反應(yīng)堆物理CHAPTER演示課件

1、1,反應(yīng)堆點(diǎn)堆動(dòng)力學(xué),2,點(diǎn)堆“point reactor”,假設(shè)瞬態(tài)過(guò)程中堆芯各處的中子通量密度或功率隨時(shí)間變化的規(guī)律都相同。,3,反應(yīng)堆沒(méi)有緩發(fā)中子的情況Reactor with no delayed neutrons,反應(yīng)性階躍變化 step change of reactivity,4,反應(yīng)堆沒(méi)有緩發(fā)中子的情況Reactor with no delayed neutrons,一代之間中子數(shù)目的變化 設(shè)中子的平均壽命為l，則中子數(shù)目的變化率為,5,反應(yīng)堆沒(méi)有緩發(fā)中子的情況Reactor with no delayed neutrons (2),或 方程的解為： 反應(yīng)堆的功率按同樣規(guī)律增長(zhǎng)

2、：,6,反應(yīng)堆周期Reactor period,通常把反應(yīng)堆內(nèi)中子通量密度、功率變化為原來(lái)e倍所需的時(shí)間定義為反應(yīng)堆周期，即有 P（t）= P0et/ 反應(yīng)堆周期是反應(yīng)堆動(dòng)態(tài)過(guò)程中一個(gè)十分重要的參數(shù)，它表征了反應(yīng)堆內(nèi)中子通量密度、功率變化的快慢 一個(gè)超臨界反應(yīng)堆的周期可表示為：,7,反應(yīng)堆周期,設(shè)一座壓水堆，中子壽命l= 10-5 秒，在t = 0時(shí)刻突然階躍引入 50 pcm 的反應(yīng)性。 則 這樣在1秒鐘內(nèi)，反應(yīng)堆功率將變?yōu)槌跏嫉?e50 或 51021倍，無(wú)法控制！,8,有緩發(fā)中子的反應(yīng)堆Reactor with delayed neutrons,若考慮緩發(fā)中子，則中子的平均壽命應(yīng)對(duì)所有中

3、子（瞬發(fā)+緩發(fā)）平均，即,9,Reactor with delayed neutrons (2),周期應(yīng)寫(xiě)成 前一例題的周期變?yōu)?1秒鐘后，反應(yīng)堆功率變成 每秒鐘僅增加0.5%，完全來(lái)得及控制,10,倍增周期T2,通常把反應(yīng)堆內(nèi)中子通量密度、功率變化為原來(lái)一倍所需的時(shí)間定義為反應(yīng)堆的倍增周期 T2與T之間有如下的關(guān)系 T2 T*ln2,11,帶六組緩發(fā)中子的點(diǎn)堆動(dòng)力學(xué)方程6-group delayed neutrons point reactor kinetics equations,12,帶六組緩發(fā)中子的點(diǎn)堆動(dòng)力學(xué)方程6-group delayed neutrons point reacto

4、r kinetics equations,13,周期與反應(yīng)性之間的關(guān)系,反應(yīng)堆瞬態(tài)過(guò)程中，反應(yīng)堆周期T（）與反應(yīng)性之間的關(guān)系可由反應(yīng)性方程給出 反應(yīng)性方程也稱倒時(shí)方程 1倒時(shí)相當(dāng)于使反應(yīng)堆功率增長(zhǎng)的穩(wěn)定周期為一小時(shí)，向反應(yīng)堆內(nèi)添加的正反應(yīng)性的量,14,反應(yīng)性（或倒時(shí)）方程,15,圖解反應(yīng)性方程,16,周期法測(cè)量反應(yīng)性,n(t)=n0et/ lnn(t)=t/+lnn0,17,周期法測(cè)量反應(yīng)性,通過(guò)測(cè)量周期來(lái)確定反應(yīng)性是反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中最常規(guī)的一種方法 其理論基礎(chǔ)就是反應(yīng)性方程,18,應(yīng)注意的問(wèn)題,周期不宜太長(zhǎng)，否則測(cè)量時(shí)間太長(zhǎng)，測(cè)量誤差較大，一般可選擇在50100s之間。 周期不能太短，否則不

5、安全，一般應(yīng)大于20s,19,有關(guān)討論Related discussions,k=0. 反應(yīng)堆臨界時(shí)，周期為無(wú)窮大。,20,有關(guān)討論Related discussions,大的正反應(yīng)性引入(). 0-1. 因此, 可解得周期為 跟完全忽略緩發(fā)中子存在時(shí)的情況相同,21,有關(guān)討論Related discussions,大的負(fù)反應(yīng)性引入 (反應(yīng)堆緊急停堆). 趨向于 意味著不管加入多大的負(fù)反應(yīng)性，都不可能把反應(yīng)堆關(guān)閉得更快，該速率由衰減得最慢的緩發(fā)中子先驅(qū)核決定。（周期不可能更短）。,22,對(duì)階躍引入的反應(yīng)性的響應(yīng)Response to reactivity step (1),正反應(yīng)性階躍 Pos

6、itive reactivity prompt jump,正反應(yīng)性引入時(shí)，反應(yīng)性方程有唯一的正根T0，其余代表瞬變項(xiàng)的6個(gè)時(shí)間常數(shù)都為負(fù)，因此，瞬變過(guò)程結(jié)束后，堆內(nèi)中子通量密度、功率就按T0決定的單一指數(shù)規(guī)律變化， T0就稱漸進(jìn)周期或穩(wěn)定周期,23,對(duì)階躍引入的反應(yīng)性的響應(yīng)Response to reactivity step (2),正反應(yīng)性階躍 Positive reactivity prompt jump,24,瞬發(fā)臨界Prompt Criticality,瞬發(fā)臨界條件 (1-)k = 1 或,25,反應(yīng)堆周期和瞬發(fā)中子壽命間的關(guān)系Reactor period vs neutron li

7、fetime,26,對(duì)階躍引入的反應(yīng)性的響應(yīng)Response to reactivity step (3),負(fù)反應(yīng)性階躍 Negative reactivity prompt jump,負(fù)反應(yīng)性引入時(shí)，反應(yīng)性方程有七個(gè)負(fù)根，其中T0的絕對(duì)值最大，同樣，瞬變過(guò)程結(jié)束后，堆內(nèi)中子通量密度、功率由T0決定的單一指數(shù)規(guī)律衰減,27,對(duì)階躍引入的反應(yīng)性的響應(yīng)Response to reactivity step (4),負(fù)反應(yīng)性階躍 Negative reactivity prompt jump,28,反應(yīng)堆動(dòng)力學(xué)的數(shù)值演示Numerical demonstration of reactor kinet

8、ics,29,反應(yīng)堆動(dòng)力學(xué)的數(shù)值演示,臨界反應(yīng)堆內(nèi)的中子平衡 Neutron balance for the critical reactor,30,反應(yīng)堆動(dòng)力學(xué)的數(shù)值演示,31,反應(yīng)堆動(dòng)力學(xué)的數(shù)值演示,Situation after many generations,32,瞬跳近似Prompt jump approximation,33,實(shí)際功率增長(zhǎng)及瞬跳近似,34,瞬發(fā)臨界Prompt Criticality,35,次臨界增殖和反應(yīng)堆啟動(dòng)subcriticality and rector startup,36,中子源,為了在啟動(dòng)時(shí)滿足最低要求的中子計(jì)數(shù)率（避免啟動(dòng)盲區(qū)），必須在堆芯裝入中子

9、源。 中子源分兩類：1）初級(jí)源用于首次啟動(dòng)及壽期初運(yùn)行。2）次級(jí)源，用于堆運(yùn)行啟動(dòng)，它在堆運(yùn)行后被激活。 初級(jí)源是釙-鈹源、次級(jí)源是銻-鈹源。,37,一次(初級(jí))源,首次裝料，啟動(dòng)時(shí)需要裝入的中子源稱為初級(jí)中子源。 原理：Be的（，n）反應(yīng) Be - C + n PoBe中子源半衰期較短（138.4天）,38,二次(次級(jí))源,次級(jí)源需經(jīng)堆內(nèi)輻照后才能釋放中子 原理：光中子反應(yīng) Be - 2He+ n 最常用的為Sb-Be源,39,源中子在次臨界反應(yīng)堆內(nèi)的增殖,設(shè)中子源強(qiáng)為S0 ，反應(yīng)堆有效增殖系數(shù)為k1 反應(yīng)堆內(nèi)的中子總數(shù) 1st 代 : S0 2nd 代 : S0+kS0 3rd 代 : S0+kS0+k2S0 ,40,次臨界增殖,1/(1-k) 稱為次臨界增殖系數(shù) 當(dāng)反應(yīng)堆趨向臨界時(shí)，次臨界增殖系數(shù)趨于無(wú)窮大,41,1/M外推法,設(shè)反應(yīng)堆有一初始k0kk0,42,1/M外推法,定義 M 為 1/M 和k之間有如下關(guān)系,43,1/M外推法,44,例題,用連續(xù)稀硼外推臨界時(shí)，當(dāng)CB1=1100ppm，記數(shù)率為N1，當(dāng)CB2=980p