沸水反应堆（Boiling water reactor），简称BWR，由美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）和通用电气（General Electric）于上世纪50年代研发，是一种轻水热中子反应堆。沸水堆占据反应堆总数的18-20%。例如福岛第一核电站1号机组型号为BWR-3，2到6号机组型号为BWR-4。

该模拟器为Acme Nuclear Services作为教育工具开发。

【资料图】

前排提示，120页左右的说明书在最后，看说明书可以直接忽略本文。

一、反应堆示意图

二、反应堆参数

类型：沸水（BWR-4）

设计制造商：通用电气公司（GeneralElectricCompany）

热能容量：3292兆瓦

蒸汽输出：545华氏度和1000psi下每小时1400万磅（285摄氏度和下7000t/h）

控制棒数量：185

燃料组件数量：764（燃料颗粒15,000,000个，重164吨，年铀耗吨）

输出：22千伏1150兆瓦

三、沸水反应堆技术原理

裂变：铀原子被中子撞击后分裂成两个新的原子并释放大量能量。

反应堆临界：裂变反应完全自我维持。可以用有效中子倍增因子（Keff）来衡量。

反应堆周期：中子通量变化e倍所需要的时间。

反应性：每Keff的增量Keff，每代多增加的中子占总中子数的比值。

慢化剂密度效应：温度升高水密度降低产生负反应性。

温度效应：燃料温度升高产生负反应性。

裂变毒物：一些裂变产物浓度增加会降低反应性。

四、模拟器启动

安装后打开模拟器。模拟器菜单分为训练、初始工况、说明书和帮助文件。点击SOURCE RANGE可以进入启动工况。

五、模拟器界面

左上角是反应堆主蒸汽系统。左上是选择的工况。右上是现实时间。左边三个分别是反应堆压力（单位PSI）、反应堆温度（单位华氏度）、反应堆水位（单位英寸）。中间是反应堆水位的指示线。右边是反应堆水位的控制选项，可以调节设定水位和给水泵的启动与关闭。

左下角是反应堆中子检测系统。分别为源范围监视器（SRM，每秒计数）、中程监视器（IRM，规模百分比计数）和平均功率范围监视器（APRM，全功率百分比计数），PERIOD为重要指标反应堆周期。

右上角是反应堆控制棒棒序控制系统，IN和OUT可以插入拔出控制棒，边上是反应堆模式切换和手动紧急停堆按钮（SCRAM）。

右下角是汽轮机和辅机系统。左上可以调节SRM的伸出，中上调节反应堆循环泵流量，右上为主蒸汽管线隔离阀（MSIV）开关。左下是汽轮机冲转和功率设定，右下是发电机的信息。

除了控制棒选择外，其他系统全部集成在一个界面，属于较为简单的模拟器。

六、启动步骤

初始条件（初始IC）：反应堆低温低压。反应堆再循环泵以最低速度运行。MSIV关闭。控制棒已撤回到棒顺序检查表上的组4，控制棒已经接近临界模式。A.    使反应堆达到临界状态（初始IC-第3章）：1.    根据棒顺序检查表提取控制棒。2.    使反应堆达到临界状态并建立可控的反应堆周期（30至100秒）。3.    根据需要撤回SRM检测器，以保持SRM的规模。4.    通过根据需要调整IRM范围来保持IRM的规模。5.    将功率提高到IRM范围3或更高。6.    返回到模拟器菜单或继续下面的步骤。B.    开始反应堆加热（中间范围IC-第4章）：1.    撤回控制棒以建立每小时小于500华氏度的稳定加热速率。2.    将反应堆水温提高到220华氏度以上。3.    返回模拟器菜单或继续下面的步骤。C.    将涡轮发电机投入运行（涡轮启动IC-第5章）：1.    抽出棒并升高反应堆和蒸汽管线压力，直到涡轮旁通阀打开。2.    继续拔出控制棒并将功率提高到8%到10%之间，以打开30%到40%的涡轮旁通阀。3.    将模拟器模式开关移至运行位置。4.    以慢速将涡轮机启动到900rpm，并通过保持在900rpm二分钟来平衡涡轮机金属温度。5.    以快速将涡轮机提高到1800rpm。6.    调整发电机速度，直到同步显示（GENSYNCCH）沿“fast”方向前进。7.    当发电机同步时，关闭发电机输出断路器。8.    将发电机负载设定值提高到15%。9.    撤回控制棒以将发电机负载提高到150MWe。10.    返回到模拟器菜单或继续下面的步骤。D.    将模拟器功率提高到50%（20%功率IC-第6章）。1.    将发电机负载设定值提高到55%。2.    撤回控制棒并将功率提高到50%的棒线（功率流量运行图上的第2点，功率约为23%）。3.    将核心流量量提高到100%（功率流量运行图上的第3a点）4.    在100%的核心流量下，功率应非常接近50%。必要时调节控制棒，以达到正好50%的功率。5.    返回模拟器菜单或继续下面的步骤。E.    将模拟器功率提高到100%（40%功率IC-第7章）：1.    将发电机负载设定值提高到105%。2.    建立50%的核心流量。3.    启动第二个反应堆给水泵。4.    撤回控制棒并将功率提高到100%棒线（功率流量运行图上的第4点，在50%核心流量量下大约58%的功率）。5.    提高堆芯流量，直到堆芯流量或反应堆功率达到100%（功率流量运行图上的第5点）。6.    使用控制棒调节功率和/或根据需要调整核心流量，使功率和核心流量达到100%。

注意要点（具体可以查看说明书附录C 跳闸和连锁）：

1、及时收回IRM和SRM，过高会跳闸。

2、IRM和SRM过度抽出，会触发控制棒限制。

3、切换到运行模式时需要压力超过850PSI完全打开主蒸汽管线隔离阀（MSIV）。

4、反应堆水位不能高于205英寸或者低于190英寸。

5、超过20%功率才能提高循环泵流量来增加功率，在此之前只能拉高控制棒。

6、低于1%功率无法升高水温，也就无法反馈负反应性。

7、按住控制棒界面左上角的按钮可以看到下一个需要拔出或者插入的控制棒。（避免查表）

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七、参考资料

[1] Acme Nuclear Services. Boiling Water Reactor Simulation[EB/OL]. (2018)[2023-08-13]. /.

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