核反應(yīng)堆的核物理第8章溫度效應(yīng)與反應(yīng)性控制課件

第8章溫度效應(yīng)與反應(yīng)性控制8.1反應(yīng)性系數(shù)定義：反應(yīng)堆的反應(yīng)性相對于反應(yīng)堆的某個參數(shù)的變化率成為該參數(shù)的反應(yīng)性系數(shù)。參數(shù)變化引起的反應(yīng)性變化將造成反應(yīng)堆中子密度或功率變化，該變化又會引起參數(shù)的進一步變化，這就造成了一種反饋效應(yīng)。為了保證反應(yīng)堆的安全運行，要求反應(yīng)性系數(shù)為負值，以便形成負反饋效應(yīng)。反應(yīng)性溫度系數(shù)及其對核反應(yīng)堆穩(wěn)定性的影響反應(yīng)性溫度系數(shù)：單位溫度變化引起的反應(yīng)性變化。表示：keff一般情況下接近于1，上式可簡化為：上式假定了溫度與反應(yīng)堆內(nèi)的位置無關(guān)，整個系統(tǒng)的溫度均勻發(fā)生變化。反應(yīng)堆內(nèi)的溫度是隨空間變化的，堆芯中各成分的溫度及其溫度系數(shù)都是不同的。反應(yīng)堆的溫暖度系數(shù)等于個成分的溫度系數(shù)的總和。溫度系數(shù)的正負對反應(yīng)堆穩(wěn)定性的影響：反應(yīng)性溫度效應(yīng)的正反饋將使反應(yīng)堆具有內(nèi)在的不穩(wěn)定性。由于溫度變化引起反應(yīng)性變化的負反饋效應(yīng)，將使反應(yīng)堆具有內(nèi)在穩(wěn)定性。燃料溫度系數(shù)定義：由單位燃料溫度變化所引起的反應(yīng)性變化。燃料的溫度系數(shù)主要是由燃料核共振吸收的多普勒效應(yīng)引起的。溫度升高多普勒效應(yīng)的結(jié)果是有效共振吸收增加，逃脫共振俘獲概率減小，有效增值系數(shù)下降，產(chǎn)生負溫度效應(yīng)。逃脫共振俘獲概率p為：由上兩式得：當燃料溫度升高時，有效共振積分增加，所以在以低富集鈾為燃料的反應(yīng)堆中，燃料溫度系數(shù)總是負的。燃料溫度系數(shù)與燃耗有關(guān)，在核反應(yīng)堆物理設(shè)計中，必須計算堆芯運行初期和運行末期在不同功率負荷情況下的燃料溫度系數(shù)。慢化劑溫度系數(shù)定義：由單位慢化劑溫度變化所引起的反應(yīng)性變化。慢化劑溫度增加時，慢化劑密度減小，慢化劑相對于燃料的有害吸收將減小，使有效增殖系數(shù)增加，該效應(yīng)對慢化劑溫度系數(shù)的貢獻是正效應(yīng)；慢化劑密度減小，其慢化能力減小，共振吸收增加，該效應(yīng)對慢化劑溫度系數(shù)的貢獻是負效應(yīng)。溫度升高時慢化劑溫度系數(shù)究竟是正值或負值是由這兩方面的綜合效應(yīng)決定的。空泡系數(shù)定義：在反應(yīng)堆中，冷卻劑的空泡份額變化百分之一所引起的反應(yīng)性變化。出現(xiàn)空泡或空泡份額增大時的效應(yīng)：冷卻劑的有害中子吸收減小，產(chǎn)生正效應(yīng)；中子泄漏增加，產(chǎn)生負效應(yīng)；慢化能力減小，能譜變硬，產(chǎn)生的效應(yīng)不確定。功率反應(yīng)性系數(shù)定義：單位功率變化所引起的反應(yīng)性變化。功率虧損：從零功率變化到滿功率時反應(yīng)性的變化。由于功率虧損，一定得向堆芯引入一定量的正反應(yīng)性來補償由于功率虧損引入的負反應(yīng)性，才能維持反應(yīng)堆在新的功率水平下穩(wěn)定運行。溫度系數(shù)的計算在計算時，首先計算在不同的燃料或或化劑溫度條件下堆芯的群常數(shù)，然后利用維芯擴散計算程序，對反應(yīng)推進行臨界計算，直接計算出在不同的燃料或慢化劑溫度下的有效增殖系數(shù)，求出和的比值，從而求得溫度系數(shù)。8.2反應(yīng)性控制的任務(wù)和方式物理量描述剩余反應(yīng)性：堆芯中沒有任何控制毒物時的反應(yīng)性?？刂贫疚铮嚎刂贫疚锸侵阜磻?yīng)推中用于反應(yīng)性控制的各種中子吸收體?？刂贫疚飪r值：某一控制毒構(gòu)投入避芯所引起的反應(yīng)性變化量稱為該控制毒物的反肢性或價值。停堆深度：當全部控制毒物都投入堆芯時，反應(yīng)維所達到的負反應(yīng)性。反應(yīng)性控制的任務(wù)采取各種切實有效的控制方式，在確保安全的前提下，控制反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性，以滿足反應(yīng)堆長期運行的需要；通過控制毒物適當?shù)目臻g布置和最佳的提棒程序，使反應(yīng)堆在整個堆芯壽期內(nèi)保持較乎坦的功率分布，使功率蜂因子盡可能地小；在外界負荷變化時，能調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率，使它能適應(yīng)外界負荷變化；在反應(yīng)維出現(xiàn)事故時．能迅速安全地停堆，并保持適當?shù)耐６焉疃取７磻?yīng)堆控制分類

緊急控制：當反應(yīng)堆需要緊急停堆時，反應(yīng)堆的控制系統(tǒng)能迅速引入一個大的負反應(yīng)性，快速停堆，并達到一定的停堆深度。要求有極高的可靠性。

功率調(diào)節(jié)：當外界負荷或堆芯溫度發(fā)生變化時，引入一個適當?shù)姆磻?yīng)性，以滿足反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)的需要。要求既簡單又靈活。

補償控制：反應(yīng)堆的初始剩余反應(yīng)性比較大，因而在堆芯壽期初，在堆芯中必須引入較多的控制毒物。但隨著反應(yīng)堆運行，剩余反應(yīng)性不斷減小。為了保持反應(yīng)堆臨界，必須逐漸地從堆芯中移出控制毒物。反應(yīng)性控制方式

改變堆內(nèi)種子吸收改變中子慢化性能改變?nèi)剂系暮扛淖冎凶有孤┠壳胺磻?yīng)堆采用的反應(yīng)性控制方式：控制棒控制；固體可燃毒物控制；化學(xué)補償控制。8.3控制棒控制控制棒控制反應(yīng)性的快速變化：(1)燃料的多普勒效應(yīng)；(2)慢化劑的溫度效應(yīng)和空泡效應(yīng)；(3)變工況時，瞬態(tài)氙效應(yīng)；(4)硼沖稀效應(yīng)；(5)熱態(tài)停堆深度?？刂瓢舨牧弦螅壕哂泻艽蟮闹凶游战孛?；要求控制棒材料有較長的壽命；要求控制棒材料具有抗輻照、抗腐蝕和良好的機械性能，價格便宜?？刂瓢舻淖饔煤鸵话憧紤]控制棒價值的計算目前，在工程設(shè)計中．多采用數(shù)值方法進行計算。首先是對控制棒區(qū)進行均勻化，求出其均勻化柵元的有效吸收截面，然后把它輸入到少群擴散計算程序中進行臨界計算。對有棒和無棒或不同棒位情況下的堆芯進行臨界計算，求出這些情況下的有效增殖因數(shù)以確定出控制捧的價值。控制棒插入深度對控制棒價值的影響控制棒插入前，堆芯單群方程：將控制棒插入芯部，宏觀吸收截面由變?yōu)橹凶油棵芏鹊膯稳悍匠虨椋豪脤ⅲ?-14）（8-16）積分相減得：在反應(yīng)堆表面上和均為零，得：由（8-18）得：得：對裸圓柱形反應(yīng)堆：得：控制棒積分價值定義：當控制棒從一初始參考位置插入到某一高度時，所引入的反應(yīng)性。參考位置選擇堆芯頂部，則插棒向堆芯引入負反應(yīng)性。隨著棒不斷插入，引入的負反應(yīng)性也越大定義：控制棒在堆芯不同高度處移動單位距離所引起的反應(yīng)性變化?？刂瓢舻奈⒎謨r值是隨控制棒在堆芯內(nèi)的移動位置而變化的?？刂瓢舴e分價值控制棒之間的干涉效應(yīng)當一根控制棒插入堆芯后將引起堆芯中中子通量密度分布的畸變，勢必會影響其它控制棒的價值。這種現(xiàn)象稱之為控制棒間的相互干涉效應(yīng)。控制棒插入不同深度對堆芯功率分布的影響18.4可燃毒物控制可燃毒物材料的要求：具有比較大的吸收截面；要求由于消耗了可燃毒物而釋放出開的反應(yīng)性基本上要與堆芯中由于燃料燃耗所減少的剩余反應(yīng)性相等；在吸收中子后，它的產(chǎn)物的吸收截面要盡可能地小；在維芯壽期末，可燃毒物的殘余量應(yīng)盡可能少；要求可燃毒物及其結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有良好的機械性能。可燃毒物材料目前常用的主要元素有硼和釓。可燃毒物棒結(jié)構(gòu)：可燃毒物的布置及對反應(yīng)性的影響均勻布置

假設(shè)堆芯中沒有中子泄漏，燃料和可燃毒物隨時間變化對t積分得：假設(shè)堆芯中沒有中子泄漏，慢化劑、冷卻劑和結(jié)構(gòu)材料等的宏觀吸收截面與時間無關(guān)，有效增殖系數(shù)表示為：非均勻布置

非均勻布置的主要特點是在可燃毒物中形成了強的自屏效應(yīng)，使可燃毒物的有效吸收截面減小。自屏效應(yīng)對有效增殖系數(shù)的影響非均勻結(jié)構(gòu)下，可燃毒物的燃耗方程：可燃毒物的有效吸收截面：可燃毒物的自屏效應(yīng)隨反應(yīng)堆運行時進的變化8.5化學(xué)補償控制在一回路冷卻劑中加入可溶性化學(xué)毒物，以代替補償滓的作用，因此稱為化學(xué)補償控制，簡稱化控。對化學(xué)毒物的要求：能溶解于冷卻刑中，化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)穩(wěn)定；具有較大的吸收截面；對堆芯結(jié)構(gòu)部件無腐蝕性且不吸附在部件上?；刂饕脕硌a償?shù)姆磻?yīng)性：1)反應(yīng)堆從冷態(tài)到熱態(tài)(零功串)時，慢化劑溫度效應(yīng)所引起的反應(yīng)性變化；(2)裂變同位素燃耗和長壽命裂變產(chǎn)物積累所引起的反應(yīng)性變化；(3)平衡員和平衡鑼所引起的反應(yīng)性變化?；氐膬?yōu)點：化學(xué)補償毒物在堆芯中分布比較均勻；化控不但不引起堆芯功率分布的畸變，而且與燃料分區(qū)相配合，能降低功率峰因子，提高平均功率密度；化控中的硼濃度可以根據(jù)運行需要來調(diào)節(jié)，而固體可燃毒物是不可調(diào)節(jié)的；化控不占柵格位置．不需要驅(qū)動機構(gòu)，可以簡化反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)，提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟性?；氐娜秉c：主要缺點是水中硼濃度的大小對慢化劑溫度系數(shù)有顯著的影響，當水中的硼濃度超過某一值時，有可能使侵化劑溫度系數(shù)出現(xiàn)正值。硼微分價值定義：堆芯冷卻劑中單位硼濃度變化所引起的堆芯反應(yīng)性的變化量。微分價值總是負值，其大小與堆芯硼濃度，冷卻劑溫度和燃耗深度有關(guān)。硼濃度的變化速率正比于冷卻劑中硼的濃度。在同樣注入速率下，壽期末由于硼濃度比壽期初小的多，其硼濃度變化率就要小得多。加硼和稀釋硼時反應(yīng)性的變化反應(yīng)堆的增值因數(shù)或反應(yīng)性隨硼濃度作線性變化對t微分隨著反應(yīng)堆的運行，堆芯中反應(yīng)性逐漸地減小，所以必須不斷的降低硼濃度，使堆芯保持在臨界狀態(tài)。這時的硼濃度稱為臨界硼濃度。樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。6月-236月-23Wednesday,June7,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。05:05:3505:05:3505:056/7/20235:05:35AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。6月-2305:05:3505:05Jun-2307-Jun-23加強交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。05:05:3505:05:3505:05Wednesday,June7,2023安全在于心細，事故出在麻痹。6月-236月-2305:05:3505:05:35June7,2023踏實肯干，努力奮斗。2023年6月7日5:05上午6月-236月-23追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。07六月20235:05:35上午05:05:356月-23嚴格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。六月235:05上午6月-2305:05June7,2023作業(yè)標準記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/6/75:05:3505:05:3507June2023好的事情馬上就