核反应堆物理分析第八章

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1、第八章：温度效应与反应性控制核反应堆工程原理温度效应与反应性控制温度效应与反应性控制温度效应与反应性控制反应性系数反应堆的反应性相对于反应堆的某一个参数的变化率称为该参数的反应性系数。如：反应性相对于温度的变化率称为反应相的温度系数；相对于功率的变化率称为功率系数等。参数变化引起的反应性的变化将造成反应堆中子密度或功率变化，该变化又会引起参数的进一步变化，这样就造成了一种反馈效应。反应性系数的大小决定了反馈的强弱。为了保证反应堆的安全运行，要求反应性系数为负值，以便形成负反馈。反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响

2、反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响为了进一步说明温度系数对反应堆稳定性的影响，图8-1表示在不同温度系数的情况下。反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响当反应堆内引入一个阶跃正反应性之后，反应维的功率随时间变化情况可以从图上看出，在温度系数大干零的情况下，反应堆的功率将很快地升高。当温度系数小于零且它的绝对值很小时，同时热量导出又足够快的情况下，反应堆的功率在开始时也较快地上升。但功率上升使反应堆的温度逐渐地升高，反应堆的反应性逐

3、渐地减小。当反应堆的功率上升到某一水平，温度效应所引起的负反应性刚好等于引入的正反应性时，反应堆就在这一功率水平下稳定运行。在温度系数小于零且它的绝对值又很大，同时热量的导出不够快的情况下，反应堆的功率开始时也较快地上升。由于导热不快，所以反应推的温度增加很快，反应推的正反应性很快地就下降到零以下。这时，反应堆就处于次临界状态，反应堆的功率开始下降，温度也随之下降。温度下降所引起的正反应性使反应堆的反应性开始上升。当功率下降到某一值时，反应堆的反应性刚好为零，这时，反应推就在这一功率下稳定地运行。由此可见，负温度系数对反应维的调节和运行安全都具有重要的意义

4、。压水维物理设计的基本准则之一，便是要保证温度系数必须为负值。燃料温度系数燃料温度系数燃料温度系数当反应堆的功率发生变化时，燃料温度立即发生变化，而慢化剂温度还来不及发生变化。这时在(8-6)式中只有I随燃料温度而变化。把(8-6)式代人(8-5)式使得到当燃料温度升高时，有效共振积分增加，即dI/dTF〉0。所以在以低富集铀为燃料的反应堆中，燃料温度系数总是负的。图8-2给出某压水堆燃料温度系数与燃料温度的关系。燃料温度系数此外，燃料温度系数与燃料燃耗也有关系。在低富集铀为燃料的反应堆中，随着反应堆的运行，239Pu和240Pu不断地积累。240Pu对于

5、能量靠近热能的中子有很强的共振吸收峰，它的多普勒效应使燃料负温度系数的绝对值增大。在核反应堆物理设计时，通常必须计算堆芯运行初期和运行末期在不同功率负荷情况下的燃料温度系数。慢化剂温度系数由单位慢化剂温度变化所引起的反应性变化称为慢化剂温度系数。由于热量是在燃料棒内产生，热量从燃料棒通过包壳传递到慢化剂需要一段时间，因而慢化剂的温度变化要比燃料的温度变化滞后一段时间。所以，慢化剂温度系数滞后于功率的变化，故慢化剂温度系数属于缓发温度系数。慢化剂温度系数慢化剂温度系数慢化剂温度系数慢化剂负温度系数有利于反应堆功率的自动调节。例如在压水动力堆中，当外界负荷减小

6、时，汽轮机的控制阀就自动关小一些，这就使进入堆芯的水温度升高。当慢化剂温度系数为负值时，反应堆的反应性减小，功率也随之降低，反应堆在较低功率的情况下又达到平衡。同理，当外界负荷增加时，汽轮机的控制阀自动开大一些，这就使进入堆芯的水温下降，反应堆的反应性增大，功率随之升高，反应堆在较高的功率下又达到平衡。其他反应性系数其他反应性系数其他反应性系数其他反应性系数其他反应性系数从核电厂运行的角度看，更有意义的是功率系数的积分效应，即功率亏损，这里的亏损指的是反应堆功率升高时，向堆芯引入了负的反应性，是反应性亏损了。功率亏损ΔρPD指从零功率变化到满功率时反应性的

7、变化P0表示满功率。从上式可以看出，反应堆功率升高时，dρ/dP一般为负。由于功率亏损一定得向堆芯引入一定量的正反应性来补偿功率亏损引入的负反应性，才能维持反应堆在新的功率下稳定运行，这是非常重要的一点。温度系数的计算上面定性地分析了影响反应堆温度系数的各种因素，但温度系数的具体计算是比较复杂的。实际上需要对反应堆作不同温度T下的临界计算。计算时，首先计算在不同的燃料或慢化剂温度条件下堆芯的群常数，然后利用堆芯扩散计算程序，对反应推进行临界计算，直接计算出在不同的燃料或慢化剂温度下的有效增殖系数keff(T)，求出Δk和ΔT的比值，从而求得温度系数。温度系

8、数的计算以这种方法所计算出的结果是指在所计算的温差范围内的平均温度