第八章：温度效应与反应性控 制
核反应堆工程原理
温度效应与反应性控制
温度效应与反应性控制
温度效应与反应性控制
反应性系数
反应堆的反应性相对于反应堆的某一个参数的变化率称 为该参数的反应性系数。 如：反应性相对于温度的变化率称为反应相的温度系数； 相对于功率的变化率称为功率系数等。 参数变化引起的反应性的变化将造成反应堆中子密度或 功率变化，该变化又会引起参数的进一步变化，这样就 造成了一种反馈效应。反应性系数的大小决定了反馈的 强弱。 为了保证反应堆的安全运行，要求反应性系数为负值， 以便形成负反馈。
反应性控制的任务和方式
反应性控制的任务和方式
反应性控制的任务和方式
反应性控制的任务
反应性控制的任务
反应性控制的方式
反应性控制的方式
根据上述控制方法，目前反应堆采用的反应性控制方式 主要有如下三种：
① 控制棒控制； ② 固体可燃毒物控制，主要用于补偿Fra bibliotek分初始过剩反应
性； ③ 化学补偿控制，主要在冷却剂中加入可溶性硼酸溶液
燃料温度系数
此外，燃料温度系数与燃料燃耗也有关系。在低富集铀 为燃料的反应堆中，随着反应堆的运行，239Pu和240Pu不 断地积累。240Pu对于能量靠近热能的中子有很强的共振 吸收峰，它的多普勒效应使燃料负温度系数的绝对值增 大。在核反应堆物理设计时，通常必须计算堆芯运行初 期和运行末期在不同功率负荷情况下的燃料温度系数。
慢化剂温度系数
慢化剂负温度系数有利于反应堆功率的自动调节。例如 在压水动力堆中，当外界负荷减小时，汽轮机的控制阀 就自动关小一些，这就使进入堆芯的水温度升高。当慢 化剂温度系数为负值时，反应堆的反应性减小，功率也 随之降低，反应堆在较低功率的情况下又达到平衡。同 理，当外界负荷增加时，汽轮机的控制阀自动开大一些， 这就使进入堆芯的水温下降，反应堆的反应性增大，功 率随之升高，反应堆在较高的功率下又达到平衡。
慢化剂温度系数
由单位慢化剂温度变化所引起的反应性变化称为慢化剂 温度系数。由于热量是在燃料棒内产生，热量从燃料棒 通过包壳传递到慢化剂需要一段时间，因而慢化剂的温 度变化要比燃料的温度变化滞后一段时间。所以，慢化 剂温度系数滞后于功率的变化，故慢化剂温度系数属于 缓发温度系数。
慢化剂温度系数
慢化剂温度系数
反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影 响
反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影 响
反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影 响
反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影 响
反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影 响
反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影 响
为了进一步说明温度系数 对反应堆稳定性的影响， 图8-1表示在不同温度系 数的情况下。
来补偿过剩反应性。
反应性控制的方式
反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影 响
➢当反应堆内引入一个阶跃正反应性之后，反应维的功率随时间变化情况
可高由。以此从图可上见看出，，负在温温度度系系数大数干对零的反情应况维下，的反调应堆节的和功运率将行很安快地全升
➢都当温具度有系重数小要于的零且意它义的。绝对压值水很小维时物，理同时设热计量导的出基又本足够准快则的情之况 下渐一， 地，反升应高便堆，是的反功应要率堆保在的证开反始应温时 性度也 逐较 渐系快 地数地 减上 小必升 。须。 当为但 反功 应负率 堆值上 的升 功。使率反上应升堆到的某温一度水逐平，
燃料温度系数
燃料温度系数
燃料温度系数
当反应堆的功率发生变化时，燃料温度立即发生变化， 而慢化剂温度还来不及发生变化。这时在(8-6)式中只有 I随燃料温度而变化。把(8-6)式代人(8-5)式使得到
当燃料温度升高时，有效共振积分增加，即dI/dTF〉0。 所以在以低富集铀为燃料的反应堆中，燃料温度系数总 是负的。图8-2给出某压水堆燃料温度系数与燃料温度的 关系。
温度效应所引起的负反应性刚好等于引入的正反应性时，反应堆就在这一 功率水平下稳定运行。 ➢在温度系数小于零且它的绝对值又很大，同时热量的导出不够快的情况 下，反应堆的功率开始时也较快地上升。由于导热不快，所以反应推的温 度增加很快，反应推的正反应性很快地就下降到零以下。这时，反应堆就 处于次临界状态，反应堆的功率开始下降，温度也随之下降。温度下降所 引起的正反应性使反应堆的反应性开始上升。当功率下降到某一值时，反 应堆的反应性刚好为零，这时，反应推就在这一功率下稳定地运行。
其他反应性系数
其他反应性系数
其他反应性系数
其他反应性系数
其他反应性系数
从核电厂运行的角度看，更有意义的是功率系数的积分 效应，即功率亏损，这里的亏损指的是反应堆功率升高 时，向堆芯引入了负的反应性，是反应性亏损了。功率 亏损ΔρPD指从零功率变化到满功率时反应性的变化
d P0
dP P0表示满功率。从上P式D可以看0出，反应堆功率升高时，
dP dρ/dP一般为负。由于功率亏损一定得向堆芯引入一定
量的正反应性来补偿功率亏损引入的负反应性，才能维 持反应堆在新的功率下稳定运行，这是非常重要的一点。
温度系数的计算
上面定性地分析了影响反应堆温度系数的各种因素，但 温度系数的具体计算是比较复杂的。实际上需要对反应 堆作不同温度T下的临界计算。计算时，首先计算在不同 的燃料或慢化剂温度条件下堆芯的群常数，然后利用堆 芯扩散计算程序，对反应推进行临界计算，直接计算出 在不同的燃料或慢化剂温度下的有效增殖系数keff(T)， 求出Δk和ΔT的比值，从而求得温度系数。
温度系数的计算
以这种方法所计算出的结果是指在所计算的温差范围内 的平均温度系数。计算的准确度与所取的温差大小有关。 一般说来，所取的温差越小，计算所得的温度系数精度 越高。但是，当温差很小时，有可能在这个温差下计算 的Δk与k本身的计算误差相当，反而影响计算的准确度。 虽然采用提高临界计算精度的方法能改善Δk计算的准确 度，但由于在有效增谊系数的计算中存在着固有的计算 误差，这样就限制了温度系数计算的准确度。在这种情 况下，采用微扰理论方法来计算温度系数是比较合适的。