核安全填空背书-030104-反应性与反应性的控制

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1、第四节反应性与反应性的控制一、反应性概念反应堆内的核过程是中子（产生）与中子（消失）的过程。这些过程集中反映在（有效增殖系数）K有效这个因子上。K有效＞1，中子产生占优势，堆内中子数将随时间而（增加），反应堆处于（超临界）状态。K有效＜1，中子消失占优势，堆内中子数将随时间而（减少），反应堆处于（次临界）状态。。K有效=1，堆内中子产生与消失相平衡，堆内中子数将稳定在一定水平上，反应堆处于（临界）状态。总是会由于各种因素而使之偏离1。即：K过剩=K有效-1K过剩称之为（过剩增殖）系数，它代表堆内有效增殖系数超过临界的余额，作为反应堆超临界度（或次临界度）的一种量度。但

2、在应用中往往用过剩增殖系数的相对值ρ来表示，简称之为反应性：ρ=K过剩/K有效=（K有效-1）/K有效反应堆在运行过程中，反应性将不断发生变化。变化的原因主要有以下几种：（1）（燃料）和（重同位素）成分的变化。如可裂变核燃料铀-235吸收中子而消耗；如铀238吸收中子产生钚-239，钚-239吸收中子产生钚-240等。（2）裂变产物的（产生）与（积累），造成“（中毒）”和“（结渣）”效应。（3）温度效应：由于堆内温度的变化，影响各种材料的（密度）和（截面），从而使K有效发生变化。（4）其它效应：如空洞效应、气泡效应等。由于以上原因，要保证堆在额定功率下运行一定工作期，

3、必须储备必要的（后备反应性）以补偿上述各项所引起的反应性变化。为了满足辐照实验的需要以及为了调节功率和保证堆的安全停闭，还需要附加额外的（反应性当量）。二、影响反应性变化的各种因素1.燃料和重同位素成分的变化在反应堆运行期间，（铀-235）因燃耗而不断减少，铀-238也会因吸收中子而生成同位素（钚-239）、（钚-240）等，造成堆内各重同位素成分的变化。（钚-239）是很好的易裂变材料，在堆内也要发生裂变反应，这样就延长了堆的换料时间（或称之为堆的（换料周期））。2、氙毒、碘坑与结渣伴随着核燃料的裂变，各种裂变产物及次级产物将随之产生并积累起来。这些产物吸收中子，直

4、接影响（K有效）。在几百种裂变产物中，对反应堆链式反应危害最大的是（氙-135）135（Xe）。它的半衰期短，随运行工况的变化而变化较大；氙-135热中子吸收截面σa=（2.76×10）靶，吸收中子最多。因此直接影响堆的运行状态。为了与其他裂变产物相区别，称之为“（氙毒）”。反应堆中氙-135的产生有两种途径：第一是由（铀-235）裂变直接产生，产额rXe=（0.003），即相当在一千次裂变中产生（3）个氙-135核。-38-135第二是由裂变产物（碲）（Te）经过（两次β衰变）得到。铀-235吸收热中子裂变直135接生成Te，其产额rXe=（0.061），其经β衰变

5、而很快衰变也（碘-135）（半衰期30s），碘135-135又经β衰变（半衰期6.7h）而产生Xe。−−2351裂变135ββ135135Un+⎯⎯⎯→⎯Te⎯→⎯I⎯⎯→Xe92030sh6.7135由于Te的半衰期较短，而碘-135半衰期较长，可以看成裂变直接生成碘135。因而135135碘-135的产额即等于Te的产额（0.061）。比较两种途径，可以看出核裂变直接生成Xe35的裂变产物比较少，而大量的毒物是由（碘-135）经过β蜕变而来的，Xe的本身产额主要取决于（碘-135）的产额。在反应堆稳定运行情况下，由于裂变不断产生碘-135和氙-135，随着它们的积

6、累，（吸135收中子）及（β衰变的损失率）也将逐渐增大.可以想见，考虑到核裂变直接产生Xe的因135素，Xe的增长和消失最终达到一个平衡值，即所谓的（平衡氙毒）。平衡氙毒的浓度与稳定运行的（中子流量率）水平有关。功率高，中子注量率水平也（高），平衡氙毒浓度越（大）。135（平衡氙毒）与（碘坑）正是Xe处于相对静止与显著变化的两种状态。堆在正常中135子注量下运行，Xe处于（动平衡），即产生项（由（碘-135）衰变而来和（裂变）直接产生）与消失项（因衰变和吸收中子消失）相等，保持某一平衡数值。忽然停堆或降功率，（中135子注量）率急剧下降，Xe的裂变直接产生项和吸收中子

7、消失项减少以至不存在了，但是由135135于停堆前堆中所积累的（碘-135）将继续衰变为Xe，当然Xe也因自身的衰变而减小。如果停堆前稳定运行的中子注量率足够高，使得积累的（碘-135）的核子数目足够多，以致135135使得碘-135的衰变率大于Xe的衰变率，就会造成（Xe）的一时积累。这种变化破坏了停堆（或降功率）前的动平衡。135Xe的积累，使（K有效）大幅度下降，堆处于很深的（次临界）状态。当全部释放后备135反应性也不足以抵消Xe的氙毒反应性时，堆是开不起来的。经过一段时间，由于碘的衰135135变产生Xe的一项逐渐减少，而Xe本身的衰变却相