反应性温度系数

更新时间:2022-08-25 13:44

反应性温度系数是指核反应堆运行过程中,由于堆芯温度及其分布的变化,将导致有效增殖系数的变化,从而引起反应性的变化,是反应性相对于温度的变化率,以α=dρ/dT表示。

公式

温度变化1K引起反应性的变化,即 堆芯中各种成分(燃料、慢化剂和冷却剂等)的温度及其温度系数都是不同的。反应堆总的温度系数等于各成分的温度系数的总和:

式中Ti和αTi分别为堆芯中成分i的温度和温度系数。其中起主要作用的是燃料温度系数αT(F)和慢化剂温度系数αT (M)。

燃料温度系数

核燃料温度变化一度(K)引起的反应性的变化,即αT(F)= 。 式中TF为堆芯中核燃料的温度。

反应堆的热量产生于燃料内,燃料温度变化对反应堆功率变化的响应是瞬时的,所以燃料的温度效应是一个瞬发效应,它对反应堆的安全起着十分重要的作用。

燃料温度系数主要是由燃料核共振吸收的多普勒(Doppler)效应(见中子核反应截面)引起的,故又称多普勒反应性系数。燃料温度升高将使U共振吸收峰展宽,导致中子的共振吸收增加,从而引起反应性的减少。因此对采用低富集度核燃料的反应堆来说,多普勒反应性系数是负值。此外,核燃料因温度变化引起热膨胀,导致核燃料密度变化,从而引入反应性变化,这种机理对金属铀燃料较重要。

慢化剂温度系数

慢化剂温度变化1K所引起的反应性的变化,即:αT(M) = 。式中TM为慢化剂的温度。由于热量从燃料到慢化剂有一热传递过程,慢化剂的温度变化对功率变化来说要滞后一段时间,因此慢化剂温度效应是一种滞后效应。

慢化剂的温度升高以后,慢化剂的密度(特别是液态慢化剂)及其微观中子截面都会发生变化,这将使慢化能力减弱与中子能谱硬化。由于慢化能力的减弱,中子未慢化至热能前被核共振吸收的概率增大,而引起反应性的减小。这是一个负效应。由于慢化剂密度的减小,慢化剂对热中子的吸收也相应地减小了,因而慢化剂相对于燃料对热中子的吸收减少了,从而使反应堆的热中子利用系数提高了。这将导致反应性的增加。它是一个正效应。此外,由于中子能谱的硬化,燃料每吸收一个热中子后,由于裂变产生的平均快中子数会有所降低,从而引起反应性的减小。综合这些因素,慢化剂的温度系数可正可负,视具体情况而定。尤其当液体慢化剂中加入化学补偿毒物时,出现正效应的可能性会有所增加,因而在压水堆核电厂里,为了使其具有负反应性系数,对化学补偿剂(硼)的含量应加以限制。

反应性系数

反应堆的反应性ρ对某给定相关参数x的偏导数αx。反应性对温度的偏导数称为反应性温度系数,简称温度系数;反应性对冷却剂的空泡份额的偏导数称为反应性空泡系数,简称空泡系数。这些参数的变化往往是由于反应堆内中子密度或功率的变化引起的。而反应堆内中子密度的变化又是反应性的变化引起的。这样就形成一种反馈效应。反馈的强弱用反应性系数来表征。反馈效应的正负影响反应堆的稳定性与安全。为了保证反应堆的安全,要求反应性系数是负值。

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