核反應(yīng)堆的核物理反應(yīng)性隨時(shí)間的變化PPT精品文檔

1、第七章 反應(yīng)性隨時(shí)間的變化7.1 核燃料中重同位素成分隨時(shí)間的變化核燃料中重同位素成分隨時(shí)間的變化鈾-钚燃料循環(huán)中重同位素燃耗鏈235236237238UUNpPu238239239240241242244UNpPuPuPuPuPu241Am242243244AmAmCm242238CmPu-(n,r)2382392392392.73b23min56hUUNpPu -(n,r)24024024024114h7min286bUNpPuPu (n,r)22b(n,r)30b(n,r)274b 要分別計(jì)算裂變產(chǎn)物的濃度變化及其對(duì)反應(yīng)性的影響是相當(dāng)困難的。在工程中，計(jì)算時(shí)一般只需選其中吸收截面大或裂變

2、產(chǎn)額大的一些主要同位素。 其他的裂變產(chǎn)物按其截面大小及濃度隨時(shí)間的變化特性歸并成兩組“假想的集總裂變產(chǎn)物”： 慢飽和裂變產(chǎn)物（SSFP）：吸收截面相對(duì)較大，濃度隨運(yùn)行時(shí)間的增加而緩慢的趨于飽和的； 非飽和裂變產(chǎn)物（NSFP）：截面很小，達(dá)不到飽和。核燃料中重同位素的燃耗方程核燃料中重同位素的燃耗方程裂變產(chǎn)物鏈線性化處理每個(gè)核素的燃耗方程：CABED ABCEABDE轉(zhuǎn)化為11, ,1( , )( , )( , )( , )Giiiia g igiigdN r tNr tr tN r tFdt11, ,11( , )iGig iggr t,( , ),( , )Gii if g igigiiFr

3、 tN r t 方程求解方法：把堆芯劃分成若干個(gè)燃耗區(qū)，在每個(gè)燃耗區(qū)內(nèi)，中子通亮密度和核子密度可以認(rèn)為是常數(shù)；把運(yùn)行時(shí)間分成許多時(shí)間間隔，即燃耗步長，在每個(gè)時(shí)間步長中，可以近似認(rèn)為中子通亮密度不隨時(shí)間變化。 對(duì)于給定的燃耗區(qū)，給定的燃耗步長內(nèi)，燃耗方程為：11( )( )iiiiiidN tN tNFdt ,ia iiI, ,1Ga ia g iggI11,1iiiI燃耗方程的求解燃耗方程的求解 解析方法解析方法 對(duì)i=1方程可以直接寫出其解的形式：i=2時(shí)遞推下去，得解的通式：11111111( )FNC eDD12221222( )NC eC eD 1( )jiiijijNC eD 將（7

4、-10）代入（7-5）解得：又所以，燃耗方程組（7-5）的解析解由（7-1），（7-13），（7-14），（7-16）式?jīng)Q定。11,11,1()iijijijiiiiiCCjiDFD11(0)iiiiijijCNCD 數(shù)值解法數(shù)值解法 （7-5）用向量形式表示為：差分格式：用迭代法求解上式，迭代格式為： 燃耗方程按上面格式迭代求解下去，直至得到該燃耗步長末的核密度。(, )dNfN tdt11()2jjjjtNNff1(1)( )1()2jlljjjtNNff7.2 裂變產(chǎn)物裂變產(chǎn)物 和和 的中毒的中毒 裂變產(chǎn)物中毒：裂變產(chǎn)物中毒：由于裂變產(chǎn)物的存在，吸收中子而引起的反應(yīng)性變化。 在反應(yīng)堆的實(shí)

5、際設(shè)計(jì)中，一般采用數(shù)值方法直接對(duì)裂變產(chǎn)物中毒進(jìn)行計(jì)算。 反應(yīng)堆中考慮反應(yīng)堆中考慮 和和 中毒的原因：中毒的原因： 他們具有非常大的熱中子吸收截面和裂變界面，其濃度在反應(yīng)堆啟動(dòng)后迅速增長； 由于放射性的衰變使它們的濃度在工況變化時(shí)發(fā)生迅速變化。135Xe149SmPPaaFMaaakkk 135Xe149Sm 中毒中毒 的產(chǎn)生與衰變過程：忽略其中半衰期短的過程，簡化為：對(duì)上圖，和的濃度隨時(shí)間變化的方程式：135Xe135Xe-613513513513513519.2s6.58h92h2.3 10 aTeIXeCsBa XeI135135135IXeCs 135I135XeIIfII( )( )d

6、NtNtdtXeXeXefIIXeaXe( )( )()( )dNtNtNtdt反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)中毒反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)中毒新的堆芯，和的初始濃度為零。在初始條件 下，（7-24），（7-25）的解為：135Xe135I135XeIXe(0)(0)0NNIfIII( )1 exp()N ttXeIXefXeXeaXeXeaXeIfXeaIXeXeaI()( )1 exp () exp () exp()Ntttt 和和 的平衡濃度的平衡濃度：當(dāng)t足夠大后：平衡氙中毒平衡氙中毒：135I135XeIfII( )N IXefXeXeXea()( )N ( )fXeXeXeaaXea 停堆后停堆后 中毒中毒停堆后

7、 和 得濃度隨時(shí)間變化的微分方程：初始條件：微分方程組的解為：135Xe135I135XeIII( )( )dNtNtdt XeIIXeXe( )( )( )dNtNtNtdtIIXeXe(0)();(0)()NNNNIII( )( )exp()N tNtIIXeXeXeXeIIXe( )( )( )exp()exp()exp()NNtNttt將上式對(duì)t求導(dǎo)，令t=0，得：當(dāng) 時(shí)， ，停堆后氙的濃度時(shí)下降的，不可能出現(xiàn)最大氙中毒現(xiàn)象；反之，當(dāng) 時(shí)，停堆后的氙濃度時(shí)上升的，在停堆后的一段時(shí)間內(nèi)，氙的中毒總是增加的。f0If0XeXeXeIXeXeaIXe( )exp()exp()exp()Ntt

8、tt XeXeaI 0XeXe0f0Xea0Xe( )|tdNtdt 11-2-1XeXe0XeaI2.76 10 cms Xe0( )|0tdNtdt11-2-102.76 10 cms最大氙濃度發(fā)生時(shí)間tmax：若 ，則停堆后達(dá)到最大濃度的時(shí)間與中子通亮密度無關(guān)：XeIXe0aXemaxXeXeXeIIXeIXe0aIIXeI1/11lnln( )1/1+(1)( )tNN Xe13-2-10Xea/10 cmsImaxIXeXe1ln11.3ht碘坑碘坑碘坑碘坑功率過渡時(shí)的功率過渡時(shí)的 中毒中毒在初始條件下方程的解：135XeIf121III2( )1 ()exp()N ttXeXef1

9、21XeXea2XeXeXea12Xea1XeXeXea2IIXea2XeXea2I( )1 ()exp( () exp()exp( () Ntttt IIXeXe(0)();(0)()NNNN氙震蕩氙震蕩 中毒中毒 的裂變產(chǎn)物鏈 和 的濃度隨時(shí)間變化方程：149Sm-Nd149149149=0.01132h54hNdPmSm 裂變150Sm( , )40800ban149SmPmPmfPmPm( )( )dNtNtdtSmSmPmPmaSm( )( )( )dNtNtNtdt149Sm149Pm反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí) 的中毒的中毒在初始條件 下，方程的解：平衡濃度：平衡釤中毒：149SmI

10、Xe(0)(0)0NNPmfPmPmPm( )1 exp()NttSmSmPmfPmfSmaaPmSmSmaPma( )1 exp()exp()exp()NttttPmfPmPm( )N PmfSmSma( )NtSmSmaPmfSmaa( )( )N 反應(yīng)堆停堆后反應(yīng)堆停堆后 濃度隨時(shí)間變化濃度隨時(shí)間變化當(dāng) 和 的濃度都達(dá)到了平衡值，突然停堆，則：149Sm149Sm149PmPmfPmPmPm( )exp()NttPmfPmfSmPmSmaPm( )1 exp()Ntt7.3 反應(yīng)性隨時(shí)間的變化與燃耗深度反應(yīng)性隨時(shí)間的變化與燃耗深度堆芯壽期堆芯壽期：一個(gè)新裝料堆芯從開始運(yùn)行到有效增值系數(shù)降到1時(shí)，反應(yīng)堆滿功率運(yùn)行的時(shí)間。數(shù)值方法進(jìn)行燃耗計(jì)算數(shù)值方法進(jìn)行燃耗計(jì)算 空間擴(kuò)散計(jì)算：在初始時(shí)刻給定的或由上一燃耗時(shí)間步長末求出的維芯材料成分和各同位素核密度的空間分布(韌始條件)的條件下，進(jìn)行維芯各燃耗區(qū)的宏觀截面和少群群常數(shù)的計(jì)算。燃耗計(jì)算：燃耗深度表示方法u0( )/MW d/tTBUP t dt dW10