipeffiiiipKdnnCqdtlKdCnCidtl1647.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉16對于定態解，便意味著n(t)和Ci(t) 都是不隨時間變化的，因此有： 000iiiiiiidn tn tC tqdtn tdC tC tdt1747.有外中子源時的啟

10、動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉17而可得：從而可得穩態時堆芯的中子數密度和緩發中子先驅核濃度為： 000iiiiin tC tqn tn tq00iiiiiqnqCn 1847.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉18解的分析解的分析.穩態解所對應的狀態穩態解所對應的狀態從上面的公式可以看出，顯然從物理上要求：這意味著此時0。0000qn 1947.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉19對

11、于此時的中子數密度n，還可將其改寫為其它形式。由于：從而中子數密度n的表達式還可寫為：01peffqlnk1effeffeffpkkkl2047.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉20.穩態解與臨界穩態解與臨界那么反應堆能否在有外中子源的情況下達到臨界呢（即=0后者Keff=1 ）？根據點堆動力學方程有： 0iiddCtn tnqtdtdt2147.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉21如果反應堆達到臨界，即：=0。那么此時有：當反應堆達到臨界時，

12、顯然還要求： 0iiddCtn tqdtdt 0iiddCtn tdtdt2247.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉22但是由于q00，因此 和 必然不能同時為0。由此可見，當堆芯內含有外中子源時，達到臨界的反應堆并不穩定。 dn tdt iidCtdt2347.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉23如果此時裂變中子通量的水平很低，那么可以忽略緩發中子的影響，即認為：從而有：其中n0是t=0時刻的中子數密度。 0iidC tdt 000dn tq

13、n tqtndt 2447.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉24可見當外源的影響不能忽略（裂變中子的通量水平較低）時，堆芯內的中子數密度是按照時間線性增加的。因此對于含有外中子源的反應堆，其是不可能在臨界下達到穩定，實際當中的反應堆都是工作在次臨界態下的。2547.有外中子源時的啟動物理過程有外中子源時的啟動物理過程2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉25達到平衡的物理過程達到平衡的物理過程假設反應堆臨界前堆芯的有效增殖系數為Keff，顯然，Keff CCR計算+1，表明體系的次臨界度還較大，還未進

14、入啟動區間；如果CCR計算CBCCR計算+1 ，表明體系已進入啟動區間，接近了臨界狀態。5849.田灣核電站首次物理啟動試驗田灣核電站首次物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉58臨界過程臨界過程實驗開始前堆芯首次臨界度約為-20eff，此時硼酸濃度約為16g H3BO3/Kg H2O；10號控制棒（調節棒組）提升到約60的堆芯高度，其余控制棒均提升至堆頂；啟動時，向堆芯內以恒定的速率注入純水來添加正反應性（稀釋硼濃度）；在還沒有進入啟動區間時，體系次臨界度較大；可啟動兩臺低容量KBA泵，以不大于20m3/h的流量率向反應堆注入清水；在進入啟動區間后，體系已接近臨

15、界；只啟動一臺低容量KBA泵，從而保證流量率不大于10m3/h 。5949.田灣核電站首次物理啟動試驗田灣核電站首次物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉59在補水過程中，在規定的監測點除連續用硼表監測硼酸濃度外，還要按規定的時間間隔用人工分析的方法監測硼濃度；重復上面的步驟3，直到反應堆的功率水平達到最小可監測功率水平（此時功率水平約為510-2%FP），此時通過插入控制棒，使反應堆處于臨界狀態。6049.田灣核電站首次物理啟動試驗田灣核電站首次物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉60臨界中的要求臨界中的要求正反應性的添加速率可為

16、0.510-4210-2eff/min，現在設定為110-2eff/min；超臨界的范圍為：0+0.2eff；限制通過各個狀態的速率；通過-0.3eff+0.2eff需要50分鐘；通過+0.2eff需要20分鐘。6149.田灣核電站首次物理啟動試驗田灣核電站首次物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉61限制超臨界態的反應堆周期：在達到超臨界狀態后，中子密度變化3個數量級后，硼濃度達到均勻時，反應堆的增長周期約為5060s；在物理啟動過程中，必要的控制保護系統都必須處于正常的工作狀態，當應急保護信號出現時，控制保護系統能使反應堆進入次臨界狀態；在控制保護系統故障的情

17、況下，嚴禁啟動反應堆；功率保護設定值為：10-310-4%FP；6249.田灣核電站首次物理啟動試驗田灣核電站首次物理啟動試驗2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉62反應堆周期保護設定值為：2類預保護設定值：40s，當T40s時，禁止控制棒提升；1類預保護設定值：20s，當T20s時，控制棒按插棒順序逐組以正常速度下插；事故保護設定值：10s，當T10s時，所有控制棒插入堆芯，反應堆停堆。6350.核加熱點核加熱點2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉63試驗區功率上、下限值與核加熱點試驗區功率上、下限值與核加熱點.上限上限當反應堆啟動達到臨界后，必須恰當

18、的選定進行試驗的反應堆功率水平范圍，以進行物理試驗。為了保證中子的測量結果有足夠的精度，要求堆芯的中子通量水平必須大于某一個值。即反應堆的功率水平需要大于某個值，這個值即為物理試驗區下限。6450.核加熱點核加熱點2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉64.下限下限另一方面，反應堆的功率水平又不能太高，否則此時各種效應（冷卻劑、核燃料的溫度效應；毒物對反應性的影響等）將會體現出來，并且混雜在一起，從而無法將其區分開。因此物理試驗區的功率不能超過一個上限，這個限值便稱為核加熱點的功率水平。6550.核加熱點核加熱點2022-3-16哈爾濱工程大學 核科學與技術學院 李偉65核加熱點的尋找核加熱點的尋找對核加熱點的尋找，通常是在試驗過程中，同時記錄冷卻劑的平均溫度、中子通量密度和反應性的變化，當它們同時出現拐點時，就認為已經找到了核加熱點。6650.核加熱點核加熱點202