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?zhǔn)胶朔磻?yīng)系統(tǒng)偏離臨界程度的一個(gè)參 1 當(dāng)反應(yīng)堆處在臨界狀態(tài)時(shí)，keff=1，反應(yīng)性ρ等于當(dāng)反應(yīng)堆超臨界時(shí)，keff>1，反應(yīng)性ρ大于零，為正值當(dāng)反應(yīng)堆次臨界時(shí)，keff<1，反應(yīng)性ρ小于零，為負(fù)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(dòng)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(jià)值因子，通常?。?反應(yīng)性

1)/

是應(yīng)用在keff接近于1（臨界比較?。┑那闆r；但對(duì)于假設(shè)有幾個(gè)βf或kf偏離1較大lnkeff,2keff結(jié)果很接近。盡管對(duì)兩種方法中任何一種所得的結(jié)果都是認(rèn)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(duì)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(gè)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(yùn)行工況下，由于某種原因核電廠的運(yùn)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(shí)，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(yùn)行，必須進(jìn)行某種補(bǔ)償。這種補(bǔ)償，通?？梢酝ㄟ^控制棒的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，也可以通過改變堆芯內(nèi)硼的濃度來實(shí)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(dòng)過程中，堆芯溫度從冷態(tài)溫度向熱態(tài)溫度運(yùn)行工況改變時(shí)，堆芯溫度相應(yīng)發(fā)生堆芯內(nèi)溫度變化時(shí)，中子能譜、微觀截面等都將相應(yīng)地發(fā)生變化。因?yàn)?，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(duì)核反應(yīng)堆穩(wěn)定溫度系數(shù)：?jiǎn)挝粶囟茸兓鸬姆磻?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(shí)，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(duì)功率的變化響應(yīng)很快，它對(duì)抑制功率增和反應(yīng)堆的安全運(yùn)行起著十分重要的有效整個(gè)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(jì)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(duì)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(fù)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(shí)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(shí) 的中子被 Doppler效Doppler效應(yīng)本是聲學(xué)物理中的一個(gè)規(guī)律——由輻射源相對(duì)于觀察的運(yùn)動(dòng)，而引起觀察到輻射波長(zhǎng)的改反應(yīng)堆物理中，即為238U原子熱運(yùn)動(dòng)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(shí)上核是的縛在個(gè)晶里原子振動(dòng)，這動(dòng)表示靶核有一定的速度，在是振動(dòng)核來測(cè)子的對(duì)動(dòng)。先考慮U最低的 峰（相對(duì)能量67e處），若靶核不振動(dòng)，則具有6.7eV動(dòng)能中子以大的率吸。隨著溫度的升高，238U原子振動(dòng)加劇，具有6.7eV動(dòng)能進(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)入芯塊時(shí)有很大的概率在芯塊的表面就被吸收，而不會(huì)達(dá)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?yàn)檫@種效應(yīng) 芯塊本身對(duì)某種能量中子產(chǎn)生 作用，所以稱自屏效 溫度增加時(shí)，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(jìn)一步穿 。雖然中子進(jìn)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(shí)，所有 中子幾乎都會(huì)被吸收 峰左右 中子會(huì)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(rèn)為x＝5λ時(shí)，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(shí)，溫度系數(shù)的絕對(duì)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(shí)壽期末要比壽初負(fù)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(fù)Doppler系數(shù) 有效溫 堆芯隨著運(yùn)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(gè)很強(qiáng)的吸收峰。由于240Pu的積累使得Doppler系數(shù)在較低溫度時(shí)變?cè)跍囟雀邥r(shí)壽期末要比壽期初負(fù)得少這是因?yàn)?40Pu中子吸收截面在高溫時(shí)大為減少，240Pu的自屏效應(yīng)不明顯了。Doppler展寬，不引起吸 此時(shí)，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(fù)，取決于中子的吸收與慢化一般要求整個(gè)運(yùn)行期間慢化劑溫度系數(shù)為負(fù)慢化劑溫度增加時(shí)，慢化劑密度減小，慢化劑相對(duì)著。高溫氣冷對(duì)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(duì)值變小的控制棒的當(dāng)堆內(nèi)有棒插入時(shí)，慢化劑溫度系數(shù)更負(fù)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(fù)的慢化劑溫中子譜：反應(yīng)堆內(nèi)無毒物時(shí)，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(shí)也235U和239Pu的α（裂變與吸收比）比值下降，對(duì)反應(yīng)性起負(fù)的效低，使堆芯中子τ和擴(kuò)散長(zhǎng)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(fù)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(duì) 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(zhǎng)度（τ=352cm2）及熱中子擴(kuò)散長(zhǎng)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(shí)，反射層中的中子能譜硬化，這墨對(duì)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(jìn)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(huì)進(jìn)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(jī)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(jìn)水時(shí)，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(gè)因素所造成的：水的慢化能力比石墨強(qiáng)（約為石墨的25倍）對(duì)于慢化不充分的堆芯，當(dāng)水進(jìn)入堆芯后，由于其慢力的增強(qiáng)，堆芯的keff值將會(huì)加大水對(duì)熱中子的吸收比石墨強(qiáng)（水的熱中子的吸收截面約為倍）當(dāng)水進(jìn)入堆芯時(shí)，由于吸收的增加會(huì)使堆芯keff值減小中子在水中的慢化長(zhǎng)度和擴(kuò)散長(zhǎng)度比石墨小當(dāng)水進(jìn)入堆芯后，由于中子的慢化長(zhǎng)度和擴(kuò)散長(zhǎng)度的減，而使堆芯中子的泄漏減少。這個(gè)因素會(huì)造成堆芯keff增加堆芯進(jìn)水所引起中子慢化能力的增強(qiáng)與水對(duì)熱中子吸收變化所引起的當(dāng)進(jìn)水量較小水對(duì)中子慢化能力增強(qiáng)與對(duì)熱中子吸收增加相比，慢化能力增強(qiáng)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(jìn)水量繼續(xù)增加，中子吸收增加將起主要作用，此時(shí)反應(yīng)堆的k值將變小，。HTR-PM堆芯進(jìn)水量與反應(yīng)在空隙中水蒸汽分壓約為180bar時(shí)，反應(yīng)性達(dá)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(shí)反應(yīng)性即

功率。它在整個(gè)堆芯壽期內(nèi)總是負(fù)功率虧從核電廠運(yùn)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(shí)，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(shí)，必須向。相反，當(dāng)反應(yīng)堆在高功率運(yùn)行后降功率運(yùn)行時(shí)，就會(huì)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