第5章-温度效应和反应性控制.ppt

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图5-18表明 在堆芯寿期初期,可燃毒物中的中子通量密度大大低于慢化剂-燃料中的中子通量密度,这时可燃毒物的自屏效应很强,自屏因子fs值很小,可燃毒物的有效微观吸收截面也很小,因此有效增殖因数偏离初始值的程度也较小。但是随着反应堆的运行时间的增长,可燃毒物不断地燃耗,自屏效应逐渐地减弱,fs值逐渐地增大而趋近于1,可燃毒物的有效微观吸收截面也逐渐地增大,可燃毒物的燃耗也更快。在堆芯寿期末期,堆芯内可燃毒物的残留量很小,因而对堆芯寿期并没有显著的影响。 * 图5-19 可燃毒物对有效增殖因数的影响 * 图5-20 有、无可燃毒物管时化学控制硼浓度随运行时间的变化 * 5.5 化学补偿控制 反应堆的初始剩余反应性比较大,因而在堆芯寿期初,在堆芯中必须引入较多的控制毒物。但是这些毒物随着反应堆的运行,剩余反应性的不断减少,为了保持反应堆的临界,必须逐渐地从堆芯中移出多余的控制毒物。由于这些反应性的变化是很慢的,所以,相应的控制毒物的变化也是很慢的。这部份的反应性通常是通过化学补偿毒物(硼浓度)和增加可燃毒物棒来控制的。 * * 化学补偿控制 化控优点: 化学补偿剂溶解在一回路冷却剂内,所以整个堆芯的反应性效应,比较均匀,相比只用控制棒控制,反应堆可以在较为平坦的轴向通量分布和功率分布下运行。 这提高了堆芯的平均功率密度,从而在堆芯任何区域都不接近设计的热限值的情况下提高堆芯的功率输出。 均匀的功率分布还产生均匀的燃耗及得到最佳的燃料利用。 化控不占栅格位置,不需要驱动机构,从而可以简化反应堆的结构,提高反应堆的经济性等。 * 化控缺点: 变化慢; 增加了一套附加设备和系统; 水中硼浓度的大小对慢化剂温度系数有显著的影响。当水的温度升高时,水的密度减少,单位体积水中含硼的核子数也相应减少,因而引入一个正反应性。因此随着硼浓度的增加,慢化剂负温度系数的绝对值越来越小。当水中硼浓度超过某一数值时,有可能使慢化剂的温度系数出现正值,影响反应堆的安全运行,如图5-21所示; 同时由于核反应中出现的α和7Li均为强电离粒子,会使水电离产生H2和O2,它们对结构材料有腐蚀作用。 * 补偿慢变化的反应性 (1)燃耗、裂变产物的反应性效应; (2)从冷态到热态零功率过渡过程中的慢化剂温度效应; (3)135Xe,149Sm的中毒效应。 * 硼的特性 硼酸化学性能稳定。不易燃烧,不易爆炸,无毒,用于核电厂是安全的。 硼酸是一种弱酸,易溶于水,在水中不易分解。说明对冷却剂的pH值影响较小,不会增加冷却剂系统的腐蚀速率。 10B的吸收截面较大。 * 图5-21 慢化剂温度系数与慢化剂温度的关系 * 图5-22 临界硼浓度随燃耗深度变化曲线 * 图5-23 PWR慢化剂温度系数随燃耗深度的变化 * 5.5.2 硼微分价值 定义为堆芯冷却剂中单位硼浓度变化所引起的堆芯反应性变化量 微分价值总是负值,其大小(绝对值)随硼浓度的增加、燃耗深度和慢化剂温度的增加而减少。图5-24和图5-25给出了某PWR反应堆堆芯寿期初(BOL)和寿期末(EOL)的典型的硼微分价值曲线。 * 图5-24 BOL下典型的硼微分价值 * 图5-25 EOL下典型的硼微分价值 * 图5-26 堆内中子能谱的硬化 * 5.5.3 硼的稀释和硼化 ,硼的浓度的变化主要用于补偿时间过程较慢的那些反应性变化。运行中,硼的浓度要根据运行的需要,可能增加(硼化),也可能降低(稀释)。 * 特点 硼的稀释和硼化有下列一些特点 : 由于硼浓度的变化需要一个过程,因此具有明显的滞后性。 在硼的稀释过程中,在不同的硼浓度下降低同样的硼浓度,所需要的稀释水的量也不一样。因此,硼浓度变化大和稀释用水量大,这限制了EOL时的功率增长速率。 * 图5-11 厚度为0.5厘米的铪片对不同能量中子的吸收份额 * 表5-6 Ag,In,Cd的核特性 * 同位素 丰度/% σa/b 共振 吸收 能量/eV σa/b 113Cd 12.3 20 000 0.18 7200 113In 4.2 12 - - 115In 95.8 203 1.46 30000 107Ag 51.8 457 16.6 630 109Ag 48.2 92 5.1 12500 图5-12厚度为0.5厘米的Ag、In和Cd片以及Bi-T合金对不同能量中子的吸收份额 * 硼 同位素硼,主要是10B,它的丰度为18.8%,热中子吸收截面较高达3838靶。一般采用浓缩硼包以不锈钢包壳。常采用B4C烧结块,外面有不锈钢做包壳以增加强度。另外可以做成B-S.S。由于硼吸收中子的机理是通过(n,α)反应实现的,因而燃耗较大,产生的α粒子影响材料的晶间腐蚀。田湾核电厂的控制棒采用 B4C烧结块。 * 不锈钢 在AP1000

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