梁淑红，刘振华，阎凤文

（中国原子能科学研究院 反应堆工程研究设计所，北京 102413）

国际上已开发研究出多种成熟的反应性测量方法，主要有周期法、振荡法、落棒法、跳源法、中子源倍增法、脉冲中子源法、Rossi－α统计、噪声分析法等。反应性测量方法基本上是根据中子注量率随时间变化的规律来进行的。这就要求在反应堆稳态运行时引入一扰动，扰动后中子注量率随时间开始发生变化，测量中子注量率随时间的变化得到反应性。对反应堆的扰动可以是阶跃的、脉冲的或振荡的。振荡法就是在反应堆临界稳态运行下对反应堆有规律地扰动，这样反应堆平均功率维持不变。其中，测量小反应性的方法以振荡法为最佳。振荡法的优越性还在于重复性好、测量精度高、应用范围广。在测量过程中，不需较长的等待时间，且可在较高功率（反应堆热态）下进行。反应性的振荡波形可有多种形式，如正弦波、矩形波、三角波等。

自20世纪60年代以来，许多国家对反应堆振荡法进行了大量的实验研究，并取得了一定的成功［1－4］。我国从20世纪七八十年代就已开始了堆振荡法和传递函数相关实验研究。1981—1983年，在DF－Ⅵ快中子临界装置上设计建立了1套气动方波振荡系统，成功地实现了5种小样品的实验研究工作［5］。在氢化锆－水－铀栅格临界装置上采用气动方波振荡器，测量了164Dy、151Eu、176Lu、115In等样品的反应性效率。实验中为了消除样品对中子场的扰动，采用了反应性效率小于4×10－4Δk／k的小样品［6］。1993—1994年间，中国实验快堆概念设计的物理零功率模拟实验在俄罗斯奥布宁斯克物理－动力工程研究院（IPPE）的快中子零功率装置БФС－1上合作进行，完成了3个堆芯的物理模拟，进行了10多种快堆中子物理参数的测量。

本工作用三角波形振荡器在DF－Ⅵ快中子临界装置上测量2＃控制棒效率和铀样品的反应性［7］，并与周期法测量结果进行比较。

1 基本原理

点堆动态方程为：

由图7可知，随模拟葡萄酒中乙醇体积分数的升高，酵母细胞通过补充细胞膜上的存活因子进行响应，这种补充在一定程度上抵消了乙醇的破坏作用，部分恢复了细胞膜原有的通透性和流动性，但发酵过程中的二氧化碳产量依然呈降低趋势。尽管普通活化处理所得菌株对乙醇的耐受力优于大多数适应活化处理所得酵母，但随乙醇体积分数的增加（从10%～12%），NOS2，NOS3和OS3适应活化处理酵母也逐渐显露出其对乙醇体积分数的耐受能力。此外，随活化培养基中碳源含量（仅在厌氧环境条件下）和氮源含量的增加，酵母对乙醇的耐受性增强，尤其是厌氧活化处理组更为明显。

式中：N（t）为反应堆t时刻的中子密度；Ci（t）为t时刻第i组缓发中子先驱核的浓度；λi为t时刻第i组缓发中子先驱核的衰变常量；βi，eff为第i组缓发中子有效份额；为缓发中子总有效份额（假定按6组考虑）；ρ（t）＝为反应堆的反应性；keff为反应堆的有效增殖因数；Λ为瞬发中子每代时间，Λ＝l／keff，l为瞬发中子寿命。

其中：N0和Ci，0分别为反应堆稳态时中子密度和先驱核浓度；δN（t）和δCi（t）分别为中子密度和先驱核浓度随时间的微小变化量。

已知DF－Ⅵ快中子临界装置的动态参数为：Λ＝1.053 5×10－8s，βeff＝7.198×10－3Δk／k。6组缓发中子参数列于表1。

上面得到的状态方程是非线性的方程，需要依照扩展Kalman滤波器[15]的方式对其进行线性化和离散化处理，得到k时刻的过程雅可比矩阵如下：

在零功率的临界反应堆内，如果引入一微小的反应性变化δρ，相应的中子密度N（t）和先驱核浓度Ci（t）就产生一微小的变化，因此：

将式（2）代入式（1），考虑扰动变化是微小的，二阶微量可忽略。则式（1）可线性化为：

式中：H（s）为零功率点堆的传递函数；S＝jω，ω为振荡角频率。

待测铀样品装在φ10mm×0.4mm的圆柱形不锈钢套管内，该套管的一端通过1个连接头与驱动机构相连接。借助电气控制系统，在临界装置的中心燃料管隙中做进出堆芯的周期性运动，被测铀样品在两个终端位置之间沿轴向运动。铀样品的尺寸为φ9mm×10mm，在堆上布置如图3所示。

在11月的全国媒体试驾活动中，驾驶着锐骐6从顺畅平直的高速公路过渡到颠簸崎岖的果园，深深感受到其强劲的动力输出。

从式（4）可看出：测量了平均功率N0和功率振荡部分δN，由传递函数H（s）即可得到以βeff为单位的振荡反应性δρ／βeff。

2 实验测量系统

根据实际情况，验证实验在DF－Ⅵ快中子临界装置上进行，实验装置堆芯如图1所示。

图1 堆芯布置Fig.1 Reactor core for DF－Ⅵ

2.1 控制棒振荡

受道教风水学说的影响，古代朝鲜创作了众多堪舆主题的小说，在这些小说中，堪舆成为小说叙事的主线，贯穿故事始终。 如《定名穴牛卧林间》中，讲述了湖西士人为得名穴，诚意侍奉地师朴尚义，无奈朴尚义恃术骄纵，千般推辞，湖西士人一怒之下剥掉朴的衣服，将其紧缚于松树上。 恰巧遇到尹氏搭救，朴尚义才幸免于死。 朴感念尹氏的再生之恩，遂帮助尹氏相地，但终未告知吉穴所在。 后来尹氏遍请地师占正穴，仍然求之不得。 一日，竟在牛卧之地得到正穴。 移葬亲山后，家族逐渐显赫起来。

根据三角波反应性振荡的要求，选取控制棒S曲线的线性段（即220～380mm）进行振荡实验，中心点取300mm处，振荡周期为26s。

根据DF－Ⅵ快中子临界装置上控制棒驱动机构的特性可知，直流伺服电机带动控制棒正常升降，反应性随控制棒变化的示意图如图2所示。当控制棒提升到顶部终端（即t0时刻）时，触发顶部终端行程开关，给出数据采集系统同步信号，数据采集系统开始计数。

图2 反应性随控制棒变化示意图Fig.2 Reactivity vs.rod position

2.2 铀样品振荡

对式（3）两边取拉普拉斯变换可得：

图3 铀样品在堆芯的布置Fig.3 Uranium sample in reactor core

3 实验结果

建设项目可以使用土地利用总体规划确定的国有未利用地，不需修改规划，也不用办理转用和征收手续，直接批准用地。

表1 缓发中子参数Table 1 Delayed neutron parameters

为了更好地验证三角波反应性振荡法的可行性，将振荡法的实验测量结果和周期法的实验测量结果［7］进行了比较，结果列于表2。

表2 测量结果Table 2 Measurement results

4 误差分析

从振荡控制棒和振荡铀样品实验的结果与经典周期法的结果相比较可见，控制棒效率在2.5%内符合，振荡铀样品在5.5%内符合，证明了三角波振荡反应性测量是可行的。

餐饮行业之所以易发生食品安全风险，原因如下：一是餐饮行业技术含量较低，经营者及从业人员食品安全法律及意识较薄弱，食品安全知识水平低下；二是餐饮行业使用的原料和供应的品种繁多，渠道不一，上游的食品安全风险会积累到本环节；三是餐饮业多处在闹市，场所面积受限，卫生条件不足；四是餐饮食品多以手工操作为主，加工过程繁杂、环节多，其中易出现因加工不当引起的污染等问题；五是餐饮食品即时加工、即时食用，无法做到经检验合格后再食用，失去检验把关最后一个关口；六是餐饮食品为直接入口食品，对备餐、配送的要求较高，稍有不慎便会产生卫生风险。

测量结果的误差由多种因素组成，具体包括堆功率的统计计数涨落的影响、电流放大器噪声干扰的影响、探测器计数对点堆模型的偏离、傅里叶分析算法中输入反应性三角波近似的程度、堆功率的漂移及振荡样品位置重复性等的影响。

5 结论

在DF－Ⅵ快中子临界装置上进行了振荡控制棒实验和振荡铀样品实验，实验测量结果与周期法实验测量结果相符，从而证实了此方法的可行性。只要合理选择实验条件，适当提高运行功率水平，小反应性测量精度可达10－6Δk／k，甚至更高。

另外，该技术具有测量时间短和搜集数据快等特点，这对于减少实验人员剂量照射、提高工作效率是很有意义的，同时便于接入实时在线数据处理系统。

［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，阎凤文.DF－Ⅵ快堆气动方波振荡技术测定小反应性［J］.核科学与工程，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，杨大华，朱国盛，等.用堆振荡法测样品的反应性效率［J］.原子能科学技术，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］梁淑红.三角波振荡反应性测量技术研究［D］.北京：中国原子能科学研究院，2007.