核反应堆物理基础(第7-8章)

温度变化对反应堆的影响

反应性系数

反应性系数是反应堆的反应性相对于某一个参数的变化率。温度系数的表示式

按照反应性的定义ρ＝1－k －1，反应性温度系数可

6

温度系数对反应堆稳定性的影响

正的反应性温度效应会造成反应堆具有内在的不稳定性。在反应堆设计时不希望出现正的温度系数。

具有负温度系数的反应堆，温度变化引起的反应性变化是负反馈效应，因而具有内在的稳定性。 T上升，K eff 下降，功率P下降，T回到初始值。 T下降，K eff 上升，功率P上升，T也会回到初始值。

燃料温度系数

燃料温度变化一度时所引起的反燃料温度系数的影响因素

燃料温度系数的影响因素：燃料温度，燃料燃耗慢化剂温度系数

慢化剂温度变化—度时所引起的反应性变化称为慢化剂温慢化剂温度系数与水铀比的关系

慢化剂温度系数与单位体慢化剂的反应性温度系数

12

慢化剂温度系数与温度和燃耗的关系

慢化剂温度系数与慢化剂温度、硼浓随着慢化剂温度的增加，慢化剂温度系数向负的方向变加，慢化剂温度系数向正的方向变化。

空泡系数

几种堆型的反应性系数

功率系数

单位功率变化所引起的反应性称为功率反应性系数。典型压水堆的功率系数

功率系数一般为负值。

17

功率亏损

从运行上更有意义的是功

率系数的积分量，即功率功率亏损定义为从零功率变化到满功率时反应性的从一功率升到另一功率一定要向堆芯引入正反应性。

剩余反应性：堆芯没有任何控制毒物时的反应性称

反应性控制中常用物理量反应性的三种控制方式

反应性控制的任务

主要任务是使得反应堆保持受控运行状态：

反应性控制的类型

控制分成三类：

紧急控制，当需要时，快速引入大的负反应

控制反应性的方法

在压水堆中主要有两种

反应性控制手段的比较

主要反应堆类型的反应性值

大亚湾压水堆的反应性控制要求

反应性ρ％反应性控制因素控制棒的作用

用来控制反应性的快速变化：29

控制棒类型的选择

不同类型反应堆，控制棒吸收材料分布均匀，使提高单位吸收材料吸收中子的效率，减轻控制不会在控制棒提升时因留下过大水隙而造成功控制棒材料的选择

控制棒材料的选择要考虑：

控制棒当量的计算

分别进行临界计算，求出有控制棒和无控制棒时

压水堆束棒式控制棒的当量计算 在压水堆束棒式控制棒中，将每个控制棒细棒与周围的

中子价值的概念

同样一个中子处于反应堆的不同位置，它对反应堆

控制棒的微分价值 不仅要知道控制棒完全插入

控制棒的积分价值控制棒价值的影响因素

堆芯的慢化剂温度、硼浓度和燃耗会影响控制棒

控制棒插入对堆轴向功率分布的影响

38

控制棒间的干涉效应

在多根控制棒同时插入堆芯时，总价值并不等于各根控制棒单独插入堆芯时的价值之和。这是因为一根控制棒插入如图，分两种情况讨论：控制棒的运行要求－分组

压水堆控制棒束数量多，又有有不同功能。控制棒束分为若棒组重叠时的棒微分价值和积分价值

棒组重叠时的棒积分价值

棒组重叠时的棒微分价值

调节棒组的调节带

当堆芯在某功率水平运内，均有相应的调节带。

某燃耗下调节带随功率的变化

调节棒组的抽出与插入极限

调节棒组的抽出极限称为调节棒组的“高-高位”，调节棒

化学补偿控制

化学补偿控制是在一回路中加可溶化学毒物，起补化学补偿控制

化学补偿控制的优点：46

冷却剂中的硼酸浓度

在慢化剂温度较低时，1：0ppm 2：500ppm 3：1000ppm 4：1500ppm 5：2000ppm

冷却剂中的硼酸浓度

随燃耗加深，堆芯反应性减小，必须降低硼48

慢化剂温度系数随燃耗的变化

临界硼浓度随燃耗

49

硼微分价值

硼浓度增加，谱硬化更加显著。因此硼微分价值的绝对值随硼浓度的增加而减小。堆内裂变产物随燃耗的加深不断积累，也使堆内中子谱硬化。在同一硼浓度下，硼微分价值的绝对值在EOL 的比在BOL 时的要小。

可燃毒物

新堆芯的剩余反应性大，用控制棒控制要求数量大，不但不同形式的可燃毒物棒

西屋公司采用湿式环状可燃毒物部件（WABA）

可燃毒物吸收截面的影响

堆开始运行时，可燃毒物消耗引起的正反应性比燃料消耗引起的反应性下降要快，所以应性小于燃料消耗所引起反应性的下降。

可燃毒物对反应性影响的特性分析

可燃毒物的吸收截面越大，有效增殖因子偏离初始值也越

可燃毒物非均匀布置

可燃毒物做成棒状、管状或板状

本章研究的问题

不考虑缓发中子情况下的简单讨论

设在t时刻，作为一代中子引发裂变的中子数为

缓发中子的作用

作如下估算：

点堆中子动力学方程的基本思想核反应堆的时-空动力学方程

从单群中子扩散方程推导反应堆动力学方程。

考虑缓发中子的中子循环中子泄漏

点堆动力学方程

假定n (t )为t 时刻系统内的中子数，l 为中子寿

点堆模型的适用范围

假定中子通量密度和先驱核浓度可以时空变阶跃扰动下点堆模型的解

在ρ＝常数下，方程是一阶常系数微分方程69

用图解法求解倒时方程

倒时方程可用图解法求解，确定7个可能的T值。在反应性负值的直线时，与图的交点，是7个负值。

70

正反应性阶跃下倒时方程的解

在正反应性引入情况下，除式)是经过一段时间后，在含71

正反应性的阶跃变化

当反应性很小时，在反应堆寿反应堆周期与中子寿命无关，

当反应性增大时，反应堆的稳时，反应堆的稳定周期就接近于不考虑缓发中子时的数值，实例

考虑压水堆，有效增殖因子有δk＝0.001的阶跃变化，中子