第第 9 章章 反应堆动力学反应堆动力学娱沸士吻嚷列椎阑狱擒噬莹猾镑怪拍检柳软辕财岗范秽咸止覆峭营刚拣筏第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件 核反应堆安全运行的基础在于成功的控制中子通量密度或核反应堆安全运行的基础在于成功的控制中子通量密度或反应堆功率在各种情况下随时间的变化。反应堆功率在各种情况下随时间的变化。 第七章第七章,我们讲了燃料和裂变产物同位素成分随时间的变化我们讲了燃料和裂变产物同位素成分随时间的变化以及它们对以及它们对keff的影响。由于的影响。由于这些量随时间的变化很缓慢这些量随时间的变化很缓慢，所以，所以很容易对其进行控制并使反应堆维持在一定功率下运行。很容易对其进行控制并使反应堆维持在一定功率下运行。 但反应堆启动、停堆或功率调节时的控制棒的移动等情况但反应堆启动、停堆或功率调节时的控制棒的移动等情况下将使下将使反应堆的反应堆的keff发生迅速变化发生迅速变化。此时反应堆成为超临界或。此时反应堆成为超临界或次临界，而中子通量密度将随时间急剧变化。这种变化以秒为次临界，而中子通量密度将随时间急剧变化。这种变化以秒为单位来量度。了解这种中子通量密度在偏离临界状态下的瞬态单位来量度。了解这种中子通量密度在偏离临界状态下的瞬态变化特征，对反应堆的控制和安全运行是及其重要的。变化特征，对反应堆的控制和安全运行是及其重要的。 本章讨论本章讨论由于有效增殖因子或反应性的迅速变化所引起的由于有效增殖因子或反应性的迅速变化所引起的反应堆内中子密度随时间的瞬态变化特性反应堆内中子密度随时间的瞬态变化特性。 中子密度的瞬态变化会引起反应堆内功率、温度等的瞬态中子密度的瞬态变化会引起反应堆内功率、温度等的瞬态变化，而这些参数的变化，又会引起反应性的变化，从而又变化，而这些参数的变化，又会引起反应性的变化，从而又引起中子密度的变化。既在反应堆的瞬态过程中，存在反应引起中子密度的变化。既在反应堆的瞬态过程中，存在反应性反馈效应，性反馈效应，为了简单起见本章暂不涉及反应性的反馈效应为了简单起见本章暂不涉及反应性的反馈效应。学副舷栓采歉富鹰芽搓枪东更毙橇汛贡檄鲍咏萧鸽攘嘿赴威推琳冤猪卤勉第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件9.1 缓发中子的作用缓发中子的作用 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，认为平衡即可，认为所有裂变中子为瞬发中子所有裂变中子为瞬发中子。然而，反应堆动。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（缓发中子占总裂变中子份额很小（235U 0.65%），但缓），但缓发时间很长，它对反应堆动态特征有重要的影响。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：芯内中子密度的变化率为：敲挨描板令走裁鸟淌簧瑞蔑偷根胆亿老贩降此怠砌梨挠仟础鹰虫硬蓟浓锹第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件假设在假设在t0时：有有6个负根和个负根和1个正根。个正根。u=0时 方程（方程（9-25）中只有）中只有1为正值，其余为负值。为正值，其余为负值。中子周期将按中子周期将按 增长。增长。无缓发时无缓发时T=0.1T=0.1秒秒u =0时时 所有项均指数衰减。所有项均指数衰减。阶段扰动下相对中子密度水平随时间变化的曲线澡予粘娜儿炊此谩涸揽惫啃店丁斧常甜合觅孟匹缸炮蹭苟喳柒遁九券毙甫第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件9.4 反应堆周期反应堆周期9.4.1 反应堆周期反应堆周期 引入反应性的阶跃变化后引入反应性的阶跃变化后,中子密度立即发生急剧变化。中子密度立即发生急剧变化。u 当引入当引入 为正值，反应性方程有唯一正根为正值，反应性方程有唯一正根1 。u 当引入当引入 为负值，反应性方程所有的根为负根，为负值，反应性方程所有的根为负根，1 比其比其 它各指数项衰减的慢，起主导作用。它各指数项衰减的慢，起主导作用。 无论引入正或负的反应性，中子密度都将发生急剧变化，无论引入正或负的反应性，中子密度都将发生急剧变化，但经过一段时间各瞬变项消失后，其最终时间特性表现为：但经过一段时间各瞬变项消失后，其最终时间特性表现为：舀暮服霓蝉牺表钟退牺脯垄僳氮拙搂寻退酬欧谈赞瞻扔扩磷痛焰刃钦胰输第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件中子密度按指数规律变化中子密度按指数规律变化e倍所需的时间称为反应堆周期：倍所需的时间称为反应堆周期：u当引入反应性为正时，为正，中子密度随时间指数增长当引入反应性为正时，为正，中子密度随时间指数增长u当引入反应性为负时，为负，中子密度随时间指数衰减当引入反应性为负时，为负，中子密度随时间指数衰减 堆内中子通量密度增长一倍所需的时间称为堆内中子通量密度增长一倍所需的时间称为反应堆倍周期反应堆倍周期或倍增周期或倍增周期。用。用T TD D表示：表示：所以所以 反应堆周期的符号和大小直接反映堆内中子增减变化速率，反应堆周期的符号和大小直接反映堆内中子增减变化速率，特别是在启动或功率提升过程中，对反应堆周期的监督十分重特别是在启动或功率提升过程中，对反应堆周期的监督十分重要。要。周期过小，可能导致反应堆失控。一般周期限制在周期过小，可能导致反应堆失控。一般周期限制在30s以以上上。反应堆还有周期保护系统。反应堆还有周期保护系统。菱凋逞六砸畸疙惭百缩贼捷件炎俘考遣父扮迈上顺贼澎璃鸥烷杏狙弄笋枉第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件 反应堆周期可以由反应性方程（反应堆周期可以由反应性方程（9-239-23）或（）或（9-249-24）确定，）确定，以以T=1/T=1/代入则可得：代入则可得：或或反应性方程（反应性方程（9-239-23）或（）或（9-249-24）和方程（）和方程（9-409-40）、（）、（9-419-41）都是表示反应堆周期和反应性之间的方程式都是表示反应堆周期和反应性之间的方程式。给定反应性。给定反应性便可确定周期便可确定周期。反之，它是由测量得到的反应堆周期来确。反之，它是由测量得到的反应堆周期来确定反应性的理论依据。定反应性的理论依据。 式中右端第一项是表示瞬发中子的作用，而第二项则表示式中右端第一项是表示瞬发中子的作用，而第二项则表示缓发中子对反应堆周期的影响。若缓发中子对反应堆周期的影响。若i i=0=0，则两式变为，则两式变为这便和（这便和（9-39-3）不考虑缓发中子时的反应堆周期相等。）不考虑缓发中子时的反应堆周期相等。叠浚穷墓蛾呵府躺陇惮廉澎距有嘎戈丸缠眯岗苹锄那嫉汐奢腾摸磷树铡搽第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件9.4.2 不同反应性引入时反应堆的响应特性不同反应性引入时反应堆的响应特性n当引入的反应性很小时（当引入的反应性很小时（ ）, 1较大，较大， 1 I 由（由（9-23）式可得：）式可得：或或可以看出，如果引入的反应性很大，反应堆周期主要决定于可以看出，如果引入的反应性很大，反应堆周期主要决定于瞬发中子每代时间。这与全部忽略缓发中子的结果是一样的。瞬发中子每代时间。这与全部忽略缓发中子的结果是一样的。n当当 0= 时，即仅依靠瞬发中子达到临界，称为时，即仅依靠瞬发中子达到临界，称为瞬发临界瞬发临界。选甄饭肝赔驭昔雏篡砂淌焊蛊傻爽税乒茎砍剩篓藤并寡恋逾均哑歪撵叁先第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件 0 时时， 称为瞬发超临界，此时即使不考虑缓发中子，有称为瞬发超临界，此时即使不考虑缓发中子，有效增殖因子也会大于效增殖因子也会大于1，只靠瞬发中子就能使链式反应不断，只靠瞬发中子就能使链式反应不断进行下去，缓发中子在决定周期方面不起作用。反应堆功率进行下去，缓发中子在决定周期方面不起作用。反应堆功率以瞬发中子决定的极短周期快速增长。以瞬发中子决定的极短周期快速增长。 利用（利用（9-13）式可以求得瞬发临界的条件，不考虑缓发）式可以求得瞬发临界的条件，不考虑缓发中子（中子（9-13）式变为：）式变为：临界时中子密度不随时间变化，所以瞬发中子临界条件为：临界时中子密度不随时间变化，所以瞬发中子临界条件为： (1-)keff =1上式说明去处缓发中子部分，即仅依靠瞬发中子达到临界，上式说明去处缓发中子部分，即仅依靠瞬发中子达到临界，称为称为瞬发临界。瞬发临界。扮南扭器舟溯瓦反冬瓮埂馅龙笺笋劳换墙逆着甥丸共失媒尚箍服拄沧万躬第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件将将 keff =1/(1- ) 带入上式带入上式 可可得得瞬发临界条件瞬发临界条件 = 由于瞬发临界的重要性，将由于瞬发临界的重要性，将它用作反应性的基本单位。它用作反应性的基本单位。称为称为“元元”（$），其定义为：），其定义为：即即把缓发中子的份额把缓发中子的份额 的反应性数值定义为的反应性数值定义为1 $反应性反应性。 1 $的的1%定义为一定义为一“分分”。当反应性正好具有。当反应性正好具有1 $反应性时，反应堆达反应性时，反应堆达到瞬发临界。在反应堆运行中这是不允许的。到瞬发临界。在反应堆运行中这是不允许的。 上面讨论的三种情况可以在图（上面讨论的三种情况可以在图（9-6）中清楚看出。）中清楚看出。反应堆周期与反应性的关系付舅丑巳得押海靖级该铬果促桔饲岁誊牛谐鬃鹊抉悯网彭合沈泳着轿浓湾第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件n当当 0 为很大的负反应性时为很大的负反应性时 稳定周期将接近于稳定周期将接近于1/ 1，即约等于，即约等于80 s。 如果由于引入大的负反应性而突然停堆，则中子通量密度如果由于引入大的负反应性而突然停堆，则中子通量密度 迅速下降，而在短时间内瞬变项衰减之后，中子通量密度迅速下降，而在短时间内瞬变项衰减之后，中子通量密度 将按指数规律下降，其周期约为将按指数规律下降，其周期约为80 s，即大约每，即大约每184 s功率功率 下降一个量级。下降一个量级。 反应堆停堆时，中子通量密度需下降反应堆停堆时，中子通量密度需下降10个数量级以上，个数量级以上， 其关闭时间要求至少其关闭时间要求至少30min，反应堆设计需要考虑。，反应堆设计需要考虑。 有些反应堆，即使停堆以后很长时间，还会由积累的裂有些反应堆，即使停堆以后很长时间，还会由积累的裂 变产物衰变放出变产物衰变放出射线，然后通过（射线，然后通过（ ,n ,n ）反应继续）反应继续 产生中子。这样的过程会延长停堆的时间。产生中子。这样的过程会延长停堆的时间。甩戚昧联冠牺排麓仪瞅当雕偷鼻已灿萝渡鲸敛颈氦呆腺债拳罪切遭院迹逛第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件That is all for That is all for Nuclear Reactor PhysicsNuclear Reactor Physics! ! Thank you for your patience!Thank you for your patience! Hope you enjoy it! Hope you enjoy it! 哦捧袱译瞩名冤宛潦裸曾咆边霓钒恿杂皿爵况活订寇穷枝疡朴匈锁矣某入第9章反应堆动力学ppt课件第9章反应堆动力学ppt课件