第三章反应堆物理分析D.ppt
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核反应堆工程设计3.11~3.13节 3.11反应性控制 反应性控制的任务,方法及要求 控制棒 化学补偿和固体可燃毒物 3.11.1 反应性控制的任务: 启动,停堆,改变功率 补偿过剩反应性 维持功率水平 保证反应堆安全 反应性的控制主要通过改变有效增值因素来实现 (1)改变核燃料含量 (2)改变中子慢化能力 (3)改变中子泄露损失 (4)改变堆内吸收 压水堆的控制方式: 控制棒 液态化学补偿 固体可燃毒物 采用这三种方式向结合的控制,主要是因为初始剩 余反应性较大,当反应堆从冷态到热态补偿的负温 度系数较大,控制棒的效率低,中子通量分布不均 匀,功率峰因子增大,限制堆功率输出。 控制毒物的价值 剩余反应性 停堆深度 反应性控制的具体要求: 控制系统能有效地控制堆芯可能出现的最大剩余反应性,冷停堆深度小于限定值。 在任何工况下都能利用控制棒热态停堆,且当最大价值的控制棒完全不能插入时,停堆深度小于限定值。 具有抑制功率振荡(氙振荡)的能力。 具有良好的自稳调节能力,慢化剂温度系数不出现正值。 反应性引入率限定在设计值内。 反应堆具有持续停堆能力,停堆后的堆芯的在任何时刻的任何位置应保持次临界。 初始剩余反应性由燃料的装载量,富集度,燃料元件棒径及铀水比决定,同时也受堆芯结构材料的影响。 3.11.2 控制棒:控制棒主要用于快变化的反应性控制,包括: 补偿多普勒效应 补偿冷态到热态的慢化剂温度效应 变工况时的瞬态氙效应 空泡效应 调节非计划的硼冲稀效应 热态停堆深度 控制棒的价值:微分价值:控制棒每移动单位距离时反应性的变化。积分价值:沿反应堆轴向插入深度为h时的价值。 3.11.3 化学补偿及固体可燃毒物 硼酸(H3BO3)具有较大的中子吸收截面,化学性能 稳定,没有腐蚀性,不会附着在堆芯部件上。通过 调节硼浓度来改变中子吸收截面,来控制反应性。 化学补偿主要控制慢的反应性变化,包括: 补偿由冷态到热态慢化剂温度效应引起的反应性变化 裂变燃料的消耗 平衡氙,钐等毒物引起的反应性变化 冷态停堆深度及冷态停堆换料深度 化学补偿的优点: 减少控制棒数目,使电厂反应堆具有较大的剩余反应性,减少换料次数提高经济效益。 降低功率峰因子,提高平均功率密度。 有了化学补偿控制,在正常运行期间,减少插入堆芯控制棒的数目,减少对功率畸变的影响。 缺点: 反应性变化控制较慢。 硼浓度大小对慢化剂温度系数有很大影响,为保证反应堆安全,必须限制硼浓度的大小,一般压水堆硼浓度不超过1300ppm。为了弥补不足,通常装入一定量的固体可燃毒物来协调。 可燃毒物的特点: 较大的中子吸收截面,且中子俘获后形成的产物其吸收截面尽可能小。 可燃毒物消耗所释放的反应性英语燃料消耗所减少的剩余反应性相匹配,使其在堆芯寿期末产生的负反应性可以忽略。 任务: 补偿一部分燃耗所需的反应性,随着反应堆运行可燃毒物与燃料一起消耗。 利用可燃毒物的合理布置,进一步展平堆内的功率分布。 3.12 堆内燃料管理 核燃料管理:指核燃料的取得,辐照,处理等各种 工艺过程的管理。分为以下三方方面: 燃料的前端管理(采矿,冶炼,转型,浓缩,元件制造) 堆内燃料管理(燃料装换,功率分布分析及反应性控制等) 燃料的后端处理(燃料的储存,输运,后处理及放射性废物处置) 压水堆内燃料管理: 目标:满足堆芯性能的限制条件,保证反应堆有足够安全性的前提下,力求单位能量的燃料成本最低。 任务:选择初始和更换的堆芯内燃料富集度的最佳分布,确定燃料装换方式;结合控制毒物确定控制棒最佳提棒顺序;尽量缩短反应堆换料与停产时间;提高卸料比燃耗,使燃料得到充分利用。 压水堆换料方式(富集度分区插花式): 3.13 核反应堆动力学 反应堆周期:中子密度变化e倍所需的时间。 缓发中子的作用:缓发中子的份额虽然少,但其缓发时间长,缓发效应大大增加了两代中子之间的平均寿命,从而滞缓了中子密度的变化率。所以缓发中子效应在研究反应堆的瞬态过程和反应堆控制时不可忽略。反应堆控制实际上正是利用了缓发中子的作用才得以实现。 点堆动力学方程的推导: 谢谢!! * * * * *
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