chapter07反應(yīng)堆的中毒效應(yīng)解析課件

1、反應(yīng)堆的中毒效應(yīng)本科教學(xué)（48小時(shí)）2022/10/100哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉135Xe135I衰變衰變裂變吸收反應(yīng)堆的中毒效應(yīng)本科教學(xué)（48小時(shí)）2022/10/90哈爾46.中毒效應(yīng)毒物的影響隨著反應(yīng)堆的運(yùn)行，反應(yīng)堆中的裂變產(chǎn)物也隨之積累。在這些裂變產(chǎn)物中，有些產(chǎn)物對(duì)中子的吸收截面較大，并且其份額也較大。這些裂變產(chǎn)物對(duì)中子的吸收會(huì)導(dǎo)致中子的有效利用系數(shù)降低，從而對(duì)反應(yīng)堆反應(yīng)性造成影響。2022/10/101哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉46.中毒效應(yīng)毒物的影響2022/10/91哈爾濱工程大學(xué)46.中毒效應(yīng)2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉

2、2現(xiàn)考慮一個(gè)以235U為燃料的均勻熱中子反應(yīng)堆，其有效增殖系數(shù)為：KefffpPL作為近似，可以認(rèn)為裂變毒物只是通過(guò)改變熱中子利用系數(shù)f而影響反應(yīng)堆的增殖系數(shù)Keff，對(duì)、p和PL沒有影響。46.中毒效應(yīng)2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)46.中毒效應(yīng)2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉3設(shè)有毒物和無(wú)毒物時(shí)，反應(yīng)堆的熱中子利用系數(shù)為f和f，顯然有：46.中毒效應(yīng)2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)46.中毒效應(yīng)2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉4若假設(shè)有毒物和無(wú)毒物時(shí)反應(yīng)堆的有效增殖系數(shù)為K和K，從而有：顯然有： N(P2)；

3、從而NXe 0，即135Xe的濃度會(huì)先增加；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，功率降低導(dǎo)致的135I的產(chǎn)生率降低的效應(yīng)逐漸體現(xiàn)出來(lái)，使得Nd逐漸減小，降低到和N相匹配的水平：Nd(P2)N(P2)。2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉4647.135Xe中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉47功率提升時(shí)當(dāng)反應(yīng)堆的功率P提升（P1P2）時(shí)：中子通量增加；由于N與密切相關(guān)，從而立即增加；由于Nd對(duì)并不敏感，此時(shí)有：Nd(P1) N(P2)；從而NXe 21015a，其可視為是穩(wěn)定的。48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/

4、10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉5948.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉60簡(jiǎn)化處理為了簡(jiǎn)化計(jì)算，需要對(duì)149Sm的衰變鏈進(jìn)行簡(jiǎn)化：149Nd的裂變產(chǎn)額為0.0113，半衰期為2h，相對(duì)149Pm的半衰期（54h）較短?？梢院雎?49Nd的中間作用，認(rèn)為149Pm是在裂變時(shí)直接產(chǎn)生的。從而可得：PmNd0.011348.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉61149Pm的動(dòng)力學(xué)方程.

5、產(chǎn)生項(xiàng)：149Pm的產(chǎn)生是通過(guò)裂變直接產(chǎn)生，具體表達(dá)式為：.消耗項(xiàng)：149Pm的消耗則主要是通過(guò)-衰變，變?yōu)?49Sm：N2PmNPm48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉62.動(dòng)力學(xué)方程從而149Pm的動(dòng)力學(xué)方程為：48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉63149Sm的動(dòng)力學(xué)方程.產(chǎn)生項(xiàng)149Sm的產(chǎn)生是通過(guò)149Pm衰變產(chǎn)生的。其產(chǎn)生率的具體表達(dá)式為：N1PmNPm.消耗項(xiàng)149Sm的半衰期T

6、1/2 21015a，可以認(rèn)為其是穩(wěn)定的。從而149Sm的消耗項(xiàng)的表達(dá)式為：48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉64.149Sm的動(dòng)力學(xué)方程從而149Sm的動(dòng)力學(xué)方程為：48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉65方程的求解與分析平衡149Sm中毒當(dāng)反應(yīng)堆達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，有：48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)

7、學(xué)院 李偉66從而可得：149Sm所具有的毒性為：48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉67反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)的149Sm濃度雖然平衡時(shí)的149Sm的濃度與反應(yīng)堆內(nèi)中子通量密度水平?jīng)]有關(guān)系。但是達(dá)到149Sm平衡所需的時(shí)間與的水平是密切相關(guān)的。對(duì)于149Sm而言，其達(dá)到平衡149Sm中毒的時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要幾百個(gè)小時(shí)以上。48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉68當(dāng)反應(yīng)堆啟動(dòng)后，堆芯功率水平立即達(dá)到一個(gè)

8、穩(wěn)定水平，即在t0時(shí)有：NPm(0)NSm(0)0根據(jù)以上初值條件，求解動(dòng)力學(xué)方程可得：48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉69其所具有的毒性為： 48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉70停堆后的149Sm濃度如果假設(shè)停堆時(shí)，堆芯的149Pm和149Sm的濃度分別為：那么根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程，可求得其濃度在反應(yīng)堆停堆后的變化：48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149S

9、m中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉71停堆后，149Sm往堆芯引入的負(fù)反應(yīng)性為：可見，停堆后149Sm的濃度將逐漸增加，達(dá)到一個(gè)最大值。此時(shí)如果再次啟堆，則149Sm的濃度會(huì)立即減小，直到達(dá)到平衡的149Sm濃度。48.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)48.149Sm中毒2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉7248.149Sm中毒2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)49.其它裂變毒物2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉73在反應(yīng)堆的裂變產(chǎn)物中，除了135Xe和149Sm的吸收截面特別大以外，還有許多裂變產(chǎn)物的吸收截面相對(duì)比較小。但是由于它們隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，其濃度不斷積累，。這些裂變產(chǎn)物為非飽和性（或者永久性）的裂變產(chǎn)物。非飽和性裂變產(chǎn)物的核素種類很多，大約有300多種不同核素的各種放射性及穩(wěn)定性同位素，計(jì)算其濃度以及對(duì)反應(yīng)性的影響是非常復(fù)雜的。 49.其它裂變毒物2022/10/9哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)49.其它裂變毒物2022/10/10哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉74在實(shí)際的計(jì)算中，采取的措施是：將除了135Xe和149Sm以外的其它所有的非飽和性同位素歸并為一組，用一個(gè)假想的裂變產(chǎn)物同位素(FP)