chapter09反應(yīng)性的控制方式

反應(yīng)性的控制方式本科教學(xué)（48學(xué)時(shí)）2023/2/30哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉56.反應(yīng)性控制的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)方法⑴反應(yīng)性控制的必要性在反應(yīng)堆從啟動(dòng)到最后反應(yīng)堆換料期間，反應(yīng)堆的反應(yīng)性是不斷變化的：反應(yīng)堆啟動(dòng)后，從冷態(tài)過渡到熱態(tài)，然后再提升至滿功率運(yùn)行，由于溫度效應(yīng)會(huì)向堆芯引入負(fù)的反應(yīng)性；反應(yīng)堆運(yùn)行期間，裂變毒物的產(chǎn)生和積累，向堆芯不斷地引入負(fù)反應(yīng)性；反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，反應(yīng)堆的反應(yīng)性不斷減小；反應(yīng)堆的工況發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)向堆芯內(nèi)引入正的或負(fù)的反應(yīng)性。在意外情況下，需要緊急停堆。2023/2/31哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉56.反應(yīng)性控制的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)方法2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉2⑵反應(yīng)性控制的任務(wù)根據(jù)反應(yīng)堆運(yùn)行過程中堆芯反應(yīng)性的變化，反應(yīng)堆控制的任務(wù)是：補(bǔ)償控制：控制反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性的釋放，以滿足反應(yīng)堆長(zhǎng)期運(yùn)行的要求；功率調(diào)節(jié)：滿足二回路負(fù)荷變化的要求；緊急控制：出現(xiàn)事故時(shí)能夠迅速停閉反應(yīng)堆。56.反應(yīng)性控制的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)方法2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉3對(duì)于不同的任務(wù)，其對(duì)反應(yīng)性調(diào)節(jié)的要求也不同。比如：對(duì)于剩余反應(yīng)性的控制，要求反應(yīng)性改變緩慢、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；對(duì)于事故時(shí)的緊急停堆，要求引入的負(fù)反應(yīng)性足夠大，速度足夠快，并且要可靠；在一般調(diào)節(jié)功率時(shí)，希望造成的反應(yīng)堆功率分布的畸變比較小。56.反應(yīng)性控制的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)方法2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉4⑶反應(yīng)性控制的基本原理與主要方式①反應(yīng)性控制的基本原理對(duì)于熱中子反應(yīng)堆，其有效增殖系數(shù)為：Keff＝εηfp·PL通過改變上式中的因子可以改變堆芯的反應(yīng)性。實(shí)際當(dāng)中，主要是通過改變熱中子利用系數(shù)f和中子不泄漏幾率PL來實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)性的控制。56.反應(yīng)性控制的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)方法2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉5②反應(yīng)性控制的幾種方式實(shí)際中，常用的控制方式有以下三種：控制棒控制可燃毒物控制化學(xué)補(bǔ)償控制以上三種控制方式中，控制棒控制幾乎是所有的反應(yīng)堆都必采用的方式之一。56.反應(yīng)性控制的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)方法2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉6⑷反應(yīng)性控制中的幾個(gè)概念【定義】控制毒物反應(yīng)性

某一種控制毒物投入堆芯所引起的反應(yīng)性變化，稱為該控制毒物的反應(yīng)性，用符號(hào)Δρi表示?！径x】停堆深度

當(dāng)全部控制毒物都投入堆芯時(shí)，反應(yīng)堆所達(dá)到的負(fù)反應(yīng)性稱為反應(yīng)堆的停堆深度，用ρs表示。其表達(dá)式為：56.反應(yīng)性控制的任務(wù)及實(shí)現(xiàn)方法2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉7在設(shè)計(jì)反應(yīng)堆時(shí)，堆芯應(yīng)當(dāng)具有足夠的停堆深度?！径x】總的被控反應(yīng)性

總的被控反應(yīng)性等于剩余反應(yīng)性和停堆深度的絕對(duì)值之和，即：Δρ＝ρex＋|ρs|顯然，總的被控反應(yīng)性即是控制毒物所應(yīng)具有的毒性的大小。57.控制棒控制⑴控制棒控制的特點(diǎn)及應(yīng)用①控制棒控制的優(yōu)、缺點(diǎn)控制棒控制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：控制速度快；可靠性高；控制方式靈活。其具有相應(yīng)的缺點(diǎn)：對(duì)堆芯功率分布和中子通量分布擾動(dòng)大；需要額外的控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。2023/2/38哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉9②控制任務(wù)基于控制棒的特點(diǎn)，其主要用于以下任務(wù)：補(bǔ)償功率變化過程中的Doppler效應(yīng)；補(bǔ)償慢化劑溫度效應(yīng)和空泡效應(yīng)；功率變化時(shí)的瞬態(tài)135Xe效應(yīng)（135Xe振蕩）；硼稀釋效應(yīng)；當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)緊急情況時(shí)能夠迅速、安全停堆。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉10⑵控制棒的結(jié)構(gòu)①控制棒組合傳動(dòng)在典型（常見大型）的壓水堆中一般采用控制棒組合傳動(dòng)的方式。②十字形控制棒組件在一些小型（體積比較緊湊）的反應(yīng)堆中，采用十字形控制棒組件：控制棒排列成一個(gè)十字形，裝在鞘內(nèi)，布置在四個(gè)方形燃料組件中間。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉1157.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉1257.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉13⑶控制棒材料的選?、俨牧线x取的基本準(zhǔn)則Ⅰ.材料選取準(zhǔn)則對(duì)于控制棒材料的選擇，顯然應(yīng)當(dāng)選取吸收截面較大的材料。對(duì)于吸收截面較大的材料，其有以下問題：消耗很快，隨著時(shí)間的增加，控制棒材料將會(huì)很快的消耗；控制棒在反應(yīng)堆內(nèi)的插入長(zhǎng)度是變化的，這將導(dǎo)致控制棒下端的材料比上部的材料燃耗大。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉14用作控制棒的材料，其應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：對(duì)較寬能量范圍的中子有較強(qiáng)的吸收能力；不易消耗，這就要求其吸收中子后的幾代產(chǎn)物都應(yīng)具有較高的中子吸收截面；與堆芯材料相容性好；抗腐蝕、抗輻照性能好；具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，并且易加工。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉15Ⅱ.黑棒與灰棒根據(jù)控制棒材料對(duì)中子吸收的特性，控制棒可分為黑棒和灰棒：黑棒：基本能夠吸收所有的入射中子；黑棒中子吸收能力很強(qiáng)，其會(huì)對(duì)功率分布和通量分布造成較大的擾動(dòng)，使得功率分布較為畸形?；野簦褐荒芪詹糠秩肷渲凶印?duì)于相同的反應(yīng)性，需要的灰棒數(shù)量比黑棒要多，但其對(duì)周圍的功率分布和通量分布造成的擾動(dòng)較小，使得功率分布較為平坦。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉16②幾種常用的控制棒材料Ⅰ.Hf的特點(diǎn)Hf具有如下特點(diǎn)：對(duì)熱中子吸收截面較弱（113b），但對(duì)超熱區(qū)的中子具有較強(qiáng)烈的共振吸收，即在較寬的能量范圍內(nèi)的吸收截面都較大；Hf吸收中子后連續(xù)產(chǎn)生的幾代子核都具有較高的中子吸收截面；57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉1757.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉1857.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉19具有較好的機(jī)械性能較好；抗輻照性能和抗腐蝕性能好，不需要包殼；分離獲取比較困難（成本較高）。Hf是制造控制棒的理想材料，但由于其獲取困難，成本高。因此，其較多使用在艦船動(dòng)力堆中。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉20Ⅱ.Ag-In-Cd的特點(diǎn)Ag、In和Cd具有如下特點(diǎn)：Ag對(duì)5～6eV附近的中子具有一個(gè)較高的吸收峰；Cd對(duì)熱中子的吸收截面較高（2450b），但是對(duì)超熱中子吸收能力較低；In對(duì)2eV以下的中子的吸收能力很強(qiáng)。實(shí)際當(dāng)中，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80(Ag)-15(In)-5(Cd)的合金，能夠在較寬的能量范圍內(nèi)取得較好的吸收效果。

57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉2157.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉2257.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉23對(duì)于Ag-In-Cd合金：在10eV以下的能區(qū)具有較大的中子吸收截面；In和Ag都具有較大的吸收截面，并且其燃耗對(duì)控制棒價(jià)值影響不大；具有較好的機(jī)械性；具有較好的抗輻照性能；需要不銹鋼包殼，以免與水發(fā)生反應(yīng)。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉24⑷控制棒的價(jià)值

①中子價(jià)值一個(gè)中子處于堆芯不同的區(qū)域時(shí)，其對(duì)堆芯中子增殖的貢獻(xiàn)是不同的。也就是說，處于堆芯不同區(qū)域的中子具有不同的價(jià)值。【定義】中子價(jià)值

通常用表示中子的價(jià)值，其正比于在點(diǎn)每消失（或產(chǎn)生）一個(gè)中子引起的堆芯反應(yīng)性的減少（或增加）。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉25②控制棒價(jià)值Ⅰ.控制棒價(jià)值的影響因素控制棒的價(jià)值的影響因素有：中子的價(jià)值；空間不同處的中子對(duì)堆芯反應(yīng)性的貢獻(xiàn)是不同的，因此控制棒插入堆芯不同位置，其所帶來（控制）的反應(yīng)性變化也不同。中子通量密度。控制棒的價(jià)值還與中子通量密度Φ有關(guān)，因?yàn)棣翟酱螅瞐Φ也越大，從而對(duì)反應(yīng)性造成的影響也越大。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉26對(duì)于單群理論，可以證明中子價(jià)值和中子通量密度分布是相同的，即：所以控制棒的價(jià)值與插入點(diǎn)的中子通量密度的平方成正比。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉27Ⅱ.控制棒的微分價(jià)值與積分價(jià)值【定義】控制棒的微分價(jià)值

控制棒移動(dòng)一步或單位距離的所引起的反應(yīng)性的變化稱為控制棒的微分價(jià)值，用符號(hào)dρw/dz來表示。在反應(yīng)堆中：在反應(yīng)堆中心處，中子通量密度大，中子價(jià)值也大，因此控制棒的微分價(jià)值較大；在反應(yīng)堆邊緣處，中子通量密度小，中子價(jià)值也小，因此控制棒的微分價(jià)值較小。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉2857.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉29【定義】控制棒的積分價(jià)值

當(dāng)控制棒從一參考位置移動(dòng)到某一高度時(shí)，所引入的反應(yīng)性稱為控制棒的積分價(jià)值。參考位置可任意選擇，一般可選為堆芯活性區(qū)的頂端或底端，即控制棒全部提出或插入時(shí)的狀態(tài)。積分價(jià)值曲線的斜率便是該點(diǎn)處控制棒的微分價(jià)值，從而積分價(jià)值曲線：在中間部位近似為直線，曲線的斜率較大，此時(shí)控制棒的微分價(jià)值近似為常數(shù)，且其值較大；在兩端變化較緩和，此時(shí)控制棒的微分價(jià)值較小。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉3057.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉31⑸控制棒對(duì)功率分布的影響①對(duì)功率峰值的影響控制棒插入堆芯時(shí)，會(huì)使堆芯的中子通量分布和功率分布產(chǎn)生畸變：功率峰下移；功率峰值增大。因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮控制棒插入對(duì)功率峰值的影響，使得功率峰因子不超過規(guī)定的限制。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉3257.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉33②對(duì)燃料燃耗的影響在反應(yīng)堆運(yùn)行初期，堆芯剩余反應(yīng)性較大，因而控制棒插入較深。此時(shí)功率峰位于堆芯的下部。因此堆芯下部的核燃料消耗較快。從而在壽期末（EOL），堆芯下部燃料的燃耗深度較大。這將使得功率（通量分布）峰向堆芯上半部移動(dòng)。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉34⑹控制棒間的干涉效應(yīng)在反應(yīng)堆中一般有多根控制棒。當(dāng)這些控制棒同時(shí)插入堆芯時(shí)，各自會(huì)對(duì)彼此的反應(yīng)性價(jià)值造成影響。當(dāng)控制棒Ⅰ插入堆芯時(shí)，會(huì)使得堆芯的中子通量分布產(chǎn)生畸變，使得一部分堆芯的通量分布在有的區(qū)域變小（區(qū)域A），有的區(qū)域變大（區(qū)域B）。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉35ABB57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉36此時(shí)將控制棒Ⅱ插入堆芯：如果控制棒Ⅱ位于區(qū)域A中，那么根據(jù)控制棒的價(jià)值與Φ成正比可知，此時(shí)控制棒Ⅱ的價(jià)值小于控制棒Ⅱ單獨(dú)插入時(shí)的價(jià)值。如果控制棒Ⅱ的位于區(qū)域B中，那么此時(shí)控制棒Ⅱ的價(jià)值大于控制棒Ⅱ單獨(dú)插入時(shí)的價(jià)值。上面這種現(xiàn)象稱為控制棒之間的干涉效應(yīng)?？紤]到控制棒的干涉效應(yīng)，通常在設(shè)計(jì)反應(yīng)堆時(shí)，應(yīng)使控制棒的間距大于熱中子的擴(kuò)散長(zhǎng)度。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉37⑺控制棒的提升順序當(dāng)控制棒插入堆芯時(shí)，其兩端的微分價(jià)值最小，而中間部位的價(jià)值基本上是線性關(guān)系。為了避免反應(yīng)性引入速率的差異，在控制棒提升過程中，要求相鄰控制棒組件的提升有一定的重疊。采用重疊的控制棒提升方式可以得到比較均勻的控制棒微分價(jià)值，使得控制棒移動(dòng)時(shí)，堆芯軸向的中子通量密度分布更均勻些。57.控制棒控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉3858.化學(xué)補(bǔ)償控制⑴化學(xué)補(bǔ)償控制的特點(diǎn)所謂化學(xué)補(bǔ)償控制是在反應(yīng)堆的冷卻劑中加入化學(xué)毒物以控制反應(yīng)性。通過調(diào)節(jié)慢化劑（冷卻劑）中的化學(xué)毒物的濃度來改變堆芯中子的吸收情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)部分反應(yīng)性的控制。

2023/2/339哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉58.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉40①化學(xué)補(bǔ)償控制的優(yōu)、缺點(diǎn)化學(xué)補(bǔ)償控制的優(yōu)點(diǎn)有：變化均勻，對(duì)堆芯中子通量分布的擾動(dòng)小；不占用堆芯的柵格，節(jié)省了堆芯內(nèi)的空間。化學(xué)補(bǔ)償控制的缺點(diǎn)包括：控制速度慢；需要額外的化學(xué)補(bǔ)償系統(tǒng)；濃度有上限值。58.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉41②化學(xué)補(bǔ)償控制的任務(wù)根據(jù)化學(xué)補(bǔ)償控制的特點(diǎn)，其主要用于補(bǔ)償時(shí)間過程較慢的那些反應(yīng)性變化：補(bǔ)償從冷態(tài)到熱態(tài)零功率過渡過程中的慢化劑溫度效應(yīng)；功率變化引起的135Xe和149Sm中毒效應(yīng)的變化；燃耗、裂變產(chǎn)物引起的反應(yīng)性效應(yīng)；可燃毒物的燃耗效應(yīng)。58.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉42③化學(xué)毒物的材料選擇對(duì)于化學(xué)毒物，其應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：在冷卻劑中，化學(xué)和物理性質(zhì)穩(wěn)定；具有較大的吸收截面；與堆芯材料相容性較好。目前在反應(yīng)堆中，通常采用硼酸作為化學(xué)毒物。58.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉43⑵硼濃度與臨界硼濃度【定義】硼濃度

硼的濃度采用以下定義式：即硼濃度等于單位體積內(nèi)硼和水的質(zhì)量比。58.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉44其單位為：μg/g、mg/Kg。其表示1Kg溶液中含有1mg硼，習(xí)慣上常用1ppm來表示，即1Kg水中含有1mg硼時(shí)的濃度記為1ppm。當(dāng)慢化劑的溫度增加時(shí)，硼濃度變化引入的反應(yīng)性為正值。因此當(dāng)慢化劑中的硼濃度過高時(shí)，有可能使慢化劑的溫度系數(shù)變?yōu)檎怠?8.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉4558.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉46從上圖中可以看出：在慢化劑的溫度較低時(shí)，當(dāng)硼濃度超過500ppm時(shí)，慢化劑的溫度系數(shù)就變?yōu)檎?；?dāng)反應(yīng)堆的工作溫度（553～573K）下，當(dāng)硼的濃度超過1300ppm時(shí)，慢化劑的溫度系數(shù)才變?yōu)檎怠Ｒ虼?，在目前的壓水堆設(shè)計(jì)中，一般把硼濃度限制在1400ppm以下。58.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉47【定義】臨界硼濃度

反應(yīng)堆處于狀態(tài)時(shí)，堆芯的硼濃度稱為臨界硼濃度。隨著反應(yīng)堆的運(yùn)行，燃耗深度不斷增加，堆芯的剩余反應(yīng)性逐漸減小，因此臨界硼濃度也隨之減小。58.化學(xué)補(bǔ)償控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉4859.可燃毒物控制⑴可燃毒物控制的需求與原理對(duì)于大型的動(dòng)力堆：反應(yīng)堆首循環(huán)，堆芯燃料全部為新燃料，剩余反應(yīng)性很大；后續(xù)循環(huán)堆芯的剩余反應(yīng)性相對(duì)首循環(huán)較小，不需要那么多的控制毒物；增加控制棒的同時(shí)也需要增加壓力容器上的開孔數(shù)，影響到壓力容器的強(qiáng)度；硼濃度有上限限制，不能無(wú)限提高。2023/2/349哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉50因此在堆芯內(nèi)添加一定數(shù)目的可燃毒物是最經(jīng)濟(jì)、安全的選擇?？扇级疚锞哂休^大的中子吸收截面，初期其對(duì)中子具有較強(qiáng)的吸收。隨著燃耗深度的增加，可燃毒物會(huì)逐漸消耗掉，從而反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性會(huì)緩慢的釋放出來。59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉51⑵可燃毒物材料的選擇①可燃毒物的選擇原則根據(jù)可燃毒物控制的原理，對(duì)于可燃毒物的選擇應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：對(duì)中子具有較大的吸收截面；其反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)中子吸收較弱；具有較好的機(jī)械性能;理想的可燃毒物，其燃耗所釋放出來的反應(yīng)性與燃料的燃耗所減少的剩余反應(yīng)性應(yīng)當(dāng)基本匹配。59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉52②常用的可燃毒物Ⅰ.10B在壓水堆中，一般將硼做成硼玻璃可燃毒物棒，布置在堆芯柵格中。到壽期末，硼基本上耗盡，同時(shí)其產(chǎn)物對(duì)中子的吸收截面很小，對(duì)堆芯壽期影響不大。在早期采用的硼不銹鋼，其在硼耗盡后，留下的不銹鋼具有較大的中子吸收截面，會(huì)對(duì)反應(yīng)堆的壽期造成一定的影響。59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉5359.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉54Ⅱ.Gd在壓水堆中經(jīng)常用作可燃毒物的元素還有Gd。Ⅲ.可燃毒物在堆芯內(nèi)的形式在壓水堆中，一般將可燃毒物制作成棒狀或管狀，然后在外面加上不銹鋼包殼，兩端用端塞密封。59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉5559.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉56⑶可燃毒物對(duì)Keff的影響①均勻布置在壽期初，可燃毒物的吸收截面大于核燃料的，其消耗比核燃料的消耗快，從而可燃毒物消耗引入的正反應(yīng)性大于核燃料消耗所引入的負(fù)反應(yīng)性。因此在壽期初，Keff將迅速增加。隨著可燃毒物的消耗，堆芯內(nèi)可燃毒物的核子數(shù)密度降低。59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉57此時(shí)可燃毒物消耗所引入的正反應(yīng)性不足以抵消核燃料消耗所引入的負(fù)反應(yīng)性，Keff曲線開始降低。在整個(gè)壽期中，Keff曲線是先增加到一個(gè)最大值，然后再逐漸降低。這個(gè)最大值與可燃毒物σa的相關(guān)：σa越大，Keff對(duì)初始值的偏離越大。59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉5859.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉59減小σa，可以使得Keff偏離初始值的問題得到改善。但是如果σa過小，可燃毒物的消耗速度也將減慢，使得在反應(yīng)堆壽期末，堆芯內(nèi)還剩下沒有消耗完的可燃毒物。這可能使得反應(yīng)堆在其剩余反應(yīng)性為0之前便停止運(yùn)行。這種現(xiàn)象稱之為壽期虧損。59.可燃毒物控制2023/2/3哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李偉60如果要求可燃毒物的消耗和堆芯剩余反應(yīng)性的減小相互匹配，就要求σa應(yīng)當(dāng)滿足以下特點(diǎn)：在壽期初，σa應(yīng)當(dāng)比較小，從而減小Keff偏離初始