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1、毕 业 设 计（论 文）题 目：硼酸对反应堆剩余反应性的影响 英文题目：The Effect of Boric Acid on the Reactor Excess Reactivity 学生姓名 专 业 核工程与核技术 班 级 指导教师 二零一一年六月 摘 要随着世界不断的发展，资源消耗愈来愈大，人类对新能源的需求也越来越渴望，所以，核能的大力发展和高效利用也愈来愈迫切。反应堆是核电厂的核心部件，是一种能以可控方式实现链式核反应的装置。有效增值因数是决定反应堆能否运行的关键参数，反应堆的剩余反应性则是描述了反应堆在无任何可燃毒物时反应性的大小。反应性控制分为控制棒控制、可燃毒物控制和化学补偿
2、控制三种，其中，对于压水堆，在三种控制方式所控制的反应性分配中，以化控的反应性最大，这主要是因为化控和他两种控制方式相比有很多的优点，例如化学补偿毒物在堆芯中分布比较均匀，化控中的硼酸浓度可以根据反应堆实际运行随时调节等等。 本论文在模拟硼酸对反应堆剩余反应性影响时，也浅显研究了温度和水铀比的改变对剩余反应性产生的影响，运用蒙特卡罗方法，并借助MCNP程序实现。从模拟结果中，本文分别得到了剩余反应性随着硼酸浓度的变化趋势；随着温度的升高，反应堆剩余反应性逐渐减小；反应堆剩余反应性随水铀比的增大先增大后减小等三条结论，并且得到结果与实际值较符合。关键词：反应堆；硼酸；MCNP；有效增殖因数 AB
3、STRACTAs the world continues to develop, resource consumption and the human demand for new energy is increasing. Therefore, it is more and more urgent to develop nuclear energy extensively and find the ways to use it more efficiently.Nuclear reactor is the core component of the nuclear plant, which
4、uses a controllable way to achieve a nuclear chain reaction in the device. A value added factor is the key parameter which determines whether the nuclear reactor can operate or not, the remaining reactive reactor describes the size of reactive in thenuclear reactor without any burnable poison. React
5、ivity control is divided into control rod control, burnable poison control and chemical control, among which, chemical control has the maximum control over the other two in the allocation of control under the pressurized water reactor. It is mainly because chemical control has many advantages compar
6、ed to the other two. For instance, chemical control has a uniform distribution in the reactor core for toxic chemical compensation; the density of boric acid can be adjusted at any time based on the actual operation of the reactor in the chemical control. While focusing on the simulation of boric ac
7、id on the reactor reactivity effects, this paper uses the Monte Carlo method and the MCNP Program to accomplish our goal. From the simulation results, this paper has found out that with the density of boric acid increases, the remaining reactive diminishes. This result is more in line with the actua
8、l values.Keywords:Nuclear reactor;Boric acid; MCNP; Effective IM目 录绪论1第1章核反应堆结构及控制理论21.1 压水堆结构及原理21.1.1 压水堆结构21.1.2 压水堆原理31.2 控制棒控制51.3 可燃毒物控制51.4 化学补偿控制61.4.1 化学补偿控制作用机理61.4.2 调硼系统的布置7第2章蒙特卡洛方法92.1方法介绍92.1.1MC方法基本思想92.1.2MC方法的收敛性及误差92.2蒙特卡洛方法软件介绍102.2.1软件特点102.2.2MCNP程序11第3章MCNP模拟硼酸对反应堆剩余反应性的影响123.
9、1 秦山一期反应堆概述123.2 秦山一期反应堆模型的建立123.2.1 反应堆压力容器123.2.2反应堆燃料组件143.2.3反应堆燃料栅格183.3 MCNP对反应堆临界模拟203.4 MCNP模拟温度对反应堆剩余反应性的影响273.5 剩余反应性与水铀比的关系29结论33致谢34参考文献35东华理工大学毕业设计（论文） 绪论 绪论随着世界不断的发展，资源消耗愈来愈大，人类对新能源的需求也越来越渴望，而核能，恰恰是解决这一问题最有效的途径之一。因此，核能的发展和和平利用应运而生，1939年奥托.哈恩和斯特拉斯曼发现核裂变，1942年美国在“曼哈顿计划”中建成第一个核反应堆，苏联在1954
10、年建成第一座核电站（电功率5兆瓦），自此人类进入了核能的利用时代，它如同蒸汽机的发明一样，对人类科学技术和工业的发展有着极其重大的意义1。核电厂能有效安全的将核能转化为电能，从而为人类所利用。但同时，核能也是一把双刃剑，在带给我们巨大利益的同时，也给了我们造成了空前的历史灾难，从前苏联的切尔诺贝利事故，到前不久日本福岛核电站事故，这些血淋淋的的教训都早已经给我们敲响了核能利用的警钟。在核电蓬勃发展的今天，我们不仅要考虑在核电厂运行中的经济性，更要重视其运行时的安全性。目前，就我国实际情况而言，压水堆核电厂是我国核电厂的主要堆型，一回路的硼酸溶液对其经济性和安全性影响巨大：影响核电厂的剩余反应性
11、，影响堆芯以外的辐射场放射性积累，从而响工作人员经受的辐射剂量。良好的化学控制可以大大减少以上问题对核电厂的不利影响，从而改善核电厂的经济性和安全性。核动力反应堆应用的一个重要领域是核电站，自第一座核电站问世以来的近50年里，核电站的发展速度很快，核电站已积累了5000多堆年的运行经验。从总的发展趋势来看，在今后的3050年内，还会有更多的国家和地区建造核电站，核电站的发电总量将达到世界总发电量的35%以上。反应堆是核电站运行的关键部件，其安全性和效益关系到核电行业的发展前景，为此，在本文中重点研究硼酸对反应堆剩余反应性的影响。反应堆的剩余反应性是指堆芯中没有任何控制毒物时的反应性，以表示。反
12、应性控制分为控制棒控制、可燃毒物控制和化学补偿控制三种，其中，对于压水堆，在三种控制方式所控制的反应性分配中，以化控的反应性最大，这主要是因为化控和其他两种控制方式相比有很多的优点，例如化学补偿毒物在堆芯中分布比较均匀，化控中的硼酸浓度可以根据反应堆实际运行随时调节等等。本课题目的就是对化学补偿进行研究，选择相应的硼酸溶液，从而有效的控制反应堆堆芯的剩余反应性，进一步减少对设备的腐蚀，保证设备和材料的完整性，从而减少反应堆堆芯外放射性。同时，也浅显的研究了温度和水铀比的改变对剩余反应性的影响，运用蒙特卡罗方法，并借助MCNP程序实现。34东华理工大学毕业设计（论文） 核反应堆结构及控制理论第1
13、章核反应堆结构及控制理论1942年美国芝加哥大学建成了世界上第一座自持的链式反应装置，从此开辟了核能利用的新纪元。核反应堆是一种能以可控方式实现自续链式裂变反应的装置，从而实现核能到热能的转换装置。反应堆由堆芯，冷却系统，慢化剂系统，反射层，控制与保护系统，屏蔽系统，辐射监测系统等等。1.1 压水堆结构及原理1.1.1 压水堆结构 压水堆（PWR）最初是美国为核潜艇设计的一种堆型，40多年来，这种堆型得到了很大的发展，经过一系列的重大改进，已经成为技术上最成熟的一种。压水堆1出现后，经过了先军事后民用，由船用到陆用用的发展过程。压水堆是目前世界上应用最广泛的反应堆堆型，在已建成的核电站中，压水
14、堆占60%以上，目前世界上拥有的大型核电站压水堆的总数为250多座。在一些工业发达的国家，压水堆已形成批量生产能力，燃料组件、控制棒等部件也已成为标准话产品，已具有很成熟的制造工艺。压水堆堆核电站由核岛、常规岛、冷却泵房及升压站等建筑物组成。核岛包括安全壳厂房（即反应堆厂房）、燃料厂房、核辅助厂房；常规岛包括汽轮发电机厂房、电气间等。核电站总体布置如图1.1所示：图1.1 压水堆核电站总体布置1. 反应堆厂房 2. 汽轮发电机厂房 3. 蒸汽管道阀门间4. 核燃料厂房5. 核辅助厂房 6. 控制室7. 经营管理大厅 8. 冷却水系房压水堆由压力容器、堆心、堆内构件及控制棒驱动机构等部件组成，如图1.2所示：图1.2 压水堆反应堆压力容器内结构示意图 堆芯是进行链式核裂变反应的区域，它由燃料组件、可燃毒物组件、控制棒组件和
