核反应堆热工分析02

1核裂变产生的能量及其分布1

堆芯功率的分布及其影响因素2

控制棒、慢化剂和结构材料中热量的产生和分布3

停堆后的功率分布4第二章堆的热源及其分布2核裂变产生能量及其分布1裂变碎片的动能约占总能量的84%裂变能的绝大部分在燃料元件内转换为热能，少量在慢化剂内释放，通常取97.4%在燃料元件内转换为热能3核裂变产生能量及其分布1不同核素所释放出来的裂变能量是有差异的，一般认为取堆内热源及其分布还与时间有关，新装料、平衡运行和停堆后都不相同输出燃料元件内产生的热量的热工水力问题就成为反应堆设计的关键4堆芯功率的分布及其影响因素2裂变率单位时间，单位体积燃料内，发生的裂变次数热功率整个堆芯的热功率计入位于堆芯之外的反射层、热屏蔽等的释热量热功率释热率单位体积的释热率5堆芯功率的分布及其影响因素2堆芯功率的分布均匀裸堆进行理论分析时极其有用活性区外面没有反射层富集度相同的燃料均匀分布在整个活性区内简化一：简化二：6堆芯功率的分布及其影响因素2目前绝大部分的堆都采用圆柱形堆芯，圆柱形堆芯的均匀裸堆，热中子通量分布在高度方向上为余弦分布，半径方向上为零阶贝塞尔函数分布：外推半径：外推高度：堆芯的释热率分布堆芯最大体积释热率7堆芯功率的分布及其影响因素2均匀裸堆中的中子通量分布8堆芯功率的分布及其影响因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影响功率分布的因素均匀装载燃料方案：分区装载燃料方案：目前的核电厂普遍采用的方案布置特点：沿堆芯径向分区装载不同富集度的燃料，高富集度的装在最外区，低富集度的在中心。优点：堆芯功率分布得到展平，提高平均燃耗早期的压水堆采用此方案优点：装卸料方便缺点：功率分布过于不平均，平均燃耗低9堆芯功率的分布及其影响因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影响功率分布的因素三区分批装料时的归一化功率分布图：通常I区的燃料富集度是最低的，III区的燃料富集度最高10堆芯功率的分布及其影响因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影响功率分布的因素控制棒一般均匀布置在高中子通量的区域，既提高控制棒的效率，又有利于径向中子通量的展平控制棒对径向功率分布的影响

11堆芯功率的分布及其影响因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影响功率分布的因素控制棒对反应堆的轴向功率分布也有很大的影响控制棒对轴向功率分布的影响

12堆芯功率的分布及其影响因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影响功率分布的因素分类停堆棒停堆棒通常在堆芯的外面，只有在需要停堆的时候才迅速插入堆芯调节棒调节棒是用于反应堆正常运行时功率的调节补偿棒补偿棒是用于抵消寿期初大量的剩余反应性的13堆芯功率的分布及其影响因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影响功率分布的因素轻水作慢化剂的堆芯中，水隙的存在引起附加慢化作用，使该处的中子通量上升，提高水隙周围元件的功率，增大了功率分布的不均匀程度克服办法：采用棒束型控制棒组件

14堆芯功率的分布及其影响因素2控制棒燃料布置水隙及空泡影响功率分布的因素轻水作慢化剂的堆芯中，水隙的存在引起附加慢化作用，使该处的中子通量上升，提高水隙周围元件的功率，增大了功率分布的不均匀程度克服办法：采用棒束型控制棒组件

空泡的存在将导致堆芯反应性下降

沸水堆控制棒由堆底部向上插入堆芯的原因

能减轻某些事故的严重性的原因15堆芯功率的分布及其影响因素2燃料元件数很多的非均匀圆柱形堆芯的通量分布总趋势与均匀堆的是一样的非均匀堆中的燃料元件自屏效应，使得元件内的中子通量和它周围慢化剂内的中子通量分布会有较大差异16堆芯功率的分布及其影响因素2非均匀堆栅阵

用具有等效截面的圆来代替原来的正方形栅元

假设热中子仅在整个慢化剂内均匀产生运用扩散理论，燃料元件内热中子通量分布的表达式：若燃料棒表面处的热中子通量为，则在处，，则：17堆芯功率的分布及其影响因素2燃料元件的自屏因子F为：对于棒状燃料元件：

采用富集铀且燃料棒的尺寸比较细的情况，F的范围为1.0～1.1

精确的F值要根据逃脱几率的方法求解18控制棒、慢化剂和结构材料中热量的产生和分布3慢化剂控制棒结构材料材料：硼、镉、铪等，压水堆一般采用银-铟-镉合金或碳化硼控制棒的热源：

吸收堆芯的辐射：用屏蔽设计的方法计算

控制棒本身吸收中子的(n,)或(n,)反应在芯棒和包壳之间充以某种气体（如氦气）以改善控制棒的工艺性能和传热性能19控制棒、慢化剂和结构材料中热量的产生和分布3慢化剂控制棒结构材料(n,)或(n,)反应热源的计算控制棒每秒俘获的中子数：（中子/s）(n,)反应产生的功率：（MeV/s）（kW）(n,)反应产生的功率：（MeV/s）（kW）20控制棒、慢化剂和结构材料中热量的产生和分布3慢化剂控制棒结构材料(n,)或(n,)反应热源的计算若控制棒是由m种不同的吸收材料组成：（MeV/s）（kW）求得插入堆芯的控制棒的释热量后，不难算出其温度分布，要使控制棒最高中心温度小于特定条件下的允许温度21

裂变中子的慢化吸收裂变产物放出的粒子的一部分能量吸收各种射线的能量控制棒、慢化剂和结构材料中热量的产生和分布3慢化剂控制棒结构材料所产生的热量包括：热源的分布取决于快中子的自由程慢化剂中的体积释热率近似表示为：冷却剂和慢化剂为同一种材料，则慢化剂的冷却问题可以合并在元件的冷却问题中一并考虑，否则必须专门考虑22控制棒、慢化剂和结构材料中热量的产生和分布3慢化剂控制棒结构材料热量来源几乎完全是由于吸收来自堆芯的各种射线若认为对射线的吸收正比于材料质量，则体积释热率为：结构材料中的热源还与结构材料本身的具体形状和所处的部位有密切关系23停堆后的功率4热量燃料棒内储存的显热剩余中子引起的裂变裂变产物和中子俘获产物的衰变24停堆后的功率4铀棒内的显热和剩余中子裂变热大约在半分钟之内传出，其后的冷却要求完全取决于衰变热压水堆的衰变热：25停堆后的功率4剩余裂变功率的衰减

停堆后时间非常短（0.1s内）：

停堆时间较长：

停堆时间较长且反应性变化较大：26停堆后的功率4剩余裂变功率的衰减对于恒定功率下运行很长时间的轻水慢化堆，在停堆时如果引入的负反应性的绝对值大于4%，则其相对裂变功率的变化为：只适用于轻水堆且用U-235作燃料的反应堆27停堆后的功率4衰变功率的衰减

裂变产物的衰变功率：方法一：根据裂变产物的种类及其所产生的射线的能谱编制的计算机程序来计算裂变产物的衰变热，较复杂，不作介绍方法二：把裂变产物作为一个整体处理，根据实际测量得到的结果，整理成