溫度效應與反應性控制4堆芯溫度不斷變化：●

冷態(tài)至熱態(tài)：200~300K功率改變

→

堆芯溫度變化堆芯溫度及其分布的變化將引起：●燃料溫度變化：

多普勒效應，共振吸收增加●

慢化劑密度變化：慢化能力及慢化性能改變●中子截面的變化：截面是溫度的函數(shù)●

可溶硼溶解度的變化上述因素的變化將導致堆芯有效增殖因子的變化，從而引起反應性的變化，該物理現(xiàn)象稱為反應堆的“溫度效應”。反應堆反應性變化的主要影響因素·

溫度效應·

燃耗·

中毒·

功率調節(jié)、反應堆啟動、停堆等反應堆要有足夠的剩余反應性，以克服上述反應性變化并對反應堆進行控制反應性效應數(shù)值，%要求變化率溫度虧損2~50.5/h功率虧損1~20.05/min氙和釤中毒5~250.004/min燃耗5~80.017/d功率調節(jié)0.1~0.20.1/min緊急停堆2~4<1.5~2s壓水堆反應性變化8.1反應性系數(shù)·

反應性系數(shù)：指反應堆的反應性相對于反應堆的

某一個參數(shù)的變化率稱為該參數(shù)的反應性系數(shù)。

如：

反應性溫度系數(shù)、空泡系數(shù)、功率系數(shù)等?！?/p>

為保證反應堆安全運行，要求反應性系數(shù)為負值，以便形成負反饋·石墨水冷堆·

事故原因：-操作員嚴重違反操作規(guī)程-核電站內在的設計缺陷：正反應性系數(shù)

(低功率狀態(tài))、空心控制棒

設計等切爾諾貝利核電站切爾諾貝利核電站事故死亡人數(shù)為30人本報維也納5月21日電(記者丁健行)

聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會2日至11日在維也納舉行第49次會議，會議的主要議題之一是評價切爾諾貝利核電站事故14年來的輻

射后果。該委員會的結論是：

核電站事故造成30人死亡，其中28人死于過量照射，死者

均為電站工作人員或消防人員。開始被檢查有急性放射病癥狀的工作人員共237人，最后

診斷為急性放射病的為134人，其他人沒有確診。134人中包括輻射照射致死的28人。對于切爾諾貝利核電站事故的長期效應，聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會的結論是：除兒童甲狀腺癌的發(fā)生率有十萬分之幾例的增加外，至今未發(fā)現(xiàn)有其他可歸因于這

次事故的總癌癥發(fā)生率和死亡率的增加。聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會是聯(lián)合國系統(tǒng)中專門評價電離輻射水平和健康效應的一個科學委員會，由各國科學家代表和顧問組成，每年召開一次會議，發(fā)表專門報告。其報告在國際上被公認為在這個領域中最有權威的報告。針對近來西方輿論界的大量錯誤報道，本次會議專門討論了切爾諾貝利核電站事故的后果，通過了聯(lián)合國原子輻

射效應科學委員會主席給聯(lián)合國秘書長安南和世界衛(wèi)生組織總干事的信，澄清了有關事

實。最近以來一些傳媒報道說，1986年發(fā)生的切爾諾貝利核電站事故到現(xiàn)在已造成7000

人死亡，還有稱已死亡3萬人。這些為追求“轟動”效果而缺乏科學依據(jù)的錯誤報道有損核能的公眾形象，影響了人類和平利用核能的信心，這一情況引起科學家們的極大擔心

。《光明日報》2000-5-

22

第4版8.1.1反應性溫度系數(shù)及其對核反應堆穩(wěn)定性的影響單位溫度變化所引起的反應性變化稱為反應性溫度系數(shù)因kef≈1,所以上式可寫為根據(jù)反應性定義，可得近似計算公式反應堆總的溫度系數(shù)二

各材料成分溫度系數(shù)的總和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)●αT>0

:

正

階

躍→

P↑→T個→

k↑→p↑→P↑

(不穩(wěn)定)●

αT<0

:①|αI

很小，導熱很快：正階

躍→

P↑→T個且快

→

p↓很

小(p>0)→P↑→T……p=0

(穩(wěn)態(tài))②|α-I

很大，

導

熱

不

快：

正

階

躍→

P↑→T個且不快

→

p↓

很大

→

p<0→P↓→T↓→p

個→

p=0

(穩(wěn)態(tài))αT>0αT<0且|

αrl很小，導熱很快αT<0且|

αrl很大，導熱不快時間

t在不同溫度系數(shù)情況下，反應堆功

率隨時間的變化功

率

P8.1.2燃料溫度系數(shù)由單位燃料溫度變化所引起的反應性變化稱為燃料溫度系數(shù)瞬發(fā)系數(shù)：功率變化時，燃料溫度立即升高，燃料的溫度效應

立即表現(xiàn)出來。

對功率變化響應快，對安全運行非常重要!燃料溫度系數(shù)主要是由于燃料核共振吸收的多普勒效應引起!考慮“四因子公式”-2.8-2.6-2.4-2.2-2.0473

673

873

1073燃料溫度系數(shù)影響因素①燃料溫度有關②燃料成分相關：多普勒效應，低富集鈾燃料(238U

共振俘獲吸收截面>235U

共振裂變截面)③與燃料燃耗有關：20Pu

增加，多普勒效應使燃料負溫度系數(shù)的絕對值增大αf

10s1oC燃料有效溫度K12738.1.3

慢化劑溫度系數(shù)由單位慢化劑溫度變化所引起的反應性變化稱為慢化劑溫度

系數(shù)，為緩發(fā)溫度系數(shù)固體慢化劑，膨脹系數(shù)小，近似認為密度不隨溫度變化，

僅引起中子能譜的變化，所以溫度系數(shù)很小。下面討論液體

慢化劑M

1

dkeffTkeff

0TM慢化劑溫度增加時，將引起兩個相反的效應：正

效

應：①溫度升高，密度減小，有害吸收將減小，kerf增加②如慢化劑含有化學補償毒物(如硼酸),溫度升高導致溶解

度減小，正效應非常顯著。壽期初可能出現(xiàn)正的溫度系數(shù)負

效

應：①溫度升高，密度減小，慢化能力減弱，

共振吸收增加②溫度增加，中子能譜硬化，238U、240Pu低能部分共振吸收增加NH?o/NUo?慢化劑負溫度系數(shù)有利于反應堆功率的自動調節(jié)!綜合效應：??8.1.4.a

空泡系數(shù)在冷卻劑中所包含的蒸汽泡的體積百分數(shù)稱為空泡份額(x)冷卻劑的空泡份額變化百分之一所引起的反應性變化，為空泡系數(shù)opdxMV空泡份額增大時，出現(xiàn)三種效應：①冷卻劑有害中子吸收減小：

正效應②中子泄漏增加：

負效應③慢化能力變小，能譜變硬：

正或負效應>總的凈效應是上述效應的疊加>

熱堆(輕水堆)一般為負，快堆可能為正8.1.4.b功率系數(shù)堆芯內部燃料溫度及其變化等是不能直接測量的，實際運行中通常以功率作為觀測量。因此引入功率系數(shù)：單位功率變化所引起的反應性變化功率系數(shù)是所有反應性系數(shù)變化的綜合，與反應堆核特性相關，與熱工水力特性也有關。堆芯壽期初WHY?堆芯壽期末壽期末硼濃度比壽期初低壽期末堆芯重同位素(中子吸收體)的積累20

40

60

80相對功率(占總功率的百分數(shù)),%-12-14-16-18-20-22功率系數(shù),10-/%功率100從反應堆運行角度，需要考慮功率系數(shù)的積分效應，即功率虧損：描述功率系數(shù)的積分效應，指當反應堆功率提升時，向堆芯引入的負的反應性效應。是反應性虧損，而非功率的虧損當反應堆功率提升時，需向堆芯引入一定量正反應

性，補償功率虧損引入的負反應性，才能維持堆在新

功率水平下穩(wěn)定功率運行!沸水堆壓水堆重水堆高溫氣冷堆鈉冷快堆燃料溫度系數(shù)10-?/K-4-14～-]-2～-1-7-0.1～0.25慢化劑溫度系數(shù)10-5/K-50～-8-50～-8-7～-3+1.0空泡系數(shù)10-5/%功率-200-100000-12~+20幾種堆型的反應性系數(shù)溫度系數(shù)的計算·

不同溫度T

下的臨界計算，求出相應的kef,

從而

得出△kef與△T的比值，即溫度系數(shù)·

計算精度與所取得溫差大小有關·

微擾理論求解溫度系數(shù)8.2

反應性控制的任務和方式·

剩余反應性堆芯中沒有任何控制毒物時的反應性，Pex。時間、溫度函數(shù)，

Pex↑→堆芯壽期個、中子利用率↓、控制要求個·

控制毒物價值/控制毒物反應性某一控制毒物投入堆芯所引起的反應性變化

量，△p·停堆深度當全部控制毒物都投入到堆芯時，反應堆所達到的負反應

性

，Ps。為保證安全，要求：在熱態(tài)、平衡氙中毒工況下，應有足夠大的停堆深度。壓水堆規(guī)定：在一束具有最大反應性的控制棒被卡在堆外的情況下，冷態(tài)無中毒時的停堆深度必須大于2~3$·總的被控反應性=剩余反應性+停堆深度。反應性沸水堆壓水堆重水堆高溫氣冷堆鈉冷快堆清潔堆芯的剩余反應性pe在20℃時0.250.2930.0750.1280.050在運行溫度時0.2480.0650.037在平衡鼠和釤時0.1810.0350.073控制毒物價值總的被控制價值△p0.290.320.1250.2100.074控制棒總價值0.170.070.0350.110.074可燃毒物總價值0.120.080.090.10化學補償總價值0.17停堆深度Ps冷態(tài)和清潔堆芯0.040.030.050.0820.024熱態(tài)和平衡氙、釤時0.140.1370.037幾種主要堆型的各種反應性8.2.2

反應性控制的任務·

反應性控制的主要任務：一控制剩余反應性，滿足長期運行的需要一通過控制毒物適當?shù)目臻g布置和最佳的提棒程序，使反應堆在整個壽期內保持較平坦的功率分布，盡量降低功

率峰因子一在外界負荷變化時，能調節(jié)反應堆功率，使它能適用外界負荷變化一反應堆事故時，能迅速安全停堆，并保持適當?shù)耐６焉疃?.2.2

反應性控制的任務·

反應堆控制的分類：一

緊急控制能夠迅速引入大的負反應性，快速停堆，并達到一定的深度。要有極高的可靠性。一功率調節(jié)要求操作簡單又靈活一補償控制控制毒物變化很緩慢8.2.3

反應性控制的方式·控制方法一改變堆內中子吸收一改變中子慢化性能一改變燃料的含量改變中子泄漏·控制方式一控制棒控制一固體可燃毒物控制一化學補償控制8.3控制棒控制8.3.1控制棒的作用控制棒是反應堆緊急控制和功率調節(jié)所不可缺少的控制部件，特點：移動速度快、操作可靠、適用靈活、控制反應性準確度高·主要控制下面的反應性變化：一燃料的多普勒效應\慢化劑的溫度效應和空泡效應\變工況時，瞬態(tài)氙效應\硼沖稀效應\熱態(tài)停堆深度·

形狀一石墨/重水反應堆：粗棒或套管形式的控制棒一沸水反應堆：十字形控制棒-壓水堆：束棒式控制棒·對控制棒材料的要求一大的中子吸收截面，包括熱中子及超熱中子一較長的壽命：單位體積吸收體核子密度大、子核吸收截面大一抗輻照、抗腐蝕和良好的機械性能，同時價格便宜等同位素豐度，%(oa)熱

，b(aa)共振，

bE,eV107Ag51.84563016.6109

Ag48.292125005.1113

Cd12.32000072000.18113

In4.212一一115In95.8203300001.46174Hf0.18390一176Hf5.2<30-一177H18.538060002.36178Hf27.1475100007.80179Hf13.756511005.69180Hf35.241413074.0控制棒用材料核特性控制棒價值的計算分別計算有控制棒存在和沒有控制棒存在時反應堆的反應性，兩種情況之差即所求的控制棒的反應性價值?？刂瓢襞c周圍水組成“控制棒柵元”,與周圍8個燃料柵元均勻混合

構成的附加層，形成“超柵元”。利用CPM

等方法求解中子通量密度、

均勻化截面、控制棒價值等。UO?+H?O+Zr(附加層)控制棒·H?O-導管控制棒柵元(a=12.6)等效控制柵元

(πR2=a2)8.3.3控制棒插入深度對控制棒價值的影響●

中子價值：同一個中子，在堆芯不同地點，對鏈式反應和

反應堆的功率的貢獻是不同的，即不同r處，中子具有不

同的價

值

。√

φ*(r)表示中子價值，正比于在r點每秒消除或出現(xiàn)一個中子所引起的反應堆反應性的減少或增益?！?/p>

堆芯邊界處中子價值<芯部中心處中子價值√

控制棒價值與被吸收中子數(shù)及中子價值有關200015001000s001050

100

200

300●

控制棒的積分價值當控制棒從一初始參考位置插入到某一高度時，所引入的反應性稱為這個高度上的

控制棒積分價值?！?/p>

控制棒的微分價值控制棒在堆芯不同高度處移動單位距離所引起的反應性變化。單位：PCM/cm①控制棒位于頂部與底部時，非線性關系

②中部，微分價值較大，近似線性關系→

反應堆中調節(jié)幫的調節(jié)段一般都選擇在堆芯的軸向中間區(qū)段。8.3.3

控制棒插入深度對控制棒價值的影響控制善積分價值,(PCM)控

制摔

微

分

價

值

,

P

C

M

c

m控制棒組高度，cm控制棒2-

控

制

棒

2

控制棒1堆芯0d?