反應(yīng)堆物理-第九章性系數(shù)

一、 七、功率系數(shù)與功一、反應(yīng)（一）反應(yīng)性是表征鏈式核反應(yīng)系統(tǒng)偏離臨界程度的一個參 1 當(dāng)反應(yīng)堆處在臨界狀態(tài)時，keff=1，反應(yīng)性ρ等于當(dāng)反應(yīng)堆超臨界時，keff>1，反應(yīng)性ρ大于零，為正值當(dāng)反應(yīng)堆次臨界時，keff<1，反應(yīng)性ρ小于零，為負值（二）單例：反應(yīng)堆的有效增殖系數(shù)keff=0.90，反應(yīng)堆的解1

111.1%k/

例如，ρ=-11.1%?k/k=-11100PCM元反應(yīng)性也常用“元”為單位，1元反應(yīng)性為1βeff，βeff效緩發(fā)中子份額，也記作1$。假如堆的βeff＝0.007?k/k，即＝700PCM緩發(fā)中子份額β定義為：裂變過程中所產(chǎn)生的緩發(fā)中子裂變中子裂變產(chǎn)生的總中考慮六組緩發(fā)中子，則緩發(fā)中子份額66其中，βi為第i組緩發(fā)中子的份將反應(yīng)堆動力學(xué)方程中的參數(shù)βi修正為6 i6iβeff通常稱為有效緩發(fā)中子份βefβ與βeff之間βeff=β× ——緩發(fā)中子價值因子，通常取： 反應(yīng)性

1)/

是應(yīng)用在keff接近于1（臨界比較?。┑那闆r；但對于假設(shè)有幾個βf或kf偏離1較大lnkeff,2keff結(jié)果很接近。盡管對兩種方法中任何一種所得的結(jié)果都是認可的，但當(dāng)keff偏離1

ln(keff,2/keff,1

所得結(jié)過剩反應(yīng)過剩反應(yīng)性kex定義

kexkeff對一座典型壓水型反應(yīng)堆，其第1循環(huán)的keff=1.26，因此，過剩反 ln1.260.2311k/k23110 在這個循環(huán)壽期末，keff減少到約1.05，即kex=0.05或5％?k剩余反應(yīng)性ρ’exln1.050.04879k/k4879 二、反應(yīng)性系數(shù)當(dāng)核電廠處在正常運行工況下，由于某種原因核電廠的運行參數(shù)，如功率、壓力、溫度及堆芯內(nèi)空泡等發(fā)生變化時，堆芯的反應(yīng)性也發(fā)生相應(yīng)的變化。如果堆芯產(chǎn)生了變化，為了維持反應(yīng)堆在相同的功率下穩(wěn)定運行，必須進行某種補償。這種補償，通?？梢酝ㄟ^控制棒的動作來實現(xiàn)，也可以通過改變堆芯內(nèi)硼的濃度來實現(xiàn)（壓水堆）反應(yīng)性系該參數(shù)的。

空泡系

溫度系控制棒的溫度堆芯溫度啟動過程中，堆芯溫度從冷態(tài)溫度向熱態(tài)溫度運行工況改變時，堆芯溫度相應(yīng)發(fā)生堆芯內(nèi)溫度變化時，中子能譜、微觀截面等都將相應(yīng)地發(fā)生變化。因為，與反應(yīng)性有關(guān)的許多參數(shù)，如熱中子利用系數(shù)、逃脫俘獲概率等都是溫度的函數(shù)。所以，當(dāng)反應(yīng)反應(yīng)性溫度系數(shù)及其對核反應(yīng)堆穩(wěn)定溫度系數(shù)：單位溫度變化所引起的反應(yīng)性的變 表T1keffkeffk k1

。若溫度系若溫度堆芯溫度升高→反應(yīng)性增加→反應(yīng)堆功率升高→堆芯燒堆芯溫度下降→反應(yīng)性減小→反應(yīng)堆功率下降→三 溫度系數(shù)(多普勒溫度系數(shù) 反應(yīng)堆的熱量主要是在中產(chǎn)生。當(dāng)功率升高時，溫度立即升高，的溫度效應(yīng)就立即表現(xiàn)出來所以瞬發(fā)溫度系數(shù)對功率的變化響應(yīng)很快，它對抑制功率增和反應(yīng)堆的安全運行起著十分重要的有效整個反應(yīng)堆堆芯和。有些問題要通過溫度來求Dp的吸收，為此定義過兩種有效逃脫溫度，用于計算溫度（Dopplr）。局部徑向溫度分布：芯部中心溫度； 棒表面溫TM：慢化劑溫度第一種是單棒有效溫度 所以有效溫度低 棒的平均溫度第二種是堆 有效溫度 溫整堆因子量對脫 率較響這堆的有效溫度比堆芯 平均溫度高 溫度系數(shù)是負的

效應(yīng)（多譜勒展寬

逃 俘

反應(yīng)堆功率下

HTR-PM平衡堆芯額定工況 溫度系數(shù)-4.36e-為什 溫度Tf越高逃 吸收幾率p越小 吸收幾率p是快中子慢化成熱中子過程中逃脫 吸收峰的幾多譜勒 溫度低的時候 峰又高又窄， 溫度升高后，238U的σa峰高度下降了，然而卻變寬了 峰的降低意味 能量的中子被吸的幾率減少，中子 中穿行距離增加，238U增加了更寬能量范圍的中子，即振能量稍高和稍低的中子現(xiàn)在有較大吸收。因此溫度較高時 的中子被 Doppler效Doppler效應(yīng)本是聲學(xué)物理中的一個規(guī)律——由輻射源相對于觀察的運動，而引起觀察到輻射波長的改反應(yīng)堆物理中，即為238U原子熱運動產(chǎn)生的截 峰的展寬現(xiàn)象最低能量的238U

隨 溫度的升高 峰的變低和展寬，這種效應(yīng)稱之為Doppler展寬Doppler展Doppler實上核是的縛在個晶里原子振動，這動表示靶核有一定的速度，在是振動核來測子的對動。先考慮U最低的 峰（相對能量67e處），若靶核不振動，則具有6.7eV動能中子以大的率吸。隨著溫度的升高，238U原子振動加劇，具有6.7eV動能進入中的中子靶核238U核的可能性減少了；但是，6.7eV左右的中子與靶核進行反應(yīng)的可能性增加了，亦即，6.7eV處的峰下降了，偏離峰（附近）能量的中子吸收芯塊到達芯塊內(nèi)層的中子必定先經(jīng)過芯塊的外層，能量相當(dāng)于峰區(qū)能量的中子進入芯塊時有很大的概率在芯塊的表面就被吸收，而不會達到芯塊的內(nèi)層；若中子不具有峰區(qū)的能量，它的截面就低，就有可能不發(fā)生核反應(yīng)而穿過芯塊。因為這種效應(yīng) 芯塊本身對某種能量中子產(chǎn)生 作用，所以稱自屏效 溫度增加時，Doppler效應(yīng)引 峰展寬，吸收幾率發(fā)生變化 能量的中子在被吸收之前進一步穿 。雖然中子進一步穿芯塊，但238U足以吸收所 能量的中子能量 峰左右的中子，現(xiàn)在有較大的可能 吸收因此溫度較高時，所有 中子幾乎都會被吸收 峰左右 中子會被吸收 圖2（展寬之后定性地解 芯塊的自屏效 P（a）＝1－e-其中λ為x為中子穿一般認為x＝5λ時，中子幾乎都被吸收了[P（a）→1] 芯塊中心，這就是自屏影 溫度系數(shù)的主要因238U和240Pu有效燃耗的影Doppler系數(shù) 有效溫圖給出了溫度系數(shù)與平衡堆芯平均溫度的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)平均溫度升高時，溫度系數(shù)的絕對值變小，溫溫度系數(shù)與平衡堆芯平均溫度的函數(shù)關(guān)Doppler系數(shù) 有效溫溫度在溫度高時壽期末要比壽初負得少一些隨著溫度的降低到一定溫度后，壽期末的溫度系數(shù)要比壽期初的變得更負Doppler系數(shù) 有效溫 堆芯隨著運行壽期，238U的快裂變和238U轉(zhuǎn)換成239Pu使得238U有所消耗、積累了一定數(shù)量的240Pu在壽期末，溫度低240Pu在中子能量為1eV附近有一個很強的吸收峰。由于240Pu的積累使得Doppler系數(shù)在較低溫度時變在溫度高時壽期末要比壽期初負得少這是因為240Pu中子吸收截面在高溫時大為減少，240Pu的自屏效應(yīng)不明顯了。Doppler展寬，不引起吸 此時，238U的消耗比240Pu積累更重要四、慢化劑溫度慢化劑的溫度每變化一度所引起的反慢化劑溫度系數(shù)屬于緩發(fā)溫化要比所以，慢化劑溫度效應(yīng)滯后于功率的變化，故慢化劑溫系數(shù)屬于緩發(fā)溫度系壓水堆，一般用水作慢化劑溫度系數(shù)的正或負，取決于中子的吸收與慢化一般要求整個運行期間慢化劑溫度系數(shù)為負慢化劑溫度增加時，慢化劑密度減小，慢化劑相對著。高溫氣冷對于采用石墨慢化的高溫氣冷堆，石墨密度隨溫度的變化可。核密度及核截面的變化引起的。隨著堆芯慢化劑石墨的溫度增高，堆芯的泄漏加大，并且25的裂變減少。這些變化均使得堆HTR-PM平衡堆-0.941e-5Δk/k/影響慢化劑溫度慢化劑溫控制棒的堆芯的燃裂變產(chǎn)物的積慢化劑溫由于隨溫度增高慢化劑的慢化能力變化的相對值變小的控制棒的當(dāng)堆內(nèi)有棒插入時，慢化劑溫度系數(shù)更負堆芯的在堆芯壽期內(nèi)，燃耗和裂變產(chǎn)物毒物（主要是氙和釤）積累，使得反應(yīng)堆具有負的慢化劑溫中子譜：反應(yīng)堆內(nèi)無毒物時，中子隨能量的分布，即中子xWl堆內(nèi)中子硬化的中堆內(nèi)裂變產(chǎn)物隨燃耗的加深不斷積累，其中許多裂變產(chǎn)物是1/v，使堆內(nèi)中子譜硬化當(dāng)堆芯中增加了收截面隨中子能量（速度收體吸收得，結(jié)果出現(xiàn)了熱中子分布峰向能量較高的超熱區(qū)偏移。堆芯的燃燃耗和裂變產(chǎn)物毒物的積累，使堆內(nèi)毒物吸收增加，使芯能譜變硬，238U和240Pu低 吸收增加，同時也235U和239Pu的α（裂變與吸收比）比值下降，對反應(yīng)性起負的效低，使堆芯中子τ和擴散長度L增大，即中子泄漏增加，這些都使堆的有效增值因子減小，因而具有負的慢化球床高化劑溫度系數(shù)的大小135Xe的影響在同一135Xe濃度下，隨著溫，由于135Xe的吸收劇 降，是化劑溫度系數(shù)絕對 慢化劑溫度系數(shù)隨平均溫的變五、反射層溫度反射層溫度系數(shù)是反射層溫度增加1反射層的反射層的溫度要低于堆芯的溫度，其溫度的變化也滯后于堆芯功率的化反射層的溫度系數(shù)為正溫度系 HTR反射層分為側(cè)反射層、頂反射層和底反射層，均為石墨以10MW球床式高溫氣于石墨的快中子慢化長度（τ=352cm2）及熱中子擴散長度（L=59cm）較大，因而堆芯中有相當(dāng)一部分中 漏出堆芯，逸出石墨反射。在平衡態(tài)下，堆芯泄漏出來的中子份額 率的29.7%當(dāng)反射層溫度升高時，反射層中的中子能譜硬化，這墨對中子的吸收截面降低，而反射入堆芯的中子份，中子泄漏減小，因而keff增加因此，反10MW球床式高溫氣冷堆,平衡態(tài)下反射層的溫度系數(shù)為3.82e-5Δk/k/℃，冷態(tài)下的反射層溫度系數(shù)為6.96e- ，平衡態(tài)額定工況下，反射層總的溫度系數(shù)為六、進水反M高溫氣冷堆一回路采用氦氣作為冷卻劑，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)是水和水蒸汽，其壓力高于一次側(cè)氦氣的壓力。如果蒸汽發(fā)生器的裂，水蒸汽會進入反應(yīng)堆堆芯元件間的空隙部分。。高溫氣冷堆內(nèi)裂變中子在堆芯內(nèi)慢化是不充分的 元件中所含的重金屬量。HTR-PM的每 元件中重 裂變中子在元件隨機裝料的情況下，堆芯元件的填充率為0.61，堆芯中有約39％的空間為氦氣所填充。當(dāng)反應(yīng)堆堆芯事故進水時，這些空隙將為含水蒸氣的氦氣芯有效增值因子ke發(fā)生變化。這種變化主要由三個因素所造成的：水的慢化能力比石墨強（約為石墨的25倍）對于慢化不充分的堆芯，當(dāng)水進入堆芯后，由于其慢力的增強，堆芯的keff值將會加大水對熱中子的吸收比石墨強（水的熱中子的吸收截面約為倍）當(dāng)水進入堆芯時，由于吸收的增加會使堆芯keff值減小中子在水中的慢化長度和擴散長度比石墨小當(dāng)水進入堆芯后，由于中子的慢化長度和擴散長度的減，而使堆芯中子的泄漏減少。這個因素會造成堆芯keff增加堆芯進水所引起中子慢化能力的增強與水對熱中子吸收變化所引起的當(dāng)進水量較小水對中子慢化能力增強與對熱中子吸收增加相比，慢化能力增強起主要作用，因此反應(yīng)堆的kef值變大，反。隨著堆中子的慢化由不充分變?yōu)槌浞?，如果進水量繼續(xù)增加，中子吸收增加將起主要作用，此時反應(yīng)堆的k值將變小，。HTR-PM堆芯進水量與反應(yīng)在空隙中水蒸汽分壓約為180bar時，反應(yīng)性達到最大值七、功率系數(shù)與功功率系數(shù)綜合 溫度（多普勒）系數(shù)、慢化劑溫度數(shù)和反射層溫度系功率系數(shù)表示為功率每變化百分之一時反應(yīng)性即

功率。它在整個堆芯壽期內(nèi)總是負功率虧從核電廠運行的角度上，更有意義的是功率系數(shù)的積分值，即功率虧損。是指當(dāng)反應(yīng)堆功率升高時，向堆芯引入功率虧當(dāng)反應(yīng)堆從某率水平升高至另率水平時，必須向。相反，當(dāng)反應(yīng)堆在高功率運行后降功率運行時，就會向反所以，反應(yīng)堆從某率水平升高到另率水平，一定正的反應(yīng)性（。引入正反應(yīng)性的方法，可以提升控制棒，增加 球也可以Doppler功率虧功率系數(shù)（Do