一种大型钠冷快堆首次临界的方法与流程

本发明属于钠冷快堆反应堆，具体涉及一种大型钠冷快堆首次临界的方法。

背景技术：

1、随着核能行业的不断发展，为进一步提高核反应堆的安全性、经济性和可靠性等指标，世界上各国于21世纪初提出了发展第四代先进堆型，其中包括三种快堆堆型。我国的快堆技术基础研究始于1960年，钠冷快堆作为快堆堆型之一，是当今世界上唯一实际可行的增殖堆型。不同于压水堆铀资源1％的低利用率，钠冷快堆依靠其独有的堆芯中子物理特性，可将铀资源的利用率提高到60～70％，达到充分利用铀资源的目的。

2、中国实验快堆(以下简称cefr)是我国第一座快堆，于2010年7月21日成功实现首次临界。在反应堆的建设过程中，首次临界具有非常重要的意义，标志着反应堆已基本建成，具备了提升功率并运行应用的条件。cefr的首次临界是指堆芯钠温为(250±5)℃时，所有控制棒均提出堆芯，位于顶部位置，采用分批逐根模式将堆芯的模拟组件替换成燃料组件，最终使反应堆达到临界。cefr的首次临界过程中，控制棒外推过程主要通过补偿棒和调节棒实现。cefr的控制棒外推采用的方法是：提升所有安全棒到顶，所有调节棒至中平面位置，逐步提升补偿棒组件来进行棒位外推。cefr的超临界外推过程为：将所有调节棒降至底部，补偿棒提升至临界棒位处。后根据调节棒价值估算堆芯具有一定功率倍周期的调节棒棒位，提升调节棒至该位置并进行周期拟合，最终内插得到调节棒的临界棒位并确认临界。

3、cefr虽然成功实现了首次临界并具备了一定临界经验，但cefr实验快堆为小型钠冷快堆，堆芯设计与大型钠冷快堆存在明显差异，cefr独有的临界方式不适用于大型钠冷快堆。基于上述原因，需建立一种安全可靠的实验方法来使大型钠冷快堆顺利达到首次临界。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种大型钠冷快堆首次临界的方法，使大型钠冷快堆能够安全顺利地实现首次临界。

2、为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种大型钠冷快堆首次临界的方法，第一步，燃料组件装载至接近临界装载量；第二步，提升控制棒进行临界外推使反应堆机组实现首次临界。

4、燃料组件装载原则：1)除首批和最后一批装料外，每次装料遵循1/2原则，即每次装料的燃料数量要小于外推临界装量增量的1/2，首批装料不超过0.9βeff；2)当堆芯keff≈0.997或距离堆芯临界反应性只差0.3βeff时，进行最后两盒燃料组件装载，反应堆开始向超临界过渡；3)由内至外进行燃料组件装载，优先装载靠近探测器方向的燃料组件。

5、堆芯采用逐批替换燃料模拟组件的方式进行装料和首次临界，第一、二批燃料组件装载数量以理论计算值为准进行堆芯装载，后续批次装载数量以试验实际外推值为准，直至燃料组件装载至临界装载量。

6、临界外推方案：当燃料组件已装载至临界装量时，开始提升控制棒，执行达临界操作：先将安全棒、非能动棒、补偿棒依次逐根提升至堆芯顶部；再逐步提升2号调节棒，并时刻关注堆芯中子计数率和反应堆周期变化；2号调节棒提升至堆芯顶部后，开始提升1号调节棒，并进行棒位外推，逐步提升1号调节棒至堆芯反应堆周期为200s时，停止提升操作；根据当前从反应性仪上获取的反应性价值和1号调节棒的微、积分价值，推算出临界棒位，将1号调节棒下插至临界棒位，即可使堆芯达首次临界。

7、试验前需核实以下状态：1)控制棒驱动机构与控制棒脱开，堆内所有控制棒位于底部位置；控制棒驱动机构和控制棒驱动机构导管位于上部位置；2)堆芯出口平均钠温为220℃～250℃；3)阻塞计温度小于180℃；4)堆芯覆盖气体压力2kpa-6kpa，并保持稳定，旋塞密封锡铋合金处于熔化状态；5)一回路主泵以25％±4rpm并保持稳定运行；6)堆内、外测量系统确保有两套以上的探测信号；确认反应性仪可用，堆内、堆外核测探测器工作正常。

8、燃料组件装载前，测量有源基准计数率并记录；根据理论装载方案将一定数量的燃料组件装入堆芯对应位置，堆芯每装入一盒燃料组件后进行一次中子计数率的测量，并进行一次以入堆燃料组件数目为函数的1/m倒计数率的计算；第一批次燃料组件装载完成后，移动中子源位置由堆芯外围至堆芯内圈，以便于后续组件数量外推过程，待中子计数率稳定后，记录数据，作为第二批装料过程中每一盒燃料组件入堆后进行临界安全监督的基准计数；提升控制棒组件至堆芯顶部，当中子计数率稳定后，记录数据；将理论装载方案中的第二批次燃料组件装入堆芯对应位置，堆芯每装入一盒燃料组件后进行一次中子计数率的测量，并进行一次以入堆燃料组件数目为函数的1/m倒计数率的计算；提升控制棒组件至堆芯顶部，当中子计数率稳定后，进行第一次燃料组件数量外推，获得第三批次燃料组件装载量；根据第一次外推结果，将一定数量的燃料组件装入堆芯，组件装载完成后，进行第二次燃料组件数量外推，获得第四批次燃料组件装载量；重复上述燃料组件装载及外推过程，当堆芯keff≈0.997或反应性只差0.3βeff达临界时，一次性往堆芯装入2盒燃料组件；开始执行向超临界过渡操作：依次提升安全棒至堆芯顶部，待中子计数率稳定后，记录数据；依次提升非能动棒至堆芯顶部，待中子计数率稳定后，记录数据；依次提升补偿棒至堆芯顶部，待中子计数率稳定后，记录数据；逐步提升2号调节棒，每次提升100mm；提升期间，密切关注中子计数率和反应堆周期，若周期小于30s，则停止提棒操作，待周期大于300s后继续提棒；2号调节棒提升至堆芯顶部，待中子计数率稳定后，记录数据；开始提升1号调节棒，提升100mm，提升过程需密切关注中子计数率和反应堆周期变化，若周期小于30s，则停止提棒操作，待周期大于300s后继续提棒，提升结束，待中子计数率稳定后，记录数据并进行棒位外推；当外推获得的临界棒位大于当前棒位200mm时，继续按照上步执行调节棒提升操作；当外推获得的临界棒位小于当前棒位200mm时，1号调节棒提升高度为50mm，提升过程需密切关注中子计数率和反应堆周期变化，若周期小于30s，则停止提棒操作，待周期大于300s后继续提棒，提升结束，待中子计数率稳定后，记录数据并进行棒位外推；当外推获得的临界棒位大于当前棒位100mm时，继续按照上步方式执行调节棒提升操作；当外推获得的临界棒位小于当前棒位100mm后，开始点动提升1号调节棒，每次点动提升2mm，并密切关注中子计数率和反应堆周期变化，点动提升1号调节棒直至当反应堆周期为200s时，判断反应堆已达超临界状态；当反应堆周期为200s时，读取反应性仪数据获得当前反应性价值，根据目前已有的反应性价值和1号调节棒的微积分价值数据，计算得出控制棒临界棒位，下插1号调节棒至临界棒位，使反应堆达首次临界。

9、本发明所取得的有益效果为：

10、采用大型钠冷快堆独有的燃料装载方案，结合二分之一装料原则，在确保堆芯安全的前提下，实现了有效减少燃料装载批次的技术效果。

11、采用大型钠冷快堆提升调节棒至超临界状态，可准确获取堆芯功率倍增周期，较为精准实现反应堆临界的技术效果。

12、采用中子源组件在第一批次燃料组件装载完成后，由堆芯外围移动至堆芯内圈，前期保证了堆内探测器具备足够的中子计数率，避免存在探测盲区；后期移至堆芯内圈实现外推的安全性和准确性的技术效果。