《可燃毒物控制》PPT课件.ppt

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1、8.4 可燃毒物控制可燃毒物控制8.4.1 可燃毒物的作用可燃毒物的作用 对于动力反应堆，新堆芯初始剩余反应性较大。对于动力反应堆，新堆芯初始剩余反应性较大。u如果全采用控制棒补偿这些剩余反应性，就需要很多控制如果全采用控制棒补偿这些剩余反应性，就需要很多控制棒，每一控制棒需一套复杂驱动装置；并要在压力容器开棒，每一控制棒需一套复杂驱动装置；并要在压力容器开许多孔，使压力容器强度受影响。许多孔，使压力容器强度受影响。u如全部采用化学补偿控制补偿这些剩余反应性，硼浓度可如全部采用化学补偿控制补偿这些剩余反应性，硼浓度可能超限值，慢化剂系数可能为正值。能超限值，慢化剂系数可能为正值。u一般采用三种

2、方式联合控制，控制棒、可燃毒物棒、化学一般采用三种方式联合控制，控制棒、可燃毒物棒、化学补偿毒物，以减少对控制棒的需求。补偿毒物，以减少对控制棒的需求。对可燃毒物要求：对可燃毒物要求：n有较大吸收截面，由于消耗可燃毒物而释放出的反应性基本有较大吸收截面，由于消耗可燃毒物而释放出的反应性基本 要与燃料燃耗所减少的剩余反应性相等。要与燃料燃耗所减少的剩余反应性相等。n可燃毒物中吸收中子后其产物的截面要尽可能的小。可燃毒物中吸收中子后其产物的截面要尽可能的小。n堆芯寿期末可燃毒物残余量尽可能少以免影响堆芯寿期。堆芯寿期末可燃毒物残余量尽可能少以免影响堆芯寿期。n可燃毒物及结构材料有良好的机械性能。可

3、燃毒物及结构材料有良好的机械性能。作为可燃毒物主要元素有硼作为可燃毒物主要元素有硼(B)(B)和钆和钆(Gd)(Gd)。它们可以：。它们可以：u 掺加到燃料棒中和燃料混合在一起。掺加到燃料棒中和燃料混合在一起。u 做成管状、棒状或板状元件，插入到燃料组件中。做成管状、棒状或板状元件，插入到燃料组件中。在压水堆中应用最广泛的是硼玻璃，在堆芯寿期末，硼在压水堆中应用最广泛的是硼玻璃，在堆芯寿期末，硼基本上被烧尽。留下的玻璃吸收截面比较小，对堆芯寿期的基本上被烧尽。留下的玻璃吸收截面比较小，对堆芯寿期的影响影响不大。不大。8.4.2 可燃毒物的布置及其对反应性的影响可燃毒物的布置及其对反应性的影响u

4、均匀布置情况均匀布置情况 首先分析可燃毒物与慢化剂和燃料均匀混合的情况。假首先分析可燃毒物与慢化剂和燃料均匀混合的情况。假设堆芯没有中子的泄露，燃料和可燃毒物核密度随时间的变设堆芯没有中子的泄露，燃料和可燃毒物核密度随时间的变化方程为：化方程为：上式对时间积分可得：上式对时间积分可得：其中其中 为中子注量为中子注量假设堆芯中没有中子泄露假设堆芯中没有中子泄露,而且慢化剂、冷却剂和结构材料而且慢化剂、冷却剂和结构材料等宏观吸收截面等宏观吸收截面Ka与时间无关，堆芯的与时间无关，堆芯的keff 为：为：将将NF(t),NP(t),NFP(t),带入上式可带入上式可得到不同可燃毒物吸收截面情况下得到

5、不同可燃毒物吸收截面情况下有效增殖因数随时间变化曲线。假有效增殖因数随时间变化曲线。假设初始有效增殖因数都相同并等于设初始有效增殖因数都相同并等于Kex。希望采用吸收截面比较小的可燃毒物。希望采用吸收截面比较小的可燃毒物。但采用吸收截面但采用吸收截面比较小的可燃毒物，可燃毒物消耗比较慢，则在堆芯寿期末比较小的可燃毒物，可燃毒物消耗比较慢，则在堆芯寿期末将还有较多的毒物残留在堆内，它们对中子的有害吸收将使将还有较多的毒物残留在堆内，它们对中子的有害吸收将使堆芯的寿期缩短，称为堆芯的寿期缩短，称为寿期亏损寿期亏损。最理想情况是最理想情况是:在堆芯寿期初在堆芯寿期初,可燃毒物的吸收截面不要可燃毒物的

6、吸收截面不要太大太大,以减少有效增殖因子偏离初始值的程度以减少有效增殖因子偏离初始值的程度,但随着可燃毒但随着可燃毒物的消耗物的消耗,要求它的吸收截面逐渐增大要求它的吸收截面逐渐增大,以减少在堆芯寿期末以减少在堆芯寿期末堆芯内可燃毒物的残留量。堆芯内可燃毒物的残留量。采用非均匀结构的可燃毒物可以采用非均匀结构的可燃毒物可以解决这类问题解决这类问题。u可燃毒物的非均匀布置情况可燃毒物的非均匀布置情况 把可燃毒物集中做成棒状、管状或板状元件，插入堆芯，把可燃毒物集中做成棒状、管状或板状元件，插入堆芯，就形成可燃毒物的非均匀分布。这样可使就形成可燃毒物的非均匀分布。这样可使可燃毒物形成强的可燃毒物形

7、成强的自屏效应，使可燃毒物的有效吸收截面减少自屏效应，使可燃毒物的有效吸收截面减少。在非均匀结构。在非均匀结构下，可燃毒物的燃耗方程为：下，可燃毒物的燃耗方程为：可燃毒物自屏因子可燃毒物自屏因子可燃毒物可燃毒物有效截面有效截面 图中表示可燃毒物的自屏效应随反应堆运行时间的变化。图中表示可燃毒物的自屏效应随反应堆运行时间的变化。左图表示不同时刻，慢化剂和可燃毒物中的中子通量密度分左图表示不同时刻，慢化剂和可燃毒物中的中子通量密度分布。右图表示可燃毒物的有效微观吸收截面、宏观截面和可布。右图表示可燃毒物的有效微观吸收截面、宏观截面和可燃毒物的核密度随运行时间的变化。燃毒物的核密度随运行时间的变化。

8、图图8-14 8-14 表示可燃毒物不同分表示可燃毒物不同分布对布对keff的影响。的影响。u堆芯寿期条件相同时，有堆芯寿期条件相同时，有可燃毒物时的初始可燃毒物时的初始keff值比无值比无可燃毒物时要小，所以控制可燃毒物时要小，所以控制棒所需控制的反应性减小。棒所需控制的反应性减小。u当可燃毒物非均匀布置时，当可燃毒物非均匀布置时，keff在堆芯寿期内，最大值可在堆芯寿期内，最大值可以做到不超过初始值。以做到不超过初始值。u当可燃毒物均匀布置时，当可燃毒物均匀布置时，keff最大值大大超过初始值。最大值大大超过初始值。因此，在以上三种情况中，因此，在以上三种情况中，可燃毒物非均匀布置时，反应堆所需要的控制棒数目为最少。可燃毒物非均匀布置时，反应堆所需要的控制棒数目为最少。同时可做到可燃毒物反应性的释放与燃料燃耗所引起的同时可做到可燃毒物反应性的释放与燃料燃耗所引起的反应性损失相匹配。反应性损失相匹配。另外，可燃毒物非均匀布置不仅可以补偿剩余反应性，另外，可燃毒物非均匀布置不仅可以补偿剩余反应性，而且还可以起到而且还可以起到展平径向功率分布的展平径向功率分布的作用。作用。