压水堆核电知识第五章P.docVIP

反应性的变化和控制 核反应堆在启动、运行，其增殖系数不是恒等于一的，即此时反应堆不是处于临界状态。那么，哪些因素会引起反应堆的增殖系数变化呢?一般来说，下面的这些因素会对反应堆引入一个不等于零的反应性反应堆运行温度的变化裂变产物对中子的吸收燃料的燃耗效应和控制棒的运动等等。 本章将对上述因素作较为详细的讨论。这些内容，不仅是反应堆动态设计的物理基础，而且也是反应堆运行的物理基础。 5.1 反应性的温度效应 5.1.1温度及其 反应堆在启动过程中，由冷态(通常为室温)向热态(运行温度)过渡运行工况的改变都能使反应堆的介质温度发生变化。这种温度变化可能是局部的(例如结构不均匀性影响某些地点的冷却剂流动)也可能影响整个反应堆例如冷却剂流率的变化会逐渐改变反应堆的温度。这些温度的变化，将引入一个不等于零的反应性(，因而系统的有效增殖系数keff将改变。我们称这种因反应堆温度变化而引起keff发生变化的效应，称反应性的温度效应，简称温度效应。 ：燃料有效温度（即燃料芯块的体积平均温度）变化1℃（K）所导致的反应性变化量。 - 慢化剂反应性温度效应：慢化剂温度变化引起的反应性变化叫慢化剂反应性温度效应。 - 慢化剂反应性温度系数：慢化剂平均温度变化1℃（K）所导致的反应性变化量。 - 功率反应性效应：反应堆功率变化所导致的反应性变化量（当功率上升时所引进的负反应性变化量称为功率亏损）。 - 功率反应性系数：反应堆功率变化1%FP所导致的反应性变化量。需要支出，功率反应性效应是燃料和慢化剂温度效应的综合效应，但并非等于和之和。 在上一章中已对反应性(定义： 为简便起见，此后有效增殖系数keff 的下标eff将全部省去不写。因为我们讨论的问题都是临界态附近的问题，此时k≈1，所以反应性(又可以写成 温度效应的反应性系数αT定义 (5.1-1) 式中T是反应堆的温度，代入反应性(的表达式,上式可以写成 (5.1-2) 我们研究的问题是属于临界态附近的问题，此时k≈1，上式可以近似为 (5.1-3) 习惯上采用式(5.1—3)作为反应性温度系数的定义，即反应性的温度系数αT是指反应堆温度1K时有效增殖系数k的相对量。显然，αT的单位为((/或。但实际上因k≈1，故两者差别不大。由式(5.1—3)可知，因为k＞0，所以αT与有相同的代数符号。于是，如果αT是正的，则dk/dT也是正的，因而反应堆的增殖系数将随温度的升高而增加。反之，如果αT为负的，则dk/dT也是负的，增殖系数便随温度的升高而减小。 反应堆的温度升高，并且具有正的温度系数，那么k就增加，其结果，功率也随之增加。功率的增加又导致温度的进一步升高，温度的升高又增加了k，如此等等。反应堆的功率将这样继续增加，直到反应堆置于外部引入的控制棒控制之下，或者造成堆芯熔化为止，后者可能会留下极坏的后果。假如开始时温度下降，则k将减小，功率便降低，这将导致温度的进一步下降，因此反应堆会自行关闭。显然，温度系数为正的反应堆对于温度的变化是内在地不稳定的。 具有负温度系数的反应堆，其性质就大不相同。这时，温度的升高导致k的减小，这样就降低了功率水平并使温度回到它的初始值。同样，温度的下降则引起k的增加，从而提高了功率并使系统重新回到它的初始温度，因此具有负温度系数的反应堆对于温度的变化是稳定的，这是安全运行必不可少的条件之一。 反应堆的负温度系数在一定程度上还具有自动调节堆功率以适应负荷变化需要的能力，即有自动跟踪负荷的自调性。以压水堆为例，如二回路的负荷变大，将从一回路夺去更多的热量，因而反应堆的进口水温将降低，从而使堆内的平均水温降低。由于负温度系数，k将上升，功率会自动上升，以适应负荷的要求。当然，这种自调性只是在一定范围内。不能把反应堆功率的自调性全部依靠负温度系数来进行。 图5.1—1画出了引入一个正阶跃反应性中，不同的温度系数时功率(或增殖系数k)的变化。对于一个处于功率运行的压水堆，突然引入一个阶跃正反应性例如控制棒突然运动，功率的响应是这样的：由于引入一个正的反应性，功率增加，从而温度也上升。如果αT＞0，那末这将导致功率的进一步增加，温度进一步上升，等等，结果除非外界干涉，否则反应堆的功率将无限制地增加下去。相反，如果αT＜0，那末反应性将随着功率和温度的上升而减小。但如果αT很小，并且热量从反应堆导出得足够快，则功率将平稳地上升到某一水平，这时温度使反应性减少到零。如图5.1—1所示，这个功率水平已升高的反应堆，现在是临界的，并一直保持