核反应堆物理分析.pptxVIP

核反应堆物理分析第1页/共24页第2页/共24页9.1缓发中子的作用 在以前的反应堆临界计算只需考虑中子产生与消失保持平衡即可，认为所有裂变中子为瞬发中子。然而，反应堆动力学研究功率或中子通量密度的瞬态时间特征，就必须考虑缓发中子的产生相对于裂变时刻的延迟。 缓发中子占总裂变中子份额很小（235U 0.65%），但缓发时间很长，它对反应堆动态特征有重要的影响。 为了说明这一问题，假设所有裂变中子为瞬发中子，则堆芯内中子密度的变化率为：第3页/共24页假设在t0时，keff=1，在t=0时keff有一阶跃变化，上式积分得定义反应堆周期（T）为：反应堆内中子通量密度变化 e 倍所需要的时间。则有： 不考虑缓发中子时, 压水堆内中子的平均寿命就等于瞬发中子的寿命, 既 l ≈ 10-4 秒。 引入 δk=0.001 的反应性扰动，反应堆周期：T=0.1秒。1秒内，堆功率将增大e10（22000）倍。核反应无法控制。第4页/共24页 上面结论是基于所有裂变中子为瞬发的假设，忽略了缓发中子。虽然，缓发中子所占比例很少，但其缓发时间却非常长（表1-6）。所以缓发中子对中子寿命所起的作用不能忽视。根据表1-6第i组缓发中子寿命应等于ti +l， 这里ti是第i组缓发中子先驱核的平均寿命。考虑缓发中子后裂变中子的平均寿命为：利用表1-6的数据可以计算出考虑缓发中子时压水堆的中子平均寿命为 l≈10-1 秒，引入 δk=0.001 的反应性扰动，反应堆周期：T=100秒。1秒内，堆功率将增大e0.01（1%）倍。核反应完全可以控制。第5页/共24页 缓发中子虽然份额很少，但缓发时间较长，缓发效应大大增加了两代中子之间的平均时间间隔，从而延迟了中子密度的变化率。所以缓发中子效应在研究瞬态过程和反应堆控制时不可忽略。反应堆控制正是利用缓发中子的作用才得以实现的。第6页/共24页9.2点堆中子动力学方程核反应堆动力学方程 我们从单群中子扩散方程出发推导反应堆动力学方程。在研究功率的瞬态特征时要考虑每组缓发中子产生的数据延迟及其效应，以及它对动态过程的影响。根据（3-34）单群中子扩散方程为：如认为所有裂变中子为瞬发中子则：若考虑缓发中子的效应： 第7页/共24页考虑缓发中子的效应单群中子扩散方程为：每一个先驱核只放出一个缓发中子， 就是堆内每秒每单位时间体积内第i组缓发中子先驱核产生率。先驱核通过衰变而消失，消失率等于 ，考虑缓发中子效应的联立方程为：以上两方程便是反应堆的动力学方程。可以推广到多群情况。反应堆的动力学方程描述瞬态过程堆芯中子通量密度随空间和时间的变化。一般只能用数值方法求解。第8页/共24页点堆动力学方程 在动态过程中, 空间效应不是主要的, 我们感兴趣的是中子通量密度随时间的变化, 我们可以用点堆模型来处理. 假定不同时刻中子通量密度在空间中的分布形状不变，也就是说堆内各点中子密度随时间的变化涨落是同步的，堆内中子好像没有线度尺寸一样，可以把它看作一个集总参数的系统来处理，在此基础上得到的模型称为点堆模型。 假定中子通量密度 和先驱核浓度 可以用空间形状因子,与时间相关的幅函数 和 的乘积来表示: 若堆芯偏离临界状态不远,并且先驱核的浓度分布具有与中子通量密度分布相同的分布函数, 将以上表达式带入反应堆的动力学方程可得。第9页/共24页定义中子每代时间以上方程可以改写为：第10页/共24页这就是考虑缓发中子效应后的反应堆动态方程， 通常称为点堆动力学方程。这是耦合的一阶微分方程组。keff 或反应性是时间函数。如考虑功率和温度对反应性的反馈作用， keff 或反应性还是中子通量密度函数，所以以上点堆动力学方程 是非线形方程。点堆模型的适用范围 假定不同时刻中子通量密度在空间中的分布形状不变，也就是说堆内各点中子密度随时间的变化涨落是同步的，堆内中子好像没有线度尺寸一样，可以把它看作一个集总参数的系统来处理。 点堆模型的主要限制在于它不能描述与空间有关的动力学效应，如反应性的局部扰动和过渡过程中中子通量密度空间分布随时间的快速畸变。第11页/共24页例如，对于一个均匀平板反应堆，分为三个活性区，在t=0时刻，I区引入一个正反应性阶跃??，反应堆超临界；随后在0.01 s 内反应性线性下降到-??。 点堆模型的缺陷： 多数物理量不考虑空间效应，或中子通量密度分布所用的形状因子是取未受扰动时的形状函数，且不随时间变化。由于实际中子通量密度的显著畸变和倾斜，用点堆模型求得的中子通量密度将大大低于实际的峰值。点堆模型仅适用于局部扰动不大，或者空间效应不太重要的情况！第12页/共24页9.3 阶跃扰动时点堆模型动态方程的