版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
1、核反應堆物理分析反應性隨時間的變化2022/7/23121 核燃料重同位素隨時間的變化1.1重同位素燃耗鏈及裂變產(chǎn)物鏈;1.2重同位素燃耗方程;2 裂變產(chǎn)物中毒2.1氙-135中毒(啟動;停堆;功率過渡;氙振蕩);2.2釤-140中毒;3 反應性與燃耗計算4 核燃料轉換與增殖(轉換比)2022/7/232引 子反應性隨時間變化 前幾講均以穩(wěn)態(tài)模型為研究對象。但實際中,由于易裂變核素的裂變和新的易裂變核素的產(chǎn)生、裂變產(chǎn)物的積累、冷卻劑溫度的變化和控制棒的移動等原因; 反應堆的許多物理量:反應性、燃料同位素成份、中子通量密度都是時間的變量,稱為反應堆動態(tài)學。2022/7/233 研究核燃料同位素和
2、裂變產(chǎn)物同位素成分隨時間的變化以及他們對反應性和中子通量密度分布的影響等;變化速率緩慢(以小時或日為單位來度量); 研究在反應堆啟動、停堆和功率調(diào)解過程中,中子通量密度和功率隨時間的變化,變化迅速(以秒為單位來度量);2022/7/2341 核燃料重同位素隨時間的變化以一個電功率1000MW核電廠為例,一天消耗約3kgU-235,期間不斷有易裂變同位素生成和裂變產(chǎn)物的積累(300余種)。三類過程:裂變(誘發(fā))、輻射俘獲、衰變。燃料鏈與所采用的燃料循環(huán)類型有關。本節(jié)將集中以熱堆鈾-钚循環(huán)為例分析。2022/7/235 略去半衰期較短及吸收截面(宏觀)較小的產(chǎn)物,只保留工程計算中有重要意義的核素:
3、(p166)1.1 重同位素燃耗鏈及裂變產(chǎn)物鏈2022/7/236 “重”同位素:U、Np、Pu、Am、Cm但在動力堆計算中,質(zhì)量數(shù)大于242的一般不予考慮。在生產(chǎn)堆中除外。e.g.超Pu元素。(p166)72022/7/237幾個基本概念: 裂變碎片(Fission fragments): 裂變產(chǎn)生的具有一定動能的多種原子核。 裂變產(chǎn)物 (Fission products): 核裂變生成的裂變碎片及其衰變產(chǎn)物。 對于LWR,包括300多種放射性及穩(wěn)定的同位素。 裂變產(chǎn)額(Fission yield): 裂變中產(chǎn)生某一給定種類裂變產(chǎn)物的份額。本節(jié)中以 表示。2022/7/238i i ai a
4、=工程計算,按吸收截面及裂變產(chǎn)額分類: 單獨計算:Xe-135、Sm-149、Rh-103、Eu-155(a104b) 集總計算:兩組:慢飽和裂變產(chǎn)物(slow-saturated fissionproduct ,SSFP):吸收截面較大,濃度隨運行時間緩慢趨于飽和。非飽和裂變產(chǎn)物(non-saturated fissionproduct ,NSFP):吸收截面較小,不飽和。e.g. SSFP ii2022/7/239WIMS和CASMO-3熱堆計算中考慮的裂變產(chǎn)物:22+2種,14條裂變產(chǎn)物鏈。S(p167)2022/7/23102022/7/231112345678U-235U-236Np
5、-237Pu-238U-238Np-238Pu-239Pu-2401.2 重同位素燃耗方程 包括燃耗鏈和裂變產(chǎn)物鏈。 對于分支鏈線性化處理,按獨立鏈計算,同種核素計算結果相加。 編號處理:(P168)2022/7/2312燃耗方程(depletion equation): 核密度變化率=產(chǎn)生率-消失率=輻射俘獲反應率(產(chǎn)生-消失)+衰變反應率(產(chǎn)生-消失)-裂變反應率核子數(shù)密度變化率=2022/7/23132022/7/23142022/7/2315近似方法: 空間離散:燃耗區(qū)令每個燃耗區(qū)內(nèi)中子通量密度、核密度為常數(shù)。 時間離散:燃耗步長令每個燃耗步長內(nèi)中子通量密度為常數(shù)。2022/7/231
6、62022/7/2317燃耗方程的求解2022/7/23182022/7/2319 乏燃料中有利用價值的核素相當多!堆芯壽期(core lifetime):一個新裝料堆芯從開始運行到有效增殖因數(shù)降到1時,反應堆堆滿功率運行的時間。 堆芯壽期的主要限制:隨中子通量密度的增加或燃耗加深,裂變產(chǎn)物不斷積累,因而使反應堆的剩余反應性逐漸下降。 剩余反應性: 反應堆在無控制毒物情況下超臨界的反應性。2022/7/23202 裂變產(chǎn)物中毒 裂變產(chǎn)物中毒(poisoning):由于裂變產(chǎn)物存在,其吸收中子而引起的反應性變化。 單群近似下:F燃料M慢化劑P裂變產(chǎn)物2022/7/23212022/7/2322
7、上式僅為單群近似下的結果,在實際工程中,采用數(shù)值方法直接計算中毒。影響熱堆中毒的重要同位素:Xe-135,Sm-149 吸收截面和裂變產(chǎn)額大,對反應性影響明顯:長期:反應堆啟動后很快可趨于飽和,影響穩(wěn)態(tài)反應性。短期:變工況時濃度變化迅速、幅度較大,對反應性影響突出。2022/7/23232.1 氙-135中毒(Xe-135 poisoning) 熱區(qū)平均吸收截面3x106b, 總體產(chǎn)額6%(p174)2022/7/2324(p174)-2022/7/2325 其中,將短半衰期的Sb-135和Te-135的產(chǎn)額與I-135的直接產(chǎn)額之和作為I-135的裂變產(chǎn)額。 I-135熱中子吸收截面8b,半
8、衰期6.7h,故可忽略其輻射俘獲,認為其全部轉化為Xe-135。(p175)2022/7/23262022/7/2327 以上給出了碘-135和氙-135的單群燃耗方程,可以對熱堆中毒進行粗略分析。 實際熱堆穩(wěn)態(tài)中子通量密度為10-14cm-2s-1數(shù)量級。在此水平下,Xe主要因吸收中子而消失。 對于啟動和停堆工況,我們近似認為其中子通量密度是在“瞬間”達到穩(wěn)態(tài)值或0的。2022/7/23282022/7/23292022/7/2330(p177)2022/7/23312022/7/2332 在高熱中子通量密度下運行的反應堆可近似認為平衡氙中毒與熱中子通量密度值無關。 當 這已是一個可觀的數(shù)值
9、,不可忽略。2022/7/2333停堆 初始條件: 微分方程:2022/7/23342022/7/2335 對于中子穩(wěn)態(tài)通量小于2.76X1011cm-2s-1的熱堆,停堆后Xe-135濃度一直下降;相反,則會出現(xiàn)一個最大氙濃度,隨后才會逐漸下降。將停堆后,Xe-135濃度由平衡值升至最大值的時間表示為 tmax 可以證明:2022/7/23362022/7/2337 “碘坑”現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于停堆后I-135繼續(xù)衰變?yōu)閄e-135,使Xe-135濃度增大所致。碘坑時間:允許停堆時間:強迫停堆時間:tItptf 強迫停堆時間內(nèi)無法啟動反應堆。其出現(xiàn)是由于停堆前反應堆的剩余反應性不足以補償其氙
10、中毒。2022/7/23382022/7/23392022/7/2340(p181)2022/7/2341 逐漸降功率停堆比突然停堆引起的碘坑深度要淺。 當停堆不久還存有大量氙-135時重新啟動,由于中子通量密度迅速增加導致氙濃度迅速下降剩余反應性猛增! 結論:悠著點,慢慢來!2022/7/2342功率過渡(p182)2022/7/2343氙振蕩(Xe-oscillation) 在大型熱中子反應堆中,局部區(qū)域內(nèi)中子通量密度的變化會引起局部區(qū)域氙-135濃度和局部區(qū)域中子平衡關系的變化,其結果又會使中子通量密度變化,這兩者間相互反饋作用可能使堆芯中氙-135濃度和熱中子通量密度分布產(chǎn)生空間振蕩現(xiàn)
11、象。 氙振蕩的周期大約是15-30h。2022/7/23442022/7/2345氙振蕩的危險性:1)使局部溫度升高,可能燒毀元件。2)加劇堆芯材料溫度應力變化,縮短材料使用壽命。 氙振蕩周期較長,較易控制。 天然鈾或低富集度鈾氣冷堆、大型壓水堆:需要考慮氙振蕩。 沸水堆、快堆:不需要考慮氙振蕩。2022/7/23462.2 釤-149中毒(Sm-149 poisoning) 在所有裂變產(chǎn)物中,釤-149對熱堆影響僅次于氙-135。(p185)2022/7/2347 相應的燃耗方程組:2022/7/23482022/7/23492022/7/2350停堆 初始條件: 微分方程:2022/7/2
12、351 解得: Sm-149濃度將一直上升,直至重新開堆。2022/7/23522022/7/23533 反應性隨時間的變化與燃耗深度 燃耗計算任務:在無控制毒物的情況下,有效增殖因數(shù)與時間(燃耗)的變化關系。需要考慮:重同位素成分、中毒、裂變產(chǎn)物隨時間的變化。 方法:分區(qū)、分步長數(shù)值計算。 堆芯壽期(core lifetime):一個新裝料堆芯從開始運行到有效增殖因數(shù)降到1時,反應堆堆滿功率運行的時間。2022/7/2354(p189)2022/7/23552022/7/2356 運行時間指有效滿功率天(EFPD) C稱為該循環(huán)的容量因子。2022/7/23571)每噸鈾(包括钚、 釷,不包
13、括氧等)發(fā)出的熱能: 燃耗深度(burn-up level) :裝入堆芯的單位質(zhì)量核燃料所產(chǎn)生的總能量、燃料貧化程度的一種度量。三種表示方法:2)易裂變同位素消耗與裝載的質(zhì)量之比:3)燃耗掉的易裂變同位素質(zhì)量比裝載的燃料質(zhì)量:2022/7/2358 平均卸料燃耗深度:從堆芯中卸出的一批燃料中所達到的平均燃耗深度。直接關系到核電廠的經(jīng)濟性。提高措施: 采用不同富集度的核燃料分區(qū)裝料; 化學補償液和可燃毒物提高過剩反應性和展平功率分布; 選用二氧化鈾作燃料元件芯塊; 選取適當芯塊密度; 選用好的包殼材料; 改進燃料元件加工工藝。2022/7/2359 4 核燃料轉換與增殖 轉換(conversion):某種核素通過轉換物質(zhì)產(chǎn)生易裂變同位素的過程。 U-Pu循環(huán)和Th-U循環(huán)。2022/7/23602022/7/2361= 轉換比(conversion ratio):CR:轉換比大于1的堆稱為增殖堆(breedingreactor)。此時的轉換比稱為增殖比(breeding ratio)。轉換比小于1的稱為轉換堆(conversionreactor)CR=易裂變核生成率 堆內(nèi)可轉換物質(zhì)的輻射俘獲率易裂變核消耗率 堆內(nèi)所有易裂變物質(zhì)的吸收率2022/7/2362 轉換比是空間和時間的函數(shù),我們通常關 如p192頁假
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 二零二五年度生態(tài)園區(qū)場地租賃合同標準范本6篇
- 二零二五年新能源發(fā)電設施建設泥工勞務合同3篇
- 二零二五版海上貨物運輸合同適用范圍與船舶代理服務合同3篇
- 二零二五年度環(huán)境安全檢測技術服務合同2篇
- 二零二五年度防火門銷售、推廣及市場拓展合同3篇
- 二零二五版智慧城市基礎設施建設項目施工合同6篇
- 二零二五版新材料研發(fā)中心與實驗員勞務合同2篇
- 二零二五年度游戲運營合同3篇
- 二零二五版醫(yī)療器械貼牌研發(fā)及銷售合同3篇
- 二零二五版304不銹鋼建筑結構材料采購合同2篇
- 品質(zhì)經(jīng)理工作總結
- 供電搶修述職報告
- 集成電路設計工藝節(jié)點演進趨勢
- 新型電力系統(tǒng)簡介演示
- 特種設備行業(yè)團隊建設工作方案
- 眼內(nèi)炎患者護理查房課件
- 肯德基經(jīng)營策略分析報告總結
- 買賣合同簽訂和履行風險控制
- 中央空調(diào)現(xiàn)場施工技術總結(附圖)
- 水質(zhì)-濁度的測定原始記錄
- 數(shù)字美的智慧工業(yè)白皮書-2023.09
評論
0/150
提交評論