核反应堆物理分析第七章.ppt

《核反应堆物理分析第七章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、反应性随时间的变化反应性随时间的变化反应性随时间的变化本章主要问题包括：核燃料同位素成分的变化和燃耗；裂变产物同位素的生成与消耗；反应堆启动和停堆后135Xe和149Sm中毒随时间的变化；反应性随时间的变化；堆芯寿期、燃耗深度以及核燃料的转换与循环等问题。核燃料中重同位素成分随时间的变化7.1.1核燃料中重同位素的燃耗方程在反应堆的运行过程中，核燃料中的易裂变同位素(铀和钚)不断地燃耗根据粗赂的估计，一个电功率为1000MW的核电厂每天大约要消耗3kg左右的235U(或239Pu)；另一方面，可转换材料(如238U

2、或232Th)俘获中子后又可以转换成易裂变同位索(如239Pu或233U)；同时，由于裂变将产生300多种裂变产物；因此，核燃料中各种重同位素的核密度将随反应堆运行时间不断地变化。这种变化与所采用的燃料循环的类型有关。核燃料中重同位素成分随时间的变化铀钚燃料循环中重同位素燃耗链核燃料中重同位素成分随时间的变化应该指出，上图中所列出的燃耗链是经过了简化的，只保留了工程计算中有重要意义的一些核素，略去了一些半衰期较短或者吸收截面较小的中间元素的作用。上图中从238U到240Pu的实际链如下图所示。Np：镎Am：镅Cm：

3、锔核燃料中重同位素成分随时间的变化可以看出，这里我们忽略了239U，240U和240Np的作用。因为239U的吸收截面很小而半衰期又很短，所以绝大部分的239U都通过β-衰变成了239Np，而生成的240U是极少数的。同理，对其他的一些核素链也作了类似的简化，这样就简化成了7-1图中的链。核燃料中重同位素成分随时间的变化Pa：镤核燃料中重同位素成分随时间的变化对于裂变产物连，情况更为复杂。把由裂变反应直接产生的裂变碎片以及随后由这些碎片经过放射性衰变形成的各种同位素统称为裂变产物。它大约包括300多种放射性及稳定的

4、同位素。因此，要分别计算它们的浓度变化及其对反应性的影响是非常复杂和耗时的工作。在工程中，计算时一般只需要选取其中吸收截面大或裂变产额较大的一些主要同位素，如135Xe，149Sm等(吸收截面都大于104b)，单独进行计算。核燃料中重同位素成分随时间的变化对于其他的裂变产物，按其截面的大小及浓度随时间变化特性归并成两组“假想的集总裂变产物”(FP)：一组是吸收截面相对大一点，其浓度随运行时间的增加而缓慢的趋于饱和的，称之为慢饱和裂变产物(SSFP)；另一组是截面很小的非饱和裂变产物(NSFP)。核燃料中重同位素成分

5、随时间的变化对于这两组假想的裂变产物的产额及截面作如下处理：令其裂变产额γ=Σγi，而假想吸收截面则可根据经验数据或用该组裂变产物的吸收截面对其裂变产额进行加权平均而近似得到。例如，对于SSFP，核燃料中重同位素成分随时间的变化7.1.2核燃料中重同位素的燃耗方程若要准确的计算堆运行过程中燃料内成分的变化，首先必须建立这些同位素的燃耗方程，在图7-1和7-3的燃耗链和裂变产物链中，除241Am链和Pm-Sm-Eu链外，其他大部分都是按单独裂变产物处理。241Am链或Pm-Sm-Eu链，计算时可以予以线性化处理以简化

6、计算。如下图所示，同位素E的产生可转化成右边两个路径获得，计算时分别当作两个独立的链和核素处理，计算后再把结果相加。即核燃料中重同位素成分随时间的变化经过线性化后，可以对7-1和7-3图中的每个核写出其浓度的燃耗方程。为此对图中的核素依序给与一个编号，如下表所示。核燃料中重同位素成分随时间的变化这样，对其中每个核素，其燃耗方程如下:表示由于同位素i-1的吸收中子或由于衰变而导致同位素i的产生率表示由于同位素吸收中子和衰变而引起的总消失率表示由于裂变反应引起的产生率核燃料中重同位素成分随时间的变化核燃料中重同位素成分

7、随时间的变化在实际计算中，通常采用一些近似方法来解决上述问题。首先，把堆芯划分成若干个子区，称为燃耗区。在每个燃耗区内，中子通量密度和核子密度随空间位置变化不大，可以认为等于常数，或可以用它们在该区的平均值近似代替。这样，在给定的燃耗区内中子通量密度和核子密度就不再是空间的函数；其次，把运行时间t也分成许多的时间间隔，每一时间间隔(tn-1,tn)称为燃耗时间步长。由于运行的反应堆内堆芯成分的变化并不很快，中子通量密度的空间分布形状随时间的变化很缓慢，所以时间步长可以取到长达几个星期或更长。在每个时间步长中，可以近

8、似认为中子通量密度不遂时间变化而等于常数。这样，就在每个燃耗步长每消去了中子通量密度函数φ对自变量t的依赖关系。核燃料中重同位素成分随时间的变化做了上述假设后，对于给定的燃耗区，在给定的燃耗步长内，燃耗方程便可以简化为常系数的常微分方程组核燃料中重同位素成分随时间的变化同时，方程(7-2)是一组耦合方程组，为了解析求解的方便，可以进一步加以线性化。为此，令核