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1、8 4可燃毒物控制 8 4 1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 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 并要在压力容器开许多孔 使压力容器强度受影响 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 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 对可燃毒物要求 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 可燃毒物中吸收中子后其产物的截面要尽可能的小 堆芯寿期末可燃毒物残余量尽可能少以免影响堆芯寿期 可燃毒物及结构材料有
2、良好的机械性能 作为可燃毒物主要元素有硼 B 和钆 Gd 它们可以 掺加到燃料棒中和燃料混合在一起 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 对堆芯寿期的影响不大 8 4 2可燃毒物的布置及其对反应性的影响 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 上式对时间积分可得 其中为中子注量 假设堆芯中没有中子泄露 而且慢化剂 冷却剂和结构材料等宏观吸收截面 Ka与时间无关 堆芯的keff为 将NF t NP t NFP t 带入上式
3、可得到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 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 称为寿期亏损 最理想情况是 在堆芯寿期初 可燃毒物的吸收截面不要太大 以减少有效增殖因子偏离初始值的程度 但随着可燃毒物的消耗 要求它的吸收截面逐渐增大 以减少在堆芯寿期末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解决这类问题 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 就形成可燃毒物的非均
4、匀分布 这样可使可燃毒物形成强的自屏效应 使可燃毒物的有效吸收截面减少 在非均匀结构下 可燃毒物的燃耗方程为 可燃毒物自屏因子可燃毒物有效截面 图中表示可燃毒物的自屏效应随反应堆运行时间的变化 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 宏观截面和可燃毒物的核密度随运行时间的变化 图8 14表示可燃毒物不同分布对keff的影响 堆芯寿期条件相同时 有可燃毒物时的初始keff值比无可燃毒物时要小 所以控制棒所需控制的反应性减小 当可燃毒物非均匀布置时 keff在堆芯寿期内 最大值可以做到不超过初始值 当可燃毒物均匀布置时 keff最大值大大超过初始值 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 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 另外 可燃毒物非均匀布置不仅可以补偿剩余反应性 而且还可以起到展平径向功率分布的作用
