堆物理第六章[精选].ppt

核反应堆物理 主讲：王虎 第六章 温度效应和反应性控制 堆芯温度及分布的变化将一起下列因素变化： ⑴ 燃料温度变化 ⑵ 慢化剂密度变化 ⑶ 中子截面变化 ⑷ 可溶硼溶解度的变化 这些因素的变化都将导致堆芯有效增殖系数的变化，从而引起反应性的变化。这种物理现象称为反应堆的“温度效应”。 在反应堆各阶段控制反应性。 第六章 温度效应和反应性控制 6.1 反应性系数 6.2 反应性控制的任务和方式 6.3 控制棒控制 6.4 可燃毒物棒控制 6.5 化学补偿控制 6.1 反应性系数 反应性系数：反应堆的反应性相对于反应堆的某一个参数的变化率称为该参数的反应性系数。 参数变化引起的反应性变化将造成反应堆中子密度或功率变化，该变化又会引起参数的进一步变化，这就造成了一种反馈效应。 反应性系数的大小决定了反馈的强弱。 为了保证反应堆的安全运行，要求反应性系数为负值，以便形成负反馈效应。 1 反应性温度系数 反应性温度系数：单位温度变化所引起的反应性变化称为反应性温度系数，简称温度系数。 这里讨论时，假定了温度与反应堆内的位置无关。这样便认为当温度变化时，整个系统的温度均匀发生变化。在这种情况下定义或导出的温度系数称为等温温度系数。 分析： ⑴ a.由于某种小的扰动使堆芯温度升高时，有效增殖系数增大，反应堆的功率也随之增加。而功率的增加又将导致堆芯温度的升高和有效增殖系数进一步增大。这样，反应堆的功率将继续不断地增加，若不采取措施，就要造成堆芯的损坏。 当反应堆温度下降时，有效增殖系数将减小，反应堆的功率随之降低，这又将导致温度下降和有效增殖系数更进一步的减小。这样，反应堆的功率将继续下降，直至反应堆自行关闭。 这种反应性温度效应的正反馈将使反应堆具有内在的不稳定性。因此在反应堆设计时不希望出现正的温度系数。 分析： ⑵ 温度升高时将导致有效增殖系数的减小，反应堆的功率也之减小，反应堆的温度也就逐渐回到它的初始值。 当反应堆的温度下降时，将导致有效增殖系数的增大，反应堆的功率也随之增加，反应堆的温度也逐渐地回到它的初始值。 这种由于温度变化引起反应性变化的负反馈效应，将使反应堆具有内在的稳定性。 反应堆内的温度是随空间变化的。堆芯中各种成分（燃料、慢化剂、结构材料等）的温度及温度系数都是不同的。 反应堆总的温度系数等于各成分系数的总和： 式中 和 分别为各种成分的温度和温度系数. 其中起主要作用的是燃料温度系数和慢化剂温度系数。 下面讨论不同温度系数的情况下，当反应堆内引入一个阶跃正反应性后，反应堆的功率随时间变化情况。 讨论： ⑴ 在温度系数大于零的情况下，反应堆的功率将很快地升高。 ⑵ 当温度系数小于零且它的绝对值很小时，同时热量到处又足够快的情况下，反应堆的功率在开始也较快地上升，但功率上升使反应堆的温度逐渐地升高，负的温度效应使反应堆的反应性逐渐地减小。当反应堆的功率上升到某一水平、温度效应所引起的负反应性刚好等于引入的正反应性时，反应堆就在这一功率水平下稳定运行。 讨论： ⑶ 在温度系数小于零且它的绝对值又很大，同时热量的导出又不够快时，反应堆的功率开始时也较快地上升。由于导热不快，所以反应堆的温度增加很快，反应堆的正反应性很快地就下降到零以下，这时，反应堆就处于次临界状态，反应堆的功率开始逐渐下降，温度也随之下降，下降的温度所引起的正反应性使反应堆的反应性开始上升。当功率下降到某一值时，反应堆的反应性刚好为零，这时反应堆就在这一功率下稳定运行。 由此可见，负温度系数堆反应堆的调节和运行安全都具有重要的意义。压水堆随物理设计的基本准则之一便是要保证温度系数必须为负值。 2 其它反应性系数 空泡系数 空泡份额：在冷却剂中所包含的蒸汽泡的体积百分数称为空泡份额，以x表示。 空泡系数：是指在反应堆中，冷却剂的空泡份额变化百分之一所引起的反应性变化。 当出现空泡或空泡份额增大情况时，有如下3种效应： ⑴ 冷却剂的的有害中子吸收减小，这时正效应。 ⑵ 中子泄露增加，这时负效应。 ⑶ 慢化能力变小，能谱变硬，这可以使正效应，也可以使负效应，这与反应堆的类型和核特性有关。 总的效应是上述各因素的迭加，各个效应及相应的净效应与空泡出现的位置有关。一般说来，压水堆是负效应。 功率系数与功率亏损 功率反应性系数：单位功率变化所引起的反应性变化称为功率反应性系数，简称功率系数。 功率系数不仅与反应堆的核特性有关，还与它的热工-水利特性有关。它是所有反应性是系数的综合。 功率亏损： 式中： 为满负荷功率 从核电站运行的角