一种功率量程探测器背景噪声确定方法与流程

1.本发明涉及核反应堆反应性测量技术领域，具体为一种功率量程探测器背景噪声确定方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.核反应堆在建造完毕或重新装料后，重新投入正常运行之前，需进行物理启动试验，以验证反应堆特性与物理设计的一致性，以及安全分析假设的合理性，现有技术采取动态棒价值测量方法作为物理启动试验技术。该方法需要将待测棒组连续插入堆芯，引入大量负反应性，堆芯中子注量率水平将下降到非常低的状态，而作为反应性测量输入信号的堆外探测器电流水平则会下降1～3个量级。在此情况下，探测器背景噪声对测量结果的影响变得极为重要，准确确定背景噪声水平并在试验过程中予以消除，是利用动态棒价值测量方法成功完成控制棒价值测量的关键。
4.背景噪声又称本底噪声，一般由堆芯结构材料活化后产生伽马射线与探测器的灵敏体发生反应而产生信号，或者是探测器及其线缆产生的电学噪声，是探测器信号中不随堆芯反应性变化而呈现中子动力学规律变化的部分。现有技术虽然给出了一些确定背景噪声的方法，但背景噪声是可能随时间变化的，在进行不同棒组测量的时间段里，可能发生可观的变化，从而导致采用相同的背景噪声补偿设置后，部分棒组测量偏差变大。
5.其次，部分核电厂实践中，将具有较大价值的待测控制棒插入堆芯后保持插入状态约半个小时的方式，期间的功率量程探测器信号平均值作为背景噪声信号补偿值。该方法一方面仍然存在认为背景噪声不随时间变化的问题，此外也延长了核电厂启动的关键路径时间，影响了应用动态棒价值测量技术的经济性效果。
6.此外，一部分方法需要尝试不同背景噪声假设值，通过考察ρ(t)曲线在控制棒完全插入时斜率k为0时的尝试值作为背景噪声电流。而在待测控制棒完全插入期间，探测器电流水平较低，受到随机噪声影响，计算的ρ(t)曲线在此时的振荡范围较大，因此该方法理论上可行，但实现的难度很大，容易受到随机影响而导致失败。


技术实现要素：

7.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种功率量程探测器背景噪声确定方法，利用控制棒提升期间的电流信号进行数据处理，得到适用于各组控制棒动态棒价值测量期间的背景噪声电流值。由于控制棒提升过程是动态棒价值测量的必要环节，因此该方法不需要机组进行额外的特定操作，从而不会增加物理启动试验的关键路径时间，并且可以获得各组控制棒动态棒价值测量期间的背景噪声准确值。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明的第一个方面提供一种功率量程探测器背景噪声确定方法，包括以下步
骤：
10.1)获取控制棒提出后的探测器电流i(t)，利用i(t)得到反应性ρ(t)变化曲线；
11.2)统计探测器电流i(t)数据，确定探测器电流的最小值i
min
；
12.3)在0与i
min
之间，确定背景噪声假定值i
bkg
(i)，0≤i
bkg
(i)≤i
min
；
13.4)根据探测器电流i(t)的反应性变化曲线，利用背景噪声假定值i
bkg
(i)进行修正，得到修正后的反应性测量结果ρi(t)曲线，选取一个控制棒组处于全部提出状态的时间段，得到ρi(t)在该时间段内的变化斜率ki；
14.5)拟合背景噪声假定值i
bkg
(i)和变化斜率ki的数据，获得k＝0时的i
bkg
值，即最终确定的背景噪声电流值。
15.在恒定正反应性ρ引入条件下，堆芯中子注量率水平ф(t)与堆外探测器电流i(t)成正比。
16.在恒定正反应性ρ引入条件下，堆芯中子注量率水平ф(t)随时间变化的数据经对数处理后，呈线性变化。
17.在恒定正反应性ρ引入条件下，ф(t)和i(t)增加n倍所需的时间恒定，其中n＝2时对应的时间为倍增周期。
18.步骤4)中，控制棒组处于全部提出状态时反应堆具有恒定正反应性。
19.步骤1)在低功率物理试验期间，获取探测器电流i(t)。
20.步骤4)中，利用背景噪声假定值i
bkg
(i)进行修正，得到修正后的的反应性测量结果ρi(t)曲线，具体为：利用(i(t)-i
bkg
(i))曲线得到修正后的反应性测量结果ρi(t)曲线。
21.步骤4)中，控制棒组处于全部提出状态的时间段，具体为反应堆具有恒定正反应性的时间段。
22.反应堆具有恒定正反应性的时间段满足关系式t1《t《t2，即确保t1～t2期间没有控制棒插入，其中t1为前一个待测棒组完全提出后的某一时刻点，t2为下一个待测棒组开始插入前的某一时刻点。
23.步骤5)中，拟合背景噪声假定值i
bkg
(i)和变化斜率ki的数据，具体为：对(i
bkg
(i)，ki)数据系列进行多项式拟合，获得k＝0时的i
bkg
值。
24.与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
25.1、利用控制棒提升期间的电流信号进行数据处理，得到适用于各组控制棒动态棒价值测量期间的背景噪声电流值。由于控制棒提升过程是动态棒价值测量的必要环节，因此该方法不需要机组进行额外的特定操作，从而不会增加物理启动试验的关键路径时间，并且可以获得各组控制棒动态棒价值测量期间的背景噪声准确值。
26.2、不需要进行额外的测量过程，利用控制棒提升期间的电流信号进行处理即可，从而不影响动态棒价值测量技术应用的经济性效果。
27.3、探测器电流上升所需的时间足够长，利用该时间段进行ρ(t)变化率的计算，从而消除随机噪声的影响。
28.4、能够在不同控制棒组测量时获得探测器背景噪声信号准确值，对于试验期间探测器背景噪声信号发生显著变化的情况也适用。
29.5、通过测量结果ρ(t)在指定时间段内的变化斜率拟合至k＝0确定探测器背景噪声电流值，与ρ(t)具体计算值的大小无关，也就与特定堆型、特定循环不相关，具有普遍适
用性。
附图说明
30.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
31.图1是本发明一个或多个实施例提供的某核电厂达临界期间探测器电流水平变化示意图；
32.图2是本发明一个或多个实施例提供的某核电厂动态刻棒期间插棒后的探测器电流水平变化示意图；
33.图3是本发明一个或多个实施例提供的功率量程探测器背景噪声确定方法的流程示意图；
34.图4是本发明一个或多个实施例提供的动态棒价值测量试验基本过程示意图；
35.图5是本发明一个或多个实施例提供的阶跃正反应性引入条件下的堆芯中子注量率水平变化趋势示意图；
36.图6是本发明一个或多个实施例提供的控制棒提升过程中的探测器电流和反应性变化示意图；
37.图7是本发明一个或多个实施例提供的背景噪声补偿后控制棒提升过程中的探测器电流和反应性变化示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
39.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
41.动态棒价值测量技术在上个世纪90年代由美国西屋电气公司开发，针对动态棒价值测量技术实施过程中，现有技术中背景噪声的确定方法存在一些问题，如下：
42.1)部分方法认为背景噪声不随时间变化
43.最早开发和应用动态棒价值测量技术时认为，低功率物理试验期间的功率量程探测器背景噪声几乎是固定不变的，其背景噪声确定方法为：
44.i)在部分控制棒插入、深次临界条件下测量功率量程探测器电流平均值，作为背景噪声补偿值；
45.ii)提出控制棒后，在较低次临界度(如k
eff
＝0.99)下确认经补偿后的信号没有出现负值，如果出现负值，则重新确定背景噪声补偿值，否则沿用此前确定的背景噪声补偿值。
46.背景噪声补偿值确定后，在后续的低功率物理试验(low power physics test，
lppt)期间不再调整。
47.然而，部分核电厂的经验表明，在达临界前，尽管对堆芯进行硼稀释、控制棒提出等引入正反应性的操作，但是功率量程探测器电流信号呈现持续下降的趋势(如图1所示)；在动态棒价值测量试验期间，价值较大的控制棒插入堆芯后，功率量程探测器电流也程序下降的趋势(如图2所示)。这表明，功率量程探测器背景噪声是可能随时间变化的，在进行不同棒组测量的时间段里，可能发生可观的变化，从而导致采用相同的背景噪声补偿设置后，部分棒组测量偏差变大。即使在前述ii)中重新确定了背景噪声补偿值，后续在动态棒价值测量试验期间，仍然存在过度补偿的情况，即背景噪声补偿值大于动态棒价值测量试验期间的真实背景噪声值。
48.2)部分方法需要保持控制棒插入状态较长时间
49.部分核电厂实践中，采用把具有较大价值的待测控制棒插入堆芯后保持插入状态约半个小时的方式，期间的功率量程探测器信号平均值作为背景噪声信号补偿值。该方法一方面仍然存在认为背景噪声不随时间变化的问题，此外也延长了核电厂启动的关键路径时间，影响了应用动态棒价值测量技术的经济性效果。
50.3)部分方法容易受到随机噪声水平的影响
51.部分技术中，首先给修正电流赋一个任意初始值d(0)，计算得到动态刻棒测量试验期间的反应性随时间变化的ρ(t)曲线，利用插棒后ρ(t)曲线求解控制棒插入堆芯底部后反应性ρ随时间t的变化斜率k；如果k大于0，则将背景噪声电流d(0)更改为d(0) d后重新计算ρ(t)曲线；如果k小于0，则将修正电流d(0)更改为d(0)-d后重新计算ρ(t)曲线；通过迭代计算，最终确定ρ(t)曲线在控制棒完全插入时斜率k为0时的d(0)值为背景噪声电流。
52.该方法需要尝试不同背景噪声假设值，通过考察ρ(t)曲线在控制棒完全插入时斜率k为0时的尝试值作为背景噪声电流。而在待测控制棒完全插入期间，探测器电流水平较低，受到随机噪声影响，计算的ρ(t)曲线在此时的振荡范围较大，因此该方案的可实施性不高。
53.因此，以下实施例给出一种功率量程探测器背景噪声确定方法，利用动态棒价值测量试验时，控制棒完全提出堆芯后，收集堆芯中子注量率水平提升期间的功率量程探测器电流信号，进行反应性随时间变化的曲线ρ(t)计算，并对控制棒保持为全提位置期间的反应性进行线性拟合，得到ρ(t)曲线随时间的变化斜率k，通过尝试不同的背景噪声电流补偿值ii，获得对应的一系列变化斜率ki。针对ii～ki进行拟合，确定k＝0时的i值，作为最终的背景噪声电流补偿值。解决现有方法在通用性、经济性和可实施性方面的的不足，提高用户的使用效率和经济性。
54.实施例一：
55.如图3-7所示，一种功率量程探测器背景噪声确定方法，包括以下步骤：
56.1)获取控制棒提升后的探测器电流i(t)和反应性变化i(t)曲线；
57.2)统计探测器电流i(t)数据，确定探测器电流的最小值i
min
；
58.3)在0与i
min
之间，确定背景噪声假定值i
bkg
(i)，0≤i
bkg
(i)≤i
min
；
59.4)根据堆外探测器电流i(t)曲线，利用背景噪声假定值i
bkg
(i)进行修正，得到修正的反应性测量结果ρi(t)曲线，选取一个控制棒组处于全部提出状态的时间段，得到ρi(t)在该时间段内的变化斜率ki；
60.5)拟合背景噪声假定值i
bkg
(i)和变化斜率ki的数据，获得k＝0时的i
bkg
值，即最终确定的背景噪声电流值。
61.具体的：
62.如图4所示的典型动态棒价值测量试验基本过程示意图，动态棒价值测量的基本过程如下：
63.1)初始工况：控制棒组全部提升至反应堆顶部，仅保留1组控制棒少量插入堆芯(例如：在30～75pcm范围以内)控制堆芯临界。
64.2)提升第1组控制棒至反应堆顶部，堆芯具有与步骤1控制棒插入量相当的正反应性，功率量程探测器电流信号开始连续上升(图4中的标注1)。
65.3)待功率量程探测器电流信号增加到预定水平时(例如：多普勒发热点的50％水平)，开始连续插入第1组控制棒至反应堆底部，期间，探测器电流首先继续上升(插棒至次临界前，堆芯仍然具有正反应性)，然后随着控制棒持续引入负反应性而快速降低(图4中的标注2)。
66.4)利用插棒期间的数据进行分析，获得第1组控制棒的控制棒价值测量结果。
67.5)提升第2组控制棒至反应堆顶部，堆芯具有与步骤1)控制棒插入量相当的正反应性，期间，功率量程探测器电流信号开始上升，但由于功率量程探测器电流接近本底水平，上升速率较低(图4中的标注3)。
68.6)随着功率量程探测器电流信号水平增加，功率量程探测器电流上升速率也随之增加，并接近稳定的倍增周期(图4中的标注4)。
69.7)待功率量程探测器电流信号增加到预定水平时(例如：多普勒发热点的50％水平)，开始连续插入第2组控制棒，并开始第2组控制棒的测量(图4中的标注5)。重复步骤3)～步骤6)，完成所有控制棒组的控制棒价值测量。
70.控制棒完全提出后的反应性指示，如图4所示，根据中子动力学原理，在恒定正反应性ρ引入条件下，堆芯中子注量率水平ф(t)(与堆外探测器电流i(t)成正比)呈现随时间的指数增加变化规律(经对数处理后，呈线性变化)，即ф(t)和i(t)增加n倍所需的时间是恒定的，其中n＝2时，这个时间称为倍增周期，倍增周期t的长短与正反应性ρ的大小相关，ρ越大，倍增周期t越短，反之越长。
71.反应性测量基于点堆逆动力学方法，利用与堆芯中子注量率水平ф(t)成正比的功率量程探测器电流信号i(t)作为输入进行分析，获得连续的反应性ρ(t)测量结果。与前述中子动力学原理相同，当ф(t)和i(t)的倍增周期t变小时，ρ(t)呈现增加趋势；当ф(t)和i(t)的倍增周期t变大时，ρ(t)呈现降低趋势；当ф(t)和i(t)的倍增周期t趋于稳定时，ρ(t)也趋于稳定在一个与倍增周期值t相应的恒定值的趋势。
72.然而，由于背景噪声(在考察的短时间范围内为固定值，或者变化率很小，远低于指数变化规律)的存在，堆芯中子注量率变化规律将显著偏离指数变化规律，使用附带背景噪声的功率量程探测器信号，计算的反应性将低于真实值。
73.图6放大显示了图4中控制棒组完全提出反应堆(此时堆芯反应性约为 40pcm)前后堆外功率量程探测器的电流水平，及利用该电流信号测量的反应性变化曲线。图中数据显示，在控制棒全部提出堆外时，虽然堆芯已经具有与控制棒插入留量相当的恒定正反应性(约为 40pcm)，但由于此时功率量程探测器的电流信号水平很低，主要成分为背景噪声
电流，因此其变化速率显著低于指数上升趋势，测量的反应性约为0pcm；随着功率量程探测器电流水平的上升，背景噪声电流份额越来越小，功率量程探测器电流水平上升趋势越来越接近指数上升规律，测量反应性也趋近于其真实值。
74.根据上述原理和现象，在堆外探测器电流i(t)中对背景噪声电流予以修正(即扣除背景噪声电流值i
bkg
)后，再进行反应性测量时，得到的测量结果ρ(t)是趋于稳定值的，即随时间的变化率为零，ρ(t)曲线的斜率k＝0)。
75.基于上述原理，确定背景噪声电流值i
bkg
的步骤如下：
76.1)在低功率物理试验期间，获取控制棒完全提升后的探测器电流i(t)，利用i(t)计算的反应性变化ρ(t)曲线；
77.2)统计探测器电流i(t)数据，确定其最小值i
min
；
78.3)在0与i
min
之间，确定一系列背景噪声假定值i
bkg
(i)，0≤i
bkg
(i)≤i
min
；实践中一般等间距地取若干个点，本实施例不限定点的数量、是否等间距；
79.4)根据堆外探测器电流i(t)曲线，利用背景噪声假定值i
bkg
(i)进行修正，即利用(i(t)-i
bkg
(i))曲线计算得到修正的反应性测量结果ρi(t)曲线，选取一个控制棒组处于全部提出状态(即反应堆具有恒定正反应性)的时间段(t1《t《t2，即确保t1～t2期间没有控制棒插入，反应堆在该时间段段内具有恒定正反应性)，计算ρi(t)在该时间段内的变化斜率ki，其中t1为前一个待测棒组完全提出后的某一时刻点，t2为下一个待测棒组开始插入前的某一时刻点；
80.5)针对(i
bkg
(i)，ki)数据系列进行多项式拟合，获得k＝0时的i
bkg
值，即最终确定的背景噪声电流值(如图7所示)。
81.上述方法利用动态棒价值测量基本过程中收集的数据进行分析，获得探测器背景噪声信号准确值，具有如下优势：
82.1)不要求进行额外的测量过程，从而不影响动态棒价值测量技术应用的经济性效果。
83.2)探测器电流上升所需的时间足够长，利用该时间段进行ρ(t)变化率的计算，可有效消除随机噪声的影响。
84.3)可以获得进行不同控制棒组测量时的探测器背景噪声信号准确值，适用于试验期间探测器背景噪声信号发生变化的情况。
85.4)通过ρ(t)在指定时间段内的变化斜率拟合至k＝0确定探测器背景噪声电流值，与ρ(t)具体计算值的大小无关，也就与特定堆型、特定循环不相关，具有普遍适用性。
86.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。