反應(yīng)堆熱工第二章-3

1、2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1反應(yīng)堆熱工水力學(xué)第二章 王建軍wang-0451825696552022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院22022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2三、控制棒、慢化劑和結(jié)構(gòu)材料中熱量的產(chǎn)生和分布 控制棒中的熱源及其分布；控制棒中的熱源及其分布； 慢化劑的熱源及其分布；慢化劑的熱源及其分布； 結(jié)構(gòu)材料中的熱源及分布；結(jié)構(gòu)材料中的熱源及分布；2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院32022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3控制棒中的熱源及其分布 材料：材料：硼硼、鎘、鉿等，壓水堆一般采用銀、鎘、鉿等，壓水堆一般采用銀- -銦銦- -鎘合金或碳化硼鎘合金或碳化硼 控制棒熱源：控制棒熱源

2、： 1 1）吸收堆芯的）吸收堆芯的輻射的熱量；輻射的熱量； 2 2）吸收本身中子因（）吸收本身中子因（n,n,）或（）或（n, n, ）反應(yīng)所產(chǎn)）反應(yīng)所產(chǎn)生的全部或部分熱量；生的全部或部分熱量；2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院42022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4 計(jì)算方法：計(jì)算方法：1 1、吸收、吸收射線而釋熱的熱源：與堆芯的結(jié)構(gòu)、控制棒本身射線而釋熱的熱源：與堆芯的結(jié)構(gòu)、控制棒本身的結(jié)構(gòu)、控制棒材料的性質(zhì)以及控制棒在堆芯所處的位置有的結(jié)構(gòu)、控制棒材料的性質(zhì)以及控制棒在堆芯所處的位置有關(guān)，可用關(guān)，可用屏蔽設(shè)計(jì)的方法屏蔽設(shè)計(jì)的方法來進(jìn)行計(jì)算。來進(jìn)行計(jì)算。2 2、因（、因（n,n,）或（）或（

3、n, n, ）反應(yīng)而釋熱的熱源：）反應(yīng)而釋熱的熱源：1 1）算出控制棒在單位時(shí)間內(nèi)俘獲的中子數(shù)）算出控制棒在單位時(shí)間內(nèi)俘獲的中子數(shù)n n（中子（中子/s/s）etkN 1310121. 3n) s/(中子釋放出1KJ能量的裂變數(shù) 控制棒對(duì)中子的吸收系數(shù)，即每次裂變被控制棒吸收的中子數(shù)（中子/裂變）2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院52022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院52）首先根據(jù)控制棒所使用的材料判斷控制棒俘獲中）首先根據(jù)控制棒所使用的材料判斷控制棒俘獲中子所產(chǎn)生的反應(yīng)是子所產(chǎn)生的反應(yīng)是 還是還是 反應(yīng)：由于反應(yīng)：由于 粒子的射程短，其能量主要為粒子的射程短，其能量主要為控制棒本身所吸收?？刂?/p>

4、棒本身所吸收。 功率：功率：),(n),(n),(n136.242 100.01teteNnENkNk)kW() s /eV(M假設(shè)放出的 粒子的能量為MeVE22022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院62022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6 反應(yīng)，反應(yīng)， 射線能譜具有一個(gè)范圍，取能譜平均值為射線能譜具有一個(gè)范圍，取能譜平均值為 ，產(chǎn)生的產(chǎn)生的 量子數(shù)為量子數(shù)為 ，自吸收系數(shù)，自吸收系數(shù)a（由于（由于 的穿透能力強(qiáng)，的穿透能力強(qiáng)，控制棒本身只能吸收控制棒本身只能吸收 射線的一部分能量），射線的一部分能量），這一部分功率：這一部分功率：),(nE)(Ev1333.121 10()5.0 10()tete

5、NNk E v EaNk E v EaMeV/skW2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院72022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院7 對(duì)于由對(duì)于由m種不同的吸收材料組成的控制棒，且每種材種不同的吸收材料組成的控制棒，且每種材料吸收中子所產(chǎn)生的反應(yīng)類型和放出的能量不同，則控制料吸收中子所產(chǎn)生的反應(yīng)類型和放出的能量不同，則控制棒因吸收中子所產(chǎn)生的總釋熱量：棒因吸收中子所產(chǎn)生的總釋熱量：131313.121 105.0 10mcateiiiimteiiiiNNkE aNkE a) s /eV(M)kW(第i中材料所吸收的中子數(shù)占控制棒吸收中子總數(shù)的份額 第第i中材料每吸收一個(gè)中子所產(chǎn)生的能量中材料每吸收一個(gè)

6、中子所產(chǎn)生的能量)(MeV 為第i種材料的自吸收系數(shù)，視吸收中子后所產(chǎn)生的反應(yīng)而定，若為 反應(yīng)，則 可取為1 ),(nia2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院82022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院8慢化劑中的熱源及其分布 熱量組成熱量組成 ：裂變中子的慢化、吸收裂變產(chǎn)物放出的粒子：裂變中子的慢化、吸收裂變產(chǎn)物放出的粒子的一部分能量、吸收各種射線的能量。的一部分能量、吸收各種射線的能量。 裂變中子的大部分動(dòng)能都在初始幾次的碰撞中失去，因此裂變中子的大部分動(dòng)能都在初始幾次的碰撞中失去，因此由它產(chǎn)生的熱源的分布將取決于快中子的平均自由程。由它產(chǎn)生的熱源的分布將取決于快中子的平均自由程。 1）當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)快

7、中子的平均自由程很短時(shí)（例如以）當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)快中子的平均自由程很短時(shí)（例如以輕水作為慢化劑的反應(yīng)堆），慢化劑中熱源的分布大致與輕水作為慢化劑的反應(yīng)堆），慢化劑中熱源的分布大致與中子通量的分布相同；中子通量的分布相同； 2）如果平均自由程長，則其熱源的分布就接近于均）如果平均自由程長，則其熱源的分布就接近于均勻分布。勻分布。2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院92022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院9 慢化劑中的體積釋熱率近似表示：慢化劑中的體積釋熱率近似表示：13,0.10(1.602 10)()mv mvfSqqE均勻化處理后堆芯某一位置上的體積釋熱率 vq慢化劑的平均密度， 堆芯材料的平均密度 m

8、S快中子宏觀彈性散射面積 1()cm3(/)W cm3( /)g cmf快中子通量 2/()cms中子E每次碰撞的平均熱量損失 (eV)M2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院102022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10fantEEEfaE快中子的能量 (eV)Mn：快中子慢化成熱中子所需的平均碰撞次數(shù)， fatln(/)EEn：平均對(duì)數(shù)能量縮減 2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院11 如果冷卻劑和慢化劑是同一種材料（例如水如果冷卻劑和慢化劑是同一種材料（例如水-水水堆）則慢化劑的冷卻問題就可以合并在元件的堆）則慢化劑的冷卻問題就可以合并在元件的冷卻問題中一起考慮；冷卻問題中一起考慮； 如果冷卻劑是液體而慢化劑是固體（例如水如果冷卻劑是液體而慢化劑是固體（例如水-石石墨堆）則慢化劑的冷卻必須專門考慮墨堆）則慢化劑的冷卻必須專門考慮 2022-6-11核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院12結(jié)構(gòu)材料中的熱源及其分布 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料 ：包殼、元件盒、定位架、控制棒導(dǎo)向管等：包殼、元件盒、定位架、控制棒導(dǎo)向管等 熱量來源：幾乎完全由于吸收來自堆芯的各種熱量來源：幾乎完全由于吸收來自堆芯的各種 輻射輻射 計(jì)算：如果認(rèn)為計(jì)算：如果認(rèn)為 對(duì)射線的吸收正比于材料的質(zhì)量。則對(duì)射線的吸收正比于材料的質(zhì)量。則可近似地用下式估