核安全填空背书-030105-堆内的释热及传热.pdf

第五节 堆内的释热与传热 一、堆热源及其分布 核燃料裂变时会释放出巨大的能量。虽然不同核燃料元素的裂变能有所不同，但一般 认为每一个铀-235、铀-233或钚-239的原子核，裂变时大约要释放出（200 ）MeV的能量。 这里主要介绍裂变能的强度及其在堆内空间分布的情况。 1、裂变能分配 堆内裂变时释放出的通量可以粗分为三类，见表 1-4。第一类是在裂变的瞬间释放出来 的，包括（裂变碎片动能 ）、（裂变中子动能 ）和（瞬发γ射线 ）。从表中数据可以看到，绝 大部分的能量集中在（裂变碎片动能 ）一项；第二类是指裂变后发生的各种过程释放出的能 量，主要是（裂变产物的衰变 ）产生的；第三类是活性区内的（燃料 ）、（结构材料 ）和（冷 却剂 ）吸收中子（n，γ ）反应而放出的能量。其中第二类能量在停堆后很长一段时间内仍 继续释放，因此必须考虑停堆后对（燃料元件 ）进行了长期的冷却，对（乏燃料 ）发热也要 引起足够的重视。 表1-4 裂变能分布 类型 来源 能量MeV 射程 释热地点 极短， 裂变碎片动能 168 在（燃料元件 ）内 0.025mm 裂变瞬发 裂变中子动能 5 中 大部分在（慢化剂 ）内 瞬发γ射线能量 7 长 堆内各处 大部分（燃料元件 ）内， 裂变产物衰变β射线 7 短，10mm 裂变缓发 小部分（慢化剂 ）内 裂变产物衰变γ射线 6 长 堆内各处 过剩中子引起 过剩中子引起的非裂变反应加上（n， 约7 有短有长 堆内各处 （n，γ）反应 γ）反应产物的β衰变和γ衰变 总计 约200 裂变碎片的射程最短，小于（0.025）mm，因此可以认为裂变碎片动能基本上都是在（燃 料芯块 ）内以（热能 ）的形式释放出来的。裂变产物的β射线的射程也很短，在铀芯块内也 就几毫米，它的能量大部分也是在（燃料芯块 ）内释放出来的。因此，裂变能的绝大部分（工 程上通常取（97.4 ）%）在（燃料元件 ）内转换为热能，少量在（慢化剂 ）内释放。 2、堆内释热率分布 核反应堆中子物理学揭示了均匀堆热中子注量率的理论分布规律。目前绝大部分的动 力堆都采用（圆柱形）堆芯。正如本章第一节中所揭示的，圆柱形均匀堆的（热中子注量率 ） 分布在高度方向上为（余弦 ）分布，半径方向上为（零阶贝塞尔函数 ）分布，即： - 43 - ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ 2.405r πz ϕ(r, z) ϕ J cos