chapter09反应性系数.ppt

反应性系数反应性系数岗前培训（岗前培训（70学时）学时）2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟0E51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟1反应性系数反应性系数在反应堆运行当中，堆芯的反应性受到许多因素的影响。为了定量的描述这些量对反应性的影响，引入反应性系数的概念。【定义】反应性系数当参数x发生变化单位变化时，引起的反应性的变化，其表达式为：51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟2反应性温度系数反应性温度系数温度效应温度效应运行过程中，堆芯各点的温度存在差异；当堆芯功率变化时，堆芯温度也会发生变化。反应堆启动过程中，燃料和冷却剂的温度变化更大。温度变化时，相应物理参数也会变化，影响到有效增殖系数和反应性的变化。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟3【定义】反应性的温度效应因反应堆温度变化而引起的反应性发生变化的效应。温度效应可用反应性温度系数来度量。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟4反应性温度系数反应性温度系数【定义】反应性温度系数当反应堆温度发生单位变化时，导致的反应性的变化，其表达式为：将反应性的定义式代入可得：51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟5如果反应堆偏离临界的程度非常小，那么有：在以后的讨论中，将上式当作反应性温度系数的定义。反应性温度系数的单位为：。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟8.负微扰负微扰对于负微扰，T降低，即T0，因而0时，如果往堆芯引入一个负的微扰，将会受到一个正反馈，使得堆芯的温度和反应性不断下降，直到最后反应堆停堆。【总结】对于具有正温度系数的反应堆：一旦受到扰动，除非采取相应的控制措施，否则反应堆无法返回原来的稳定状态；对于T0的反应堆，其具有固有的不稳定性。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟10 T 0：由于T0，从而0，即反应性减小；Keff1/(1)，因而Keff变小；中子通量密度变小；反应率R降低；51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟11堆芯功率P降低；温度T降低。可见，当T0时，往堆芯引入一个正的扰动，将会受到一个负反馈，堆芯的反应性会降低，使得反应堆回复到扰动前的状态。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟12.负微扰负微扰引入一个负微扰，T降低，即T0：由于T0，反应性增加；Keff1/(1)，因而Keff变大；中子通量密度变大；反应率R增加；堆芯功率P升高；温度T升高。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟13当T0时，往堆芯引入一个负的扰动，将会受到一个负反馈，堆芯的反应性会增加，从而使得反应堆回复到扰动前的状态。【总结】对于具有负温度系数的反应堆：其具有自我调节的功能（负反馈性）；T0的反应堆具有固有稳定性，这对反应堆的安全是有利的。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟14自动跟踪负荷自动跟踪负荷对于T0的反应堆，其还具有自动跟踪负荷的“自调性”。反应堆二回路负荷发生增加较小的值：从一回路取走较多热量；入口水温降低；堆芯平均温度降低；反应性增加；功率升高。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟15【总结】对于具有负温度系数的反应堆：其具有自动根据二回路负荷自动调整堆芯功率水平的能力；这种能力是有局限性的，只能在一定范围内起作用。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟16总结总结根据以上分析，无论从反应堆安全或功率控制的角度来看，具有负温度系数的反应堆都具有明显的优点。在设计和运行当中，都要求反应堆必须具有负的温度系数。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟17温度系数大小的影响温度系数大小的影响【问题】T0：由于T0，从而0，即下降；由于|T|很大，因而很快就降到0以下；此时反应堆的功率开始降低，T也随之下降；由于T0，再次增加；当功率降到某个较低的水平时，恰好为0，此时反应堆就在该功率水平下稳定运行。这种现象称之为功率“过调”现象。51.反应性温度系数反应性温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟20|T|较小，导热较好较小，导热较好随着反应堆功率逐渐增加，温度T也随之逐渐上升，即T0：由于T0核燃料温度系数的正负便由决定。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟29Doppler效应效应与核燃料的温度效应密切相关的，主要是共振吸收的Doppler效应。核热运动的影响核热运动的影响.共振吸收截面共振吸收截面当入射中子的能量为某些特殊值时，靶核对中子的吸收截面会急剧增加，这种现象称为共振吸收。发生共振吸收时，入射中子的能量称为共振能量，用E0表示。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟30在共振能量附近，反应的微观截面可近似用下式表示：上式中：E0为中子的共振能量；E为中子的入射能量；为能级宽度。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟31在上式中，假定靶核是静止的。实际当中显然不是这样，靶核也在做着无规则的热运动。用入射中子和靶核的相对运动动能Er代替上式中的E，从而有：53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟32.靶核运动的影响靶核运动的影响)对峰值的影响对峰值的影响如果靶核静止，当入射中子（在L系中）的能量为EE0时，取最大值：(E0)0当靶核热运动比较明显时，有：ErE0orErE053.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟33无论是哪一种情况，都将导致：0表现在曲线上，就是使得峰值减小。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟3453.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟35)对其它点的影响对其它点的影响对于EE，从而会比(E)大；对于一部分中子，其ErE0处的情况，可以得到相同的结论：靶核的热运动使得该点处的吸收截面比(E)大。【总结】靶核运动总的结果就是使的截面曲线的峰值降低，曲线展宽。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟38Doppler效应效应当介质（核燃料）的温度越高时：靶核运动的速度越快，Etar也越大；对于单一能量入射的中子的相对运动动能的展宽也越大；共振吸收截面曲线的峰值降得更低，展宽（延伸）的更加厉害。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟39这种共振吸收截面随温度升高而峰值降低，曲线展宽的现象称为Doppler效应。Doppler效应有一个基本特性：当共振曲线随温度发生变化时，曲线下的面积不变。即：53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟40Doppler效应对核燃料温度系数的影响效应对核燃料温度系数的影响对于共振能区核燃料中的238U对中子的共振吸收率为：上式可以将其写成：53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟41对于吸收率中右边的第二项，有：当温度升高时，核燃料的体积膨胀可以忽略不计，即不变，从而有：53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟42当核燃料的温度增加时，共振峰的高度将会降低、宽度增加，落在共振峰能量范围内的中子通量密度要增加，即会变大。因而有：当温度增加时，单位时间、单位体积内被238U共振吸收的中子数也随之增加，中子逃脱共振吸收几率p减小：53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟43从而核燃料的温度系数为：核燃料的温度系数总是为负值。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟44核燃料温度系数的特点核燃料温度系数的特点对于核燃料温度系数，其特点有以下几点：.瞬时性瞬时性由于堆芯能量主要是通过核燃料里面的裂变反应产生的，因此核功率的任何变化，将会迅速的使核燃料的温度发生变化。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟45.反应性效应大反应性效应大核燃料温度系数的绝对值较小；核燃料从0功率水平至满功率过程中，其温度变化较大（450600）。.始终为负值始终为负值53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟46核燃料温度系数核燃料温度系数 的影响因素的影响因素.燃料的有效平均温度燃料的有效平均温度Teff核燃料的温度系数与核燃料的温度相关：核燃料的温度越高，其发生单位变化时，即引入的负反应性越小；温度越高，共振峰的进一步展宽对反应性造成的影响越弱。当温度较高时，核燃料温度系数的绝对值较小。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟47.燃耗燃耗随着燃耗加深：238U逐渐消耗，其对中子的共振吸收减弱，使得核燃料温度系数的绝对值变小；由于238U发生反应，不断的产生240Pu，其对中子的共振吸收较强，使得核燃料温度系数的绝对值变大。上述两个因素的影响是相互竞争的。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟48加上随核燃料温度Teff变化，因此随燃耗的具体行为是比较复杂的：如果核燃料温度Teff较低，此时240Pu对中子的共振吸收比较厉害，从而随着燃耗的增加，在EOL时的比BOL时的要大。如果核燃料的温度Teff较高，此时240Pu的共振吸收峰由于Doppler效应展宽，那么238U不断消耗的影响将占主导，在EOL时的比BOL时的要小。53.核燃料温度系数核燃料温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟4954.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟50慢化剂温度系数慢化剂温度系数对于慢化剂温度系数，其定义为：有效增值系数的六因子公式为：KefffpPFPT当慢化剂温度变化时：PT、受到的影响较小；、f、p和PF受到的影响较大。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟51慢化剂温度系数慢化剂温度系数当慢化剂的温度发生变化时，对慢化剂的主要影响是其密度会发生变化，从而导致单位体积内慢化剂的核子数N发生变化。这将使得慢化剂相关的宏观截面x发生变化，这里分为a和s来考虑。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟52a减小减小a减小，使得慢化剂对中子的吸收减弱。从而：对于采用U做核燃料，水做慢化剂的反应堆，NM/NF可记为NH2O/NU，称为水铀比。其与反应堆的几何结构（燃料棒直径、燃料棒间距、栅格间距等）相关。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟53温度升高时：核燃料的体积膨胀可以忽略，即NU是不变的，从而水铀比下降；热中子的有效利用系数f增加；从物理上理解，因为慢化剂减少，慢化剂对中子的吸收随之减弱，从而热中子利用系数f增加。因此从这方面看，其对反应性的贡献是正的。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟54s减小减小.对对p的影响的影响s减小，意味着：慢化剂对中子的慢化能力s减弱；反应堆中子能谱变硬；核燃料对中子的共振吸收加强；中子的逃脱共振俘获几率p减小。从这方面看，其对反应性的贡献是负的。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟55.对对的影响的影响当s减小时，有：其慢化能力减弱；对于能量在1.1MeV之上的裂变中子，其可能要经过较多次的散射才能被慢化至1.1MeV能量之下；对于能量在1.1MeV之上的裂变中子，其有较大的几率引发238U发生快中子增殖。从这个角度看，其对反应性的贡献是正的。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟56.对对PF的影响的影响当s减小时，有：慢化剂的慢化能力s下降；快群中子的泄漏几率随之增加，即快中子不泄漏几率PF将减小。从这个角度看，其对反应性的贡献是负的。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟57慢化剂的温度系数的正负慢化剂的温度系数的正负对于采用水做慢化剂的反应堆：慢化剂温度系数的正负由上面的几个因素竞争决定；一般而言，压水堆的慢化剂温度系数为负值。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟58水铀比的选择水铀比的选择Keff随水铀比的变化随水铀比的变化当水铀比较大时，慢化剂比例较大；中子被充分慢化，共振吸收较弱，因此p较大；慢化剂对中子的吸收也较强，即f较小。当水铀比较小时，慢化剂比例较小：中子没有被充分慢化，共振吸收较强，因此p较小；慢化剂对中子的吸收也较弱，即f较大。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟59慢化剂的温度效应对有效增殖系数的影响可以通过KeffNH2O/NU图表现出来。根据上面的分析，KeffNH2O/NU曲线应当是中间高、两端低的形状，即Keff存在一个最大值。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟6054.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟61将Keff取最大值时的水铀比称为最佳水铀比。以最佳水铀比为分界点：对于左边的区域，NH2O/NU较小，此时慢化剂比例较少，中子未能被充分慢化，将这个区域称为欠慢化区；对于右边的区域，NH2O/NU较大，此时慢化剂比例较大中子能够被充分慢化，将这个区域称为过慢化区。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟62水铀比的选择水铀比的选择【问题】如果仅从Keff的取值或中子慢化的角度来看，显然在设计反应堆时，将NH2O/NU选择在最佳水铀比或者过慢化区比较好。但事实是否如此？54.慢慢化化剂剂温温度度系系数数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟6354.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟64.选在过慢化区选在过慢化区当慢化剂的温度升高时，慢化剂的密度发生减小，而核燃料的密度基本不变，这相当于水铀比变小。如果反应堆设计时，水铀比选择在过慢化区，那么当慢化剂温度T升高时：水铀比NH2O/NU降低；根据KeffNH2O/NU曲线，Keff此时会增加；反应性增加；54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟65核反应率R升高；堆芯功率P升高；从而使得温度T进一步升高。即此时的。显然，这对反应堆的安全是不利的。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟66.选在欠慢化区选在欠慢化区NH2O/NU应当选在欠慢化区。此时将使得慢化剂温度系数为负值。【问题】NH2O/NU能否选为最佳水铀比？54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟67化学添加剂的影响化学添加剂的影响化学添加剂对慢化剂温度系数的影响化学添加剂对慢化剂温度系数的影响压水堆的慢化剂中一般均加有化学毒物。其作用是通过化学毒物对中子的吸收来调节反应堆的反应性。常用的化学添加剂为硼酸（H3BO3）。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟68当温度增加时，水的密度减小。如果保持化学毒物的浓度（即核子数百分比）不变，那么其核子数密度也将减小。其对中子的吸收也将减弱：54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟69因此当温度升高时：化学添加剂对中子的吸收减弱；使得热中子利用系数增加；化学添加剂对冷却剂温度系数的贡献是正的。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟70实际当中，当堆芯温度变化时，慢化剂所导致的总的反应性变化由慢化剂自身的温度效应和化学添加剂附带的温度效应共同决定：BH2O从而有：54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟71如果慢化剂（冷却剂）中的硼酸浓度很大，那么当慢化剂温度TM增加时，可能会出现以下情况：B|H2O|0H2O此时，慢化剂的温度系数变为正值。在反应堆寿期初，堆芯具有较大的剩余反应性，慢化剂中的硼浓度较高，这种情况出现的可能性更大。在反应堆运行过程中，一般规定慢化剂中的硼浓度必须低于某一限值（比如1400ppm）。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟72 影响因素影响因素 与硼浓度、慢化剂温度的关系与硼浓度、慢化剂温度的关系.Tm较低时，较低时，随随CB的变化的变化当慢化剂温度Tm较低时，对于不同的硼浓度，慢化剂温度系数差别不大：Tm变化造成的密度变化较小；不论硼的浓度CB有多大，当温度Tm发生单位变化时，其造成的硼浓度CB的改变都很小CB改变所引入的正反应性很小。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟73.CB固定时，固定时，随随Tm的变化的变化当硼浓度CB固定时，温度Tm越高，慢化剂的温度系数的绝对值越大：慢化剂的温度Tm越高，其发生单位变化时，造成的慢化剂密度变化也越大；由于慢化剂密度改变所引入的负反应性变化也越大。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟74.Tm较高时，较高时，随随CB的变化的变化当慢化剂温度Tm较高时，慢化剂温度系数的绝对值随CB增加而减小：Tm发生单位变化造成的密度变化较大；硼浓度CB越大，Tm发生单位变化时，CB的变化值也越大；CB改变所引入的正反应性也越大。54.慢慢化化剂剂温温度度系系数数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟7554.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟76BOL和和EOL时慢化剂的温度系数时慢化剂的温度系数.BOL在寿期初：反应堆具有较大的剩余反应性，主要通过在慢化剂中添加可溶毒物硼酸来补偿过剩的反应性；慢化剂中的硼浓度较大，当慢化剂温度Tm发生单位变化时，硼浓度变化所引入的正反应性也是可观的。因此在BOL，慢化剂的是较小的，甚至可能出现正值。54.慢化剂温度系数慢化剂温度系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟77.EOL在寿期末：核燃料逐渐消耗，裂变产物中的毒物不断积累，相当于往堆芯引入负反应性；慢化剂中的硼浓度逐渐降低，远小于BOL时的硼浓度；当慢化剂温度Tm发生单位变化时，EOL的硼浓度变化所引入的正反应性远小于BOL时的情况。因此，在EOL时的慢化剂温度系数的绝对值是远大于BOL的。55.空泡系数空泡系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟78对于使用液体慢化剂的反应堆，当堆芯温度超过某一值时，会使冷却剂局部沸腾，从而开始产生汽泡。由于空泡的密度远小于液体，其将对堆芯的反应性造成一下影响：对中子的吸收减弱；对中子的慢化减弱，使得反应堆的能谱硬化；使得中子的泄漏率增加。55.空泡系数空泡系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟79上面所述的三个变化中：第一项将使得中子的有效利用系数增加，其对反应性的影响是正的；第三项将使得中子的不泄露几率减小，其对反应性的影响是负的；第二项其对反应堆的影响可正可负，视具体的堆型而定。55.空泡系数空泡系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟80对于采用水做慢化剂的反应堆而言：核裂变主要由热中子引发；能谱硬化将使得核反应率下降；相当于引入负反应性。因此对于采用水做慢化剂的反应堆，第二项其对反应性的影响是负的。55.空泡系数空泡系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟81一般而言：水对中子的慢化比吸收更为重要，对于采用水做慢化剂的反应堆，其空泡对反应性的影响总是负的；即对于采用水做慢化剂的反应堆，其具有内在的稳定性。55.空泡系数空泡系数2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟82对空泡的描述可用空泡占慢化剂的体积份额来描述，称为空泡份额或空泡率，用x表示。【定义】空泡系数当空泡份额发生单位变化时，反应性所发生的变化。即：对于采用水做慢化剂的反应堆而言，有：v056.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟83功率系数功率系数当反应堆的功率发生变化时，堆内的相关参数，如燃料温度、慢化剂温度、空泡份额等都将发生变化。即功率的变化是堆内各参数变化的综合体现。利用功率和反应性的关系来表示反应性系数比用温度系数、空泡系数更为直接和全面。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟84【定义】功率系数当反应堆的功率发生单位变化时，所引起的反应性变化。即：由于功率变化是堆内各参数变化的综合体现，从而有：56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟85燃料功率系数燃料功率系数定义定义【定义】燃料功率系数功率发生单位变化时，由于燃料有效温度发生变化引起的反应性的变化。其可表示为：这里TF为功率发生单位变化时，燃料有效温度的变化。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟86核燃料的有效温度Teff无法实际测量。实际中，常用核燃料的温度系数来代替燃料功率系数F。影响因素影响因素.燃料有效温度燃料有效温度Teff燃料有效温度越高，那么Doppler效应也就越弱。即此时越小。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟87.燃耗深度燃耗深度导热率的改变对反应性的贡献；随着燃耗加深，燃料芯块与包壳之间的裂变气体逐渐积累，使得导热率下降；处于相同的功率水平下，当燃耗加深时，燃料芯块的温度Teff将增加；此时的|F|较大。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟88导热率的改变对反应性的贡献；随着燃耗加深，由于核燃料的辐照肿胀和包壳的蠕变，会使得燃料芯块和包壳之间的空隙减小，使得导热率增加；处在相同的功率水平下，随着燃耗深度增加，燃料的温度Teff将下降；此时的|F|较小。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟89240Pu和裂变毒物的积累随着燃耗加深，由于240Pu和裂变毒物的积累，使得中子的逃过共振吸收几率减小。该效应对温度系数的贡献是负的，使得增大，从而|F|也随之增加。在上面燃耗的三个效应当中，第二个效应占主要地位。同时考虑到238U的大量消耗，因此在EOL的|F|比BOL的要小。56.功功率率系系数数与与功功率率亏亏损损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟9056.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟91慢化剂功率系数慢化剂功率系数【定义】慢化剂温度系数功率发生单位变化时，由于慢化剂温度变化所引入的反应性的变化。其表示为：这里TM为功率发生单位变化的时候，慢化剂平均温度发生的变化。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟92在压水堆电站中，通常以冷却剂的平均温度Tavg作为主调量，其与反应堆功率成线性关系。可认为TM是一个常量，从而M的大小主要由决定。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟93空泡功率系数空泡功率系数【定义】空泡功率系数功率发生单位变化时，由于气泡份额变化所引起的反应性的变化。由于在功率发生单位变化时，气泡份额发生的变化很小，因此其对总的功率系数的影响也很小。在对正常的功率变化进行分析时，可将其忽略。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟94功率亏损功率亏损【定义】功率亏损当反应堆功率水平发生变化时，堆芯反应性的变化。其相当于功率系数的积分效应：这里需要强调的是，所谓的功率亏损，增加的是功率，亏损的是反应性。56.功率系数与功率亏损功率系数与功率亏损2024/5/24 周五哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟95为了保证反应堆的安全性，功率系数必须设计为负值。根据功率与反应性的关系：当提高反应堆的功率水平时，将向堆芯引入负反应性；同样，当降低反应堆功率水平时，将向堆芯引入正反应性；这是在反应堆运行中所需要特别注意的。THE END2024/5/24 周五96哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 李伟