核反应堆物理课程报告

1、核反应堆物理课程报告罗晓2014151214第一页共一页有关反应堆反应性的研究报告作者：罗晓摘要：本学期我们进行了反应堆物理课程的学习，在学习之尾，为了检验学 习成果，特在此做有关反应堆反应性的研究报告。在反应堆研究的各个方面，反 应性的研究不可忽视，在反应堆运行期间，为了能在给定的功率条件下稳定地运 行,且能满足紧急停堆、功率调节、补偿控制等要求，必须引入各种形式的反应性。 而确定需要引入反应性的数量和采用何种方式进行高效与安全的控制，以及各种 控制类型之间反应性的分配，是核反应堆堆芯设计的一个十分重要的方面。为了 对立面的有关机理进行更加详细的了解，下面对各种反应性进行了综合分析，且对 其

2、稳定性进行了分析，得出了全面的控制机制和详细的动态特性。这对反应堆的 堆芯设计、有效控制和安全运行具有重要的参考意义。关键词：反应堆、反应性、控制首先，我们在此解释反应性的概念。宏观上来说，反应性即为反映核反应堆 状态的一种物理量。数学定义如下：其中：k为反应堆的有效增值系数对中子吸收截面较大的固体物质从上式来看，反应性表征了反应堆偏离临界状态的程度。在反应堆内引入反 应性有很多种办法，而经常用到的有如下几种:(1)向堆内插入可移动的且具有较 强中子吸收能力的控制棒，常采用由银一铟一镉合金组成的控制棒组件，他 们通过控制棒驱动机构有效控制，我们将这部分反应性记为P1 ;(2)向堆芯内装入 可燃

3、毒物，在堆芯运行期间，随着核燃料起逐渐被消耗掉，我们将其记为p2 ;(3)在轻水堆中，将对中子吸收截面较大的物质溶解在冷却剂中，将其称为可溶毒物，用P3表示。以上引入的这些反 应性，无论是因操作需要而人为引入的，还是由于意外事故的发生而造成的(如 控制棒被抛出或冷却剂泵损坏)，他们都是通过改变外加中子吸收物质来实现的。同时，反应堆内反应性的变化应该考虑一下三种情况：温度效应因反应堆温度效应变化而引起的P发生变化的效应，称为反应性的温 度效应。温度效应可以用反应性温度系数来衡量。负的温度系数对于反应堆安全 运行有重要意义。反应堆运行期间，核燃料燃耗、核裂变产物的积累都会引起反应性变化。另 一方面

4、，运行期间堆芯温度也不断变化，如从冷态至热态温度变化为200300K。 功率改变时堆芯温度也发生变化。堆芯温度及分布发生变化将引起以下变化：A、燃料温度变化。由于多普勒效应，共振吸收增加。B、慢化剂密度变化。慢化能力及慢化性能改变。C、中子截面的变化。中子截面是温度的函数。D、可溶硼溶解度的变化。温度变化引起冷却剂中硼溶解度发生变化。以上变化将导致堆芯有效增殖因子的变化，从而引起反应性的变化，这 种物理现象称为反应堆的“温度效应”。燃料核截面在中能区段存在很多的强共振峰。燃料温度对反应性的影响主要 是因为共振吸收的变化。温度升高时共振峰值降低，但微观截面曲线下覆盖的面 积保持不变，即所谓的共振

5、峰展宽。最常见的反应堆中装有大量的238U，它有 强烈的共振俘获吸收。温度升高时，共振峰展宽，落入共振峰内的中子增加，俘 获吸收中子增加，降低了中子利用率。造成反应性下降。这一效应称为多普勒 (Doppler)效应。238U的多普勒反应性温度系数为负值。这对反应堆安全是非常 重要的。中毒效应热中子反应堆运行后堆内参数的某些裂变产物，其中子吸收截面较大，故对 P有明显影响，这种效应称为裂变产物中毒。其中氙(135Xe)和钐(149Sm) 是裂变产物中影响最大的两种同位素。随着反应堆的运行，反应堆中的裂变产物也随之积累。在这些裂变产物中， 有些产物对中子的吸收截面较大，并且其份额也较大。这些裂变产

6、物对中子的吸 收会导致中子的有效利用系数降低，从而对反应堆反应性造成影响。燃耗定义：燃耗深度对燃料贫化程度的一种度量。通常将其定义为单位质量燃料所发出的能量，即：j TP(t)dt BU = Wu其常用单位为：MWd/t。一般在工程运用中，还可以采用“有效满功率小时(EFPH)”或“有效满 功率天(EFPD)”来作为单位，其含义如下：EFPH： 1个EFPH表示反应堆在100%功率下运行1个小时；EFPD： 1个EFPD表示反应堆在100%功率下运行1天。堆内燃料管理：为使堆内燃耗深度尽可能均匀而采取一些技术措施，如分区 装料、用硼酸或可燃毒物代替控制棒、优化的控制棒运行程序、优化的换料方案

7、等等。进行优化的堆内燃料管理可以增加反应堆换料周期、提高燃耗深度，从而 明显提高电站的经济效益燃耗将引起剩余反应性的下降，这种效应成为反应性燃耗效应。反应堆在 运行期间要有足够的剩余反应性，以克服上述反应性变化并对反应堆进行控制。 影响反应堆反应性变化的主要因素有：温度效应、燃耗、中毒、功率调节、反应 堆启动、停堆等因素。下表列出了压水堆几个主要过程引起的反应性变化和所要 求的反应性控制变化率。表1-压水堆的反应性控制要求反应性效应数值/%要求变化率温度亏损250.5/h功率亏损120.05/min氙和钐中毒5250.004/min燃耗580.017/d功率调节0.10.20.1/min紧急停堆241，反应堆运行时调节 Keff使其为1，停堆时调节Keff使其小于1。反应堆冷态停堆情况下（假使全部 停堆系统全部移出堆芯）反应性大于0的部分称作剩余反应性。反应