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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(méi)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(jiàn),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(lèi)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)
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