[理学]反应堆物理分析 CHAPTER 5-1.ppt

燃耗与中毒 铀-钚重同位素链 简化的铀-钚循环中同位素燃耗链 我们略去了239U、240U和240Np。 239U吸收截面很小，半衰期很短。 从239Np变为240Np也很少。 燃耗方程 铀-235的燃耗 钚-239的积累 裂变产物链 我们考虑了14个独立的线性链，包括22个裂变产物和2种假想裂变产物。 裂变产物中毒 氙中毒 氙-135是热堆最重要的裂变产物，对反应堆运行有重要影响。 极大的热中子吸收截面 Xe-135 热能区平均吸收截面达3?106b。 大的产额 Xe-135 的总体产额达到6%以上 反应堆停堆后会积累起来 工况变化时，浓度变化迅速 可导致堆内中子通量密度和功率的空间震荡 氙-135的热中子吸收截面 U235裂变的质量产额曲线 质量数为135的核素的简化衰变链 碘-氙动力学方程 反应堆净堆启动后的瞬变 平衡氙中毒 有平衡氙浓度引起的反应性变化的值，称为平衡氙中毒。 反应堆启动后氙中毒的瞬态变化 反应堆停闭后的情况 对于压水堆，在额定功率运行时，其中子通量密度为第二种情况，所以有最大氙中毒现象 一个典型的热堆中氙的产生和消失的相对比例 5% 95% 10% 90% 碘坑 停堆后，氙-135的浓度先是增加到最大值，然后逐渐地减小；剩余反应性随时间的变化刚好相反，先减小到最小值，然后逐渐地增大，这一现象称为“碘坑”。 从停堆到剩余反应性回升到停堆时刻的剩余反应性时间称为“碘坑时间”，用tI 表示。 碘坑时间内，剩余反应性大于零的时间称为“允许停堆时间”，用tp 表示。 小于零的时间称为“强迫停堆时间”，用tf 表示。 碘坑 高通量情况下，停堆后达到最大氙浓度的时间tmax 大约为11.3h。 碘坑的深度与停堆前热中子通量密度的关系。 中子通量密度越大，碘坑深度越深。 从不同的初始功率水平情况下停堆 停堆后的重启动 反应堆功率变化过程的氙瞬态Xenon transients following reactor power changes (1) 反应堆功率变化过程的氙瞬态Xenon transients following reactor power changes (2) 反应堆功率变化过程的氙瞬态 反应堆功率变化过程的氙瞬态 氙振荡 在前面的讨论中，没有考虑到中子通量密度在空间上的不均匀性。实际堆内的中子通量密度是不均匀的，所以135Xe的浓度也不均匀。 氙振荡是这样的物理现象—大型反应堆内局部中子通量密度的变化会引起局部区域135Xe浓度和局部区域反应性的变化；反过来，局部区域反应性的变化也会引起局部135Xe浓度的变化。这样的相互作用可能使堆芯中135Xe和中子通量密度分布产生空间振荡。 产生条件： 1、高热中子通量密度，大于1013中子/(cm2s) 2、反应堆尺寸很大，要求大于30倍徙动长度 氙振荡 1、高热中子通量密度，一般大于1013； 2、反应堆尺寸大于30倍徙动长度。 氙震荡 氙震荡周期一般为15-30h，周期较长，可以人为地控制。 对于天然铀或低富集铀气冷堆和大多数大型压水堆，尺寸都超过30倍徙动长度，必须考虑氙振荡。 沸水堆中，由于局部功率升高，该区域的水立刻产生更多的沸腾，负的空泡反应性效应使得该区的增殖系数很快地减小，功率很快恢复到初始值。所以在沸水堆中，产生氙振荡的可能性很小。 氙振荡产生时，对整个堆的氙总量影响不大，所以从总的反应性测量中来发现氙振荡很困难，只有从测量局部功率变化中发现。 氙振荡的危险在于反应堆热管位置转移和功率密度峰因子改变，局部区域的温度升高，若不加控制，可能导致燃料元件熔化。 几种情况下的氙中毒 一、反应堆启动时的135Xe中毒 二、停堆后135Xe中毒 三、功率变化时135Xe中毒 四、氙振荡 反应堆启动时的135Xe中毒 对于净堆， 135Xe初始浓度为零。随运行时间逐渐积累，在运行40h左右就接近平衡浓度了。 停堆后135Xe中毒 停堆后，氙-135的浓度先是增加到最大值，然后逐渐地减小；剩余反应性随时间的变化刚好相反，先减小到最小值，然后逐渐地增大，这一现象称为“碘坑”。 功率变化时135Xe中毒 功率变化时135Xe中毒 氙振荡 由于局部中子通量密度的变化引起局部区域135Xe浓度和局部区域反应性的变化；反过来，局部区域反应性的变化也会引起局部135Xe浓度的变化。 钐-149中毒 在所有的裂变产物中，钐-149对反应性的影响仅次于氙-135。 钐-149的产额为1.13%。 钐-149的热中子平均吸收截面为40,000靶，相对较大。 A=149的裂变产物的衰变链 钷-钐动力学方程 通量为5*1013时，t要远大于0.5*1