南华大学-反应堆物理分析资料-第8 章8.1-8.2.pptVIP

第 8 章 温度效应与反应性控制 分析下列情况堆功率变化情况 堆芯冷却剂流量下降 二回路进口水温降低 冷凝器真空度下降 * * 0 概述 反应性随时间变化 核反应堆在运行过程中，它的一些物理参数以及反应堆都在不断地发生变化。 核反应堆在运行期间核燃料的燃耗和裂变产物的积累，以及由它所引起的反应性变化。 另一方面，在运行过程中堆芯的温度也在不断变化，例如，压水堆由冷态到热态，堆芯温度要变化200~300开，当反应堆功率改变时，堆芯的温度也要发生变化。 反应性温度亏损（temperature deficit of reactivity）： 堆芯由装料温度（即环境温度）上升到零功率运行温度时的反应性的变化。 温度效应： 由于堆芯温度及其分布的变化，将导致有效增殖系数的变化，从而引起反应性的变化。此物理现象称为反应堆的“温度效应”。 1 温度效应 2 引起温度变化的原因 3 导致温度效应的原因 A 堆芯材料密度的变化 ΔT 材料密度Δρ（燃料、慢化剂、结构材料） 宏观截面、堆芯尺寸 Δkeff Δρ 例： 慢化剂温度变化：当P=140atm时，Tav=293k时， ρcool=1001.7kg/m3； Tav=523k时， ρcool=810.1kg/m3。 Δ ρcool ↓ ①热中子泄漏几率增大，则不泄漏几率PL减小，导致keff减小； ②降低慢化效率，增加238U的共振吸收，逃脱共振吸收几率下降，导致keff减小 ③慢化剂密度减少相当于增加燃料浓度，使热中子利用系数增加，导致keff增大。 B 中子温度变化 ΔT 中子温度变化 宏观截面变化 Δkeff Δρ 热中子平均能量变化 例：温度升高——热中子能谱变硬——热中子微观吸收截面与裂变截面按1/v规律降低。 对低浓铀压水堆而言，燃料的热裂变截面比热吸收截面减小的快，所以，中子产额随温度升高而减少，导致Δkeff降低。 另中子温度升高，慢化剂微观吸收截面减少，导致热中子扩散面积增大，使热中子不泄漏几率减少。 C 铀的共振吸收 燃料温度升高，多普勒展宽，共振俘获增大，逃脱共振俘获几率减少，导致Δkeff降低，这种共振俘获随温度升高而增大的现象，称为多普勒效应 综上所述： 温度升高导 致Δkeff降低 4 温度效应对反应堆运行、安全的影响 A 正温度系数（T↑→keff↑） Δρ→ ΔT↑→ keff↑→P↑ → ΔT↑ → keff↑ →P↑↑→事故 B 负温度系数（T↑→keff↓） Δρ→ ΔT↑→ keff↓→P↓ → ΔT↓→稳定 §7.1反应性温度系数 §7.1.1 定义 反应性温度系数： 温度变化一度（开）时所引起的反应性变化。（这里的“温度”可指fuel、moderator等），简称温度系数。 总的温度系数： 等温温度系数（零功率温度系数），假设整个堆温度均匀，等于燃料、慢化剂及其他各项之和。 §7.1.2 温度系数对核反应堆稳定性的影响 不稳定性： P↑ 较小 0 较大 §7.1.3 燃料温度系数 燃料温度系数： 燃料温度变化一度（开）时所引起的反应性变化。 特性： 在低富积铀燃料中 §7.1.4 慢化剂温度系数 定义： 慢化剂温度变化一度（开）所引起的反应性变化称为慢化剂温度系数。 特性： 滞后于功率变化，具缓发性。 原因： 热量从燃料传到慢化剂。 慢化剂温度系数 核燃料 包壳 冷却剂 热量 热量 （有效裂变中子数） 例：某天然铀： 数量级很小 ① 若燃料、慢化剂同体，膨胀系数相同， ② 压水堆： 当含有硼时，这个正效应更严重（如低温堆就使用硼溶液控制）。 （逃脱共振吸收几率） （不泄漏几率） 作用显著。 总之，当慢化剂温度增加、密度减少时，引起了两个相反的效应：一是 的正效应；二是 、 和 的负效应。慢化剂温度系数的正或负值主要是这两个方面的效应来决定。在轻水堆中，当水中没有（或含有少量的）化学补偿毒物（硼）时， 值是负的，在硼浓度较大时， 将出现正值。 ①如图仅热堆而言。 ②负温度系数的利用： 压水堆温度系数总是设计成负的。这个内部负反馈作用使反应堆具有自稳自调特性。 这个固有稳定性是核电厂固有安全性的基础，也有利于堆外部控制系统的设计。 所谓自稳性是指反应堆出现内、外扰动时，反应堆能维持原功率水平的特性。 例如，当反应堆引入一个正的反应性扰动ρex时， 反应堆中子通量将突然增加Δn， 燃料温