基本介紹
- 中文名：落棒法
- 外文名：rod drop method
- 釋義：測量反應堆中反應性效應的方法
- 其它方法：周期法、跳源法、脈衝中子源法
- 特點：安全、使用方便、適合大型動力堆
- 驅動機構：磁力提升式和磁阻馬達式
簡介,落棒法缺點及改進,反應堆物理實驗,靜態實驗,動態實驗,控制棒,控制棒的主要功能,材料及形狀,反應性價值,壓水堆控制棒驅動機構,磁力提升式控制棒驅動機構,磁阻馬達式控制棒驅動機構,
簡介
落棒法是測量反應堆中各種反應性效應常用的一類方法，用於反應堆動態物理實驗的測量，即根據測量反應堆內中子密度或中子注量率隨時間變化的規律定出反應堆參數的實驗中，比如反應性的測量、傳遞函式的確定這類實驗，其它的方法還有周期法、跳源法、脈衝中子源法以及測量反應性與傳遞函式的振盪法等。
用模擬機落棒法測量反應性，因其具有使用方便、不需在堆芯增加設備、給出結果快、安全性好、又適合於大型動力堆使用等特點，至今仍在國內外廣泛套用。如我國的大亞灣核電站和秦山核電站都使用此方法來測量控制棒的反應性。
落棒法缺點及改進
落棒法是測量反應堆中各種反應性效應常用的一類方法，但此類方法需對空間效應作仔細考慮，否則，即使是較小的反應性也將產生很大的空間效應。產生空間效應的主要原因，是落棒前後中子密度的基態分布發生了畸變。為消除或降低空間效應的影響，曾提出過不少的改進方法，共中主要的有：逆動態法，落棒後比率法，積分法等。
反應堆物理實驗
與一般核物理實驗方法不同， 反應堆物理實驗的特點在於研究大量中子與大量原子核相互作用的綜合性巨觀結果， 而不研究中子與原子核相互作用的微觀特性。綜合結果反映在反應堆的巨觀參數中，如中子擴散長度、材料曲率、反應性等。這些往往是某種分布對空間、能量或時間的積分的結果。反應堆物理參數的信息與中子的運動有關，通常通過對中子的測量才能獲取這些參數的信息。例如，“反應性”本身是不能直接測量的，只能通過測得的中子密度隨時間的變化規律， 再根據反應性的定義而間接定出。按照中子密度或中子注量率隨時間變化規律的不同， 反應堆物理實驗可分為靜態實驗與動態實驗兩大類：
靜態實驗
以穩態中子密度或中子注量率的測量為基礎的實驗。屬於這類實驗的有： 在西格馬(Sigma) 堆上測量慢化材料的性能參數，如中子年齡(見中子慢化)、熱中子擴散長度等；在次臨界裝置上測定反應堆的材料曲率以及在臨界裝置上進行的臨界實驗、堆芯柵格參數和中子能譜的測量等等。這類實驗的特點是不研究中子密度或中子注量率隨時間的變化規律。只需測量穩定狀態(或稱靜態)下中子密度或中子注量率或反應率，就能求得所需要的參數。根據所得結果可以校核理論計算模型和基本核數據。
動態實驗
根據測量反應堆內中子密度或中子注量率隨時間變化的規律定出反應堆參數。這類實驗的特點是測量過程中反應堆不處在臨界狀態。反應性的測量、傳遞函式的確定等都屬於這類實驗。這類實驗方法很多，如常用於測量反應性的周期法、落棒法、跳源法、脈衝中子源法以及測量反應性與傳遞函式的振盪法等。在反應堆超臨界狀態下實驗，需要格外考慮安全問題。反應堆運行中的一些實驗，如控制棒刻度、反應性溫度係數的測量等也屬於此類實驗。控制棒效率由於理論計算比較複雜，往往要通過實驗來校核計算結果， 以檢驗所用的計算方法。
控制棒
用於控制反應堆的反應性的可動部件。也就是說，反應堆內鏈式反應的強弱，可用控制棒予以控制。另外，控制棒還可用於控制反應堆的功率分布，避免形成較大的功率峰，確保燃料元件不超過設計極限值。
對於壓水堆核電廠，出於經濟性考慮，反應堆具有較大的剩餘反應性以用於補償核電廠運行期內各種效應(例如燃耗、裂變產物毒性，燃料和冷卻劑溫度效應等)所引起的反應性虧損。在反應堆運行初期，對剩餘反應性採用三種形式的中子毒物補償，它們是控制棒、可燃毒物和化學補償毒物(即溶於冷卻劑內的可溶硼)。化學補償毒物主要用於控制和補償慢的反應性變化，補償燃耗和裂變產物毒性效應引起的反應性虧損；而控制棒主要用於控制和補償快的反應性變化。
控制棒的主要功能
(1)補償從熱態零功率至滿功率燃料和慢化劑溫度效應引起的反應性虧損以及由於功率再分布引起的反應性變化；
(2)用以實現提高或降低反應堆功率，或者移動控制棒實現快速的負荷跟蹤，使核電廠具有變工況運行能力；
(3)在各種運行工況下，用控制棒實現快速或緊急停堆，並保持一定的熱停堆反應性裕度；
(4)補償變工況時的瞬態氙效應所引起的反應性變化，以及藉助於控制棒移動來抑制氙振盪。因此壓水堆內控制棒是按不同功能進行分組，一般分為停堆控制棒組，控制功率分布的控制棒組以及功率調節控制棒組。
材料及形狀
為了使控制棒能有效地控制反應性，對於熱中子反應堆，採用吸收中子強的材料(例如，碳化硼、銀-銦-鎘合金等)做控制棒。壓水堆控制棒一般採用銀-銦-鎘合金，其質量比大致為80%，15%，5%，並且做成束棒狀，以減小插入控制棒後所引起的功率畸變。
反應性價值
控制棒能控制的反應性大小，用控制棒的反應性價值來表征。一根或一組控制棒插入反應堆前和插入反應堆後的反應堆有效增殖係數之差與插入前的反應堆有效增殖係數之比，稱為這一根或這一組控制棒的反應性價值。也就是，控制棒吸收的中子有效增殖性在反應堆總的有效增殖性中所占的份額。對於壓水堆，各控制棒組的總的反應性價值一般約為7%～10%。
壓水堆控制棒驅動機構
使壓水堆的控制棒上下運動或保持在某一高度的機構。主要類型有磁力提升式和磁阻馬達式。前者多用於陸上核電廠，後者多用於艦艇核動力裝置。它們都具有全密封、快速落棒可靠等優點，磁力提升式比磁阻馬達式的提升力大、壽命長、結構簡單、加工裝拆維修方便;磁阻馬達式的優點是運轉平穩、抗振性強。
磁力提升式控制棒驅動機構
利用電磁力提升和下降控制棒、靠重力快速降落控制棒的機構。該機構一般由五個部件組成：驅動桿部件、鉤爪部件、耐壓殼部件、磁軛部件和棒位指示部件。它被安裝在反應堆壓力容器頂蓋管座上， 通過耐壓殼部件的密封殼與壓力容器管座螺紋連線， 並用Ω密封焊接， 裝拆時用專用的Ω密封切割機、焊接機進行自動切割和焊接。磁軛部件的三個工作線圈(提升線圈、傳遞線圈、保持線圈)用強迫流動空氣冷卻；耐壓殼內充滿反應堆冷卻劑。磁軛部件套在密封殼外面，當三個工作線圈按設計程式通直流電時，裝在密封殼內的三對磁極、銜鐵相應地感應吸合， 帶動兩組鉤爪與驅動桿部件的環形桿上的溝槽交替嚙合， 使驅動桿部件向上或向下一步一步地移動。驅動桿部件的撓性接頭與控制棒束組件的連線柄相連線，由專用工具拆裝。控制棒束組件在反應堆內的軸向位置由套在位置指示內套管外面的棒位指示器部件及其指示儀表(燈光顯示和數碼裝置)指示。三個工作線圈都斷電時，控制棒靠重力快速落入堆芯，控制棒在導向管緩衝段內得到緩衝。
磁阻馬達式控制棒驅動機構
利用同步電機類型的磁阻馬達驅動滾柱絲桿以提升和下降控制棒。由變頻電源實現0～80 r/min範圍內的無級調速以調節控制棒上升和下降速度。切斷電源時，在彈簧作用下滾柱開合螺母鬆開， 控制棒靠自重和加速彈簧力的作用快速下降。這種驅動機構由絲桿部件、分裂轉子部件、耐壓殼、定子部件和棒位指示部件組成。絲桿和滾柱開合螺母的傳動平穩，但由於分裂轉子和高溫軸承結構複雜，因而機構壽命短。這種驅動機構通常用於艦艇的動力反應堆。
