梁淑紅，劉振華，閻鳳文

（中國原子能科學(xué)研究院 反應(yīng)堆工程研究設(shè)計(jì)所，北京 102413）

國際上已開發(fā)研究出多種成熟的反應(yīng)性測(cè)量方法，主要有周期法、振蕩法、落棒法、跳源法、中子源倍增法、脈沖中子源法、Rossi－α統(tǒng)計(jì)、噪聲分析法等。反應(yīng)性測(cè)量方法基本上是根據(jù)中子注量率隨時(shí)間變化的規(guī)律來進(jìn)行的。這就要求在反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)引入一擾動(dòng)，擾動(dòng)后中子注量率隨時(shí)間開始發(fā)生變化，測(cè)量中子注量率隨時(shí)間的變化得到反應(yīng)性。對(duì)反應(yīng)堆的擾動(dòng)可以是階躍的、脈沖的或振蕩的。振蕩法就是在反應(yīng)堆臨界穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下對(duì)反應(yīng)堆有規(guī)律地?cái)_動(dòng)，這樣反應(yīng)堆平均功率維持不變。其中，測(cè)量小反應(yīng)性的方法以振蕩法為最佳。振蕩法的優(yōu)越性還在于重復(fù)性好、測(cè)量精度高、應(yīng)用范圍廣。在測(cè)量過程中，不需較長的等待時(shí)間，且可在較高功率（反應(yīng)堆熱態(tài)）下進(jìn)行。反應(yīng)性的振蕩波形可有多種形式，如正弦波、矩形波、三角波等。

自20世紀(jì)60年代以來，許多國家對(duì)反應(yīng)堆振蕩法進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一定的成功［1－4］。我國從20世紀(jì)七八十年代就已開始了堆振蕩法和傳遞函數(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。1981—1983年，在DF－Ⅵ快中子臨界裝置上設(shè)計(jì)建立了1套氣動(dòng)方波振蕩系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了5種小樣品的實(shí)驗(yàn)研究工作［5］。在氫化鋯－水－鈾柵格臨界裝置上采用氣動(dòng)方波振蕩器，測(cè)量了164Dy、151Eu、176Lu、115In等樣品的反應(yīng)性效率。實(shí)驗(yàn)中為了消除樣品對(duì)中子場(chǎng)的擾動(dòng)，采用了反應(yīng)性效率小于4×10－4Δk／k的小樣品［6］。1993—1994年間，中國實(shí)驗(yàn)快堆概念設(shè)計(jì)的物理零功率模擬實(shí)驗(yàn)在俄羅斯奧布寧斯克物理－動(dòng)力工程研究院（IPPE）的快中子零功率裝置БФС－1上合作進(jìn)行，完成了3個(gè)堆芯的物理模擬，進(jìn)行了10多種快堆中子物理參數(shù)的測(cè)量。

本工作用三角波形振蕩器在DF－Ⅵ快中子臨界裝置上測(cè)量2?？刂瓢粜屎外櫂悠返姆磻?yīng)性［7］，并與周期法測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

1 基本原理

點(diǎn)堆動(dòng)態(tài)方程為：

由圖7可知，隨模擬葡萄酒中乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高，酵母細(xì)胞通過補(bǔ)充細(xì)胞膜上的存活因子進(jìn)行響應(yīng)，這種補(bǔ)充在一定程度上抵消了乙醇的破壞作用，部分恢復(fù)了細(xì)胞膜原有的通透性和流動(dòng)性，但發(fā)酵過程中的二氧化碳產(chǎn)量依然呈降低趨勢(shì)。盡管普通活化處理所得菌株對(duì)乙醇的耐受力優(yōu)于大多數(shù)適應(yīng)活化處理所得酵母，但隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加（從10%～12%），NOS2，NOS3和OS3適應(yīng)活化處理酵母也逐漸顯露出其對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)的耐受能力。此外，隨活化培養(yǎng)基中碳源含量（僅在厭氧環(huán)境條件下）和氮源含量的增加，酵母對(duì)乙醇的耐受性增強(qiáng)，尤其是厭氧活化處理組更為明顯。

式中：N（t）為反應(yīng)堆t時(shí)刻的中子密度；Ci（t）為t時(shí)刻第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核的濃度；λi為t時(shí)刻第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核的衰變常量；βi，eff為第i組緩發(fā)中子有效份額；為緩發(fā)中子總有效份額（假定按6組考慮）；ρ（t）＝為反應(yīng)堆的反應(yīng)性；keff為反應(yīng)堆的有效增殖因數(shù)；Λ為瞬發(fā)中子每代時(shí)間，Λ＝l／keff，l為瞬發(fā)中子壽命。

其中：N0和Ci，0分別為反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)時(shí)中子密度和先驅(qū)核濃度；δN（t）和δCi（t）分別為中子密度和先驅(qū)核濃度隨時(shí)間的微小變化量。

已知DF－Ⅵ快中子臨界裝置的動(dòng)態(tài)參數(shù)為：Λ＝1.053 5×10－8s，βeff＝7.198×10－3Δk／k。6組緩發(fā)中子參數(shù)列于表1。

上面得到的狀態(tài)方程是非線性的方程，需要依照擴(kuò)展Kalman濾波器[15]的方式對(duì)其進(jìn)行線性化和離散化處理，得到k時(shí)刻的過程雅可比矩陣如下：

在零功率的臨界反應(yīng)堆內(nèi)，如果引入一微小的反應(yīng)性變化δρ，相應(yīng)的中子密度N（t）和先驅(qū)核濃度Ci（t）就產(chǎn)生一微小的變化，因此：

將式（2）代入式（1），考慮擾動(dòng)變化是微小的，二階微量可忽略。則式（1）可線性化為：

式中：H（s）為零功率點(diǎn)堆的傳遞函數(shù)；S＝j(luò)ω，ω為振蕩角頻率。

待測(cè)鈾樣品裝在φ10mm×0.4mm的圓柱形不銹鋼套管內(nèi)，該套管的一端通過1個(gè)連接頭與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。借助電氣控制系統(tǒng)，在臨界裝置的中心燃料管隙中做進(jìn)出堆芯的周期性運(yùn)動(dòng)，被測(cè)鈾樣品在兩個(gè)終端位置之間沿軸向運(yùn)動(dòng)。鈾樣品的尺寸為φ9mm×10mm，在堆上布置如圖3所示。

在11月的全國媒體試駕活動(dòng)中，駕駛著銳騏6從順暢平直的高速公路過渡到顛簸崎嶇的果園，深深感受到其強(qiáng)勁的動(dòng)力輸出。

從式（4）可看出：測(cè)量了平均功率N0和功率振蕩部分δN，由傳遞函數(shù)H（s）即可得到以βeff為單位的振蕩反應(yīng)性δρ／βeff。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際情況，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)在DF－Ⅵ快中子臨界裝置上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置堆芯如圖1所示。

圖1 堆芯布置Fig.1 Reactor core for DF－Ⅵ

2.1 控制棒振蕩

受道教風(fēng)水學(xué)說的影響，古代朝鮮創(chuàng)作了眾多堪輿主題的小說，在這些小說中，堪輿成為小說敘事的主線，貫穿故事始終。 如《定名穴牛臥林間》中，講述了湖西士人為得名穴，誠意侍奉地師樸尚義，無奈樸尚義恃術(shù)驕縱，千般推辭，湖西士人一怒之下剝掉樸的衣服，將其緊縛于松樹上。 恰巧遇到尹氏搭救，樸尚義才幸免于死。 樸感念尹氏的再生之恩，遂幫助尹氏相地，但終未告知吉穴所在。 后來尹氏遍請(qǐng)地師占正穴，仍然求之不得。 一日，竟在牛臥之地得到正穴。 移葬親山后，家族逐漸顯赫起來。

根據(jù)三角波反應(yīng)性振蕩的要求，選取控制棒S曲線的線性段（即220～380mm）進(jìn)行振蕩實(shí)驗(yàn)，中心點(diǎn)取300mm處，振蕩周期為26s。

根據(jù)DF－Ⅵ快中子臨界裝置上控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特性可知，直流伺服電機(jī)帶動(dòng)控制棒正常升降，反應(yīng)性隨控制棒變化的示意圖如圖2所示。當(dāng)控制棒提升到頂部終端（即t0時(shí)刻）時(shí)，觸發(fā)頂部終端行程開關(guān)，給出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步信號(hào)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始計(jì)數(shù)。

圖2 反應(yīng)性隨控制棒變化示意圖Fig.2 Reactivity vs.rod position

2.2 鈾樣品振蕩

對(duì)式（3）兩邊取拉普拉斯變換可得：

圖3 鈾樣品在堆芯的布置Fig.3 Uranium sample in reactor core

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

建設(shè)項(xiàng)目可以使用土地利用總體規(guī)劃確定的國有未利用地，不需修改規(guī)劃，也不用辦理轉(zhuǎn)用和征收手續(xù)，直接批準(zhǔn)用地。

表1 緩發(fā)中子參數(shù)Table 1 Delayed neutron parameters

為了更好地驗(yàn)證三角波反應(yīng)性振蕩法的可行性，將振蕩法的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和周期法的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果［7］進(jìn)行了比較，結(jié)果列于表2。

表2 測(cè)量結(jié)果Table 2 Measurement results

4 誤差分析

從振蕩控制棒和振蕩鈾樣品實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與經(jīng)典周期法的結(jié)果相比較可見，控制棒效率在2.5%內(nèi)符合，振蕩鈾樣品在5.5%內(nèi)符合，證明了三角波振蕩反應(yīng)性測(cè)量是可行的。

餐飲行業(yè)之所以易發(fā)生食品安全風(fēng)險(xiǎn)，原因如下：一是餐飲行業(yè)技術(shù)含量較低，經(jīng)營者及從業(yè)人員食品安全法律及意識(shí)較薄弱，食品安全知識(shí)水平低下；二是餐飲行業(yè)使用的原料和供應(yīng)的品種繁多，渠道不一，上游的食品安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)積累到本環(huán)節(jié)；三是餐飲業(yè)多處在鬧市，場(chǎng)所面積受限，衛(wèi)生條件不足；四是餐飲食品多以手工操作為主，加工過程繁雜、環(huán)節(jié)多，其中易出現(xiàn)因加工不當(dāng)引起的污染等問題；五是餐飲食品即時(shí)加工、即時(shí)食用，無法做到經(jīng)檢驗(yàn)合格后再食用，失去檢驗(yàn)把關(guān)最后一個(gè)關(guān)口；六是餐飲食品為直接入口食品，對(duì)備餐、配送的要求較高，稍有不慎便會(huì)產(chǎn)生衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)。

測(cè)量結(jié)果的誤差由多種因素組成，具體包括堆功率的統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)漲落的影響、電流放大器噪聲干擾的影響、探測(cè)器計(jì)數(shù)對(duì)點(diǎn)堆模型的偏離、傅里葉分析算法中輸入反應(yīng)性三角波近似的程度、堆功率的漂移及振蕩樣品位置重復(fù)性等的影響。

5 結(jié)論

在DF－Ⅵ快中子臨界裝置上進(jìn)行了振蕩控制棒實(shí)驗(yàn)和振蕩鈾樣品實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與周期法實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相符，從而證實(shí)了此方法的可行性。只要合理選擇實(shí)驗(yàn)條件，適當(dāng)提高運(yùn)行功率水平，小反應(yīng)性測(cè)量精度可達(dá)10－6Δk／k，甚至更高。

另外，該技術(shù)具有測(cè)量時(shí)間短和搜集數(shù)據(jù)快等特點(diǎn)，這對(duì)于減少實(shí)驗(yàn)人員劑量照射、提高工作效率是很有意義的，同時(shí)便于接入實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

［1］CARPENTER S G.Reactivity measurements in the advanced epithermal thorium reactor（AETR）critical experiments［J］.Nucl Sci Eng，1965，21：429－440.

［2］MOUNTFORD L A，MOREWITZ H A.The advanced epithermal thorium reactor （AETR）critical experiments［J］.Nucl Sci Eng，1965，21：421－428.

［3］KUSSMAUL G，MEISTER H.Material worth measurements with a fuel－filled pile oscillator rod［J］.Journal of Nuclear Energy，1971，25：373－387.

［4］CHAPIN D M.On the step－response method of determining the zero－power reactor transfer function［J］.Nucl Sci Eng，1969，36：113－120.

［5］金以嘉，林生活，閻鳳文.DF－Ⅵ快堆氣動(dòng)方波振蕩技術(shù)測(cè)定小反應(yīng)性［J］.核科學(xué)與工程，1984，4（4）：337－342.JIN Yijia，LIN Shenghuo， YAN Fengwen.Measurement of small reactivity with a pneumatic square wave oscillator in the DF－Ⅵzero power fast reactor［J］.Chinese Journal of Nuclear Science and Engineering，1984，4（4）：337－342（in Chinese）.

［6］周菊英，楊大華，朱國盛，等.用堆振蕩法測(cè)樣品的反應(yīng)性效率［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，1986，20（1）：107－109.ZHOU Juying，YANG Dahua，ZHU Guosheng，et al.Reactivity efficiency measurements of samples with reactor oscillator methods［J］.Atomic Energy Science and Technology，1986，20（1）：107－109（in Chinese）.

［7］梁淑紅.三角波振蕩反應(yīng)性測(cè)量技術(shù)研究［D］.北京：中國原子能科學(xué)研究院，2007.