反应堆的中毒效应.ppt

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1、46.中毒效应⑴毒物的影响随着反应堆的运行，反应堆中的裂变产物也随之积累。在这些裂变产物中，有些产物对中子的吸收截面较大，并且其份额也较大。这些裂变产物对中子的吸收会导致中子的有效利用系数降低，从而对反应堆反应性造成影响。2021/9/90哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟46.中毒效应2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟1现考虑一个以235U为燃料的均匀热中子反应堆，其有效增殖系数为：Keff＝εηfp·PL作为近似，可以认为裂变毒物只是通过改变热中子利用系数f而影响反应堆的增殖系数Keff，对ε、η、p和PL没有影响。46.

2、中毒效应2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟2设有毒物和无毒物时，反应堆的热中子利用系数为f′和f，显然有：46.中毒效应2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟3若假设有毒物和无毒物时反应堆的有效增殖系数为K′和K，从而有：显然有：Δρ<0。即随着毒物的积累，其往反应堆引入负反应性。46.中毒效应2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟4上式还可改写为：这里定义毒物的毒性为q，其表达式为：可见，裂变毒物的毒性与其浓度（核子数密度）成正比。46.中毒效应2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟5如果

3、慢化剂与结构材料的吸收很弱，即：从而可得：可见裂变毒物所带来的负反应性与其浓度成正比。46.中毒效应2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟6⑵重要的毒物在反应堆中，对反应性较重要的毒物有：135Xe和149Sm。其中：135Xe对中子的吸收截面约在106barn数量级；149Sm对中子的吸收截面约在104barn数量级。47.135Xe中毒⑴135Xe的动力学方程反应堆中的135Xe约有5%是由核裂变直接产生的，其余则是由其它裂变产物衰变产生的。135Sb和135Te的半衰期相对135Xe和135I都较短，并且其消耗途径都只有通过

4、自身衰变减少这一条路径。为了简化问题，可将135Xe的产生和消耗链进行简化。2021/9/97哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟847.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟947.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟10①135I的动力学方程Ⅰ.135I的产生135I的产生由裂变产生，其数目为：Ⅱ.135I的消耗135I的消耗则主要通过衰变，其数目为：ΔN2＝λI·NI47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学

5、核科学与技术学院李伟11Ⅲ.动力学方程根据核子数平衡原则，可得135I的动力学方程：47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟12②135Xe的动力学方程Ⅰ.135Xe的产生与消耗的特点从135Xe的变化链可以看出，其产生和消失均有两条路径：产生：裂变直接产生和由135I衰变产生；消失：通过衰变和发生吸收反应消失。47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟13②135Xe的动力学方程Ⅰ.产生率ⅰ)裂变产生由裂变产生的135Xe的数目为：ⅱ)135I衰变产生单位时间内，通过135I衰变产生

6、的135Xe数目为：ΔN2＝λI·NI47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟14Ⅱ.消失率ⅰ)135Xe的衰变在单位时间内，通过衰变消失的135Xe的数目为：ΔN3＝λXe·Nxeⅱ)吸收反应在单位时间内，通过发生吸收反应消失的135Xe的数目为：47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟15Ⅲ.135Xe的动力学方程根据以上的讨论，135Xe的动力学方程可写为：47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟16⑵平衡135Xe浓度由于135I和135Xe的半

7、衰期较大，同时对中子的吸收截面也很大，很快便可达到其平衡浓度（也称为饱和值）。当135I和135Xe达到平衡浓度时有：47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟17上式中的和为平衡时的135I和135Xe的浓度，从而有：求解上式可得：47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟18135Xe的浓度达到平衡时，其往堆芯引入的负反应性为：上式还可改写为以下形式：47.135Xe中毒2021/9/9哈尔滨工程大学核科学与技术学院李伟19从上式可以看出，反应堆的平衡135Xe浓度与运行功率水平是相

8、关的：Φ越大，越大，并且有一极限值，大小为：135Xe对热中子的吸收截面约为2.7×106b，其半衰期约为9.14h，从而可得：47.135Xe中毒2021/9/9