chapter07反应堆的中毒效应解析课件

1、反应堆的中毒效应本科教学（48小时）2022/10/100哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟135Xe135I衰变衰变裂变吸收反应堆的中毒效应本科教学（48小时）2022/10/90哈尔46.中毒效应毒物的影响随着反应堆的运行，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。2022/10/101哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟46.中毒效应毒物的影响2022/10/91哈尔滨工程大学46.中毒效应2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟

2、2现考虑一个以235U为燃料的均匀热中子反应堆，其有效增殖系数为：KefffpPL作为近似，可以认为裂变毒物只是通过改变热中子利用系数f而影响反应堆的增殖系数Keff，对、p和PL没有影响。46.中毒效应2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学与技术46.中毒效应2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟3设有毒物和无毒物时，反应堆的热中子利用系数为f和f，显然有：46.中毒效应2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学与技术46.中毒效应2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟4若假设有毒物和无毒物时反应堆的有效增殖系数为K和K，从而有：显然有： N(P2)；

3、从而NXe 0，即135Xe的浓度会先增加；经过一段时间，功率降低导致的135I的产生率降低的效应逐渐体现出来，使得Nd逐渐减小，降低到和N相匹配的水平：Nd(P2)N(P2)。2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟4647.135Xe中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟47功率提升时当反应堆的功率P提升（P1P2）时：中子通量增加；由于N与密切相关，从而立即增加；由于Nd对并不敏感，此时有：Nd(P1) N(P2)；从而NXe 21015a，其可视为是稳定的。48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/

4、10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟5948.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟60简化处理为了简化计算，需要对149Sm的衰变链进行简化：149Nd的裂变产额为0.0113，半衰期为2h，相对149Pm的半衰期（54h）较短。可以忽略149Nd的中间作用，认为149Pm是在裂变时直接产生的。从而可得：PmNd0.011348.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟61149Pm的动力学方程.

5、产生项：149Pm的产生是通过裂变直接产生，具体表达式为：.消耗项：149Pm的消耗则主要是通过-衰变，变为149Sm：N2PmNPm48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟62.动力学方程从而149Pm的动力学方程为：48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟63149Sm的动力学方程.产生项149Sm的产生是通过149Pm衰变产生的。其产生率的具体表达式为：N1PmNPm.消耗项149Sm的半衰期T

6、1/2 21015a，可以认为其是稳定的。从而149Sm的消耗项的表达式为：48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟64.149Sm的动力学方程从而149Sm的动力学方程为：48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟65方程的求解与分析平衡149Sm中毒当反应堆达到稳定时，有：48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术

7、学院 李伟66从而可得：149Sm所具有的毒性为：48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟67反应堆启动时的149Sm浓度虽然平衡时的149Sm的浓度与反应堆内中子通量密度水平没有关系。但是达到149Sm平衡所需的时间与的水平是密切相关的。对于149Sm而言，其达到平衡149Sm中毒的时间较长，一般需要几百个小时以上。48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟68当反应堆启动后，堆芯功率水平立即达到一个

8、稳定水平，即在t0时有：NPm(0)NSm(0)0根据以上初值条件，求解动力学方程可得：48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟69其所具有的毒性为： 48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟70停堆后的149Sm浓度如果假设停堆时，堆芯的149Pm和149Sm的浓度分别为：那么根据动力学方程，可求得其浓度在反应堆停堆后的变化：48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149S

9、m中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟71停堆后，149Sm往堆芯引入的负反应性为：可见，停堆后149Sm的浓度将逐渐增加，达到一个最大值。此时如果再次启堆，则149Sm的浓度会立即减小，直到达到平衡的149Sm浓度。48.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学48.149Sm中毒2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟7248.149Sm中毒2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学49.其它裂变毒物2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟73在反应堆的裂变产物中，除了135Xe和149Sm的吸收截面特别大以外，还有许多裂变产物的吸收截面相对比较小。但是由于它们随着运行时间的增加，其浓度不断积累，。这些裂变产物为非饱和性（或者永久性）的裂变产物。非饱和性裂变产物的核素种类很多，大约有300多种不同核素的各种放射性及稳定性同位素，计算其浓度以及对反应性的影响是非常复杂的。 49.其它裂变毒物2022/10/9哈尔滨工程大学 核科学49.其它裂变毒物2022/10/10哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟74在实际的计算中，采取的措施是：将除了135Xe和149Sm以外的其它所有的非饱和性同位素归并为一组，用一个假想的裂变产物同位素(FP)