快中子堆启堆试验
王洲1.2
（1.清华大学热能工程系-北京100084：2.中网原子董科学研宽院-北京102413）
携要：以大、中暨施型试范快堆为例，分绍有关快堆启堆的两个主要试验阶段的经验：（1）装料前预备工作.充钠，堆整体试验：（2）装料，通近临界及提升功率试验.
美键词：快中子堆：启维：装料：通近临界：提升功率
中图分类号：T1.32 文献标惠码：A文章编号：0258-0918（2010)02-0097-13
Startup operational tests of fast reactors
WANG Zhou
C1. Tbermal Engintering Depertment of Tsinghsa Univernsity Beijing 100084. Chits
2. Chine Instinte of Aroenic Energy- Mejing 102413 Chna>
startup operational tests of fast reactors: (1) The general tests and Sodium filling before Abstraet; This paper is mainly concerned with the experiences of the two main phases ofcore loading. (2) The core loading approach to criticality and power build up opera-tional tests taking for cxample a large and middle demonstrating integrated-type fastresctor.
Key words;fast reactor: startup operation: fuel londing: approach to criticality: rising of
power operation
别无选择的世纪能源问题，俄国、法国、英国和 美日发达国家又恢复了快堆的计划，准备建设技术更成熟、安全、经济效益好的第四代快中子反应堆.中国在赶上时代堆型的征程上，努力缩短差距，也选择了快堆的池式钠冷试验堆型， 走出了第一步.
“超风凰“（3000MWth），一个能从天然轴中提 20世纪90年代，世界上最大的试范快堆取比压水堆高60倍谱能的堆型，初期患了些“大堆动年病”（泄漏），后来出现的缺点终于得到了解决，发电量越来越多，开始有了收益，却 长期停止了运行.
池型快堆的启堆试验包括如下三个阶段(T B)
18年过去了，快堆尚未商业化.然而面对严重的温室效应，石油及铺资源的短缺，及解决
图1超风凰快堆堆本体（大型堆）
Fig. 1 Super-phenix fast reactor block (L.arge type)
的杂质，到装料时将一支一支地卸出，面用真实燃料替代.
第一阶段：单元系统试验（这个阶段主要是与常规设备和钠技术有关，不在此作介绍）；
1.2稀化组件
第二阶段：装料前堆整体试验：
在装进模拟组件的同时，还必须装进一定数量的稀化组件，其作用为补偿初始装料的过剩反应性，因为当反应堆进入平衡运行阶段之 前，换料初始的堆芯是由一半新料和一半未烧完的旧料组成，因此，第一炉启堆堆芯的反应性比平衡维芯的高得多.为考虑堆运行的安全，必须在第一炉堆芯中装进若干稀化组件（钢/钠组件），以替代一部分燃料组件.这些稀 化组件将在首炉期问随着堆的反应性消减面逐步卸出，稀化棒组件卸出之后，末期平衡堆芯的反应性接近300pcm.
第三阶段：装料，中子物理，热工水力，提升功率试验.
1第二阶段：装料前堆整体试验
1.1燃料操作设备和模拟组件
主容器充钠之前是处于空气环境，首先要对堆本体的大型设备：如旋塞、燃料装卸机、燃料操作机进行旋转、定位等操作试验.然后利 用这些设备将与燃料几何、流道、重量相似、数量相等的不锈钢/钠模拟组件装进堆中，这些模拟组件配备有过滤网，以收集充钠后容器中
对于一个池式大型快堆（3000MWth）.首聚之前，在钠温200C的条件下，钠的堵塞温度炉所需的过剩反应性约为2000至3000pcm，要~180℃，以避免溶解于钠中的氧化物卡堵 每支稀化组件的反应性约为一130pcm，由此主系的轴承.然后，利用保护罩在氢气保护下，将最后的主系从穿道效进堆中.这时，便可拆除预热保温装置，开始主泵（转速10%~50%N，温度180~400C）的性能试验.试验堆坑辐射，对流或堆外的风冷器散热的平衡， 期间，温度的调节完全依靠主泵转动的热量与
可以估算稀化组件的数目.
稀化组件在堆中位置的选定，是以不干扰堆功率的分布为佳.
1.3主容器充钠前的准备试验及预热
快堆主容器在充钠之前，必须经过清洁处理及空气检漏，然后注人150C的氮气（或氢气），并加压到0.05MPa，进行气密检验.
1.5主容器充钠后的等温试验
主容器充钠之后，完全靠主泵转动的热量，凡从主容器氢气腔出来的氢气管道的接就能把钠加热到400C左右，这期间进行的热
头，要采用焊接连接，并封闭在负压控制空间.工水力试验包括：从控制空间出来的空气要经过过涉处理后排人大气.密封圈要加双层保护，适时更换新的氢气，使工作环境免受污染.
（1）主持久可靠性试验（从180~400℃，大型堆转速为75~450r/min，中型堆为100~900 r/min).
气密检验合格之后，才开始准备给主容器进行预热，为此，首先从一个主泵通道将一支同网心管道（环形管）插人栅板联箱，另一支氮管插入保护壳空问，以确保预热及充钠期间的 保温作用.做完这些准备工作之后，就从同图心管注人150~180℃的氮气（或氢气）（用氮气堆芯、主泵、热交换器、控制棒机械、电偶连线等）预热之后，必须换用氢气作为覆盖气体，因在250C以上，钢会被氮化），给主容器吹风预热.注人的氮气含氧不超过300vpm（vpm为10体 积浓度），含水蒸气不超过100vpm.加热速度<2C/h，使大型堆结构最大温度差<70℃. （2）流道的流体力学行为： ①压力损失（一目路，中间热交换器）； ③钠表面高度随温度的变化. （3）流道的振动行为（内壳、主壳、测量柱、 （4）在湿度250℃，燃料装卸机操作试验，主容器氯气空间气密测试（压降法、流量法） （5）提升温度到400℃，进行： ①主回路钠净化（冷屏维持于110~115℃，堵塞温度120~130C以避免卡堵乘的轴承）； 当主容器内部结构预热到140~170℃时，先将已准备好的热钠（180C），灌人二回路及的影响： 中间热交换器，加热速度<25℃/h. ②分析温度对上述（1）~（3）项力学行为 ③主容器氢气空间的压力测量： ④主容器销表面温度及氢气空间及氢气 1.4主容器充钠 二回路充钠之后，便开始由特置插入主容通道的温度分布；≥180℃）.根据已有的经验（比如英国的PFR 器底部的充钠管道给主容器充钠（钠人口温度堆，600MWth），充钠速度0），共计90%的燃料组 件），第三批（5%组件）.当装第四批（5%组
图2大型快堆通近临界装料方式（SPX1）--第一批料Fig. 2 Approsch to Criricality of a large type fast reactor(SPX1)first lot of loading
对同一上述大型触/怀快堆，如果采用传统装内源量程探头（裂变室）和堆外硼（B）计算仪和
料方式，仅装入40%的燃料组件，便已达到临界.功率探头（电离室）导向临界，也很成功.就是说，逼近临界时，装料还不到一半，这对装料 过程的安全不利，装料时间也更长（图3）.
对于高浓袖小型快堆（65MWth），一定要加装辅助中子源，一般都采用传统的装料方式.探头可安置于堆中心，因为中心位置的中子计数信号较强，有利于非对称的装料方式，分批按一定
对于中型镇/环快堆（560MWth），也曾采用传统的装料方式，但在堆芯内区（Pu/Puu装辅助中子源（比如自身辐照而成的Sb-Be（约 18%)和外区(Pu/Puu 25%)的两区之间要加10n/s）或C（约10”n/s）的中子源）.利用堆
图3两种装料方式反应性变化的比较
Fig 3 Comparison of reactivity variation betwcen two loading methods
2.1.1超临界及功率周期
后一批料时.反应堆都稍超过临界（>0），这时 实际上，对于上述两种装料方式，当装入最几乎的控制棒都处于堆项.由于功率继续上升，操作员必须观察周期表，利用补偿棒将反应堆功率上升的周期T稳定于T>30s.随后 降落补偿棒.将反应堆导向次临界（p<0）状态（这里大堆的补偿棒同时有调节棒的功能）. 2.1.2后备反应性 两批燃料，即第五批（5%组件）及第六批（5%组 为过溅到提升功率堆做准备，必须再添加件），把首炉总的过剩反应性提高到首期为填补燃耗所需要的后备反应性（大型快堆首炉一年的后备反应性约为4000pcm）.添加后备燃料堆中间位置），以维持临界状态（p=0）.这时可 之后，必须将补偿棒插人堆中（一般应该是以说，已做好了提升功率堆的准备工作. 2.1.3反应堆安全裕度 插进了全部控制棒（p-9700pcm=25.5$）， 按上述大型快堆的例子，装料前，堆芯中已装进了稀化组件（p2300pem）.U组件，模拟组件及周边钢屏蔽（g-6500pcm），这些材睡在负反应性中. 料构成的总负反应性为一18500pcm.使堆沉 首炉堆芯后备反应性是大大超过平衡堆芯 的后备反应性.其超过的过剩反应性由首炉中的稀化组件反应性p补偿.稀化组件在首期 将随着堆芯反应性下降逐渐卸出，使维芯向平衡堆芯过渡.（图4） 首炉堆芯后备反应性μ≥赠耗反应性十温度效应反应性，即 A≥4 000 pcm= 10. 5 S 安全裕度=（控制棒反应性一后备反应性）-10 S =5 $ 5$，是很保守的.（对上述轴/环快堆情况，1$ 可见，上述大型快堆的首护安全裕度为= 380 pcm) 2.2临界后提升功率 2.2.1一回路和二回路初始状态 全棒插人维内，补偿棒插人堆中间（已知的临界位 功率堆已为首炉后备反应性作好了准备.安置）.反应堆处于次临界状态，等待启堆提升功率. 一回路主豪和二回路主泵以较低转速（大型快堆泵转速为75~450r/min之间），把钠温 度维持于180℃.独立热交换器及堆外空冷器在运行. 2.2.2三回路状态 汽轮机处于停止状态，的热交换器及回热 供水站的水取道蒸汽发生器的旁路流动，器取道“启堆回路”服役下工作（图5）.
