第8章反应堆

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1、第八章温度效应与反应性控制0概述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（temperaturedeficitofreactivity）：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

2、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ΔkeffΔρ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。Δρcool↓①热中子扩散面积及年龄增大，不泄漏几率增大，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。B中子温度变化ΔT中子温度变化宏观截面变化ΔkeffΔρ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

3、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C铀的共振吸收多普勒展宽，共振俘获增大，导致Δkeff降低综上所述：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定义反应堆的反应性对温度的偏导数，温度可以是某给定部位或组分的。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

4、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↓↓§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（有效裂变中子数）当温度升高，中子能谱变硬，238U，239Pu共振吸收增加，则同时引起降低,所以为负值。

5、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，（热中子利用效率）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

6、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，燃料温度增加ΔTf，慢化剂平均温度跟着增加ΔTav，由于温度效应而产生一个负反应性，抵消了正反应性扰动的作用，最后，中子通量基本上能恢复到初始值。所谓自调性是指负荷变化时，反应堆自身能迅速达到热平衡。例如，汽轮机负荷突然增加ΔPH，则汽轮机转速降低Δf，调节器使汽轮机阀门开度增加ΔK，蒸汽流量增加ΔFs，于是蒸汽压力降低ΔPs，蒸汽温度降低ΔTs，使一回路冷却剂平均温度降低ΔTav，由于负温度系数而产生一个正反应性，使中子通量密度

7、上升Δn，燃料温度上升ΔTf，产生一个负反应性，抵消了冷却剂平均温度降低产生的正反应性。最后，反应堆达到新的平衡状态，使反应堆功率与负荷要求一致。§7.1.4其它反应性系数1.空泡系数（voidcoefficientofreactivity）：空泡体积份额：在冷却剂中所包含的蒸汽泡的体积百分比，以x表示。空泡系数：在反应堆中，冷却剂空泡份额变化1%时所引起的反应性变化。可正（对于快堆）可负（对于热堆）。§7.2反应性控制