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铀子哥告诉你什么是临界

时间:2018-09-21
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所谓临界,就是把反应堆从次临界状态引入到临界状态,达到自持链式裂变反应的过程。如果把三代核电AP1000机组比作一辆车,首次临界就是把汽车发动,进入怠速运行状态,这时只要再松点刹车踩点油门(例如提控制棒),就可以跑起来了(提升功率)!

 

同样意义非凡

临界标志着机组的整体系统、设备的调试基本完成,机组进入到有最低限度有核功率的稳定运行状态。接下来,在完成一系列低功率试验后,机组将进行首次汽轮机的带核冲转与并网工作。

 

等等!链式反应?是不是没懂?

 

 

咳咳!科普又开始了!

用中子轰击U235原子核,会发生核裂变,释放2~3个新的中子。新的中子主要有几个去向。一个是与其他U235发生下一代裂变反应,继续产生新的中子。另一个是被堆芯里的控制棒、硼水等材料吸收。此外,中子还可能逃逸到堆芯外部,被外部结构材料吸收。所以,同一时间反应堆内有新的中子产生也有老的中子消失。

简单说来,就整个反应堆内的中子数进行统计:

如果

中子的产生率>中子的消失率

堆芯就处于超临界状态

反应速率加快,这时可能需要操纵员介入干预反应速率。

 

超临界

 

通过调整堆芯里控制棒和硼水的状态,可以使得

中子的产生率=中子的消失率

堆芯内中子数保持稳定,实现自持链式反应,也就是达到临界状态。

 

临界

 

首次装料完毕后,所有控制棒处于全部插入堆芯的位置,一回路冷却剂中含有较高硼浓度,中子几乎都被吸收。

这时

中子的产生率<中子的消失率

堆芯处于次临界状态,而且是深度次临界。

 

次临界

理论讲清楚了,实际怎么操作呢?临界驾校

呐,首次装料的电厂就像一辆装满油的新车,而首次临界就是让车进入怠速运行。为啥不直接上70迈呢?那是并网发电的时速!临界还没到那一步。

要把堆芯从次临界状态达到临界,就需要逐步把控制棒提出堆芯,对一回路冷却剂进行硼稀释,两种方式都会增加堆芯里发生反应的中子数量。为实现临界,可以采用先提棒后稀释的做法,这里每一步都有严格的规程,下面老司机就手把手教怎么临界。

1

起步前的安全检查

——首先要进行一系列的次临界试验,确认临界操作的初始条件,避免出现不安全的因素。

 

2

松刹车

——将指定的控制棒提到要求的棒位。

 

3

踩油门

——缓缓稀释一回路硼浓度。

 

4

当观察到车辆在缓慢移动时,松开油门。

——通过反应性仪观察到持续的正反应性时,意味着堆芯已经进入临界状态(实际上已经越过临界点,略微超临界,以提升堆芯中子注量率水平),就停止硼稀释。

 

5

临界只是让车进入怠速运行,所以还要把脚放回刹车上。

——适当插入一组控制棒,维持堆芯处于稳定的临界状态,宣布临界。

 

 

 

关于临界啊,还有两个秘密哦!

 

 

1

一个是,堆芯逼近临界的检测方法。堆芯逼近临界的程度不能直接测量、观察到。为了对提棒、稀释向临界过度的过程进行监测,防止堆芯意外、过快达到临界甚至超过临界,确保堆芯安全,AP1000机组采用倒数计数率方法(ICRR)进行临界外推和堆芯监测。操纵员利用临界过程中已经得到的计数率,预测之后堆芯临界条件,来判断接下来该提多少步控制棒或者稀释多少体积的清水。这样就能实现精准控制堆芯的临界状态了。

2

另一个是中子源的真实作用。这是一个经典、广为流传的误区,临界一开始需要初级中子源来“点火”?实际上,提出控制棒,稀释硼水后,利用燃料棒自发裂变就可以使得堆芯临界。初级中子源只是为了方便探测器观测到足够强的信号,进行计数罢了,并非核反应的“火种”。

 

 

 

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