第7 章7.3-7.5控制棒控制(核反应堆物理分析)ppt课件.ppt

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1、8.3控制棒控制反应性控制的三种方式7.3.1控制棒的作用和一般考虑控制棒主要用于控制反应性的快速变化，主要用于控制下列因素引起的反应性变化燃料棒的多普勒效应慢化剂的温度效应和空泡效应变工况时，瞬态氙效应硼冲稀效应热态停堆效应压水堆中控制棒所必须控制的反应性一般在0.07-0.1左右控制棒材料选择：具有较大的中子吸收截面。如压水堆采用Ag(80%)-In(15%)-Cd(5%)合金作控制棒材料。镉热中子吸收截面很大，银和铟在超热能区具有较大的共振吸收峰具有较长的寿命。要求单位体积中含吸收体核子数要多，而且吸收中子后形成的子核也具有较大吸收截面，使得其吸收能力不会受自身燃耗的影响。如1

2、77Hf俘获中子后形成178Hf，然后形成179Hf，它们都具有较大的共振吸收截面。具有抗辐照、抗腐蚀和良好的机械性能，价格便宜常用的控制材料是铪、镉、银-铟-镉、硼及钆、铒、铕、钐等稀土元素7.3.2控制棒价值的计算控制棒的价值：指的是堆内有控制棒存在和没有控制棒存在时的反应性之差中子价值：用来描述堆芯不同位置中子的重要性的物理量。用φ*(r)表示中子价值。表示在r处，每秒消除或产生一个中子引起反应堆反应性的减小或增益。显然，控制棒的价值不仅与被吸收的中子数有关，还与被吸收中子的价值φ*(r)有关。对单群模型,φ*(r)和中子通量密度分布函数φ(r)是相同的,即φ*(r)=φ(r)

3、。所以控制棒的价值与控制棒插入处的中子通量密度的平方成正比，即Δρ∝Φ2(r)控制棒插入深度对控制棒价值的影响控制棒插入前，堆芯单群方程：将控制棒插入芯部，宏观吸收截面由变为中子通量密度的单群方程为：利用将前面两式分别乘以Φ’,Φ积分相减得：在反应堆表面上Φ’和Φ均为零，得：由Δρ=δ((k-1)/k)=-δ(1/k),有得：对裸圆柱形反应堆：得：控制棒积分价值当控制棒从一初始参考位置插入到某一高度时，所引入的反应性。参考位置选择堆芯顶部：则插棒向堆芯引入负反应性。随着棒不断插入，引入的负反应性也越大参考位置在堆底（全插位置）：向上提棒引入正的反应性，提得越高引入的正反应性越大定义：

4、控制棒在堆芯不同高度处移动单位距离所引起的反应性变化，其单位常用PCM/cm。控制棒微分价值控制棒的微分价值是随控制棒在堆芯内的移动位置而变化的。控制棒之间的干涉效应原因：当一根控制棒插入堆芯后将引起堆芯中中子通量密度分布的畸变，势必会影响其它控制棒的价值。干涉效应：多根控制棒同时插入堆芯时，总价值并不等于各根控制棒单独插入时价值的和。这种现象称之为控制棒间的相互干涉效应。控制棒的价值是与其所在处中子通量密度的平方成正比。控制棒2插在第一根控制棒附近的d1处，其价值比单独插人时要低；插在较远的d2处，其价值比它单独插人时要高。同理，第二根控制棒的插人也要使中子通量密度分布发生畸变，影

5、响到周围控制棒的价值。相距较近时，同时插入的总价值小于单独插入价值的和相距较远时，同时插入的总价值大于单独插入价值的和考虑到干涉效应，设计时应使控制棒间距大于热中子扩散长度控制棒价值的影响因素有哪些因素影响控制棒价值？慢化剂温度：温度升高，密度降低，中子更容易穿过慢化剂，达到控制棒，控制棒价值升高慢化剂中的硼浓度：浓度升高，能谱硬化，超热中子增多，Ag-In-Cd控制棒对超热中子有很大吸收截面，控制棒价值变大。燃耗：燃耗增加，裂变产物不断积累，吸收热中子也导致能谱变硬，控制棒价值变大。控制棒插入不同深度对价值的影响插入深度对价值的影响：当控制棒位于靠近堆芯顶部和底部时，控制棒微分价值

6、很小并且与控制棒的移动距离呈非线性关系；当控制棒插人到中间一段区间时，控制棒的微分价值比较大并且与控制棒的移动距离基本上呈线性关系。根据这一原理，反应堆中调节棒的调节带一般都选择在堆芯的轴向中间区段。这样，调节棒移动时所引起的价值与它的插人深度呈线性关系控制棒插入不同深度对堆芯功率分布的影响在主要靠控制棒控制的反应堆中，堆芯寿期初，有较大的过剩反应性，控制棒插人比较深。在有控制棒的区域中，中子通量密度和功率都比较低，但由于要保持整个堆芯的总功率输出为常数，因此在没有控制棒的底部，形成一个中子通量密度峰值，如图7.12所示。在中子通量密度高的区域，燃料的燃耗很快。随着反应堆运行时间的加

7、长，控制棒不断地向上移动，到堆芯寿期末时，控制棒都已提到堆芯的顶部，中子通量密度的峰值和功率的峰值也逐渐地向顶部方向偏移。8.4可燃毒物控制7.4可燃毒物控制可燃毒物：在反应堆运行过程中吸收中子而燃耗的中子吸收体可燃毒物的重要性首次装料的压水堆，由于是新燃料，剩余反应性特大。化控受硼浓度不能超过1400ppm的限制，需要增加控制棒数目。这将增加很多驱动机构装置，在压力容器封头上要开更多孔，结构强度不许可，况且机构越多出现问题的可能性越大。另外，只在第一次装