核反应堆物理分析第7章.ppt

停堆后149Sm浓度随时间变化 停堆后149Sm和149Pm的浓度随时 间变化方程为： 停堆后149Sm浓度随时间而增加， 反应堆再次启动后平衡149Sm浓 度又将恢复。若停堆前中子通量 密度比较低，则第二项比较小， 这时停堆后的149Sm浓度基本保持不变。 运行在不同中子通量密度情况下，停堆 后149Sm的积累及重新开堆后的烧损 7.3 反应性随时间变化与燃耗深度 7.3.1 反应性随时间变化与堆芯寿期 一个新堆芯,初始剩余反应性比较大, 随着运行时间的增加,堆内裂变材料的消耗和裂变产物的积累,剩余反应性将逐渐地减少。一个新装料堆芯从开始运行到有效增殖因子降到1时，反应堆满功率运行的时间称为堆芯寿期。 为了确定堆芯寿期，需要进行燃耗计算，即计算在无控制毒物的情况下，堆芯有效增殖因数随时间的变化关系。 通常采用数值方法计算，将时间分成许多燃耗步长，将堆芯分成若干个燃耗区，如对压水堆每个组件为一个燃耗区。 燃耗计算的主要内容和步骤如下： 空间扩散计算 根据初始条件进行堆芯燃耗区群 常数计算、得到中子通量密度分布、 有效增殖因子等。 燃耗计算 根据以上求得的中子通量密度分布 和各元素的原子核密度作为初始条件， （1）求解方程（7-5），求出燃耗步 长末各种重同位素的核密度（2）计 算平衡氙及最大氙浓度及其对反应性 的影响（3）求出步长末其它裂变产 物的核密度等。我们可以求出每个燃耗 步长末堆芯的有效增殖因子，中子通量 密度和功率分布以及每个燃耗区各同位素成分的浓度。上述计算 需要交替进行直到最后得到有效增殖因子随时间的变化曲线。 燃耗计算主要步骤示意图 图7-19给出压水堆考虑 平衡氙中毒和最大氙中 毒后有效增殖因数随燃 耗深度变化的计算曲线。 最大氙浓度的情况下的堆芯寿期（ TL1 ）要比平衡氙浓度 的情况下的堆芯寿期（ TL2 ）短。t≤TL1时，反应堆停堆后随 时可以启动；TL1 ≤ t≤ TL2，反应堆停堆后在某一段时间内 （强迫停堆期间）不能启动。 有效增殖因数随燃耗深度变化曲线 图7-19给出压水堆考虑 平衡氙中毒和最大氙中 毒后有效增殖因数随燃 耗深度变化的计算曲线。 反应堆在名义功率 下运行的天数称为满功 率天EFPD: P0为核电厂的名义功率， C为该循环的容量因子。 最大氙浓度的情况下的堆芯寿期（ TL1 ）要比平衡氙浓度 的情况下的堆芯寿期（ TL2 ）短。t≤TL1时，反应堆停堆后随 时可以启动；TL1 ≤ t≤ TL2，反应堆停堆后在某一段时间内 （强迫停堆期间）不能启动。 有效增殖因数随燃耗深度变化曲线 7.3.1 燃耗深度 燃耗深度是装入堆芯的单位重量核燃料所产生的总能量的一种度量，是燃料贫化程度的量度。常见的燃耗深度有以下三种表示方式： 装入堆芯的单位质量燃料所发出的能量，J/kg。核工程中，习惯以装入堆内每吨铀所发出的热能作为燃耗单位，即MW?d/t，1 MW?d/t=86.4 MJ/kg，燃耗深度以BU表示为 燃耗掉的易裂变同位素质量（WB）和装载的易裂变同位素质量(WF)的比值 燃耗掉的易裂变同位素的质量WB(kg)与装载的燃料质量 WU(t)的比值。 在动力堆中，通常都是用第一种方式表示。这三种表示方式 之间存在下列关系： 其中B为每发出1MW ? d能量所消耗易裂变同位素的质量(kg)， c5 为核燃料中易裂变同位素的初始富集度。 从堆芯中卸出的燃料所达到的燃耗深度称为卸料燃耗深度。 反应堆初始剩余反应性影响燃耗深度，初始剩余反应愈大， 可燃耗时间越长。实际上最大燃耗深度主要是受燃料元件材 料性能影响。 每个燃料组件的燃耗深度都不同，通常用平均燃耗深度 来 表示该批燃料的燃耗状态。平均燃耗深度关系核电厂的经 济性，改善措施有： 不同富集度核燃料分区装料。 采用化学补偿液和可燃毒物提高过剩反应性和展平功率 分布。 采用稳定性好的燃料形式，二氧化铀、碳化铀。 选用稳定性好、吸收截面小的材料作燃料元件的包壳材 料，如锆合金 改进加工工艺、提高加工精度等。 7.4 核燃料的转换与增殖 可以作为反应堆燃料的易裂变同位素有235U、239Pu、 233U, 其中只有235U在自然界中天然存在。天然铀中235U的含量为0.715%，238U为99.285%。我们可以将不易裂变天然铀中238U或232Th转换成易裂变的同位素239Pu、 233U。 在反应堆中主要的核燃料转换过程有两类。一是将238U转换成2