核安全填空背书-030106-反应堆及核动力装置的功率控制

《核安全填空背书-030106-反应堆及核动力装置的功率控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第六节反应堆及核动力装置的功率控制一、影响功率的因素当反应堆启动、停堆或改变功率时，由于控制棒移动使（有效增殖系数）K有效骤然变化从而破坏了平衡。这时，中子的产生率就会大于或小于消失率，（中子注量率）就要随时间而变化，形成不稳定状态。下面我们讨论它的变化规律。1、瞬发中子的时间特性根据核裂变时释放中子的（快慢）程度不同，一般将放出的中子分为两类：一类中子-14是在裂变后约（10）s内放出的，称为（瞬发中子）；另一类是在裂变后一直持续（几分钟）的事件内陆续放出的，成为（缓发中子）。瞬发中子占全部裂变中子的（99.35）%，而缓发中子占全部裂变中子的

2、（0.65）%。中子从（产生）到（被吸收）的平均时间称为中子平均寿命。它包括中子由（裂变能）慢化到（热能）所需的时间，再加上热中子被俘获以前的（扩散）时间。在热中子反应堆内，快中子的（慢化）时间比热中子（扩散）时间要小得多。在-5-4水慢化的反应堆中，快中子的慢化时间约为（10）s，而热中子扩散时间约为（2.1×10）-4-4s，平均中子寿命大约（2×10）s。也就是说，在2×10s内就发生一代裂变。从不平衡系统内的热中子扩散方程的数学推导，可以得到反应堆内中子注量率随时间的变化关系。K过剩*（t/l）Φ(t)=Φ(0)e式中，t为从（平衡状态）

3、被破坏算起的时间（S）；K过剩=K有效-1为（过剩增殖系数）；l为中子（平均寿命）（S）。可以看出，在反应堆启动或提升功率时，由于K过剩＞0，因此中子注量率φ(t)随时间按（指数）规律增加，而在停堆或降功率时，由于K过剩＜0，因此中子注量率φ(t)就随时间按（指数）规律下降。举一个中子注量率按照上述方程变化的具体例子：假设有效增殖系数突然增加0.001，即K有效=0.001，中子的平均寿命为0.0001s，则中子注量率每隔0.1s就增长e倍，那么104在1s内就要增长e倍，即2×10倍。显然，如果中子注量率像上述那样迅速增加，反应堆就很难控制了。

4、但实际上，还有（缓发中子）的作用，因此反应堆中子注量率的增加就没有那样快了。2、缓发中子的时间特性我们已经知道铀核裂变时，除放出瞬发中子外，还放出（缓发中子）。缓发中子平均寿命最长的是（80.6）s。因为缓发中子的存在，使全部中子的平均寿命增加了。考虑到缓发中子的影响后，反应堆内中子的平均寿命为（0.085）s，与中子平均寿命为（0.0001）s相比约大（850）倍。因此，中子注量率增加e倍需要（85）s时间，比起不考虑缓发中子的时间0.1s要长得多。这样反应堆就完全来得及控制了。可见（缓发中子）在反应堆控制中起着很重要的作用。还必须指出，虽然考

5、虑了缓发中子使反应堆周期延长，但（反应性）的变化不能太大。可以从中子动力学方程推导出，当K过剩一次增加量等于或大于（缓发中子）的总份额时，反应堆中子注量率增加e倍所需时间就与（缓发中子）无关，仅仅由于（瞬发中子）就能使中子注量率迅速增加。这种仅仅由于瞬发中子就能使反应堆达到临界的状态，叫做（瞬发临界）。-51-这样，反应堆就无法控制了。因此，在设计中要求控制棒提升或其它因素所引入的正过剩增殖系数不能过大，以保证反应堆的安全。3、温度效应反应堆在启动、停堆、功率调节过程中，或在外负荷有所改变时，反应堆内（核燃料）、（冷却剂）和（慢化剂）的温度会发生

6、相应的变化，引起反应堆的（反应性）发生变化，这种现象通常称为反应堆的（温度效应）。总的温度效应主要包括以下几个方面：（1）（冷却剂）、（慢化剂）单位体积内的核数变化，使慢化中子的能力改变；（2）核燃料的（密度）变化，使单位体积内核燃料的核数发生变化；（3）反射层的（密度）变化，使中子反射能力改变；（4）温度变化引起的堆内材料的热中子（吸收截面）改变；（5）核燃料温度变化，使（超热中子）吸收性能改变。为了衡量温度效应的大小，引进反应性温度系数这个物理量，它表示温度变化1℃所引起的（反应性）变化量。通常把反应堆的温度系数分为（慢化剂）温度系数、（核燃

7、料）温度系数等。在大多数情况下，慢化剂温度系数是（负）的。但大功率带（硼）运行的（压水）堆的慢化剂温度系数也可能是正的。正的表明当温度升高时，（反应性）也随着提高；负的表明当温度升高时，（反应性）随之下降。如果反应堆具有正的温度系数，那么，当反应堆的温度升高时，由于正温度系数的影响，反应性也随着升高，结果裂变速度也随着加快，裂变放出的能量增大，从而使温度系数进一步提高。这样的反应堆对于温度是不稳定的。也就是说，具有正温度系数的反应堆不具备（自稳调节）性，只有借助于（控制棒）的移动才能使功率维持在某一水平上。因此，在设计反应堆时，尽量将反应堆设计为

8、具有（负）温度系数的。核燃料的温度系数表明燃料温度变化1℃而引起的反应性变化值，就是通常所说的（多普勒系数），是一个负值。造成负温度系数