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(jìn)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(fù)值，以便形成負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)溫度效應(yīng)。逃脫共振俘獲概率p為：由上兩式得：當(dāng)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(fù)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(fù)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(xiàn)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(xiàn)是負(fù)效應(yīng)。溫度升高時慢化劑溫度系數(shù)究竟是正值或負(fù)值是由這兩方面的綜合效應(yīng)決定的?？张菹禂?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(fù)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(bǔ)償由于功率虧損引入的負(fù)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(kuò)散計算程序，對反應(yīng)推進(jìn)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。控制毒物價值：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(dāng)全部控制毒物都投入堆芯時，反應(yīng)維所達(dá)到的負(fù)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(dāng)?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??；在外界負(fù)荷變化時，能調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率，使它能適應(yīng)外界負(fù)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(dāng)?shù)耐６焉疃取７磻?yīng)堆控制分類

緊急控制：當(dāng)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(fù)反應(yīng)性，快速停堆，并達(dá)到一定的停堆深度。要求有極高的可靠性。

功率調(diào)節(jié)：當(dāng)外界負(fù)荷或堆芯溫度發(fā)生變化時，引入一個適當(dāng)?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(bǔ)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(bǔ)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战孛妫灰罂刂瓢舨牧嫌休^長的壽命；要求控制棒材料具有抗輻照、抗腐蝕和良好的機(jī)械性能，價格便宜。控制棒的作用和一般考慮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(jìn)行計算。首先是對控制棒區(qū)進(jìn)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(kuò)散計算程序中進(jìn)行臨界計算。對有棒和無棒或不同棒位情況下的堆芯進(jìn)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?？刂瓢舨迦肷疃葘刂瓢魞r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(dāng)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(fù)反應(yīng)性。隨著棒不斷插入，引入的負(fù)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。控制棒積分價值控制棒之間的干涉效應(yīng)當(dāng)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??；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(jī)械性能?？扇级疚锊牧夏壳俺Ｓ玫闹饕赜信鸷歪彙？扇级疚锇艚Y(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(qiáng)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(jìn)的變化8.5化學(xué)補(bǔ)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(bǔ)償滓的作用，因此稱為化學(xué)補(bǔ)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。化控主要用來補(bǔ)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(bǔ)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(jī)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(jì)性。化控的缺點：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(dāng)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(fù)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(qiáng)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(xì)，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(yán)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(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/6/75:05:3505:05:3507June2023好的事情馬上就