核安全填空背书-030104-反应性和反应性的控制.pdf

第四节 反应性与反应性的控制 一、反应性概念 反应堆内的核过程是中子（产生 ）与中子（消失 ）的过程。这些过程集中反映在（有 效增殖系数 ）K有效这个因子上。K 有效 ＞1，中子产生占优势，堆内中子数将随时间而（增加 ）， 反应堆处于（超临界 ）状态。K有效 ＜1，中子消失占优势，堆内中子数将随时间而（减少 ）， 反应堆处于（次临界 ）状态。。K 有效=1，堆内中子产生与消失相平衡，堆内中子数将稳定在 一定水平上，反应堆处于（临界 ）状态。 总是会由于各种因素而使之偏离 1。即： K 过剩=K 有效-1 K 过剩称之为（过剩增殖 ）系数，它代表堆内有效增殖系数超过临界的余额，作为反应堆 超临界度（或次临界度）的一种量度。但在应用中往往用过剩增殖系数的相对值ρ来表示， 简称之为反应性： ρ=K过剩/K 有效=（K 有效-1）/K 有效 反应堆在运行过程中，反应性将不断发生变化。变化的原因主要有以下几种： （1）（燃料 ）和（重同位素 ）成分的变化。如可裂变核燃料铀-235 吸收中子而消耗； 如铀 238吸收中子产生钚-239，钚-239吸收中子产生钚-240等。 （2）裂变产物的（产生 ）与（积累 ），造成“（中毒）”和“（结渣 ）”效应。 （3）温度效应：由于堆内温度的变化，影响各种材料的（密度）和（截面 ），从而使 K 有效发生变化。 （4）其它效应：如空洞效应、气泡效应等。 由于以上原因，要保证堆在额定功率下运行一定工作期，必须储备必要的（后备反应 性 ）以补偿上述各项所引起的反应性变化。为了满足辐照实验的需要以及为了调节功率和保 证堆的安全停闭，还需要附加额外的（反应性当量 ）。 二、影响反应性变化的各种因素 1.燃料和重同位素成分的变化 在反应堆运行期间，（铀-235 ）因燃耗而不断减少，铀-238也会因吸收中子而生成同位 素（钚-239 ）、（钚-240 ）等，造成堆内各重同位素成分的变化。（钚-239 ）是很好的易裂变 材料，在堆内也要发生裂变反应，这样就延长了堆的换料时间（或称之为堆的（换料周期 ））。 2、氙毒、碘坑与结渣 伴随着核燃料的裂变，各种裂变产物及次级产物将随之产生并积累起来。这些产物吸 收中子，直接影响（K 有效 ）。在几百种裂变产物中，对反应堆链式反应危害最大的是（氙-135 ） 135 （ Xe）。它的半衰期短，随运行工况的变化而变化较大；氙-135热中子吸收截面σ =（2.7 a 6 ×10 ）靶，吸收中子最多。因此直接影响堆的运行状态。为了与其他裂变产物相区别，称 之为“（氙毒 ）”。反应堆中氙-135的产生有两种途径： 第一是由（铀-235 ）裂变直接产生，产额 r =（0.003），即相当在一千次裂变中产生（3） Xe 个氙-135核。 - 38 - 135 第二是由裂变产物（碲 ）（ Te）经过（两次β衰变 ）得到。铀-235吸收热中子裂变直 接生成 135Te，其产额 r =（0.061），其经β衰变而很快衰变也（碘-135 ）（半衰期 30s），碘 Xe -135又经β衰变（半衰期 6.7h）而产生 135Xe。 235 1 裂变 135 β− 135 β− 135 U + n ⎯⎯⎯→ Te ⎯⎯→ I ⎯⎯⎯→ Xe 92 0 30s 6.7h 由于 135Te 的半衰期较短，而碘-135 半衰期较长，可以看成裂变直接生成碘 135。因而 碘-135的产额即等于 135