核反应堆物理分析 CHAPTER 7-2.ppt

反应性控制 反应性控制的任务 主要任务：采取有效的控制方式确保反应堆的安全运行。 控制： 反应性控制系统必须能够提供足够的反应性以补偿各种反应性效应，维持反应堆临界 提供适当的反应性用于功率调节 保护： 在短时间内向反应堆内引入大的负反应性，紧急停闭反应堆 维持足够的停堆深度 反应性控制的方式 控制方式： 改变堆内中子吸收 化学补偿控制、控制棒控制、可燃毒物 改变中子慢化性能 在重水-轻水反应堆中，改变重水与轻水的比例 改变燃料的含量 在用燃料来做控制棒或者控制棒跟随体的情况下，可以改变堆内燃料含量 改变中子泄漏 小型快中子反应堆中，可以用移动反射层的方法改变中子的泄漏 控制中常用的物理量 过剩反应性ρex （剩余反应性） 堆芯中没有任何控制毒物时的反应性。 控制毒物反应性Δρi （价值） 某一控制毒物投入堆芯时所引起的反应性变化。 停堆深度ρs 当全部控制毒物都投入堆芯时，堆所达到的负反应性。 总的被控反应性 剩余反应性与停堆深度之和。 即 Δρ=ρex+ρs 各种反应性效应 控制棒控制 控制棒约控制7%~10%?k/K的堆芯剩余反应性 主要用于控制快变化的反应性，并提供保护 燃料多普勒效应 慢化剂温度效应 瞬态氙效应 硼冲稀效应 热态停堆深度 控制棒 束棒的优点 吸收材料均分布在堆芯，从而使堆内热功率分布更均匀； 提高了单位重量和单位体积的吸收材料吸收中子的效率，大大减轻控制棒的重量。 当控制棒提升时，留下的水隙对功率分布畸变的影响较小。 控制棒材料 核特性的要求： 中子吸收截面大 使用寿命长 耐辐照、热膨胀小等物理、机械性能 目前压水堆最常用的控制棒材料是Ag(80%)-In(15%)-Cd(5%)合金 Ag-In-Cd合金的热中子和超热中子吸收截面 控制棒价值 总价值 控制棒全部插入堆芯后引起的反应性变化量 棒微分价值－DRW(z) 在该高度处移动单位高度引起的反应性变化，单位：pcm/step，pcm/cm 秦山厂的控制棒全行程为280步，每步1cm 棒积分价值－IRW(z) 棒从某个参考高度移动到该高度时，引入的总的反应性 参考高度一般选择棒全插或全提位置 棒微分积分价值曲线 控制棒分组 棒组的重叠 棒间的干涉效应 调节带和插入极限 调节棒组执行电站负荷调节任务，当堆芯处于某一功率水平运行时，调节棒组有一个正常的活动范围，这个活动范围称为调节带。 在反应堆的寿期初、中、末各个阶段，各调节棒组在零功率至满功率范围内，均有相应的调节带 化学补偿控制 化学补偿剂 硼酸（H3BO3 ）中的硼被用作化学补偿剂。 硼酸的化学性质使它能在压水堆严苛的环境中使用。硼酸是一种弱酸，在水中不易分解，对反应堆冷却系统的pH值影响极小，因此不影响主系统的腐蚀速率。 硼酸在化学上不是很活泼的。它不易燃烧、爆炸或变成毒剂，因此在电站使用是安全的。 在高于室温的条件下（25?C），以小于5W/0浓度与水混合的硼酸，保持溶液状态。硼酸的溶解度随慢化剂温度的增加而增加。 化学补偿剂 硼在重量上占硼酸的17.7%。天然硼是由80.2%的B-11和19.8%的B-10组成。B-11的吸收截面很小，而B-10吸收截而为3878靶，这使天然硼的有效吸收截面约为760靶（0.198?3878靶=760靶）。 B-10是1/V吸收体，而对热能以上的中子没有大的吸收几率。在吸收热中子后受激的硼原子在典型情况下衰变到Li-7和放出1个?粒子。 硼浓度 用ppm(parts per million)表示的硼浓度CB定义为： 硼的质量/溶液的质量?106 化学补偿控制 1、补偿堆从冷态到热态(零功率)的慢化剂温度亏损； 2、补偿裂变同位素燃耗和长寿命裂变产物积累。 3、补偿平衡氙和钐所引起的反应性变化。 正常运行时，控制棒位置接近堆芯顶部。功率过渡、燃耗和裂变产物中毒造成的反应性变化是通过改变化学补偿剂浓度来补偿的。 化学补偿还用来保证停堆和换料期间的合适停堆裕度。 在反应性控制中，化学补偿剂所占的比例最大。 化控的优点 化学补偿剂溶解在一回路冷却剂内，所以整个堆芯的反应性效应，比较均匀，相比只用控制棒控制，反应堆可以在较为平坦的轴向通量分布和功率分布下运行。 这提高了堆芯的平均功率密度，从而在堆芯任何区域都不接近设计的热限值的情况下提高堆芯的功率输出。 均匀的功率分布还产生均匀的燃耗及得到最佳的燃料利用。 缺点 只能控制慢变化的反应性 影响MTC（反应堆工作温度下CB1400ppm） 硼微分价值 硼的微分价值是硼浓度的单位变化与添加的反应性的比。 硼微分价值随硼浓度、堆芯寿命和慢化剂温度的增加而减小 硼微分价值的幅值之所以随慢化剂温度的增加而减小是由于水密度随