堆物理第六章第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第六章溫度效應(yīng)和反應(yīng)性控制堆芯溫度及分布的變化將一起下列因素變化：⑴燃料溫度變化⑵慢化劑密度變化⑶中子截面變化⑷可溶硼溶解度的變化這些因素的變化都將導(dǎo)致堆芯有效增殖系數(shù)的變化，從而引起反應(yīng)性的變化。這種物理現(xiàn)象稱為反應(yīng)堆的“溫度效應(yīng)”。在反應(yīng)堆各階段控制反應(yīng)性。第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第六章溫度效應(yīng)和反應(yīng)性控制6.1反應(yīng)性系數(shù)6.2反應(yīng)性控制的任務(wù)和方式6.3控制棒控制6.4可燃毒物棒控制6.5化學(xué)補(bǔ)償控制第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1反應(yīng)性系數(shù)反應(yīng)性系數(shù)：反應(yīng)堆的反應(yīng)性相對于反應(yīng)堆的某一個參數(shù)的變化率稱為該參數(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)。反應(yīng)性系數(shù)的大小決定了反饋的強(qiáng)弱。為了保證反應(yīng)堆的安全運(yùn)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)。第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1反應(yīng)性溫度系數(shù)反應(yīng)性溫度系數(shù)：單位溫度變化所引起的反應(yīng)性變化稱為反應(yīng)性溫度系數(shù)，簡稱溫度系數(shù)。這里討論時，假定了溫度與反應(yīng)堆內(nèi)的位置無關(guān)。這樣便認(rèn)為當(dāng)溫度變化時，整個系統(tǒng)的溫度均勻發(fā)生變化。在這種情況下定義或?qū)С龅臏囟认禂?shù)稱為等溫溫度系數(shù)。第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分析：⑴a.由于某種小的擾動使堆芯溫度升高時，有效增殖系數(shù)增大，反應(yīng)堆的功率也隨之增加。而功率的增加又將導(dǎo)致堆芯溫度的升高和有效增殖系數(shù)進(jìn)一步增大。這樣，反應(yīng)堆的功率將繼續(xù)不斷地增加，若不采取措施，就要造成堆芯的損壞。當(dāng)反應(yīng)堆溫度下降時，有效增殖系數(shù)將減小，反應(yīng)堆的功率隨之降低，這又將導(dǎo)致溫度下降和有效增殖系數(shù)更進(jìn)一步的減小。這樣，反應(yīng)堆的功率將繼續(xù)下降，直至反應(yīng)堆自行關(guān)閉。第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月這種反應(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。因此在反應(yīng)堆設(shè)計時不希望出現(xiàn)正的溫度系數(shù)。第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分析：⑵溫度升高時將導(dǎo)致有效增殖系數(shù)的減小，反應(yīng)堆的功率也之減小，反應(yīng)堆的溫度也就逐漸回到它的初始值。當(dāng)反應(yīng)堆的溫度下降時，將導(dǎo)致有效增殖系數(shù)的增大，反應(yīng)堆的功率也隨之增加，反應(yīng)堆的溫度也逐漸地回到它的初始值。這種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)在的穩(wěn)定性。第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)堆內(nèi)的溫度是隨空間變化的。堆芯中各種成分（燃料、慢化劑、結(jié)構(gòu)材料等）的溫度及溫度系數(shù)都是不同的。反應(yīng)堆總的溫度系數(shù)等于各成分系數(shù)的總和：式中和分別為各種成分的溫度和溫度系數(shù).其中起主要作用的是燃料溫度系數(shù)和慢化劑溫度系數(shù)。反應(yīng)堆的總溫度系數(shù)第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月下面討論不同溫度系數(shù)的情況下，當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)引入一個階躍正反應(yīng)性后，反應(yīng)堆的功率隨時間變化情況。第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：⑴在溫度系數(shù)大于零的情況下，反應(yīng)堆的功率將很快地升高。⑵當(dāng)溫度系數(shù)小于零且它的絕對值很小時，同時熱量到處又足夠快的情況下，反應(yīng)堆的功率在開始也較快地上升，但功率上升使反應(yīng)堆的溫度逐漸地升高，負(fù)的溫度效應(yīng)使反應(yīng)堆的反應(yīng)性逐漸地減小。當(dāng)反應(yīng)堆的功率上升到某一水平、溫度效應(yīng)所引起的負(fù)反應(yīng)性剛好等于引入的正反應(yīng)性時，反應(yīng)堆就在這一功率水平下穩(wěn)定運(yùn)行。第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：⑶在溫度系數(shù)小于零且它的絕對值又很大，同時熱量的導(dǎo)出又不夠快時，反應(yīng)堆的功率開始時也較快地上升。由于導(dǎo)熱不快，所以反應(yīng)堆的溫度增加很快，反應(yīng)堆的正反應(yīng)性很快地就下降到零以下，這時，反應(yīng)堆就處于次臨界狀態(tài)，反應(yīng)堆的功率開始逐漸下降，溫度也隨之下降，下降的溫度所引起的正反應(yīng)性使反應(yīng)堆的反應(yīng)性開始上升。當(dāng)功率下降到某一值時，反應(yīng)堆的反應(yīng)性剛好為零，這時反應(yīng)堆就在這一功率下穩(wěn)定運(yùn)行。第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可見，負(fù)溫度系數(shù)堆反應(yīng)堆的調(diào)節(jié)和運(yùn)行安全都具有重要的意義。壓水堆隨物理設(shè)計的基本準(zhǔn)則之一便是要保證溫度系數(shù)必須為負(fù)值。第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2其它反應(yīng)性系數(shù)空泡系數(shù)空泡份額：在冷卻劑中所包含的蒸汽泡的體積百分?jǐn)?shù)稱為空泡份額，以x表示?？张菹禂?shù)：是指在反應(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。第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)出現(xiàn)空泡或空泡份額增大情況時，有如下3種效應(yīng)：⑴冷卻劑的的有害中子吸收減小，這時正效應(yīng)。⑵中子泄露增加，這時負(fù)效應(yīng)。⑶慢化能力變小，能譜變硬，這可以使正效應(yīng)，也可以使負(fù)效應(yīng)，這與反應(yīng)堆的類型和核特性有關(guān)?？偟男?yīng)是上述各因素的迭加，各個效應(yīng)及相應(yīng)的凈效應(yīng)與空泡出現(xiàn)的位置有關(guān)。一般說來，壓水堆是負(fù)效應(yīng)。第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月功率系數(shù)與功率虧損功率反應(yīng)性系數(shù)：單位功率變化所引起的反應(yīng)性變化稱為功率反應(yīng)性系數(shù)，簡稱功率系數(shù)。功率系數(shù)不僅與反應(yīng)堆的核特性有關(guān)，還與它的熱工-水利特性有關(guān)。它是所有反應(yīng)性是系數(shù)的綜合。第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月功率虧損：式中：為滿負(fù)荷功率從核電站運(yùn)行的角度看，更有意義的是功率系數(shù)的積分效應(yīng)，即功率虧損。反應(yīng)堆從零功率運(yùn)行到滿功率運(yùn)行，反應(yīng)堆反應(yīng)性下降量稱為功率虧損。“虧損”并非指功率的虧損，而是指當(dāng)反應(yīng)堆功率升高時，向堆芯引入了負(fù)的反應(yīng)性，指反應(yīng)性“虧損”了。第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2反應(yīng)性控制的任務(wù)和方式1反應(yīng)性控制中所用的幾個物理量2反應(yīng)性控制的任務(wù)3反應(yīng)性控制的方式第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1反應(yīng)性控制中所用的幾個物理量過剩反應(yīng)性：堆芯中沒有任何控制毒物時的反應(yīng)性稱為過剩反應(yīng)性，以來表示。注：⑴控制毒物用于反應(yīng)性控制的種子吸收體。⑵新堆芯初始最大。控制毒物價值：某一控制毒物投入堆芯所引起的反應(yīng)性變化量稱為控制毒物價值，以來表示。第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月停堆深度：當(dāng)全部控制毒物都投入堆芯時，反應(yīng)堆所達(dá)到的負(fù)反應(yīng)性，稱為停堆深度，以來表示?？偟谋豢胤磻?yīng)性：等于過剩反應(yīng)性與停堆深度之和，以表示。第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2反應(yīng)性控制的任務(wù)反應(yīng)性控制設(shè)計的主要任務(wù)是：①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(yùn)行的需求；②通過控制毒物適當(dāng)?shù)目臻g布置和最佳提棒程序，使功率展平。③外界負(fù)荷變化時，調(diào)節(jié)堆功率適應(yīng)外界負(fù)荷變化。④堆出現(xiàn)事故時，能迅速安全停堆，并達(dá)到一定的停堆深度。第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)堆的控制分類按控制毒物在調(diào)節(jié)過程中的作用和要求，將反應(yīng)堆的控制分成了3類：1緊急控制當(dāng)反應(yīng)堆需要緊急停堆時，要求反應(yīng)堆的控制系統(tǒng)能迅速地引入一個大的負(fù)反應(yīng)性，快速停堆，并達(dá)到一定的停堆深度。第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2功率調(diào)節(jié)當(dāng)外界負(fù)荷或堆芯溫度發(fā)生變化時，反應(yīng)堆的控制系統(tǒng)必須引入一個適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)性，以滿足反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)的需要。在操作上它要求既簡單又靈活。第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3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，堆芯中必須引入較多的控制毒物。但隨著反應(yīng)堆運(yùn)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。由于這些反應(yīng)性的變化是很緩慢的，所以相應(yīng)的控制毒物的變化也是很緩慢的。第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

3反應(yīng)性控制的方式方法：1改變堆內(nèi)中子吸收，即通過在堆芯中加入或提出控制毒物以改變堆內(nèi)中子的吸收。目前廣泛采用的控制毒物有：可移動式控制棒，固體可燃毒物和在液體冷卻劑中加入可溶性毒物。2改變中子慢化性能在譜移反應(yīng)堆中（重水-輕水混合慢化反應(yīng)堆），通過改變重水與輕水的比例，以改變中子能譜，從而改變反應(yīng)性。第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3改變?nèi)剂系暮吭谟萌剂蟻碜骺刂瓢艋蜃骺刂瓢舻母S體的情況下，當(dāng)控制棒移動時，除了改變堆內(nèi)中子吸收之外，還改變堆內(nèi)燃料含量，從而改變反應(yīng)性。4改變中子泄露小型快中子反應(yīng)堆中，可用移動反射層的方法，改變中子的泄露，從而改變反應(yīng)性。第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3控制棒控制控制棒控制的特點(diǎn)第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3控制棒控制1特點(diǎn)：移動速度快，操作可靠，使用靈活，控制反應(yīng)性的準(zhǔn)確度高。2主要用控制棒控制引起反應(yīng)性變化的因素：⑴燃料的多普勒效應(yīng)⑵慢化劑的溫度效應(yīng)和空泡效應(yīng)。第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶變工況時，瞬態(tài)氙效應(yīng)⑷硼沖稀效應(yīng)⑸熱態(tài)停堆深度3對控制棒材料的要求：大的中子吸收截面，較長的壽命，抗輻照，抗腐蝕和良好的機(jī)械性能，價格便宜。4銀-銦-鎘合金5控制棒插入深度對控制棒價值和核反應(yīng)堆功率分布的影響。第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月控制棒的反應(yīng)性價值，簡稱控制棒價值，是指在堆芯內(nèi)有控制棒存在時和沒控制棒存在時的反應(yīng)性之差。①中子價值：描述堆內(nèi)中子由于所處位置不同，從而對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)或反應(yīng)堆功率的貢獻(xiàn)也不同的物理量。控制棒的價值不僅與被吸收的中子數(shù)成比例，而且還和被吸收中子的價值有關(guān)。②控制棒的微分價值第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月通常把控制棒移動一步或單位距離所引起的反應(yīng)性變化稱為控制棒的微分價值。

PCM/cm第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶當(dāng)控制棒從一參考位置移到某一高度時，所引入的反應(yīng)性稱為這個高度上的積分價值。第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷插入深度對棒價值影響當(dāng)控制棒位于靠近堆芯頂部和底部時，控制棒的微分價值很小并且與控制棒的移動距離呈非線性關(guān)系；當(dāng)控制棒插入到中間一段區(qū)間時，控制棒的微分價值比較大并且與控制棒的移動距離基本上呈線性關(guān)系。根據(jù)這一原理，反應(yīng)堆中調(diào)節(jié)棒的調(diào)節(jié)帶一般都選擇在堆芯的軸向中間區(qū)段，這樣，調(diào)節(jié)幫移動時所引起的價值與它的插入深度呈線性關(guān)系。第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4可燃毒物控制1作用：補(bǔ)償剩余反應(yīng)性2材料要求：⑴具有比較大的吸收截面；⑵要求由于消耗了可燃毒物而釋放處來的反應(yīng)性基本上要與堆芯中由于燃料燃耗所減少的過剩反應(yīng)性相等。⑶可燃毒物在吸收中子后，它的產(chǎn)物的吸收截面要盡可能地小。第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷要求可燃毒物及其結(jié)構(gòu)材料應(yīng)有良好的機(jī)械性能。3目前作為可燃毒物使用的主要元素有硼和釓。它們既可以和燃料混合在一起，也可以做成管狀、棒狀或板狀，插入到燃料組件中。在壓水堆中，可燃毒物一般只用于第一個堆芯壽期中，因?yàn)榈诙€堆芯壽期開始，堆芯中大部分的燃料是已燃耗過的燃料。第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5化學(xué)補(bǔ)償控制1對化學(xué)毒物的要求：①能溶解于冷卻劑中，化學(xué)物理性質(zhì)穩(wěn)定；②具有較大的吸收截面；③對堆芯結(jié)構(gòu)部件無腐蝕性且不吸附在部件上。實(shí)踐證明，在壓水反應(yīng)堆中采用硼酸作為化學(xué)毒物能符合這些要求。第38頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2化控主要是用來補(bǔ)償一些慢變化的反應(yīng)性①反應(yīng)堆從冷態(tài)到熱態(tài)（零功率）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