反应性的控制方式

哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
2018/11/29
56.反应性控制的任务及实现方法
4
②反应性控制的几种方式 实际中，常用的控制方式有以下三种：
控制棒控制 可燃毒物控制 化学补偿控制

以上三种控制方式中，控制棒控制几乎是所有的 反应堆都必采用的方式之一。
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
Hf吸收中子后连续产生的几代子核都具有较高的中
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
2018/11/29
57.控制棒控制
7
⑴控制棒控制的特点及应用 ①控制棒控制的优、缺点 控制棒控制方式具有以下优点：
控制速度快； 可靠性高； 控制方式灵活。

其具有相应的缺点：
对堆芯功率分布和中子通量分布扰动大； 需要额外的控制驱动机构。
2018/11/29
57.控制棒控制
14
Ⅱ.黑棒与灰棒

根据控制棒材料对中子吸收的特性，控制棒可分 为黑棒和灰棒：
黑棒：基本能够吸收所有的入射中子；
黑棒中子吸收能力很强，其会对功率分布和通量分布
造成较大的扰动，使得功率分布较为畸形。
灰棒：只能吸收部分入射中子。
对于相同的反应性，需要的灰棒数量比黑棒要多，但
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
2018/11/29
57.控制棒控制
9
⑵控制棒的结构
①控制棒组合传动

在典型（常见大型）的压水堆中一般采用控制棒组合 传动的方式。 在一些小型（体积比较紧凑）的反应堆中，采用十字 形控制棒组件：控制棒排列成一个十字形，装在鞘内， 布置在四个方形燃料组件中间。
②十字形控制棒组件

哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
2018/11/29
10
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟 2018/11/29
57.
控 制 棒 控 制
11
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟 2018/11/29
57.
控 制 棒 控 制
57.控制棒控制
12
⑶控制棒材料的选取
①材料选取的基本准则 Ⅰ.材料选取准则
其对周围的功率分布和通量分布造成的扰动较小，使 得功率分布较为平坦。
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟 2018/11/29
57.控制棒控制
15
②几种常用的控制棒材料
Ⅰ.Hf的特点

Hf具有如下特点：
对热中子吸收截面较弱（113b），但对超热区的中
子具有较强烈的共振吸收，即在较宽的能量范围内 的吸收截面都较大；
畸变比较小。
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
2018/11/29
56.反应性控制的任务及实现方法
3
⑶反应性控制的基本原理与主要方式 ①反应性控制的基本原理 对于热中子反应堆，其有效增殖系数为： Keff＝εηfp·PL

通过改变上式中的因子可以改变堆芯的反应性。 实际当中，主要是通过改变热中子利用系数f和中 子不泄漏几率PL来实现对反应性的控制。
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
2018/11/29
56.反应性控制的任务及实现方法
2

对于不同的任务，其对反应性调节的要求也不同。 比如：
对于剩余反应性的控制，要求反应性改变缓慢、持
续时间长；
对于事故时的紧急停堆，要求引入的负反应性足够
大，速度足够快，并且要可靠；
在一般调节功率时，希望造成的反应堆功率分布的
56.反应性控制的任务及实现方法
0
⑴反应性控制的必要性

Baidu Nhomakorabea
在反应堆从启动到最后反应堆换料期间，反应堆的反应性 是不断变化的：

反应堆启动后，从冷态过渡到热态，然后再提升至满功率运 行，由于温度效应会向堆芯引入负的反应性； 反应堆运行期间，裂变毒物的产生和积累，向堆芯不断地引 入负反应性； 反应堆运行过程中，反应堆的反应性不断减小； 反应堆的工况发生变化时，将会向堆芯内引入正的或负的反 应性。 在意外情况下，需要紧急停堆。
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟 2018/11/29
57.控制棒控制
8
②控制任务 基于控制棒的特点，其主要用于以下任务：
补偿功率变化过程中的Doppler效应； 补偿慢化剂温度效应和空泡效应； 功率变化时的瞬态135Xe效应（135Xe振荡）； 硼稀释效应； 当反应堆出现紧急情况时能够迅速、安全停堆。
57.控制棒控制
13

用作控制棒的材料，其应当满足以下条件：
对较宽能量范围的中子有较强的吸收能力； 不易消耗，这就要求其吸收中子后的几代产物都应
具有较高的中子吸收截面； 与堆芯材料相容性好； 抗腐蚀、抗辐照性能好； 具有一定的机械强度，并且易加工。
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟


对于控制棒材料的选择，显然应当选取吸收截面较大 的材料。 对于吸收截面较大的材料，其有以下问题： 消耗很快，随着时间的增加，控制棒材料将会很快 的消耗； 控制棒在反应堆内的插入长度是变化的，这将导致 控制棒下端的材料比上部的材料燃耗大。
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟 2018/11/29
s
Ks 1 Ks

哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟
2018/11/29
56.反应性控制的任务及实现方法
6

在设计反应堆时，堆芯应当具有足够的停堆深度。
【定义】总的被控反应性 总的被控反应性等于剩余反应性和停堆深度的绝 对值之和，即： Δρ＝ρex＋|ρs|

显然，总的被控反应性即是控制毒物所应具有的 毒性的大小。
2018/11/29
56.反应性控制的任务及实现方法
5
⑷反应性控制中的几个概念

【定义】控制毒物反应性 某一种控制毒物投入堆芯所引起的反应性变化， 称为该控制毒物的反应性，用符号Δρi表示。 【定义】停堆深度 当全部控制毒物都投入堆芯时，反应堆所达到的 负反应性称为反应堆的停堆深度，用ρs表示。其 表达式为：
哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟 2018/11/29



56.反应性控制的任务及实现方法
1
⑵反应性控制的任务

根据反应堆运行过程中堆芯反应性的变化，反应 堆控制的任务是：
补偿控制：控制反应堆的剩余反应性的释放，以满
足反应堆长期运行的要求；
功率调节：满足二回路负荷变化的要求；
紧急控制：出现事故时能够迅速停闭反应堆。