蒙特卡罗共轭输运法计算堆外探测器三维空间响应函数

堆外中子探测器的读数包含有堆芯功率分布的信息,探测器读数与堆芯功率分布之间的联系可由探测器空间响应函数建立。准确的堆外探测器三维空间响应函数是实现由堆外探测器读数重构出堆芯功率分布的关键之一。本文利用蒙特卡罗程序(MCNP),采用共轭输运的计算方法,以压水堆为例,计算分析堆外探测器的三维空间响应函数,并与以往二维离散纵标法的计算结果进行比较。结果表明采用三维计算是必要的,而蒙特卡罗共轭输运法可以方便地实现三维复杂几何下的空间响应函数计算。

堆外探测器读数与堆内功率分布的关系研究

通常认为堆外探测器读数与反应堆总功率之间存在正比关系,这其实很不合理,在实际运行过程中会出现很大的偏差。堆芯功率分布和堆外探测器读数的映射关系可以通过空间响应函数来更好地表达。论文介绍了空间响应函数的计算方法,压水堆的堆外探测器空间响应函数的特点、影响因素,以及其在反应堆功率重构中作用。

CAP1000核电厂堆外探测器响应函数计算方法研究

堆外探测器响应函数代表了堆芯活性区各组件对堆外探测器读数的贡献,反映了堆芯功率分布与探测器读数的关系。本文利用二维离散纵标法(S_N)程序DORT,研究其共轭输运方法,建立CAP1000反应堆模型,分析其堆外探测器径向和轴向响应函数及其特性,并与采用DORT程序正向输运计算的结果进行比较。研究表明,共轭输运方法可以极大简化计算量,且计算结果与正向输运方法结果符合较好。

堆外探测器响应函数三维空间分布计算

堆外探测器响应函数代表了堆芯活性区各组件对堆外探测器计数率的贡献,反映了堆芯功率分布与探测器计数率的关系。研究了三维离散纵标法(SN)程序TORT的共轭输运方法,并开发相应的处理程序,实现了柱坐标下的三维共轭中子注量率到压水堆各燃料组件响应函数的转换。并基于CAP1400核电厂反应堆模型,分析了其堆外探测器响应函数空间分布的特性,与采用TORT多次正向输运计算结果进行了对比分析,两者符合较好。通过本文研究,实现了压水堆核电厂堆外探测器响应函数的三维空间分布计算。

堆外探测器空间响应函数计算方法研究

通过堆外探测器空间响应函数与反应堆功率分布的内积可得到探测器电流。因此,获得堆外探测器的空间响应函数对堆外探测器电流信号的刻度和修正具有重要意义。本文利用二维输运计算程序DORT和基于ENDF/B-Ⅶ.1制作的多群数据库MATXS-47,采用求解共轭中子输运方程的方法对压水堆核电厂Indian Point 2的堆外探测器径向空间响应函数进行了计算,计算结果与文献值吻合,表明本文所采用的响应函数计算方法是正确的。

去射线效应堆外探测器响应函数计算研究

堆外探测器响应函数表征了堆芯活性区各位置处的裂变中子对堆外探测器响应的贡献,通过共轭SN输运计算可快速得到堆外探测器的响应函数。然而,堆外探测器远离堆芯且相对于堆芯体积很小,SN方法的计算结果会受到射线效应的影响。为解决堆外探测器响应函数计算中的射线效应问题,研究了共轭首次碰撞源射线效应消除方法。此外,为克服共轭首次碰撞源方法在三维堆芯计算中面临的计算量大、内存需求高等问题,研究了共轭首次碰撞源的并行化计算方法和动态内存管理方法。基于韩国Kori-1压水堆的计算结果表明:共轭首次碰撞源SN方法和多群蒙特卡罗方法具有相当的计算精度,但计算效率高1个量级。

基于蒙特卡罗粒子定位的堆外探测器响应研究

通过堆外探测器的读数反演堆芯内的通量分布情况,通常需了解堆芯内各部分对探测器的贡献度。本文介绍了一种新方法来研究堆芯内各部分对探测器的贡献情况,通过编写蒙特卡罗程序实现中子输运模拟过程中记录中子的产生位置和反应位置,从而在进行探测器响应模拟时记录探测器吸收的中子的来源分布情况,得到堆芯内各处对探测器计数的贡献度。研究结果表明,探测器吸收的中子主要来自靠近探测器的3层组件,因此这3层组件中的通量对堆外探测器的计数影响最大。最外层组件、次外层组件和第3层组件对探测器的贡献度分别约为77%、20%、3%,该结果受通量分布影响较小,说明空间效应在各组件对探测器的贡献度问题中占主要作用。

AP1000堆外探测器安装质量提升及工程实践

AP1000堆外探测器是监测从反应堆堆芯区泄漏到压力容器处中子注量率的重要设备,堆外核测量仪表系统(Nuclear Instrument System,NIS)对探测器信号采集精度要求严苛,其精度易受环境、安装质量等因素的影响。在AP1000堆外探测器首次安装过程中,其一次安装合格率仅为37.5%,先后遇到安装竖井渗水、电气测试不合格等一系列质量问题,现场通过统计各个缺陷问题出现的频次比,找出影响一次安装合格率的主要问题并通过测试逐一排查各个影响因素,查找问题的根本原因。针对根本原因,结合现场实际制定相应的对策,如增强自带电缆接头处、探测器本体表面以及绝缘陶瓷夹片清洁度;严格控制测试环境温湿度;研发简易工具避免探测器自带电缆磨损;优化电气导管连接设计增强防水性能等方法将堆外探测器一次安装合格率提升至100%。

基于堆外探测实现堆芯功率重构的扰动搜索法

提出一种基于堆外探测数据通过搜索功率扰动变量进行堆芯功率重构的方法。方法研究各扰动因素对功率的影响,建立扰动因素与堆芯功率分布及堆外探测数据的关系,通过编写扩散方程及全局优化算法耦合程序进行计算,得出功率扰动后的分布及扰动因素的分布。分析提升扰动搜索效率的技巧与方法。设定氙振荡和温度场波动的单因素算例及双因素算例对该问题进行验证。双因素算例计算结果表明,堆外探测器所提供数据与堆芯功率扰动前后理论计算数据偏差的均方根可降低两个量级,节块最大功率相对偏差可由6.78%降至0.08%。方法可成功重构出功率分布并找出功率影响因素。

堆外探测器故障诊断装置设计

设计了一种便于携带的核电堆外探测器故障诊断装置。该装置主要由脉冲放大模块、电流采集模块、正负高压模块与数字处理模块组成。该装置可对涂硼正比计数管的脉冲信号进行放大调理,然后通过高速ADC采集与上位机实现对脉冲信号的波形分析;还可对补偿电离室与非补偿电离室的电流信号进行I/V转换与数字化处理,然后通过上位机实现对电流数据的分析。通过测试验证了装置在脉冲波形分析和电流数据分析的最终效果,满足核电厂工程检修应用的要求。

基于时空动态检测的核电厂堆外中子探测器故障检测方法

在核电厂安全监控体系中,堆外中子探测器扮演着关键角色。然而,现有针对探测器的故障检测方法侧重于提取时序特征,以及采用固定阈值方式加以辨识故障,未充分利用探测器之间蕴含的空间耦合关系且缺乏灵活性。为此,该文提出1种针对堆外中子探测器的时空动态检测模型(STDDM)。该模型由时序卷积网络(TCN)、图卷积网络(GCN)和动态阈值3个模块构成。其中,将TCN和GCN模块相组合,用于提取探测器间隐含的时空关系以重构探测器信号。在此基础上,计算重构与真实信号间的残差,根据个体探测器的残差均值以及整堆探测器残差标准差,设计动态阈值检测策略,使模型能够自适应于反应堆运行工况的变化。通过某地区核电厂真实数据加以验证,所提STDDM不仅能实时且精准地重构探测器信号,而且在不同故障情况下依然具有较强的故障容错能力,证明其在核电厂堆外中子探测器故障检测中的有效性和实用性。

离散纵标共轭输运法计算堆外探测器空间响应函数的研究

通过对共轭输运法的研究,采用二维离散纵标程序计算某三代核电厂反应堆满功率运行状态下的堆外探测器响应函数,计算结果与原有数据相比,径向响应因子的相对偏差在3%以内,轴向响应因子的相对偏差在1%以内。表明所采用的计算模型和方法正确。将共轭输运法计算堆外探测器响应的方法在岭澳二期核电项目上进行验证,并与岭澳二期核电工程中采用正向输运法计算的响应因子进行对比,结果表明2种方法的计算偏差不超过5%,验证了共轭输运法与正向输运法计算结果的等价性,但共轭输运法计算效率更高。

堆外探测器辅助安装机器人设计与分析

针对CAP1400核电厂运维时人工安装堆外核探测器存在高辐射安全隐患的问题,设计了一种堆外探测器辅助安装机器人,可在强辐射、不规则、狭窄的堆腔底部代替人工完成安装任务机器人可在堆腔底部灵活移动,将核探测器分节运输到探测器井下方,完成连接及安装文中介绍了机器人的机构组成、工作原理恨据机器人的设计要求与安装环境,通过计算验证了机器人的提升能力最后通过实物样机的研制验证了设计的合理性,提出了一种新的堆外核探测器安装方法。

机械补偿运行对AP1000核电机组的流体温度分层及堆外探测器阴影效应分析

AP1000核电机组采用机械补偿(MSHIM)运行,但关于MSHIM运行对堆外运行参数的研究较少。本文模拟了控制棒插入堆芯以及冷段温度降低的过程,分析了MSHIM运行对AP1000核电机组的流体温度分层及堆外探测器阴影效应。结果表明,M棒组对流体温度分层效应和堆外探测器阴影效应有较明显的影响,AO棒组的影响可忽略;冷段温度降低会导致较明显的堆外探测器阴影效应,该效应对控制棒棒位不敏感。建议相关的启动试验应包含130、14、-66、-116、-296、-436步;在满功率运行时,为避免出现低的功率裕量,棒位-436步可移至棒位130步进行试验。

堆外核探测器安装机器人设计与底盘运动分析

部分核电厂采用从堆腔底部向上安装堆外核探测器的新型安装方式,但安装和更换过程中维修人员仍需进入堆腔底部的高辐射环境进行工作。因此,设计了一种在强辐照、不规则以及狭窄的堆腔内辅助安装堆外核探测器的智能机器人。该探测器辅助安装机器人可以耐受停堆后的高辐射剂量,可以在堆腔底部灵活运动,还可以将其分节运输,并到探测器井底部完成探测器的连接和安装。此外,利用SolidWorks软件对机器人的结构进行三维动态模拟,分析底盘的运动,说明机器人的关键机构和安装方式,并使用ANSYS有限元分析软件对机器人的托盘和提升支架进行静力学分析,从而验证设计的合理性。

基于PCA的气冷微型堆堆芯在线监测方法研究

先进微型堆的研发面临仅依靠少量堆外探测器信号实现堆芯在线监测的挑战。本研究提出一种通过主成分分析和堆外探测器空间响应函数进行堆芯功率重构和棒位预测的方法,并在气冷微型堆上初步验证其可行性。研究结果表明,通过核设计程序构建不同工况下堆芯节块功率分布数据库,可以选择少于堆外探测器信号个数的主成分实现堆芯功率分布的降维,且样本恢复精度在2.5%以内;为保证主成分的适用性,应使功率分布数据库包含尽量全面的工况因素;堆外探测器响应函数受其与堆芯节块的相对位置影响显著,轴向探测器响应受前后反射层厚度影响明显,径向探测器响应与全堆燃料组件列均有映射关系;节块级功率重构可基于主成分降维和堆外探测器信号通过最小二乘法实现,重构误差在2.9%以内;轴向芯块级功率重构可基于重构的节块级功率通过多项式拟合实现,最大功率因子拟合误差在0.2%以内;棒位预测可通过构建棒位与功率在主成分上的投影系数之间函数映射模型和非线性最小二乘法拟合实现,棒位预测偏差在0.5 cm以内。该堆芯在线监测方法功率重构、棒位预测精度高,不受堆型和工况限制,可应用在各种先进微堆研发中。

基于BP神经网络的反应堆堆外探测器响应快速分析方法研究

堆外探测器响应描述了中子注量率与电流信号之间的对应关系,对反应堆的安全运行有着至关重要的作用。针对确定论方法和蒙特卡罗方法均无法兼顾堆外探测器响应计算效率与计算精度这一问题,采用基于反向传播(BP)神经网络的算法完成堆外探测器响应的快速计算;基于堆芯核设计系统CMS对我国现有百万千瓦级压水堆堆芯进行物理建模,堆芯内燃料组件排布方式和燃耗变化作为BP神经网络的输入,相对应的燃料组件排布方式以及不同燃耗下的堆外探测器响应作为BP神经网络的输出,构建了3层BP神经网络模型并进行了优化;经过计算验证,优化后模型能够较为快速地计算堆外探测器响应,且预测值与堆芯核设计系统CMS计算值相比误差较小,有较好的工程应用前景,为计算堆外探测器响应提供了新思路。

反应堆无源启动对堆外核测仪表系统设计影响浅析

目前压水堆的启动主要是通过外引入中子源的方式,例如反应堆中装载初级中子源和次级中子源。引入的中子提高了反应堆的中子本底水平,使得堆外核探测器获得有效的探测计数,从而确保反应堆的反应性得到有效的监控,以便安全可控地启动核反应堆。但在实际的核反应堆中,核燃料本身可释放相当数量的中子,如何充分利用堆内核燃料自发裂变产生的中子,通过核燃料设计、燃料装填方式、探测器布置、探测器选型等一种或多种方式的综合,达到无外引入中子源的前提下仍可安全可控地启动反应堆,是目前反应堆设计的重要方向之一。本文通过对多种中子探测器的特性分析和性能比较,基于VVER无源启动实践特点,对CAP1000堆型或全新堆芯的低中子源或无源启动设计相关的堆外核探测系统提出优化建议。

堆外核探测器中子灵敏度计算模型研究

本研究以蒙特卡罗方法为基础,提出了一种中子灵敏度计算模型,用于堆外核探测器核性能设计研究。首先,基于探测器物理原理,得到中子灵敏度的影响因素;在此基础上,分析探测器孔道处中子场特性,提出中子灵敏度计算模型;对计算模型进行讨论得到其不确定度分析。最后对模型展开验证,结果表明计算得到的中子灵敏度与实测数据的误差在可接受范围内,验证了模型的可行性。

压水堆轴向功率重构几何矩阵研究

基于多项式拟合,推导了从堆外核仪表探测器电流信号重构轴向功率算法中的几何矩阵模型。通过数值计算与工程测量数据对适用于CPR1000堆型的几何矩阵模型进行了验证。针对不同数目节功率信号与适用于自给能探测器信号功率重构的几何矩阵模型进行了推导。对4段节功率输入信号的功率重构结果进行了误差分析,并探讨了输入信号数目对拟合精度的影响。研究结果表明:几何矩阵的本质是将有限个节功率输入扩展为全轴向分布的一种映射关系,其包含了节划分、轴向外推距离与功率重构点位置等几何信息;4段节功率重构后功率分布的精度不能满足工程应用要求,应使用自给能探测器信号作为功率重构输入。