chapter.09.反應(yīng)性系數(shù).ppt

1、反應(yīng)性系數(shù),崗前培訓(xùn)（70學(xué)時）,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,0,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,1,反應(yīng)性系數(shù) 在反應(yīng)堆運(yùn)行當(dāng)中，堆芯的反應(yīng)性受到許多因素的影響。 為了定量的描述這些量對反應(yīng)性的影響，引入反應(yīng)性系數(shù)的概念。 【定義】反應(yīng)性系數(shù)當(dāng)參數(shù)x發(fā)生變化單位變化時，引起的反應(yīng)性的變化，其表達(dá)式為：,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,2,反應(yīng)性溫度系數(shù) 溫度效應(yīng) 運(yùn)行過程中，堆芯各點(diǎn)的溫度存在差異；當(dāng)堆芯功率變化時，堆芯溫度也會發(fā)生變化。 反應(yīng)堆啟動過程中，燃料

2、和冷卻劑的溫度變化更大。 溫度變化時，相應(yīng)物理參數(shù)也會變化，影響到有效增殖系數(shù)和反應(yīng)性的變化。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,3,【定義】反應(yīng)性的溫度效應(yīng)因反應(yīng)堆溫度變化而引起的反應(yīng)性發(fā)生變化的效應(yīng)。 溫度效應(yīng)可用反應(yīng)性溫度系數(shù)來度量。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,4,反應(yīng)性溫度系數(shù) 【定義】反應(yīng)性溫度系數(shù)當(dāng)反應(yīng)堆溫度發(fā)生單位變化時，導(dǎo)致的反應(yīng)性的變化，其表達(dá)式為： 將反應(yīng)性的定義式代入可得：,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,5,如果反應(yīng)堆

3、偏離臨界的程度非常小，那么有： 在以后的討論中，將上式當(dāng)作反應(yīng)性溫度系數(shù)的定義。 反應(yīng)性溫度系數(shù)的單位為： 。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,6,溫度系數(shù)對反應(yīng)堆的影響 溫度系數(shù)的正負(fù)對反應(yīng)堆有著極為重要的影響。 T 0 假設(shè)反應(yīng)堆受到一個微擾，偏離了臨界狀態(tài)。 .正微擾 對于正微擾，T升高，即T 0： 由于T 0 ，因而 0 ，此時反應(yīng)性增加； Keff1/(1)，因而Keff變大；,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,7,中子通量密度變大； 反應(yīng)率R增加； 堆芯功率P升高； 溫度T升高。 可見

4、，當(dāng)T 0時，如果引入正微擾，其會受到一個正反饋，從而堆芯溫度會越來越高，此時必須插入控制棒以遏制功率的上升。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,8,.負(fù)微擾 對于負(fù)微擾，T降低，即T 0 ，因而 0 ，即反應(yīng)性減小； Keff1/(1) ，因而Keff變小； 中子通量密度變小； 反應(yīng)率R減小； 堆芯功率P降低； 溫度T降低。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,9,可見，當(dāng)T 0時，如果往堆芯引入一個負(fù)的微擾，將會受到一個正反饋，使得堆芯的溫度和反應(yīng)性不斷下降，直到最后反應(yīng)堆停堆。 【總結(jié)】對于具有

5、正溫度系數(shù)的反應(yīng)堆： 一旦受到擾動，除非采取相應(yīng)的控制措施，否則反應(yīng)堆無法返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)； 對于T 0的反應(yīng)堆，其具有固有的不穩(wěn)定性。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,10, T 0： 由于T 0 ，從而 0，即反應(yīng)性減小； Keff1/(1) ，因而Keff變小； 中子通量密度變??； 反應(yīng)率R降低；,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,11,堆芯功率P降低； 溫度T降低。 可見，當(dāng)T 0時，往堆芯引入一個正的擾動，將會受到一個負(fù)反饋，堆芯的反應(yīng)性會降低，使得反應(yīng)堆回復(fù)到擾動前的狀態(tài)。,51.反

6、應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,12,.負(fù)微擾 引入一個負(fù)微擾，T降低，即 T 0 ，反應(yīng)性增加； Keff1/(1) ，因而Keff變大； 中子通量密度變大； 反應(yīng)率R增加； 堆芯功率P升高； 溫度T升高。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,13,當(dāng)T 0時，往堆芯引入一個負(fù)的擾動，將會受到一個負(fù)反饋，堆芯的反應(yīng)性會增加，從而使得反應(yīng)堆回復(fù)到擾動前的狀態(tài)。 【總結(jié)】對于具有負(fù)溫度系數(shù)的反應(yīng)堆： 其具有自我調(diào)節(jié)的功能（負(fù)反饋性）； T 0的反應(yīng)堆具有固有穩(wěn)定性，這對反應(yīng)堆的安全是有利的。,51.反應(yīng)性溫度

7、系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,14,自動跟蹤負(fù)荷 對于T 0的反應(yīng)堆，其還具有自動跟蹤負(fù)荷的“自調(diào)性”。 反應(yīng)堆二回路負(fù)荷發(fā)生增加較小的值： 從一回路取走較多熱量； 入口水溫降低； 堆芯平均溫度降低； 反應(yīng)性增加； 功率升高。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,15,【總結(jié)】對于具有負(fù)溫度系數(shù)的反應(yīng)堆： 其具有自動根據(jù)二回路負(fù)荷自動調(diào)整堆芯功率水平的能力； 這種能力是有局限性的，只能在一定范圍內(nèi)起作用。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,16,總結(jié) 根據(jù)以上分析，

8、無論從反應(yīng)堆安全或功率控制的角度來看，具有負(fù)溫度系數(shù)的反應(yīng)堆都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。 在設(shè)計和運(yùn)行當(dāng)中，都要求反應(yīng)堆必須具有負(fù)的溫度系數(shù)。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,17,溫度系數(shù)大小的影響 【問題】 T 0的反應(yīng)堆具有固有穩(wěn)定性，但是|T|是否越大越好？ 考慮如下兩種情況： |T|較大，導(dǎo)熱較差； |T|較小，導(dǎo)熱較好。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,18,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,19, |T|很大、導(dǎo)熱較差 如果反應(yīng)堆的導(dǎo)熱較差，熱

9、量將在堆芯堆積，使得堆芯T升高，即T 0： 由于T 0 ，再次增加； 當(dāng)功率降到某個較低的水平時，恰好為0，此時反應(yīng)堆就在該功率水平下穩(wěn)定運(yùn)行。 這種現(xiàn)象稱之為功率“過調(diào)”現(xiàn)象。,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,20, |T|較小，導(dǎo)熱較好 隨著反應(yīng)堆功率逐漸增加，溫度T也隨之逐漸上升，即T 0 ： 由于T 0 ，從而向反應(yīng)堆中引入負(fù)反應(yīng)性； 由于|T|較小，同時熱量能夠較快的導(dǎo)出堆外，使得堆芯的反應(yīng)性是逐漸減小的； 堆芯功率始終是增加的，但其增加速率逐漸減緩；,51.反應(yīng)性溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,

10、21,當(dāng)功率提升到一定的水平，負(fù)溫度效應(yīng)引入的負(fù)反應(yīng)性剛好使得總反應(yīng)性為0，此時反應(yīng)堆便在該功率水平下穩(wěn)定運(yùn)行。 總結(jié) 在反應(yīng)堆設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)選擇合適的負(fù)溫度系數(shù)。,52.溫度系數(shù)的分類,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,22,核燃料與慢化劑的溫度變化特點(diǎn) 核燃料 .變化速率 堆芯能量主要來源于易裂變核素的裂變反應(yīng)，其在核燃料中發(fā)生。 當(dāng)堆芯功率發(fā)生變化時，首先是核燃料的溫度發(fā)生了變化，即核燃料溫度的變化和堆芯功率的變化是同步。 .變化范圍 在反應(yīng)堆功率水平發(fā)生變化時，燃料芯塊內(nèi)的變化值較大?？蛇_(dá)400600。,52.溫度系數(shù)的分類,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué)

11、核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,23,慢化劑 .變化速率 慢化劑溫度變化是由于核燃料的溫度發(fā)生變化，然后傳遞至慢化劑所導(dǎo)致的。 熱量的傳遞需要一定的時間，這意味著冷卻劑的溫度變化是滯后于核燃料的。 .變化范圍 當(dāng)功率水平發(fā)生變化時，冷卻劑的溫度變化值較小，一般在2030。,52.溫度系數(shù)的分類,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,24,核燃料溫度系數(shù)與慢化劑溫度系數(shù) 由于核燃料和慢化劑溫度變化的特點(diǎn)并不相同，需要分開討論其溫度效應(yīng)。 定義 【定義】核燃料溫度系數(shù)核燃料溫度發(fā)生單位變化所導(dǎo)致的反應(yīng)性的變化。用符號 表示。 【定義】慢化劑溫度系數(shù)慢化劑溫度發(fā)生單位變化所導(dǎo)致的反應(yīng)性

12、的變化。用符號 表示。,52.溫度系數(shù)的分類,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,25,大小 從下表可以看出： 慢化劑的溫度系數(shù)一般在 量級。 核燃料的溫度系數(shù)一般在 量級。 當(dāng)溫度發(fā)生變化時，溫度系數(shù)也隨之發(fā)生變化。 在冷態(tài)下，慢化劑的溫度系數(shù)有可能為正。,52.溫度系數(shù)的分類,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,26,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,27,定義 下面從六因子公式出發(fā)來分析核燃料溫度系數(shù)。有效增殖系數(shù)的表達(dá)式為： KefffpPFPT 對于核燃料而言： 溫度變化對、f、PF和PT

13、的影響都較?。?溫度變化對逃脫共振俘獲幾率p的影響較大。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,28,將上式代入溫度系數(shù)的定義式有： 上式中，TF是核燃料的溫度。 由于p 0，核燃料溫度系數(shù) 的正負(fù)便由 決定。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,29,Doppler效應(yīng) 與核燃料的溫度效應(yīng)密切相關(guān)的，主要是共振吸收的Doppler效應(yīng)。 核熱運(yùn)動的影響 .共振吸收截面 當(dāng)入射中子的能量為某些特殊值時，靶核對中子的吸收截面會急劇增加，這種現(xiàn)象稱為共振吸收。 發(fā)生共振吸收時，入射中子的能量稱為共振能量，用E

14、0表示。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,30,在共振能量附近， 反應(yīng)的微觀截面可近似用下式表示： 上式中： E0為中子的共振能量； E為中子的入射能量； 為能級寬度。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,31,在上式中，假定靶核是靜止的。實(shí)際當(dāng)中顯然不是這樣，靶核也在做著無規(guī)則的熱運(yùn)動。 用入射中子和靶核的相對運(yùn)動動能Er代替上式中的E，從而有：,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,32,.靶核運(yùn)動的影響 )對峰值的影響 如果靶核靜止，當(dāng)入射中子（在L

15、系中）的能量為EE0時，取最大值： (E0)0 當(dāng)靶核熱運(yùn)動比較明顯時，有： Er E0 or Er E0,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,33,無論是哪一種情況，都將導(dǎo)致： 0 表現(xiàn)在曲線上，就是使得峰值減小。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,34,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,35,)對其它點(diǎn)的影響 對于E E0處，如果靶核靜止有： (E) 當(dāng)考慮靶核的熱運(yùn)動后，實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中能量為E的中子相對靶核的動能將具有一定的分布： ErEEtar,

16、 EEtar,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,36,從而有： 對于一部分中子，其Er E，從而會比(E)大； 對于一部分中子，其Er E，從而會比(E)小。 但是總的效果，是對于能量為E的中子，其平均吸收截面比(E)大。 表現(xiàn)在曲線上，是該處的曲線上的點(diǎn)上升了。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,37,對于E E0處的情況，可以得到相同的結(jié)論：靶核的熱運(yùn)動使得該點(diǎn)處的吸收截面比(E)大。 【總結(jié)】靶核運(yùn)動總的結(jié)果就是使的截面曲線的峰值降低，曲線展寬。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾

17、濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,38,Doppler效應(yīng) 當(dāng)介質(zhì)（核燃料）的溫度越高時： 靶核運(yùn)動的速度越快，Etar也越大； 對于單一能量入射的中子的相對運(yùn)動動能的展寬也越大； 共振吸收截面曲線的峰值降得更低，展寬（延伸）的更加厲害。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,39,這種共振吸收截面隨溫度升高而峰值降低，曲線展寬的現(xiàn)象稱為Doppler效應(yīng)。 Doppler效應(yīng)有一個基本特性：當(dāng)共振曲線隨溫度發(fā)生變化時，曲線下的面積不變。即：,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,40,Doppler效應(yīng)

18、對核燃料溫度系數(shù)的影響 對于共振能區(qū)核燃料中的238U對中子的共振吸收率為： 上式可以將其寫成：,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,41,對于吸收率中右邊的第二項(xiàng)，有： 當(dāng)溫度升高時，核燃料的體積膨脹可以忽略不計，即 不變，從而有：,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,42,當(dāng)核燃料的溫度增加時，共振峰的高度將會降低、寬度增加，落在共振峰能量范圍內(nèi)的中子通量密度要增加，即 會變大。因而有： 當(dāng)溫度增加時，單位時間、單位體積內(nèi)被238U共振吸收的中子數(shù)也隨之增加，中子逃脫共振吸收幾率p減?。?53.核燃

19、料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,43,從而核燃料的溫度系數(shù)為： 核燃料的溫度系數(shù)總是為負(fù)值。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,44,核燃料溫度系數(shù)的特點(diǎn) 對于核燃料溫度系數(shù)，其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： .瞬時性 由于堆芯能量主要是通過核燃料里面的裂變反應(yīng)產(chǎn)生的，因此核功率的任何變化，將會迅速的使核燃料的溫度發(fā)生變化。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,45,.反應(yīng)性效應(yīng)大 核燃料溫度系數(shù)的絕對值 較??； 核燃料從0功率水平至滿功率過程中，其溫度變化較大（450600

20、）。 .始終為負(fù)值,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,46,核燃料溫度系數(shù) 的影響因素 .燃料的有效平均溫度Teff 核燃料的溫度系數(shù) 與核燃料的溫度相關(guān)： 核燃料的溫度越高，其發(fā)生單位變化時，即引入的負(fù)反應(yīng)性越小； 溫度越高，共振峰的進(jìn)一步展寬對反應(yīng)性造成的影響越弱。 當(dāng)溫度較高時，核燃料溫度系數(shù)的絕對值 較小。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,47,.燃耗 隨著燃耗加深： 238U逐漸消耗，其對中子的共振吸收減弱，使得核燃料溫度系數(shù)的絕對值 變小； 由于238U發(fā)生 反應(yīng)，不斷的產(chǎn)生240Pu

21、，其對中子的共振吸收較強(qiáng)，使得核燃料溫度系數(shù)的絕對值 變大。 上述兩個因素的影響是相互競爭的。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,48,加上 隨核燃料溫度Teff變化，因此 隨燃耗的具體行為是比較復(fù)雜的： 如果核燃料溫度Teff較低，此時240Pu對中子的共振吸收比較厲害，從而隨著燃耗的增加，在EOL時的 比BOL時的要大。 如果核燃料的溫度Teff較高，此時240Pu的共振吸收峰由于Doppler效應(yīng)展寬，那么238U不斷消耗的影響將占主導(dǎo)，在EOL時的 比BOL時的要小。,53.核燃料溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)

22、學(xué)院 李偉,49,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,50,慢化劑溫度系數(shù) 對于慢化劑溫度系數(shù)，其定義為： 有效增值系數(shù)的六因子公式為： KefffpPFPT 當(dāng)慢化劑溫度變化時： PT、受到的影響較??； 、 f、p和PF受到的影響較大。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,51,慢化劑溫度系數(shù) 當(dāng)慢化劑的溫度發(fā)生變化時，對慢化劑的主要影響是其密度會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致單位體積內(nèi)慢化劑的核子數(shù)N發(fā)生變化。 這將使得慢化劑相關(guān)的宏觀截面x發(fā)生變化，這里分為a和s來考慮。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/

23、29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,52,a減小 a減小，使得慢化劑對中子的吸收減弱。從而： 對于采用U做核燃料，水做慢化劑的反應(yīng)堆，NM/NF 可記為NH2O/NU ，稱為水鈾比。 其與反應(yīng)堆的幾何結(jié)構(gòu)（燃料棒直徑、燃料棒間距、柵格間距等）相關(guān)。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,53,溫度升高時： 核燃料的體積膨脹可以忽略，即NU是不變的，從而水鈾比下降； 熱中子的有效利用系數(shù)f增加； 從物理上理解，因?yàn)槁瘎p少，慢化劑對中子的吸收隨之減弱，從而熱中子利用系數(shù)f增加。 因此從這方面看，其對反應(yīng)性的貢獻(xiàn)是正的。,54.慢化劑溫度系數(shù)

24、,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,54,s減小 .對p的影響 s減小，意味著： 慢化劑對中子的慢化能力s減弱； 反應(yīng)堆中子能譜變硬； 核燃料對中子的共振吸收加強(qiáng)； 中子的逃脫共振俘獲幾率p減小。 從這方面看，其對反應(yīng)性的貢獻(xiàn)是負(fù)的。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,55,.對的影響 當(dāng)s減小時，有： 其慢化能力減弱； 對于能量在1.1MeV之上的裂變中子，其可能要經(jīng)過較多次的散射才能被慢化至1.1MeV能量之下； 對于能量在1.1MeV之上的裂變中子，其有較大的幾率引發(fā)238U發(fā)生快中子增殖。 從這個角度看，其對反應(yīng)

25、性的貢獻(xiàn)是正的。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,56,.對PF的影響 當(dāng)s減小時，有： 慢化劑的慢化能力s下降； 快群中子的泄漏幾率隨之增加，即快中子不泄漏幾率PF將減小。 從這個角度看，其對反應(yīng)性的貢獻(xiàn)是負(fù)的。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,57,慢化劑的溫度系數(shù)的正負(fù) 對于采用水做慢化劑的反應(yīng)堆： 慢化劑溫度系數(shù)的正負(fù)由上面的幾個因素競爭決定； 一般而言，壓水堆的慢化劑溫度系數(shù)為負(fù)值。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,58,水鈾比的選擇

26、Keff隨水鈾比的變化 當(dāng)水鈾比較大時，慢化劑比例較大； 中子被充分慢化，共振吸收較弱，因此p較大； 慢化劑對中子的吸收也較強(qiáng)，即f較小。 當(dāng)水鈾比較小時，慢化劑比例較?。?中子沒有被充分慢化，共振吸收較強(qiáng)，因此p較??； 慢化劑對中子的吸收也較弱，即f較大。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,59,慢化劑的溫度效應(yīng)對有效增殖系數(shù)的影響可以通過Keff NH2O/NU 圖表現(xiàn)出來。 根據(jù)上面的分析，Keff NH2O/NU曲線應(yīng)當(dāng)是中間高、兩端低的形狀，即Keff存在一個最大值。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技

27、術(shù)學(xué)院 李偉,60,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,61,將Keff取最大值時的水鈾比稱為最佳水鈾比。以最佳水鈾比為分界點(diǎn)： 對于左邊的區(qū)域， NH2O/NU較小，此時慢化劑比例較少，中子未能被充分慢化，將這個區(qū)域稱為欠慢化區(qū)； 對于右邊的區(qū)域， NH2O/NU較大，此時慢化劑比例較大，中子能夠被充分慢化，將這個區(qū)域稱為過慢化區(qū)。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,62,水鈾比的選擇 【問題】如果僅從Keff的取值或中子慢化的角度來看，顯然在設(shè)計反應(yīng)堆時，將NH2O/NU選擇在最佳水鈾比或者過慢化

28、區(qū)比較好。但事實(shí)是否如此？,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,63,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,64,.選在過慢化區(qū) 當(dāng)慢化劑的溫度升高時，慢化劑的密度發(fā)生減小，而核燃料的密度基本不變，這相當(dāng)于水鈾比變小。 如果反應(yīng)堆設(shè)計時，水鈾比選擇在過慢化區(qū)，那么當(dāng)慢化劑溫度T升高時： 水鈾比NH2O/NU降低； 根據(jù)Keff NH2O/NU曲線，Keff此時會增加； 反應(yīng)性增加；,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,65,核反應(yīng)率R升高； 堆芯功率P升高；

29、從而使得溫度T進(jìn)一步升高。 即此時的 。顯然，這對反應(yīng)堆的安全是不利的。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,66,.選在欠慢化區(qū) NH2O/NU應(yīng)當(dāng)選在欠慢化區(qū)。此時將使得慢化劑溫度系數(shù)為負(fù)值。 【問題】 NH2O/NU能否選為最佳水鈾比？,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,67,化學(xué)添加劑的影響 化學(xué)添加劑對慢化劑溫度系數(shù)的影響 壓水堆的慢化劑中一般均加有化學(xué)毒物。 其作用是通過化學(xué)毒物對中子的吸收來調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的反應(yīng)性。 常用的化學(xué)添加劑為硼酸（H3BO3）。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/

30、29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,68,當(dāng)溫度增加時，水的密度減小。如果保持化學(xué)毒物的濃度（即核子數(shù)百分比）不變，那么其核子數(shù)密度也將減小。 其對中子的吸收也將減弱：,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,69,因此當(dāng)溫度升高時： 化學(xué)添加劑對中子的吸收減弱； 使得熱中子利用系數(shù)增加； 化學(xué)添加劑對冷卻劑溫度系數(shù)的貢獻(xiàn)是正的。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,70,實(shí)際當(dāng)中，當(dāng)堆芯溫度變化時，慢化劑所導(dǎo)致的總的反應(yīng)性變化由慢化劑自身的溫度效應(yīng)和化學(xué)添加劑附帶的溫度效應(yīng)共同決定： BH2O

31、從而有：,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,71,如果慢化劑（冷卻劑）中的硼酸濃度很大，那么當(dāng)慢化劑溫度TM增加時，可能會出現(xiàn)以下情況： B |H2O| 0 H2O 此時，慢化劑的溫度系數(shù) 變?yōu)檎怠?在反應(yīng)堆壽期初，堆芯具有較大的剩余反應(yīng)性，慢化劑中的硼濃度較高，這種情況出現(xiàn)的可能性更大。 在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，一般規(guī)定慢化劑中的硼濃度必須低于某一限值（比如1400ppm）。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,72, 影響因素 與硼濃度、慢化劑溫度的關(guān)系 .Tm較低時， 隨CB的變化 當(dāng)慢化劑溫度T

32、m較低時，對于不同的硼濃度，慢化劑溫度系數(shù) 差別不大： Tm變化造成的密度變化較??； 不論硼的濃度CB有多大，當(dāng)溫度Tm發(fā)生單位變化時，其造成的硼濃度CB的改變都很?。?CB改變所引入的正反應(yīng)性很小。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,73,.CB固定時， 隨Tm的變化 當(dāng)硼濃度CB固定時，溫度Tm越高，慢化劑的溫度系數(shù)的絕對值 越大： 慢化劑的溫度Tm越高，其發(fā)生單位變化時，造成的慢化劑密度變化也越大； 由于慢化劑密度改變所引入的負(fù)反應(yīng)性變化也越大。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,74,.Tm

33、較高時， 隨CB的變化 當(dāng)慢化劑溫度Tm較高時，慢化劑溫度系數(shù)的絕對值 隨CB增加而減?。?Tm發(fā)生單位變化造成的密度變化較大； 硼濃度CB越大，Tm發(fā)生單位變化時，CB的變化值也越大； CB改變所引入的正反應(yīng)性也越大。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,75,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,76,BOL和EOL時慢化劑的溫度系數(shù) .BOL 在壽期初： 反應(yīng)堆具有較大的剩余反應(yīng)性，主要通過在慢化劑中添加可溶毒物硼酸來補(bǔ)償過剩的反應(yīng)性； 慢化劑中的硼濃度較大，當(dāng)慢化劑溫度Tm發(fā)生單位變化時，硼濃度變

34、化所引入的正反應(yīng)性也是可觀的。 因此在BOL，慢化劑的 是較小的，甚至可能出現(xiàn)正值。,54.慢化劑溫度系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,77,.EOL 在壽期末： 核燃料逐漸消耗，裂變產(chǎn)物中的毒物不斷積累，相當(dāng)于往堆芯引入負(fù)反應(yīng)性； 慢化劑中的硼濃度逐漸降低，遠(yuǎn)小于BOL時的硼濃度； 當(dāng)慢化劑溫度Tm發(fā)生單位變化時，EOL的硼濃度變化所引入的正反應(yīng)性遠(yuǎn)小于BOL時的情況。 因此，在EOL時的慢化劑溫度系數(shù)的絕對值 是遠(yuǎn)大于BOL的。,55.空泡系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,78,對于使用液體慢化劑的反應(yīng)堆，當(dāng)堆芯溫度超過某一值

35、時，會使冷卻劑局部沸騰，從而開始產(chǎn)生汽泡。 由于空泡的密度遠(yuǎn)小于液體，其將對堆芯的反應(yīng)性造成一下影響： 對中子的吸收減弱； 對中子的慢化減弱，使得反應(yīng)堆的能譜硬化； 使得中子的泄漏率增加。,55.空泡系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,79,上面所述的三個變化中： 第一項(xiàng)將使得中子的有效利用系數(shù)增加，其對反應(yīng)性的影響是正的； 第三項(xiàng)將使得中子的不泄露幾率減小，其對反應(yīng)性的影響是負(fù)的； 第二項(xiàng)其對反應(yīng)堆的影響可正可負(fù)，視具體的堆型而定。,55.空泡系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,80,對于采用水做慢化劑的反應(yīng)堆而言： 核裂變主要由熱

36、中子引發(fā)； 能譜硬化將使得核反應(yīng)率下降； 相當(dāng)于引入負(fù)反應(yīng)性。 因此對于采用水做慢化劑的反應(yīng)堆，第二項(xiàng)其對反應(yīng)性的影響是負(fù)的。,55.空泡系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,81,一般而言： 水對中子的慢化比吸收更為重要， 對于采用水做慢化劑的反應(yīng)堆，其空泡對反應(yīng)性的影響總是負(fù)的； 即對于采用水做慢化劑的反應(yīng)堆，其具有內(nèi)在的穩(wěn)定性。,55.空泡系數(shù),2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,82,對空泡的描述可用空泡占慢化劑的體積份額來描述，稱為空泡份額或空泡率，用x表示。 【定義】空泡系數(shù)當(dāng)空泡份額發(fā)生單位變化時，反應(yīng)性所發(fā)生的變化。即： 對于

37、采用水做慢化劑的反應(yīng)堆而言，有： v 0,56.功率系數(shù)與功率虧損,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,83,功率系數(shù) 當(dāng)反應(yīng)堆的功率發(fā)生變化時，堆內(nèi)的相關(guān)參數(shù)，如燃料溫度、慢化劑溫度、空泡份額等都將發(fā)生變化。 即功率的變化是堆內(nèi)各參數(shù)變化的綜合體現(xiàn)。 利用功率和反應(yīng)性的關(guān)系來表示反應(yīng)性系數(shù)比用溫度系數(shù)、空泡系數(shù)更為直接和全面。,56.功率系數(shù)與功率虧損,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,84,【定義】功率系數(shù)當(dāng)反應(yīng)堆的功率發(fā)生單位變化時，所引起的反應(yīng)性變化。即： 由于功率變化是堆內(nèi)各參數(shù)變化的綜合體現(xiàn)，從而有：,56.功率系數(shù)與功率虧損,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,85,燃料功率系數(shù) 定義 【定義】燃料功率系數(shù)功率發(fā)生單位變化時，由于燃料有效溫度發(fā)生變化引起的反應(yīng)性的變化。其可表示為： 這里TF為功率發(fā)生單位變化時，燃料有效溫度的變化。,56.功率系數(shù)與功率虧損,2020/7/29,哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉,86,核燃料的有效溫度Teff無法實(shí)際測量。 實(shí)際中，常用核燃料的溫度系數(shù)來代替燃料功率系數(shù)F。 影響因素 .燃料有效溫度Teff 燃料有效溫度越高，那么Doppler效應(yīng)也就越弱。即此時 越小。,56.功率系數(shù)與功率虧損